تعريف و مفاهيم خاک
تعريف خاک : خاک مطمئن ترين قسمت پوسته جامد زمين را تشکيل مي دهد که به صورت پوششي سست و کم ضخامت سنگ هايي را که هنوز تخريب نشده اند مي پوشاند. ضخامت اين پوشش (خاک) در شرايط عادي 5/0 تا 2 متر است. اين قشر نازک در واقع بين جو (اتمسفر) قسمت سخت زمين که هنوز تحت تأثير عوامل جوي واقع نشده و تخريب نگرديده (ليتوسفر) قرار گرفته است.
طبق تعريف ژنتيکي ، خاک ها بر اثر تخريب فيزيکي و شيميايي سنگ ها و فعاليت موجودات زنده که سبب تشکيل هوموس مي شود به وجود مي آيند. بنابراين خاک در درجه اول جدول ترکيب است از مواد معدني و الي – مواد معدني آن شامل ريگ، شن، ماسه و غيره است که بر اثر تخريب و تجزيه سنگ بوجود مي آيد و مواد آلي را بقاياي گياهي و جانوري تشکيل مي دهد.
عوامل تشکيل دهنده خاک :
خاک محصول هوازدگي (weathering) سنگ هاي پوسته جامد زمين است . هوازدگي به مجموعه تغييرات فيزيکي و شيميايي کاني ها و سنگ هاي اين پوسته مي گويند. اين پديده را از آن جهت هوازدگي مي گويند که مستقيم و غير مستقيم با هوا و عوامل جوي ارتباط دارد. چون انواع سنگ هاي پوسته جامد زمين بنا به مبدأ پيدايش که مي تواند آذرين، رسوبي و يا دگرگوني باشد و نيز نوع کاني هايي که اين سنگ ها را تشکيل داده ند بسيار متفاوت است، بنابراين تأثير جوي در توليد خاک به نوع سنگ هايي که تبديل به خاک مي شوند بستگي دارد. اصولاً سنگ هايي را که تبديل به خاک مي شوند سنگ مادر مي نامند. عامل ديگر پيدايش خاک، نوع و شدت تأثير عوامل جوي است. عمده ترين عوامل جوي عبارتند از درجه حرارت و تغييرات آن ، رطوبت و پراکندگي آن، باد به ويژه نزولات حاوي co2 آب هاي موجود در روي زمين نيز به هر شکل و ترتيبي که باشند عامل مؤثر ديگر در پيدايش خاک اند. غير از سنگ مادر، عوامل جوي اشکال مختلف آب، موجودات زنده از عوامل ديگر در پيدايش خاک به حساب مي آيند. پس خاک محل تلاقي چهار عامل سنگ مادر، عوامل جوي ، آب هاي زمين و موجودات زنده است.
در مناطق گرم و مرطوب که هر چهار عامل با شدت دست اندر کار توليد خاک هستند، خاک هاي تکامل يافته تري وجود دارد ولي در مناطق خشک که رطوبت و در مناطق سرد که حرارت تأثير کمي بر پيدايش خاک دارند خاک ها عموماً جوان و تکامل نيافته اند.
ديدگاه هايي که خاک بر اساس آنها مورد مطالعه قرار مي گيرد:
الف) پدولوژي:
در اين ديدگاه به خاک به عنوان يک جسم طبيعي نگريسته مي شود. مطالعاتي از قبيل منشأ خاک، طبقه بندي انواع آن و غيره که در آنها استفاده آني براي گياه مورد نظر نيست همگي در محدوده پدولوژي مي باشد.
ب) ادافولوژي :
در اي ديدگاه به خاک به عنوان محيط رشد گياه نگريسته مي شود. لذا خصوصياتي از خاک مورد مطالعه قرار مي گيرد که در رشد گياهان عالي مؤثر است. جدا کردن دقيق اين دو ديدگاه از يکديگر ميسر نيست. بعضي خصوصيات فيزيکي و شيميايي و بيولوژيکي در هر دو ديدگاه مشترک مي باشد. در اين کتاب ما بيشتر به جنبه ادوفولوژي توجه خواهيم کرد.
هواديدگي:
به دگرگوني فيزيکي و شيميايي سنگها و کانيها در سطح زمين يا نزديک آن هواديدگي گفته مي شود. زيرا سنگها و کاني ها با شرايط محيط خودشان از نظر دما، فشار و رطوبت در تعادل نيستند. هواديدگي موجب خرد شدن سنگ ها و تجزيه و تغييراتي در کاني هاي اوليه و ثانويه مي شود و آنها را به حالت پايدارتري در محيط خودشان مي رساند.
هواديدگي بر دو نوع است ؛ هواديدگي فيزيکي و هواديدگي شيميايي . اين دو نوع هواديدگي اگر چه با هم عمل مي کنند ولي ممکن است در محرله اي از پيدايش خاک تأثير يکي بيش از ديگري باشد.
