Giáo trình -Thổ nhưỡng học - chương 9 ppt

Chương IX
NƯỚC TRONG ÐẤT

1. Vai trò của nước trong đất
Trước hết nước tham gia vào sự phong hoá các loại đá và khoáng
vật ở giai đoạn đầu tiên của quá trình hình thành đất. Các tầng đất trong
phẫu diện được tạo ra ngoài kết quả của các quá trình hoá học, lý học,
sinh hoá học; quá trình vận chuyển vật chất do nước cũng giữ một vai
trò quyết định. Nước còn là nhân tố điều hoà nhiệt và không khí trong
đất. Các tính chất cơ lý đất như tính liên kết, độ chặt, tính dính, tính dẻo,
tính trương và co đều do nước chi phối. Nước cũng liên quan chặt chẽ
tới sự hình thành chất mới sinh như kết von, đá ong, vệt muối Sự di
chuyển của nước có thể gây ảnh hưởng xấu đến độ phì nhiêu đất, vì nó
làm các chất dinh dưỡng bị rửa trôi, phá vỡ kết cấu và gây xói mòn ở
vùng đất dốc. Nhờ có nước hoà tan các chất dinh dưỡng, cây trồng và
các sinh vật khác mới hút được. Cây trồng nông nghiệp muốn tạo ra 1
gram chất khô cần phải hút từ 250 đến 1062 gram nước, tuỳ theo từng
loài và từng miền khí hậu.
Tóm lại, nước rất quan trọng đối với các quá trình hoá học, lý học,
sinh hoá học xảy ra trong đất.
2. Tính chất của nước trong đất
2.1. Cấu tạo và khả năng liên kết của phân tử nước
Ðặc tính nước có liên quan tới tính chất hoá lý của nước. Phân tử
nước bao gồm 2 nguyên tử hydro và 1 nguyên tử oxy. Các nguyên tử
này sắp xếp không cân xứng, khoảng cách từ proton hydro đến proton
oxy là 0,97 Å, giữa 2 proton hydro là 1,54 Å, chúng tạo ra góc H-O-H =
105
0
. Từ đó phân tử nước có số proton tích điện âm bằng số proton tích
điện dương, nó là trung tính. Tuy nhiên, do trung tâm tích điện dương

được dịch chuyển về trung tâm tích điện âm, phân tử nước có momen
lưỡng cực gây ra điện trường trong vùng phụ cận của phân tử. Kết quả
phân tử nước tác động với nhau, với ion hoà tan, với điện trường của các
khoáng vật, của chất hữu cơ trong đất. Ðiện trường momen phân cực của
phân tử nước bên cạnh làm tăng lực tác động hình thành mối liên kết
hydro yếu bên trong phân tử giữa proton của nguyên tử hydro của 1
phân tử và nguyên tử oxy của phân tử khác. Tác động của lực hút yếu
hình thành nên hạt hiệu ứng làm cho các phân tử liên kết lại với nhau.
Do mối liên kết hydro yếu, các phân tử giao động nhiệt, tác động
của môi trường xung quanh nên phân tử nước ở trạng thái rắn có cấu
trúc tinh thể hoàn chỉnh nhất và do đó ổn định. Khi nhiệt độ trên 0
0
C, đá
tan, liên kết hydro giảm (độ dài giữa các proton hydro lên đến khoảng
2,9Å), tỷ trọng nước tăng dần đến khi nhiệt độ đạt 4
0
C. Ở trạng thái lỏng
mỗi phân tử nước có 5 hay hơn phân tử khác bao quanh bởi liên kết
hydro, cấu trúc phân tử ổn định. Chỉ có trạng thái hơi làm phân tử nước
hoàn toàn mất liên kết hydro bên trong.
Do mối liên kết cân bằng điện giữa các nguyên tử oxy và hydro của
các phân tử độc lập bền vững, hạt nhân hydro có năng lực giới hạn tiếp
nhận năng lượng nhiệt để phá vỡ lực hút với điện tích của nó và để ion
hoá tạo thành hydroxôni H
3
O
+
với phân tử nước có liên kết hydro. Ðơn
hydroxyl (OH
-

) còn lại mất proton tích điện dương từ một trong số các
nguyên tử hydro tạo nên phân tử nước trung hoà, nó sẽ tích điện âm.
Phản ứng ngược chiều như sau:
2H
2
O  H
3
O
+
+ OH
-

Ion hoá lượng nhỏ các phân tử nước; hạt tích điện này có điện trường
khác với phân cực của phân tử không phân ly. Kết quả, lượng phân ly
không lớn có ảnh hưởng đến hoạt tính của hạt tích điện (khoáng tích
điện) khi tiếp xúc với dung dịch và với rất nhiều phản ứng hoá học xảy
ra trong đất.
Hằng số điện ly (Kw) đối với phản ứng ion hoá được viết theo
phương trình:
Kw = [H]
+
[OH]
-
= 10
-14

Nguyên nhân phân ly là rõ ràng, tồn tại một sự khác biệt nhỏ giữa
hoạt tính với nồng độ của các ion hydro và oxy. Xác định mức độ ion
hoá của nước được gọi là pH và bằng âm logarit thập phân nồng độ mol
ion hydro [H]

+
:
pH = - log
10
[H]
+

2.2. Tính chất của nước ở thể lỏng
 Tính chất nhiệt học và cơ học
Nước là chất lỏng đặc biệt. Nước có điểm sôi và điểm tan cao, tỷ
trọng bé, pha lỏng nặng hơn pha rắn. Nước yêu cầu nhiệt lượng lớn được
gọi là nhiệt nóng chảy. Lượng nhiệt làm nước bốc hơi còn lớn hơn gọi là
nhiệt bốc hơi. Nước có hằng số cách điện cao, tạo ra tính cách đảo điện
cao và nhiệt dung riêng lớn. Ta có thể tóm tắt một số tính chất cơ lý trong
bảng 9.1.
Bảng 9.1 Một số tính chất vật lý của nước tinh khiết
Tính chất Giá trị Ðơn vị tính

Nhiệt độ
(
0
C)
Tỷ trọng: lỏng
rắn
hơi
0,998
0,910
1,73. 10
-5
g/cm

3

g/cm
3

g/cm
3
20
0
20
Nhiệt nóng chảy 3,34. 10
-8
erg/g 0
Nhiệt bốc hơi 2,54.10
-9
erg/g 20
Nhiệt dung riêng 0,999 erg/g/
0
C 20
Hằng số điện ly 80 - 20
Sức dẫn nhiệt 6,03. 10
3
erg/cm/s/g/
0
C
20
Ðộ nhớt 1,0. 10
-2
erg/cm/s 20
Áp suất bề mặt 72,7 erg/cm

