خاکشناسی

خاک سطح الارض وتحت الارض

خاک سطح الارض : top soil   خاک سطحی :خاکی شخم خورده ومورد عملیات زراعی است (عمق شخم می تواند بین 12سانتیمتر تا-  30سانتیمتر متغیر باشد.) این خاک حالت طبیعی خود را ازدست داده است وتغییر یافته است

خاک تحت الارض : Sub soil   خاک تحتانی : درست درزیرلایه سطحی قرارگرفته وبا شخم خوردن هیچ گونه تغییری در این خاک ایجاد نمی شود. ولی ریشه گیاه می تواند در داخل آن نفوذ کند وآب وعناصر غذایی مورد نیاز خودش را جذب کند.

 بافت خاک texture

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. از بین موارد فوق ذرات معدنی شن سیلت ورس  در تعیین بافت مورد استفاده قرار می گیرند.

تعریف بافت خاک :

اندازه نسبي ذرات خاک را اصطلاحاً بافت خاک می 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.  

  مثلث بافت خاک :

مثلثي است متساوي الاضلاع که هر ضلع آن مربوط به 3 عنصر اصلي هر خاک يعني شن، سيلت و رس است.
براي اينکه بدانيم نمونه خاک در چه محدوده بافتي قرار مي گيرد، اگر مقادير 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 :

گروه بافت سبک
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 شني ناميده مي شوند.

گروه بافت متوسط
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

 گروه بافت نیمه سنگین
7 – لومی 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 رسي (clay –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 – clay – loam) مقدار رس 27 تا 40 درصد و مقدار شن نيز از 20 درصد کمتر است.

گروه بافت سنگین تاخیلی سنگین
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 ذرات را طبق معادله زير تعيين

مي نمايند:

v: 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 (2.65)

d2 وزن مخصوص محلول بر حسب گرم بر سانتي متر مکعب

g  شتاب ثقل زمين بر حسب متر متر برمجذورثانيه یا 9.8m/s²

η  ضريب چسبندگي محلول بر حسب دين بر سانتي متر  

  روش کار:

ابتدا سوسپانسیون خاک را تهیه می کنیمgr50 خاک برداشته وداخل ارلن یا بشری می ریزیم برای از بین بردن مواد آلی و آهک در بعضی از نمونه

خاکها لازم است از اسید کلریدریک و آب اکسیژنه استفاده کنیم سپس حدودcc250 آب به آن اضافه می کنیم و مخلوط می کنیم علاوه بر

 مخلوط کردن وهمزدن به وسیله دست به صورت دورانی نیز هم می زنیم سپس حدود cc100 نمک هگزا متا فسفات سدیم ( ده در صد ) می ریزیم

ودو باره هم می زنیم حداقل باید12ساعت نمونه را به همان حال قرار داده تا آماده برای استفاده باشد بعد از مدت تعیین شده نمونه را در یک استوانه

 یک لیتری می ریزیم وبا آب مقطر به حجم یک لیترمی رسانیم. برای حذف اثر نمک یک استوانه شاهد نیز تهیه می کنیم بدین صورت که این

استوانه شاهد حاوی cc 100 نمک هگزا متا فسفات سدیم است که به حجم یک لیتر رساندیم که غلطت نمک را به ما نشان می دهدسپس با استفاده

 از همزن میله ای شیشه ای کاملاً سوسپانسیون را به هم زده وبه محض بیرون آمدن همزن کرنومتر را می زنیم سر چهل دو ثانیه باید غلظت داخل

 سوسپانسیون خوانده شود همزمان با قرائت هیدرومتر با دماسنج دما را نیز اندازه می گیریم اگر دما بیشتر یا کمتر از c 20باشد باید تصحیح دمایی

 صورت گیرد. بعد از دوساعت نیز دمای سوسپانسیون را اندازه گیری کردهو با هیدرومترغلظت را اندازه می گیریم. در مدت s42(اندازه گیری اول)فقط

ذرات شن رسوب می کنند پس ازدو ساعت (اندازه گیری دوم)شن وسیلت رسوب می کندو با استفاده از مثلث بافت خاک ودراختیارداشتن

 در صد رس وشن وسیلت می توان نوع خاک را تعیین کرد.اعداد خوانده شده توسط هیدرومتر. چون درجه حرارت برلزوجت مایع و در نتیجه

 سرعت ته نشین شدن اثر می گذارد با درجه حرارت تصحیح می شود به ازای هر درجه بالاتر از 20 درجه سانتی گراد 36/0 به عدد هیدرومتر اضافه

 می شود و به ازای هر درجه پایین تر از 20درجه سانتی گراد 36/0 از عدد هیدرومتر کسر می شود.

وزن نمونه خاک خشک /100×عدد تصحیح شده هیدرومتر بعد از 42 ثانیه  Silt+Clay =(

% Sand = 100 – % ( Silt + Clay )

% silt = % ( silt + Clay ) – % Clay

وزن نمونه خاک خشک /100×عدد تصحیح شده هیدرومتر بعد از 2ساعتClay =(%

 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 انگشتان مي توان به بافت خاک پي برد. ذرات شن زبر و خشن بوده ودر

زير انگشتان حس مي شوند. ذرات سيلت در حالت خشکي آردي و شبيه پودر مي باشند. رس در حالت خشکي سفت و سخت و درحالت مرطوب چسبنده

 و شکل پذير است. در جدول زیر معیار تعیین بافت خاک (به روش لمسی) برای شش کلاس بافتی ارایه شده است.

معیار تشخیص

شن

لوم شنی

لوم

لوم سیلتی

لوم رسی

رس

زبری و نرمی گل در بین انگشت ها و ظاهر قابل رویت آن

گل در بین انگشت ها کاملا زبر به نظر می رسد و ذرات شن کاملا ملموس است

زبری کمتری دارد و دانه های درشت کمتری در آن دیده می شود

زبری متوسط

ذرات درشت کم و گل نسبتا نرم و صابونی

نرم و دارای ذرات درشت ناچیز

کاملا نرم بوده و ذرات شن در آن ملموس نیست و سطح براق بنظر می رسد

پایداری کلوخه خشک

شکل نمی پذیرد

شکل نمی پذیرد

براحتی از هم می پاشد

نسبتا براحتی از هم می پاشد

سفت و پایدار

خیلی سفت و پایدار

پایداری کلوخه مرطوب

ناپایدار

پایداری کم

پایداری متوسط

پایدار

خیلی پایدار

خیلی پایدار

پایداری و ثبات نوار تشکیل شده در بین انگشت های شست و سبابه

نوار تشکیل نمی شود

نوار تشکیل نمی شود

نوار تشکیل نمی شود

نوار بصورت بریده تشکیل می شود

نوار نازک و شکننده تشکیل می شود

نوار خیلی دراز و مقاوم تشکیل می شود

لوله کردن در کف دو دست

لوله نمی شود

لوله نمی شود

به سختی لوله می شود

لوله می شود ولی در سطح خمیر ترک می خورد

لوله می شود ولی بصورت حلقه در نمی آید

براحتی لوله شده و تشکیل حلقه می دهد

چسبندگی

کاملا غیر چسبنده

تقریبا غیر چسبنده

چسبندگی کم

چسبندگی متوسط

چسبندگی نسبتا زیاد

پسبندگی بسیار زیاد

اثر باقیمانده روی دست

هیچگونه اثری روی دست باقی نمی ماند

اثر ناچیزی بصورت رنگ روی دست می ماند

مقداری رنگ بر روی دست می ماند

مقداری رنگ و مقداری گل بر روی دست باقی می ماند

مقداری گل روی انگشت باقی می ماند

مقدار زیادی گل روی انگشت ها باقی می ماند

  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 دراين 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 وغيره انجام شود

، سطح خاک متراکم شده ولي درز و ترکي در آن پديدار نمي شود. وجود سنگ ريزه و فراواني آن نيز از بارخيزي خاک کاسته 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.  

سطح ویژه :surface area یا surface specific

درمثلث بافت خاک مقدار زیادی ازآن به رس اختصاص دارد.که به علت سطح ویژه بالا است . سطح ویژه عبارتست ازسطح درواحدوزن آن .هرچه قدر سطح

 بیشتر باشد تبادلات شیمیایی بیشتر صورت میگیرد. هرچه قدرقطر ذرات کوچکتر باشدسطح ویژه آن بیشتر است.

  ساختمان خاک : structure

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. دریک پروفیل ممکن است یک ساختمان بیش تر از سایر سا ختمان دیگر دیده شود.ولی ممکن است در هر افق ساختمان متفاوتی

داشته باشیم. خواصی از قبیل نفوذ آب، کاهش وزن مخصوص ظاهري و نفوذ هر چه بهتر ريشه ها تعداد و اندازه منافذ موجود در بين و درون ذرات خاک

 وزن مخصوص ظاهري تهویه  به ساختمان خاک بستگی دارد.
درساختمان 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.

 بافت و ساختمان خاک تعيين کننده تعداد و اندازه منافذ موجود در بين و درون ذرات خاک ، چه ذرات اوليه و چند ثانويه است .

تاثیر عناصر ومواد آلی بر ساختمان خاک

اتصال ذرات ريز خاک و تشکيل ذراتي بزرگتر توسط کلسيم، منيزيوم و هوموس صورت مي يابد. (پل کلسیم)

 سديم ازهم پاشيدگي و تخريب ساختمان خاک را تشديد مي کند.

مراحل تشکیل واحد ساختمانی
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.
خاکدانه ها بر اساس شکل ظاهري به 4 گروه کروي  ، ورقه اي، مکعبي و منشوري تقسيم مي شوند که با تقسيمات فرعي اين چهار شکل، اشکال

هفت گانه خاک را تشکيل مي دهند.  

 ساختمان کروی :

کروي ساده ترين شکل يک خاکدانه است. خاک هايي که بيشتر خاکدانه هاي آن کروي است داراي دو فرم ساختمان دانه اي granularواسفنجی

crumb مي باشند. عمدتا در افق A دیده می شود

ساختمان ورقه ای

 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 صفحه اي

 platy نام دارد در افق A2 خاکهای جنگلی  وخاکهای دارای افق متراکم رسی دیده می شود.

 ساختمان مکعبي:

Blockyاز 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 Block angular sub و اگر گوشه تيز باشد به آن مکعبي گوشه دارBlock angular مي گوئيم. عمدتا در افق Bدیده می شود

ساختمان منشوری

 خاکدانه هايي که د رازاي 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. prismatic عمدتا در درخاکهای قلیایی دیده می شوند.

هنگامي که سطح هاي کناري و بالايي بدون زاويه باشند. خاکدانه ها تشکيل ستون مي دهند که به اين ساختمانها ستوني گفته مي شود. columnar

.بدون ساختمان

 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 (منفرد)

 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.  

اثر عمليات کشاورزي بر روي ساختمان خاک

عمليات زراعي مانند شخم اثرات مفيد و گاهي هم اثرات منفي برروي ساختمان خاک باقي مي گذارد. از بين بردن علف هاي هرز و کنترل آنها و برگرداندن بقاياي گياهي به توده خاک و مخلوط شدن خاک با مواد آلي و تشکيل خاکدانه از اثرات مثبت شخم است. از طرفي ديگر ممکن است خاکدانه هاي موجود در خاک توسط فشار چرخ هاي تراکتور و ماشين آلات سنگين مثل غلطک از بين برود و اثرات منفي بر روي ساختمان خاک بر جاي بگذارد هر اندازه رطوبت خاک بيشتر باشد متراکم شدن و از بين رفتن خاکدانه ها به وسيله ماشين آلات کشاورزي زيادتر است و حتي ممکن است تا عمق 60سانتیمتری نيز برسد.
هر چه تعداد شخم زدن کمتر باشد ميزان محصول افزايش بيشتري پيدا مي کند تا آنجا که يک بار شخم زدن بهترين اثر را دارد.

ثبات خاک : soil consistence

مقاومت خاک در مقابل گسيختگي و تغيير شکل ثبات ناميده مي شود. نيروهاي پيوستگي و همبستگي موجود در کل توده خاک مبين ثبات خاک است. بنابراين بر خلاف ساختمان که در مورد شکل و اندازه و درجه وضوح خاکدانه صحبت مي کند ثبات خاک حکايت از نوع و ميزان نيروهاي موجود بين ذرات خاک مي نمايد. ثبات خاک دررابطه با اعمال کشت و زرع و عبور و مرور وسايل نقليه حائز اهميت فراواني است. ثبات خاک در 3 حالت مختلف رطوبتی تعريف گرديده است :
حالت خيس (wet) مرطوب (moist) و خشک (Dry) پايداري خاک در حالت مرطوب در 3 حالت تشريح مي شود.
A) پايداري درحالت تر : مقدار رطوبت بيشتر يا کمي بيشتر از حد ظرفيت زراعي است
B) پايداري در حالت مرطوب : رطوبت بين خشکي و حد ظرفيت زراعي است
C ) پايداري در حالت خشک  

روابط وزنی وحجمی خاک

در بین اجزائ معدنی خاک روابطی وجوددارد.که بشرح زیر می باشد.

وزن مخصوص حقیقی :particle density

عبارت است ازوزن جامد به حجم آن یعنی وزن یک سانتیمتر مکعب ازذرات جامدآن.که بطور ثابت  معمولا بین 2.65تا 2.7 است که بر حسب گرم بر سانتیمتر مکعب بیان می شود.در خاکهای که بامینرال های سنگین مانند مگنتایت  تورمالین  وهورنبلند همراه باشد بیش از 2.7 gr/cm³.است

چون مواد آلی سبکتر ازمواد معدنی خاک هستند وجود این مواد به مقدار کافی دروزن مخصوص حقیقی موثربوده ودر نتیجه در لایه های سطحی خاک کمتر از لایه های عمیق تر خواهد بود. معمولا در محاسبات 2.65 در نظر می گیرند.

       درصد میزان کاهش وزن مخصوص حقیقی خاک وزن مخصوص حقیقی خاک

وزن مخصوص ظاهری :Bulk density

عبارت است ازوزن خاک خشک به حجم کل آن که معمولا بین 0.5تا 1.8  در خاکهای آلی تا شنی متغیراست که بر حسب گرم بر سانتیمتر مکعب بیان می شود.در خاکهای آلی کمترین وخاکهای شنی بیشترین میزان را به خود اختصاص می دهد .

تخلخل:عبارت است از کلیه فضاهای خالی که توسط خاک پر نشده باشد وتوسط آب یا هوا پر شود را تخلخل می نامند.وبرحسب درصد بیان می شودتخلخل به دوفرم بزرگ وکوچک تقسیم می شود. در خاکهای شنی  تخلل ازنوع بزرگ ودرخاکهای رسی از نوع کوچک است  که نقش زیادی در نگه داری آب دارد

  = Vt-Vs          یا Vf =   va+vw

وبا داشتن وزن مخصوص ظاهری وحقیقی می توان تخلخل  رااز رابطه زیر محاسبه نمود.

%

ضریب تخلخل:  معمولا بین 0.3تا0.6 برای خاکهای شنی تا رسی متغیر است.

نسبت پوکی:  معمولا بین 0.45تا1.2 برای خاکهای مختلف متغیر است.

تخلخل تهویه ای :    

رطوبت خاک:

بطور کلی آب درخاک به سه حالت جامد مایع وبخار وجود دارد اما آنجه که ازنظر زراعی اهمیت دارد فاز مایع است ودر انتقال مواد واملاح معدنی نقش زیادی دارد

رطوبت حجمی وجرمی خاک:

برحسب تعریف مقدار جرمی رطوبت خاک(  (عبارتست ازنسبت جرم آب موجوددر خاک (Mw )به جرم جزءجامدخاک (Ms) یا 

  =رطوبت جرمی که برحسب درصد بیان می شود. 100

برحسب تعریف مقدار حجمی رطوبت خاک(  (عبارتست ازنسبت حجم آب موجوددر خاک (Vw )به حجم کل خاک (Vt) یا   =رطوبت حجمی برحسب درصد بیان می شود. 100  بین رطوبت حجمی و رطوبت جرمی رابطه زیر وجود دارد                 . *

درجه اشباع

درجه اشباع خاک ¸حجم آب موجود را نسبت به خلل وفرج نشان می دهد.

مقدار درجه اشباع خاک ازصفردرصددرخاک خشک تا صددرصد درخاک کاملا اشباع نوسان می کند.اشباع صددرصد درخاک بعلت حبس مقداری هوا در خاک به آسانی امکان پذیر نیست. درجه اشباع برای خاکهای آماس کننده شاخص مطلوبی محسوب نمی شود زیرا تخلخل خاک با رطوبت تغییر می کند.

