व्याख्यान 14: मृदा नमी स्थिरांक (Soil Moisture Constants), गुरुत्वीय जल, केशिका जल एवं आर्द्रताग्राही जल
(Soil Moisture Constants, Gravitational Water, Capillary Water and Hygroscopic Water – Retention Forces, pF Scale & Available Water Capacity)

श्री कर्ण नरेंद्र कृषि विश्वविद्यालय (SKNAU), जोबनेर एवं ICAR 5th Deans’ Committee के आधिकारिक पाठ्यक्रम पर आधारित संपूर्ण डिजिटल पाठ्यपुस्तक अध्याय

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01 अध्ययन के प्रमुख उद्देश्य (Learning Objectives)

इस 2 क्रेडिट घंटे (2 Credit Hours) के विस्तृत व्याख्यान के अध्ययन के पश्चात् विद्यार्थी निम्नलिखित सस्य एवं मृदा-भौतिकी अवधारणाओं में दक्षता प्राप्त करेंगे:

1. मृदा जल धारण बल एवं pF स्केल मृदा में जल को बांधे रखने वाले भौतिक बलों—आसंजन (Adhesion) व ससंजन (Cohesion), मृदा नमी तनाव (SMT), जल विभव (Water Potential) तथा शोफील्ड के pF स्केल (1935) को समझना।

2. मृदा जल का भौतिक वर्गीकरण ब्रिग्स (1897) के अनुसार गुरुत्वीय जल (Gravitational water), केशिका जल (Capillary water) एवं आर्द्रताग्राही जल (Hygroscopic water) की तनाव सीमाओं एवं विशेषताओं का विश्लेषण करना।

3. मृदा जल का जैविक वर्गीकरण पादप उपलब्धता के आधार पर अनावश्यक जल (Superfluous), प्राप्य जल (Available / Readily available) तथा अप्राप्य जल (Unavailable water) के मध्य संबंध स्थापित करना।

4. प्रमुख मृदा नमी स्थिरांक (Constants) संतृप्ति क्षमता, क्षेत्र क्षमता (Field Capacity — 1/3 atm), स्थायी मुरझान बिंदु (PWP — 15 atm), नमी तुल्यांक (Moisture Equivalent) एवं आर्द्रताग्राही गुणांक (31 atm) को परिभाषित करना।

5. मृदा कणाकार बनाम प्राप्य जल क्षमता बलुई (Sandy), दोमट (Loam) एवं चिकनी (Clay) मृदाओं में क्षेत्र क्षमता, PWP और कुल प्राप्य जल क्षमता (AWC) के अंतर एवं सिंचाई अंतराल पर इसके प्रभाव को जानना।

6. नमी मापन एवं सिंचाई गहराई गणना भारमितीय व आयतनमितीय मृदा नमी प्रतिशत, टेंसियोमीटर/जिप्सम ब्लॉक की कार्य-सीमा तथा जड़ क्षेत्र में प्राप्य जल की गहराई (cm) के संख्यात्मक प्रश्न हल करना।

02 प्रस्तावना (Introduction)

सस्य विज्ञान में मृदा (Soil) केवल पौधों को यांत्रिक सहारा देने वाला माध्यम नहीं है, बल्कि यह फसलों की जड़ों के लिए जल और पोषक तत्वों का एक विशाल प्राकृतिक जलाशय (Natural Water Reservoir) है। एक आदर्श कृषि मृदा के आयतन का 50% भाग ठोस कणों (45% खनिज पदार्थ + 5% कार्बनिक पदार्थ) तथा शेष 50% भाग रंध्रावकाश (Pore Space) से बना होता है। इस रंध्रावकाश में 25% मृदा जल (Soil Water) और 25% मृदा वायु (Soil Air) का संतुलन फसलों की सर्वोत्तम वृद्धि के लिए अनिवार्य होता है।

जब खेत में भारी वर्षा या सिंचाई होती है, तो क्या मिट्टी में गया सारा पानी पौधों को मिल पाता है? उत्तर है—नहीं! मिट्टी में जाने वाले पानी का एक हिस्सा गुरुत्वाकर्षण बल के कारण नीचे रिस जाता है (गुरुत्वीय जल), दूसरा हिस्सा सूक्ष्म रंध्रों में रुककर पौधों के काम आता है (केशिका जल), और तीसरा हिस्सा मृदा कणों से इतनी मजबूती से चिपका रहता है कि पौधे की जड़ें उसे खींच ही नहीं पातीं (आर्द्रताग्राही जल)। सिंचाई का सही समय और सही मात्रा निर्धारित करने के लिए मृदा जल के इन तीनों रूपों और मृदा नमी स्थिरांकों (Soil Moisture Constants — जैसे Field Capacity एवं Permanent Wilting Point) का सटीक ज्ञान प्रत्येक कृषि वैज्ञानिक के लिए अनिवार्य है।

📌 महत्वपूर्ण सस्य वैज्ञानिक तथ्य (Key Agronomic Insight): पौधों को केवल वही जल उपलब्ध (Available Water) होता है जो मृदा में क्षेत्र क्षमता (Field Capacity: 1/3 वायुमंडलीय दाब या -0.33 bar, pF 2.53) तथा स्थायी मुरझान बिंदु (Permanent Wilting Point: 15 वायुमंडलीय दाब या -15 bar, pF 4.18) के मध्य केशिका जल के रूप में संचित रहता है।

03 विस्तृत अध्ययन सामग्री (Complete Study Material)

3.1 मृदा में जल धारण के भौतिक बल, मृदा नमी तनाव (SMT) एवं pF स्केल (Retention Forces, SMT & pF Scale)

जल का अणु (H₂O) एक ध्रुवीय अणु (Dipolar molecule) है जिसमें ऑक्सीजन सिरे पर आंशिक ऋणावेश और हाइड्रोजन सिरे पर आंशिक धनावेश होता है। मृदा के रंध्रों में जल गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध मुख्यतः दो आणविक बलों (Matric Forces) के कारण रुकता है:

आसंजन बल (Adhesion Force): दो भिन्न पदार्थों के अणुओं अर्थात् ऋणावेशित ठोस मृदा कणों (Soil Solids/Clay Colloids) और ध्रुवीय जल अणुओं (Water Molecules) के मध्य लगने वाला आकर्षण बल ‘आसंजन’ कहलाता है। इसी बल के कारण मृदा कण की सतह पर जल की सबसे पहली परत अत्यधिक मजबूती (31 से 10,000 atm) से चिपकती है।
ससंजन बल (Cohesion Force): समान पदार्थ के अणुओं अर्थात् जल के एक अणु और जल के दूसरे अणु के मध्य हाइड्रोजन बंध (Hydrogen bonding) द्वारा लगने वाला आपसी आकर्षण बल ‘ससंजन’ कहलाता है। आसंजन से बनी पहली परत के ऊपर जल की मोटी परतें ससंजन और पृष्ठ तनाव (Surface tension) के कारण रुकती हैं।

📖 मृदा नमी तनाव (Soil Moisture Tension – SMT) एवं pF स्केल (Schofield, 1935):
• मृदा नमी तनाव (SMT): मृदा कणों द्वारा जल को जिस बल या दाब के साथ जकड़ कर रखा जाता है (अर्थात् पौधे की जड़ों को मृदा से जल खींचने के लिए जितना चूषण बल/Suction लगाना पड़ता है), उसे मृदा नमी तनाव (SMT) कहते हैं। जैसे-जैसे मृदा सूखती है, नमी तनाव बढ़ता जाता है।
मानक इकाई संबंध: 1 Atmosphere (atm) ≈ 1.013 Bar ≈ 100 kPa (किलोपास्कल) ≈ 0.1 MPa (मेगापास्कल) ≈ 1000 से 1033 सेमी जल स्तंभ की ऊँचाई (cm of water column)।

• pF स्केल (pF Scale — R.K. Schofield, 1935): मृदा नमी तनाव को जब सेंटीमीटर जल स्तंभ (cm of water column ‘h’) में व्यक्त किया जाता है, तो संख्याएँ बहुत बड़ी (1 से 1,00,00,000 सेमी तक) हो जाती हैं। इसे सरल बनाने के लिए आर.के. शोफील्ड (R.K. Schofield) ने सन् 1935 में ‘pF स्केल’ दिया, जहाँ ‘p’ का अर्थ लॉगरिदम (Potenz / Logarithm) तथा ‘F’ का अर्थ मुक्त ऊर्जा (Free energy) है:
परिभाषा: “सेंटीमीटर में व्यक्त जल स्तंभ की उस ऊँचाई (h) का आधार-10 पर लघुगणक (Logarithm to base 10), जो मृदा नमी तनाव के बराबर दाब उत्पन्न करता है, pF कहलाता है।”
सूत्र: pF = log₁₀ (h) (जहाँ h = मृदा नमी तनाव, सेमी जल स्तंभ में)।
उदाहरण: यदि तनाव 1 atm (≈1000 cm H₂O) है, तो pF = log₁₀(1000) = 3.0। (pF का मान 0 से 7.0 तक होता है)।

मृदा जल विभव (Soil Water Potential — Ψ_w)

आधुनिक ऊष्मागतिकी (Thermodynamics) के अनुसार, शुद्ध मुक्त जल (Pure free water) की मुक्त ऊर्जा को शून्य (0) माना जाता है। मृदा में बंधे होने तथा लवण घुले होने के कारण मृदा जल की मुक्त ऊर्जा शुद्ध जल से कम होती है, अतः असंतृप्त मृदा का जल विभव सदैव ऋणात्मक (Negative, जैसे -0.33 bar या -15 bar) होता है। जल सदैव उच्च जल विभव (कम ऋणात्मक, जैसे मृदा -0.3 bar) से निम्न जल विभव (अधिक ऋणात्मक, जैसे जड़ -5 bar → पत्ती -15 bar → वायुमंडल -500 bar) की ओर गति करता है:
कुल मृदा जल विभव (Ψ_w) = मैट्रिक विभव (Ψ_m) + परासरणी/विलेय विभव (Ψ_s) + गुरुत्वीय विभव (Ψ_g) + दाब विभव (Ψ_p)।

3.2 एवं 3.3 मृदा जल का भौतिक एवं जैविक वर्गीकरण: गुरुत्वीय, केशिका एवं आर्द्रताग्राही जल

एल.जे. ब्रिग्स (L.J. Briggs, 1897) ने मृदा में जल पर लगने वाले धारण बलों और तनाव के आधार पर मृदा जल का भौतिक वर्गीकरण (Physical Classification) तीन भागों में किया, जिसे पौधों को उपलब्धता के आधार पर जैविक वर्गीकरण (Biological Classification) से जोड़ा जाता है:

(1) गुरुत्वीय जल या मुक्त जल (Gravitational Water / Free Water / Drainage Water)