2
20
William A. Jury và cs (1991)
Sức căng bề mặt và đường cong mặt trong
Khi nước tiếp xúc với hạt đất hay với không khí sẽ tạo ra mặt trong
giữa hai vật chất. Các phân tử ở gần mặt trong sẽ chịu lực tác động khác
so với những phân tử trong phạm vi cùng chất lỏng. Ví dụ, ở mặt trong
của không khí và nước, phân tử trong khối lỏng từ mặt trong ra sẽ liên
kết hydro với phân tử bên cạnh và thể hiện yếu lực kéo trực tiếp ra khỏi
nước. Vì thế phân tử ở mặt trong không khí-nước xuất hiện sức hút đi
vào dung môi làm cho mật độ các phân tử nước ở phía không khí bé hơn
phía chất lỏng. Lực hút không cân bằng đã phá vỡ liên kết hydro của các
phân tử trên mặt cong trong và tạo ra tính chất "màng" đối với bề mặt,
thể tích tăng làm căng giống như "da". Kết quả các phân tử nước đòi hỏi
năng lượng để tồn tại trên mặt cong trong. Năng lượng lớn theo đơn vị
diện tích bề mặt để giữ lại các phân tử trên mặt cong được gọi là sức
căng bề mặt. Cũng có thể định nghĩa là năng lượng tính theo đơn vị diện
tích cần có để tăng diện tích bề mặt của mặt trong hoặc là lực tính theo
đơn vị độ dài để giữ bề mặt với nhau.
Ðường cong của mặt trong nước-không khí ở thế cân bằng có quan
hệ với sự chênh lệch lực cắt ngang mặt trong. Nếu nước tinh khiết và
mặt trong là mặt phẳng ngang thì áp lực ở trên và dưới mặt là như nhau.
Khi mặt trong là đường cong, áp lực sẽ lớn hơn ở phía mặt lõm của mặt
trong do tổng hợp mà lực đó phụ thuộc vào đường kính đường cong và
áp lực bề mặt của dung môi. Ðối với mặt trong của hình cầu có đường
kính R, chênh lệch lực p giữa mặt không khí và mặt chất lỏng của mặt
trong là:
p =
R
2



(1)
Trong đó: : áp lực bề mặt
Trong đó p = P
a
- P
l
khi đường cong của mặt trong đối với dung
môi (có nghĩa là không khí sủi bọt trong nước và p = P
l
- P
a
khi đường
cong mặt trong lồi về phía chất khí có nghĩa giọt nước ở trong không
khí. Hình 9.1 mô tả quan hệ giữa đường cong và chênh lệch áp suất đối
với các mặt trong khác nhau.
R
khÝ
khÝ
khÝ


Hình 9.1 Quan hệ giữa đường cong mặt trong và độ chênh lệch áp suất
trên mặt
pha rắn và pha khí

 Góc tiếp xúc
Khi chất lỏng có ở trong hệ 3 pha gồm cả thể khí và thể rắn, góc đo
từ bề mặt trong rắn- lỏng đến bề mặt trong lỏng- khí gọi là góc tiếp xúc

. Khi chất lỏng hấp dẫn (được hút) đối với chất rắn mạnh hơn đối với
hấp dẫn dính giữa các phân tử chất lỏng thì góc sẽ bé và chất lỏng gọi là
"làm ướt" chất rắn. Ngược lại lực dính của chất lỏng lớn hơn nhiều so
với lực hấp dẫn hút đối với chất rắn thì góc sẽ lớn và chất lỏng gọi là
ghét chất rắn (hình 9.2).







Hình 9.2 Hình biểu diễn góc tiếp xúc
chất lỏng P
khí
> P
lỏng
chất lỏng P
khí
= P
lỏng
chất lỏng P
khí
< P
lỏng
chất rắn chất rắn
chất
lỏng
chất khí

`

chất khí



chất lỏng







a) Góc tiếp xúc bé ở đất làm ướt; b) Góc tiếp xúc lớn ở
đất "ghét" nước
 Leo cao trong mao dẫn
Khi chất lỏng tiếp xúc với ống mao dẫn hở, chất lỏng sẽ leo lên
trong ống mao dẫn. Trên bề mặt cột nước xuất hiện mặt cong trong
nước- không khí (hình 9.3).
Giả thiết mao dẫn là ống thuỷ tinh, có bán kính R. Ta có, chênh lệch áp
suất là: p = P
l
- P
a
=
R

2
. Với thể tích AH, khi A = R

2
là diện tích mặt
cắt ngang và H là chiều cao dâng lên của nước trong mao dẫn. Lúc đó:
lực đẩy lên thẳng là: Fup = pA = R
2
p = 2 R;
lực đi xuống là trọng lực của cột nước (Mg), khi M = 
w
V là khối
lượng nước
F down = 
w
V = R
2

w
H
g.

Tại trạng thái cân bằng, 2 lực bằng nhau, từ đó ta có thể tính:
H =
wgRρ
δ2

(2)
Phương trình (2) cho ta chiều cao cột nước có thể dâng lên trong mao
dẫn với bán kính R và góc tiếp xúc zero. Khi góc tiếp xúc không phải
zero, chiều cao của cột nước tới hạn sẽ bé hơn giá trị này. Trên hình 9.3,
bán kính của đường cong mặt trong r = R/ cos . Khi đó chênh lệch áp
lực là:

p =
R
δ2
=
R
γcosδ2
=
và cân bằng lực lúc này diễn ra: H =
wgRρ
γcosδ2

(3)
Trong trường hợp thứ 2 chiều cao cột nước bé hơn.

Gãc tiÕp xóc

R

r
Kh«ng khÝ
níc
èng thuû tinh s¹ch


Hình 9.3. Cột nước trong ống mao dẫn

Ðến đây ta có thể kết luận rằng, đường kính mao dẫn càng bé thì cột
nước leo trong đó càng cao. Cũng cần chú ý rằng trong đất các khe hở có
kích thước và hình dạng rất khác nhau. Chỉ những khe hở liên tục và
kích thước trong giới hạn (0,1- 0,001 mm) trong đất có cấu tạo hạt kết

thì được xem là những mao dẫn. Những khe hở bé hơn giới hạn trên
không cho phép nước dâng cao vì lực hấp phụ của các hạt đất đối với
các phân tử nước lớn hơn nhiều, tuy chúng vẫn liên tục.
 Ðộ nhớt
Do các phân tử nước đứng cạnh nhau hút lẫn nhau, chúng chống lại
xu thế làm tăng số lượng của nước trong phạm vi chất lỏng khi có lực
tác động lên nó. Lực cản này được gọi là lực kéo hay lực cắt. Trên hình
9.4 trình bày thí nghiệm xác định độ nhớt của nước.