  وضعيت آب درخاک :

گياه آب مورد نياز خود را از طريق ريشه ها از خاک جذب مي کند. بنابراين موجوديت آب در خاک از عوامل اصلي رشد ريشه گياه است.
علاوه بر اين از خصوصيات خاک مانند پايداري ، خميري، مقاومت ، قابليت فشرده شدن، نفوذ پذيري و قابليت عبور و مرور در خاک بستگي به مقدار آن دارد. رطوبت خاک بر مقدار هواي موجود در خاک و تبادل گازها در آن نيز مؤثر است. فعاليت موجودات ريز خاک واکنش هاي شيميايي خاک نيز تابعي از مقدار رطوبت آن است.
مقدار آب موجود در هر جرم يا حجم خاک را رطوبت و حالت با وضعيت فيزيکو- شيميايي آب در خاک را پتانسيل آن گويند. در واقع مقدار رطوبت تنها بيان کننده اين است که چه مقدار آب در خاک وجود دارد. اما پتانسيل آب درخاک براي ما توصيف مي کند که توان انجام کار توسط رطوبت چگونه است. مثلاً يکي از مهمترين اجزاء پتانسيل آب در خاک پتانسيل ماتريک آن است که توسط آن مشخص مي شود آب با چه نيرويي در خاک نگهداري شده و چگونه از نقطه اي به نقطه ديگر قابل جابه جا شدن است. البته بايد توجه داشت که رطوبت و پتانسيل خاک وابسته به يکديگربوده و شناسايي رابطه آنها از ابزارهاي مهم در مديريت آبياري و بهره برداري از خاک است.  

  رطوبت خاک و نيروي مربوطه

آبي که وارد خاک مي شود تحت اثر دو دسته نيروي مخالف قرار مي گيرد :
نيروهايي که آب را به اعماق خاک مي کشند و در صورت کفايت تا مرز سفره آبهاي زيرزميني پايين مي برند. نيروهايي که آب را در خاک نگه مي دارند و کلاً نيروي مکش يا نگهدارنده آب در خاک ناميده مي شوند. نيروهاي نگهدارنده آب در داخل خاک عبارتند از :
الف) نيروي جذب سطحي يا جاذبه اي :
اين نيرو در سطح تماس آب و ذرات جامد خاک وجود دارد
ب) نيروي کاپيلاریته :
اين نيرو در سطح تماس آب و هوا وجود دارد
پ) نيروي ثقل :
که حاکم بر کليه ملکولهاست
ج) نيروي هيدروستاتيک:
که از تأثير وزني مولکول هاي آب بر يکديگر ناشي مي شوند درخاک به ظاهر خشک ذرات جامد همواره با نيروي جاذبه زياد ( حدود 10 تن بر سانتي متر مربع) قشر بسيار نازکي از آب را در سطح خود نگهداري مي کند. با افزايش رطوبت خاک از تأثير اين نيرو کاسته مي شود.
نيروي کاپيلاريته در مقام خودنمايي در مقابل نيروي ثقل قرار مي گيرد و موجب نگهداري آب در خلل و فرج ريز خاک مي گردد وقتي رطوبت در خاک از حد معيني تجاوز مي نمايد اين حد به بافت و ساخت خاک بستگي دارد) ديگر نيروهاي فوق در مورد مازاد آب قادر به مقاومت در مقابل نيروي ثقل نخواهد بود و آب تحت تأثير نيروي ثقل و هيدروستاتيک در خاک جريان مي يابد.
اگر چه آب درون خاک همواره تحت تأثير چنين نيروهايي واقع مي شود و ليکن نيروي ثقل نمي تواند همه آب موجود در بافت خاک را تحت تأثير قرار داده به حرکت و مهاجرت وادارد و در حقيقت همواره مقداري آب در خاک باقي مي ماند که نيروي ثقل قادر به جدا کردن آن از ذرات خاک نيست. اين بخش از آب درون خاک تحت عنوان نگهداري خاک بيان مي شود.
بنابراين هنگامي که آب نفوذ خود را در خاک شروع مي کند تحت تأثير نيروي ثقل به مرطوب ساختن خاک پرداخته و به حرکت خود به سمت پايين ادامه مي دهد و خاک به ناچار حداکثر آب ممکنه را در خود نگه داشته آب اضافي را اجازه ادامه مسير مي دهد. اين فعاليت آب تحت عنوان ذخيره سازي آب در خاک شهرت دارد. آبي که در خاک باقي مانده و تحت نيروي ثقل قرار نمي گيرد دقيقاً به مثابه قطره اي است که در امداد يک جسم باريک و عمودي حرکت کرده بعد از رسيدن به رأس آن به صورت يک دايره کشيده به آن آويزان مي شود ولي عمل جدا سازي از آن صورت نمي گيرد. آب باقيمانده در خاک نيز در اطراف ذرات جمع شده از آن جدا نمي شود اين آب به آب غشايي شهرت دارد.
آب غشايي که به سطوح ذرات چسبيده در برابر جذب ريشه گياهان نيز مقاومت شديدي از خود نشان مي دهد. هنگامي که مقدار نيروي کشش به 15 بار يا بيشتر بالغ گردد ديگر ريشه هاي گياهي نيز قادر به استفاده و جذب اين آب نموده و آب باقيمانده در خاک ديگر نمي تواند در متابوليسم گياهي شرکت کند. مقدار آب باقيمانده در خاک که ديگر تحت تأثير نيروي جذب ريشه اي نيز واقع نمي شود و گياه قادر به استفاده از آن نيست تحت عنوان آب هيگروسکوپيک بيان مي شود.  

  تقسيمات رطوبتي خاک :

الف) آب هيگروسکوپيک (Hygroscopic water) :
خاکي که در معرض هواي آزاد، آب خود را از دست داده و به ظاهر کاملاً خشک به نظر مي رسد همواره مقداري رطوبت به صورت قشري نازک در سطح ذرات خود تثبيت مي نمايد اين رطوبت که تحت نيروي جاذبه يي در خاک نگهداري مي شود اصطلاحاً آب هيگروسکوپيک (آب جاذبه اي) ناميده مي شود. ضخامت و يا مقدار آن به عواملي از قبيل رطوبت نسبي هوا، درجه حرارت و مهمتر از همه ذرات جامد خاک بستگي دارد.
ب) آب کاپيلاريته (capillary water)
وقتي رطوبت خاک از قشر نازکي که به شدت جذب سطحي ذرات آن شده است تجاوزنموده مازاد رطوبت که در تماس با هواي خاک مي باشد تحت تأثير نيروي کاپيلاريته قرار مي گيرد. اين نيرو به صورت قدرت مکشي در خلل و فرج ريز خاک عمل مي کند. به طوري که اختلاف پتانسيل آن به موجب جابه جا شدن آب از نقاط با رطوبت زيادتر (پتانسيل زيادتر) به طرف نقاط با رطوبت کمتر (پتانسيل کمتر) مي گردد.
آبي که تحت تأثير چنين نيرويي قرار دارد آب کاپيلاريته ناميده مي شود که به کمک نيروي مزبور در مقابل ثقل مقاومت مي کند و در خلل و فرج ريز به توده خاک مي پيوندد. مقدار کل کاپيلاريته به موجوديت فيزيکي خاک بستگي دارد که مي توان آن را از نظر آبياري به دو قسمت غيرقابل استفاده و قابل استفاده براي گياه تقسيم نمود. که قسمت اول در خلل و فرج بسيار ريز خاک قرار دارد (خلل و فرج کمتر از 2/0 ميکرون) و شدت وابستگي آن به خاک بيش از قدرت مکشي ريشه گياهان است در حالي که قسمت دوم آب، آب کاپيلاريته اي است که در بقيه خلل و فرج ريز جاي دارد و با شدتي کمتر از نيروي جاذبه ريشه گياهان به توده خاک پيوسته است.
ج) آب اشباع water saturation
پس از آنکه خلل و فرج ريز خاک از آب پر شد اگر نفوذ آب در خاک ادامه داشته باشد به تدريج هواي موجود در خلل و فرج درشت نيز خارج و آب جانشين آن مي گردد. آب مازاد بر رطوبت کاپيلاريته تحت تأثير نيروي ثقل قرار مي گيرد و در صورت مناسب بودن شرايط زهکشي در جهت نيروي مزبور جريان مي يابد (به همين جهت آب اشباع را آب ثقلي نيز مي نامند)
حالت اشباع در خاک پس از آبياري بيش از حد و يا بعد از بارندگي هاي طولاني حاصل مي شود که زمان لازم براي خروج آب تحت قوه ثقل بسته به چگونگي موجوديت فيزيکي خاک متفاوت است. از اين رو در شرايطي زهکشي مناسب مي توان آب اشباع را نيز همانند آب کاپيلاريته به دو قسمت تقسيم نمود . قسمت اول آب اشباع با جريان سريع که خلل و فرج بسيار درشت را اشغال نموده است و با سرعتي بيشتر از محيط خاک خارج مي شود ( که اين قسمت از آب اشباع، معمولاً مربوط به خلل و فرج به قطر بيش از 30 تا 40 ميکرون است و به دليل سهولت خروج از خاک آنرا آزاد نيز گفته اند)
در حالي که قسمت دوم آب اشباع با جريان کند است که در باقي مانده خلل و فرج درشت قرار دارد و در زماني طولاني تر جاي خود را به هواي خاک مي دهد. در خاک هاي سبک و شني آب اشباع بيشتر شامل قسمت اول است . در صورتي که خاک هاي سنگين و فشرده بخش اعظم اين آب به قسمت دوم تعلق دارد.

پتانسیل آب درخاک

انرژی آب در خاک یا پتانسیل آب در خاک عبارتست از مقدار کار لازم  جهت انتقال یک واحد آب از مخزنی درارتفاع مشخص تحت فشار یک اتمسفر به درون خاک 

پتانسیل کل آب در خاک شامل پتانسیلهای فرعی دیگر ی است که شامل پتانسیل ماتریک .ثقلی .فشاری .اسمزی است. 

  ظرفيت اشباع (saturation capacity)

ظرفيت اشباع نماينده حداکثر مقدار آبي است که در يک توده خاک جا مي گيرد. چون آب اشباع در واقع جايگزين هواي خاک در کليه خلل و فرج آن شده بنابراين ظرفيت ارتباط با مجموع خلل و فرج خاک دارد و با در دست داشتن وزن مخصوص حقيقي و ظاهري خاک قابل محاسبه مي باشد.  

  ظرفيت نگهداري آب در خاک (field capacity)

حداکثر مقدار آبي که خاک مي تواند در شرايط زهکشي در خود نگهداري کند ظرفيت نگهداري آب در خاک ناميده مي شود. به عبارت ديگر اين ظرفيت معرف توانايي يک توده خاک براي نگهداري آب در مقابل نيروي ثقل مي باشد و مقدار آن به حد بالاي

آب کاپيلاريته مربوط است. ظرفيت نگهداري آب در خاک ارتباط مستقيم با ميزان خلل و فرج دارد و در واقع قسمت اعظم مقدار آبي که نمايانگر اين ظرفيت است خلل و فرج ريز خاک را پر مي نمايد. بافت که تعيين کننده کميت و درشتي و ريزي خلل و فرج مي باشد و در معرفي ظرفيت مزبور مؤثرند. در يک خاک که ساختمان فيزيکي مطلوب تر دارد هر قدر ذرات جامد تشکيل دهنده خاک و خاکدانه کوچکتر باشد مجموع سطوح ذرات مزبور زيادتر و نيروي نگهدارنده آب در خاک بيشتر خواهد بود.  یکی از نقاط پتانسیلی مهم خاک می باشد. که پتانسیل ماتریک برای خاکهای شنی در این نقطه 200- سانتیمتر ودرخاکهای رسی 400- سانتیمتر  است. یا 0.1 تا 0.33 اتمسفر یا 33- کیلوپاسکال می باشد.

  نقطه پژمردگي دائم (permanent wilting point)

يک قسمت از آب نگهداري شده در خاک به تدريج توسط ريشه گياهان مصرف مي شود که بخش اعظم آن صرف تعرق از طريق اندامهاي هوايي آنها مي گردد و قسمتي ديگر از سطح زمين تبخير و از دسترس خاک خارج مي شود. جذب آب توسط گياهان تا مقداري از آب کاپيلاريته که با نيرويي کمتر از نيروي کمتر از نيروي مکشي ريشه گياهان در خاک نگهداري شده است ادامه مي يابد و هنگامي که درصد رطوبت خاک به حدي تنزل نمايد که شدت وابستگي آب باقي مانده به خاک بيش از نيروي مکشي مزبور باشد جذب آب توسط ريشه ها متوقف مي شود. گياه مقداري از آب مزبور در اندامهاي هوايي خود را تعريق مي نمايد. ياخته حالت تورم خود را از دست مي دهند و بالاخره حالت پژمردگي در گياه ظاهر مي شود.
نقطه پژمردگي را به صورت درصدي از رطوبت نسبت به وزن خشک يا حجم ظاهري خاک نشان مي دهند که مقدار آن به موجوديت فيزيکي و به ويژه بافت خاک بستگي دارد. براي يادآوري حدود تغييرات رطوبت خاک در اين نقطه مي توان گفت که رطوبت نقطه پژمردگي در خاک هاي شني در حدود 1 تا 5/3 درصد و در خاک هاي ليموني 5 تا 15 درصد و در خاک هاي رسي 15 تا 20% وزن خشک خاک است.
تعيين دقيق رطوبت در نقطه پژمردگي مشکل است چرا که علاوه بر موجوديت فيزيکي خاک – گياه نيزبنا به چگونگي حساسيت خود در بروز حالت پژمردگي دخالت مي نمايد. تأثير وجود سفره آب و در فاصله يي نسبتاً کم از سطح خاک بر حرکتي که از نيروي کاپيلاريته ناشي مي شود و حائز اهميت زياد است. چرا که حرکت آب تحت نيروي مزبور از نقطه اي با رطوبت زياد به طرف نقطه با رطوبت کمتر انجام مي گيرد و وجود چنين سفره آب در خاک همواره در سطح خود يک ورقه از خاک با رطوبت زيادتر از خاک لايه هاي فوقاني ايجاد مي نمايد. بدين ترتيب حرکت آب در خاک تحت تأثير نيروي کاپيلاريته تا فاصله اي از سفره آب زير زميني در کنترل و نفوذ اين سفره قرار مي گيرد. مقدار پتانسیل ماتریک در این نقطه در حدود 10 تا 20 اتمسفر است  یا 10000- تا 20000- سانتیمتر یا 1000- تا 2000- کیلوپاسکال می باشد.

 هر گاه خاک اشباعي بتواند زهکشي پيدا کند، آب به سرعت از خلل و فرج درشت خارج شده و هوا جايگزين آن مي گردد. اين رطوبت که تحت تأثيراختلاف پتانسيل ثقلي خارج مي گردد به نام آب ثقلي معروف است و در بيشتر خاکها حدوداً يک روز پس از اشباع خاک از آن خارج مي گردد. پس از خروج اين رطوبت ، آب باقيمانده را رطوبت زراعي مي گويند. بدين ترتيب رطوبت ظرفبيت زراعي حداکثر رطوبتي است که پس از خروج آب ثقلي در خاک باقيمانده و خروج آن از خاک مطلقاً و يا خيلي کم تابع اختلاف پتانسيل ثقلي است.

  نفوذ پذيري (Per meability)

قابليت کم و بيش متفاوتي که خاک هاي مختلف براي هدايت آب از خود نشان مي دهند تحت نام نفوذ پذيري يکي از مشخصات مهم فيزيکي خاک به حساب مي آيد. در مبحث حرکت آب اشباع در خاک منظور از نفوذ پذيري همان سهولت نسبي عبور آب از خاک است و همان طوري که براي سهولت عبور الکتريسته لغت هدايت الکتريکي به کار مي رود در خصوص حرکت آب اشباع در خاک نيز اصطلاح هدايت آبي (Hydroulic conductivity) جايز گرديد.
تأثير خلل و فرج را در نفوذ پذيري خاک بايد در نسبت ريزي و درشتي آنها جستجو نمود، اگر مجموع خلل و فرج خاکي زياد ولي قسمت اعظم آن از نوع ريز باشد توده خاک به وجود دارا بودن ظرفيت نگهداري آب قابل ملاحظه نفوذپذيري ناچيزي خواهد داشت. در واقع مقدار خلل و فرج درشت در واحد حجم خاک، تعيين کننده نقطه پژمردگي از گياهي به گياه ديگر کمي متفاوت مي کند.  

آب قابل دسترس

با آنچه در خصوص حدود مشخصه آب در خاک گفته شد به آساني مي توان دريافت که رطوبت قابل استفاده گياهان در هر نوبت آبياري عبارت است از تفاضل دو رطوبت نگهداري آب در خاک و نقطه پژمردگي و مقدار آن معمولاً نصف ظرفيت نگهداري آب در خاک است.

 در حالت آزمایشگاهی  ولی در مزرعه عملا گیاه قبل از نقطه پژمردگی قادر به جذب آب از خاک نمی باشد که به آن حد آب قابل جذب می گویند  بنابراین فرمول آب قابل دسترس گیاه بصورت زیر می باشد                                                                          .    

CEW = حد آب قابل جذب  ظرفيت نگهداري  نقطه پژمردگي دائم

شدت رطوبتPF

معادل PH است که شدت رطوبت را بیان می کند.  وعبارتست از لگاریتم پتانسیل ماتریک آن خاک برحسب سانتیمتر بدون در نظر گرفتن علامت منفی آن                                                                                                           PF (F.C) =-300   \ LOG 300 = 2.4

رنگ خاک :

رنگ خاک واضح ترين مشخصه خاک است که به آساني قابل اندازه گيري است. تعيين رنگ خاک بيشتر به اين دليل حائز اهميت است که از طريق آن مي توان به خواص مهم شيميايي، بيولوژيکي و فيزيکي پي برد که اندازه گيري آنها اغلب يا مشکل است و يا به طور دقيق علمي نيست در نتيجه رنگ خاک هنگامي که با ساير خصوصيات خاک در نظر گرفته شود بسيار از تفسيرهاي ژنتيکي و بهره برداري اراضي را ممکن مي سازد.