धारण तनाव एवं pF मान: यह जल मृदा में 1/3 वायुमंडलीय दाब से कम तनाव (< 0.33 atm या 0 से -0.33 bar; जल स्तंभ < 346 सेमी) तथा pF 0 से 2.53 (या 2.54) के मध्य पाया जाता है।
रंध्र स्थिति (Pore Space): यह मृदा के वृहद रंध्रों (Macro-pores / Non-capillary pores, व्यास > 0.06 मिमी) में भरता है।
भौतिक व्यवहार: इस जल पर मृदा कणों का आकर्षण बल (आसंजन व ससंजन) पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण बल से कम होता है। परिणामस्वरूप भारी वर्षा या सिंचाई के बाद यह जल गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव से 24 से 72 घंटों (1 से 3 दिनों) के भीतर जड़ क्षेत्र से नीचे रिसकर (Deep percolation/Drainage) बाहर निकल जाता है।
जैविक महत्व (अनावश्यक जल / Superfluous Water): जैविक वर्गीकरण में इसे ‘अनावश्यक या अतिरिक्त जल’ (Superfluous Water) कहा जाता है। यह सामान्य फसलों के लिए अनुपलब्ध एवं हानिकारक होता है क्योंकि जब तक यह वृहद रंध्रों में भरा रहता है, तब तक जड़ों को श्वसन के लिए ऑक्सीजन (O₂) नहीं मिलती और यह अपने साथ नाइट्रेट (NO₃⁻), पोटाश व सल्फर जैसे घुलनशील पोषक तत्वों का निक्षालन (Leaching) कर देता है। (अपवाद: जलमग्न धान / Lowland Rice में इसका उपयोग होता है)।

(2) केशिका जल (Capillary Water — पौधों के लिए जीवनदायी जल)

धारण तनाव एवं pF मान: गुरुत्वीय जल के नीचे बह जाने के बाद जो जल मृदा के सूक्ष्म रंध्रों में 1/3 वायुमंडलीय दाब से लेकर 31 वायुमंडलीय दाब (0.33 से 31 atm या -0.33 से -31 bar) तथा pF 2.53 (2.54) से 4.50 के मध्य धारित रहता है, उसे केशिका जल (Capillary Water) कहते हैं।
रंध्र स्थिति एवं बल: यह मृदा के सूक्ष्म या केशिका रंध्रों (Micro-pores / Capillary pores, व्यास < 0.06 मिमी) में तथा मृदा कणों के चारों ओर द्रव झिल्ली (Liquid film) के रूप में पृष्ठ तनाव (Surface tension), ससंजन एवं आसंजन बलों द्वारा गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध रुका रहता है।
गति (Movement): यह गुरुत्वाकर्षण से प्रभावित नहीं होता और केशिकात्व (Capillarity) के कारण मोटी जल झिल्ली (उच्च विभव) से पतली जल झिल्ली (निम्न विभव) की ओर सभी दिशाओं (ऊपर, नीचे व अगल-बगल) में गति करता है तथा इसमें पादप पोषक तत्व घुले रहते हैं (Soil solution)।
केशिका जल के दो उप-भाग एवं जैविक उपलब्धता: संपूर्ण केशिका जल पौधों को समान रूप से नहीं मिलता; इसे दो भागों में बाँटा जाता है:
1. प्राप्य या आंतरिक केशिका जल (Available Capillary Water — 1/3 से 15 atm; pF 2.53 से 4.18): क्षेत्र क्षमता (FC: 1/3 atm) से लेकर स्थायी मुरझान बिंदु (PWP: 15 atm) के बीच का केशिका जल ही पौधों के लिए एकमात्र प्राप्य जल (Available Water) है। इसमें भी 1/3 से 1.0 atm (या ~50% नमी ह्रास तक) का जल पौधों को बिना किसी तनाव के बहुत आसानी से मिलता है, जिसे आसानी से प्राप्य जल (Readily Available Water – RAW) या इष्टतम नमी क्षेत्र (Optimum Moisture Zone) कहते हैं।
2. अप्राप्य या मंद केशिका जल (Unavailable / Sluggish Capillary Water — 15 से 31 atm; pF 4.18 से 4.50): स्थायी मुरझान बिंदु (15 atm) से आर्द्रताग्राही गुणांक (31 atm) के बीच का केशिका जल मृदा कणों से इतना कसकर बंधा होता है और इसकी गति इतनी धीमी होती है कि पौधे की जड़ें इसे मुरझाने से बचने के लिए पर्याप्त गति से अवशोषित नहीं कर पातीं।

(3) आर्द्रताग्राही जल (Hygroscopic Water)

धारण तनाव एवं pF मान: यह जल मृदा कणों की सतह पर 31 वायुमंडलीय दाब से लेकर 10,000 वायुमंडलीय दाब (31 से 10,000 atm या -31 से -10,000 bar) तथा pF 4.50 से 7.00 के मध्य धारित रहता है।
भौतिक रूप एवं बल: हवा में सुखाई गई (Air-dry) मिट्टी में भी जो नमी बची रहती है, वह आर्द्रताग्राही जल है। यह मृदा कोलाइड्स (विशेषकर क्ले और ह्यूमस) की सतह पर तीव्र आसंजन बल (Adhesion force) द्वारा मात्र 4 से 5 अणुओं की अत्यंत पतली, अ-द्रवीय (Non-liquid / वाष्प रूप) परत के रूप में चिपका रहता है। यह न तो द्रव रूप में बह सकता है और न ही केशिका गति करता है।
जैविक महत्व (पूर्णतः अप्राप्य जल / Unavailable Water): उच्च पादपों की जड़ों का परासरणी दाब सामान्यतः 15–20 atm ही होता है, इसलिए पौधे 31 atm से ऊपर बंधे इस जल को बिल्कुल ग्रहण नहीं कर सकते। (केवल कुछ मरुद्भिद जीवाणु और एक्टिनोमाइसिटीज ही इसका आंशिक उपयोग कर पाते हैं)। इसे केवल मृदा को 105°C तापमान पर 24 घंटे तक गर्म भट्टी (Hot air oven) में सुखाकर ही अलग किया जा सकता है।

3.4 मृदा नमी स्थिरांक (Soil Moisture Constants): विस्तृत वैज्ञानिक विश्लेषण

मृदा में नमी की मात्रा संतृप्ति (Saturation) से लेकर ओवन-शुष्क (Oven-dry) अवस्था तक निरंतर बदलती रहती है। इस नमी श्रृंखला के कुछ विशिष्ट ऊर्जा बिंदुओं (Reference energy levels) को, जहाँ मृदा जल की भौतिक स्थिति और पौधों को उसकी उपलब्धता में स्पष्ट परिवर्तन आता है, मृदा नमी स्थिरांक (Soil Moisture Constants) कहते हैं:

1. अधिकतम जल धारण क्षमता या संतृप्ति क्षमता (Maximum Water Holding Capacity / Saturation Capacity)

जब भारी वर्षा या गहरी सिंचाई के समय मृदा के सभी वृहद रंध्र (Macro-pores) और सूक्ष्म रंध्र (Micro-pores) पूर्णतः जल से भर जाते हैं और मृदा वायु (Soil air) बाहर निकल जाती है, तो उस अवस्था में मृदा में उपस्थित कुल जल प्रतिशत को अधिकतम जल धारण क्षमता या संतृप्ति क्षमता कहते हैं।
इस बिंदु पर मृदा नमी तनाव = 0 atm (या ~0.001 bar = 1 cm जल स्तंभ) तथा pF = 0 होता है।

2. क्षेत्र क्षमता (Field Capacity — FC)

प्रतिपादक: वीहमेयर एवं हेंड्रिकसन (Veihmeyer and Hendrickson, 1931)।
परिभाषा: किसी अच्छी जल-निकास वाली संतृप्त मृदा में भारी सिंचाई या वर्षा के 24 से 72 घंटे (1 से 3 दिन) पश्चात्, जब गुरुत्वाकर्षण के कारण गुरुत्वीय जल का नीचे की ओर रिसाव (Downward drainage) लगभग बंद हो जाता है और सतह से वाष्पीकरण को रोक दिया जाए, तब मृदा के सूक्ष्म रंध्रों में बचे हुए जल की अधिकतम मात्रा को क्षेत्र क्षमता (Field Capacity) कहते हैं।
मानक तनाव एवं pF मान:
- मध्यम एवं भारी मृदाओं (Loam to Clay soils) के लिए: 1/3 वायुमंडलीय दाब (0.33 atm या -0.33 bar या -33 kPa)।
- हल्की मोटी बलुई मृदाओं (Coarse Sandy soils) के लिए: 1/10 वायुमंडलीय दाब (0.10 atm या -0.10 bar या -10 kPa)।
- pF मान: 2.53 (या 2.54) (लगभग 346 सेमी जल स्तंभ)।
सस्य महत्व: क्षेत्र क्षमता को “प्राप्य जल की उच्चतम सीमा” (Upper Limit of Available Water — 100% Available Water) कहा जाता है। इस बिंदु पर सभी वृहद रंध्र वायु (ऑक्सीजन) से और सभी सूक्ष्म रंध्र जल से भरे होते हैं, जो बीज अंकुरण, जड़ वृद्धि और जुताई (Tilth) के लिए सबसे आदर्श अवस्था है।

3. स्थायी मुरझान बिंदु या मुरझान गुणांक (Permanent Wilting Point — PWP / Wilting Coefficient)

प्रतिपादक: एल.जे. ब्रिग्स एवं एच.एल. शांत्ज (L.J. Briggs and H.L. Shantz, 1912)।
सूचक पौधा (Indicator Plant): ब्रिग्स एवं शांत्ज ने PWP के निर्धारण के लिए बौने सूरजमुखी (Dwarf Sunflower — Helianthus annuus) को मानक सूचक पौधे के रूप में प्रयुक्त किया क्योंकि इसकी जड़ प्रणाली पूरे गमले में समान रूप से फैलती है और इसकी निचली पत्तियाँ स्पष्ट मुरझान प्रदर्शित करती हैं।
परिभाषा: मृदा नमी का वह न्यूनतम प्रतिशत जिस पर पौधे की पत्तियाँ स्थायी रूप से मुरझा (Wilt) जाती हैं और पौधे को 100% आपेक्षिक आर्द्रता वाले संतृप्त कक्ष (Humid chamber) में रात भर रखने पर भी उसकी पत्तियाँ पुनः स्फीति (Turgidity) प्राप्त नहीं कर पातीं, जब तक कि मृदा में बाहर से पानी न डाला जाए—उसे स्थायी मुरझान बिंदु (PWP) कहते हैं।
मानक तनाव एवं pF मान:
- मृदा नमी तनाव: 15 वायुमंडलीय दाब (15 atm या -15 bar या -1,500 kPa) (वास्तविक परास 7 से 32 atm, औसत मानक 15 atm)।
- pF मान: 4.18 (या 4.20) (लगभग 15,849 सेमी जल स्तंभ)।
सस्य महत्व: इसे “प्राप्य जल की निम्नतम सीमा” (Lower Limit of Available Water — 0% Available Water) माना जाता है।
विशेष (अस्थायी बनाम चरम मुरझान बिंदु):
- अस्थायी मुरझान (Temporary Wilting): गर्मी की तेज दोपहर में वाष्पोत्सर्जन की दर जल अवशोषण से अधिक होने के कारण पत्तियाँ झुक जाती हैं, पर शाम या रात को बिना पानी दिए ही स्वतः ठीक हो जाती हैं।
- चरम मुरझान बिंदु (Ultimate Wilting Point – UWP): यह लगभग 60 atm (-60 bar) तनाव पर आता है, जहाँ पूरा पौधा सूखकर मर जाता है और मिट्टी में पानी डालने के बाद भी जीवित नहीं होता। (15 से 60 atm के बीच के क्षेत्र को Wilting Range कहते हैं जहाँ पौधा केवल जीवित रहने के लिए संघर्ष करता है पर वृद्धि शून्य होती है)।