Hình 9.4 Tấm nhỏ trên mặt nước được đẩy sang phải bằng lực F đạt
vận tốc tối đa
V
max
.Tốc độ tăng lên tuyến tính theo hướng y
Nước tiếp xúc với tấm khối lượng bé sẽ chuyển động với V
max
, và
nước tiếp xúc đáy không chuyển động, tạo ra sự thay đổi tuyến tính của
tốc độ nước theo chiều thẳng đứng.Tỷ số giữa lực đo bằng đơn vị diện
tích của tấm (lực tiếp tuyến theo đơn vị diện tích, hoặc lực cắt ) và
gradient tốc độ thẳng đứng cho chuyển động (phương trình V
max
/ L)
được gọi hệ số độ nhớt

(những đơn vị khối lượng trên độ dài trên thời
gian):
 =

A
V
AF
max
/
=
x
AV
FL
max
(4)
Biểu thức tổng quát của mối quan hệ giữa lực hãm và tốc độ được
gọi là định luật độ nhớt của Newton
 = F/ A = -

dV/

y

(5)
khi y là mặt thẳng đứng với dòng chất lỏng.
 Áp suất thẩm thấu
Từ chỗ các phân tử nước có momen lưỡng cực, các ion trong dung
dịch bị cuốn hút bởi điện trường xung quanh các phân tử nước độc lập
và hướng tập trung gần chúng. Tác động của sự chụm có trạng thái năng
lượng thấp hơn của nước. Nếu màng thấm đối với nước nhưng không
thấm đối với chất tan trong nước được sử dụng để tách nước sạch khỏi
dung dịch chứa ion, nước từ phía sạch của màng sẽ đi sang phía dung
dịch. Khối lượng di chuyển này sẽ tiếp tục không giới hạn trừ phi có lực
đối kháng. Nếu dung dịch được ngăn bên trong một hộp dẻo như màng

Lực F
Chất lỏng
Mặt đứng yên
V = V
max
M
ặt chuyển động

cao su, lúc đó nước đi vào hộp sẽ làm tăng thể tích và gây ra sự tăng lên
của áp suất thuỷ tĩnh, kết quả là ngừng dòng nước. Cuối cùng áp suất
thuỷ tĩnh của dung dịch cân bằng lực hút ion của nước tại điểm cân
bằng, áp suất đó được gọi là áp suất thẩm thấu (osmotic pressure) . Ðối
với dung dịch loãng, áp suất này được tính gần đúng theo công thức:
 = C
s
RT
(6)
Trong đó  là áp suất thẩm thấu theo erg trên cm
2
; C
s
là nồng độ mol
trên cm
2
; T nhiệt độ Kelvin và R là hằng số khí (8,32. 10
7
erg/ mol deg).
Phương trình dùng cho tổ hợp hình thành bởi các phần tử đơn ion. Ví dụ,
dung dịch HCl có nồng độ 0,001M ở T= 300
0

K. Dùng công thức (6) ta
có:
 = (10
-5
mol/ cm
3
) (300) (8,32 x 10
7
) (erg/ mol)
= 2,5 x 10
4
erg/ cm
3
 0,25 atm.

3. Các dạng nước trong đất
Do đặc điểm cấu tạo, nước có thể liên kết với các hạt đất hay độc lập
trong các khe hở. Khi xâm nhập vào đất nó chịu tác động của nhiều lực
khác nhau như lực hấp phụ, lực thẩm thấu, lực mao dẫn và trọng lực.
Bởi vậy nước được giữ lại bằng các lực khác nhau, tạo nên nhiều dạng
nước trong đất.
3.1. Nước liên kết hoá học
Nước liên kết hoá học gồm nước cấu tạo và nước kết tinh.
Nước cấu tạo là dạng nước tham gia vào thành phần cấu tạo của
khoáng vật dưới dạng nhóm OH
-
. Nước này chỉ mất đi khi nung nóng
khoáng vật ở nhiệt độ cao từ 500
0
C trở lên, khi đó khoáng vật bị phá huỷ

hoàn toàn.
Nước kết tinh là dạng nước tham gia vào sự hình thành tinh thể
khoáng vật dưới dạng phân tử nước liên kết với khoáng vật (ví dụ thạch
cao - CaSO
4
; limonit - Fe
2
O
3
.3H
2
O). Có tài liệu cho rằng, nước kết tinh
bị mất khi nung khoáng vật từ 105
0
C đến 200
0
C. Dưới tác dụng của
nhiệt độ, các phân tử nước nước kết tinh không mất đi ngay cùng một
lúc mà mất dần theo từng bước nhảy, mỗi phân tử nước mất ở nhiệt độ
thích hợp. Ví dụ, khi nung thạch cao thì phân tử nước thứ nhất bị mất ở
107
0
C, còn phân tử thứ 2 mất ở nhiệt độ 170
0
C. Khi nước kết tinh bị mất
khoáng vật không bị phá huỷ nhưng một số tính chất vật lý thay đổi.
Nước liên kết hoá học không di chuyển. Thực vật không thể sử dụng
được dạng nước này.
3.2. Nước ở thể rắn
Khi nhiệt độ dưới 0

0
C nước trong các khe hở chuyển sang thể rắn,
không di chuyển được và cây trồng cũng không sử dụng được.
3.3. Nước ở thể khí (hơi nước)
Bình thường nước luôn tồn tại ở thể hơi trong không khí khí quyển
và trong không khí trong đất. Giữa thể rắn, lỏng và khí tồn tại trạng thái
cân bằng tức thời. Trạng thái này phụ thuộc và ẩm độ của đất, nồng độ
dung dịch đất, nhiệt độ và hàm lượng sét. Trong đất hơi nước nằm trong
không khí, một phần bị các hạt đất giữ lại trên bề mặt bằng lực hấp phụ.
Hơi nước trong đất rất linh động và có thể di chuyển được do 2 nguyên
nhân:
 Do chênh lệch áp suất nên hơi nước di chuyển từ nơi có áp suất cao
đến nơi có áp suất thấp hơn, do đó cũng di chuyển từ nơi ẩm sang nơi
khô hơn. Khi nhiệt độ của đất hạ xuống, hơi nước di chuyển đến nơi
nhiệt độ thấp hơn. Chính nhờ khả năng di chuyển nên có sự trao đổi
tỷ lệ hơi nước giữa không khí trong đất và không khí khí quyển sát
mặt đất.
 Hơi nước di chuyển thụ động do gió thổi.
Thực vật chỉ sử dụng được khi hơi nước đã chuyển sang thể lỏng.
Thực ra hàm lượng nước ở thể hơi trong đất không nhiều, nhất là ở đất
bão hoà nước, vì lúc đó phần lớn khe hở đã bị nước chiếm.
3.4. Nước hấp phụ
Là dạng nước được các hạt đất hút và giữ lại trên bề mặt của chúng
nhờ lực hấp phụ. Lực hấp phụ bao gồm:
 Phân tử nước và nguyên tử oxy trên bề mặt hạt đất (đặc biệt là hạt
keo) hình thành liên kết Hydro. Lực hấp phụ này khá lớn, có thể đạt
hàng ngàn atmotphe, nhưng phạm vi tác động của chúng chỉ ở cự ly
ngắn.
 Do bề mặt hạt keo mang điện âm nên vành ngoài của chúng hút các
ion trái dấu và ở đó phát sinh ra điện trường tĩnh. Phân tử nước lưỡng