اهميت رنگ خاک :

  رنگ خاک يکي از خصوصيات فيزيکي خاک است که مي تواند در برخي خواص خاک مؤثر واقع شود. مهمترين خاصيتي که مي توان اثر رنگ را بر آن ملاحظه نمود خاصيت جذب حرارت توسط خاک است. از روي رنگ خاک مي توان به ميزان نسبي مواد آلي، وضع زهکشي داخلي و تهويه خاک پي برد و نحوه تشکيل افقهاي مختلف را بهتر درک کرد. کاني هاي عمده خاک در اصل داراي رنگ روشني مي باشند. تغييرات شيميايي برخي عناصر مخصوصاً آهن و تشکيل مواد آلي در مراحل مختلف سبب رنگ هاي تيره و خاکستري و قرمز و … در خاک مي گردند.
خاک هاي با زهکشي ضعيف حاوي مقدار بيشتري مواد آلي بوده و رنگ سطح آنها کاملاً تيره است . قسمت هاي زيرين خاک داراي رنگ خاکستري روشن مي باشد. در خاک هاي با زهکشي متوسط رنگ خاکستري خاک يکنواخت نبوده بلکه لکه هاي زرد رنگ در آن مشاهده مي گردد. در خاک هاي با زهکشي مناسب واکنش هاي اکسيد کننده مناسب در آن به وقوع پيوسته سبب ايجاد رنگ هاي زرد و قرمز در ترکيبات آهن مي گردد. هر چه درجه آبدار شدن ترکيبات آهن حاصل بيشتر باشد رنگ خاک زردتر هر چه اين ترکيبات کم آب تر باشد رنگ خاک قرمز شفاف تر است.

تعیین رنگ خاک

رنگ خاک را در حالت مرطوب وخشک تعیین می کنند  جهت تعیین رنگ خاک از دفترچه رنگ خاک  مانسل استفاده میکنند. وسه پارامتر هیو  HUE وولیو VALUE  وکروما  CHROMA تعیین کننده رنگ یک خاک می باشند که بشرح زیر است.

هیو  HUE :

دربالای صفحه دفتر چه نوشته شده است. وعبارتست از رنگ اصلی یا غالب که طیف آن از قرمز تا زرد را شامل می شودودر بعضی از شرایط مثلا درخاکهای هیدرومورف رنگ شامل سبز یا آبی می گردد مشخصات رنگ غالب از قرمز شروع وبه زرد ختم می گردد. هیو از یک عددویک یا دو حرف لاتین تشکیل شده است  مثلا 10YR ,7.5YR ,10R   5YR , حدواسط  7.5YR  زرد غالب ومابقی قرمز (نارنجی)

VALUEولیو : عبارتست از شدت طول موج غالب که تیرگی وروشنی رنگ را بیان می کند  میزان ولیو از 0تا 10 در نوسان است  که صفر سیاه کامل و10 سفید کامل است در دفترچه رنگ خاک ولیو  از 2تا 8 متغیر است ولیو در سمت چپ دفترچه نوشته شده است.

CHROMA  کروما : کروما دلالت بر درجه خلوص رنگ می کند که در پایین دفترچه نوشته شده است  صفر کروما ناخالص ترین و10 خالص ترین رنگ  است ولی در دفتر چه رنگ خاک مانسل از 1تا 8 می باشد.  ناخالص ترین رنگ در طبیعت خاکستری است که کرومای آن صفر است

اصول شيميايي خاک  

مواد کلوئیدی خاک

فعالترین ذرات خاک آنهایی هستند که در حالت کلوئیدی می باشند.دوگروه مشخص کلوئیدهای  معدنی وآلی  بصورت مخلوط درخاک وجودداشته وبطور نزدیکی با همدیگر ارتباط دارند کلوئیدهای معدنی بطور کامل به صورت انواع مختلف رس و کلوئیدهای  آلی به شکل هوموس می باشند

کلوئیدهای  معدنی

حدود واندازه ذرات کلوئیدی را  بین 0.2تا 1 میکرون می دانند  باتوجه به اینکه  ذرات معدنی که تا 2 میکرون قطر دارند رس محسوب می شوند ولی تمام موادرسی را نمی توان کلوئید فرض کرد.

موادرسی  به دوگروه تقسیم می شوند.1-رسهای سیلیکاتی  که بیشتر درمناطق معتدله یافت می شوند  2-رسهای اکسیدهای هیدراته آهن وآلومینیوم

رسهای سیلیکاتی قسمت عمده مواد رسی مناطق کشاورزی توسعه یافته جهان را تشکیل داده است.

ساختمان عمومی رسهای سیلیکاتی

تعریف رس

رس‌ها شامل مواد و کانی‌های ریز اندازه، ‌طبیعی و ‌با منشأ زمین و در واقع شامل فراورده‌های حاصل از هوادهی، ‌تغییرات حرارتی و رسوبی می‌باشند. از نظر کانی‌شناسی رس‌ها در میان ترکیبات معدنی، دارای کوچکترین اندازه‌ هستند. دانشمندان علوم مهندسی و خاک، اندازه ذرات رس را کمتر از 4 میکرومتر تعریف کرده‌اند در حالی که دانشمندان رس‌شناس اندازه 2 میکرومتر را به عنوان حد بالایی اندازه رس‌ها قائل هستند. به طورکلی رس‌ها را میتوان به عنوان «سیلیکات‌های آلومینیم آبدار» شناخت که در برخی از آنها آهن و منیزیم جایگزین آلومینیم شده و در برخی عناصر قلیایی و قلیایی خاکی جایگزین شده است. ترکیب معدنی رس‌ها تابع فراوانی نسبی و نوع کانی‌های رسی موجود در آ‌ن می‌باشد. گاه مقادیر بسیار کمی از یک نوع کانی رسی خاص، ‌اثر بسیار مهمی بر روی ویژگی‌های آن دارد..

ساختمان رس ها و ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آنها

ساختار اتمی کانی‌های رسی شامل دو نوع واحدهای ساختمانی است که ورقه‌های هشت وجهی    و چهار وجهی نامیده میشوند. ورقه‌های هشت‌وجهی (تصویر 1) متشکل از گروه‌های اکسیژن و هیدروکسیل است که در میان آنها اتم‌های آلومینیم، آهن و منیزیم وجود داشته و نوعی آرایش هشت وجهی به آن می‌دهد. وقتی آلومینیم با سه ظرفیت مثبت در میان این هشت وجهی‌ها قرار گرفته، ‌تنها دو سوم جایگاه‌ها از نظر      می نامند مانند کانی جیبسایت      DiOctahedrol.متعادل کردن بارهای الکتریکی پر می‌گردند. در این صورت ماده معدنی را دی‌اکتاهدرال

وقتی عنصر منیزیم که دارای دو بار مثبت است در مرکز هشت وجهی قرار می‌گیرد، هر سه جایگاه پر شده و ساختمان آن به تعادل می‌رسد. ماده معدنی را در این حالت تری‌اکتاهدرال می‌نامند   مانند کانی  بروسایت   teriOctahedrol.

دومین واحد ساختمانی رس‌ها متشکل از ورقه‌ها یا لایه‌های حاوی واحدهای تتراهدرون یا چهار وجهی سیلیکون (سیلیسیوم) است. سیلیکون در مرکز و در فاصله یکسانی از اکسیژن‌های چهار گوشه آن قرار گرفته است. واحدهای متعدد تتراهدرون‌ در کنار هم قرار می‌گیرند و در دو جهت افقی توسعه می‌یابند و ایجاد شبکه‌های شش وجهی تکرار شونده مینمایند. نتیجه ساختاری است که اصطلاحاً «ورقه‌های تتراهدرال» نامیده میشود

انواع رسها : انواع رسهایی که در طبیعت یافت می شوند از ترکیب یک یا دولایه چهاروجهی سیلیکون ویک لایه جیبسایت ویا بروسایت (هشت وجهی ) بوجود می آیند.

رس‌های 1:1

به ازای هر یک ورقه اکتاهدرال دارای یک ورقه تتراهدرال هستند. رس‌های 1:1 دارای ساختمان ساده‌تری بوده و مجموع بار الکتریکی واحدهای سازنده کائولینیت که یکی از گونه‌های معروف و فراوان این گروه از کانی‌های رسی محسوب می‌شود، برابر صفر است. به همین دلیل فاقد بسیاری از خواص رس‌ها می‌باشند که مستلزم استفاده از ویژگی باردار بودن مولکول، جاذبه برای یونها و در نتیجه تبادل یونی است

رسهای 2:1 به ازای هر یک ورقه اکتاهدرال ، دو ورقه تتراهدرال در دو طرف آنها قرار می‌گیرد. وجود بار الکتریکی (و در نتیجه ظرفیت تبادل کاتیونی) و وجود خلل و فرج موجود در ساختمان رس‌های پیچیده 2:1 منشأ بسیاری از خواص آنها است

 رسهای2:1:1 به ازای هر یک ورقه اکتاهدرال ، دو ورقه تتراهدرال در دو طرف آنها قرار می‌گیردو یک ورقه اکتاهدرال درکنار لایه تترا هدرال قرار می گیرد وجود بار الکتریکی (و در نتیجه ظرفیت تبادل کاتیونی) و وجود خلل و فرج موجود در ساختمان رس‌های پیچیده 2:1:1 منشأ بسیاری از خواص آنها است –

كائولينيت

1- كاني هاي رسي گروه كائولينيت (گروه كانديت) داراي ساختمان ورقه اي هستند كه در هر ورقه از يك رديف (يك سطح) از چهار وجهي هاي سيليسيم دار و يك رديف از هشت وجهي هاي آلومينيوم دار تشكيل شده و به گروه يك به يك (1 : 1 ويا تتراهدر-اكتاهدر، (Te-Oc معروفند

2- كاني كائولينيت كه بخش عمده كائولن (خاك نسوز) را تشكيل مي دهد و هالوزيت از كانيهاي رسي اين گروه هستند.

3- در كاني رسي كائولينيت ضخامت هر ورقه كه شامل ضخامت يك رديف چهار وجهي سيليسيم دار و ضخامت يك رديف هشت وجهي آلومينيوم دار و فضاي بين ورقه اي (فاصله تا لايه بعدي) است، 21 / 7 آنگسترم است.

به علت ثابت بودن اين ضخامت ورقه رسي و عدم قدرت جذب يوني، ساختمان اين رسها غير قابل انبساط است. ظرفیت تبادل کاتیونی آن بسیار کم 5-10میلی اکی والان در هر100گرم خاک است.

4- در كاني رسي هالوزيت، كه نوعي كائولينيت- فواصل بين ورقه اي آن ملكولهاي آب وجود دارد. ضخامت هر ورقه (فواصل لايه ها) در رسهاي هالوزيت، در حدود10 آنگسترم است.

كاني رسي اسمكتيت

كاني هاي رسي گروه اسمكتيت، در هر ورقه ساختماني دو رديف چهار وجهي (از سيليسيم) و يك رديف هشت وجهي (از آلومينيوم) دارند و از اين نظر آنها را رسهاي دو به يك (1:2 ويا Te-Oc-(Te و يا سه لايه اي مي نامند

از كانيهاي گروه اسمكتيت به رسهاي نوع مونت موريلونيت (و نوعي از آن به نام بنتونيت) و ساپونيت مي توان اشاره كرد.

. ساختمان اين نوع رسها به علت جذب ملكولهاي آب و يا كاتيونها در بين فواصل ورقه اي، قابل اتساع هستند و به اين علت داراي خاصيت تبادل كاتيوني زياد 80-120 میلی اکی والان در هر100گرم خاک است و تغيير حجم قابل توجه اي در اندازه هر ورقه هستند. اندازه هر ورقه در اين نوع رسها از 10 تا 21 آنگسترم متغيير است.

ايليت (ميكاهاي آبدار)

كانيهاي رسي گروه ايليت به نام شبه ميكاها و يا ميكاهاي آبدار و يا دانه ريز نيز شناخته مي شوتد.

داراي ساختمان بلوري شبيه به كاني هاي رسي اسمكتيت (مونت موريلونيت) هستند كه از دو رديف چهار وجهي سيـليـسيم دار و در بـين آنها يـك رديف هشـت وجـهي آلومينيـوم دار هستند (گروه 2:1 و يا Te –Oc –Te) .غیر قابل انبساط بوده که بدلیل اتصال واحهای رس توسط پتاسیم مانع نفوذ آب در درون شبکه می گردد. خاصيت تبادل كاتيوني کم می باشد.

ايليت، مانند كاني رسي مونت موريلونيت، در نواحي خشك كه آبشويي بسيار ضعيف و هوازدگي ناقص است و همچنين در خاكهاي قليايي فراوانند.

ورميكوليت، كاني رسي ديگري به جز ايليت است كه جزو گروه ميكاهاي آبدار مي باشد.

رسهاي ورميكوليت از ساختمان شبكه اي با ورقه هاي متشكل از دو رديف چهار وجهي و يك رديف هشت وجهي ساخته شده (ساختمان شبكه اي 2:1) كه در فواصل بين ورقه اي اين نوع رسها دو رديف ملكولي آب جذب و نگهداري مي شود.

-كلريت

رسهاي كلريت از تجزيه و تغيير شكل كانيهاي اوليه بخصوص كلينو پيروكسن نوع اوژيت ايجاد مي شوند.از رسهاي فراوان موجود در خاك هستند.

ساختمان آنها مركب از دو رديف چهار وجهي است كه بين آنها را يك رديف هشت وجهي اشغال كرده است.

رسهاي گروه كلريت از نظر ساختماني شبيه رسهاي ورميكوليت هستند ولي هيدرات منيزيوم در كلريت كاملاً و محكم به شبكه كاني متصل است و بنا بر اين تفاوت كلريت با ورميكوليت در قابليت اتساع كاني ورميكوليت است كه اين ويژگي در كلريت وجود ندارد.

مواد رسی اكسيد ها و هيدروكسيدهاي فلزي (سسكوي اكسيد)

اكسيدهاي فلزي تركيبي از اكسيد آهن Fe2O3و هيدروكسيد آنFe(OH)3 و هيدروكسيد آلومينيوم AI(OH)3 است.

رسهايي كه از اين تركيبات تشكيل مي شوند داراي فرمول كلي AL2O3 XH2O –– XH2O Fe2O3 هستند.در مناطق گرمسیری مرطوب بیشتر مواد رسی از این نوع می باشند. بدلیل کم بودن بار الکتریکی در این رسها قدرت جذب کاتیونی آنها ازرسهای سیلیکاتی کمتراست.خاصیت شکل پذیری چسبندگی وتبادل کاتیونی آنها کم است وبه خاک خاصیت فیزیکی خوب می دهد  

کلوئیدهای آلی خاک (هوموس )

درهرخاکی ذرات رسی دارای مقدارقابل ملاحظه ای  موادآلی هستند وسیستم کلوئیدی هوموس شبیه رسهای سیلیکاتی است در این کلوئیدها نیز یک هسته مرکزی بابار الکتریکی منفی به وسیله کاتیونهای جذب شده محاصره گردیده است.

تفاوت با رسها ی سیلیکاته

1-درهوموس هسته مرکزی اساسا از اتمهای کربن واکسیژن وهیدروژن است ولی در رسها ی سیلیکاته عناصر تشکیل ذهنده بیشتر آلومینیوم وسیلیس واکسیژن هستند.

2-قدرت جذب کاتیونی هوموس  به مراتب بیشتر از رسهای سیلیکاتی است

3-مواد هوموسی بلوری نبوده وشکل مشخصی ندارند

4-مواد هوموسی دائما درحال ساخته شدن وازبین رفتن است.برعکس رسهای سیلیکاتی نسبتا پایدار بوده وبا گذشت زمان تغییر چندانی درآنها حاصل نمی شود.

منشا بار الکتریکی منفی دررسهای سیلیکاتی

1-    بازوهای ظرفیتی تکمیل نشده

2-    جانشینی یونی در درون ذره رسی

 بازوهای ظرفیتی تکمیل نشده

 این بازوها بیشتر درلبه های خارجی مینرالهای رسی یافت می شوند. نمونه بارز آن وجود رادیکال هیدروکسیل درلبه های خارجی این مینرال هااست.دراین رادیکالها دوظرفیت اتم اکسیژن از یک سو بوسیله الومینیوم وازسوی دیگر بوسیله هیدروژن تکمیل شده است.  اگر هیدروژن جداشود یک بازوی آزاد اکسیژن بوجود می اید ومینرال دارای بار منفی می گردد. قسمت اعظم بارمنفی رسهای 1.1 ازاین نوع حاصل میشوند.

جانشینی یونی در درون ذره رسی

طریق دیگری که بوسیله آن ذره رسی دارای بار الکتریکی منفی میگردد جانشین  شدن یونی باظرفیت کمتر بجای یونی با ظرفیت بیشتر است.  مثل جانشین شدن منیزیم دوظرفیتی به جای الومینیوم سه ظرفیتی  که تعادل الکتریکی بهم خورده وذره دارای بامنفی می گردد. (مانند مونت موریلونایت ) یا جایگزینی الومینیوم به جای سیلیس چهار ظرفیتی در رسهای بیدلایت  وایلایت قسمت اعظم بارمنفی رسهای 2.1 ازاین نوع حاصل میشوند.   

