貢献者
土壌中の不飽和水の流れを理解する
前世紀初頭、米国農務省土壌局（BOS）は、農業における不可解な問題に取り組むため、何人かの純粋物理学者を採用した。その一人がエドガー・バッキンガムであった。バッキンガムが1902年に土壌局に来たとき、彼はすでに熱力学のテキストを執筆していた。BOSでの最初の実験は土壌中の気体輸送に関するものであったが、最終的には土壌中の不飽和水流の問題を考えるようになり、これが土壌物理学に最大の貢献をした場所である。
古典物理学者であったバッキンガムは、土壌中の水の流れをめぐる謎と混乱を調べるために数学を用いた。バッキンガムの挑戦は、不飽和土壌の流動は水分量によって駆動されるものではないことを理解し、その力を記述することであった。バッキンガムは、電気的、熱的な力場と、それらが生み出す流束に精通していた。これらの概念は、彼が "毛管伝導性 "と呼ぶ勾配によって土壌中に生じる駆動力にとって、快適な類似物であった。バッキンガムは、オームの法則とフーリエの法則を用いてこの流束を記述した。
ラボでの水ポテンシャルの測定
1907年にエドガー・バッキンガムが「毛細管伝導性」を説明し、実証したが、それを効果的に測定できるようになるには長い道のりがあった。それを可能にした最初の測定器は、1930年代にL.A.リチャーズによって作られたプレッシャープレートである。プレッシャープレートは試料の水ポテンシャル（土壌の吸引力）を測定するものではない。その代わり、サンプルを特定の水ポテンシャルに近づけます。装置で圧力をかけ、試料から多孔質セラミックプレートへと水を押し出す。試料が平衡状態になると、その水ポテンシャルは理論上、加えられた圧力と同等になる。
土壌サンプルが加圧下で特定の水ポテンシャルに達すれば、研究者は相関する含水量を測定することができる。異なる圧力でこれらの測定を行うことで、土壌水分特性を作成することができる。
蒸気法
圧力板の導入から10年以上後、米国のL. A. Richardsと英国のJohn Monteithは、密閉されたチャンバー内で試料を水蒸気で平衡化し、水蒸気の相対湿度を測定することで、熱電対式比色計を使って土壌試料の水ポテンシャルを測定できることを説明した論文を発表した。平衡状態では、蒸気の相対湿度は試料の水ポテンシャルに直接関係している。
1818年にドイツの発明家エルンスト・フェルディナント・アウグスト（1795-1870）によって作られたサイクロ計という言葉は、ギリシャ語で「冷たい測定器」を意味する。サイクロ・メーターは2つの同じ温度計でできている。一方（乾球）は乾燥状態に保たれ、もう一方（湿球）は飽和状態に保たれる。湿球温度と乾球温度の温度差から、空気の相対湿度を計算することができる。
熱電対サイクロ
土壌サンプルの相対湿度を測定するために使われた最初の湿度計は、必然的に非常に小型のものだった。2つの温度計は、小さくて壊れやすい熱電対でできていた。熱電対とは、2本の異種導体を1カ所に接合した温度センサーである。熱電対は温度勾配を電気に変換し、それを測定することで温度変化を知ることができる。
熱電対式サイ クロメーターは、1951年以前にD.C.スパナーによって初めて水ポテンシャルの測定に成功したが、その測定は困難を極めた。ジョン・モンテースによれば、ロザムステッドのヒュームフードには長年にわたってこの実験の跡が残っていたという。
他の研究者は、彼の測定を繰り返すのに苦労していた。試料が平衡化するのに1週間もかかり、壊れやすい熱電対は1回測定しただけで壊れてしまうことも多かった。それでも1961年までには、リチャーズは明らかに水蒸気法が水ポテンシャル測定の未来だと考えていた（Richards and Ogata, 1961）。
デカゴン社（現メター社）は1983年に初の商用熱電対心理計（SC-10熱電対心理計サンプルチェンジャー、後のTruPsi）を発表しました。この装置では、デリケートな熱電対を使用していましたが、密閉された筐体の中で保護されていました。9個のサンプルを同時に平衡化し、熱電対の下で回転させて測定した。
各測定の前に、湿球熱電対を小さな貯水槽に浸した。熱電対の電気出力はナノボルト計に送られ、温度変化がいつ止まるかをモニターしなければならなかった。
露点水ポテンシャル計
1990年代後半、Decagon社（現METER社）は、蒸気圧を利用した水ポテンシャル測定法の改良型であるWP4C 露点電位計の製造を開始した。心理計と同様、チャンバー内に密閉されたサンプルの上部の蒸気圧を測定する。どちらの測定器も、熱力学的原理に基づく主要な方法である。
心理計とは異なり、露点電位計はチルドミラー露点センサーを使用します。チャンバー内の小さな鏡は、露ができ始めるまで冷やされます。露点では、WP4C 、鏡と試料の温度を0.001 °Cの精度で測定し、試料上部の蒸気の相対湿度を決定します。試料の水ポテンシャルは、試料温度と露点温度の差に直線的に関係します。
露点センサーにはいくつかの利点がある。操作者が比較的不慣れな場合でも、より迅速で正確な測定が可能です。また、チルドミラーセンサーは水を加える必要がないため、サンプル上部の蒸気の水分含有量を増加させることがありません。
この測定は、校正ではなく、熱力学的な原理に基づいて水ポテンシャルを決定する主要な方法であるという利点がある。
この装置の最新バージョンは、1000分の1度の温度分解能が可能で、-0.5MPaの湿ったサンプルを優れた精度で測定することができる。
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このウェビナーでは、ダグ・コボス博士が水ポテンシャルと含水量の違いを説明し、水ポテンシャルの理論、応用、主要な構成要素について解説します。
