فیزیک خاک و روابط آب
فیزیک خاک به مطالعه وضعیت فیزیکی و رفتار خاک میپردازد، به ویژه چگونگی نگهداری و حرکت آب در شبکه منافذ، ساختار چارچوب جامد، و حرکت گرما و هوا در آن.
Definition
فیزیک خاک مطالعه خواص و فرآیندهای فیزیکی خاکها است، به ویژه نگهداری و انتقال آب، هوا و گرما در محیط متخلخل تشکیل شده از ذرات جامد خاک و فضاهای منفذی آن.
Scope
این حوزه شامل ذخیرهسازی و وضعیت انرژی آب خاک، حرکت آب از طریق نفوذ و جریان غیر اشباع، معماری ساختار و تخلخل خاک، و انتقال گرما و گازها میشود. این حوزه خاک را به عنوان یک محیط متخلخل سهفازی متشکل از جامدات، آب و هوا در نظر میگیرد و مبنای فیزیکی برای آبیاری، زهکشی و تامین آب گیاهان را فراهم میکند که در اینجا به عنوان روابط خاک-آب برای تمایز آن از آبهای زیرزمینی و هیدرولوژی سطحی تعریف میشود.
Sub-topics
Core questions
- آب چگونه در خاک نگهداری میشود و چگونه وضعیت انرژی آن را توصیف کنیم؟
- آب چگونه نفوذ کرده و در خاک غیر اشباع حرکت میکند؟
- ساختار و تخلخل خاک چگونه ذخیرهسازی و جریان را کنترل میکند؟
- گرما و هوا چگونه در خاک حرکت کرده و بر ریشهها و میکروبها تأثیر میگذارند؟
Key concepts
- پتانسیل آب خاک (ماتریک، گرانشی، اسمزی)
- منحنی نگهداری آب
- ظرفیت مزرعهای و نقطه پژمردگی
- هدایت هیدرولیکی
- نفوذ و جریان غیر اشباع
- تخلخل، چگالی ظاهری و تهویه
Key theories
- پتانسیل آب خاک
- وضعیت انرژی آب خاک با پتانسیل کل آن توصیف میشود که مجموع اجزای گرانشی، ماتریک و اسمزی است و تعیین میکند که آیا آب حرکت خواهد کرد و در چه جهتی، و چقدر برای گیاهان قابل دسترس است.
- معادله ریچاردز برای جریان غیر اشباع
- ریچاردز قانون دارسی را با بقای جرم برای خاک غیر اشباع ترکیب کرد و یک معادله دیفرانسیل جزئی به دست آورد که در آن هدایت هیدرولیکی به شدت به محتوای آب بستگی دارد، که اساس دینامیک کمی آب-خاک است.
- محیط متخلخل سهفازی
- رفتار خاک توسط نسبتهای نسبی و آرایش جامدات، آب و هوا کنترل میشود؛ توزیع اندازه منافذ که توسط بافت و ساختار تعیین میشود، نگهداری آب، زهکشی، تهویه و جریان گرما را کنترل میکند.
Clinical relevance
فیزیک خاک زیربنای مدیریت آب برای کشاورزی و محیط زیست است: این علم تعیین میکند که یک خاک چه مقدار آب را میتواند برای گیاهان ذخیره کند، با چه سرعتی نفوذ کرده و زهکشی میشود، آبیاری و زهکشی چگونه باید طراحی شوند، و چگونه فشردگی و از دست دادن ساختار، رشد ریشه را مختل کرده و رواناب و فرسایش را افزایش میدهد.
History
فیزیک کمی خاک از مفهوم پتانسیل مویینگی باکینگهام در اوایل قرن بیستم، معادله ریچاردز در سال ۱۹۳۱ برای جریان غیر اشباع، و کارهای اواسط قرن در مورد نگهداری آب و ظرفیت مزرعهای رشد کرد. متون هیلهل این حوزه را سنتز کرده و فیزیک خاک-آب را به رشد گیاه و فرآیندهای محیطی مرتبط ساختند.
Key figures
- Daniel Hillel
- Lorenzo A. Richards
- Edgar Buckingham
Related topics
Seminal works
- hillel1998
- richards1931
- brady2016
Frequently asked questions
- چرا خاک شنی سریعتر از خاک رسی خشک میشود؟
- خاکهای شنی دارای منافذ بزرگی هستند که به سرعت تحت تأثیر گرانش زهکشی میشوند و آب کمی را در برابر آن نگه میدارند، در حالی که خاکهای رسی دارای منافذ ریز بسیاری هستند که آب را توسط نیروهای مویینگی و سطحی نگه میدارند، بنابراین خاکهای رسی آب بیشتری را برای گیاهان ذخیره میکنند و کندتر خشک میشوند.
- پتانسیل آب خاک به چه معناست؟
- پتانسیل آب خاک، وضعیت انرژی آب در خاک را نسبت به آب آزاد اندازهگیری میکند؛ آب از پتانسیل بالاتر به پتانسیل پایینتر حرکت میکند، و هرچه پتانسیل منفیتر باشد، آب محکمتر نگه داشته میشود و گیاهان برای استخراج آن باید سختتر کار کنند.