هواديدگي فيزيکي :
خرد شدن سنگ ها بدون تغيير شيميايي و منيرالوژي (کاني شناسي) را هواديدگي مي گويند. در اين هواديدگي سنگ ها فقط به قطعات کوچکتر شکسته مي شوند. عوامل اصلي شکسته شدن سنگ ها شامل تنش هاي درون سنگ به علت نوسان دماي شب و روز ، فشار ناشي از يخ زدن درون سنگ ها ، فشار ناشي از رشد کريستال و ته نشستهايي است که بر اثر ورود محلول هاي شور به درون شکاف هاي سنگ ايجاد مي شود و همچنين فشاري که بر اثر رشد ريشه گياه به وجود مي آيد.
هوا ديدگي شيميايي :
به دگرگوني در ساختار شيميايي و کافي شناختي سنگ ها ، کاني ها ، ساپروليت (سنگ هاي هوا ديده و پوسيده که در آن ساختمان اصلي سنگ حفظ شده (است) و خاک هايي گفته مي شود که در واقع تعديل و بازتابي است در برابر دما، فشار آب، غلظت هاي شيميايي و وضعيت محيط کنوني آنها عوامل محيطي که در تشکيل خاک مؤثر هستند عبارتند از :
آب و هوا، سنگ بستر، موجودات زنده (گياهان و جانوران و موجودات ذره بيني خاکزي) ناهمواري ، آب ، انسان و زمان . اين عوامل همگي در بستر زمان بر حسب چگونگي شرايط ، نوع و گستردگي فعل و انفعالات فيزيکي – شيميايي که منجربه تشکيل خاک مي گردد را تعيين مي کنند. در حقيقت در پي اين تحولات تخريب و افساد در سنگ هاي به وقوع پيوسته ، خاک تشکيل مي شود و دراين ميان هر چه درجه افساد در سنگ ها بيشتر باشد مرحله تکاملي خاک مرتبه والاتري را طي نموده است.
تعريف برخي اصطلاحات خاک :
1) پروفيل خاک :
در يک برش عمودي ديده مي شود که خاک داراي لايه هاي افقي مختلف مي باشد. اين برش با مقطع عمودي را اصطلاحاً پروفيل يا نيمرخ خاک مي نامند. در هر پروفيل خاک معمولاً لايه هاي افقي ديده مي شود که از نظر عمق ، رنگ، مقدار مواد آلي نسبت ذرات ريز و درست و ساير خصوصيات با يکديگر فرق مي کنند. هر يک از اين لايه هاي افقي را يک افق مي نامند.
خاک هاي معدني :
خاک هايي هستند که مقدار ماده آلي آنها کمتر از 20 درصد وزن آنها است. کليه خاک هايي که از اين به بعد مطرح مي شوند خاک هاي معدني هستند به جز مواردي که اشاره به خاک هاي آلي شده باشد.
خاک هاي آلي :
خاک هايي هستند که چنانچه درصد رس آنها کم است، حداقل 20 درصد وزن ماده آلي و چنانچه درصد رس آنها زياد است، حداقل 30 درصد وزن ماده آلي باشد.
عوامل مؤثر خاکساز :
يکي از نتايج خاک شناسي شناخت اين حقيقت است که خاک نيز مانند موجودات زنده به وجود مي آيد، بالغ و پير مي شود. مهم ترين دليل تخريب فيزيکي، تغييرات شديد حرارتي است که از طريق انقباض و انبساط سنگ ها، موجب متلاشي شدن آنها مي شود. يکي ديگر از راه هاي خرد شدن مکانيکي تصادم و به هم سائيده شدن ذرات در هنگام انتقال به ويژه توسط يخ در دوره يخبندان است. فعاليت انتقالي ذرات توسط آب و باد، امروزه يکي از فاکتورهاي مؤثر در تشکيل خاکدانه است. با ادامه تخريب در اثر تجزيه فيزيکي و شيميايي سنگ ها، از طريق تغييرات ايجاد شده ، ذرات خاکساز جديدي ايجاد مي شود.
ايجاد خاک هاي مختلف به سرعت و چگونگي جريان تخريب بستگي دارد که اين خود نيز از طرفي به ترکيب سنگ هاي مادر و مقاومت آن در مقابل تأثيرات اتمسفري و از طرف ديگر به نيروهاي اقليمي و همچنين به ميکرو و ماکروفلور خاک مربوط مي باشد. حرارت و رطوبت اهميت ويژه اي در تشکيل خاک دارند، زيرا آنها نه تنها تعيين کننده شدت تخريب هستند بلکه در رشد و تکامل گياهان عالي و پست نيز مؤثرند. مهم در اين رابطه نسبت مقدار بارش و تبخير هر يک از محدوده هاي آب و هوايي است. نهايتاً انسانها نيز انتخاب گياهان زراعي متفاوت و انجام عمليات زراعي مختلف اعم از مکانيکي يا شيميايي در تشکيل خاک تأثير گذارند.
تأثير عوامل اقليمي ( آب و هوايي) در تشکيل خاک :
1) رطوبت :
تجزيه فيزيکي سنگ که در مراحل اوليه تکامل خاک اتفاق مي افتد، هميشه تابع مقدار معيني آب است که اغلب فقط به صورت آب نزولات جوي در اختيار گياه قرار مي گيرد. هر چه درجه حرارت و مقدار نزولات جوي افزايش يابد به همان نسبت تغيير شکل مواد اوليه آلي و معدني شديدتر و سريع تر انجام مي شود. باران کم و ناچيز و درجه حرارت سالانه خيلي پايين، سرانجام باعث مغلوب شدن پديده تشکيل خاک مي گردد. البته مقدار نزولات جوي به تنهايي مي تواند در تشکيل خاک بسيار مؤثر و مهم باشد، بلکه نوع پراکندگي و همچنين فصل ريزش آنها ( فصول گرم يا سرد) به مراتب اهميت بيشتري دارد.
