در این پژوهش از مفاهیم و کمیّت های نوینی مانند آب قابل استفاده (paw)، دامنه رطوبتی با حداقل محدودیت (llwr)، گنجایش آب انتگرالی (iwc)، انرژی انتگرالی (ei) آنها و هم چنین شاخص کیفیت فیزیکی خاک (s) برای ارزیابی فراهمی آب خاک برای گیاه با اندازه گیری های آزمایشگاهی و مزرعه ای استفاده شد. نتایج نشان داد که این مفاهیم می توانند شاخص هایی از کیفیت فیزیکی خاک برای رشد گیاه و تولید محصول باشند. مقادیر آب فراهم خاک (saw) بیش تر در ارتباط با ویژگی های ساختماتی خاک مانند چگالی ظاهری (bd) و چگالی ظاهری نسبی (rbd) بودند. ولی ei روابط معنی داری با ویژگی های ذاتی خاک مانند مقدار رس و شن داشت. هم چنین روابط رگرسیونی مثبتی بین مقادیر saw و شاخص s بدست آمد که نشان دهنده تأثیر مثبت ساختمان و کیفیت فیزیکی خاک بر مقدار آب قابل استفاده خاک برای گیاه می باشد. روش محاسبه iwc با پدیده های طبیعی هم خوانی بهتری دارد چون اثر محدودیت های فیزیکی خاک بر جذب آب توسط گیاه را به صورت تدریجی در نظر می گیرد. اما هنوز آگاهی ما درباره پارامترها و فاکتورهای محدودکننده آب قابل استفاده موجود در این روش کامل نبوده و در مقایسه با روش llwr وقت گیرتر و دشوار تر است. روابط منفی و معنی داری بین مقادیر ei(paw) و شاخص s بدست آمد که نشان دهنده مناسب بودن شاخص s برای بیان انرژی انتگرالی گیاه برای جذب آب خاک در دامنه paw است. محاسبه ei دانش بیش تری درباره آب قابل استفاده خاک برای گیاه به دست می دهد. در بین رویکردهای مختلف مزرعه ای شامل استفاده از داده های تانسیومتر و نفوذسنج دیسکی (به ترتیب tens و disc) و آزمایشگاهی شامل استفاده از کل داده های آزمایشگاهی، جعبه شن، جعبه شن + fc + pwp، و رطوبت اشباع + fc + pwp ( به ترتیب total، sb، sb/fc/pwp و 0/fc/pwp)، منحنی نگه داشت آب خاک رویکردهای 0/fc/pwp و sb/fc/pwp هم خوانی خیلی خوبی با رویکرد total (به عنوان مبنای مقایسه) داشتند. مقدار مقاومت فروروی خاک (q) اندازه گیری شده در مقدار رطوبت (?) یا مکش ماتریک (h) مشابه در آزمایشگاه (ql) نسبت به q اندازه-گیری شده در مزرعه (qf) بزرگ تر بود. مهم ترین عاملی که باعث اختلاف بین qf و ql شد، تفاوت اندازه مخروط فروسنج استفاده شده در آزمایشگاه و مزرعه بود. در بین تمام رویکردهای بررسی شده، بهترین روابط خطی (با r2 زیاد و شیب و عرض از مبداء به ترتیب نزدیک به مقادیر واحد و صفر) بین مقادیر saw و s بدست آمده از رویکردهای sb/fc/pwp و 0/fc/pwp با رویکرد total بدست آمد. این نتایج استفاده از رویکردهای sb/fc/pwp و 0/fc/pwp برای تعیین سریع تر شاخص های saw و s با اطمینان زیاد را پیشنهاد می کند. با استفاده از این رویکردها می توان از اندازه گیری نگهداشت آب خاک در بسیاری از مکش های ماتریک که توسط دستگاه صفحه فشار اندازه گیری می شود صرف نظر کرد. هم چنین در این پژوهش نرم افزار کاربرپسندی (sawcal) نیز ارائه شد که هم-زمان شاخص های paw، llwr، iwc، ei و s را محاسبه می کند. برای محاسبه این شاخص ها توسط نرم افزار sawcal تنها به پارامترهای منحنی نگه داشت آب خاک و منحنی مقاومت فروروی خاک نیاز است. مقایسه محاسبات با نرم افزار sawcal و microsoft excel نشان داد که نرم افزار ارائه شده (sawcal) از قابلیت زیادی برای محاسبه شاخص های آب قابل استفاده و کیفیت فیزیکی خاک برخوردار بوده و می