4. प्राप्य मृदा जल क्षमता (Available Soil Water Capacity — AWC)

सूत्र: प्राप्य जल (Available Water) = क्षेत्र क्षमता (FC at 1/3 atm) − स्थायी मुरझान बिंदु (PWP at 15 atm)।
तनाव परास: 0.33 से 15 atm | pF परास: 2.53 से 4.18।
प्रबंधन अनुमेय ह्रास (Management Allowed Depletion – MAD): सिंचाई विज्ञान में खेत की नमी को कभी भी PWP (15 atm) तक गिरने नहीं दिया जाता, क्योंकि PWP के पास पहुँचने से बहुत पहले ही फसल की उपज घट जाती है। सामान्य अनाज फसलों में जब कुल प्राप्य जल का 50% भाग खर्च हो जाता है (50% Depletion of Available Soil Moisture – DASM) और सब्जियों/आलू में जब 25–30% भाग खर्च होता है, तभी अगली सिंचाई दे दी जाती है।

5. नमी तुल्यांक (Moisture Equivalent — ME)

प्रतिपादक: ब्रिग्स एवं मैकलेन (Briggs and McLane, 1907)।
परिभाषा: 1 सेमी मोटी संतृप्त मृदा की परत को एक अपकेंद्रित्र (Centrifuge) में रखकर गुरुत्वाकर्षण बल से 1,000 गुना अधिक अपकेंद्री बल (1000 × g) पर 30 मिनट तक घुमाने के पश्चात् मृदा में बचे हुए जल के प्रतिशत (शुष्क भार आधार पर) को नमी तुल्यांक (Moisture Equivalent) कहते हैं।
मानक तनाव एवं संबंध: इसका तनाव लगभग 1/3 से 1/2 atm (~0.3 से 0.5 bar) तथा pF ≈ 2.70 होता है। मध्यम कणाकार वाली दोमट मृदाओं (Medium-textured loam soils) के लिए:
क्षेत्र क्षमता (FC) ≈ नमी तुल्यांक (ME) तथा स्थायी मुरझान बिंदु (PWP) ≈ नमी तुल्यांक (ME) ÷ 1.84 (किन्तु रेत में FC > ME और चिकनी मिट्टी में FC < ME होता है)।

6. आर्द्रताग्राही गुणांक (Hygroscopic Coefficient) एवं ओवन-शुष्क मृदा

आर्द्रताग्राही गुणांक: ओवन-शुष्क मृदा को 25°C तापमान पर 98% आपेक्षिक आर्द्रता (3.3% H₂SO₄ के ऊपर) में रखने पर वह अधिकतम जितनी वाष्प नमी सोखती है, उसे आर्द्रताग्राही गुणांक कहते हैं। इस पर तनाव = 31 atm (-31 bar) तथा pF = 4.50 होता है।
वायु-शुष्क मृदा (Air-Dry Soil): तनाव ≈ 1,000 atm; pF ≈ 6.0।
ओवन-शुष्क मृदा (Oven-Dry Soil): 105°C पर 24 घंटे सुखाने के बाद; तनाव = 10,000 atm (-10,000 bar) तथा pF = 7.0।

3.5 मृदा कणाकार (Soil Texture) का नमी स्थिरांकों एवं प्राप्य जल पर प्रभाव

जैसे-जैसे मृदा में महीन कणों (सिल्‍ट व क्ले) और कार्बनिक पदार्थ की मात्रा बढ़ती है, कुल रंध्रावकाश और विशिष्ट पृष्ठीय क्षेत्रफल बढ़ने के कारण क्षेत्र क्षमता (FC) और स्थायी मुरझान बिंदु (PWP) दोनों के मान बढ़ते हैं:

बलुई मृदा (Sandy Soil): इसमें वृहद रंध्र अधिक होते हैं; अतः FC (5–10%) और PWP (2–4%) दोनों बहुत कम होते हैं तथा प्राप्य जल धारण क्षमता सबसे कम (मात्र 5–7 सेमी प्रति मीटर गहराई) होती है। इसलिए राजस्थान की रेतीली मृदाओं में हल्की और बार-बार सिंचाई करनी पड़ती है।
चिकनी मृदा (Clay Soil): इसमें FC (35–40%) सर्वाधिक होता है, परंतु क्ले कोलाइड्स द्वारा अत्यधिक जल को 15 atm से ऊपर जकड़ लेने के कारण इसका PWP (18–22%) भी बहुत उच्च होता है।
सिल्ट दोमट / चिकनी दोमट मृदा (Silt Loam / Clay Loam Soil): इनमें FC और PWP के बीच का अंतर (FC − PWP) सबसे चौड़ा होता है, इसलिए सर्वाधिक प्राप्य जल क्षमता (Available Water Capacity: 18–22 सेमी प्रति मीटर गहराई) सिल्ट दोमट एवं चिकनी दोमट मृदाओं में पाई जाती है।

3.6 मृदा नमी एवं तनाव मापने के प्रमुख वैज्ञानिक उपकरण (Instruments for Soil Moisture Measurement)

प्रत्यक्ष विधि — भारमितीय या ओवन-सुखाना विधि (Gravimetric / Oven-Drying Method): मृदा नमूने को 105°C पर 24 घंटे सुखाकर भार में कमी से नमी प्रतिशत निकालना। यह सबसे सटीक मानक संदर्भ विधि (Standard Reference Method) है जिसके आधार पर अन्य सभी उपकरणों का अंशांकन (Calibration) किया जाता है।
टेंसियोमीटर या इरोमीटर (Tensiometer / Irrometer — Richards & Gardner, 1936): यह सीधे मृदा नमी तनाव (Matric suction) मापता है। यह केवल 0 से 0.85 बार (0 से 85 kPa) तनाव तक ही कार्य करता है (0.85 बार से अधिक सूखने पर इसके सिरेमिक कप में हवा प्रवेश कर जाती है और निर्वात टूट जाता है)। चूँकि बलुई मृदाओं में 0.85 बार के भीतर ही 80% प्राप्य जल समाहित होता है, अतः टेंसियोमीटर बलुई (Sandy) मृदाओं में सिंचाई निर्धारण के लिए सर्वश्रेष्ठ उपकरण है।
जिप्सम ब्लॉक / विद्युत प्रतिरोध ब्लॉक (Gypsum / Electrical Resistance Blocks — Bouyoucos & Mick, 1940): यह 1 से 15 बार (1 से 15 atm) तनाव परास में मृदा प्रतिरोध मापता है (शुष्क या भारी मृदाओं हेतु उपयुक्त; लवणीय मृदाओं के लिए अनुपयुक्त)।
दाब झिल्ली एवं दाब प्लेट उपकरण (Pressure Plate & Pressure Membrane Apparatus — L.A. Richards): प्रयोगशाला में विभिन्न दाब (0.33 bar FC से 15 bar PWP तक) लगाकर मृदा नमी स्थिरांक ज्ञात करने का मानक उपकरण।
न्यूट्रॉन नमी मीटर (Neutron Moisture Probe): इसमें Americium-241 + Beryllium रेडियोधर्मी स्रोत से तेज न्यूट्रॉन छोड़े जाते हैं जो मृदा जल के हाइड्रोजन (H) परमाणुओं से टकराकर धीमे (Thermalized) हो जाते हैं। (गहरी मृदा प्रोफ़ाइल में त्वरित मापन हेतु; ऊपरी 0–15 सेमी सतह के लिए अनुपयुक्त)।
TDR (Time Domain Reflectometry) एवं FDR: मृदा के परावैद्युतांक (Dielectric constant: शुष्क मृदा ~3–5, जल ~80) के आधार पर त्वरित डिजिटल आयतनमितीय नमी मापन।

1. धारण बल (Forces) मृदा कण व जल के बीच ‘आसंजन’ (Adhesion) तथा जल-जल अणुओं के बीच ‘ससंजन’ (Cohesion) बल से नमी रुकती है।

2. जल के 3 भौतिक रूप गुरुत्वीय जल (<1/3 atm), केशिका जल (1/3 से 31 atm) तथा आर्द्रताग्राही जल (31 से 10,000 atm)।

3. मुख्य नमी स्थिरांक संतृप्ति (0 atm, pF 0), क्षेत्र क्षमता FC (1/3 atm, pF 2.53) तथा स्थायी मुरझान बिंदु PWP (15 atm, pF 4.18)।

4. प्राप्य जल (Available) AWC = FC − PWP (0.33 से 15 atm के बीच का केशिका जल ही पौधों के लिए एकमात्र प्राप्य जल है)।

5. मापन उपकरण बलुई मृदा (<0.85 bar) में टेंसियोमीटर, शुष्क परास (1–15 bar) में जिप्सम ब्लॉक तथा प्रयोगशाला में 105°C ओवन विधि।

04 वैज्ञानिक चित्र एवं संरचनात्मक आरेख (Scientific Diagrams)

चित्र 14.1: मृदा कण के चारों ओर संकेंद्रित जल परतें — आर्द्रताग्राही, केशिका एवं गुरुत्वीय जल तथा उनके संगत तनाव (atm) व pF मान

चित्र 14.1: (बाएँ) मृदा कण से बाहर की ओर बढ़ने पर जल धारण तनाव घटता है; (दाएँ) pF 0 से pF 7.0 तक सभी मृदा नमी स्थिरांक और प्राप्य जल क्षेत्र।

चित्र 14.2: विभिन्न मृदा कणाकारों (Soil Textures) में क्षेत्र क्षमता (FC), स्थायी मुरझान बिंदु (PWP) एवं प्राप्य जल क्षमता (AWC) का वक्र

चित्र 14.2: चिकनी मृदा में कुल नमी (FC) सर्वाधिक होती है, पर उच्च PWP के कारण पौधों के लिए वास्तविक ‘प्राप्य जल’ (FC − PWP) सिल्ट दोमट/दोमट मृदा में सर्वाधिक होता है।

05 विजुअल माइंड मैप (Visual Mind Map)

माइंड मैप: मृदा नमी स्थिरांक एवं मृदा जल का वर्गीकरण (Lecture 14 समग्र सार)

06 फ्लोचार्ट एवं वर्गीकरण आरेख (Flowcharts & Infographics)

फ्लोचार्ट 14.1: मृदा जल का भौतिक एवं जैविक वर्गीकरण वृक्ष (Master Classification Tree of Soil Water)

07 तुलनात्मक एवं संदर्भ सारणियाँ (Comparison Tables)

सारणी 14.1: सभी प्रमुख मृदा नमी स्थिरांकों के तनाव मान (atm, bar, kPa), जल स्तंभ ऊँचाई, pF मान एवं पादप उपलब्धता (Master Exam Reference Table)

