فشردگی یا تراکم خاک به عنوان یکی از مهمترین پارامترهای منفی تأثیرگذار بر عملکرد محصولات زراعی محسوب می شود. در بسیاری از مناطق، به عنوان عامل اصلی مؤثر بر محدودیت رشد ریشه گیاه گزارش شده است. انواع فشردگي خاك را نیز میتوان در این محتوا مورد بررسی قرارداد.
میزان فشردگی خاک بطور سنتی از طریق آزمایش نمونه های خاک تعیین می شود و به صورت فضای منافذ، نسبت خالی یا وزن حجم خشک بیان می شود. به طورکلی، روش های اندازه گیری تراکم خاک را می توان به دو بخش آزمایشگاهی و رویکردهای میدانی تقسیم کرد. رویکردهای آزمایشگاهی شامل تست برشی مستقیم و آزمایش سه محوره است. رویکردهای میدانی سریعتر و ارزانتر از رویکردهای آزمایشگاهی هستند که با ابزارهای مختلف انجام می شود.
رویکردهای میدانی علیرغم محدودیت در تعداد پارامترهای اندازه گیری، نسبت به روش آزمایشگاهی اولویت دارد. برای تعیین مقاومت خاک، شش روش اصلی درجا وجود دارد که عبارتند از: صفحه برش حلقه، صفحه برش مستطیل، پلاتر برش، رسوب مخروطی، تیغه های برش و نفوذسنج مخروطی. از بین این روش ها، نفوذ سنج مخروطی در بین محققان در سراسر جهان بسیار مورد تأیید قرار گرفته است. همچنین به عنوان روشی استاندارد از روش های اندازه گیری فشردگی خاک پذیرفته شده است.
در مهندسی ژئوتکنیک، تراکم خاک فرآیندی است که در آن زمانی که تنش به خاک اعمال می شود، باعث متراکم شدن خاک می شود. به طور معمول، تراکم نتیجه عبور ماشینهای سنگین است که خاک را فشرده می کنند. همچنین می تواند در اثر عبور حیوانات نیز رخ دهد.
در علم خاک و زراعت، تراکم خاک ممکن است به دلیل کمبود آب در خاک رخ دهد. خاک های آسیب دیده قادر به جذب بارندگی نیستند. بنابراین باعث افزایش رواناب و فرسایش می شوند. گیاهان در خاک فشرده مشکل دارند زیرا دانه های معدنی به هم فشرده می شوند و فضای کمی برای هوا و آب باقی می گذارند که برای رشد ریشه ضروری است.
فشار خارجی به دلیل استفاده از ماشین آلات سنگین و مدیریت نامناسب خاک می تواند به تراکم زیر خاک منجر شود. لایه‌هایی غیرقابل نفوذ را در داخل خاک ایجاد کرده و چرخه آب و مواد مغذی را محدود می کند. این فرآیند می تواند باعث اثراتی از قبیل کاهش رشد محصول، عملکرد و کیفیت محصول و همچنین اثراتی مانند افزایش رواناب سطح آب، فرسایش خاک، انتشار گازهای گلخانه ای، فرسایش پذیری، کاهش شارژ آبهای زیرزمینی و از بین رفتن تنوع زیستی شود.
توانایی بهبود خاک از این نوع تراکم بستگی به آب و هوا، نوع کانی خاک و جانوران دارد. خاکهایی که ظرفیت انعطاف پذیری بالایی دارند، مانند ورتیسول ها، در شرایطی که شرایط رطوبت متغیر باشد به سرعت بعد از فشرده سازی بهبود می یابند. اما کانی هایی مانند کائولینیت که به سختی خشک می شوند، نمی توانند به خودی خود از فشردگی بهبود یابند. مگر اینکه میزبان حیوانات زمینی مانند کرم های خاکی باشند.
قبل از فشردگی خاک در مزرعه، برخی از آزمایش ها برای تعیین خصوصیات فیزیکی آن ها انجام می شود. در میان خواص مختلف، حداکثر چگالی خشک و رطوبت مطلوب بسیار حیاتی هستند و چگالی لازم را برای فشرده سازی در مزرعه را مشخص می کنند.
علائم و نشانه های فشردگی خاک
تراکم خاک در اصل یک مشکل زیر سطحی و یک پدیده نامرئی است. برای شناسایی، نظارت و مدیریت مناسب این مشکل، روش های شناسایی خاصی لازم است:
۱- رشد ریشه محدود می شود.