تواند کمک شایانی به استفاده از این شاخص ها در مدیریت بهتر آب خاک نماید. تعیین مقاومت فروروی بحرانی (qcritical) یک خاک لومی با ارزیابی وضعیت آب گیاه گندم (triticum aestivum l.) رشد داده شده در شرایط مزرعه بر نقش شرایط محیطی و آب و هوایی در پاسخ گندم به محدودیت های فیزیکی خاک تأکید داشت. نتایج نشان داد که پاسخ وضعیت آب گیاه به محدودیت های فیزیکی خاک به صورت تدریجی (و نه ناگهانی) بوده و kpa 2500 =q در مزرعه (برابر با kpa 4100 =q اندازه گیری شده در آزمایشگاه توسط ریزفروسنج) می تواند جذب آب توسط ریشه و رشد گیاه را کاملاً محدود کند.

بیان کمی ویژگی های هیدرولیکی خاک برای هر گونه برنامه ریزی حفاظتی از منابع آب و خاک ضروری است. ویژگی های هیدرولیکی خاک، ورودی هایی مهم برای مدل سازی جریان آب و انتقال املاح در خاک هستند. بدلیل زمان بر و پرهزینه بودن روش های مستقیم اندازه گیری این ویژگی ها، توابع انتقالی خاک (ptfs) با مقیاس های متفاوت از نظر مجموعه داده اشتقاق برای برآورد غیرمستقیم آنها به طور گسترده و موفق استفاده شده اند. با این حال، تلاش های اندکی در زمینه ارزیابی کاربردی دقت برآوردهای حاصل از ptfها در شبیه سازی جریان غیرماندگار آب در خاک صورت گرفته است. در این پژوهش، منحنی رطوبتی یک خاک رسی از زمین کشاورزی کشت نشده و خاک لوم رسی آقبلاق و خاک سبک بافت گیلانده از زمین های زیر کشت سیب زمینی توسط برخی از ptf های محلّی و جهانی برآورد گردید. منحنی رطوبتی خاک همچنین با روش مستقیم در آزمایشگاه اندازه گیری شد. اعتبار ptf های مورد مطالعه از نظر برآورد منحنی رطوبتی خاک بررسی شد. با وارد کردن هر دو پارامترهای برآورد شده و اندازه گیری شده منحنی رطوبتی به برنامه hydrus-1d، جریان آب در این خاک شبیه-سازی و دقت کاربردی ptf ها از نظر شبیه سازی جریان آب در خاک به طور کمّی مقایسه شد. نتایج نشان داد که در خاک آیش هر دو ptf جهانی(رزتا) با میانگین مربعات خطای (rmse) کمتر از cm3cm-3 025/0 و برخی ptf های منطقه ای (قربانی-1) با cm3cm-3 014/0rmse <، می توانند منحنی رطوبتی خاک سطحی را به طور معقول برآورد کنند. در خاک های تحت کشت نیز تابع سویل پار( راولز) و راولز (1985) با (rmse) کمتر از cm3cm-3 029/0 و ptfهای منطقه-ای (دو مدل قربانی و یعقوبی) با (rmse) کمتر از cm3cm-3 037/0 می توانند منحنی رطوبتی خاک سطحی را به طور معقول برآورد کنند. در خاک های تحت کشت، توابع وستن و همکاران (2001)، دو ptf جهانی (رزتا) و راولز (با پارامتر های ون گنوختن) با rmse کمتر از cm3cm-3 223/0و ptf های منطقه ای(مدل سپاسخواه و دو مدل یعقوبی، قربانی-1) با rmseکمتر از cm3cm-3 195/0 قادر به شبیه سازی جریان آب در خاک بودند. در خاک آیش نیز فقط توابع وستن(1999و 1997) و تابع قربانی (اصلاح شده)، قادر به شبیه سازی جریان آب در خاک بودند. با این حال همه این توابع قادر به برآورد دقیق منحنی رطوبتی نبودند. می توان نتیجه گیری کرد که در ارزیابی اعتبار ptf ها باید به نوع کاربردی که قرار است از ptf ها داشته باشیم، توجه شود. یک ptf می تواند برای برآورد منحنی رطوبتی خاک دقت کافی داشته باشد ولی برای برآورد گستره خاص ?(h) حاکم بر فرایند بازتوزیع رطوبت در خاک، دقیق نباشد. استفاده از چنین ptf ی می تواند منجر به ایجاد خطاهای بالایی در شبیه سازی مقدار رطوبت خاک گردد.