क्र.सं.	मृदा नमी स्थिरांक / अवस्था (Soil Moisture Constant)	तनाव (Atmosphere / Bar)	तनाव (kPa / MPa)	जल स्तंभ ऊँचाई (h in cm H₂O)	pF मान (log₁₀ h)	पौधों के लिए उपलब्धता एवं सस्य महत्व
1.	अधिकतम जल धारण / संतृप्ति क्षमता (Saturation Capacity)	0 atm (~0.001 bar)	~0.1 kPa	1 cm	0.00	वृहद व सूक्ष्म दोनों रंध्र पानी से भरे; O₂ का अभाव (अनावश्यक जल प्रारंभ)
2.	क्षेत्र क्षमता — बलुई मृदा (Field Capacity – Coarse Sand)	1/10 atm (0.10 bar)	10 kPa (0.01 MPa)	~100 cm	2.00	मोटी बलुई मृदा में गुरुत्वीय रिसाव रुकने का बिंदु
3.	क्षेत्र क्षमता — मानक मृदा (Field Capacity – Standard FC)	1/3 atm (0.33 bar)	33 kPa (0.033 MPa)	346 cm	2.53 (या 2.54)	प्राप्य जल की उच्चतम सीमा (100% AW); आदर्श जल-वायु संतुलन
4.	नमी तुल्यांक (Moisture Equivalent — 1000 × g)	0.33 – 0.50 atm	33 – 50 kPa	~500 cm	2.70	दोमट मृदा में लगभग क्षेत्र क्षमता (FC) के बराबर
5.	स्थायी मुरझान बिंदु (Permanent Wilting Point – PWP)	15 atm (15 bar)	1,500 kPa (1.5 MPa)	15,849 cm	4.18 (या 4.20)	प्राप्य जल की निम्नतम सीमा (0% AW); सूचक पौधा: सूरजमुखी
6.	आर्द्रताग्राही गुणांक (Hygroscopic Coefficient)	31 atm (31 bar)	3,100 kPa (3.1 MPa)	31,623 cm	4.50	केशिका जल की अंतिम सीमा; इसके ऊपर केवल वाष्प रूप जल
7.	चरम मुरझान बिंदु (Ultimate Wilting Point – UWP)	60 atm (60 bar)	6,000 kPa (6.0 MPa)	~60,000 cm	4.78	पौधे की पूर्ण मृत्यु (पानी देने पर भी पुनर्जीवित नहीं होता)
8.	वायु-शुष्क मृदा (Air-Dry Soil)	~1,000 atm	1,00,000 kPa	10⁶ cm	6.00	छाया में सुखाई गई मिट्टी; केवल आर्द्रताग्राही नमी शेष
9.	ओवन-शुष्क मृदा (Oven-Dry Soil — 105°C, 24 hrs)	10,000 atm	10,00,000 kPa (1000 MPa)	10⁷ cm	7.00	मुक्त व आर्द्रताग्राही जल शून्य; भारमितीय गणना का आधार

सारणी 14.2: विभिन्न मृदा कणाकारों (Soil Textural Classes) में स्थूल घनत्व, क्षेत्र क्षमता (FC), स्थायी मुरझान बिंदु (PWP) एवं प्राप्य जल क्षमता (AWC) के औसत मान

क्र.सं.	मृदा कणाकार वर्ग (Soil Texture)	स्थूल घनत्व (Bulk Density g/cm³)	क्षेत्र क्षमता (FC % भार अनुसार)	स्थायी मुरझान बिंदु (PWP % भार अनुसार)	प्राप्य नमी प्रतिशत (AW % = FC − PWP)	प्राप्य जल गहराई (cm water / metre soil depth)
1.	बलुई मृदा (Sandy Soil)	1.60 – 1.65	6.0 – 10.0%	2.0 – 4.0%	4.0 – 6.0%	5.0 – 8.0 cm/m (न्यूनतम)
2.	बलुई दोमट (Sandy Loam)	1.50 – 1.55	12.0 – 16.0%	5.0 – 7.0%	7.0 – 9.0%	10.0 – 13.5 cm/m
3.	दोमट मृदा (Loam Soil)	1.40 – 1.45	20.0 – 24.0%	9.0 – 11.0%	11.0 – 13.0%	15.0 – 18.0 cm/m
4.	सिल्ट दोमट (Silt Loam)	1.35 – 1.40	26.0 – 30.0%	11.0 – 13.0%	15.0 – 17.0%	19.0 – 22.0 cm/m (सर्वोच्च)
5.	चिकनी दोमट (Clay Loam)	1.30 – 1.35	30.0 – 34.0%	15.0 – 17.0%	15.0 – 17.0%	19.0 – 21.0 cm/m
6.	भारी चिकनी मृदा (Heavy Clay Soil)	1.20 – 1.25	35.0 – 40.0%	19.0 – 24.0%	14.0 – 16.0%	16.5 – 18.5 cm/m

08 व्यावहारिक कृषि अनुप्रयोग — राजस्थान एवं SKNAU जोबनेर परिप्रेक्ष्य (Practical Applications)

मृदा नमी स्थिरांकों का सिद्धांत खेत में सिंचाई प्रबंधन और फसल उत्पादन में सीधे तौर पर निम्नलिखित रूपों में प्रयुक्त होता है:

राजस्थान की बलुई मृदाओं में ‘हल्की एवं बार-बार सिंचाई’ (Light and Frequent Irrigation) का वैज्ञानिक आधार: जोबनेर, जयपुर, सीकर, बीकानेर व जोधपुर की रेतीली मृदाओं की क्षेत्र क्षमता (FC) मात्र 7–9% और प्राप्य जल क्षमता मात्र 6–8 सेमी प्रति मीटर होती है। यदि किसान एक बार में 8–10 सेमी गहरी बाढ़ सिंचाई कर दे, तो क्षेत्र क्षमता से ऊपर का सारा पानी 24 घंटे के भीतर गुरुत्वीय जल बनकर जड़ क्षेत्र से नीचे रिस जाएगा (Percolation loss) और साथ में यूरिया (नाइट्रेट) को भी बहा ले जाएगा। इसीलिए रेतीली भूमि में बाढ़ सिंचाई के बजाय फव्वारा (Sprinkler) या ड्रिप द्वारा कम गहराई (3–4 सेमी) की सिंचाई कम अंतराल पर दी जाती है।
गोबर की खाद (FYM) एवं वर्मीकम्पोस्ट द्वारा क्षेत्र क्षमता (FC) में वृद्धि: ह्यूमस अपने भार से 4 से 5 गुना अधिक जल सोख सकता है। बलुई मृदा में 10 टन FYM/हेक्टेयर मिलाने से सूक्ष्म केशिका रंध्रों (Micro-pores) का अनुपात बढ़ता है जिससे क्षेत्र क्षमता (FC) बढ़ती है, जबकि PWP में बहुत कम वृद्धि होती है—अर्थात् कुल प्राप्य जल क्षमता (AWC) में 20–25% की शुद्ध वृद्धि होती है।
जुताई के लिए उपयुक्त ओट (Optimum Moisture for Tillage / Friable Consistency): खेत में जुताई (Tillage) कभी भी संतृप्ति (Saturation) पर नहीं की जाती क्योंकि गीली मिट्टी में ट्रैक्टर चलाने से पडलिंग व मृदा संहनन (Compaction) हो जाता है। सिंचाई के 2–4 दिन बाद जब गुरुत्वीय जल निकल जाता है और मृदा क्षेत्र क्षमता (Field Capacity के थोड़ा नीचे, ~75% प्राप्य नमी) पर आती है, जिसे किसान की भाषा में ‘बत्तर’ या ‘ओट’ आना कहते हैं, तभी जुताई व बुवाई करने से सर्वोत्तम भुरभुरी टिल्थ (Tilth) बनती है।

09 महत्वपूर्ण सूत्र एवं हल किए गए संख्यात्मक प्रश्न (Formulas & Worked Numericals)

(A) मृदा नमी, pF मान एवं सिंचाई गहराई गणना के मानक सूत्र

1. भारमितीय मृदा नमी प्रतिशत (Gravimetric Soil Moisture % — W):

W (% भार अनुसार) = [ (गीली मिट्टी का भार W₁ − ओवन-शुष्क मिट्टी का भार W₂) ÷ ओवन-शुष्क मिट्टी का भार W₂ ] × 100

2. आयतनमितीय मृदा नमी प्रतिशत (Volumetric Soil Moisture % — θ):

θ (% आयतन अनुसार) = भारमितीय नमी प्रतिशत (W) × मृदा का आपेक्षिक/स्थूल घनत्व (Apparent Specific Gravity / Bulk Density, A_s or BD)

3. जड़ क्षेत्र में कुल प्राप्य मृदा जल की गहराई (Depth of Available Soil Water — d):

d (cm) = [ (FC − PWP) ÷ 100 ] × A_s (या BD) × D

जहाँ FC = क्षेत्र क्षमता (% भार अनुसार), PWP = स्थायी मुरझान बिंदु (% भार अनुसार), A_s (या BD) = मृदा का स्थूल घनत्व (g/cm³), तथा D = प्रभावी जड़ क्षेत्र की गहराई (सेमी में, cm) है।

4. शोफील्ड का pF सूत्र (Schofield’s pF Formula):

pF = log₁₀ (h) | जहाँ h = मृदा नमी तनाव (सेमी जल स्तंभ में; 1 atm ≈ 1000 से 1033 cm H₂O)

(B) परीक्षा उपयोगी हल किए गए संख्यात्मक प्रश्न (Solved Numerical Examples)

🔢 संख्यात्मक उदाहरण 1 (प्राप्य जल की गहराई एवं शुद्ध सिंचाई मांग की गणना — सर्वाधिक पूछा जाने वाला प्रश्न):
एक दोमट मृदा की क्षेत्र क्षमता (Field Capacity) = 22% तथा स्थायी मुरझान बिंदु (PWP) = 10% (शुष्क भार आधार पर) है। यदि मृदा का स्थूल घनत्व (Bulk Density) = 1.50 g/cm³ है और गेहूँ की फसल की प्रभावी जड़ गहराई (Root zone depth) = 80 सेमी है, तो गणना कीजिए:
(i) जड़ क्षेत्र में कुल प्राप्य मृदा जल की गहराई (Total Available Water in cm), तथा
(ii) यदि सिंचाई 50% प्राप्य नमी ह्रास (50% DASM / MAD) पर दी जाती है, तो मृदा को पुनः क्षेत्र क्षमता तक लाने के लिए कितनी गहराई (Net Irrigation Requirement in cm) की सिंचाई देनी होगी?

