ปริมาณน้ำและศักย์ของน้ำในดิน

ปริมาณน้ำในดินเป็นการวัดว่าดินอุ้มน้ำได้มากน้อยเพียงใด ในขณะที่ศักย์ของน้ำในดินเป็นการวัดสถานะพลังงานของน้ำนั้น ซึ่งรวมกันแล้วจะอธิบายทั้งปริมาณและความพร้อมใช้งานของน้ำในดิน

Definition

ปริมาณน้ำในดินคือปริมาณน้ำในดินที่แสดงเป็นสัดส่วนมวลหรือปริมาตร; ศักย์ของน้ำในดินคือพลังงานศักย์ของน้ำนั้นต่อหน่วยปริมาณเมื่อเทียบกับน้ำอิสระ ซึ่งในดินที่ไม่อิ่มตัวจะถูกครอบงำโดยศักย์เมทริกซ์ที่เกิดจากแรงคาปิลลารีและแรงดูดซับ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมปริมาณน้ำเชิงปริมาตรและเชิงน้ำหนัก องค์ประกอบของศักย์น้ำในดิน (เมทริกซ์, แรงโน้มถ่วง, และออสโมติก) เส้นโค้งการกักเก็บน้ำในดิน และจุดอ้างอิงทางการเกษตรของความจุสนาม, จุดเหี่ยวถาวร, และน้ำที่พืชใช้ได้ โดยจะแยกแยะว่ามีน้ำอยู่เท่าใดจากการที่น้ำถูกยึดไว้แน่นเพียงใด

Core questions

• ปริมาณน้ำในดินวัดและแสดงผลอย่างไร?
• องค์ประกอบของศักย์น้ำในดินมีอะไรบ้าง?
• เส้นโค้งการกักเก็บน้ำแสดงความสัมพันธ์อะไร และเหตุใดจึงแตกต่างกันในดินแต่ละชนิด?
• ความจุสนาม, จุดเหี่ยว, และน้ำที่พืชใช้ได้ หมายถึงอะไร?

Key concepts

• ปริมาณน้ำเชิงปริมาตรและเชิงน้ำหนัก
• ศักย์เมทริกซ์, แรงโน้มถ่วง, และออสโมติก
• เส้นโค้งการกักเก็บน้ำ
• ความจุสนาม
• จุดเหี่ยวถาวร
• น้ำที่พืชใช้ได้

Key theories

แนวคิดศักย์น้ำในดิน

สถานะพลังงานของน้ำในดินคือผลรวมของศักย์เมทริกซ์, แรงโน้มถ่วง, และออสโมติก; น้ำจะไหลจากศักย์รวมที่สูงกว่าไปยังที่ต่ำกว่า และความพร้อมใช้งานของพืชจะลดลงเมื่อศักย์เมทริกซ์มีค่าเป็นลบมากขึ้น

เส้นโค้งการกักเก็บน้ำ (ลักษณะเฉพาะ)

ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณน้ำและศักย์เมทริกซ์ ซึ่งถูกควบคุมโดยการกระจายขนาดรูพรุน กำหนดว่าดินจะอุ้มน้ำได้มากน้อยเพียงใดที่พลังงานที่กำหนด และเป็นพื้นฐานของความจุสนาม, จุดเหี่ยว, และความสามารถในการกักเก็บน้ำที่พืชใช้ได้

Mechanisms

น้ำถูกยึดไว้ในดินด้วยแรงคาปิลลารีในรูพรุนและโดยการดูดซับบนพื้นผิวอนุภาค ซึ่งทั้งสองอย่างนี้จะแข็งแกร่งกว่าในดินที่มีรูพรุนละเอียดและเนื้อละเอียด เมื่อดินแห้ง น้ำจะยังคงอยู่ในรูพรุนที่เล็กลงเรื่อยๆ และฟิล์มที่บางลงเท่านั้น ดังนั้นศักย์เมทริกซ์จึงมีค่าเป็นลบมากขึ้น และน้ำที่เหลืออยู่จะถูกยึดไว้แน่นขึ้น ความจุสนามคือปริมาณน้ำหลังจากการระบายน้ำอิสระ จุดเหี่ยวคือปริมาณน้ำที่ต่ำกว่าซึ่งพืชไม่สามารถดูดซับน้ำได้ และความแตกต่างคือปริมาณน้ำที่พืชใช้ได้

Clinical relevance

การทราบปริมาณน้ำและศักย์ของน้ำช่วยให้เกษตรกรสามารถกำหนดตารางการให้น้ำ ประเมินว่าพืชสามารถอยู่ได้นานแค่ไหนระหว่างการให้น้ำแต่ละครั้ง และหลีกเลี่ยงทั้งความเครียดจากความแห้งแล้งและการแช่น้ำ แนวคิดเดียวกันนี้ยังเป็นแนวทางในการออกแบบระบบระบายน้ำและการตีความข้อมูลจากเซ็นเซอร์วัดความชื้นในดิน

History

Buckingham ได้นำเสนอแนวคิดศักย์คาปิลลารีของน้ำในดินในปี 1907 และงานวิจัยต่อมาได้ทำให้เส้นโค้งการกักเก็บน้ำและแนวคิดความจุสนามและจุดเหี่ยวเป็นทางการ ซึ่งเป็นการวางรากฐานเชิงปริมาณสำหรับการอธิบายความชื้นในดินให้กับวิชาพืชไร่และฟิสิกส์ดิน

Key figures

• Daniel Hillel
• Edgar Buckingham
• Lorenzo A. Richards

Seminal works

• hillel1998
• brady2016

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างความจุสนามและจุดเหี่ยวคืออะไร?

ความจุสนามคือน้ำที่ดินกักเก็บไว้หลังจากแรงโน้มถ่วงได้ระบายน้ำออกจากรูพรุนที่ใหญ่ที่สุด ซึ่งเป็นขีดจำกัดบนของน้ำที่เก็บไว้ได้ง่าย ในขณะที่จุดเหี่ยวถาวรคือขีดจำกัดที่แห้งกว่าซึ่งน้ำที่เหลืออยู่ถูกยึดไว้แน่นเกินไปจนพืชไม่สามารถดูดซับได้; น้ำที่อยู่ระหว่างสองจุดนี้คือน้ำที่พืชใช้ได้

ดินที่มีน้ำมากแต่ยังทำให้พืชเครียดได้หรือไม่?

ได้ หากน้ำถูกยึดไว้ที่ศักย์ที่เป็นลบมาก เช่นในดินเหนียวแห้งหรือดินเค็ม พืชอาจไม่สามารถดูดซับน้ำได้แม้จะมีปริมาณน้ำที่วัดได้ เนื่องจากความพร้อมใช้งานขึ้นอยู่กับสถานะพลังงานของน้ำ ไม่ใช่แค่ปริมาณของมัน