2) درجه حرارت :
عامل حرارتي نقش ارزنده اي در مورد روند سرعت فعل و انفعالات شيميايي و يا حتي محيط هاي مطلوب رشد نباتي و حيواني به عهده دارد. به طوري که با افزايش 10 درجه حرارت، سرعت واکنش هاي شيميايي دو تا 3 برابر افزايش مي يابد و همچنين سنگ ها در برابر تغييرات ناگهاني و شديد حرارتي توان مقاومت نداشته و خرد مي گردند. دما باعث بالا رفتن توان پتانسيل طبيعي تبخير در محيط مي گردد. در نتيجه افزايش مقدار تبخير، ميزان آب و يا رطوبت موجود در محيط خاک کاهش يافته و آبشويي املاح در خاک بنا به شرايط محيطي متوقف و کند مي شود.
3) باد :
باعث خشکي سريع خاک مي شود و خشکي هم مانعي براي تشکيل خاک است. در ضمن چون در مناطق خشک پوشش گياهي تنک است، امکان کنده شدن خاک به وسيله باد يا آب (فرسايش) زياد است . بنابراين باد با از جا کدن قسمت سطحي زمين و تشکيل ماسه بادي مانع از تشکيل خاک مي گردد و براي قوه م حرکه خاک ( ديناميک خاک) ايجاد مزاحمت مي کند.
4) تأثير رستني ها :
ريشه هاي عميق گياهان ، به ويژه ريشه درختان جنگلي باعث هدايت و نفوذ بيشتر آب به داخل خاک مي گردد. در بعضي موارد ، آنها اسيد نيز ترشح مي کنند که به حل شدن آهن و ديگر اجزاء و مواد تشکيل دهنده خاک کمک مي کند. گياهان از طريق ديگر در تشکيل خاک و به وجود آمدن تيپ معيني از خاک مؤثر هستند و آن ايجاد هوموس است که ماده اوليه آن را بقاياي گياهي و جانوري تشکيل مي دهد.
از ماده آلي (بقاياي گياهي و بقايا و فضولات حيواني) بر اثر فعاليت موجودات خاکزي (به ويژه باکتري ها و کرم هاي باراني) هوموس بوجود مي آيد که در تشکيل ، حفظ و حاصلخيزي خاک هاي بسيار مؤثر است.
5) عامل سنگ مادر در تشکيل خاک :
چون سنگ ها از لحاظ بافت، ترکيب و مقاومت با هم فرق دارند. تأثير آنها در تشکيل خاک نيز متفاوت است. به عنوان مثال سنگ هاي درشت دانه سريعتر از سنگ هاي ريز دانه متراکم، خرد و تجزيه مي شوند. تأثير سنگ ها در خصوصيات خاک در مراحل اوليه تکامل خاک بيش از ساير عوامل است. سنگ در مناطقي که تخريب شديد است (مناطق حاره) در خصوصيات خاک کمتر مؤثر واقع مي شود تا در مناطقي که تخريب ضعيف مي باشد ( مناطق معتدل مرطوب) اين که سنگ مادر به عنوان ماده اوليه و خام خاک محسوب مي شود امري بديهي و مسلم است و بدون شک هر خاکي در هر کجا که تشکيل مي شود اگر چه در جريان تکويني خود دچار تغييرات و دگرگوني فراواني مي شود به هر حال چارچوب و اسکلت اوليه آن از سنگ مادر نشأت گرفته و لاجرم مواد آن هم از سنگ بستر تبعيت خواهد کرد. صرف نظر از جنس سنگ مادر که نقش عمده اي در ايجاد نوع و مراحل تکويني خاک دارد، عوامل ديگري نيز در اين امر مؤثرند. اين عوامل مربوط به بافت ها و نفوذ پذيري و شبکه تبلور کاني هاي موجود در سنگ است. در حقيقت سنگ مادر از 4 نظر در تکوين خاک مي توان مورد بررسي قرار گيرد :
الف) جنس
ب) بافت
ج) نفوذ پذيري
د) شبکه تبلور کاني هاي موجود در آن
منظور از بافت سنگ همان درصد ذرات مختلف تشکيل دهنده است، زيرا بعد از واپاشي سنگ ميزان رس و سيليس موجود در خاک به آن بستگي پيدا مي کند. نفوذ پذيري نيز عامل مؤثري در تسريع فعاليت هاي فيزيکي شيميايي خاک محسوب مي شود. زيرا بالا بودن ضريب نفوذ پذيري بيشتر در نيمرخ پروفيل خاک محسوس مي شود. نوع شبکه تبلوري کاني هاي موجود، در سنگ در تغيير و تحول خاک مؤثر است، زيرا هر چه مقدار آنيون هايي که کاتيون بخصوصي را احاطه مي نمايند بيشتر و بار کاتيوني کمتر باشد انرژي لازم براي ازهم پاشيدگي سنگ کمتر خواهد بود.