cực nên được hút trong điện trường đó, và giữa các phân tử nước
cũng hút lẫn nhau qua liên kết hydro. Lực hấp phụ này có khoảng
cách tác động hữu hiệu lớn hơn nên lực hút bé hơn, thậm chí chỉ đạt
vài atmotphe ở vành ngoài cùng.
Nước hấp phụ ở sát bề mặt hạt đất có đặc điểm là: tỷ trọng lớn hơn
nước bình thường (có thể đạt 1,4- 1,5), nhiệt dung bé (0,5- 0,8
Calo/cm
3
), không có khả năng hoà tan vật chất (như: đường, axit,
bazơ ), tính dẫn điện rất kém gần như bằng 0, điểm đóng băng rất thấp
(- 78
0
C) và không di chuyển. Dạng nước hấp phụ này mất hẳn tính vận
động nhiệt, vì vậy trong quá trình hấp phụ giải phóng nhiệt lượng được
gọi là "nhiệt ẩm ướt".
Nước hấp phụ ở các lớp ngoài chịu lực hút nhỏ hơn, có tính chất gần
giống với nước bình thường nhưng độ nhớt của nó vẫn lớn hơn, điểm
đóng băng vẫn thấp hơn, di chuyển rất chậm, các ion ở lớp khuếch tán
của keo đất có thể được phân bố trong đó.
Lực hấp phụ nước trong đất được quyết định bởi tỷ diện hoà tan của
đất, loại keo, lượng keo và ion hấp phụ cùng với lượng chất hoà tan (vì
ảnh hưởng tới trạng thái tụ keo hay tán keo). Thành phần cơ giới càng
nặng, keo hữu cơ và keo sét loại hình 2:1 càng nhiều, keo càng phân tán
thì lực hấp phụ càng lớn, lượng nước được giữ lại càng nhiều. Hình 9.5
mô tả các dạng nước, giới hạn nước được giữ lại trong các khe hở bằng
các lực (pF) khác nhau.

Hình 9.5 Ðường cong hấp phụ của nước trong đất cát và đất thịt
(H. Uggla)
(m là đường kính của các mao dẫn)
Nước hấp phụ chia làm 2 loại: nước hấp phụ chặt và nước hấp phụ
hờ.
 Nước hấp phụ chặt:
Là nước được giữ chặt bởi lực hấp phụ xuất hiện ở bề mặt hạt đất.
Các phân tử nước bám quanh hạt đất tạo thành các lớp mỏng, có chiều
dày bằng 2- 3 đường kính phân tử nước và chỉ di chuyển khi biến sang
dạng hơi. Khi lớp đơn phân tử nước còn đứt đoạn, chưa vây kín hạt đất
thì gọi là "nước hấp phụ bé" và có ký hiệu là Hy. Trường hợp này xảy ra
khi đất khô ở trạng thái bình thường. Nếu xác định độ ẩm lúc này ta
được độ ẩm đất khô không khí. Khi để đất khô trong không khí bão hoà
Đất cát

Đất thịt

Hy max

Điểm cây héo
S
ức chứa ẩm
đồng ruộng
Nước thấm qua
Nước thấm nhanh
Nư
ớc trọng lực

Nước mao

qu
ản treo

Nước hiệu
lực
Nước cây
khó l
ấy

Nước cây không
lấy được
Nước hấp phụ
Nước bão hoà

g H
2
O/100g đất
hơi nước (không khí chứa  94,2 % hơi nước), các phân tử nước bị hấp
phụ sẽ vây kín xung quanh hạt đất tạo thành một lớp đơn tử nước, được
gọi là "nước hấp phụ tối đa", có ký hiệu là Hy
max
. Ðối với một loại đất,
Hy
max
là một hằng số. Người ta thấy rằng cây chỉ có thể hút được nước
khi lượng nước trong đất gấp 1,5 lần giá trị của Hy
max
trở lên. Từ đó
người ta có thể tính độ ẩm cây héo bằng công thức sau:
Wc.h (%) = 1,5 Hy

max

Nước hấp phụ bị mất khi ta sấy đất ở nhiệt độ 105- 110
0
C.
 Nước hấp phụ hờ (nước màng)
Nước màng là nước được đất giữ lại bên ngoài lớp nước hấp phụ
chặt bằng lực phân tử định hướng và do sức hút của các ion trên bề mặt
hạt đất (lực thuỷ hoá). Lớp nước này có bề dày gấp hàng chục lần đường
kính phân tử nước bao gồm nhiều lớp đơn phân tử nước. Lực giữ nước
trong trường hợp này yếu hơn nhiều so với lực giữ nước hấp phụ chặt.
Dạng nước này có thể di chuyển được từ hạt đất có màng dày sang hạt
đất có màng mỏng hơn đứng cạnh bên cho đến khi độ dày của hai màng
cân bằng nhau. Tuy nhiên sự di chuyển này là rất chậm chạp, khoảng 2,4
mm/giờ. Thực tế cây trồng không sử dụng được dạng nước này.
3.5. Nước tự do
Là dạng nước không liên kết với đất, không bị giữ chặt bằng lực liên
kết hoá học hay lực hấp phụ. Nước này di chuyển được do tác dụng của
lực mao quản hay trọng lực, từ đó được chia ra 2 dạng: nước mao quản
và nước trọng lực.
 Nước mao quản:
Nước mao quản di chuyển trong các ống mao quản có đường kính
bé, theo các hướng khác nhau, và cây trồng dễ dàng hút được nước này.
Tính chất vật lý và hoá học của dạng nước mao quản hoàn toàn giống
nước tự do, nó bị giữ lại bởi lực bé, chỉ khoảng mười lăm atmotphe đến
một vài phần trăm atmotphe. Nước mao quản di chuyển dễ dàng nhất
trong các mao quản đường kính khoảng 0,002- 0,850 mm ( = 0,2- 8,5
m) Nếu ống mao quản bé hơn 0,002 mm thì chứa đầy nước hấp phụ,
làm cho sự di chuyển của nước trong mao quản gặp khó khăn. Nước
mao quản có thể nối liền với nước ngầm và thường xuyên được nước

