آب ادهیسیون وآب کوهیسیون درون میکروپوره قرار داشته و نیروی وارده بر آنها بیش از نیروی ثقل است. در صورتی که آبی که درون ماکروپورها نیروی نگهدارنده آنها خیلی ضعیف بوده و به آسانی تحت تأثیر نیروی ثقل به خارج از خاک منتقل می‌گردد (البته به استثنای مواردی که لایه محدود کننده در خاک وجود دارد) به این رطوبت آب ثقلی می‌گویند چون نیروی جاذبه خاک برای نگهداری آن به مراتب کمتر از نیروی ثقل می‌باشد.

رابطه بین انرژی و فشار آب

آب موجود در خاک دارای مقادیر مختلف انرژی بوده و مقدار انرژی آّب را می‌توان برحسب فشار بیان نمود. از طرفی تعیین فشار آب به‌مراتب راحت‌تر از تعیین مقدار انرژی آن است. بنابراین آب رابر اساس فشارآن درنظر می‌گیرند وبدین جهت درک رابطه بین فشار آب و مقدار انرژی آن ضروری می‌باشد. چنانکه یک زیردریائی را در نظر بگیریم مشاهده خواهیم کرد که بدنه آن بسیار محکم است تا بدین وسیله بتواند فشار آب را در اعماق اقیانوس تحمل نماید. چنانکه فشار آبی که به یک زیردریائی وارد می‌شود و یا به‌عبارت دیگر ستون آب بالای زیردریائی بر روی تیغه‌های یک توربین قرار بگیرد این نیروی عظیم از آب می‌تواند در تولید الکتریسیته به‌کار گرفته شود. هر قدر فشار آب بیشتر باشد حرکت آب نیز بیشتر خواهد بود و آب کار بیشتری انجام خواهد داد به‌همان نسبت محتوای انرژی آن نیز بیشتر خواهد بود. بنابراین رابطه بین انرژی آب و فشار آب مشخص می‌گردد.

حرکت آب در خاک

حرکت آب درخاک از نظر تبخیر رطوبت از سطح خاک، زهکشی و خروج آب (از خاک مرطوب به خاک خشک) و یا حرکت آن به‌طرف ریشه (و سپس برگ‌ها و اتمسفر) حائز اهمیت است. حرکت آب در خاک‌های اشباع به‌صورت مایع و در خاک‌های غیراشباع به‌صورت مایع و بخار است. عوامل کنترل‌کننده حرکت آب در خاک در هر دو حالت یکی هدایت آبی و دیگری اختلاف پتانسیل آب در دو نقطه متفاوت می‌باشد.

حرکت آب در خاک اشباع

در حالت اشباع همه خلل و فرج خاک پر از آب شده و آب در خلل و فرج درشت با سرعت بیشتری حرکت می‌کند. در این حالت پتانسیل ماتریک خاک برابر صفر بوده و نیروی اصلی حرکت آب در خاک پتانسیل ثقلی است. در خاک‌های اشباع قسمت اعظم آب از طریق حفرات بزرگ خاک جابجا می‌شود و در نتیجه چون تعداد حفرات خاک‌های شنی خیلی بیشتر از خاک‌های رسی است. بنابراین در حالت اشباع هدایت آبی آنها خیلی بیشتر از خاک‌های رسی می‌باشد، بعلاوه چون در حالت اشباع کلیه خلل و فرج خاک از آب پر می‌باشد، بنابراین هدایت آبی هر نوع خاکی در این حالت ثابت است مگر اینکه یا حجم حفرات خاک کم شود و یا اندازه آنها تغییر یابد.

حرکت آب در خاک غیر اشباع

هرگه خاک اشباعی بتواند زهکشی پیدا کند، آب به‌سرعت از خلل و فرج درشت خارج شده و هوا جایگزین آن می‌گردد. این رطوبت که تحت تأ ثیر پتانسیل ثقلی خارج می‌شود به‌نام آب ثقلی معروف است و در بیشتر خاک‌ها حدودا" بعد از یک روز پس از اشباع خاک از آن خارج می‌گردد. پس از خروج این رطوبت، آب باقیمانده را رطوبت زراعی می‌گویند. بدین ترتیب رطوبت ظرفیت زراعی حداکثر رطوبتی است که پس از خروج آب ثقلی در خاک باقی می‌ماند و خروج آن از خاک مطلقا" و یا خیلی کم تابع اختلاف پتانسیل ثقلی است.

هنگامی که آب اشباع یا رطوبت ثقلی از خاک خارج شد حرکت باقیمانده رطوبت در خاک (در خاک غیر اشباع ) به‌سرعت کاهش پیدا می‌کند زیرا آب باقیمانده یا درون خلل و فرج ریز است و یا به‌صورت غشائی در اطراف ذرات خاک و در تماس با هوا می‌باشد. در این حالت نیروی محرکه آب اختلاف پتانسیل ماتریک خاک می‌باشد و با کم شدن پتانسیل ماتریک خاک، هدایت آبی ممکن است تا ^6-10 مرتبه هم کاهش پیدا کند. بنابراین هنگامی‌که خاک به زیر ظرفیت زراعی می‌رسد، به‌دلیل کاهش شدید هدایت آبی حرکت آب بسیار ناچیز می‌گردد.