चरणबद्ध हल (Step-by-Step Solution):
दिया गया है: FC = 22%, PWP = 10%, A_s (BD) = 1.50 g/cm³, तथा D = 80 cm।
• (i) कुल प्राप्य मृदा जल की गहराई (d):
सूत्र: d = [ (FC − PWP) ÷ 100 ] × BD × D
d = [ (22 − 10) ÷ 100 ] × 1.50 × 80
d = (12 ÷ 100) × 120 = 0.12 × 120 = 14.4 सेमी (14.4 cm या 144 mm)।

• (ii) 50% प्राप्य नमी ह्रास (50% DASM) पर आवश्यक शुद्ध सिंचाई गहराई (NIR):
NIR = कुल प्राप्य जल (14.4 cm) का 50% = (14.4 × 50) ÷ 100 = 7.2 सेमी (7.2 cm)।
(और इस समय खेत में नमी का प्रतिशत = FC − [ (FC − PWP) × 0.50 ] = 22 − 6 = 16% होगा)।

🔢 संख्यात्मक उदाहरण 2 (ओवन-शुष्क विधि द्वारा भारमितीय एवं आयतनमितीय नमी प्रतिशत की गणना):
खेत से लिए गए एक ताजे गीले मृदा नमूने का भार 150 ग्राम है। इसे 105°C पर 24 घंटे तक ओवन में सुखाने के बाद शुष्क मृदा का भार 125 ग्राम प्राप्त हुआ। यदि उस खेत की मृदा का स्थूल घनत्व 1.40 g/cm³ हो, तो (i) भारमितीय नमी प्रतिशत (W%), तथा (ii) आयतनमितीय नमी प्रतिशत (θ%) ज्ञात कीजिए।

चरणबद्ध हल:
दिया गया है: गीली मिट्टी का भार (W₁) = 150 g; ओवन-शुष्क मिट्टी का भार (W₂) = 125 g; BD = 1.40 g/cm³।
• (i) भारमितीय नमी प्रतिशत (W%) = [ (W₁ − W₂) ÷ W₂ ] × 100
W% = [ (150 − 125) ÷ 125 ] × 100 = (25 ÷ 125) × 100 = 20.0%।

• (ii) आयतनमितीय नमी प्रतिशत (θ%) = W% × BD = 20.0 × 1.40 = 28.0%।

10 त्वरित पुनरावलोकन (Quick Revision Bullet Points)

💧 मृदा जल के 3 भौतिक रूप

गुरुत्वीय जल: <1/3 atm (pF 0–2.53); वृहद रंध्रों में; पौधों को अनुपलब्ध (Superfluous)।
केशिका जल: 1/3 से 31 atm (pF 2.53–4.50); सूक्ष्म रंध्रों में।
प्राप्य केशिका जल: 1/3 से 15 atm (pF 2.53–4.18) — पौधों के लिए एकमात्र प्राप्य जल!
आर्द्रताग्राही जल: 31 से 10,000 atm (pF 4.5–7.0); अ-द्रवीय वाष्प रूप; पूर्णतः अप्राप्य।

📌 प्रमुख नमी स्थिरांक मान

संतृप्ति क्षमता: 0 atm | pF = 0.0।
क्षेत्र क्षमता (FC): 1/3 atm (-0.33 bar / -33 kPa) | pF = 2.53 (2.54)।
नमी तुल्यांक (ME): 1000 × g (30 min) | 0.33–0.5 atm | pF = 2.70।
स्थायी मुरझान बिंदु (PWP): 15 atm (-15 bar / -1500 kPa) | pF = 4.18 (4.2)।
आर्द्रताग्राही गुणांक: 31 atm | pF = 4.50।
ओवन-शुष्क मृदा (105°C): 10,000 atm | pF = 7.00।

👨‍🔬 प्रमुख वैज्ञानिक योगदान

pF स्केल (1935): आर.के. शोफील्ड (R.K. Schofield)।
स्थायी मुरझान बिंदु (PWP, 1912): ब्रिग्स एवं शांत्ज (सूचक पौधा: बौना सूरजमुखी)।
क्षेत्र क्षमता (FC, 1931): वीहमेयर एवं हेंड्रिकसन।
नमी तुल्यांक (ME, 1907): ब्रिग्स एवं मैकलेन।
टेंसियोमीटर (1936): रिचर्ड्स एवं गार्डनर।
जिप्सम ब्लॉक (1940): बॉयوكस एवं मिक।

📐 सूत्र एवं उपकरण

आसंजन (Adhesion): मृदा कण – जल अणु आकर्षण।
ससंजन (Cohesion): जल अणु – जल अणु आकर्षण।
प्राप्य जल गहराई (cm): [(FC − PWP)/100] × BD × D।
टेंसियोमीटर कार्य सीमा: 0 से 0.85 bar (बलुई मृदा हेतु सर्वश्रेष्ठ)।
जिप्सम ब्लॉक सीमा: 1 से 15 bar (लवणीय मृदा में अनुपयुक्त)।

11 भाग A: बहुविकल्पीय प्रश्न (20 Exam-Oriented MCQs)

प्रश्न 1. सामान्य दोमट मृदा की ‘क्षेत्र क्षमता’ (Field Capacity – FC) पर मृदा नमी तनाव (Soil Moisture Tension) एवं pF मान क्रमशः कितना होता है?

(A) 15 atm तथा pF 4.18
(B) 1/3 atm (0.33 bar) तथा pF 2.53 (या 2.54)
(C) 31 atm तथा pF 4.50
(D) 0 atm तथा pF 0.00

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) 1/3 atm (0.33 bar) तथा pF 2.53 (या 2.54)
व्याख्या: क्षेत्र क्षमता पर मृदा नमी तनाव 1/3 वायुमंडलीय दाब (-0.33 bar या 346 सेमी जल स्तंभ) होता है और log₁₀(346) = 2.539 (अर्थात् pF 2.53 या 2.54) होता है।

प्रश्न 2. स्थायी मुरझान बिंदु (Permanent Wilting Point – PWP) की अवधारणा किसने दी थी और इसके निर्धारण के लिए कौन-सा ‘सूचक पौधा’ (Indicator plant) प्रयुक्त किया जाता है?

(A) शोफील्ड (1935); गेहूँ
(B) ब्रिग्स एवं शांत्ज (Briggs & Shantz, 1912); बौना सूरजमुखी (Dwarf Sunflower)
(C) वीहमेयर एवं हेंड्रिकसन; मक्का
(D) रिचर्ड्स; धान

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) ब्रिग्स एवं शांत्ज (Briggs & Shantz, 1912); बौना सूरजमुखी (Dwarf Sunflower)
व्याख्या: ब्रिग्स एवं शांत्ज ने 1912 में मुरझान गुणांक (PWP) दिया और इसके लिए सूरजमुखी (Helianthus annuus) को मानक सूचक पौधे के रूप में चुना।

प्रश्न 3. पौधों की जड़ों द्वारा मुख्य रूप से मृदा जल के किस रूप का अवशोषण किया जाता है?

(A) गुरुत्वीय जल (Gravitational water)
(B) आर्द्रताग्राही जल (Hygroscopic water)
(C) केशिका जल (Capillary water — विशेषतः 1/3 से 15 atm के मध्य)
(D) क्रिस्टलीय जल (Combined water)

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (C) केशिका जल (Capillary water — विशेषतः 1/3 से 15 atm के मध्य)
व्याख्या: गुरुत्वीय जल नीचे रिस जाता है और आर्द्रताग्राही जल अत्यधिक तनाव (>31 atm) से बंधा होता है; अतः केवल केशिका जल (FC से PWP के मध्य) ही पौधों को प्राप्य होता है।

प्रश्न 4. मृदा नमी तनाव को लघुगणकीय पैमाने पर व्यक्त करने वाले ‘pF स्केल’ (pF Scale) का प्रतिपादन सन् 1935 में किस वैज्ञानिक ने किया था?

(A) एल.जे. ब्रिग्स (L.J. Briggs)
(B) आर.के. शोफील्ड (R.K. Schofield)
(C) एल.ए. रिचर्ड्स (L.A. Richards)
(D) जे.बी. लॉज (J.B. Lawes)

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) आर.के. शोफील्ड (R.K. Schofield)
व्याख्या: शोफील्ड ने 1935 में pF स्केल दिया, जो सेमी जल स्तंभ की ऊँचाई का आधार-10 पर लघुगणक (pF = log₁₀ h) है।

प्रश्न 5. स्थायी मुरझान बिंदु (PWP) तथा आर्द्रताग्राही गुणांक (Hygroscopic Coefficient) पर मृदा नमी तनाव एवं pF मान क्रमशः क्या होते हैं?

(A) PWP: 15 atm (pF 4.18) तथा आर्द्रताग्राही गुणांक: 31 atm (pF 4.50)
(B) PWP: 1/3 atm (pF 2.53) तथा आर्द्रताग्राही गुणांक: 15 atm (pF 4.18)
(C) PWP: 31 atm (pF 4.50) तथा आर्द्रताग्राही गुणांक: 10,000 atm (pF 7.0)
(D) PWP: 1 atm (pF 3.0) तथा आर्द्रताग्राही गुणांक: 10 atm (pF 4.0)

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (A) PWP: 15 atm (pF 4.18) तथा आर्द्रताग्राही गुणांक: 31 atm (pF 4.50)
व्याख्या: PWP पर तनाव 15 atm (pF 4.18 या 4.2) और आर्द्रताग्राही गुणांक पर तनाव 31 atm (pF 4.50) होता है।

प्रश्न 6. दो समान पदार्थ के अणुओं (जैसे जल के एक अणु और जल के दूसरे अणु) के मध्य लगने वाले पारस्परिक आकर्षण बल को क्या कहते हैं?

(A) आसंजन बल (Adhesion force)
(B) ससंजन बल (Cohesion force)
(C) गुरुत्वाकर्षण बल (Gravitational force)
(D) अपकेंद्री बल (Centrifugal force)

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) ससंजन बल (Cohesion force)
व्याख्या: जल-जल अणुओं के मध्य आकर्षण ‘ससंजन’ (Cohesion) कहलाता है, जबकि ठोस मृदा कण और जल अणु के मध्य आकर्षण ‘आसंजन’ (Adhesion) कहलाता है।

प्रश्न 7. भारी सिंचाई या वर्षा के लगभग कितने घंटों बाद गुरुत्वीय जल का नीचे की ओर रिसाव रुकने पर मृदा ‘क्षेत्र क्षमता’ (Field Capacity) पर पहुँचती है?

(A) सिंचाई के तुरंत 1 घंटे बाद
(B) सिंचाई के 24 से 72 घंटे (1 से 3 दिन) बाद
(C) सिंचाई के 15 से 20 दिन बाद
(D) सिंचाई के 60 दिन बाद

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) सिंचाई के 24 से 72 घंटे (1 से 3 दिन) बाद
व्याख्या: बलुई मृदाओं में लगभग 24 घंटे और मध्यम/भारी मृदाओं में 48–72 घंटे (2–3 दिन) बाद गुरुत्वीय जल निकल जाता है और मृदा क्षेत्र क्षमता पर आ जाती है।

प्रश्न 8. प्रयोगशाला में ‘नमी तुल्यांक’ (Moisture Equivalent) ज्ञात करने के लिए संतृप्त मृदा नमूने को 30 मिनट तक गुरुत्वाकर्षण से कितने गुना अधिक अपकेंद्री बल (Centrifugal force) पर घुमाया जाता है?

(A) 100 गुना (100 × g)
(B) 1,000 गुना (1000 × g)
(C) 10,000 गुना (10,000 × g)
(D) 15 गुना (15 × g)

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) 1,000 गुना (1000 × g)
व्याख्या: ब्रिग्स एवं मैकलेन (1907) के अनुसार 1 सेमी मोटी संतृप्त मृदा को 1000 × g बल पर 30 मिनट घुमाने के बाद बची नमी ‘नमी तुल्यांक’ कहलाती है (pF ~2.7)।

प्रश्न 9. निम्नलिखित में से किस मृदा कणाकार वर्ग (Soil textural class) में पौधों के लिए ‘प्राप्य जल धारण क्षमता’ (Available Water Capacity = FC − PWP) सर्वाधिक होती है?