ngầm cung cấp gọi là "nước mao quản leo". Khi mạch nước ngầm ở quá
sâu hoặc hạn hán lâu ngày nước ngầm không tồn tại, nước trong mao
quản không được nước ngầm cung cấp ta gọi là "nước mao quản treo".
Nước mao quản là nguồn nước chủ yếu cung cấp cho cây trồng, vì
thế cần bảo vệ và nâng cao hàm lượng nước này trong đất bằng các biện
pháp phù hợp như bón phân hữu cơ tạo kết cấu, tăng cường xới xáo, che
phủ chống bốc hơi nước
 Nước trọng lực
Là nước ngấm sâu khi mưa, khi tưới hay từ nguồn nước khác, dưới
tác động của trọng lực và di chuyển nhanh trong các khe hở lớn và đọng
lại trên một tầng đất không thấm nước đó là nước ngầm. Nước ngầm
được chia ra thành 2 loại: nước ngầm tạm thời và nước ngầm vĩnh cửu.
- Nước ngầm tạm thời là nước được đọng lại ở độ sâu nhất định
(không lớn lắm), tầng đất này được gọi là tầng chứa nước. Ngoài địa
hình, nó còn phụ thuộc khá chặt chẽ vào thời tiết. Nếu mưa nhiều thì
mạch nước ngầm dâng lên cao, ngược lại hạn hán lâu ngày thì mạch
nước ngầm hạ xuống sâu thậm chí không tồn tại.
- Nước ngầm vĩnh cửu là nước nằm giữa 2 tầng đất không thấm
nước. Dạng nước này không phụ thuộc vào thời tiết mà phụ thuộc vào
địa hình, địa mạo và đá mẹ Muốn khai thác nước ngầm vĩnh cửu ta
phải khoan sâu hàng chục hoặc hàng trăm mét.
Nhìn chung cây trồng ít sử dụng được nước trọng lực vì nó di
chuyển đi xuống quá nhanh. Tuy nhiên nếu nước ngầm tạm thời nằm
không quá sâu thì nó trở thành nguồn cung cấp nước dưới dạng nước
mao quản leo. Khi nước ngầm tạm thời nằm nông, chiếm đầy các khe hở
trong đất lâu ngày thì gây ra hiện tượng yếm khí, có hại cho cây trồng và
các sinh vật hữu ích khác.
4. Khái niệm năng lượng của nước trong đất
Sự tồn tại và di chuyển trong đất, hút và vận chuyển trong cây, sự
mất vào không khí của nước đều là những hiện tượng có liên quan tới

năng lượng. Các loại năng lượng khác nhau đều liên quan với nhau, bao
hàm cả động năng và thế năng. Ðộng năng là nhân tố rất quan trọng tạo
ra dòng chảy mãnh liệt của dòng sông, nhưng di chuyển của nước trong
đất rất chậm chạp nên thành tố động năng thường dễ bị bỏ qua còn thế
năng trở nên có ý nghĩa. Thế năng hết sức quan trọng trong việc xác
định trạng thái và sự di chuyển của nước trong đất. Ðể đơn giản hoá,
trong mục này ta dùng thuật ngữ năng lượng dành cho thế năng.
Khi xem xét năng lượng, ta cần phải hiểu rằng tất cả các vật chất
bao gồm cả nước di chuyển hay biến đổi là thay đổi trạng thái năng
lượng từ cao sang thấp. Vì thế, nếu biết các mức năng lượng chính xác ở
các điểm khác nhau trong đất, ta có thể đoán trước được hướng di
chuyển của nước. Ðó là sự chênh lệch mức năng lượng từ vị trí tiếp xúc
đến các vị trí khác gây tác động tới sự di chuyển của nước.
4.1. Các lực tác động thế năng
Trong thảo luận nêu ở phần trên, cấu trúc và đặc tính của nước đã
đưa ra 3 yếu tố rất quan trọng tác động đến mức năng lượng của nước
trong đất. Thứ nhất, sự xâm nhập hay sự lôi kéo nước vào thể rắn của đất
(matrix) gây ra do lực matric (liên quan đến sự hấp phụ và mao dẫn) làm
giảm trạng thái năng lượng của nước ở bề mặt hạt đất một cách rõ ràng.
Thứ 2, sự lôi kéo nước đối với các ion và các chất tan khác, kết quả tạo
ra lực thẩm thấu, dẫn đến làm giảm trạng thái năng lượng của nước
trong dung dịch đất. Di chuyển của nước sạch qua màng bán thẩm thấu
vào dung dịch biểu hiện trạng thái năng lượng thấp của dung dịch. Thứ
3, chủ yếu là trọng lực tác động lên nước, luôn luôn kéo nước đi thẳng
xuống. Mức năng lượng của nước trong đất tại một độ cao nào đó trong
phẫu diện là cao hơn của nước ở độ cao thấp hơn. Sự chênh lệch mức
năng lượng tạo ra dòng đi xuống.
4.2. Thế năng của nước trong đất
Sự chênh lệch mức năng lượng của nước từ một điểm hay một điều
kiện so với điểm khác hay điều kiện khác (nghĩa là trong đất khô hay đất

ướt) quyết định hướng, tỷ số nước di chuyển trong đất và trong cây.
Trong đất ướt phần lớn nước được giữ lại trong khe hở lớn hoặc trong
màng nước dày quanh hạt đất. Do đó các phân tử nước không bám chặt
và không phủ kín hạt rắn (matrix). Ở điều kiện này các phân tử nước di
chuyển tự do, vậy mức năng lượng của chúng gần tương đương mức
năng lượng của các phân tử trong nguồn nước sạch (tinh khiết) bên
ngoài đất. Trong đất khô, nước tồn tại trong các khe hở bé và trong các
màng nước mỏng, và vì thế được các hạt đất giữ chặt. Như vậy trong đất
khô các phân tử nước di chuyển khó khăn, mức năng lượng của chúng
thấp hơn nhiều so với nước trong đất ướt. Nếu mẫu đất khô tiếp xúc với
mẫu đất ướt, nước sẽ di chuyển từ mẫu ướt (trạng thái năng lượng cao
hơn) sang mẫu khô (trạng thái năng lượng thấp hơn).
Xác định mức năng lượng tuyệt đối của nước ở trong đất là rất khó,
đôi khi không thể. Rất may, ta không nhất thiết phải biết mức năng
lượng tuyệt đối của nước để có thể dự đoán trước di chuyển như thế nào
trong đất và trong môi trường. Tuy nhiên, giá trị tương đối năng lượng
của nước trong đất là cần thiết. Thường thường trạng thái năng lượng
của nước trong đất tại vị trí quan tâm trong phẫu diện được so sánh với
nước ở trạng thái sạch có áp suất và nhiệt độ chuẩn không chịu ảnh
hưởng của đất và được đặt ở độ cao tham chiếu. Sự chênh lệch mức
năng lượng giữa nước sạch ở trạng thía tham chiếu và nước trong đất
được gọi là thế nước trong đất (xem thêm hình 9.5), thuật ngữ thế
giống như thuật ngữ áp suất ám chỉ sự chênh lệch trạng thái năng lượng.
Nếu tất cả giá trị của thế nước được xem xét có điểm tham chiếu
chung (trạng thái năng lượng của nước sạch) sự chênh lệch thế của nước
ở 2 mẫu đất trong thực tế sẽ phán ánh sự chênh lệch mức năng lượng
tuyệt đối của chúng. Ðiều này có nghĩa là nước sẽ di chuyển từ vùng đất
có thế nước cao sang vùng có thế nước thấp hơn.
Thế nước trong đất liên quan tới một số lực, mà mỗi một trong số
đó là thành tố của thế tổng thể 

t
của nước trong đất. Các thành tố này
liên quan tới chênh lệch mức năng lượng do lực trọng trường, lực
matric, thuỷ lực hỗn hợp, lực thẩm thấu và chúng được gọi là thế trọng
lực (
g
), thế matric (
m
), thế ngập nước và thế thẩm thấu