یکی از علائم و نشانه های فشردگی خاک محدود شدن رشد ریشه است. تراکم خاک منجر به محدود شدن رشد ریشه می شود و از دو طریق، مقاومت مکانیکی در برابر رشد ریشه را تحت تأثیر قرار می دهد.
– تعداد و اندازه منافذ بزرگ خاک را کاهش می دهد. در نتیجه منافذ کمتری وجود دارد که در آن ریشه ها بتوانند آزادانه و بدون مقاومت مکانیکی رشد کنند.
– تراکم، مقاومت مکانیکی خاک را با نزدیک کردن ذرات خاک به هم افزایش می دهد.
۲- حمل و نقل آب محدود می شود.
تراکم خاک همچنین حرکت آب از طریق خاک را محدود می کند. محدود شدن حرکت آب یکی دیگر از علائم و نشانه های فشردگی خاک محسوب می شود. این امر باعث اشباع آب در لایه های فوقانی می شود که به نوبه خود می تواند منجر به کمبود اکسیژن برای ریشه ها شود.
علاوه بر این، وضعیت هوادهی خاک، دسترسی گیاهان به مواد غذایی خاک را تحت تأثیر قرار می دهد. در شرایط بی هوازی، نیتروژن زدایی می تواند منجر به از دست رفتن شدید نیتروژن به صورت اکسید نیتروژن یا گاز نیتروژن به جو شود. در نتیجه تراکم خاک، نیتروژن موجود در خاک کاهش پیدا می کند.
اقدامات درمانی احتمالی
برای جلوگیری از تراکم خاک، استفاده از اقدامات درمانی که می تواند در طولانی مدت به ساختار بهتر خاک کمک کند، ضروری است. این اقدامات شامل زهکشی، استفاده از آهک، نگه داشتن خاک پوشیده از پوشش گیاهی و تأمین مواد آلی خاک است. این اقدامات که منجر به خشک شدن خاک می شود، تراکم خاک را در عمق کاهش می دهد.
سیستم کشت و خاکورزی خاک نیز برای تراکم خاک بسیار مهم است. مهمترین نکته جلوگیری از خاکورزی در هنگام خیس بودن خاک است. خاک خشک ظرفیت تحمل بیشتری برای بارها دارد. در حالی که یک خاک مرطوب تحت فشار مشابه فشرده می شود. داشتن محل تماس زیاد به کمک لاستیک های پهن یا چرخ های دوگانه باعث فشار کمتر چرخ ها می شود.
شناسایی فشردگی خاک
شناسایی تراکم خاک با استفاده از علائم بصری از ویژگی های گیاه، ریشه و خاک امکان پذیر است.
– مشاهدات کلی
عدم جوانه زنی گیاهان در محل مسیرهای چرخ ماشین آلات، یکی از علائم و نشانه هاي فشردگي خاك سطحی است. در آنجا که کوبیدن سطح خاک توسط حیوانات عامل تراکم خاک سطحی است، اثر آن بر روی محصول گسترده تر است. تراکم خاک های سطحی ممکن است به راحتی از الگوهای ترافیکی ماشین آلات و الگوهای پایمال شدن دام مشاهده شود.
شناسایی فشردگی خاک عمقی اغلب دشوارتر از فشردگی خاک سطحی است. بنابراین یک محصول ضعیف جوانه زده و لقاح یافته ممکن است محدودیت های دیگری برای رشد را نشان دهد.
– شواهد سطحی
با وجود رطوبت در خاک عمقی، محصول دچار کم آبی می شود و محصول نسبتاً ضعیفی تولید می کند. این نشان دهنده این است که ریشه قدرت کافی برای استخراج آب را نداشته است. گیاهانی که ریشه های عمیق تر و قوی تری دارند از نیتروژن و گوگرد بهتری نسبت به بقیه محصولات برخوردار می شوند. این تأثیر در اوایل رشد قبل از رشد طولی ساقه آشکار است و حتی پس از آن هنوز هم ممکن است قابل مشاهده باشد.
ریشه های تغییر شکل یافته و خمیده گیاهان، می تواند یکی از علائم و نشانه هاي فشردگي خاك زیرسطحی باشد. توجه داشته باشید که سمیت آلومینیوم در خاک اسیدی نیز می تواند بر رشد ریشه برخی از گونه های گیاهی تأثیر بگذارد.
– چاله های خاک
لایه های فشرده شده در زیر خاک را می توان با حفر گودال در خاک مشاهده کرد. فشردگی خاک غالباً دارای یک مرز مشخص و فوقانی و یک شکل یا ساختار مسدود کننده که ممکن است شکسته شود مشخص می شود. لایه فشرده شده نسبت به خاک سطحی یا لایه زیرین آن، چگالی بیشتری دارد.