در خاک‌های غیراشباعی که پتانسیل ماتریک خاک نزدیک صفر است (خاک خیس) هدایت آبی خاک شنی به‌مراتب بیشتر از خاک رسی است ولی زمانی که خاک خشک می‌شود و پتانسیل ماتریک چندین‌بار کاهش می‌یابد، غشاء آب اطراف ذرات خاک به‌صورت ناممتد در می‌آید و مانع حرکت آب می‌گردد. ایجاد غشاء ناممتد آب در اطراف ذرات در خاک‌های شنی نسبت به خاک‌های رسی در پتانسیل ماتریک بالاتری به‌وقوع می‌پیوندد. به‌عبارت دیگر در حالت خشک هدایت آبی خاک‌های رسی بیشتر از خاک‌های شنی است.

به‌طوری که قبلا"گفیتم با کاهش پتانسیل ماتریک در خاک‌های غیراشباع، هدایت آبی خاک به‌سرعت کاهش می‌یابد. در این حالت حداکثر مسافتی را که رطوبت می‌تواند طی کند تا به ریشه برسد و جذب گردد از چند سانتیمتر تجاوز نمی‌کند، بنابراین هنگامی که پتانسیل ماتریک خاک کمتر از 0.3- تا 0.1- بار می‌گردد حرکت رطوبت در خاک عمدتا" متوقف گردیده و در این حالت ریشه باید بتواند به تمام نقاط خاک پنجه دوانیده و رطوبت موجود را کسب نماید. در سطح آب زیرزمینی (بخشی که از آب اشباع است) پتانسیل ماتریک خاک خیلی بالا و تقریبا" نزدیک صفر است. حرکت صعودی آب از این قسمت توسط نیروی کاپیلاریته صورت گرفته و به‌طور متوسط تا یک متری از سطح سفره آب زیرزمینی می‌رسد.

روابط آب و خاک و گیاه

مقدار آبی که گیاه در یک روز تابستان به‌صورت تعریق از دست می‌دهد ممکن است بیش از چند برابر وزن گیاه باشد. از طرفی آبی که جذب ریشه گیاهان می‌گردد به‌صورت آزاد در خاک جریان نداشته و در نتیجه عمل اسمز به‌تدریج به درون ریشه‌ها انتشار می‌یابد. بنابراین باید سطح تماس بین ریشه وذرات خاک می‌باید به‌قدری زیاد باشد که گیاه بتواند آب مورد نیاز خود را جذب نماید.

جذب رطوبت و نقطه پژمردگی

پتانسیل رطوبتی خاک در نقطه ظرفیت زراعی به‌طور نسبی بالا است، بنابراین ریشه‌ها به‌راحتی می‌توانند آب را از خاک جذب نمایند. هنگامی که ریشه‌ها با عمل اسمز آب را از خاک جذب می‌کنند، خاک خشک تر شده و به‌طوری که قبلا" هم گفته شد با خشک تر شدن خاک هدایت آبی خاک هم به‌شدت کاهش یافته و در نتیجه حرکت آب به‌طرف ریشه و جذب آب کندتر می‌گردد. سرانجام در صورتی که آبی به خاک اضافه نگردد سرعت از دست دادن رطوبت توسط گیاه بیش از سرعت جذب آن به‌وسیله ریشه خواهد بود و در نتیجه کمبود رطوبت ابتدا به‌صورت عارضه و در نهایت به‌صورت پژمردگی در گیاه ظاهر می‌گردد (به‌استثنای گیاهانی که قدرت تطابق ویژه داشته و در مقابل کمبود رطوبت همانند بسیاری از گیاهان مناطق کویری عمل تعریق در آنها متوقف می‌شود).

رطوبتی که حد فاصل بین رطوبت ظرفیت زراعی و نقطه پژمردگی است به‌نام رطوبت قابل استفاده گیاه معروف است. مطالب فوق‌الذکر نکات مهمی را بدین شرح روشن می‌سازد:

1- قدرت گیاه برای جذب رطوبت از خاک بستگی به پتانسیل ماتریک خاک دارد نه به میزان رطوبت خاک.