رسها وتبادل یونی درخاک

        تبادل کاتيوني

تبادل في مابين يک کاتيون از محلول خاک با کاتيوني در سطح مواد مبادله کننده فعال را تبادل کاتيوني مي گويند. اگر چه مواد خاک به درجات مختلف در ايجاد نقاط تبادل کاتيوني نقش دارند اما اين خصوصيت در غالب خاکها در بخش رس و مواد آلي آنها متمرکز است.  

  ماهيت تبادل کاتيوني :

فعل و انفعالات کاتيوني در خاکها عمدتاً در مجاورت سطوح کلوئيدهاي رسي و ذرات هوموس يا ميسل ها صورت مي گيرد . هر ميسل ممکن است از هزاران نقطه يا بار الکتريکي منفي تشکيل شده باشد که با جذب کاتيون ها خنثي مي گردد. بارهاي منفي در سطح ميسل ها در خطوط مرزي متمرکز گشته و داراي حداکثر قدرت جذب کاتيوني مي باشند. جذب کاتيون ها موجب خنثي شدن اين بارهاي منفي مي گردد. کاتيون هاي تبادلي به علت هيدراته بودن و کشيده شدن از طريق مولکول هاي آب دائماً در اطراف نقاط تبادلي در حال دوران يا حرکت رفت و برگشت مي باشند.
غلظت کاتيون ها در مجاورت سطوح کلوئيدها که بار منفي حداکثر است ماکزيمم بوده و فاصله از سطح کلوئيد به سرعت کاهش پيدا مي کند. آنيون ها از سطوح منفي کلوئيدها دفع مي شوند ليکن همان طوري که در شکل ديده مي شود در فاصله اي از سطح کلوئيدها غلظت کاتيون ها و آنيون ها با هم برابر مي گردد. در هر حال در مجموع تعداد کاتيون هاي موجود دراين فاصله به مراتب بيش از تعداد آنيون هاست. ريشه گياهان داراي ظرفبيت تبادل کاتيوني (CEC) است که توسط يون هاي هيدروژن ناشي از ريشه گياه خنثي مي گردد. هنگام جذب کاتيون ها به وسيله گياه يون هاي هيدروژن مذکور آزاد و نهايتاً با کاتيون هاي تبادلي سطح ميسل تبادل انجام مي دهند. مثلاً هنگامي که پتاسيم از محلول خاک جذب مي شود اگر کمبود کاتيون هاي غذايي از طريق هوا ديدگي يا دادن کود جبران نشود نقاط تبادلي ميسل تدريجاً طي پروسه هايي از هيدروژن اشباع مي گردد.  

  پديده تبادل کاتيون در کلوئيدها

با توجه به خاصيت اسيدي ضعيف رس و هوموس و در نتيجه جذب کاتيونهاي فلزي به وسيله اين مواد، مطالعه در پدیده قابليت تبادل يون درخاک آغاز گرديد که در آن به رس ها در برقراري چنين پديده اي بيشتر تکيه مي شود. اسيدهاي ضعيف مزبور محل مناسبي براي استقرار کاتيون ها محسوب مي گردند و معمولاً از آنها به صورت رس با يون+H يا هوموس با يون+H ياد مي شود. بدين ترتيب کاتيون هايي مانند +ca2 رس، +ca2 و +K هوموس و+K هوموس در آيند.  

امروزه بسياري از مؤلفين نظريه فوق را تنها دليل پديده تبادل يون نمي دانند. بلکه ضمن تشريح بيشتر خاصيت اسيدي هوموس ، ساختمان فيزيکي رس و قابليت نفوذ يون هاي خارجي را در آن برقراري پديده مزبور دخالت مي دهند. اگر اطلاق اسيد ضعيف در مورد رس قابل بحث است، هوموس (به ويژه اسيدهاي هوميک) مي تواند به عنوان يک اسيد واقعي به شمار آيد که از آن املاح مختلف در خاک تشکيل مي شود. ترکيب هيدروکربنه مواد آلي در PH هاي مختلف مي تواند از خود يون H آزاد کند و آن را در معرض تبادل يونهاي مثبت ديگر قرار دهد.
بدين ترتيب هر قدر مرحله هوموسي شدن کاملتر و درجه اکسيداسيون بيشتر باشد قابليت جذب يون هاي خارجي در مواد آلي زيادتر خواهد بود. در ورقه هاي تشکيل دهنده ساختمان فيزيکي رس، امکان استقرار يک يون خارجي به جاي يون موجود در ترکيب رس وجود دارد. وقتي يون هاي دو ظرفيتي مانند fe+2 , mn2+,Ni+2,mg+2 جاي يون Al+3 را مي گيرند و يا وقتي يون هاي 3 ظرفيتي مانند Al+3 وfe+3 جاي يون si+4 را مي گيرند، موجبات کمبود بار مثبت در ورقه هاي 8 وجهي و چهار وجهي رس فراهم مي شود، در نتيجه رس به عنوان کلوئيد با بارالکتريکي منفي جلوه مي کند و يونهاي با بارمثبت را به طرف خود جذب مي نمايند. نيرو يا شدت الکتريکي بار منفي ايجاد شده با ساختمان فيزيکي رس ارتباط دارد، به طوري که وقتي اين شدت به حد کافي بوده، ورقه ها با فاصله کم از هم قرار داشته که اگر قابليت انحراف و ازدياد حجم مولکول کم باشد، امکان تثبيت يون هايي مانند+k+,NH4 در آنها وجود دارد.  

  ظرفيت تبادل کاتيون خاک (cation exchange capcity)

ظرفيت تبادل کاتيون خاک (C.E.C) عبارت از حداکثر مقدار کاتيوني است که وزن معيني از خاک قادر است در خود جذب يا نگهداري نمايد. اين ظرفيت را بر حسب ميلي اکي والان در يک صد گرم خاک خشک نشان مي دهند. با توجه به آنچه که در جانشيني کاتيون ها به جاي يون H+ در کلوئيدهاي رس و هوموس گفته شد، اگر اين ظرفيت براي خاک معيني T ميلي اکي والان باشد و در موقعيت معيني S ميلي اکي والان کاتيون در جذب 100 گرم خاک خشک قرار داشته باشد، تفاضل S,T يعني (T – S) مصرف مقدار هيدروژن موجود در جذب کلوئيدهاي همان وزن خاک خواهد بود.
بدين ترتيب ظرفيت تبادل کاتيون يک خاک نماينده مجموعه کاتيون ها و هيدروژن قابل تبادل در جذب يکصد گرم از خاک است +T=S+H . ظرفيت تبادل کاتيون يک خاک اهميت فوق العاده اي در خواص فيزيکي شيميايي آن دارد و از آن به عنوان يک مشخصه تعيين نوع خاک استفاده مي شود. به طور کلي مي توان گفت که هر قدر خاکي از کلوئيدهاي معدني و آلي غني باشد، اين ظرفيت در آن بيشتر است و هر چه خاک در معرض شستشوي کمتري قرار داشته و نيز PH آن خنثي يا به طرف قليايي ميل کند، مقدار S به ظرفيت مزبور نزديک است، به طوري که در خاک هاي آهکي (اشباع از کلسيم) و خاک هاي قليايي (اشباع از سديم)، S تقريباً معادل T مي باشد. در تعيين مقدار کاتيون قابل تبادل موجود در يک خاک (S)، از خاصيت جانشيني يونها استفاده مي شود، بدين ترتيب که کليه کاتيونهاي جذب شده در وزن معيني از خاک را با جانشين کردن کاتيوني ديگر مانند+4 NH استخراج مي نمايد ( معمولاً براي اين کار از محلول استات آمونيوم استفاده مي شود) در محلول استخراج شده هر يک از کاتيون هاي Na+2 , k2+,mg+2,ca+2 و غيره را اندازه گيري و از جمع آنها s را تعيين مي نمايند.  ظرفیت تبادلی رسها زیاد وبنا به نوع رسها متفاوت است ظرفیت تبادلی کلوئیدهای آلی ازهمه انواع رسها بیشتر است. کلا هرچه بافت خاک ریزتر  وموادآلی فراوانتر گردد. به تبع آن سطح ویژه بیشتر  شده ظرفيت تبادل کاتيون خاک افزایش می یابد.

  انواع و مقادير کاتيون هاي تبادلي :

هواديدگي کانيها منبع طبيعي کاتيونهاي تبادلي خاک است. هر قدر ميزان کاتيون حاصل از هوا ديدگي بيشتر باشد بالطبع قانون اثر جرمها امکان جذب آن کاتيون ها بيشتر است. به طور کلي نوع و مقدار کاتيون هاي تبادلي عملاً تابعي است از) ظرفيت و شعاع کاتيون هيدراته )کاتيونهايي که داراي ظرفيت بالاتر مي باشند با نيروي زيادتري نسبت به کاتيون هاي داراي ظرفبيت پايين تر جذب مي گردند و در ظرفيت مساوي کاتيوني که شعاع آب هيدراته کمتر است به علت نزديکي بيشتر به سطح ميسل با نيروي بيشتر جذب مي گردد.
بر اساس شعاع يون هاي غيرهيدراته چنين به نظر مي رسد که LI حداکثر نيروي جذب را دارد و Rb حداقل نيروي جذب و حال آن که چون LI حداکثر شعاع هيدراته و Rb حداقل شعاع هيدراته را دارد قضيه کاملاً برعکس مي باشد. در نتيجه نيروي جذب چهار کاتيون مذکور و يا به عبارت ديگر ترتيب جايگزيني کاتيونها معکوس بوده و به ترتيب Rb داراي حداکثر نيروي جذب و LI حداقل و وضعيت عناصر ديگر به صورت زير است:
Li<Na<K
ترتيب جايگزني عناصر تبادلي متداول در غالب خاکها نيز به شرح زير مي باشد:
Li                                                                 <NH4<Na< k <Mg2<Ca2+<H+<Fe3+< AL3+    

  تبادل آنيوني :

کلاً گياهان همانقدر که کاتيون جذب مي کنند آنيون هم جذب مي کنند. قابليت استفاده آنيون عمده نيترات، سولفات و فسفات توسط گياه تا حد زيادي بستگي به معدني شدن مواد آلي خاک دارد. بر روي هم دو آنيون فسفات و سولفات از آنيون هاي معدني هستند که غالباً در تبادل خاکها شرکت دارند.  

  منشأ ظرفبيت تبادل آنيوني :

نقاطي که تبادل آنيوني انجام مي دهند در اثر جذب هيدروژن يا پروتون به وسيله هيدروکسيل هاي سطح رس به وجود مي آيند. گيبسايت يک رس اکسيدي مي باشد که از يک آلومينيوم که به وسيله شش يون هيدروکسيل احاطه شده تشکيل گرديده است.
در شرايط معمولي و اسيدي خاک هاي تروپيک که کاملاً هواديدگي پيدا کرده اند يون هاي هيدروکسيل اتم هاي هيدروژن (پروتون) را جذب مي نمايند.  

 اهميت تبادل آنيوني :

هر چه واکنش خاک قليايي تر شود يا به عبارتي PH خاک بالاتر رود ظرفيت تبادل کاتيوني خاک افزايش مي يابد و برعکس هر چه واکنش خاک پايين تر رود ظرفيت تبادل آنيوني افزوده مي گردد. اگر چه تعداد کمي از افق هاي خاکها داراي بار مثبت مي باشند ولي از آن جهت که بسياري از عکس العمل هاي مربوط به خاک و گياه در جهت عکس مي باشد. به طور خلاصه مي توان موارد زير را در مورد خاکهايي که داراي بارالکتريکي مثبت مي باشند ذکر نمود.
1) اين گونه خاکها آنيون هايي نظير نيترات و کلرو را جذب مي نمايند.
2) کاتيون هايي از قبيل کلسيم ، منيزيوم ، پتاسيم از سطح کلوئيدهاي مثبت خاک دفع و احتمالاً از محيط خاک شسته و خارج مي گردند:
خاک هايي که داراي ظرفيت تبادل کاتيوني بالا يا داراي رس هاي سيلکاته با نقاط منفي زياد هستند آنيون ها را از خود دور نموده و در نتيجه جذب آنيوني در آنها اهميت بسيار کمي برخوردار است.
درصد اشباع بازي و هيدروژني :

بازهای تبادلی  ( T.E.B=S)
بازهاي تبادلي معمولاً شامل کلسيم، منيزيوم ، پتاسيم و سديم مي باشد. ( T.E.B=S) در خاک هاي معمولي کاتيون هايي که اغلب همراه با يون H+ در جذب سطحي کلوئيدها شرکت دارند به ترتيب عبارتند از Na+2 , k2+,mg+2,ca+2 و NH4 و بالاخره عناصر کمياب خاک مانند cu+2 , zn2+,mn+2 و غيره
در حالي که خاک هاي با خاصيت شيميايي ويژه همواره از اين قاعده مستثني هستند، به طوري که در خاک هاي قليايي کاتيون+Na و گاهي کاتيون Mg+2 بيش از ساير يون ها در جذب کلوئيدها شرکت دارند و در بعضي از خاک هاي اسيدي آلومينيوم به صورت يک کاتيون قابل تبادل (Al+3) به مقدار قابل ملاحظه وجود دارد. در عمل از خاصيت قابليت تبادل نسبي کاتيون ها براي اصلاح خاکهاي قليايي استفاده مي شود. با افزايش مقدار لازم يون کلسيم به وسيله ترکيبات واحد آن (مانند گچ 2OH4 , CaSO
Ca+2 جاي +Na را در جذب سطحي کلوئيدها مي گيرد و در نتيجه سديم همراه با ترکيبات محلول حاصله ضمن شستشو و زهکشي از محيط خاک خارج مي شود.  

هیدروژن تبادلی  ( Exch.H)

مقدارب از ظرفیت تبادلی خاک نیز دراختیار یونهای H است که از تفاضل ظرفیت تبادل کاتیونی خاک ومجموع بازهای تبادلی به دست می آید.

H= T-S یا                  =CEC-T.E.B    Exch.H)

درصد اشباع بازی B.S.P=V

هرگاه نسبت بازهای تبادلی را در عدد100 ضرب کنیم حاصل را درصد اشباع بازی می گوئیم درصد اشباع بازی خاکهای قلیایی وآهکی بسیار بالا است.ولی درخاکهای اسیدی هیدروژن تبادلی خاک زیاداست. درصد اشباع بازی خاکهای مناطق خشک کلا بالا است

V=S/T×100  یا  B.S.P=TEB/CEC×100                          

  واکنش خاک  PH

منظور از واکنش خاک اسيدي خنثي يا قليا بودن آن است. اين حالات در نتيجه واکنش هاي شيميايي و بيو شيميايي انجام شده در خاک تعيين مي گردد. واکنش خاک يکي از عواملي است که در رشد گياه و فعاليت موجودات زنده ريز خاک تأثير زياد دارد. لذا با تعيين واکنش خاک مي توان تا حدودي وضعيت رشد گياه را پيش بيني نمود. چنانچه واکنش خاک به شدت اسيدي باشد مي توان نتظار کمبود برخي عناصر غذايي گياه نظير فسفر، کلسيم ، منيزيوم و موليبدن را داشت . در اين شرايط احتمال کمبود عناصري مانند روي، منگنز و آهن نمي رود. برعکس ممکنست زيادي برخي از آنها نظير روي و منگنز و همچنين آلومينيوم سبب بروز مسموميت در گياه شود. در حالتي که واکنش خاک قليايي باشد احتمالاَ کمبود فسفر، آهن و روي در گياه رخ داده ولي مشکلي از نظر تأمين کلسيم، منيزيوم و موليبدن آن نخواهد بود. حالات خنثي تا کمي اسيدي بهترين حالت واکنش خاک از نظر تأمين عناصر غذايي گياه مي باشد. واکنش خاک با معيار PH سنجيده مي شود.  