(A) मोटी बलुई मृदा (Coarse Sand)
(B) सिल्ट दोमट / चिकनी दोमट मृदा (Silt Loam / Clay Loam)
(C) बजरी युक्त मृदा (Gravelly Soil)
(D) सभी मृदाओं में समान होती है

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) सिल्ट दोमट / चिकनी दोमट मृदा (Silt Loam / Clay Loam)
व्याख्या: भारी चिकनी मिट्टी में FC सर्वाधिक होता है पर उसका PWP भी बहुत अधिक होता है; जबकि सिल्ट दोमट व चिकनी दोमट में (FC − PWP) का अंतर सर्वाधिक (19–22 cm/m) होता है।

प्रश्न 10. टेंसियोमीटर (Tensiometer) मृदा नमी तनाव की किस अधिकतम सीमा तक सफलतापूर्वक कार्य करता है और यह किस मृदा के लिए सर्वश्रेष्ठ है?

(A) 0 से 15 बार; भारी चिकनी मृदा हेतु
(B) 0 से 0.85 बार (85 kPa); बलुई एवं बलुई दोमट मृदा हेतु
(C) 15 से 31 बार; शुष्क मृदा हेतु
(D) 31 से 10,000 बार; ओवन-शुष्क मृदा हेतु

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) 0 से 0.85 बार (85 kPa); बलुई एवं बलुई दोमट मृदा हेतु
व्याख्या: 0.85 बार से अधिक तनाव पर टेंसियोमीटर के कप में हवा घुस जाती है। बलुई मृदा का ~80% प्राप्य जल 0.85 बार के अंदर ही होता है, अतः यह बलुई मृदा हेतु सर्वोत्तम है।

प्रश्न 11. ओवन-शुष्क मृदा (Oven-dry soil) प्राप्त करने के लिए मृदा नमूने को गर्म हवा के ओवन में किस मानक तापमान और समय तक सुखाया जाता है?

(A) 50°C पर 2 घंटे
(B) 105°C (100°C–110°C) पर 24 घंटे (स्थिर भार आने तक)
(C) 500°C पर 1 घंटा
(D) 25°C पर 7 दिन

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) 105°C (100°C–110°C) पर 24 घंटे (स्थिर भार आने तक)
व्याख्या: 105°C पर सुखाने से आर्द्रताग्राही जल भी वाष्पित हो जाता है परंतु मृदा का कार्बनिक पदार्थ नहीं जलता; इस बिंदु पर तनाव 10,000 atm और pF 7.0 होता है।

प्रश्न 12. मृदा जल के जैविक वर्गीकरण में किस जल को ‘अनावश्यक या अतिरिक्त जल’ (Superfluous Water) कहा जाता है?

(A) केशिका जल को
(B) गुरुत्वीय जल (< 1/3 atm) को
(C) आर्द्रताग्राही जल को
(D) प्राप्य जल को

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) गुरुत्वीय जल (< 1/3 atm) को
व्याख्या: क्षेत्र क्षमता (1/3 atm) से कम तनाव पर वृहद रंध्रों में भरा गुरुत्वीय जल पौधों के काम आने से पहले ही नीचे रिस जाता है, अतः इसे Superfluous water कहते हैं।

प्रश्न 13. यदि किसी मृदा में नमी तनाव 1,000 सेमी जल स्तंभ (लगभग 1 atm) के बराबर है, तो उसका pF मान क्या होगा?

(A) pF = 1.0
(B) pF = 2.0
(C) pF = 3.0
(D) pF = 4.0

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (C) pF = 3.0
व्याख्या: pF = log₁₀(h) = log₁₀(1000) = log₁₀(10³) = 3.0।

प्रश्न 14. चरम मुरझान बिंदु (Ultimate Wilting Point – UWP), जिस पर पानी देने के बाद भी पौधा पुनर्जीवित नहीं हो पाता और मर जाता है, पर मृदा नमी तनाव लगभग कितना होता है?

(A) 0.33 atm
(B) 15 atm
(C) 60 atm (-60 bar; pF 4.78)
(D) 1 atm

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (C) 60 atm (-60 bar; pF 4.78)
व्याख्या: PWP (15 atm) पर पानी देने से पौधा बच सकता है, किंतु 60 atm (UWP) पर पहुँचने पर जीवद्रव्यकुंचन (Plasmolysis) से पौधे की मृत्यु हो जाती है।

प्रश्न 15. यदि किसी मृदा की भारमितीय नमी (Gravimetric moisture) 18% है और उसका स्थूल घनत्व (Bulk density) 1.5 g/cm³ है, तो आयतनमितीय नमी प्रतिशत (Volumetric moisture %) कितना होगा?

(A) 12.0%
(B) 18.0%
(C) 27.0%
(D) 36.0%

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (C) 27.0%
व्याख्या: आयतनमितीय नमी (θ%) = भारमितीय नमी (W%) × स्थूल घनत्व (BD) = 18 × 1.5 = 27.0%।

प्रश्न 16. शुद्ध मुक्त जल (Pure free water) का जल विभव (Water Potential) कितना होता है और असंतृप्त मृदा में मैट्रिक विभव (Ψ_m) का चिह्न सदैव कैसा होता है?

(A) शुद्ध जल = 100 bar; मैट्रिक विभव = धनात्मक (+)
(B) शुद्ध जल = शून्य (0); मैट्रिक विभव = सदैव ऋणात्मक (−)
(C) शुद्ध जल = -15 bar; मैट्रिक विभव = शून्य
(D) शुद्ध जल = अनंत; मैट्रिक विभव = धनात्मक

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) शुद्ध जल = शून्य (0); मैट्रिक विभव = सदैव ऋणात्मक (−)
व्याख्या: मानक दाब व ताप पर शुद्ध मुक्त जल का विभव अधिकतम अर्थात् शून्य (0) होता है। मृदा कणों द्वारा बंधे होने से असंतृप्त मृदा का मैट्रिक विभव सदैव ऋणात्मक (जैसे -0.33 bar या -15 bar) होता है।

प्रश्न 17. केशिका जल का कौन-सा भाग पौधों के लिए ‘अप्राप्य’ (Unavailable capillary water) होता है?

(A) 1/3 से 1 atm के मध्य का जल
(B) 1 से 15 atm के मध्य का जल
(C) 15 से 31 atm (pF 4.18 से 4.50) के मध्य का जल
(D) संपूर्ण केशिका जल प्राप्य होता है

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (C) 15 से 31 atm (pF 4.18 से 4.50) के मध्य का जल
व्याख्या: केशिका जल 1/3 से 31 atm तक फैला होता है, लेकिन पौधे केवल 15 atm (PWP) तक ही पानी खींच सकते हैं; अतः 15 से 31 atm के बीच का केशिका जल पौधों के लिए अप्राप्य होता है।

प्रश्न 18. न्यूट्रॉन नमी मीटर (Neutron Moisture Probe) मृदा में किस तत्व के परमाणुओं से तेज न्यूट्रॉनों के टकराकर धीमे पड़ने (Thermalization) के सिद्धांत पर कार्य करता है?

(A) नाइट्रोजन (N)
(B) हाइड्रोजन (H — जल H₂O के अणु में उपस्थित)
(C) कैल्शियम (Ca)
(D) आयरन (Fe)

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) हाइड्रोजन (H — जल H₂O के अणु में उपस्थित)
व्याख्या: हाइड्रोजन के नाभिक का द्रव्यमान न्यूट्रॉन के लगभग बराबर होता है, इसलिए जल के हाइड्रोजन परमाणु ही तेज न्यूट्रॉनों को सर्वाधिक धीमा करते हैं।

प्रश्न 19. मोटी बलुई मृदा (Coarse sandy soil) के लिए क्षेत्र क्षमता (Field Capacity) का मानक तनाव कितना माना जाता है?

(A) 1/10 atm (0.10 bar या 10 kPa)
(B) 15 atm
(C) 31 atm
(D) 5 atm

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (A) 1/10 atm (0.10 bar या 10 kPa)
व्याख्या: मोटी बलुई मृदाओं में बड़े रंध्रों से पानी तेजी से निकल जाता है और 0.10 bar (pF 2.0) पर ही जल निकास रुक जाता है, जबकि दोमट/चिकनी मृदा में यह 0.33 bar (1/3 atm) पर रुकता है।

प्रश्न 20. यदि किसी मृदा की क्षेत्र क्षमता (FC) = 25%, स्थायी मुरझान बिंदु (PWP) = 10%, स्थूल घनत्व = 1.4 g/cm³ तथा जड़ गहराई = 100 सेमी है, तो कुल प्राप्य जल की गहराई (AWC) कितनी होगी?

(A) 15.0 सेमी
(B) 21.0 सेमी
(C) 35.0 सेमी
(D) 10.5 सेमी

✔ उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) 21.0 सेमी
व्याख्या: d = [(25 − 10) ÷ 100] × 1.4 × 100 = 0.15 × 140 = 21.0 सेमी।

12 भाग B: रिक्त स्थानों की पूर्ति कीजिए (10 Fill in the Blanks)

एक आदर्श कृषि मृदा में ठोस भाग 50%, मृदा जल __________ प्रतिशत तथा मृदा वायु 25% होती है।
ठोस मृदा कणों और जल अणुओं के मध्य लगने वाले आकर्षण बल को __________ (Adhesion) कहते हैं।
क्षेत्र क्षमता (Field Capacity) को प्राप्य जल की उच्चतम सीमा तथा __________ (PWP) को प्राप्य जल की निम्नतम सीमा कहा जाता है।
अधिकतम जल धारण क्षमता (Saturation capacity) पर मृदा नमी तनाव शून्य (0 atm) तथा pF मान __________ होता है।
ओवन-शुष्क मृदा (Oven-dry soil) पर मृदा नमी तनाव 10,000 atm तथा pF मान __________ होता है।
गुरुत्वीय जल मृदा के __________ रंध्रों (Macro-pores) में पाया जाता है और गुरुत्वाकर्षण के कारण नीचे रिस जाता है।
आर्द्रताग्राही जल (Hygroscopic water) मृदा में __________ से 10,000 वायुमंडलीय दाब के मध्य अ-द्रवीय वाष्प झिल्ली के रूप में पाया जाता है।
मध्यम कणाकार वाली दोमट मृदाओं में क्षेत्र क्षमता (FC) का मान संख्यात्मक रूप से लगभग __________ (Moisture Equivalent) के बराबर होता है।
बॉयوكस एवं मिक (1940) द्वारा विकसित जिप्सम ब्लॉक __________ से 15 बार मृदा नमी तनाव मापने के लिए उपयुक्त हैं।
मृदा के परावैद्युतांक (Dielectric constant) के आधार पर त्वरित नमी मापने वाली आधुनिक तकनीक का संक्षिप्त नाम __________ (Time Domain Reflectometry) है।

✔ सभी 10 रिक्त स्थानों के सही उत्तर देखें

13 भाग C एवं D: अति लघु एवं लघु उत्तरीय प्रश्न (Very Short & Short Answer Questions)

भाग C: 10 अति लघु उत्तरीय प्रश्न (1–2 अंक | उत्तर सीमा: 20–30 शब्द)