عامل پستي و بلندي در تشکيل خاک
پستي و بلندي نه تنها به خودي خود رل مهمي را در تکامل و تکوين خاک ايفا مي کند بلکه پارامترهاي حساس جوي چون دما و رطوبت را تغيير مي دهد و لذا اين عامل به عنوان يک تغيير دهنده کليما در سطح ناحيه اي مطرح مي شود. بنابراين نقش عوارض پستي و بلندي در تکوين خاک را مي توان مشتمل بر دو بخش است :
الف) به عنوان يک تعديل کننده کليما
ب) يک عامل مؤثر در تکوين و تشکيل خاک
عامل بيولوژيکي (موجودات زنده) در تشکيل خاک
نقش اين عامل در فرآيند خاکسازي آن چنان مهم است که بخش وسيعي از فعاليت هاي فيزيکوشيميايي خاک را به خود اختصاص مي دهد. منظور از موجودات زنده خاک بخش هاي وسيعي از باکتري ها، ميکروبها ، انگلها و قارچهاست . اما از اين مجموعه نقش باکتري ها در تجزيه مواد و تبديل مواد آلي به معدني از اهميت خاصي برخوردار است. موجودات زنده گياهي و حيواني در حقيقت ايستگاهي هستند که انرژي خورشيدي را گرفته از طريق انواع تجزيه هاي فيزيکي و شيميايي به اکوسيستم خاک و تأمين قوت ديگر موجودات زي حيات مي گردد. نقش ديگري که مي توان به گياهان و نباتات و موجودات ذره بيني قائل شد تجديد فعل و انفعالات پاره اي فرايندهاي هوازدگي است. ريشه گياهان صرف نظر از اعمال فشار و ايجاد هوازدگي مکانيکي در سنگ ها همواره سعي بر تثبيت پاره اي از عناصري چون ازت و غيره در خاک دارند. از طرفي ريشه هاي گياهي همواره سبب نفوذ مقاديري آب به درون خاک مي شوند. در ضمن به واسطه تنفس مقاديري گاز کربنيک نيز در خاک آزاد مي سازند که هر دو عامل فوق از عناصر اصلي در هيدروليز و کربناتاسيون به شمار مي آيند. پاره اي از گياهان نيز وسط ريشه هاي خود ترشحات اسيدي دارند که بي ترديد در مجموعه خاک بي تأثير نمي تواند باشد.
تشکيل خاک و چگونگي شناسايي آن :
خاک محيطي بي نهايت مرکب و غير متجانس است که در اصل از 3 بخش جامد و مايع گاز تشکيل يافته و بسته به کميت و کيفيت اجزاء مختلف هر فاز و رابطه متقابل آنها با يکديگر مي تواند به طور متفاوت در برآورد توقعات بي حد و حصر گياهان سهيم باشد.
الف) بخش جامد خاک را ذرات و اجزاء معدني مانند قلوه سنگ، سنگريزه ، شن ، سيلت، رس و نمک هاي معدني و اجزاء مواد آلي مانند بقاياي اعضاي گياهان و جانوران تجزيه يافته و موجودات ذره بيني و غيره ذره بيني ساکن خاک تشکيل مي دهد.
ب) بخش مايع خاک يعني آب موجود در خاک با صورت هاي مختلف و املاح معدني و آلي و ساير ترکيبات محلول در آب
ج) بخش گازي خاک شامل هواي درون خاک است که ترکيباتي مشابه هواي جو زمين دارد، با اين تفاوت که مواد گازي حاصله از فعل و انفعالات شيميايي و بيولوژيکي، به ويژه گازهاي توليد شده از تجزيه مواد آلي در آن غلظت بيشتري دارند.
مواد جامد و غيرمحلول خاک تقريباً نيمي از حجم خاک را تشکيل مي دهند و نيمه ديگر به منافذ موجود در خاک اختصاص دارد که بخش اعظم آن از آب و بقيه مملو از هواي اتمسفر است. مقار آب و هواي موجود در خاک در ارتباط مستقيم با يکديگر مي باشند. مقدار و ميزان منافذ خاک وابستگي کامل به ندازه ذرات جامد خاک و سهم هر کدام دارد.
در مناطق باتلاقي به علت انباشته شدن مواد آلي ممکن است نسبت اين مواد به 80% هم برسد و گاهي هم بيشتر که به اين خاک ها، خاک هاي آلي مي گويند از اين خاک ها به عنوان منبع افزايش مواد آلي خاک هاي معدني استفاده مي کنند و تحت عنوان تورب (peat) ناميده مي شود) در اغلب خاک هاي مناطق جهان به ويژه خاک هاي جنوب و غرب و مرکزي ايران ميزان مواد آلي در حدود 1% در بعضي جاها کمتر از اين ميزان نيز است.
به طور کلي ميزان هوموس در خاک خوب کشاورزي 5 تا 6 درصد ميزان هوموس موجود است که بيشتر در لايه هاي O,A متمرکز شده و رنگ تيره تري را ايجاد مي کند که به راحتي قابل تشخيص است.