تعريف PH و طرز اندازه گيري آن :

در يک ليتر آب خالص در حرارت 25 درجه سانتي گراد واکنش زير صورت گرفته و مقدار بسيار کمي يعني در حدود 10-7 يون هيدروژن و همچنين مقداري نيز يون هيدروکسيل توليد مي شود : H2O —> H+ + OH- چنانچه مي دانيم يون هيدروژن عامل اسيدي و يون هيدروکسيل عامل قليايي است. تجربه نشان داده است که در آب خالص ، غلظت يون هيدروکسيل عامل قليايي است. تجربه نشان داده است که در آب خالص، غلظت يون هيدروژن و يون هيدروکسيل مساوي بوده و لذا اصطلاحاً گفته مي شود که آب مايعي خنثي است. چنانچه برخي شرايط منجر به ازديا غلظت يون هيدروژن در محلولها شود، گفته مي شود واکنش محلول اسيدي است. چون غلظت يون هيدروژن در محلول هاي بيولوژيکي بسيار کم است به جاي غلظت از لگاريتم عکس آن استفاده شده و آن را اصطلاحاً PH مي نامند. بنابراين

بنابراين براي آب خالص مطابق رابطه مي توان نوشت :

به عبارت ديگر PH آب خالص 7 مي باشد. از آنجا که حاصلضرب غلظت يون هيدروژن در غلظت هيدروکسيل براي محلول هاي آبي رقيق، ثابت و برابر

10-14

مي باشد. بنابراين :

(H+) (OH- ) =  
PH + POH = 14

        بايد توجه داشت که معيار PH براي محلول هاي دقيق آبي طراحي گرديده است. محلول هاي داراي PH کمتر از 7 را   اسيدي و محلول هاي داراي PH بيش از 7/1 قليايي مي نامند.
براي اندازه گيري PH دو راه کلي موجود است يکي استفاده از محلول ها يا کاغذهاي معرف است.
اين محلول ها يا کاغذها بسته به غلظت يون هيدروژن به رنگي در مي آيند که از مقايس آن رنگ با جداول مربوطه مي توان PH را تعيين نمود. راه ديگر تعيين PH استفاده از الکترودهاي خاصي موسوم به الکترودهاي شيشه اي است. اين الکترودها بسته به غلظت يون هيدروژن محيط داراي پتانسيل الکتريکي مي شوند که اين پتانسيل در مقايسه فيزيکي با يک الکترود راهنما اندازه گيري و از روي آن PH محلول مورد نظر تعيين مي شود

بررسي خاک هاي ايران از نقطه نظر PH

pH خاک هاي فلات مرکزي ايران در اکثر موارد بيش از 7 است و علت آن وجود کربنات کلسيم، سولفات کلسيم و املاح شور و سديمي مي باشد. در بعضي از خاک هاي غني از سديم و کربناتهاي محلول، PH خاک از 9 نيز تجاوز نموده و به 7/9 و حتي بيشتر مي رسد مثلاً خاک غني از سديم ، PH خاک تا 10 افزايش مي يابد. PH حداکثر خاک هاي فلات مرکزي ايران بين 7 تا 5/8 در نوسان است. در خاک هاي جنگلي شمال PH خاک اسيدي بوده و حتي به 2/4 کاهش مي يابد. عامل اسيدي شدن در اين مناطق نزولات آسماني، وجود ماسه سنگها و شنها است.

  اصلاح خاک هاي آهکي از نقطه نظر کاهش PH:

همانطور که مي دانيم جذب تعداد زيادي از عناصر معدني در خاک هاي آهکي به کندي انجام مي گيرد در بين اين عناصر مي توان آهن، فسفر ، روي، کبالت ، پتاس و غيره را نام برد. در خاک هاي آهکي ايران مسئله کمبود و عناصر کمياب در حقيقت مطرح نيست زيرا اين عناصر در خاک هستند و حتي به مقدار زياد ولي به علت وجود آهک و يون کلسيم فراوان، جذب عناصر کم مصرف با مشکلات فراوان انجام مي گيرد. براي اصلاح و بهبود خاک هاي آهکي روش و متدهاي زيادي وجود ندارد.
خاک هاي آهکي بي اندازه از مواد آلي فقير هستند و يکي از نقايص اين خاکها کمبود مواد آلي و هوموس هستند. از طرف ديگر با اضافه نمودن مواد آلي مي توان از نقش مضر آهک جلوگيري نمود. روش ديگر عبارت خواهد بود از اضافه کردن کودهاي شيميايي اسيدي کننده خاک، تعداد اين کودها کم و تأثير آنها کند مي باشد. در بين آنها مي توان سولفات آمونيوم را نام برد.  

  اسيديته حقيقي – اسيديته کل :

در خاک دو نوع اسيديته تشخيص داده مي شود: اسيديته حقيقي که آنرا اسيديته لحظه اي (actual acidity) و در واقع همان مفهومي است که تاکنون در مورد PH خاک گفته شد و وقتي از PH به طور کلي نام برده مي شود، منظور اين اسيديته است. بنابراين اسيديته حقيقي خاک نمايانگر غلظت يونهاي هيدروژن آزاد در محلول خاک مي باشد. خاک اسيدي داراي PH کمتر از 7، خاک خنثي داراي PH مساوي 7 و بالاخره خاک قليا داراي PH بيشتر از 7 اسيديته کل در واقع بيان کننده توانايي ضمني خاک در دارا بودن خاصيت اسيدي بيشتر از اسيدتيه حقيقي است به همين جهت آنرا اسيديته پتانسيل (potential acidity) نيز مي نامند. در مفهوم اسيديته کل، يون هاي +H قابل تبادل موجود در خاک که قابل جابه جا شدن به وسيله کاتيونها مي باشند، در نظر گرفته مي شود و اندازه گيري آنهم با تعيين مقدار کاتيون هاي فلزي که جاي هيدروژن قابل تبادل را مي گيرند، امکان پذير است. به طور کلي در ميان واحدها و ترکيبات عمده تشکيل دهنده خاک، عده اي به عنوان عوامل اسيدي و عده اي ديگر در نقش عوامل قليايي عمل مي کنند. از دسته اول رس و هوموس را مي توان نام برد. که همانند يک اسيد ضعيف (اسيدوئيد) اهميت فراوان در خواص فيزيکوشيميايي خاک دارند، در صورتي که آهک و ترکيبات حاصل از آن که در اغلب خاکها کم و بيش يافت مي شود،به عنوان يک عامل قليايي و خنثي کننده ترکيبات اسيدي به حساب مي آيد و بالا فرد در ميان کلوئيدها، هيدروکسيد آهن که از آن به عنوان کلوئيد با خاصيت باز ضعيف (بازوئيد) ياد شده، در دسته اخير قرار مي گيرند.  

  تغييرات PH خاک :

دامنه تغييرات PH در خاک هاي طبيعي موجود، معمولاً بين حداقل 3 تا 5/3 و حداکثر 11 تا 12 قرار دارد. PH حداقل در خاک هاي باتلاقي و خاک هاي حاوي مقادير قابل ملاحظه سولفات آلومينيوم و PH حداکثر در خاک هاي قليايي مناطق خشک و حاوي مقادير زياد کربنات سديم اتفاق مي افتد. در شرايط يکنواخت مواد اوليه تشکيل دهنده خاک و ساير مشخصات فيزيکوشيميايي يکسان معمولاً هر قدر شستشو در خاکي بيشتر صورت گيرد، به دليل مهاجرت کاتيونها و عوامل قليايي، PH خاک تنزل مي يابد.
در تعقيب بارندگي شرايط فيزيکي خاک از قبيل ساختمان فيزيکي و پايداري آن، وجود عوامل کلوئيدي نگهدارنده کاتيونها (کلوئيدهاي رس و هوموس و بالاخره نفوذ پذيري خاک در به ثمر رساندن تأثير فوق مورد توجه قرار مي گيرند. چگونگي تلفيق اين عوامل با هم در کندي و تسريع خاک و در نتيجه در تغييرات PH آن تأثير مي نمايد. در يک خاک معين،PH داراي تغييرات فصلي است شدت بارندگي در بعضي از فصول سال (حرکت املاح به طرف عمق) خشکي و تبخير زياد خاک سطحي در فصول ديگر (صعود املاح به طرف سطح خاک) انتقال بيشتر شاخ و برگ مرده گياهان به خاک در فصل خزان و بالاخره چگونگي توسعه فعاليت موجودات زنده خاک در مدت سال و تأثير آن در تخريب و تحول مواد آلي، همه و همه از عواملي هستند که کم و بيش در ترکيب و غلظت محلول خاک و در نتيجه در تغييرات فصلي PH تأثير مي گذارند.
عمليات مختلف زراعي دليل ديگري در تغييرات PH خاک است. شخم زياد، زيرو رو کردن خاک و آبياري مداوم همواره موجبات شستشوي خاک را فراهم مي کند، در نتيجه مهاجرت املاح از لايه هاي سطحي خاک به طرف اعماق در شرايط زهکشي مناسب در تغييرات PH خاک تأثير دارد در يک منطقه با خاک مشابه، اختلاف PH بين قطعات تحت کشت و آبياري و قطعات بکر و باير مشاهده مي شود)  

  اثرات مصرف کودهاي مختلف و ميکروارگانيسم ها روي PH

مصرف کودهاي مختلف در خاک هاي زير کشت، تغييراتي در PH ايجاد مي کند، معمولاً کودهايي از نوع آمونياکي، سولفات، کلرور پتاسيم، سوپر فسفات ، گوگرد ، اوره و خون خشک موجب تنزل PH خاک مي شود، در حالي که کودهاي ديگر مانند سيا ناميد، اسکوري، نيتراتهاي سديم و کلسيم و کود دامي، PH خاک را بالا مي برند. تأثير فعاليت ميکروارگانيسم ها در عمل هوموسي شدن بقاياي آلي تأثير دارند، خواه ناخواه در PH خاک تأثير مي گذارند، چرا که محصول نهايي اين فعاليت در هر شرايط ، نوع مشخص از هوموس است که PH آن با نوع ديگر تفاوت دارد.  

  PH و حاصلخيزي خاک :

PH را نبايد به تنهايي عامل مستقل براي تعيين حاصلخيزي خاک دانست بلکه، PH معمولي از عوامل مختلف شيميايي است که به عنوان يک معيار قابل اندازه گيري نمايانگر چگونگي تلفيق عوامل مزبور است. در ذکر بهترين رقم PH همواره بايد شرايط ويژه هر منطقه از جمله منابع آب و خاک، آب و هوا و گياهان کشت شده، مورد توجه قرار گيرند. در يک حالت کلي مي توان گفت که اغلب گياهان براي رشد و بازدهي مطلوب، PH حدود خنثي زا مي طلبند. بعضي از گياهان مانند يونجه و چغندر PH کمي قليايي را ترجيح مي دهند (بين 7 تا 5/7 ) و بعضي ديگر مانند سيب زميني و يولاف در PH کمي اسيدي بهتر رشد مي کنند ( بين 5/5 تا 5/6)
PH با خواص فيزيکي و شيميايي خاک و کلاً با رشد و بازدهي گياهان ارتباط دارد. تجمع ذرات کلوئيدي براي تشکيل خاکدانه ها و برقراري ساختمان فيزيکي مطلوب در خاک مستلزم PH متناسب با طبيعت کلوئيد است. PH بالا در خاک هاي قليايي به نقش سديم در پخشيدگي رس و ايجاد لايه هاي فشرده و غير قابل نفوذ کمک مي کند، در حالي که تنزل PH همواره معياري در پيشرفت مراحل اصلاح خاک هاي مزبور به شمار مي رود.
براي قابليت جذب بسياري از عناصر مورد نياز گياهان، حدودي از PH همواره مناسبتر و گاهي ضروري تر است. در اين ميان رابطه فشرده قابليت جذب فسفر يا PH خاک بيش از همه جلب توجه مي کند. آنيون فسفات در PH هاي مختلف ظرفيت هاي متفاوت به خود مي گيرد.

PO₄^-3 , HPO₄^-2 , H₂ PO₄^–

صورت هاي مختلف اين آنيون مي باشند که به ترتيب از PH کمتر از 4 تا بالاتر از 9 در خاک ظاهر مي شوند. بهترين شرايط جذب فسفر در خاک براي گياهان 6 تا 7 و براي پتاسيم و گوگرد بالاتر از 6 است و براي ازت 6 تا 5/7 است. اگر PH به عنوان تنها وسيله ارزيابي در اختيار باشد در يک حالت کلي جدول استفاده از اراضي را مي توان به شرح زير ارائه نمود.
1 – PH 3 تا 5/4 نوع نوع خاک فوق العاده اسيد – اراضي باتلاقي – جنگل گونه هاي اسيد دوست
2 – 5/4 تا 5/5 نوع خاک خيلي اسيدي – اراضي چمني – زراعت گونه هاي اسيد دوست (چاودار ، گندم سياه)
3 – 5/5 تا 6 HP – نوع خاک اسيدي – اراضي چمني – زراعت گونه هاي اسيد دوست ( 4 – تا 75/6 نوع خاک کمي اسيدي انواع زراعت به غير از بقولات آهک دوست
5 – PH 6.75 تا 25/7 نوع خاک خنثي تمام زراعت ها
6 – 25/7 تا 5/8 نوع خاک آهکي يا شور، تمام زراعت ها به غير از گياهان غيرآهک دوست و در صورت شور بودن بايد شرايط آبياري و زهکشي متناسب رعايت شود
7 – از 5/8 به بالا نوع خاک شور يا قليايي ، کشت گياهان مقاوم به شوري (با رعايت نکات لازم در جهت اصلاح اراضي)  

  عوامل مؤثر در PH خاک :

در شکل رابطه تقريبي بين PH خاک و قابليت استفاده عناصر غذايي گياه را نشان مي دهد. فعاليت قارچها، باکتريها و اکتينوميست ها نيز در اين شکل نشان داده شده است. براي اصلاح خاک هاي اسيدي که PH آنها کمتر از حد مطلوب باشد مي توان سنگ آهک (کربنات کلسيم) به آنها اضافه نمود. اين ماده طبق واکنش زير خاک عکس العمل نموده سبب اشباع نسبي کلوئيدها با کليسيم مي شود.

چون گاز کربنيک فرار بوده از خاک خارج مي شود، واکنش به طرف راست رفته و سبب بالارفتن درصد اشباع بازي خاک و نهايتاً بالارفتن PH مي گردد. چنانچه سنگ آهک به مقدار کافي و به طرز صحيحي مصرف شده و افزودن آن به خاک به فواصل مناسب تکرار شود مي توان PH خاک مزرعه را در حد مطلوبي نگه داشت.
خاک هاي قليايي را نيز با دادن اسيدزا مي توان اصلاح نمود و PH آن را به حد کافي تنزل داده و به سطح مطلوب رساند. بدين منظور مي توان از اسيد سولفوريک يا گوگرد استفاده نمود. اسيد سولفوريک خود اسيدي قوي بوده و افزودن آن به خاک سبب کاهش PH مي گردد. در مصرف آن بايد احتياطات لازمه را به عمل آورد زيرا اين ماده اسيدي قوي و خطرناک بوده و قدرت خورندگي و سوزانندگي شديدي دارد. پاشيدن آن در خاک نيز محتاج به وسايل خاصي مي باشد.  

به جاي اسيد سولفوريک مي توان از گوگرد عنصري استفاده نمد. اين مبدأ در شرايط مناسب خاک توسط موجودات زنده زير خاک اکسيد شده به اسيد سولفوريک تبديل مي شود.
مشهورترين باکتري اکسيد کننده گوگرد Thiobacillus Thiooxidans است که در خاک زندگي مي کند و چنانچه جمعيت آن در خاک کم باشد مي توان با افزودن مقداري از خاک حاوي آن به خاک مزرعه مورد نظر با اصطلاح خاک را با اين باکتري تلقيح نمود. مواد اسيدي زاي ديگري نظير سولفات آلومينيوم، سولفات آهن را نيز مي توان براي اسيدي کردن خاک به کار برد. اين مواد به علت گراني فوق العاده در موارد خاصي مانند گلکاري مصرف مي شوند.  

  خواص بيولوژيکي  خاکها

در جوار ترکيبات معدني اوليه و ثانوي، خاک ها به مقدار کم و بيش حاوي مواد آلي خام و پوسيده با منشأ گياهي و جانوري اند. بقايا آلي با ترکيبات شيميايي مختلفي که دارند مواد غذايي حياتي موجودات زنده ذره بيني و غيره ذره بيني خاک را تشکيل مي دهند. معمولاً براي مجموعه ارگانيسم هاي زنده گياهي و جانوري خاک اصطلاح ادافون (Edaphon) به کار مي رود. از آنها گروههايي که منشأ گياهي دارند تحت عنوان فلورا (flora) و گروه هاي ديگر با منشأ جانوري تحت نام فاوانا (fauna) خوانده مي شود. ارگانيسم هاي مختلف زمين با فعاليت هاي حياتي خود معروف به فعاليت هاي بيولوژيکي دائم در محيط خود تغييراتي ايجاد مي کنند که نه تنها به تشکيل و تکامل خاک کمک مي نمايند،بلکه روي حاصلخيزي خاک نيز اثرات با ارزشي بر جاي مي گذارند.

  عوامل مؤثر در فعاليت ميکروارگانيسم ها:

الف) عمق خاک و تهويه : فعاليت بيولوژيکي خاک توسط تک سلول هاي هوازي صورت مي گيرد. فقط مقدار کمي از اين اعمال را، ميکرو ارگانيسم هاي غيرهوازي که اغلب در اعماق و لايه هاي زيرين سکونت دارند، انجام مي دهند. ميکروبهاي هوازي در لايه هاي فوقاني خاک ، جايي که هوموس و مواد آلي متجمع اند و نيز مقدار اکسيژن بيشتر از اعمال زيرين است، حداکثر نشانه هاي فعاليت را از خود بروز مي دهند

ب)اپيتيم رطوبت خاک براي فعاليت بيولوژيکي حدود 5 الي 70 درصد ظرفيت نگهداري آب مي باشد. اين مقدار تا حدودي نيز با توقعات گياهان عالي مطابقت داشته و در وهله اول براي رقيق نمودن و تعديل غلظت املاح خاک مورد استفاده قرار مي گيرد. در نواحي خشک و نيمه خشک به علت کمبود آب، غلظت فاز مايع خاکها بيش از محدود طبيعي بوده و در مناطق مرطوب کمتر کمتر که از ان حدود است. در محيط مرطوب ميکروارگانيسم ها براي حفظ تعادل جذب آب از خاک، فشار اسمزي طبيعي سلولي را کاهش مي دهند در صورتي بعضي از باکتريهاي ساکن خاک هاي شور و قليا که به نام باکتريهاي نمک دوست معروفند قادر به افزايش فشار اسمري درون سلولي بوده و بدين وسيله که از آب موجود به راحتي استفاده مي نمايند.

