خواص خاکها

خواص فيزيکي خاک

خواص فيزيکي خاک در تعيين قابليت استفاده از آن براي مقاصد گوناگون حائز اهميت مي باشد. استحکام و تحمل فشار، قابليت زهکشي در حالت مرطوب و خشک، قدرت ذخيره رطوبت، سهولت نفوذ ريشه گياهان در خاک، تهويه و قابليت نگهداري عناصر غذايي گياهان در خاک همگي ارتباط نزديک با خواص فيزکي خاک دارند.

بافت خاک        soil texture

اندازه نسبي ذرات خاک را اصطلاحاً بافت خاک گويند که حاکي از ريزي و درشتي خاک مي باشد. به عبارت ديگر مقدار نسبي ريگ و سيلت و كلي 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 ريگي و ريز و سنگين به خاک كلي اطلاق مي شود. خاک لوم (loam) ما بين اين دو نوع و داراي مخلوط مناسبي از ريگ و سيلت و كلي است. خاک هاي ريگي سريع تر از خاک هاي ديگر خشک و گرم مي شوند و راحت تر قابل قلبه زدن هستند. خاک هاي كلي 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 قلبه زده مي شوند.

انواع ذرات تشکيل دهنده خاک (سيستم بين المللي) نام اندازه برحسب ميلي متر ريگ و سنگ ( Gravel ) بزرگتر از 2 ميلي متر ريگ درشت ( Coars sand ) 2 تا 2/0 ميلي متر ريگ ميده ( Find sand ) 2/0 تا 02/0 ميلي متر سيلت ( Silt ) 02/0 تا 002/0 ميلي متر كلي (  Clay ) کمتر از 002/0 ميلي متر

انواع ذرات تشکيل دهنده خاک (سيستم آمرکايي) نام اندازه برحسب ميلي متر تعداد ذرات در يک گرم ريگ  خيلي درشت ( Very Coars sand ) 2 - 1 ميلي متر 90 ريگ درشت ( Coars sand ) 1 - 5/0 ميلي متر 722 ريگ متوسط ( Medium sand ) 5/0 - 25/0 ميلي متر 5780 ريگ ريز ( Fine sand ) 25/0 - 1/0 ميلي متر 46200 ريگ خيلي ريز ( Very Fine sand ) 1/0 - 05/0 ميلي متر 722000 سيلت ( Silt ) 05/0 - 002/0 ميلي متر 5780000 كلي (  Clay ) کمتر از 002/0 ميلي متر 90300000

مثلث بافت خاک :

مثلثي است متساوي الاضلاع که هر ضلع آن مربوط به 3 عنصر اصلي هر خاک يعني ريگ وسيلت و كلي است. براي اينکه بدانيم نمونه خاک در چه محدوده بافتي قرار مي گيرد، اگر مقادير 3 گروه اصلي اجزاء تشکيل دهنده خاک را شامل ريگ (درشت و ميده) – سيلت و كلي 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 منفذ هاي خاك(porosity)(مقدار خلل و فرج خاک که به وسيله اب يا هوا اشغال مي شود) و نقطه پژمردگي گياه است.

تقسيم بندي بافت خاک

در روش مدرن، مثلث بافت خاک از دوازده کلاس تشکيل يافته است که اجزاء متشکله آن به قرار زير مي باشد : 1- ريگي (sand) : حداقل مقدار ريگ 85 درصد و مجموع و 5/1 برابر ذرات كلي کمتر از 15 درصد مي باشد. 2- ريگي– لومي (loamy – sand) : ريگ بين 70 تا 90 درصد و مجموع سيلت و 5/1 برابر ذرات كلي بيش از 15 درصد و مقدار كلي از 30 درصد کمتر مي باشد. 3 – لومي – ريگي (sandy – loam) :كلي کمتر از 20 درصد يا مجموع درصد سيلت و دو برابر مقدار رس از 30 درصد بيشتر مي باشد. خاک هايي که مقدار ريگ آنها بين 24 تا 52 درصد باشد و مقداركلي شان کمتر از 7 درصد و سيلت شان نيز کمتر از 50 درصد است خاک لومي و كلي ناميده مي شوند. 4 – (loam) لوم : مقدار كلي بين 7 تا 27 درصد و سيلت 28 تا 50 درصد و ريگ 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 كلي نيز کمتر از 12 درصد است. 6 – سيلت (silt) مقدار سيلت کمتر از 80 درصد و مقدار كلي کمتر از 12 درصد است. 7 – لوم كلي – ريگل (sandy – clay – loam) : اينکه 20 تا 35 درصد كلي داشته و مقدار سيلت آن 28 درصد کمتر و ريگ آن نيز بيش از 45 درصد مي باشد. 8- لومي وكلي (clam –loam) مقدار كلي تا 27 تا 40 درصد و مقدار لوم کمتر از 20 درصد تا 45 درصد در نوسان است. 9- لوم كلي – سيلتي (silty – clam – loam) مقدار رس 27 تا 40 درصد و مقدار ريگ نيز از 20 درصد کمتر است. 10- كلي و ريگي (sandy – clay) مقداركلي وريگ آن از 35 تا 45 درصد بيشتر است. 11 - كلي و سيلتي (silty – clay) مقدار هر يک از كلي و سيلت آن به ترتيب بيش از 40 درصد است 12- كلي (clay) مقداركلي بيش از 40 درصد و مقدار ريگ و سيلت آن به ترتيب از 45 تا 40 درصد کمتر است. براي تعيين بافت خاک (تجزيه گرانولومتري) ميتودهاي متعددي پيشنهاد گرديده است . اصول ميتودهاي فوق بر مبناي قانون استوکس پايه گذاري شده است. طبق نظريه استوکس سرعت سقوط ذرات متناسب با قطر آنها مي باشد، يعني در تجزيه گرانولومتري، سرعت سقوط ذرت را طبق معادله زير تعيين مي نمايند: V = k R2