(
o
). Quan hệ
tổng quát của thế nước trong đất với các mức năng lượng được biểu
diễn trên hình 9.6 và theo phương trình:

t
= 
g
+


m
+ 
o

+ *
(7)
* các dấu chấm ( ) hàm ý là các thế thành phần khác chưa đưa
vào đây

Thế năng của nước trong đất ở
mức cao hơn trạng thái tham
chiếu chuẩn

+
M
ứ
c th
ế

n
ă
ng c
ủ
a nư
ớ
c tinh
Thế
tr
ọ
ng l
ự
c

ă
ng lượng cao hơn
m tham chi
ếu chuẩn

Dương



















Hính 9.6 Quan hệ giữa thế năng của nước sạch ở trạng thái tham
chiếu tiêu chuẩn
(áp suất, nhiệt độ và độ cao và nước trong đất) (N.C.
Brady, R.R. Well)

Trên hình, nếu nước trong đất chứa muối và các chất tan khác, sức
hút tương hỗ giữa các phân tử nước và các hoá chất đó sẽ làm giảm thế
năng của nước, mức giảm đó được gọi là thế thẩm thấu. Tương tự,
tương tác giữa các hạt rắn (matrix) và các phân tử nước cũng làm giảm
thế năng của nước. Từ đó cả hai tương tác làm giảm mức thế năng của

nước so với của nước sạch, sự thay đổi mức năng lượng (thế thẩm thấu,
thế matric) của cả 2 là âm. Ngược lại, sự chênh lệch năng lượng có liên
quan tới trọng lực (thế trọng lực) là luôn luôn dương. Ðiều này được tạo
ra do độ cao tham chiếu của nước sạch được thiết kế tại điểm có chủ
định trong phẫu diện bên dưới nước trong đất. Rễ cây gắng sức làm di
chuyển nước từ đất ẩm thì phải vượt qua cả 3 lực hợp lại.
Thế trọng lực
Lực của trọng trường tác động lên nước cũng giống như lên các vật
khác, lực này hướng vào tâm trái đất. Thế trọng lực 
g
của nước có thể
biểu diễn theo toán học là:

g
= gh
(8)
Nơi g là gia tốc, h là chiều cao của nước trong đất bên trên độ cao
tham chiếu. Ðộ cao nước tham chiếu thường được chọn trong phạm vi
phẫu diện hoặc tại ranh giới dưới để đảm bảo rằng thế trọng lực trên
điểm tham chiếu sẽ luôn luôn dương.
Sau mưa hoặc tưới, trọng lực giữ vai trò rất quan trọng đối với sự
di chuyển của nước từ tầng trên và đối với sự động nước ngầm phía dưới
phẫu diện.
Thế áp suất (bao gồm thế ngập nước và thế matric)
Thành tố này được xem là kết quả của tác động lên thế nước của
tất cả các nhân tố ngoài trọng lực và các mức hoà tan. Nó bao hàm
chung nhất (1) áp suất thuỷ lực dương (positive) liên quan trọng lượng
nước trong đất bão hoà và dung môi, và (2) áp suất âm liên quan tới lực
hút giữa nước và thể rắn hay matrix.
Áp suất thuỷ lực tăng lên đến giới hạn thường được gọi là thế

ngập nước 
sr
, thành tố mà chỉ được thể hiện đối với nước trong vùng
bão hoà nằm dưới mặt nước ngầm. Ðã có người nhảy xuống đáy bể bơi
để nhận thấy áp suất thuỷ lực đè lên màng nhĩ.
Sự hút kéo nước đến bề mặt pha rắn làm tăng thế matric 
mr
mà
luôn đạt giá trị âm do nước bị các hạt đất hút có trạng thái năng lượng
thấp hơn so với của nước sạch. (Những áp lực âm này đôi khi được xem
là sức hút hoặc sức căng). Thế matric tồn tại trong đất không bão hoà
bên trên mạch nước ngầm trong lúc thế ngập nước xảy ra đối với nước
trong đất bão hoà hoặc nằm dưới mạch nước ngầm (hình 9.7).
Trong khi mỗi một áp lực này là đáng kể ở mỗi điều kiện đồng
ruộng cụ thể, thì thế matric 
mr
là kết quả từ hiện tượng xâm nhập
(hay hấp phụ) và mao dẫn, ảnh hưởng tới sự duy trì ẩm tốt nhất khi nước
di chuyển. Ðộ chênh lệch giữa thế 
m
của 2 vùng đất kế nhau tăng
cường sự di chuyển của nước từ vùng ẩm (trạng thái năng lượng cao)
đến vùng khô (trạng thái năng lượng thấp) hay từ khe hở lớn đến khe hở
bé. Tuy nhiên, sự di chuyển này rất chậm, nhưng rất quan trọng nhất là
đối với việc cung cấp nước cho cây.



Hình 9.7. Thế matric và thế ngập nước (N.C. Brady, R.R. Weil)
Trên hình, cả 2 thế matric và thế ngập nước đều là thế áp suất góp

phần vào thế tổng thể của nước. Thế matric luôn luôn âm, thế ngập nước
luôn luôn dương. Khi nước trong đất không bão hoà nằm trên mạch
nước ngầm (đỉnh của vùng bão hoà) chịu ảnh hưởng của các thế matric.
Nước ở dưới mạch nước ngầm trong đất bão hoà chịu ảnh hưởng của thế
ngập nước. Trong ví dụ này thế matric giảm tuyến tính tới điểm bên trên
mạch nước, rõ ràng nước dâng lên bằng lực hút mao dẫn từ mạch nước
là nguồn cung cấp duy nhất trong phẫu diện. Mưa hay tưới có sự đổi
khác hoặc đường cong trở nên rõ ràng, nhưng không thay đổi quan hệ cơ
bản đã được mô tả. Thế matric lại là quan trọng ở tất cả các đất không
bão hoà vì ở đây có sự tương hỗ đồng thời giữa các pha rắn và nước. Sự
di chuyển của nước trong đất, khả năng cung cấp nước cho cây, và các
dung dịch đối với nhiều vấn đề kỹ thuật cần được xác định để mở rộng
nghiên cứu bằng thế matric. Như vậy thế matric sẽ được chấp nhận là
mối quan tâm trước hết, tiếp theo là thế trọng lực và thế thẩm thấu.
Thế áp suất