ج) بافت خاک
معمولاً شرايط زندگي براي ميکروارگانيسم ها، با افزايش مقدار ذرات رس در خاک هاي لومي شني و شني لومي، بهتر مي شود. خاک هاي شني به علت فقر مواد غذايي آلي و معدني و تخريب سريع مواد آلي و آبشويي دائم و خاکهاي رسي و لومي سنگين به سبب تهويه ناکافي، فعاليت هاي بيولوژيکي کمتري نشان مي دهند. از اجزاي سه گانه بافت خاک درس، سيلت و شن مخصوصاً ذرات رس تعيين کننده سرنوشت فيزيکي ، شيميايي و بيولوژيکي خاک ها بوده و از اين نظر بر روي کميت و کيفيت زندي در خاک نيز اثر مستقيم و غير مستقيم دارند. ميکروارگانيسم ها براي رسيدن به حداکثر فعاليت خود نه تنها به بافت مناسب و مقدار رس متعادل محتاجند، بلکه به وضع قرارگيري مساعد ذرات نسبت به هم (ساختمان خاکدانه ها) نيز نياز دارند.  

  PH و مقدار کربنات :

گروه هاي مختلف ميکروارگانيسمي با وجود تأثير مستقيمي که خود روي واکنش خاک دارند، محتاج به محيط هاي واکنشي متفاوت نيز مي باشند. مثلاً در حالي که باکتري ها به اسيدتيه خاک تا حدي حساسيت نشان مي دهند قارچ ها اکثراً آن را به خوبي تحمل مي کنند. به طور کلي محدوده نقطه خنثي 2/7 – 8/6 مساعدترين شرايط واکنشي براي زندگي ميکروارگانيسم ها را دارد ولي عملاً براي زندگي تک تک آنها امروزه اپتيم درجه PH مشخص گشته است. چنانچه براي باکتريها بين PH 6 الي 8 ، براي آکتينوميست ها 5/6 تا 5/7 براي قارچها کمتر از هر دو يعني 4 تا 6 مي باشد. از اين نظر جمعيت ميکروبي خاک هاي اسيدي را اکثراً قارچ ها و خاک هاي خنثي تا قليايي ضعيف را باکتري ها و آکتينوميست ها تشکيل مي دهند. باکتريها مواد نيترات، دوستدارنده محيط خنثي هستند و در خاک هاي اسيدي فعاليتي نداشته يا فعاليت جزئي دارند.

هـ) مواد آلي و هوموس :
مواد آلي خاک منبع غذايي ميکروب بوده و کم و کيف آنها از عواملي است که بيش از همه در تشديد فعاليت هاي زندگي موجودات ذره بيني مؤثر است معمولاً هر نوع زندگي ميکرو ماکرو ارگانيسمي ، به وجود کربن آلي قابل تجزيه بستگي دارد. در خاک هاي آزمايش شده ايران مصرف انواع کودهاي آلي در کشاورزي علاوه بر حفظ تعادل هوموس و مواد غذايي، فعاليت ميکروارگانيزمي را افزوده و اثر اصلاحي روي خواص فيزيکي و شيميايي خاک مي گذارد. پس از هر دفعه دادن کود آلي به زمين تعداد باکتري ها چندين برابر افزايش يافته و ماکروارگانيزم نيز به مقدار قابل ملاحظه اي زياد مي شوند.  

 انواع ميکروارگانيسم هاي موجود در خاک :

جدول زير تعداد ميکروارگانيزمها در لايه هاي سطحي خاک يعني قسمتي از محيط زندگي که به مقادير کافي مواد غذايي، هوا، آب و حرارت در اختيار آنها قرار مي دهد، به مراتب بيشتر از قسمت هاي زيرين يک پروفيل است. در PH پايين از 7/5 فعاليت عادي خود را ميکروارگانيزمها از دست مي دهند.
آهک با انواع مختلف ويژه انواع طبيعي کربناته آن به علت داشتن يون هاي فعال کلسيم ، براي خاک، گياهان عالي و ميکروارگانيزمها ضروري است بدون وجود کلسيم و منيزيم و ساير املاح ضروري، زندگي ميکروب هاي خاک منتقل شده و تشکيل هوموس با ارزش غيرممکن مي گردد.
براي ايجاد ساختمان مناسب در خاک هاي زراعي نيز، آهک در جوار مواد آلي و هوموس رل مهمي بازي مي کند. خاک هاي اسيدي فعاليت بيولوژيکي نسبتاً ضعيفي دارند و براي گسترش فعاليت هاي حياتي خاک ها، افزودن آهک، غيرقابل اجتناب بوده و در آن شرايط به عنوان يکي از عمليات هاي اساسي اصلاح اراضي متداول است.  

  سنجش وضع موجودات خاک مي تواند بررسي کلي فعاليت هاي حياتي آنها باشد. امروزه با 3 روش مختلف مي توان فعاليت بيولوژيکي خاک را به راحتي ارزيابي نمود.

الف) روش شمارش ارگانيسم ها در وزن مشخصي از خاک در زير ميکروسکوپ هاي قوي
ب) روش اندازه گيري فعاليت هاي تنفسي موجودات زنده درون خاک از روي مقدار تصاعد co2 از سطح معيني از خاک مورد نظر
ج) اندازه گيري فعاليت بيولوژيکي بر اساس تعيين مقدار و قدرت کاتاليزوري آنزيم هاي متشرحه موجودات زنده که در آزمايشگاه روي مواد آلي و معدني تجزيه پذير با دخالت و وساطت و يا زستازهايي با منشأ ارگانيسمي به ويژه ميکروارگانيزم ها انجام مي گيرد.  

 الف) باکتريها :

باکتريهاي خاک، موجودات تک سلولي با منشأ گياهي اند که داراي ابعاد خيلي ريز ميکروسکوپي بوده (1-10 ميکرون) و از اين نظر با ذرات رسي قابل مقايسه اند.
در مجاورت ريشه گياهان عالي و نيز روي مواد آلي تازه، تعداد آنها بيشترو فعاليت حياتيشان شديدتر است. بسته به نوع خاک تعداد آنها در هر گرم تا 2 ميليارد نيز مي رسد. معمولاً محدوده تعداد و فعاليت آنها به PH محيط بستگي دارد. چنانچه بهترين محيط واکنشي براي باکتريها، حدود خنثي است. به همين جهت در خاک هاي آهکي و خاک هايي که کاتيون بازي به مقدار کافي موجود است. باکتريها زندگي مناسبي پيدا کرده و سريعاً تکثير مي يابند. باکتريها از روي وضع تغذيه و کسب انرژي به گروه هاي هتروتروف (Heterorophe) و اتوتروف (Autotorophe) و از روي نياز به اکسيژن به گروه هاي هوازي و غيرهوازي تقسيم مي شوند.  

 هوازي ها :

مهمترين باکتري هاي خاک اکثراً هوازي اند که براي تنفس خود شديداً به اکسيژن آزاد محتاج بوده و بدون اکسيژن زندگي آنها غيرممکن است. لايه هاي فوقاني خاک هاي زراعي که در حالت طبيعي داراي تهويه بهتر از لايه هاي زيرين اند، براي زندگي اين گروه مناسب تر است.
غير هوازي : زندگي باکتريهاي غيرهوازي معمولاً به افق هاي زيرين خاک، گاهي نيز افق هاي سطحي خاک هاي خيس دائم و با آب مسدود، محدود بوده و در خود اکسيژن آزاد را تحمل نمي نمايند.  

 ب) آکتينوميست ها :

اين گروه از جانوران را مي توان از نظر ساختمان و وضع زندگي، حد واسط باکتريها و قارچها دانست. توقعات آنها نسبت به شرايط محيط زندگي با ساير موجودات ذره بيني تا حدودي تفاوت دارد، به طوري که PH مناسب براي آنها حدود 5/7 بوده و به همين دليل فعاليت آنها در خاک هاي آهکي رطوبتي شديدتر است. آکتينوميست ها اکثراً هوازي اند و در تشکيل هوموس خاک نيز وظايفي به عهده مي گيرند. پس از بارندگي کوتاه مدت و هواي مرطوب گرم و در برخي از خاک هاي زراعي مي توان از بوي مخصوصي (بوي تازگي ) که از خاک ها متصاعد مي گردد، به وجود آکتينو ميست ها پي برد. از ويژگيهاي موجودات مزبور داشتن استعداد آنتي بيوتيک سازي است.  

 ت) قارچها :

قارچ هاي ذره بيني خاک، از نوع هتروتروفند که فعاليت زندگي خود را به وسيله ميسل ها نمايان مي سازد. تکثير آنها به وسيله توليد اسپور (spore) است و با افزايش مواد آلي مخصوصاً ازت در محيط سريعاً بر تعداد آنها افزوده مي شود تعداد قارچها در خاک هاي زراعي حاصلخيز معمولاً از باکتريها و آکتينوميست ها کمتر و بسته به فصول مختلف سال واکنش محيط متفاوت است. معمولاً ماکزيمم تعداد آنها در بهار و پاييزمشاهده مي گردد. اکثر قارچها به خشکي مقاوم بوده و همچنين مي توانند فعاليت هاي خود را در شرايط اسيدي نيز به طور کامل انجام دهند. تعداد آنها در مجموع در خاک هاي مناطق مرطوب به مراتب بيش از خاک هاي نواحي خشک و نيمه خشک است. از قارچها مخصوصاً بازيدوميست ها به ليگنين اعضاي گياهي بقايا حمله کرده و پس از متلاشي کردن ديواره هاي سلولي مقاوم، امکان تجزيه سلولز و امثال آنرا، براي ساير ميکروارگانيسم ها فراهم مي سازد.
از قارچ هاي ذره بيني خاک، برخي به صورت پارازيت و مولد امراض وانواع زيادي به صورت ساپروفيت بر روي بقاياي مواد آلي زندگي مي کنند. بعضي از قارچ هاي عالي و جنگلي به صورت همزيستي با درختان جنگلي زندگي کرده و به خصوص روي تغذيه ريشه اي جنگل هاي مرطوب تأثير مساعد دارند.  

  ج) آلگها يا جلبک ها :

آلگها با داشتن سبزينه (کلروفيل) قادر به فتوسنتز بوده و از گروه اتوتروف مي باشند . تعداد آنها در زمين با باکتريها و قارچها ناچيز بوده و از نظر وظايف نيز کم اهميت ترند. در زراعت برنج و در خاک هاي نواحي گرم و مرطوب، بعضي از انواع آلگها قادر به تثبيت ازت هوا مي باشند (زندگي آلگها در محيط مرطوب ، فراهم تر است) داشتن استعداد جذب ازت درخاک هاي کويري به آنها نسبت داده شده است.  

ماکروارگانيسم هاي خاک

مهمترين جانوران خاک را که تا حدودي در تشکيل، تکامل و تحول خاک مؤثرند. کرمهاي خاکي ، حلزون ها، نماتدها، سوسک ها و آبدوزک ها، مورچه ها و حشرات مختلف و امثال آنها تشکيل مي دهند. گروهي از آنها، آفت گياهان و حيوانات بوده و برخي نيز مانند کرمهاي خاکي و حلزون ها اهميت زراعي دارند. تعداد آنها مانند ميکروفلورا، در لايه هاي يک پروفيل و خاک هاي داراي تيپ و نوع مختلف متغير است. خاک هاي محتوي مواد آلي و بقاياي گياهي فراوان براي زندگي ماکروارگانيسم ها محيط مناسبي به شمار مي آيند فعاليت ميکروارگانيسم هاي زمين، با اعمال تحرکي ، نقل و انتقال مواد و ايجاد فضاها و کانال هاي طويل و خالي به قطرهاي مختلف، به ظهوري مي رسد. ديواره هاي دروني اين فضاها، با ترشحات و مواد دفع شده ماکروارگانيسمي آغشته شده و با وجود ساير شرايط مناسب (تهويه و نفوذ آب و هوا)محيط زندگي ايده آلي براي ميکروبها محسوب مي شوند.
کرم هاي خاکي اجزاء خاک را تغذيه و پس از گذراندن از لوله گوارشي آنها را مجدداً به خاک تحويل مي دهند. مواد مزبور يک نوع کمپلکس آلي – معدني هستند که روي حاصلخيزي خاک تأثير مثبت مي گذراند و براي تمايز پروتئينها و تشخيص تيپ خاک هاي هوموس دار نيز کليد مؤثري به شمار مي روند.
همين طور در خاک هاي که آثار فعاليتي کرم خاکي مشاهده مي شود، وجود هوموس هاي بار ارزش حتمي است. مخصوصاً خاک هاي سياه، قسمتي از وضع مناسب بيوشيميايي و فيزيکي خود را مديون وجود کرمهاي خاکي است. فعاليت حلزونها بيشتر به سطوح خاکها محدود بوده و جويدن و خرد کردن بقاياي ظريف گياهي مانند شاخه هاي جوان و برگها از وظايف آنهاست. تجزيه مکانيکي مواد آلي ضمن افزايش سطوح تأثير(تأثير ميکروبي – فيزيکي – شيميايي)، با اختلالات اجزاء معدني و آلي توأم است.

رابطه عمليات زراعي انسان ها و فعاليت بيولوژيکي خاکها

اجراي عمليات متنوع زراعي بر روي خاک ، با ايجاد تغييرات شديد در شرايط محيطي ارگانيسم هاي خاک همراه بوده و هر تغييري در مسير بهره برداري زراعي از خاک، موجب به هم خوردن تعادل کمي و کيفي موجودات زنده خاک مي شود. مثلاً تبديل جنگل به موقع زمين هاي زراعي، هميشه با کم شدن ارگانيسم هاي تجزيه کننده لينگين چوب و نيز کاهش تعداد موجودات پرتوقع براي تهويه خاک و حرارت مواجه است.  

عمليات هاي زير، موجب تشديد فعاليت هاي بيولوژيکي مي شوند:

1) شخم و تسطيح در عمق، زمان و تکرار مناسب
2) فراهم نمودن شرايط مطلوب نفوذ هوا و آب
3) ايجاد کوشش در نگهداري حرارت متعادل (20 درجه سانتي گراد)

4) بر اساس PH طبيعي موجود در انواع تيپ خاک، کوشش در رسيدن به واکنش مطلوب (در خاک هاي قليايي رسيدن به واکنش 7 تا 5/7 توسط عمليات و روشهاي ويژه در خاک هاي اسيدي بااضافه کردن آهک به خاک براي نيل به واکنش 5/6 تا 7)
5) کوددهي هماهنگ و حساب شده با کودهاي آلي و کودهاي شيميايي مناسب براي هر نوع و تيپ خاک به منظور اثبات عيني به جدول توجه شود.  

6) اجتناب از آيش گذاشتن زمين و فراهم نمودن محيط سبز دائمي با گياهان مناسب  

 عمليات زير فعاليت هاي بيولوژيکي را کم مي کند:

1) عمليات به موقع، حساب نشده و بيش از نياز شخم و تسطيح
2) مديريت غلط در آبياري و تهويه خاک مانند مصرف زيادي آب و امکان دادن به توقف طولاني آب در مزرعه و همچنين خشک نگهداشتن خاک براي مدت طولاني
3) اجراي تناوب گياهي نامناسب و يا ايجاد سيستم تک کاشتي همزمان متروک گذاشتن مزرعه پس از برداشت محصول

4) نگهداشتن خاک در کمبود مواد غذايي معدني و آلي در خاک هاي اسيدي، سهل انگاري در آهک دهي ، و در خاک هاي آهکي مناطق خشک و نيمه خشک مانند اکثر خاک هاي بياباني  

خاک هاي شور و قليايي و درجه بندي آنها

وجود املاح در خاک از حد معيني که تجاوز نمايد موجبات محدوديات رشد گياهان درخاک فراهم مي گردد. عليهذا اين گونه خاک هاي بايستي به عنوان خاک هاي شور از ساير خاک هاي بدون عارضه شوري در تهيه نقشه هاي خاکي مجزا گردد. با در نظر گرفتن درجه شوري
خاک ها را از نقطه نظر استعداد زراعي به درجات زير تقسيم کرده اند:
1) درجه صفر: اين گونه خاک هاي عاري از نمک بوده و هيچ گونه محدوديتي از نظر رشد گياه ندارند.
2) درجه 1 : نمک موجود در خاک در حدي است که در وضع رشد گياهان حساس اثر گذاشته ولي در رشد گياهان نمک دوست بي تأثير است.
3) درجه 2 : مقدار نمک خاک در حدي است که از رشد معمولي هر گونه گياهان مي کاهد
4) درجه 3 : نمک خاک زياد است و فقط عده محدودي از گياهان در اين گونه خاک ها مقاومت مي کنند (گياهان مقاوم به شوري)
معيار تشخيص درجات ذکر شده قابليت هدايت الکتريکي (E.C) که تبعيت از مقدار درصد نمک موجود در خاک مي کند مي باشد. درصد سديم قابل تعويض را مي توان در آزمايشگاه به طريقه شيميايي برابر رابطه زير محاسبه نمود:

• در بررسي خاک هاي شور و قليايي لازم است PH خاک نيز اندازه گيري شو. در اغلب خاک هايي که PH آنها بيشتر از 9 است حکايت از وجود سديم قابل تعويض زياد مي نمايد. چنانچه اين گونه خاک ها از طريق آبياري شستشوي حاصل نمايد معدني هاي رس آنها تورم حاصل کرده و ذرات رس به صورت پراکنده در مي آيند ولي چنانچه Ph خاک حدود 9-5/8 باشد به معني اين است که اين گونه خاک هاي محتوي ژيپس نيز مي باشد لذا شستشوي حاصل نمايد معدني هاي رس آنها تورم حاصل کرده و ذرات رس به صورت پراکنده در مي آيند ولي چنانچه PH خاک حدود 9-5/8 باشد به معني اين است که اين گونه خاک هاي محتوي ژيپس نيز مي باشد لذا شستشوي اين خاک ها به علت تعويض يون هاي دو ظرفيتي کلسيم به سديم بدون خطر است.  