مواد بستري خاک که داراي ساختمان شل و پراکنده هستند به همراه خاک تحت الارضي و سطح الارضي ذراتي را بوجود مي آورند که Regolith ناميده مي شود. قسمت فوقاني Regolith به علت نزديک بودن به جو در معرض تخريب بيشتر آب و هوا و حرارت و موجودات خاک قرار گرفته و در اين قسمت نفوذ ريشه گياهان و وجود بقاياي گياهي و موجودات زنده به خوبي مشاهده مي شود. بالا بودن سرعت تخريب و تجزيه مواد در قسمت فوقاني Regolith باعث شده که اين قسمت خواص ويژه اي را به خود بگيرد که آن را soil يا solum گويند.
اين خواص يا مشخصات ويژه که خاک را از لايه هاي تحتاني متمايز مي کند عبارتند از :
الف) وجود مواد آلي زيادتر
ب) وجود ريشه گياهان و موجودات زنده خاک
ج) وجود عمليات تخريبي با سرعت بيشتر
د) وجود افق هاي مشخص
مورفولوژي خاک
مورفولوژي خاک ساختمان خاک را مورد بررسي قرارمي دهد و در وضعيت صحرا مشاهده مي شود. اين پارامتر شامل ويژگيهايي مانند رنگ ، ساختمان فيزيکي ، ويژگيهاي شيميايي و کاني شناختي مواد خاک را در بر ميگيرد که افق هاي خاک را تشکيل مي دهد. مورفولوژي خاک عبارتند از :
1) افق هاي خاک و تشخيص آنها در صحرا :
افق هاي خاک در صحرا بر اساس خواص زير ترشح مي گردند : رنگ – بافت – پايداري – ساختمان – پوشش هاي رسي – سخت دانه ها يا گره ها و حفره ها به روش صحرايي
2) نامگذاري افق هاي خاک :
پروفيل خاک :
عبارت است از برش عمودي خاک ( خاک رخ) اگر برش عمودي از خاک تهيه کنيم ملاحظه مي کنيم که داراي لايه هاي تقريباً موازي و گاهاً منقطع است که به طور افقي هم قرار گرفته اند. هر يک از اين افق ها ممکن است داراي يک لايه يا افق فرعي باشد. اين افق ها از لحاظ رنگ، بافت ، ساختمان ، ميزان مواد آلي و غيره با هم تفاوت هايي دارند.
نيمرخ خاک :
مجموعه افق هاي خاک را نيمرخ خاک مي نامند و طبقه بندي خاک هاي مختلف بر اساس مخضسات نيمرخ يا پروفيل خاک صورت مي گيرد. افق هاي اصلي خاک عبارتند از :
O1 شامل برگ ها و بقاياي آلي تجزيه نشده
O2 مواد آلي تجزيه شده
A1 افق مواد معدني آبشويي يافته، حاوي هوموس و تيره رنگ است
A2 مواد معدني شستشو يافته به رنگ روشن
B1, A3 افق هاي حد فاصل A2, B2 که تحت فرسايش هستند.
A3 تحت آبشويي قرار دارد و قسمتي از مواد آلي، رس و آلومينيوم خود را از دست داده
B2 افق تيره رنگ و ناحيه حداکثر تجمع مواد B3 مشابه مواد مادري C مواد مادري
افق O محل تجمع بقاياي گياهي تجزيه شده که در حدود 20 تا 30 % کل مواد آلي خاک را تشکيل مي دهد. افق O به افق هاي O , O1 تقسيم مي شود. در افق O مواد آلي تجزيه نشده وجود دارد. در افق O1 مواد آلي تا حدودي تحت تأثير تجزيه قرار گرفته و تا حدودي تبديل به هوموس شده است.
افق A لايه تقريباض سطح الارض خاک زير افق O که داراي هوموس فراوان يعني مواد آلي تجزيه فراوان دارد که در خاک هاي خوب در حدود 5 تا 6 درصد خاک را تشکيل مي دهد و محل تجمع ريشه گياهان است. افق A به دو افق A1,A2 تقسيم مي شود. افق A1 به علت دارا بودن مواد هوموسي رنگ تيره تري دارد. افق A2 هوموس کمتري دارد و شستشوي مواد از اين افق به حداکثر ديده مي شود.
افق C : لايه ناحيه عميق خاک که سنگ بستر نيست لکن شبيه به مواردي است که تصور مي رود خاک از آن حاصل شده و اغلب همراه مواد اوليه تشکيل دهنده خاک (سنگ و قوله سنگها) است. حداقل اعمال سازندگي خاک در اين افق صورت مي گيرد و کلاً فاقد مشخصات افق A,B است.
افق R: شامل سنگ بستر محکم و يک پارچه از قبيل ماسه سنگ و سنگ آهک و گرانيک و غيره است. که در حقيقت ماده اوليه تشکيل دهنده خاک است. مرز بين افق هاي يک پروفيل هميشه به طور وضوح ديده نمي شود و ممکن است کليه افق هاي ذکر شده درهر خاکي موجود نباشد .
