Nature of soil water - hygroscopic, capillary and gravitational water, soil moisture constants, infiltration, expression of soil moisture, soil moisture tension and potentials, expression of soil moisture and their mutual relations, hysteresis, hydro dynamics

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Nature of soil water - hygroscopic, capillary and gravitational water, soil moisture constants, infiltration, expression of soil moisture, soil moisture tension and potentials, expression of soil moisture and their mutual relations, hysteresis, hydro dynamics (मृदा जल की प्रकृति - जलसंचारी, केशिका और गुरुत्वाकर्षण जल, मृदा नमी स्थिरांक, अंतर्प्रवाह, मृदा नमी की अभिव्यक्ति, मृदा नमी तनाव और विभव, मृदा नमी की अभिव्यक्ति और उनके पारस्परिक संबंध, हिस्टैरेसिस, जलगतिकी):-
Nature of Soil Water (मृदा जल की प्रकृति):-  Water is retained in soil primarily through adhesion (water sticking to soil particles) and cohesion (water sticking to other water molecules), which together create capillary forces that hold water against the downward pull of gravity. 
[मिट्टी में पानी मुख्य रूप से आसंजन (पानी का मिट्टी के कणों से चिपकना) और संसंजन (पानी का अन्य पानी के अणुओं से चिपकना) के माध्यम से बना रहता है, जो मिलकर केशिका बल बनाते हैं जो गुरुत्वाकर्षण के नीचे की ओर खिंचाव के विरुद्ध पानी को रोके रखते हैं।]
Types of Soil Water (मृदा जल के प्रकार):- Soil water exists in different forms based on how strongly it is held by soil particles:
(मृदा जल विभिन्न रूपों में पाया जाता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि मृदा कणों द्वारा इसे कितनी मजबूती से धारण किया जाता है:)
i. Hygroscopic Water (जलसंचारी जल):-
> Thin film of water strongly adsorbed on soil particle surfaces
(मृदा कणों की सतह पर दृढ़ता से अधिशोषित जल की पतली परत)
> Held by very strong forces (adhesion)
[अत्यंत प्रबल बलों (आसंजन) द्वारा धारण किया जाता है]
> Unavailable to plants
(पौधों के लिए अनुपलब्ध)
> Moves only as vapor, not liquid
(केवल वाष्प के रूप में गति करता है, तरल रूप में नहीं)
> Found in dry soils
(शुष्क मृदा में पाया जाता है)
Moisture tension (नमी तनाव):- > 31 bars (very high) 
[> 31 बार (बहुत अधिक)]
Note (नोट):- One bar of atmospheric pressure is equal to a water column height of 10.197 m.
(वायुमंडलीय दाब का एक बार 10.197 मीटर की जल स्तंभ ऊंचाई के बराबर होता है।)
ii. Capillary Water (केशिका जल):-
> Held in small pores (capillary pores) by surface tension and adhesion
[पृष्ठ तनाव और आसंजन द्वारा छोटे छिद्रों (केशिका छिद्रों) में जमा रहता है]
> Main source of water for plants. 
(पौधों के लिए पानी का मुख्य स्रोत)
> Moves in all directions (including upward)
[सभी दिशाओं में गति करता है (ऊपर की ओर भी)]
Moisture tension (नमी तनाव):- 0.33 to 31 bars (0.33 से 31 बार)
iii. Gravitational Water (गुरुत्वाकर्षण जल):-
> Excess water that drains down due to gravity
(अतिरिक्त पानी जो गुरुत्वाकर्षण के कारण नीचे बह जाता है)
> Present after heavy irrigation or rainfall
(भारी सिंचाई या बारिश के बाद मौजूद होता है)
> Not available to plants (lost quickly)
[पौधों के लिए अनुपलब्ध (जल्दी नष्ट हो जाता है)]
Moisture tension (नमी तनाव):- < 0.33 bar (< 0.33 बार)