 خاک هاي شور :

در اين گونه خاک ها نمک موجود در حدي است که رشد اغلب گياهان به مخاطره مي افتد. مقدار هدايت الکتريکي Ec خاک هاي شور از 4 ميلي موس بيشتر و درصد سديم قابل تعويض آن (E.s.p) کمتر از 15 درصد و PH آن نيز معمولاً از 5/8 کمتر مي باشد. نمک موجود در اين گونه خاک هاي از نوع نمک هاي خنثي از قبيل کلريد و سولفاتهاي سديم – کلسيم و منيزيم است. به لحاظ اينکه نمک هاي موجود در خاک هاي شور به صورت آزاد وجود دارند، حالتي فلوکولاسيون به خاک داده و لذا قابليت نفوذ پذيري در مقابل آب و هوا نامطلوب نيست.  

 خاک هاي قليايي:

در اين گونه خاکها سديم قابل تعويض خيلي زياد و برعکس نمک محلول آن کم مي باشد. هدايت الکتريکي (E.c) خاک هاي قليايي کمتر از 4 ميلي موس و سديم قابل تعويض (E.S.p) آن بيشتر از 15 درصد است. مقدار PH اين خاکها بيشتر از 5/8 مي تواند تا 10 هم برسد.  

خاک هاي شور و قليايي :

در اراضي شور و قليايي مقدار سديم آزاد (سديم محلول) و سديم قابل تعويض زياد مي باشد. به همين مناسبت EC آنها بيشتر از 4 ميلي موس و ESP آنها نيز بالاتر از 15 درصد است. مقدار PH در اين خاک ها بالاي 5/8 و چنانچه محتوي ژيپس باشد PH آن پايين تر از 2/8 خواهد بود. اگر ژيپس در خاک ها وجود داشته باشد ضمن آبياري به لحاظ تعويض يون هاي کلسيم با سديم وضع فيزيکي آن مناسبتر مي شود، در غير اين صورت يعني فقدان ژيپس بر اثر شستشوي خاک PH بالا رفته کلوئيد موجود در خاک ديپرس شده و ضريب آبگذري و نفوذ پذيري خاک کاهش مي يابد.  

  اصلاح خاک هاي شور :

آنچه در اصلاح خاک هاي شوري مدنظر است و در اولويت قرار دارد خارج کردن املاح محلول زائد موجود در افق هاي سطحي خاک است. اصول اصلاحي اين خاک ها مختصراً شامل برطرف کردن شوري خاک و برقراري تعادل ميان رطوبت و املاح موجود در خاک است. براي احياء خاک هاي شور و سديمي از روش هاي مختلفي استفاده مي شود که براي ثمربخشي بيشتر درصورت امکان بايد توأماً به کار برده شوند. اين روش ها عبارتند از :
1) روش بيولوژيکي :
اساس اين روش بر پايين رفتن سطح آب هاي زيرزميني در اثر تعريق شديد آب و جذب املاح به وسيله گياهان است که طي آن خواص فيزيکي و ساير خواص خاک نيز بهبود مي يابد.
2) طريقه مکانيکي :
شامل جمع آوري و انتقال املاح از سطح خاک است. اعمال اين روش به تنهايي تأثير چنداني در شوري زدايي خاک ندارد و لازم است که توأم به ساير روش ها به کار برده شود. اين عمل بايد در پايان دوره هاي خشکي که املاح در سطح خاک جمع شده اند انجام گيرد. در خاک هاي در دست اصلاح نيز بايد قبل از تسطيح و آبشويي اقدام به اين کار گردد.
طريقه فيزيکو شيميايي و آبشويي خاک :
اصلاح خاک بدين طريق شامل تغيير و اصلاح خواص فيزيکي و شيميايي خاک، انحلال املاح اضفي آن و آبشويي محلول املاح از خاک است. ولي از آنجا که اختلاط املاح اضافي آن و آبشويي محلول از خاک است. ولي از آنجا که اختلاط املاح با خاک ترکيبي صرفاً مکانيکي ندارد، بيرون راندن همه املاح اضافي از خاک با مشکل مواجه مي شود.  

  طبقه بندي آب هاي آبياري :

آب هاي آبياري را بر اساس دو عامل شوري (EC) و قليائيت (S.A.R) به چهار طبقه به شرح زير تقسيم مي کنند:
A) طبقه بندي آب هاي آبياري بر اساس شوري آنها (EC)
1) C1 – شوري کم – استفاده آبياري از اين آب ها براي هيچ محصولي و در هيچ خاکي ايجاد محدوديت نمي کند. مگر در خاک هاي بسيار سنگين و با نفوذ پذيري کم که شستشوي مختصري را ايجاد مي نمايد.
2) C2 – شوري متوسط اگر مقدار آب آبياري را بر اساس محاسبه قدري بيشتر نمايند مي توان از اين نوع آب استفاده کرد. گياهان با حساسيت متوسط در مقابل شوري را مي توان با اين آب آبياري نمود.
3) C3 شوري زياد – استفاده آبياري از اين آب تنها براي گياهان مقاوم به شوري و در زمين هاي با زهکشي مناسب آبشويي خاک مجازي باشد
4) C4 – شوري خيلي زياد – حتي المقدور نبايد از اين نوع آب براي آبياري استفاده نمود. در صورت اجبار فقط در اراضي با نفوذپذيري زياد و زهکشي مناسب و براي گياهان خيلي مقاوم به شوري قابل استفاده مي باشند. آب مصرفي بايد آنقدر زياد باشد که همزمان با آبياري شستشوي خاک را نيز انجام دهد.  

  طبقه بندي آب هاي آبياري بر اساس قليائيت (S.A.R) :

S1 – سديم کم – قابل استفاده براي آبياري غالب خاک ها، بدون ترس از بروز خطر قليايي شدن . البته برخي نباتات حساس به سديم نظير درختان ميوه هسته دار مانند زردآلو، آلو، گيلاس، بادام ممکنست نسبت به جذب سديم اضافي حساسيت نشان دهد.
S2 – سديم متوسط : در خاک هاي با نفوذ پذيري زياد و ترکيبات کلسيم کافي قابل توصيه مي باشد. البته در انتخاب نوع گياه بايد دقت کافي به عمل آورد.
S3 – سديم زياد – استفاده از اين نوع آب ها در زمين هاي با نفوذ پذيري بسيار زياد و زهکشي خوب که ترکيبات کلسيم به اندازه کافي داشته باشند. اگر همراه با شستشوي مداوم خاک و مراقبت زياد باشد ميسر است . کاربرد مواد اصلاح کننده به منظور خنثي کردن سديم تبادلي زايد خاک ضروري است. در انتخاب نوع محصول نيز بايد دقت کرد.
S4 – سديم و قليائيت بسيار زياد – حتي المقدور بايد از اين نوع آبياري براي آبياري استفاده نشود. مگر با مراقبت کافي و رعايت تمام شرايطي که براي جلوگيري از خطر قليائيت زياد بايد فراهم شود. در کاربرد همه آب هاي فوق مي توان با افزايش مقاديري گچ و آهک به خاک خطر شوري و قليائيت را کاهش داد.  

  اثرات سوء خاک ها ی شور و سديک بر روي رشد نباتات :

غلظت زياد املاح خنثي از قبيل کلرورسديم و سولفات سديم باعث مي گردد که فشار اسمزي محلول در خاک از فشار اسمزي سلول هاي ريشه نباتات بيشتر شود و در نتيجه نبات نتواند آب مورد احتياج خود را از خاک جذب نمايد. علاوه بر آن نقطه پژمردگي خاک نيز در اثر وجود املاح افزايش مي يابد، بنابراين خاک ميزان کمتري آب در اختيار گياه قرار مي دهد. اثر سوء املاح حتي در موقعي که غلظت آنها در خاک زياد نباشد نيز وجود دارد. ورود يون هاي غذايي به داخل سلول هاي ريشه هاي موئين تحت تأثير نوع و غلظت يون هاي ديگر موجود در محيط مي باشد. بنابراين املاح موجود در خاک ممکن است سبب اختلالاتي در تغذيه نباتات گردند و در نتيجه گياهان نتوانند يون هاي غذايي مورد نياز خود را جذب نمايند.
واکنش قليايي خاک که در اثر وجود کربنات سديم و جذب سديم در سطح کلوئيدها ايجاد مي شود باعث مي گردد که ساير عناصر از قبيل آهن، منگنز، روي و فسفر به صورت غيرقابل استفاده گياه درآيند.
علاوه بر آن عکس العمل شديد قليايي باعث پوسيدگي و فساد ريشه ها و ساقه ها در خاک مي گردند.
سديم قابل تبادل باعث پراکندگي انتشار ذرات کلوئيدي مي گردد و در نتيجه ساختمان خاک ر از بين مي برد و ورود و جريان آب آبياري و باران را در خاک مشکل مي نمايد و قدرت زهکشي خاک نيز تقليل مي يابد. در خاک هاي ريز بافت پيشروي و گسترش ريشه ها در لايه هاي متراکم که در نتيجه انتشار کلوئيد بوجود آمده اند متوقف مي گردند تهويه خاک نيز در شرايط فوق الذکر کاهش مي يابد و در نتيجه ايجاد شرايط احياء کننده، فعاليت ارگانيزم هاي غيرهوازي افزايش مي يابد و عناصر احياء شده سمي بوجود مي آيند.
وجود املاح قليايي به ويژه املاح کلسيم تا حدي اثرات سوء سديم جذب شده و کربنات سديم را خنثي مي نمايد و به طور کلي باعث تجمع ذرات به دور يکديگر مي شود، در نتيجه خاک مجدداً ساختمان و خاکدانه هاي طبيعي خود را بدست مي آورد.  

 علل شور شدن خاک ها

صرف نظر از مبدأ شوري خاک که اوليه باشد يا ثانويه، عواملي که موجب شور شدن خاک ها مي شود به طور کلي عبارتند از :
1) شور بودن مواد مادري تشکيل دهنده خاک
2) انتقال املاح محلول اراضي مرتفع به مناطق پايين دست به کمک آب
3) استفاده از آب هاي شور در آبياري
4) تبخير شديد رطوبت خاک و انتقال و تجمع املاح محلول در قسمت هاي سطحي خاک و عدم کفايت بارندگي يا آب وارده به خاک براي شستشوي املاح از خاک
5) بالا آمدن سطح آب هاي زير زميني و انتقال املاح آن ها به طور مستقيم همراه با آب و يا صعود شفريه آب در خاک
6) انتقال نمک هاي موجود در آب دريا به کمک بادهايي که از دريا به سمت ساحل مي وزند. اين بادها ذرات آب حاوي نمک را به سواحل مي رسانند. همچنين نفوذ انتقال جانبي آب شور درياها در سواحل به ويژه سواحل پست
7) انتقال نمک خاک هاي شور مناطق مجاور به کمک باد
8) انتقال املاح افق هاي زيرين خاک در اثر تغذيه گياه و بازگشت بقاياي گياهي به سطح خاک
9) ريزش باران هاي شور در مجاور مناطق صنعتي  

 آلودگي خاک :

در نتيجه زندگي و فعاليت انسان بر روي کره زمين فضولات و مواد دفعي حاصل مي گردد که نهايتاً وارد آب، خاک و هوا مي گردد. تا هنگامي که جمعيت کره زمين به خصوص تراکم جمعيت کمبود اين فضولات و مواد دفعي مشکل چنداني را تشکيل نداده و لذا توجه زيادي نيز به عوارض آن نمي شد. ازدياد روز افزون جمعيت و بخصوص تراکم آن در شهرهاي بزرگ و مراکز صنعتي و همچنين ساخت و استفاده از مواد شيميايي متعددي که قبلاً در طبيعت وجود نداشته ، سبب بروز مشکلات عديده اي از نظر آلودگي محيط زيست گرديده است.
آلودگي خاک را مي توان ناشي از آفت کش ها، عناصر سمي، فضولات دامي و صنعتي و شهري، املاح محلول، ترکيبات راديو اکتيو و بارانهاي اسيدي دانست.  

 عناصر سمي

سميت عناصري از قبيل آرسنيک، کادميوم، جيوه و سرب کاملاً شناخته شده در صورتي که از طريق خاک وارد بافت گياهان شوند سبب مسموميت حيوانات و يا انسان شده و يا عوارض و بيماري هاي نامطلوب را باعث مي گردند. رنگ هاي مختلف، پودرهاي لباسشويي، مواد پلاستيکي و برخي سموم کشاورزي و بنزين حاوي اين عناصر بوده و ازدياد مصرف روز افزون آنها توسط بشر سبب تجمع اين عناصر در خاک مي گردد.
ازت با آنکه عنصر ضروري براي گياه و انسان است چنانچه مقادير زيادي از شکل نيتراتي آن در خاک تجمع يابد به ميزان زياد جذب گياهان شده و حيوانات علفخوار را دچار مسموميت مي کند. شسته شدن مقدار زيادي نيترات خاک به داخل آبهاي زيرزميني سبب آلودگي آب آشاميدني شده و آشاميدن چنين آب آلوده اي سبب مسموميت انسان و به خصوص نوزادان مي شود.  

  فرسايش خاک و کنترل آن

فرسايش خاک عبارتست از انتقال خاک توسط عواملي نظير آب و باد. شايد هيچ پديده ديگري مخرب تر از فرسايش را نتوان در خاک هاي دنيا نام برد. اين عمل منجر به از دست رفتن آب و عناصر غذايي خاک گرديده و از همه بدتر اينکه خود خاک را از بين مي برد. خاک فرسايش يافته از يک محل به محل ديگر منتقل شده و درآنجا نيز سبب تخريب مزارع و پرشدن قلاتها گرديده و مواد محلول آن نظير کودهاي شيميايي و علف کشها و غيره نيز نهايتاً سبب آلوده کردن آبها مي شود.
دو عامل مهم فرسايش يکي آب و ديگري باد مي باشد. از دست رفتن خاک ممکن است به صورت فرسايش سطحي، فرسايش شياري يا فرسايش آبکندي اتلاف خاک به صورتي است که شيارهاي عميق در سطح مزرعه به جاي گذاشته مي شود.

  فرسايش آبي :

آب باران پس از رسيدن به سطح زمين قسمتي وارد خاک مي شود و قسمت ديگر در سطح خاک به صورت هرز آب جاري مي گردد. البته قسمتي نيز تبخير مي شود. همين هرز آب سبب فرسايش خاک و در صورت زياد بودن مقدار آن باعث جاري شدن سيل مي گردد.
مضرات فرسايش آبي عبارتند از :
الف)از دست رفتن خاک رو (سطح الارضي) که غني ترين قسمت خاک از نظر مواد غذايي گياهان بوده و مناسب ترين لايه خاک از نظر شرايط فيزيکي رشد گياه است. اين عمل باعث کم شدن حاصلخيزي خاک و کمي رشد گياه شده که خود عللي در تشديد فرسايش آبي و بادي است.
ب) پوشيده شدن مزارع و قات هاي پايين دست توسط گل و لاي
ج) زياد شدن رسوبات در درياچه پشت سدها که باعث کوتاهي عمر سد مي گردد
د) رشد گياهان آبزي درياچه پشت سدها، خاک هاي شسته شده به داخل درياچه پشت سد باعث افزوده شدن مواد غذايي مختلف به آب درياچه گرديده و سبب ازديا رشد گياهان آبزي مثل جلبک ها شده و آلودگي آب و ايجاد اشکال در کانالهاي آبياري را باعث مي گردد.
عمل فرسايش آبي را مي توان شامل دو مرحله دانست. يکي شکسته شدن خاکدانه و جدا شدن ذرات خاک از يکديگر و ديگري که به دنبال مرحله اول مي آيد حمل ذرات جدا شده توسط هرز آب مي باشد. در طي مرحله اول، ذرات ريز رس در نتيجه برخورد قطرات باران متراکم شده و با کم شدن خلل و فرج خاک و يا ريزتر شدن آنها قابليت نفوذ خاک نسبت به آن کمتر شده و اين خود سبب مي شود که بخش بزرگتري از باران وارده به خاک به صورت هرز آب جاري شود. در مرحله دوم ذرات جدا شده با آب حمل شد و فرسايش سطحي يا شياري صورت مي گيرد. حالات شديد و نهايي مرحله دوم ممکنست منجر به ايجاد آبکندها گردد.  