Chi
ề
u
sâu
phẫu
diện
Th
ế

matric
có giá trị âm

Th
ế

ng
ậ
p
nước có
giá trị
dương

M
ự
c nư
ớ
c ng
ầ
m

Thế thẩm thấu
Thế thẩm thấu 
o
biểu hiện sự có mặt của chất tan trong dung dịch
đất. Các chất tan này có thể là chất vô cơ hay chất hữu cơ. Sự có mặt của
chúng làm giảm thế năng của nước, cơ bản do giảm sự di động tự do của
các phân tử nước bao quanh các ion hay phân tử chất tan. Nồng độ chất
tan càng cao thì thế thẩm thấu càng thấp. Lúc nào cũng vậy, nước sẽ di
chuyển đến nơi mức năng lượng của nó thấp hơn, trong trường hợp này
nước đi chuyển đến vùng có nồng độ chất tan cao hơn. Tuy nhiên, nước
thể lỏng sẽ di chuyển trong mối quan hệ tới sự chênh lệch thế thẩm thấu
(quá trình được gọi là thẩm thấu) chỉ khi có màng bán thẩm thấu giữa 2
vùng thế thẩm thấu cao và thấp cho phép nước đi qua nhưng ngăn cản sự
di chuyển của chất tan. Nếu không có màng, chất tan lại khác với nước,

nói chung là di chuyển để cân bằng nồng độ.
Vì các vùng đất nhìn chung không bị ngăn cách bằng màng, thế
thẩm thấu 
o
ảnh hưởng nhỏ đến khối lượng di chuyển của nước. Ảnh
hưởng chính của nó là sự hút nước qua tế bào rễ cây được ngăn cách với
dung dịch đất bởi màng tế bào bán thẩm thấu. Ở đất có nhiều muối tan
thế thẩm thấu 
o
là thấp hơn (có giá trị âm lớn hơn) so với trong tế bào
rễ. Ðiều này dẫn đến sự kìm hãm việc lấy nước của cây. Trong đất quá
nhiều muối thế thẩm thấu của nước trong đất thấp đến nỗi gây ra hiện
tuợng chảy dịch (plasmolyze) ở cây non khi nước di chuyển từ tế bào ra
vùng đất có thế thẩm thấu thấp hơn.
Sự di chuyển tự nhiên của các phân tử nước gây ra do một số thoát
khỏi thể lỏng đi vào không khí và trở thành hơi nước. Từ đó, sự có mặt
của muối tan chống lại sự di chuyển của nước, số phân tử phân tử nước
thoát sẽ ít hơn khi nồng độ chất tan của nước tăng. Vì thế áp suất hơi
nước sẽ thấp hơn ở không khí trên vùng nước mặn so với ở không khí
trên vùng nước sạch. Bằng sự ảnh hưởng của áp suất hơi nước, o tác
động đến sự di chuyển hơi nước trong đất.
4.3. Các phương pháp biểu diễn mức năng lượng
Một số đơn vị có thể được sử dụng để biểu diễn sự chênh lệch mức
năng lượng của nước trong đất. Thứ nhất là chiều cao cột nước (thường là
centimet) mà trọng lượng của nó tương đương với thế dưới điều kiện
nghiên cứu. Ta luôn gặp nội dung biểu diễn này từ độ cao h trong phương
trình mao dẫn cho ta biết thế matric của nước trong mao dẫn. Ðơn vị thứ
2 là áp suất không khí tiêu chuẩn tại mực nước biển có giá trị 760 mm
thuỷ ngân hoặc 1020 cm nước. Ðơn vị này được gọi là bar tương đương
với áp suất không khí tiêu chuẩn. Năng lượng cũng có thể biểu diễn theo

đơn vị khối lượng (junes/ kg) hoặc đơn vị theo thể tích (newtons/ m
2
).
Trong hệ các đơn vị Quốc tế (SI), 1 pascal (Pa) tương đương 1 newton tác
động trên một diện tích 1 m
2
. Ở đây ta dùng Pa hoặc kilopascals (kPa) để
biểu diễn thế của nước trong đất. Bảng 9.2 trình bày giá trị tương đương
trong các phương pháp chung biểu thị thế của nước trong đất.
Bảng 9.2. Tương đương gần đúng trong phạm vi biểu diễn thế
nước của đất
Chiều cao cột
nước, cm
Thế của nước trong
đất, bar
Thế của nước trong
đất, kPa
*
0
10,2
102
306
1.020
15.300
31.700
102.000
0
-0,01
-0,1
-0,3

-1,0
-15
-31
-100
0
-1
-10
-30
-100
-1.500
-3.100
-10.000
* Ðơn vị hệ SI kilopascal (kPa) tương đương với 0,01 bar
4.4. Ðo thế năng nước trong đất
Hiện nay có một số phương pháp xác định thế năng của nước trong
đất. Các phương pháp này dùng những dụng cụ khác nhau và đo được
các dạng thế với giá trị khác nhau. Ví dụ: "ẩm kế nhiệt kép" để đo tổng
thế thẩm thấu và thế matric (mà ở mức đó thế nước trong rễ cây phải lớn
hơn cây mới lấy được nước), "Ẩm kế nhiệt kép" đo được thế với lượng
nước bé và đạt mức chính xác  5 kPa; Phương pháp dùng Tensiomet đo
được thế có giá trị -80 đến 85 kPa; Phương pháp dùng "Màng áp suất"
có thể đo được thế matric rất thấp như là -10.000 kPa chẳng hạn Sau
đây giới thiệu 2 trong số đó.
 Phương pháp dùng "Tensiomet".
Ðộ vững chắc giữ nước trong đất được biểu diễn theo thế năng của
nước . Tensiometer ngoài đồng ruộng là dụng cụ để đo sức hút hay sức
căng. Tensiometer là ống đầy nước được bịt kín phía dưới bằng cốc sứ
có lỗ, đầu trên được bịt kín hoàn toàn (hình 9.8). Ðặt tensiomet vào
trong đất, nước trong tensiometer sẽ di chuyển qua lỗ trên cốc sứ vào
vùng sát cạnh đó cho đến khi thế của nước trong ống và trong đất cân

bằng nhau.
Khi nước đi xuống,
khoảng trống đầu trên sẽ
tăng lên, có thể đo được
bằng đồng hồ (gauge)
hộp chấn lưu điện tử.
Nếu mưa hay tưới làm
ướt đất, nước sẽ đi ngược
vào tensiomet làm giảm
thể tích khoảng trống
hoặc sức căng được ghi
trên đồng hồ.
Tensiomet dùng để
đo trong khoảng 0 đến -
85 kPa, khoảng 1/ 2 hay
nhiều hơn lượng nước
tích luỹ trong đất.
Tensiomet trong phòng
thí nghiệm được gọi
là"tấm căng hay tấm áp
lực", đo được trong
khoảng thế tương tự. Khi
đất khô vượt quá -80 đến
-85 kPa, tensiomet sẽ
không dùng được vì
không khí đi vào ống
gi
ảm khoảng không

Hình 9.8 Tensiomet đo thế nước ngoài
đồng ruộng
Mặt đất

Buồng chân không

Đ
ồ
ng h
ồ

đo
sức căng
Nước

L
ỗ

cho
nước đi
qua
Ngu
ồ
n
áp
Áp k
ế
thuỷ ngân

Áp su
ấ
t cao
hơn khí quyển
Đ
ĩ
a có
lỗ nhỏ
Áp suất khí quyển

Hình 9. 9 Dụng cụ màng áp suất.