Soil Moisture Constants (मृदा नमी स्थिरांक):- These are critical moisture levels used in irrigation and plant growth.
(ये सिंचाई और पौधों की वृद्धि में उपयोग किए जाने वाले महत्वपूर्ण नमी स्तर हैं।)
i. Saturation Capacity (संतृप्ति क्षमता):-
> All soil pores (macro and micro pores) filled with water
[सभी मृदा छिद्र (स्थूल और सूक्ष्म छिद्र) जल से भरे होते हैं]
> Occurs after heavy rainfall
(भारी वर्षा के बाद होता है)
ii. Field Capacity (FC) (क्षेत्र क्षमता):-
> Water remaining after gravitational water drains away
(गुरुत्वाकर्षण जल के बह जाने के बाद शेष जल)
> Best condition for plant growth
(पौधों की वृद्धि के लिए सर्वोत्तम स्थिति)
> It is recognized as the upper limit of water availability for plants. It represents the moisture level remaining in the soil after excess water has drained away due to gravity, typically 24–48 hours after heavy rain or irrigation.
(इसे पौधों के लिए पानी की उपलब्धता की ऊपरी सीमा के रूप में मान्यता प्राप्त है। यह मिट्टी में बची नमी के स्तर को दर्शाता है, जो गुरुत्वाकर्षण के कारण अतिरिक्त पानी के बह जाने के बाद बचता है, आमतौर पर भारी बारिश या सिंचाई के 24-48 घंटे बाद।)
> Tension ≈ 0.1–0.33 bar
(तनाव ≈ 0.1–0.33 बार)
iii. Permanent Wilting Point (PWP) (स्थायी मुरझाने का बिंदु):-
> It is the moisture content at which the wilting is complete and plants die.
(यह वह नमी की मात्रा है जिस पर पौधे पूरी तरह से मुरझा जाते हैं और मर जाते हैं।)
> Plants cannot extract water and wilt permanently. It is the lower limit of available soil moisture to plant. 
(पौधे जल का दोहन नहीं कर पाते और स्थायी रूप से मुरझा जाते हैं। यह पौधों को लगाने के लिए उपलब्ध मृदा नमी की निचली सीमा है।)
> Tension ≈ 15 bars
(तनाव ≈ 15 बार)
> Sunflower plant is the most commonly used indicator plant for determining the permanent wilting point of soil. 
(मिट्टी के स्थायी मुरझाने के बिंदु को निर्धारित करने के लिए सूरजमुखी का पौधा सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला संकेतक पौधा है।)
iv. Available Water (AW) (उपलब्ध जल):- Water available to plants
(पौधों के लिए उपलब्ध जल)
AW = FC − PWP
> Clay soil has the highest total water-holding capacity, it often has low plant-available water because its tiny, tightly packed particles hold water too tightly (high suction) for roots to extract easily. 
[चिकनी मिट्टी में जल धारण करने की कुल क्षमता सबसे अधिक होती है, लेकिन अक्सर इसमें पौधों के लिए उपलब्ध जल की मात्रा कम होती है क्योंकि इसके छोटे, सघन कण जल को जड़ों द्वारा आसानी से अवशोषित करने के लिए बहुत अधिक कसकर पकड़ते हैं (उच्च चूषण)।]
> Sandy soil has the lowest amount of available water compared to loamy or clay soils. Because it consists of large particles with large spaces between them, water drains quickly, resulting in poor water-holding capacity. 
(रेतीली मिट्टी में दोमट या चिकनी मिट्टी की तुलना में उपलब्ध जल की मात्रा सबसे कम होती है। क्योंकि इसमें बड़े कण होते हैं और उनके बीच काफी जगह होती है, इसलिए जल जल्दी निकल जाता है, जिसके परिणामस्वरूप जल धारण करने की क्षमता कम होती है।)
> Loamy soil has the highest available water. Because it’s a mix of sand, silt, and clay, it holds plenty of moisture but keeps it loose enough for roots to actually drink.
(दोमट मिट्टी में उपलब्ध जल की मात्रा सबसे अधिक होती है। क्योंकि यह रेत, गाद और चिकनी मिट्टी का मिश्रण है, इसलिए यह पर्याप्त नमी धारण करती है लेकिन इसे इतना ढीला रखती है कि जड़ें आसानी से जल ग्रहण कर सकें।)
> Correct Order of available water (उपलब्ध जल का सही क्रम):-
Loamy soil > Clay soil > Sandy soil
(दोमट मिट्टी > चिकनी मिट्टी > रेतीली मिट्टी)

Infiltration (अंतर्प्रवाह):- Rate at which water enters the soil from the surface.
(सतह से मिट्टी में पानी के प्रवेश की दर।)
Key Points (मुख्य बिंदु):-
> Measured in cm/hr or mm/hr
(इसे सेंटीमीटर/घंटा या मिलीमीटर/घंटा में मापा जाता है।)
> Influenced by:
(यह इन कारकों से प्रभावित होता है:)
- Soil texture (sand > clay)
[मिट्टी की बनावट (रेतीली > चिकनी मिट्टी)]
- Structure
(संरचना)
- Organic matter
(कार्बनिक पदार्थ)
- Slope
(ढलान)
- Vegetation cover
(वनस्पति आवरण)
Types (प्रकार):-
i. Infiltration rate (अंतर्प्रवाह दर):- Instantaneous (तात्कालिक)
ii. Infiltration capacity (अंतर्प्रवाह क्षमता):- Maximum possible rate (अधिकतम संभव दर)

Expression of Soil Moisture (मृदा नमी की अभिव्यक्ति):-
i. Gravimetric Method (Mass basis) [गुरुत्वाकर्षण विधि (द्रव्यमान आधार)]:-
ii. Volumetric Method (आयतन विधि):-
𝜃𝑣 = 𝜃𝑚 × Bulk Density
(𝜃𝑣 = 𝜃𝑚 × थोक घनत्व)
iii. Depth Basis (गहराई आधार):- Expressed as cm of water per cm soil depth
[प्रति सेंटीमीटर मृदा गहराई में पानी की मात्रा (सेंटीमीटर में) के रूप में व्यक्त किया जाता है।]
iv. Percentage Basis (प्रतिशत आधार):- Moisture expressed as %
(नमी को प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है।)