خاکشناسی عمومی(قسمت دوم) "خواص فیزیکی خاک"
خواص فيزيکي خاک
خواص فيزيکي خاک در تعيين قابليت استفاده از آن براي مقاصد گوناگون حائز اهميت مي باشد. استحکام و تحمل فشار، قابليت زهکشي در حالت مرطوب و خشک، قدرت ذخيره رطوبت، سهولت نفوذ ريشه گياهان در خاک، تهويه و قابليت نگهداري عناصر غذايي گياهان در خاک همگي ارتباط نزديک با خواص فيزکي خاک دارند.
بافت خاک
اندازه نسبي ذرات خاک را اصطلاحاً بافت خاک گويند که حاکي از ريزي و درشتي خاک مي باشد. به عبارت ديگر مقدار نسبي شن و سيلت و رس که ذرات کوچکتر از سنگريزه مي باشد ( قطرشان از 2 ميلي متر کوچکتر است) بافت خاک را تشکيل مي دهد درشت و سبک به خاک شني و ريز و سنگين به خاک رسي اطلاق مي شود. خاک لوم (loam) ما بين اين دو نوع و داراي مخلوط مناسبي از شن و سيلت و رس است. خاک هاي شني سريع تر از خاک هاي ديگر خشک و گرم مي شوند و راحت تر قابل شخم زدن هستند. خاک هاي رسي آب بيشتري را در خود نگه مي دارند و از بقيه خاک ها ديرتر خشک و گرم مي شوند و از همه سخت تر قابل شخم زدن مي باشند. خاک هاي لوم وضعيتي متوسط دارند يعني قابليت نگهداري آب در آنها خوب است و نسبتاً خوب شخم زده مي شوند.
| انواع ذرات تشکيل دهنده خاک (سيستم بين المللي) | ||
| نام | اندازه برحسب ميلي متر | |
| ريگ و سنگ ( Gravel ) | بزرگتر از 2 ميلي متر | |
| شن درشت ( Coars sand ) | 2 تا 2/0 ميلي متر | |
| شن ريز ( Find sand ) | 2/0 تا 02/0 ميلي متر | |
| سيلت ( Silt ) | 02/0 تا 002/0 ميلي متر | |
| رس ( Clay ) | کمتر از 002/0 ميلي متر | |
| انواع ذرات تشکيل دهنده خاک (سيستم آمرکايي) | ||
| نام | اندازه برحسب ميلي متر | تعداد ذرات در يک گرم |
| شن خيلي درشت ( Very Coars sand ) | 2 - 1 ميلي متر | 90 |
| شن درشت ( Coars sand ) | 1 - 5/0 ميلي متر | 722 |
| شن متوسط ( Medium sand ) | 5/0 - 25/0 ميلي متر | 5780 |
| شن ريز ( Fine sand ) | 25/0 - 1/0 ميلي متر | 46200 |
| شن خيلي ريز ( Very Fine sand ) | 1/0 - 05/0 ميلي متر | 722000 |
| سيلت ( Silt ) | 05/0 - 002/0 ميلي متر | 5780000 |
| رس ( Clay ) | کمتر از 002/0 ميلي متر | 90300000 |
مثلث بافت خاک :
مثلثي است متساوي الاضلاع که هر ضلع آن مربوط به 3 عنصر اصلي هر خاک يعني ماسه، سيلت و رس است.
براي اينکه بدانيم نمونه خاک در چه محدوده بافتي قرار مي گيرد، اگر مقادي 3 گروه اصلي اجزاء تشکيل دهنده خاک را شامل شن (درشت و ريز) – سيلت و رس مي باشد با تجزيه مکانيکي اندازه گيري نماييم مي توانيم به نوع بافت خاک پي ببريم.
بافت در خاک تا حدودي نمايشگر محيط هاي تشکيل آن، رژيم آبي خاک ، ظرفيت نگهداري آب در خاک، نفوذ پذيري و تخلخل (مقدار خلل و فرج خاک که به وسيله اب يا هوا اشغال مي شود) و نقطه پژمردگي گياه است.
تقسيم بندي بافت خاک
در روش مدرن، مثلث بافت خاک از دوازده کلاس تشکيل يافته است که اجزاء متشکله آن به قرار زير مي باشد :
1- شني (sand) : حداقل مقدار شن 85 درصد و مجموع و 5/1 برابر ذرات رس کمتر از 15 درصد مي باشد.
2- شني – لومي (loamy – sand) : شن بين 70 تا 90 درصد و مجموع سيلت و 5/1 برابر ذرات رس بيش از 15 درصد و مقدار رس از 30 درصد کمتر مي باشد.
3 – لومي – شني (sandy – loam) : رس کمتر از 20 درصد يا مجموع درصد سيلت و دو برابر مقدار رس از 30 درصد بيشتر مي باشد. خاک هايي که مقدار شن آنها بين 24 تا 52 درصد باشد و مقدار رس شان کمتر از 7 درصد و سيلت شان نيز کمتر از 50 درصد است خاک لومي و شني ناميده مي شوند.
4 – (loam) لوم : مقدار رس بين 7 تا 27 درصد و سيلت 28 تا 50 درصد و شن کمتر از 52 درصد است.
5 – لومي – سيلتي (silt – loam) : مقدار سيلت بيش از 50 درصد و رس بين 12 تا 27 درصد بوده و يا مقدار سيلت بين 50 تا 80 درصد نوسان داشته و مقدار رس نيز کمتر از 12 درصد است.