 Phương pháp dùng "Màng áp suất"
"Màng áp suất" (hình 9.9) được dùng đo thế matric của nước thấp
độ - 10.000 kPa. Khi
dùng thế matric đặc
trưng đối với một mẫu
đất, hàm lượng nước của
đất được xác định. Dụng
cụ quan trọng này trong
phòng tạo ra số đo chính
xác hàm lượng nước trên
khoảng rộng của thế
matric trong một thời
gian tương đối ngắn. Dùng máy này cho kết quả có thể xây dựng đường
cong nước đặc trưng.
Dụng cụ này dùng xác định quan hệ thế matric- hàm lượng nước
trong đất. Nguồn khí bên ngoài làm tăng áp suất bên trong buồng nhỏ
(cell). Nước ép lên mẫu đất qua tấm có lổ trong buồng với áp suất không

khí. Áp suất kèm theo khi dòng đi xuống không ngừng đưa cho số đo
của thế nước. Máy có thể đo được giá trị thế thấp hơn (đất khô) so với
tensiomet
5. Sự di chuyển của nước trong đất
Mọi sự di chuyển của nước trong đất đều do thế năng của nước
quyết định. Tuy nhiên, chủ yếu chỉ sự di chuyển của thể lỏng và thể hơi,
nước ở thể rắn không di chuyển được trừ khi đã chuyển thể.
5.1. Sự di chuyển nước thể lỏng
Trong thực tế, di chuyển của nước trong đất lại phụ thuộc vào trạng
thái cấu tạo (kết cấu) và trạng thái ẩm của đất.
Nước thể lỏng di chuyển trong các khe hở của đất. Khe hở càng bé
nước di chuyển càng khó, càng chậm. Tốc độ di chuyển của nước dưới
một áp lực nhất định tỷ lệ cấp số mũ với bán kính mao quản r
4
. Nếu
giảm bán kính khe hở giảm đi 1/ 2 thì tốc độ di chuyển của nước chỉ còn
lại bằng 1/16 so với ban đầu.
Hình dạng khe hở trong đất ảnh hưởng rất lớn tới tốc độ và khả
năng di chuyển của nước. Trong lúc đó khe hở trong đất lại rất đa dạng
và phức tạp. Các khe hở lớn bé xen kẽ nhau và nằm theo nhiều hướng
khác nhau. Mặt khác, bản thân đất không phải là đồng nhất, các khe hở
không phải là lý tưởng (không thẳng, đều và dài).
Ðất càng ẩm sự di chuyển của nước càng dễ dàng bởi thế năng của
nước càng cao. Ngược lại, đất càng khô mức năng lượng của các phân tử
nước càng thấp do đó càng khó di chyển. Nói cách khác dòng chảy của
nước trong đất bão hoà khác với dòng chảy trong đất không bão hoà
nước.
Trong đất ở trạng thái bão hoà, dòng nước chảy qua đất với một
khối lượng được biểu diễn bằng định luật Darcy như sau:
l

AK
t
Q
sat


Trong đó: A là diện tích cắt ngang của cột đất nước chảy qua; K
sat
là sức dẫn thuỷ lực bão hoà, 

là biến động của thế nước giữa 2 đầu
cột nước; L là chiều dài cột nước


Đất sét
Đất cát
Độ dẫn nướ
c (cm/ngày,
tỷ lệ logarit
(cao)
(thấp)
Thế matric (tỷ lệ logarit)
0
-
0.001

-0,1
-
0.01

-1
-
0.1

-10
-
1

-100
-
10

-1000
-
100 (bar)

-10000 (kPa)
10
-
6

10
-
5

10
-
4

10

-
3

10
-
2

10
-
1

1

10

10
2

10
3

Hình 9.10. Quan hệ giữa matric và sức dẫn thuỷ lực

Trong đất không bão hoà nước. Trong đất bão hoà nước chiếm
chỗ hầu hết các loại khe hở còn trong đất không bão hoà nước chỉ chiếm
trong các khe hở bé và rất bé, tại đây sự di chuyển của nước khác với sự
di chuyển của nước trong đất bão hoà nước. Ở đây sự chênh lệch thế
năng không phải do trọng lực mà chủ yếu do lực hút. Gradient thế matric
là sự chênh lệch thế matric giữa vùng đất khô và vùng đất ẩm bên cạnh.
Nước sẽ di chuyển từ vùng có màng nước dày hơn (thế matric cao, ví dụ

khoảng -1 kPa) đến vùng có màng nước mỏng hơn (thế matric thấp hơn,
ví dụ khoảng -100 kPa) trong phẫu diện. Thành phần cơ giới có ảnh
hưởng rất lớn tới sự di chuyển của nước trong đất không bão hoà. Hình
9.10 mô tả quan hệ tổng quát giữa thế matric 
m
(theo đó là hàm lượng
nước) và sức dẫn thuỷ lực của đất cát và đất thịt. Dòng bão hoà hình
thành ở thế zero hay sát zero, trong khi phần nhiều dòng không bão hoà
hình thành từ thế -0,1 bar (-10 kPa) trở xuống
Tính xâm nhập và tính thấm
Tính xâm nhập (tính lọc- infiltration) và tính thấm là trường hợp
đặc biệt, nước tự do đi vào đất từ mặt trong đất- không khí khí quyển.
Ðây là quá trình chủ yếu xảy ra ở thuỷ địa hình, ảnh hưởng rất lớn tới
chế độ ẩm đối với cây và tiềm năng thoái hoá đất như: rửa trôi, xói mòn
hay ngập úng. Nguồn nước gây ra là nước mưa hoặc tưới.
Quá trình nước đi vào đất và trở thành nước của đất được gọi là tính
xâm nhập (infiltration), tỷ số nước có thể xâm nhập vào đất được gọi
là khả năng xâm nhập i:
i =
t
.
A
Q

Trong đó: Q là thể tích nước xâm nhập (m
3
), A là diện tích mặt đất
biểu hiện sự xâm nhập (m
2
), t là thời gian (s). Do Q và A có đơn vị là m

3

và m
2
nên có thể đơn giản hoá ta lấy đơn vị của i là m/s hay cm/h. Tỷ số
xâm nhập không phải là hằng số theo thời gian. Nếu đất khô hoàn toàn
khi bắt đầu xâm nhập các lỗ hổng mở lớn sẽ dẫn nước vào. Ở đất giàu
sét có độ co giãn lớn, sự xâm nhập lúc đầu cực kỳ mạnh, nước đi vào
mạng các kẽ nứt. Vì thế khi các kẽ nứt đã đầy nước thì tỷ số xâm nhập
giảm đột ngột sau đó giảm từ từ và nhanh chóng đạt đến hằng số.
Sự xâm nhập là hiện tượng chuyển tiếp xảy ra ở mặt đất. Khi nước
xâm nhập đầy đủ vào đất, nước di chuyển thẳng xuống trong phẫu diện