  فرسايش بادي :

باد نيز قدرت فرسايندگي و حمل کنندگي فوق العاده دارد و لذا مي تواند عامل مهم فرسايش به خصوص در مناطق خشک باشد. مضرات فرسايش بادي :
1) از بين رفتن خاک سطحي يا همان مضراتي که در مورد فرسايش آبي گفته شد
2) کم کردن ميزان نقش فتوسنتز (کربن گيري) در نتيجه پوشيده شدن برگ ها يا خاک
3) پوشانيدن جاده ها، آبادي ها، چاه ها و قنات ها توسط شن روان
4) زياد کردن ميزان گرد و خاک هوا که سبب بروز بيماري هاي تنفسي و چشمي مي گردد.
5) اثر روي وسايل صنعتي : گرد و خاک هواي باعث استهلاک سريعتر ماشين آلات، کارخانه ها، اتومبيل ها و غيره مي شود.
6) ازدياد مصرف مواد پاک کننده که براي تميز کردن بدن و پوشاک به کار مي رود.
قسمتي از ذرات خاک که با باد حمل مي شوند در نزديکي سطح زمين داراي حرکتي جهشي بوده و بدين معني که تا ارتفاع کمي (مثلاً 30 سانتي متر)از سطح زمين بلند شده و دوباره زمين مي خورد و مجدداً بلند شده و بدين ترتيب به حرکت خود ادامه مي دهند.
قسمتي ديگر از ذرات خاک به صورت خزيدن در نزديک سطح خاک بوده و همراه با باد و يا به علت حرکات جهشي ذرات ديگر به حرکت خود ادامه مي دهند.  

عوامل مؤثر در فرسايش بادي :

الف) باد : سرعت باد و نحوه تلاطمي که در هوا ايجاد مي کند مسلماً در مقدار فرسايش بادي مؤثر است.
ب) عوامل خاکي : نظير رطوبت خاک و ساختمان آن در مقدار فرسايش باد مؤثر است ، هر چه رطوبت خاک بيشتر باشد فرسايش کمتر است. خاکدانه ها هر چه بزرگتر باشند سنگين تر شده و فرسايش پذيري آنها کمتر مي شود.
ج) نوع سطح : ناهموار بودن سطح باعث مقاومت در برابر فرسايش بادي مي شود. زيرا سرعت باد را کم مي کند. البته شرط اين موضوع اين است که کلوخه ها و خاکدانه ها خود در برابر باد از پايداري کافي برخوردار باشد. وجود گياهان نيز بر روي سطح خاک نيز سبب کمتر شدن فرسايش بادي مي گردد زيرا پوشش گياهي از طرفي باعث ناهمواري سطح خاک و از طرف ديگر رشته هاي آن ذرات خاک را در محل تثبيت مي کند.  

حاصلخيزي خاک

رشد گياه و عوامل مؤثر در آن :
منظور از رشد گياه توسعه تدريجي اندامهاي گياه بوده که آنرا مي توان به صورت مختلف از قبيل وزن خشک ، طول، ارتفاع يا قطر اندازه گيري نمود. در اين اندازه گيري ممکن است کل گياه مورد نظر بوده يا تنها يک قسمت نظير برگ، گل ، ميوه يا بذر آن مورد توجه باشد. در کشاورزي علمي مطالعه رشد گياه و عوامل مؤثر بر آن از اهميت خاصي برخوردار است زيرا هدف اصلي از انجام کليه عمليات کشاورزي برداشت هر چه بيشتر محصول به ازاء حداقل منابع به کار رفته است. عوامل مؤثر بر رشد گياه عبارتند از :
درجه حرارت : درجه حرارت مناسب براي اغلب گياهان زراعي بين 15 تا 40 درجه سانتي گراد است. در درجه حرارتهاي بالاتر يا پايين تر از اين، مقدار رشد به شدت کاهش مي يابد. حرارت بر فعاليت هاي گياهي نظير فتوسنتز (کربن گيري) ، قابليت نفوذ ديواره يافته، جذب آب و مواد غذايي، تعرق، فعاليت آنزيمي و انعقاد پروتئين تأثير مي گذارد.
رطوبت : آب در گياهان براي ساختن کربوهيدراتها، نگهداري شادابي پروتوپلاسم و همچنين براي نقل و انتقال عناصر غذايي لازمست. کمبود آب باعث کاهش تقسيم ياخته اي و کوچک ماندن ياخته ها مي شود. هم خشکي خاک و هم خيسي بيش از حد آن به رشد گياه صدمه مي زند.
انرژي تابشي :
کيفيت، شدت و طول مدت روشنايي بر رشد اثر مي گذارد. منظور از کيفيت نور طول موج غالب آن است. آزمايشات نشان داده که گر چه طيف کامل نور سفيد براي اغلب گياهان مناسب است ولي رنگ هاي مختلف مي تواند اثرات مختلفي بر رشد داشته باشند. ازمايشات در مورد شدت نور روز قادر به رشد کامل خود مي باشند. البته احتياجات گياهان مختلف از اين متفاوت بوده و برخي به شدتهاي نور بيشتري احتياج دارند. طول مدت روشنايي از عواملي ات که به نحو چشمگيري در رشد گياه مؤثر است.

  ترکيب اتمسفر :

گاز کربنيک براي انجام عمل فتوسنتز گياهان لازمست . غلظت اين گاز در اتمسفر حدود 03/0 درصد است. آزمايشات نشان داده اند که به طور کلي غلظت هاي تا چند برابر اين مقدار مي تواند اثر مثبت بر رشد گياه داشته باشند. با کنترل غلظت گاز کربنيک در گلخانه مي توان محصول برخي گياهان را به طور قابل ملاحظه اي افزايش داد.
ترکيب هواي خاک : غلظت گاز اکسيژن در هواي خاک مي تواند بر رشد ريشه در نتيجه رشد قسمت هاي هوايي گياه تأثير بگذارد. از آنجا که تراکم خاک (ازدياد وزن مخصوص ظاهري) مي تواند در وضعيت تهويه خاک در نتيجه غلظت گاز اکسيژن مؤثر باشد به خوبي مي توان دريافت که عامل ساختمان خاک مي تواند نقش مهمي در رشد گياه داشته باشد. رطوبت خاک نيز با اشغال فضاهاي خالي مي تواند در کاهش غلظت اکسيژن در خاک مؤثر باشد. هر چه رطوبت خاک بيشتر باشد هواي خاک کمتر و سرعت تعويض آن با هواي اتمسفر کندتر است.
البته برخي گياهان نظير برنج در شرايطي که خاک از رطوبت اشباع باشد نيز به رشد خود ادامه مي دهند.
واکنش خاک :
PH خاک به طور قابل ملاحظه اي بر قابليت استفاده عناصر غذايي خاک اثر مي گذارد و از اين طريق مي توان بر رشد گياه مؤثر واقع شود. راجع به اثر PH بررشد گياه در فصل خواص شيمياي خاک صحبت شد.  

  موجودات زنده :

منظور از موجودات زنده در اين بخش، وجود عوامل بيماري زايي است که در فصل خواص بيولوژيکي درباره آن صحبت شد. اين گونه عوامل بيماري زا مسلماً مي تواند محدوديت زيادي در رشد گياه ايجاد کنند. از طرف ديگر وجود موجودات زنده ريزي که سبب تثبيت ازت و يا بيشتر قابل استفاده شدن فسفر مي شود طبعاً به رشد گياه کمک مي کنند. حشرات وآفات مختلف نيز مي توانند با حمله به گياه مانعي در راه رسيدن به حداکثر رشد گياه ايجاد کنند. وجود علف هاي هرز يا در مزرعه مي تواند با رقابت بر مواد غذايي و آب محدوديت هايي را در رشد گياه سبب شوند.  

  عناصر غذايي :

حيات گياهان و رشد آنها مستلزم جذب برخي عناصر نظير کربن، هيدروژن، اکسيژن، ازت فسفر و غيره مي باشد.
عدم وجود مواد مانع رشد : به طور کلي مي توان کليه عناصر در صورتي که غلظت شان در محيط ريشه از حد معيني تجاوز نکند مانع رشد گياه مي شوند. البته بعضي عناصر نظير آلومينيوم حتي در غلظت هايکم قادر به جلوگيري از رشد مي باشند. از جمله عناصر سمي ديگر مي توان به نيکل و جيوه اشاره کرد. برخي مواد شيميايي مانند فنل نيز داراي خاصيت سمي مي باشند. بايد توجه داشت که کليه عوامل ذکر شده در بالا در رشد گياه مؤثر بوده و براي رسيدن به حاکثر محصول هر يک از اين عوامل در حد مناسب خود باشند.
در مباحث مربوط به حاصلخيزي خاک فقط به عناصر غذايي و عوامل مؤثر در قابليت استفاده آنان براي گياه صحبت شده و فرض مي شود که ساير عوامل مؤثر در رشد در حد کفايت مي باشد.  

  عناصر غذايي ضروري گياه :

يک عنصر بايد داراي خصوصيات زير باشد تا به عنوان يک عنصر ضروري گياه شناخته شود.
1) کمبود عنصر تکميل مراحل سبزينه اي يا توليد مثل را غيرممکن سازد
2)علائم کمبود عنصر مورد نياز فقط با دادن آن عنصر برطرف گردد
3) عنصر به طور مستقيم در تغذيه گياه دخيل بوده و اثر آن مربوط به اصلاح شرايط ميکروبيولوژيکي يا شيميايي محيط رشد نباشد.

حداقل 16 عنصر براي رشد گياه ضروري تشخيص داده شده اند.اين شاندزه عنصر عبارتند از :
کربن – هيدروژن – اکسيژن – ازت – فسفر – پتاسيم – کلسيم – منيزيوم – گوگرد – آهن – روي – مس – منگنز – بر – موليبدن و کلر
هم اکنون ضرورت 4 عنصر ديگر يعني سديم، کبالت و اناديوم و سيليسيوم نيز براي برخي گياهان به اثبات رسيده است. عناصري که در ليست عناصر ضروري قرار دارد همگي براي رشد گياهان لازم بوده و اهميت هيچ کدام از ديگري کمتر نبوده ولي مقدار لازم آنها براي رشد با يکديگر تفاوت بسيار دارد. عناصري که در ليست عناصر ضروري قرار دارند همگي براي رشد گياهان لازم بوده و اهميت هيچ کدام از ديگري کمتر نبوده ولي مقدار لازم آنها براي رشد با يکديگر تفاوت بسيار دارد. کربن – هيدروژن – اکسيژن – ازت – فسفر – پتاسيم – کلسيم – منيزيوم – گوگرد در مقادير زياد توسط گياهان مصرف شده اند لذا آنها را عناصر غذايي پرمصرف مي نامند و بقيه را عناصر کم مصرف مي نامند. عنصر کربن به صورت گاز کربنيک از هوا جذب مي شود. اکسيژن و هيدروژن نيز از آب خاک تأمين مي گردند. بقيه عناصر ضروري توسط ريشه از خاک جذب مي شود. مقدار کمي از کربن و اکسيژن ممکنست به صورت کربنات از خاک جذب شود. مقداري گوگرد نيز ممکنست به صورت گاز انيدريد سولفور و از طريق برگها جذب شود.  

  نقش عناصر غذايي در گياه و علائم کمبود آن :

3 عنصر کربن، هيدروژن و اکسيژن در ساختمان کربوهيدراتها، پروتئين ها، چربيها و ساير ترکيبات آلي دخالت دارد. بنابراين 3 عنصر مذکور تشکيل دهنده اصلي بافتهاي گياهي مي باشند.
ازت : اين عنصر يکي از اجزاء سازنده هر يافته بوده و پروتئين هايي که به منزله آنزيم عمل مي کنند و همچنين در ساختمان مولکول کلروفيل دخالت مستقيم دارد.
مقدار ازت در قسمت هاي جوان در حال رشد به مراتب بيشتر از مقدارآن در بافتهاي گياهي مسن تر مي باشد. ازت مخصوصاً در برگها و دانه ها به مقدار فراوان يافت مي شود. مقدار ازت در بافت هاي گياهي حدود 1 تا 5 درصد وزن خشک آن مي باشد.
شکل هاي قابل جذب آن براي گياهان آنيون نيترات (-NO3) کاتيون آمونيوم (+NH4) و ترکيب اوره co(NH2)2 مي باشد کمبود ازت سبب توقف رشد گياه و زردي رنگ آن مي شود. اين رنگ زرد ابتدا از برگهاي پائيني (برگهاي مسن گياه) شروع مي شود و اين در حالي است که برگهاي بالايي (برگهاي جوان) همچنان سبز مي مانند. زيادي ازت نسبت به عناصر ديگر نظير فسفر، پتاسيم و گوگرد مي تواند سبب طولاني شدن دوره رشد وبه تأخير افتادن بلوغ گياه شود.  

فسفر :
اين عنصر جزء مهم ساختماني ترکيباتي نظر اسيد نوکلئيک ها، کوآنزيم ها، نوکلئتيدها، فسفو پروتئين ها و فسفو ليپيدها مي باشد.
مهمترين وظيفه فسفر در گياه نقش آن در ذخيره سازي و انتقال انرژي است. غلظت فسفر در بيشتر گياهان در حدود 1/0 تا 4/0 درصد وزن خشک گياه مي باشد.
وجود مقادير کافي فسفر سبب ازدياد رشد گياه مي گردد. فسفر کافي، همچنين باعث زودرسي محصول به خصوص در غلات مي گردد. فسفر نيز عنصري متحرک مي باشد و کمبود آن سبب کاهش شديد در رشد کلي مي گرد. ظهور رنگ ارغواني در برگهاي مسن يکي ديگر از علائم کمبود فسفر مي باشد.

پتاسيم :
پتاسيم به صورت يون متحرکي در گياه وجود داشته و عمدتاً ماهيت کاتاليزوري دارد. از وظايف آن مي توان به فعال نمودن آنزيمها و تنظيم روابط آبي و گياه، تنظيم روابط انرژي، انتقال مواد ساخته شده گياهي، جذب ازت و فسفر پروتئين و سنتز نشاسته را نام برد. پتاسيم عنصري متحرک بوده و علائم کمبود آن در برگهاي پائيني ظاهر مي شود. اين علائم در اغلب گياهان به صورت سوختگي برگ است که به تدريج از نوک و لبه هاي برگ و به طرف و داخل برگ پيشرفت مي کند.

کلسيم :
نقش مهمي در ساختمان و نفوذ پذيري غشاء ياخته داشته – در تقسيم ياخته و دراز شدن آن ضروري مي باشد ولي در فعال کردن آنزيمها نقش عمده اي ندارد. اين عنصر جذب ازت نيتراتي را زيادتر نموده و در متابوليسم ازت دخيل بوده و مقدار آن در برگ بيشتر است.
به صورت يون کلسيم دو ظرفيتي جذب گياه شده و به همين صورت نيز در شيره ياخته يافت مي شود. کلسيم را به طور کلي عنصري غيرمتحرک مي دانند . کمبود آن از توسعه جوانه انتهايي و نوک ريشه جلوگيري مي کند. به دليل توقف فعاليت مريستمي، رشد گياه در غياب کلسيم متوقف مي گردد. بارزترين علامت کمبود آن اختلال در بافت هاي ذخيره اي ميوه جات و سبزيجات است.

منيزيوم :
جزيي از مولکول کلروفيل مي باشد و قريب 15 تا 20 درصد منيزيوم گياه صرف تشکيل کلروفيل مي شود. در فعال نمودن برخي آنزيم ها دخالت دارد.
منيزيوم در سنتز روغن در گياه نقش دارد. منيزيوم عمدتاً عنصر متحرک بوده و لذا علائم کمبود آن اغلب از برگهاي پاييني گياه شروع مي شود. در بيشتر گونه هاي گياهي کمبود آن سبب از بين رفتن رنگ بين رگبرگها شده ولي خود رگبرگها سبز باقي مي مانند. در مراحل پيشرفته کمبود، تمامي برگ به طور يکنواختي زرد کمرنگ شده سپس قهوه اي شده و مي ميرد.

گوگرد :
شايد مهمترين نقش گوگرد سنتزآمينو اسيدهاي گوگرددار باشد. تقريباً 90 درصد گوگرد در گياه به اين صورت درمي آيد. گوگرد چه جزء ساختمان هاي کلروفيل نيست ولي براي آن لازم است. اين عنصر در توليد روغن گياهي نيز دخيل مي باشد. غلظت گوگرد در گياه بين 1/0 تا 4/0 درصد وزن خشک است. گوگرد ظاهراً عنصر غيرمتحرک مي باشد.
کمبود آن اثر شديدي بر توقف رشد گياه داشته و گياهاني که از کمبود اين عنصر رنج مي برند به طور يکنواختي رنگ پريده و داراي توقف رشد بوده و داراي ساقه هاي نازک دوکي شکل مي باشند. در بسياري از گياهان علائم کمبود آن شبيه علائم کمبود ازت است با اين تفاوت که در مورد گوگرد قسمت هاي جوان بيشتر مبتلا مي باشند.