6 – سيلت (silt) مقدار سيلت کمتر از 80 درصد و مقدار رس کمتر از 12 درصد است.
7 – لوم رسي – شني (sandy – clay – loam) : اينکه 20 تا 35 درصد رس داشته و مقدار سيلت آن 28 درصد کمتر و شن آن نيز بيش از 45 درصد مي باشد.
8- لومي ورسي (clam –loam) مقدار رس تا 27 تا 40 درصد و مقدار لوم کمتر از 20 درصد تا 45 درصد در نوسان است.
9- لوم رسي – سيلتي (silty – clam – loam) مقدار رس 27 تا 40 درصد و مقدار شن نيز از 20 درصد کمتر است.
10- رسي و شني (sandy – clay) مقدار رس و شن آن از 35 تا 45 درصد بيشتر است.
11 - رسي و سيلتي (silty – clay) مقدار هر يک از رس و سيلت آن به ترتيب بيش از 40 درصد است
12- رسي (clay) مقدار رس بيش از 40 درصد و مقدار شن و سيلت آن به ترتيب از 45 تا 40 درصد کمتر است.
براي تعيين بافت خاک (تجزيه گرانولومتري) متدهاي متعددي پيشنهاد گرديده است . اصول متدهاي فوق بر مبناي قانون استوکس پايه گذاري شده است. طبق نظريه استوکس سرعت سقوط ذرات متناسب با قطر آنها مي باشد، يعني در تجزيه گرانولومتري، سرعت سقوط ذرت را طبق معادله زير تعيين مي نمايند:
| V = k R2 |
| D1 - D2 | 2 | |||
| g |
|
× |
|
k = |
| η | 9 |
| D1 - D2 | 2 | |||
| g R2 |
|
× |
|
V = |
| η | 9 |
: سرعت سقوط ذرات بر حسب سانتي متر در ثانيه R شعاع ذرات بر حسب سانتي متر D1 وزن مخصوص ذرات بر حسب گرم بر سانتي متر مکعب D2 وزن مخصوص محلول بر حسب گرم بر سانتي متر مکعب g شتاب ثقل زمين بر حسب سانتي متر برثانيه η ضريب چسبندگي محلول بر حسب دين بر سانتي متر
تعيين بافت خاک در صحرا
بافت خاک را در صحرا بدين ترتيب معين مي کنند که مقداري از خاک را مرطوب کرده بين انگشتان شصت و سبابه فشار مي دهند. از احساسي که به حس لامسه دست مي دهد و از طرز تشکيل نوار خاک مرطوب بين انشگتان مي توان به بافت خاک پي برد. ذرات شن زبر و خشن بوده و در زير انگشتان حس مي شوند. ذرات سيلت در حالت خشکي آردي و شبيه پودر مي باشند. رس در حالت خشکي سفت و سخت و در حالت مرطوب چسبنده و شکل پذير است.
رفتار خاک هاي سبک :
خاک هاي سبک خاک هايي هستند که بيش از 80% وزن خاک را شن تشکيل داده و مقدار رس کمتر از 12 درصد و يا مجموع رس و سيلت آن ها کمتر از 20 درصد است. رطوبت قابل استفاده در هر متر از عمق خاک کمتر از 125 ميلي متر است. زهکشي آنها آزادانه و به طور طبيعي صورت گرفته و با پيدايش يک دوره خشکي رطوبت خود را به سرعت از دست مي دهد. در معرض فرسايش بادي قرار دارد و بارخيزي آنها ناچيز است. ساختمان خاک در اين اراضي بسيار سست و شکننده بوده و با فشاري متلاشي شده و به ذرات اوليه تبديل مي شود. اگر در حالتي که خاک مرطوب است عمليات شخم و غيره انجام شود، سطح خاک متراکم شده ولي درز و ترکي در آن پديدار نمي شود در نتيجه نفوذ آب در خاک مرطوب است گرفته و جوانه زدن بذر و انتقال هواي خاک از هوا به درون خاک و يا بالعکس دچار وقفه ي شود. اين عوامل به حاصلخيزي ناچيز خاک دامن مي زند. وجود سنگ ريزه و فراواني آن نيز از بارخيزي خاک کاسته و استهلاک ادوات کشاورزي نيز در مدت کوتاهي به وقوع مي پيوندد. رطوبت قابل استفاده گياه در اين خاک ها ناچيز بوده و آبياري بايستي به تناوب بيشتري صورت گيرد. آبشويي (leaching) املاح و کودهاي شيميايي نيز قابل توجه است و تلفات و ضايعات کودي بيشتر از ساير خاکها است.
رفتار خاک هاي سنگين :
خاک هاي سنگين يا رسي محتوي بيش از 28 درصد رس بوده و چسبندگي آنها زياد است.