Soil Moisture Tension & Potentials (मृदा नमी तनाव और विभव):-
Soil Moisture Tension (मृदा नमी तनाव):-
> Force required to remove water from soil
(मृदा से जल निकालने के लिए आवश्यक बल)
> Expressed in bars, atmospheres, or cm of water
[इसे बार, एटमॉस्फियर या सेंटीमीटर (पानी) में व्यक्त किया जाता है]
> A tensiometer is an instrument used to measure soil moisture tension, typically accurately measuring from 0 to 0.85 atm. Beyond 0.85 atm—when soils are drier—the device usually becomes inoperative as air enters the system, causing the water column to break.
(टेन्सियोमीटर एक ऐसा उपकरण है जिसका उपयोग मृदा आर्द्रता तनाव को मापने के लिए किया जाता है, जो आमतौर पर 0 से 0.85 atm तक सटीक माप करता है। 0.85 atm से अधिक होने पर—जब मिट्टी अधिक शुष्क होती है—तो उपकरण आमतौर पर निष्क्रिय हो जाता है क्योंकि सिस्टम में हवा प्रवेश कर जाती है, जिससे जल स्तंभ टूट जाता है।)

Soil Water Potential (Ψ) (मृदा जल विभव):- Water moves from higher potential → lower potential
(जल उच्च विभव से निम्न विभव की ओर गति करता है)
Components (घटक):-
i. Matric Potential (Ψm) (मैट्रिक्स विभव):-
> Due to adhesion & capillarity
(आसंजन और केशिका क्रिया के कारण)
> Always negative
(हमेशा ऋणात्मक)
ii. Gravitational Potential (Ψg) (गुरुत्वाकर्षण विभव):-
> Due to height / position of water
(जल की ऊँचाई / स्थिति के कारण)
> Important in water movement downward
(जल की नीचे की ओर गति में महत्वपूर्ण)
iii. Osmotic Potential (Ψo) (परासरण विभव):-
> Due to dissolved salts
(घुले हुए लवणों के कारण)
> Important in saline soils
(खारी मिट्टी में महत्वपूर्ण)
iv. Pressure Potential (Ψp) (दाब विभव):-
> Hydrostatic pressure (positive in saturated soils)
[जलस्थैतिक दाब (संतृप्त मिट्टी में धनात्मक)]
Total Potential (कुल विभव):-
Ψ = Ψ𝑚 + Ψ𝑔 + Ψ𝑜 + Ψ𝑝
Relations Among Soil Moisture Forms (मिट्टी में नमी के विभिन्न रूपों के बीच संबंध):-
> Gravitational water → drains → Field Capacity
(गुरुत्वाकर्षण द्वारा प्रवाहित जल → बह जाता है → क्षेत्र संधारिता)
> Capillary water → used by plants → reaches PWP
(केशिका जल → पौधों द्वारा उपयोग किया जाता है → क्षेत्र संधारिता तक पहुँचता है)
> Hygroscopic water → remains unavailable
(आर्द्रता-संवहनी जल → अनुपलब्ध रहता है)
Sequence (क्रम):- Saturation → FC → PWP → Hygroscopic
(संतृप्ति → क्षेत्र संधारिता → क्षेत्र संधारिता → आर्द्रता-संवहनी)

Hysteresis (हिस्टैरेसिस):- Difference in soil moisture content during wetting and drying cycles. 
(गीला होने और सूखने के चक्रों के दौरान मिट्टी की नमी की मात्रा में अंतर।)
Explanation (स्पष्टीकरण):- Soil holds more water during drying than wetting at same tension
(समान तनाव पर मिट्टी गीला होने की तुलना में सूखने के दौरान अधिक पानी धारण करती है।)
Due to (कारण):-
> Pore shape variation
(छिद्रों के आकार में भिन्नता)
> Entrapped air
(फंसी हुई हवा)
> Contact angle differences
(संपर्क कोण में अंतर)

Hydrodynamics of Soil Water (मृदा जल की जलगतिकी):- Study of movement of water in soil
(मृदा में जल की गति का अध्ययन)
Types of Movement (गति के प्रकार):-
i. Saturated Flow (संतृप्त प्रवाह):-
> All pores filled with water
(सभी छिद्र जल से भरे होते हैं)
> Governed by Darcy’s Law
(डार्सी के नियम द्वारा नियंत्रित)
Where (जहाँ):
Q = flow rate (प्रवाह दर)
K = hydraulic conductivity (जल चालकता)
dh/dl = hydraulic gradient (जल प्रवणता)
ii. Unsaturated Flow (असंतृप्त प्रवाह):-
> Occurs in partially filled soils
(आंशिक रूप से भरी हुई मृदाओं में होता है)
> Controlled by matric potential
(मैट्रिक्स विभव द्वारा नियंत्रित)
iii. Vapor Movement (वाष्प गति):-
> Occurs in dry soils
(शुष्क मृदाओं में होती है)
> Driven by temperature gradient
(तापमान प्रवणता द्वारा संचालित)
Hydraulic Conductivity (K) (जल चालकता):- Ease of water movement in soil
(मृदा में जल की गति की सुगमता)
Sand > silt > clay
(रेत > गाद > चिकनी मिट्टी)