क्षेत्र क्षमता (Field Capacity) की परिभाषा लिखिए।
उत्तर: भारी सिंचाई या वर्षा के 24–72 घंटे बाद जब गुरुत्वीय जल का नीचे की ओर रिसाव लगभग बंद हो जाता है, तब मृदा के सूक्ष्म रंध्रों में गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध धारित अधिकतम जल प्रतिशत को क्षेत्र क्षमता कहते हैं (तनाव: 1/3 atm, pF: 2.53)।
स्थायी मुरझान बिंदु (Permanent Wilting Point – PWP) किसे कहते हैं?
उत्तर: मृदा नमी का वह न्यूनतम स्तर (15 atm, pF 4.18) जिस पर पौधे की पत्तियाँ स्थायी रूप से मुरझा जाती हैं और 100% आर्द्रता वाले संतृप्त कक्ष में रखने पर भी बिना मिट्टी में पानी डाले पुनः स्फीत (Turgid) नहीं होतीं।
प्राप्य मृदा जल (Available Soil Water) का सूत्र लिखिए।
उत्तर: क्षेत्र क्षमता (FC at 1/3 atm) और स्थायी मुरझान बिंदु (PWP at 15 atm) के बीच पाए जाने वाले केशिका जल को प्राप्य जल कहते हैं: प्राप्य जल (AW) = FC − PWP।
pF स्केल (pF Scale) को परिभाषित कीजिए।
उत्तर: आर.के. शोफील्ड (1935) के अनुसार, सेंटीमीटर में व्यक्त जल स्तंभ की उस ऊँचाई (h) का आधार-10 पर लघुगणक (pF = log₁₀ h), जो मृदा नमी तनाव को व्यक्त करता है, pF कहलाता है।
नमी तुल्यांक (Moisture Equivalent) क्या है?
उत्तर: 1 सेमी मोटी संतृप्त मृदा की परत को 30 मिनट तक गुरुत्वाकर्षण से 1,000 गुना अधिक अपकेंद्री बल (1000 × g) पर घुमाने के बाद मृदा में बचे जल प्रतिशत को नमी तुल्यांक कहते हैं (तनाव ~0.33–0.5 atm, pF 2.7)।
आसंजन (Adhesion) एवं ससंजन (Cohesion) में एक वाक्य में अंतर लिखिए।
उत्तर: ठोस मृदा कण और जल अणु के बीच आकर्षण को ‘आसंजन’ कहते हैं, जबकि जल के दो अणुओं के आपस में आकर्षण को ‘ससंजन’ कहते हैं।
गुरुत्वीय जल (Gravitational water) पौधों के लिए उपयोगी क्यों नहीं होता?
उत्तर: क्योंकि यह वृहद रंध्रों में बहुत कम तनाव (<1/3 atm) पर रहता है और पौधों द्वारा उपयोग किए जाने से पहले ही 24–72 घंटे में जड़ क्षेत्र से नीचे रिस जाता है तथा वायु संचार बाधित करता है।
आर्द्रताग्राही गुणांक (Hygroscopic Coefficient) क्या है?
उत्तर: शुष्क मृदा को 98% आपेक्षिक आर्द्रता वाले वातावरण में रखने पर वह अधिकतम जितनी जलवाष्प अधिशोषित करती है, उसे आर्द्रताग्राही गुणांक कहते हैं (तनाव: 31 atm, pF: 4.50)।
अस्थायी मुरझान (Temporary Wilting) एवं स्थायी मुरझान (Permanent Wilting) में मुख्य अंतर क्या है?
उत्तर: अस्थायी मुरझान दोपहर में तेज वाष्पोत्सर्जन के कारण होता है और रात को बिना पानी दिए ही पौधा ठीक हो जाता है, जबकि स्थायी मुरझान (15 atm) में मिट्टी में पानी डाले बिना पौधा ठीक नहीं होता।
मुरझान परास (Wilting Range) से आप क्या समझते हैं?
उत्तर: स्थायी मुरझान बिंदु (PWP: 15 atm) से लेकर चरम मुरझान बिंदु (UWP: 60 atm) के बीच की मृदा नमी परास को ‘मुरझान परास’ कहते हैं, जिसमें पौधे की वृद्धि रुक जाती है और अंततः मृत्यु हो जाती है।

भाग D: 8 लघु उत्तरीय प्रश्न (3–5 अंक | Collapsible Model Answers)

लघु प्रश्न 1. मृदा जल का भौतिक वर्गीकरण (गुरुत्वीय, केशिका एवं आर्द्रताग्राही जल) प्रस्तुत करते हुए उनकी तनाव सीमाएँ लिखिए।

✔ आदर्श उत्तर देखें

ब्रिग्स (1897) के अनुसार मृदा जल के 3 भौतिक वर्ग हैं:
1. गुरुत्वीय जल (Gravitational Water): तनाव < 1/3 atm (pF 0 से 2.53)। यह वृहद रंध्रों (>0.06 mm) में रहता है और गुरुत्वाकर्षण से 1–3 दिन में नीचे चला जाता है (पौधों को अनुपलब्ध)।
2. केशिका जल (Capillary Water): तनाव 1/3 से 31 atm (pF 2.53 से 4.50)। यह सूक्ष्म रंध्रों (<0.06 mm) में पृष्ठ तनाव, ससंजन व आसंजन बल से रुकता है। इसका 1/3 से 15 atm वाला भाग पौधों के लिए एकमात्र प्राप्य जल है।
3. आर्द्रताग्राही जल (Hygroscopic Water): तनाव 31 से 10,000 atm (pF 4.50 से 7.00)। यह मृदा कोलाइड्स पर प्रबल आसंजन बल द्वारा अ-द्रवीय वाष्प झिल्ली के रूप में चिपका रहता है (पौधों को पूर्णतः अप्राप्य)।

लघु प्रश्न 2. मृदा जल का जैविक वर्गीकरण (Biological Classification) क्या है? यह भौतिक वर्गीकरण से किस प्रकार संबंधित है?

✔ आदर्श उत्तर देखें

पौधों की जड़ों को उपलब्धता के आधार पर मृदा जल को 3 जैविक वर्गों में बाँटा जाता है:
1. अनावश्यक या अतिरिक्त जल (Superfluous Water): क्षेत्र क्षमता (1/3 atm) से कम तनाव वाला संपूर्ण गुरुत्वीय जल इसमें आता है। इसकी अधिकता से जड़ों में ऑक्सीजन की कमी और पोषक निक्षालन होता है।
2. प्राप्य जल (Available Water): क्षेत्र क्षमता (1/3 atm, pF 2.53) और स्थायी मुरझान बिंदु (15 atm, pF 4.18) के मध्य स्थित केशिका जल। इसमें 1/3 से 1 atm तक का भाग ‘आसानी से प्राप्य जल’ (Readily Available Water) कहलाता है।
3. अप्राप्य जल (Unavailable Water): 15 atm (PWP) से अधिक तनाव पर बंधा समस्त जल (जिसमें 15–31 atm का मंद केशिका जल और 31–10,000 atm का संपूर्ण आर्द्रताग्राही जल शामिल है)।

लघु प्रश्न 3. क्षेत्र क्षमता (Field Capacity) फसलों की वृद्धि एवं मृदा प्रबंधन के लिए सबसे आदर्श अवस्था क्यों मानी जाती है?

✔ आदर्श उत्तर देखें

(1) क्षेत्र क्षमता (1/3 atm) पर मृदा के सभी वृहद रंध्रों से अतिरिक्त पानी निकल चुका होता है और उनमें वायु (ऑक्सीजन) भर जाती है, जबकि सभी सूक्ष्म रंध्र केशिका जल से भरे रहते हैं—इस प्रकार मृदा में जल (25%) और वायु (25%) का सर्वोत्तम संतुलन स्थापित होता है।
(2) इस बिंदु पर पौधों को जल और घुले हुए पोषक तत्व न्यूनतम ऊर्जा खर्च (केवल 0.33 bar तनाव) पर आसानी से मिलते हैं।
(3) लाभदायक वायवीय जीवाणु (Rhizobium, Azotobacter, नाइट्रीकारक जीवाणु) सर्वाधिक सक्रिय रहते हैं और जुताई करने पर मिट्टी के ढेले आसानी से टूटकर भुरभुरी टिल्थ बनाते हैं।

लघु प्रश्न 4. शोफील्ड के pF स्केल (pF Scale) का सिद्धांत समझाइए तथा प्रमुख नमी स्थिरांकों के pF मान लिखिए।

✔ आदर्श उत्तर देखें

आर.के. शोफील्ड (1935) ने मृदा नमी तनाव की बड़ी संख्याओं को सरल करने के लिए pF स्केल दिया। यह सेंटीमीटर में व्यक्त जल स्तंभ की ऊँचाई (h) का आधार-10 पर लघुगणक है: pF = log₁₀(h)।
प्रमुख स्थिरांकों के pF मान:
• संतृप्ति क्षमता (0 atm / 1 cm H₂O): pF = 0.00
• क्षेत्र क्षमता (1/3 atm / 346 cm H₂O): pF = 2.53 (या 2.54)
• नमी तुल्यांक (~0.5 atm / 500 cm H₂O): pF = 2.70
• स्थायी मुरझान बिंदु (15 atm / 15,849 cm H₂O): pF = 4.18 (या 4.20)
• आर्द्रताग्राही गुणांक (31 atm / 31,623 cm H₂O): pF = 4.50
• ओवन-शुष्क मृदा (10,000 atm / 10⁷ cm H₂O): pF = 7.00

लघु प्रश्न 5. मृदा कणाकार (Soil Texture) एवं कार्बनिक पदार्थ प्राप्य जल क्षमता (AWC) को किस प्रकार प्रभावित करते हैं?

✔ आदर्श उत्तर देखें

मृदा की प्राप्य जल क्षमता (AWC = FC − PWP) सूक्ष्म केशिका रंध्रों की संख्या पर निर्भर करती है। रेत (Sand) में बड़े रंध्र अधिक होने से पानी रुकता नहीं है (AWC न्यूनतम: 5–8 cm/m)। चिकनी मिट्टी (Clay) में FC सर्वाधिक (35–40%) होता है, किंतु क्ले कणों के प्रबल आसंजन बल के कारण PWP भी बहुत उच्च (20–24%) हो जाता है। इसके विपरीत, सिल्ट दोमट (Silt Loam) एवं चिकनी दोमट मृदाओं में सूक्ष्म और मध्यम रंध्रों का संतुलन ऐसा होता है कि FC उच्च और PWP मध्यम रहता है, जिससे उनमें सर्वाधिक प्राप्य जल (19–22 cm/m) मिलता है। कार्बनिक खाद (FYM) मिलाने से ह्यूमस बनता है जो बलुई मृदा की AWC को उल्लेखनीय रूप से बढ़ाता है।

लघु प्रश्न 6. स्थायी मुरझान बिंदु (PWP), अस्थायी मुरझान बिंदु (TWP) एवं चरम मुरझान बिंदु (UWP) में अंतर स्पष्ट कीजिए।

✔ आदर्श उत्तर देखें

• अस्थायी मुरझान (TWP): मृदा में पर्याप्त पानी होते हुए भी गर्म व शुष्क दोपहर में जब वाष्पोत्सर्जन दर जड़ अवशोषण से तेज हो जाती है तो पत्तियाँ झुक जाती हैं, पर रात में बिना सिंचाई किए स्वतः स्वस्थ हो जाती हैं।
• स्थायी मुरझान बिंदु (PWP — 15 atm, pF 4.18): मृदा में प्राप्य नमी समाप्त होने पर पौधा मुरझा जाता है और 100% आर्द्र कक्ष में रखने पर भी ठीक नहीं होता, परंतु मिट्टी में पानी डालने पर पौधा पुनः जीवित व स्फीत हो जाता है।
• चरम मुरझान बिंदु (UWP — 60 atm, pF 4.78): इस अवस्था पर पौधा पूर्णतः सूखकर मर जाता है और मिट्टी में पानी डालने के बाद भी पुनर्जीवित नहीं हो सकता।