ساختمان خاک در صورتي که مواد آلي خاک ناچيز باشد از پايداري مطلوبي برخوردار بوده و سطح خاک در اثر تناوب خشکي و رطوبت، ايجاد درز و ترک مي کند که به انتقال آب و هوا به درون خاک کمک مي کند. رطوبت قابل استفاده گياه در اين خاکها از کليه خاک هاي ديگر بيشتر بوده و زهکشي آن نيز دشوارتر است چون در رطوبت هاي کمتري از اشباع نفوذ پذيري خاک بسيار ناچيز است لذا اين خاک ها به مدت طولاني مرطوب باقيمانده و بروز خشکي هوا در عملکرد گياه چندان مؤثر نمي باشد. نکته ديگر اينکه رطوبت خاک هاي رسي در حد خميرايي کاهش يابد. بنابراين انتخاب زمان شخم اهميت به سزايي در بهبود يا تخريب ساختمان خاک دارد. بارخيزي در اين خاک ها نيز به علت ظرفيت تبادل کاتيوني قابل توجه آن، در حد مطلوبي بوده و تناوب آبياري در اين خاک ها کمتر از ساير گروه هاي بافتي است.
ساختمان خاک :
شکل و نوع قرارگيري ذرات و اجزاء متشکله خاک که منجر به تشکيل توده هاي خاکي به هم پيوسته ريز و درشت (خاکدانه ها) مي گردد، به نام ساختمان خاک بيان مي گردد.
ساختمان خاک به اتصال ذرات اصلي خاک و تشکيل ذرات ثانوي اشاره دارد. اگر ذرات ريز رس و سيلت به هم متصل شوند، خاکدانه يا ساختمان ثانوي را تشکيل دهند، چنين خاکي داراي ساختمان مناسبي خواهد بود. ساختمان خرده (crumb) باعث نفوذ آب، کاهش وزن مخصوص ظاهري و نفوذ هر چه بهتر ريشه ها مي گردد. بافت و ساختمان خاک تعيين کننده تعداد و اندازه منافذ موجود در بين و درون ذرات خاک ، چه ذرات اوليه و چند ثانويه است .
اندازه خلل و فرج و شکل آنها و ممتد و غير ممتد بودنشان بر انتشار اندام هاي عفونت زا و متحرک ميکروارگانيسم هاي درون خاک اثر مي گذارند. اتصال ذرات ريز خاک و تشکيل ذراتي بزرگتر توسط کلسيم، منيزيوم و هوموس افزايش مي يابد. سديم هم پاشيدگي و تخريب ساختمان خاک را تشديد مي کند.
به طور کلي هر خاکي بر اساس ترکيب فيزيکي، شيميايي و بيولوژيکي خود قادر است، ذرات جامد معدني خود را در جوار هوا و آب به شکل واحدهاي خاکي مخصوص در کنار هم مجتمع نموده و درون واحدهاي خاکي مجتمع نيز، اتصال و ارتباط مجددي برقرار نمايد. نتيجه اين فرآيند مرحله اي ، تشکيل واحدهاي ريز ساختماني يعني خاکدانه ها و واحدهاي درشت ساختماني يعني کلوخچه ها و کلوخه هاست.
ساختمان خاک اثرات بافت را در رابطه با آب و هواي خاک اصلاح مي کند. اندازه بزرگ و ماکروسکوپي خاکدانه ها باعث پيدايش و فضاي خالي در بين آنها مي گردد که به مراتب بزرگتر از خلل و فرجي است که در فواصل ذرات شن، سيلت و رس در درون خاکدانه ها بوجود آيد و در حقيقت همين تأثير ساختمان خاک بر روي خلل و فرج خاک است که آن را در زمره يکي از خصوصيات مهم قرار مي دهد.
خاکدانه ها بر اساس شکل ظاهري به 4 گروه کردي (spheroidail) ، ورقه اي (plate like) مکعبي (Block like) و منشوري (prismlike) تقسيم مي شوند که با تقسيمات فرعي اين چهار شکل، اشکال هفت گانه خاک را تشکيل مي دهند.
کروي ساده ترين شکل يک خاکدانه است. خاک هايي که بيشتر خاکدانه هاي آن کروي است داراي ساختمان دانه اي مي باشند. ساختمان مکعبي از خاکدانه هايي تشکيل شده که شبيه مکعب و يا منشورهاي کوتاه مستطيل شکل است. اگر گوشه خاکدانه ها گرد و صاف باشد به آن مکعبي بدون گوشه و اگر گوشه تيز باشد به آن مکعبي گوشه دار مي گوئيم. خاکدانه هايي که در ازاي آنها بيشتر از پهناي آنها باشد منشور بوده و در اين حالت ساختمان خاک را منشوري مي نامند. منشورها داراي لبه ها و سطح هايي زاويه دار هستند. هنگامي که سطح هاي کناري و بالايي بدون زاويه باشند. خاکدانه ها تشکيل ستون مي دهند که به اين ساختمانها ستوني گفته مي شود. در برخي از خاک ها به ويژه در افق هاي فشرده شده، خاکدانه ها، نازک، مسطح و بشقاب مانند هستند و بنابراين در اين حالت خاک بشقابي يا صفه اي نام دارد. برخي از خاک ها ساختمان مشخصي نداشته که آنها را بي ساختمان مي نامند. خاک هاي بي ساختمان به دو گروه توده اي و تک دانه اي تقسيم مي شود. وضعيت بي ساختمان توده اي نشان مي دهد که همگي ذره ها به يکديگر چسبيده اما هيچگونه خاکدانه اي در آنها ديده نمي شود.