– شاخص های گیاهی
اثر رشد آهسته و محدود ریشه با مشاهده رشد گیاهان قابل تشخیص است. زیرا به ندرت فرصتی برای مشاهده مقایسه مستقیم بین خاک فشرده و کم فشار وجود دارد. مشاهده پاسخ گیاه به آشفتگی خاک که باعث شکسته شدن یک لایه فشرده شده، مانند خطوط آب یا نصب کابل برق می شود، نشانگر خوبی از تراکم زیرسطحی است.
– شاخص های زراعی و مرتعی تراکم خاک
جوانه زنی ضعیف و عدم قدرت گیاه در یک الگوی خطی همزمان با علائم چرخ، یکی دیگر از علائم و نشانه هاي فشردگي خاك سطحی است. در جایی که خاک سطحی توسط حرکت دام یا گاوآهن متراکم شده باشد، اثرات آن بر روی محصولات یکنواخت تر و یا گاه محدود به مناطقی از تردد حیوانات خواهد بود.
تراکم زیر خاک توسط موارد زیر نشان داده شده است:
– در اثر تخلخل کم، گاهی اوقات ریشه های گیاه به صورت افقی در بالای خاک رشد می کنند.
– تعداد بسیار کمی منافذ قابل مشاهده در خاک دیده می شود.
– رشد ریشه محدود به شکاف بین بلوک های بزرگ خاک و منافذ از قبل موجود، محدود می شود.
– ریشه پهن تر از ریشه های دیگر رشد بیشتری دارد و در یک مسیر پیچیده رشد می کند.
– بر روی لایه های سخت خاک ریشه بصورت افقی رشد می کند.
– تراکم ریشه و انشعاب ریشه در لایه فشرده کاهش می یابد.
– محصولات زراعی و مراتع که در خاک فشرده رشد می کنند ممکن است در طول دوره های خشک تحت تأثیر تنش آبی قرار گیرند و فصل رشد خود را با سرعت بیشتری به پایان برسانند.
روش های اندازه گیری فشردگی خاک
– کاوشگرهای دستی
کاوشگرهای دستی میله های فلزی هستند که با دست به داخل خاک رانده می شوند. لایه های فشرده شده را می توان حس کرد. زیرا فشار دادن کاوشگر از طریق لایه فشرده شده دشوارتر خواهد بود اما با عبور کاوشگر از لایه فشرده شده، دوباره آسان تر می شود.
مقایسه مقاومت به کاوشگر با خاک مشابه در مناطق کم فشار مانند امتداد خطوط حصار یا در مناطق با پوشش گیاهی باقیمانده، می تواند اثر را برجسته و به تشخیص کمک کند.
– فروسنج مخروطی
یک فروسنج مخروطی، نیروی لازم برای اندازه گیری مقاومت مکانیکی و فشردگی خاک را وارد می کند. از آنجاییکه نفوذ در خاک به جرم مخصوص ظاهری خاک و رطوبت خاک بستگی دارد، می توان همزمان با اندازه گیری مقاومت خاک این دو پارامتر را نیز اندازه گیری کرد.
فروسنج، نیرو را در فواصل انتخاب شده ضبط می کند (اغلب در هر ۲۰ میلی متر) و مقاومت و عمق نفوذ را که در هر بازه اندازه گیری می شود، ثبت می کند. داده ها در یک فهرستگر داده ذخیره می شوند و سپس می توانند بارگیری شوند. از طریق این داده ها می توان فشردگی خاک را محاسبه کرد.
سخن آخر
فشردگی خاک یکی از مشکلات تولید محصولات کشاورزی در دنیاست. روش ها و راه حل های متفاوتی برای حل این مشکل وجود دارد. تراکم می تواند تقریباً بر تمام خصوصیات و عملکردهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک تأثیر بگذارد. همراه با فرسایش خاک، آن را “پرهزینه ترین و جدی ترین مشکل زیست محیطی ناشی از کشاورزی معمولی” قلمداد می کنند.
در کشاورزی، تراکم خاک یک مشکل پیچیده است که در آن خاک، محصولات زراعی، آب و هوا و ماشین آلات در هم تنیده می شوند. با مدیریت صحیح و بکارگیری روش های اندازه گیری فشردگی خاک می توان این مشکل را براحتی حل کرد.
کلمات کلیدی: ( انواع فشردگي خاك ، علائم و نشانه هاي فشردگي خاك ، روش هاي اندازه گيري فشردگي خاک )