लघु प्रश्न 7. टेंसियोमीटर (Tensiometer) एवं जिप्सम ब्लॉक (Gypsum Block) की कार्य-प्रणाली और सीमाओं की तुलना कीजिए।

✔ आदर्श उत्तर देखें

• टेंसियोमीटर: इसमें पानी से भरी नली के नीचे एक सरंध्र सिरेमिक कप और ऊपर वैक्यूम गेज लगा होता है। यह सीधे मृदा नमी तनाव मापता है, परंतु केवल 0 से 0.85 बार तक ही काम करता है (बलुई मृदा व बार-बार सिंचित सब्जियों/ड्रिप सिंचाई हेतु सर्वोत्तम)।
• जिप्सम ब्लॉक: इसमें प्लास्टर ऑफ पेरिस (CaSO₄) के ब्लॉक में दो इलेक्ट्रोड लगे होते हैं जो मृदा नमी के अनुसार विद्युत प्रतिरोध (Resistance) मापते हैं। यह 1 से 15 बार (शुष्क परास) में कार्य करता है और भारी दोमट व चिकनी मृदाओं के लिए उपयुक्त है, पर लवणीय मृदाओं में गलत पाठ्यांक देता है।

लघु प्रश्न 8. मृदा जल विभव (Soil Water Potential) क्या है? इसके चारों प्रमुख घटकों को समझाइए।

✔ आदर्श उत्तर देखें

शुद्ध मुक्त जल की तुलना में मृदा जल के प्रति इकाई द्रव्यमान या आयतन की मुक्त ऊर्जा में अंतर को ‘मृदा जल विभव’ (Ψ_w) कहते हैं। इसके 4 घटक हैं:
1. मैट्रिक विभव (Ψ_m): मृदा कणों के आसंजन व केशिका बलों के कारण उत्पन्न विभव (असंतृप्त मृदा में सदैव ऋणात्मक)।
2. परासरणी या विलेय विभव (Ψ_s): मृदा जल में घुले लवणों व आयनों के कारण उत्पन्न विभव (सदैव ऋणात्मक; लवणीय मृदा में बहुत अधिक ऋणात्मक होकर जल अवशोषण रोकता है)।
3. गुरुत्वीय विभव (Ψ_g): संदर्भ तल से ऊँचाई के कारण उत्पन्न विभव (संतृप्त मृदा में जल प्रवाह का मुख्य कारक)।
4. दाब विभव (Ψ_p): जलमग्न या संतृप्त मृदा में जल के भार के कारण लगने वाला धनात्मक दाब।

14 भाग E एवं F: अंतर स्पष्ट कीजिए एवं वैज्ञानिक कारण बताइए

भाग E: 4 महत्वपूर्ण तुलनात्मक अंतर (Differentiate Between)

1. गुरुत्वीय जल (Gravitational Water), केशिका जल (Capillary Water) एवं आर्द्रताग्राही जल (Hygroscopic Water) में अंतर

तुलना का आधार	गुरुत्वीय जल (Gravitational Water)	केशिका जल (Capillary Water)	आर्द्रताग्राही जल (Hygroscopic Water)
1. धारण तनाव (Tension)	< 1/3 atm (0 से -0.33 bar)।	1/3 से 31 atm (-0.33 से -31 bar)।	31 से 10,000 atm (-31 से -10,000 bar)।
2. pF मान परास	pF 0.0 से 2.53।	pF 2.53 से 4.50।	pF 4.50 से 7.00।
3. रंध्र स्थिति एवं भौतिक रूप	वृहद रंध्रों (>0.06 mm) में मुक्त द्रव रूप में।	सूक्ष्म रंध्रों (<0.06 mm) में द्रव झिल्ली के रूप में।	मृदा कोलाइड सतह पर अ-द्रवीय (वाष्प) रूप में।
4. मुख्य नियंत्रक बल	गुरुत्वाकर्षण बल (24–72 घंटे में नीचे रिस जाता है)।	पृष्ठ तनाव, ससंजन एवं आसंजन बल।	अत्यंत प्रबल आसंजन (Adhesion) बल।
5. पौधों को उपलब्धता	अनुपलब्ध / अनावश्यक जल (Superfluous)।	प्राप्य जल (1/3 से 15 atm तक); पौधों का मुख्य स्रोत।	पूर्णतः अप्राप्य (Unavailable)।

2. क्षेत्र क्षमता (Field Capacity – FC) बनाम स्थायी मुरझान बिंदु (Permanent Wilting Point – PWP)

तुलना का आधार	क्षेत्र क्षमता (Field Capacity – FC)	स्थायी मुरझान बिंदु (Permanent Wilting Point – PWP)
1. वैज्ञानिक प्रतिपादक	वीहमेयर एवं हेंड्रिकसन (1931)।	ब्रिग्स एवं शांत्ज (1912 — सूचक पौधा: सूरजमुखी)।
2. मानक तनाव एवं pF मान	1/3 atm (-0.33 bar / -33 kPa) तथा pF = 2.53।	15 atm (-15 bar / -1,500 kPa) तथा pF = 4.18।
3. प्राप्य जल में स्थान	प्राप्य जल की उच्चतम सीमा (Upper limit — 100% AW)।	प्राप्य जल की निम्नतम सीमा (Lower limit — 0% AW)।
4. पादप वृद्धि पर प्रभाव	पौधों की वृद्धि, पोषक अवशोषण व श्वसन के लिए सर्वोत्तम अवस्था।	पौधा स्थायी रूप से मुरझा जाता है और वृद्धि रुक जाती है।

3. आसंजन बल (Adhesion Force) बनाम ससंजन बल (Cohesion Force)

तुलना का आधार	आसंजन बल (Adhesion Force)	ससंजन बल (Cohesion Force)
1. क्रियाशील अणु	असमान अणुओं अर्थात् ठोस मृदा कण और जल अणु के मध्य आकर्षण।	समान अणुओं अर्थात् जल के एक अणु और दूसरे जल अणु के मध्य आकर्षण।
2. धारित जल का प्रकार	मुख्यतः आर्द्रताग्राही जल (31–10,000 atm) की प्रथम परत को जकड़ता है।	आसंजित परत के ऊपर केशिका जल (1/3–31 atm) की मोटी झिल्ली को बांधता है।

4. अस्थायी मुरझान (Temporary Wilting) बनाम स्थायी मुरझान (Permanent Wilting)

तुलना का आधार	अस्थायी मुरझान (Temporary Wilting)	स्थायी मुरझान (Permanent Wilting)
1. मुख्य कारण	दोपहर की तेज गर्मी व हवा से वाष्पोत्सर्जन दर का जल अवशोषण से अधिक होना (मृदा में प्राप्य नमी रहती है)।	मृदा में प्राप्य नमी का समाप्त हो जाना (मृदा नमी तनाव ≥ 15 atm पहुँचना)।
2. पुनरुद्धार (Recovery)	रात या सुबह के समय बिना सिंचाई किए पौधा स्वतः स्फीति प्राप्त कर लेता है।	100% आर्द्र कक्ष में रखने पर भी ठीक नहीं होता; केवल मिट्टी में पानी देने पर ही ठीक होता है।

भाग F: 5 वैज्ञानिक कारण स्पष्ट कीजिए (Explain Why / Short Notes)

चिकनी मृदा (Clay soil) की क्षेत्र क्षमता (FC) सर्वाधिक होने के बावजूद उसकी प्राप्य जल क्षमता (AWC) सिल्ट दोमट मृदा से कम क्यों होती है?
कारण: चिकनी मृदा में महीन कोलाइड कणों का पृष्ठीय क्षेत्रफल बहुत अधिक होता है, जिससे वह बहुत अधिक जल (18–24%) को 15 atm (PWP) से ऊपर के तनाव पर कसकर जकड़ लेती है जो पौधों को नहीं मिल पाता। इसलिए उच्च PWP के कारण चिकनी मिट्टी में (FC − PWP) का अंतर सिल्ट दोमट की तुलना में कम रह जाता है।
लवणीय मृदाओं (Saline soils) में पर्याप्त केशिका नमी होते हुए भी पौधे मुरझाने (Physiological drought) क्यों लगते हैं?
कारण: लवणीय मृदा के जल में घुलनशील लवणों की अधिकता से मृदा विलयन का परासरणी विभव (Osmotic potential – Ψ_s) अत्यधिक ऋणात्मक हो जाता है। इससे कुल मृदा जल तनाव बढ़ जाता है और जड़ें मिट्टी में पानी होते हुए भी उसे खींच नहीं पातीं, जिसे ‘कार्यिकीय सूखा’ (Physiological Drought) कहते हैं।
राजस्थान की रेतीली मृदाओं में एक बार में भारी सिंचाई करने के बजाय हल्की और बार-बार सिंचाई क्यों की जाती है?
कारण: रेतीली मृदा में वृहद रंध्र अधिक होने से उसकी क्षेत्र क्षमता (FC: 6–9%) और प्राप्य जल धारण क्षमता (5–7 cm/m) बहुत कम होती है। भारी सिंचाई करने पर अतिरिक्त पानी गुरुत्वीय जल बनकर 24 घंटे में जड़ क्षेत्र से नीचे चला जाता है; अतः कम अंतराल पर हल्की सिंचाई (फव्वारा/ड्रिप) ही वैज्ञानिक है।
मृदा नमी ज्ञात करने के लिए ओवन का तापमान 105°C ही क्यों रखा जाता है, 200°C या 300°C क्यों नहीं?
कारण: 105°C तापमान मुक्त और आर्द्रताग्राही जल को वाष्पित करने के लिए पर्याप्त है। यदि तापमान 110°C से अधिक (जैसे 200°C–300°C) किया जाए, तो मृदा का कार्बनिक पदार्थ (Humus) जलकर CO₂ बन जाता है और क्ले खनिजों का संरचनात्मक क्रिस्टलीय जल भी निकल जाता है जिससे नमी की गणना गलत (अधिक) हो जाती है।
फसलों में सिंचाई स्थायी मुरझान बिंदु (15 atm) आने पर न करके 50% प्राप्य नमी ह्रास (50% DASM) पर ही क्यों कर दी जाती है?
कारण: जैसे-जैसे मृदा नमी क्षेत्र क्षमता (1/3 atm) से घटकर 1–2 atm से नीचे जाती है, जल की केशिका चालकता तेजी से घटती है और पौधे को पानी खींचने में भारी ऊर्जा खर्च करनी पड़ती है, जिससे रंध्र बंद होने लगते हैं और प्रकाश-संश्लेषण व उपज घट जाती है। अतः तनाव शुरू होने से पहले 50% DASM पर ही सिंचाई कर दी जाती है।

15 भाग G: दीर्घ उत्तरीय प्रश्न (5 Long Answer Questions — 8 to 15 Marks)

दीर्घ प्रश्न 1. मृदा नमी स्थिरांक (Soil Moisture Constants) से आप क्या समझते हैं? संतृप्ति क्षमता, क्षेत्र क्षमता (FC), स्थायी मुरझान बिंदु (PWP), नमी तुल्यांक (ME), आर्द्रताग्राही गुणांक एवं प्राप्य जल क्षमता (AWC) का उनके तनाव मान एवं pF मान सहित सविस्तार वर्णन कीजिए।