شاخص¬های مختلفی برای بیان کیفیت فیزیکی خاک (spq) در رابطه با رشد گیاه پیشنهاد شده است. هدف از این پژوهش ارزیابی توانایی شاخص¬های مختلف spq در برقراری ارتباط با صفات مختلف رشد رویشی و جذب عناصر غذایی گندم بهاره در یک خاک لوم سیلت بود. دامنه¬ وسیعی از چگالی ظاهری (36/1 تا mg m-3 76/1) در 10 گلدان خاک با ابعاد cm 50 × cm 40 و عمق cm 50 توسط غلطک¬هایی با جرم¬های متفاوت ایجاد شدند. گندم (triticum aestivum) بهاره (رقم پیشتاز) کشت¬ شده در گلدان¬ها در فضای باز قرار گرفته و در طول آزمایش مقدار آب یکسانی توسط بارندگی و آبیاری دریافت کردند. از میان شاخص¬های spq، گنجایش آب انتگرالی (iwc) قوی¬ترین روابط را با ویژگی¬های رشد رویشی، مقدار نسبی غلظت و جذب عناصر غذایی گیاه داشت. این شاخص که توانایی ارزیابی هم ¬زمان کیفیت فیزیکی و شیمیایی و آب قابل استفاده را دارد، بیش¬ترین ویژگی¬های خاک موثر بر رشد گیاه را در نظر می¬گیرد. میانگین مقادیر رطوبتی شروع و تکمیل محدودیت iwc برای تمام ویژگی¬های رشد رویشی، مقدار نسبی غلظت و جذب عناصر غذایی به ترتیب برابر 13/0 و cm3 cm-3 10/0 بدست آمد. شاخص¬های چگالی ظاهری نسبی (rbd) و هدایت هیدرولیکی اشباع (ks) روابط قوی با ویژگی¬های رشد رویشی، مقدار نسبی غلظت و جذب عناصر غذایی گیاه داشتند. این نتیجه به علت اندازه¬گیری آسان¬تر و سریع¬تر این شاخص¬ها در مقایسه با شاخص¬های دیگر spq با اهمیت می¬باشد. میانگین مقادیر شروع و تکمیل محدودیت ks به ترتیب برابر 16/0 و cm min-1 11/0 بدست آمد. این مقادیر برای شاخص rbd به ترتیب برابر با 78/0 و 82/0 بود. آب قابل استفاده خاک برای گیاه (paw) ضعیف¬ترین روابط را با دیگر شاخص¬های spq، ویژگی¬های رشد رویشی، مقدار نسبی غلظت و جذب عناصر غذایی گیاه داشت. از این¬¬رو paw نمی¬تواند شاخص مناسبی برای بیان spq و جذب عناصر غذایی توسط گیاه گندم باشد. تاثیر منفی کیفیت فیزیکی ضعیف خاک بر مقدار نسبی غلظت و جذب عناصر غذایی توسط گیاه گندم بهاره بیان¬گر نقش موثر شرایط فیزیکی خاک در حاصلخیزی و کیفیت شیمیایی خاک است.