2- زمان آبیاری از روی پتانسیل ماتریک خاک تعیین می‌شود نه از طریق میزان رطوبت خاک . بنابراین پتانسیومترها در امر تعیین زمان آبیاری حائز اهمیت زیادی می‌باشند. نقطه پژمردگی هم مثل نقطه ظرفیت زراعی نقطه ثابت و مشخصی نبوده و بسته به نوع خاک، نوع گیاه و شرایط محیطی متغییر است. مثلا"درجه حرارت بالا و باد شدید ممکن است بعضی گیاهان در پتانسیل ماتریک2- بار به نقطه پژمردگی برسند. هنگامی که رطوبت خاک به حد نقطه پژمردگی می‌رسد، کاهش بیشتر رطوبت منجرب کاهش بسیار سریع پتانسیل ماتریک خاک می‌گردد.

سایر ضرایب رطوبتی خاک

در نقطه پژمردگی هنوز مقداری رطوبت در خاک وجود دارد که غیر قابل استفاده برای گیاه می‌باشد. برای خارج نمودن این رطوبت هرگاه خاک را به‌مدت 24 ساعت در اتو در حرارت 105 درجه قرار دهیم، اختلاف وزن حاصل نتیجه خروج این رطوبت می‌باشد. حال اگر خاک خشک شده در اتو را در مجاورت هوای اشباع از رطوبت قرار دهیم تا به حال تعادل در آید مقدار رطوبتی که از هوای اشباع جذب خاک می‌گردد به نام رطوبت هیگروسکوپیک موسوم می‌گردد. البته این نوع رطوبت از نظر رشد و نمو گیاه فاقد اهمیت است ولی از نظر اندازه‌گیری کمِّی سطح رویه خاک مهم است.

میزان رطوبت خاک‌ه

اندازه‌گیری وزن خاک خشک شده در اتو خیلی آسان بوده واز آن به‌عنوان مقیاسی در بیان مشخصات مختلف خاک نظیر میزان مواد آلی، میزان رس، میزان گوگرد و غیره استفاده می‌گردد. به‌عنوان مثال هرگاه وزن یک نمونه خاک لومی در حد رطوبت ظرفیت زراعی 120 گرم باشد و مقدار رطوبت آن در حدود 20 گرم باشد. درصد رطوبت این خاک نسبت به وزن خاک خشک در اتو به طریق زیر محاسبه می‌شود:

بهتر است میزان رطوبت خاک بر حسب حجمی بیان گردد زیرا در آن صورت می‌توان مستقیما" میزان آب مورد نیاز برای آبیاری، میزان افزایش رطوبت خاک رابه‌وسیله باران و میزان آب مصرفی گیاهان را در روز یا در هفته نسبت به رطوبت موجود در خاک سنجید در مواردی که وزن مخصوص ظاهری خاک مساوی وزن مخصوص آب است درصد وزنی و حجمی رطوبت یکی است. ولی در اکثر موارد وزن مخصوص ظاهری خاک با وزن مخصوص آب (یعنی 1) فرق می‌کند، در آن صورت جهت تبدیل رطوبت وزنی به رطوبت حجمی از رابطه زیراستفاده می‌گردد:

در نتیجه در خاک مذکور که رطوبت وزنی آن 20 0/0 است هرگاه وزن مخصوص ظاهری خاک مساوی 1.25 گرم در سانتیمتر مکعب باشد درصد حجمی رطوبت آن مساوی 25 0/0 خواهد گردید. این مقدار رطوبت در بیشتر خاک‌های لومی متداول بوده و معنی آن اینست که در این رطوبت 25 0/ 0 درصد حجم خاک (و حدودا" 50 0/0 حجم خلل و فرج ) را آب اشغال کرده است. در یک خاک لومی حدودا" 60 0/0 رطوبت ظرفیت زراعی رطوبت قابل استفاده گیاه می‌باشد ( مقدار رطوبتی که در فاصله پتانسیل ماتریک 0.3 –تا 15- بار قرار دارد). بنابراین در چنین خاکی گیاه قادر است فقط تا حدود 15 سانتیمتر آب از خاکی به ضخامت 100 سانتیمتر استخراج نماید. به‌عبارت دیگر هنگامی که رطوبت خاک به حد ظرفیت پژمردگی برسد مقدار 15 سانتیمتر آب آبیاری یا آب باران لازم است تا رطوبت خاک را تا عمق 100 سانتیمتری به حد ظرفیت زراعی برساند.

تأثیر بافت خاک برروی رطوبت قابل استفاده گیاه

ظرفیت نگهداری رطوبت در خاک به دو عامل بستگی دارد، یکی سطح رویه ذرات و دیگری حجم خلل و فرج خاک می‌باشد. بنابراین ظرفیت نگهداری رطوبت هم به بافت و هم به ساختمان خاک هر دو وابسته است. در رابطه با بافت، خاک‌های ریز بافت حد اکثر ظرفیت نگهداری آب را دارا می‌باشند لکن حد اکثر رطوبت قابل استفاده مربوط به خاک‌های دارای بافت متوسط و به‌ویژه خاک‌هائی است که مقادیر زیادی سیلت و شن خیلی ریز در ترکیب بافت آنها وجود دارد.