D1 - D2 2 g × k  =     η 9 D1 - D2 2 g R2 × V    =   η 9

: سرعت سقوط ذرات بر حسب سانتي متر در ثانيه R شعاع ذرات بر حسب سانتي متر D1 وزن مخصوص ذرات بر حسب گرم بر سانتي متر مکعب D2 وزن مخصوص محلول بر حسب گرم بر سانتي متر مکعب g شتاب ثقل زمين بر حسب سانتي متر برثانيه η ضريب چسبندگي محلول بر حسب دين بر سانتي متر

تعيين بافت خاک در صحرا

بافت خاک را در صحرا بدين ترتيب معين مي کنند که مقداري از خاک را مرطوب کرده بين انگشتان شصت و سبابه فشار مي دهند. از احساسي که به حس لامسه دست مي دهد و از طرز تشکيل نوار خاک مرطوب بين انشگتان مي توان به بافت خاک پي برد. ذرات ريگ زبر و خشن بوده و در زير انگشتان حس مي شوند. ذرات سيلت در حالت خشکي آردي و شبيه پودر مي باشند. كلي در حالت خشکي سفت و سخت و در حالت مرطوب چسبنده و شکل پذير است.

رفتار خاک هاي سبک :

خاک هاي سبک خاک هايي هستند که بيش از 80% وزن خاک را ريگ تشکيل داده و مقدار كلي کمتر از 12 درصد و يا مجموع كلي و سيلت آن ها کمتر از 20 درصد است. رطوبت قابل استفاده در هر متر از عمق خاک کمتر از 125 ميلي متر است. زهکشي آنها آزادانه و به طور طبيعي صورت گرفته و با پيدايش يک دوره خشکي رطوبت خود را به سرعت از دست مي دهد. در معرض فرسايش بادي قرار دارد و بارخيزي آنها ناچيز است. ساختمان خاک در اين اراضي بسيار سست و شکننده بوده و با فشاري متلاشي شده و به ذرات اوليه تبديل مي شود. اگر در حالتي که خاک مرطوب است عمليات قلبه و غيره انجام شود، سطح خاک متراکم شده ولي درز و ترکي در آن پديدار نمي شود در نتيجه نفوذ آب در خاک مرطوب است گرفته و جوانه زدن بذر و انتقال هواي خاک از هوا به درون خاک و يا بالعکس دچار وقفه ي شود. اين عوامل به حاصلخيزي ناچيز خاک دامن مي زند. وجود سنگ ريزه و فراواني آن نيز از بارخيزي خاک کاسته و استهلاک ماشين آلات 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. شسته شدن (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 كلي محتوي بيش از 28 درصد كلي 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 كلي در حد خميرايي کاهش يابد. بنابراين انتخاب زمان قلبه اهميت به سزايي در بهبود يا تخريب ساختمان خاک دارد. بارخيزي در اين خاک ها نيز به علت ظرفيت تبادل کاتيوني قابل توجه آن، در حد مطلوبي بوده و تناوب آبياري در اين خاک ها کمتر از ساير گروه هاي بافتي است.

ساختمان خاک soil structure:

شکل و نوع قرارگيري ذرات و اجزاء متشکله خاک که منجر به تشکيل توده هاي خاکي به هم پيوسته ريز و درشتaggrigates (ذرات دومي) مي گردد، به نام ساختمان خاک بيان مي گردد. ساختمان خاک به اتصال ذرات اصلي خاک و تشکيل ذرات ثانوي اشاره دارد. اگر ذرات ريز كلي و سيلت به هم متصل شوند، خاکدانه يا ساختمان ثانوي را تشکيل دهند، چنين خاکي داراي ساختمان مناسبي خواهد بود. ساختمان خرده (crumb) باعث نفوذ آب، کاهش وزن مخصوص ظاهري و نفوذ هر چه بهتر ريشه ها مي گردد. بافت و ساختمان خاک تعيين کننده تعداد و اندازه منافذ موجود در بين و درون ذرات خاک ، چه ذرات اوليه و چند ثانويه است . اندازه منفذ ها و فرج و شکل آنها و ممتد و غير ممتد بودنشان بر انتشار اندام هاي عفونت زا و متحرک مايکروارگانيزم هاي درون خاک اثر مي گذارند. اتصال ذرات ريز خاک و تشکيل ذراتي بزرگتر توسط کلسيم، منيزيوم و هيومس افزايش مي يابد. سديم هم پاشيدگي و تخريب ساختمان خاک را تشديد مي کند. به طور کلي هر خاکي بر اساس ترکيب فيزيکي، كيمياوي 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 aggrigates(خاك دانه ها)و واحدهاي درشت ساختماني يعني کلوخچه ها و کلوخ هاست. ساختمان خاک اثرات بافت را در رابطه با آب و هواي خاک اصلاح مي کند. اندازه بزرگ و مايکروسکوپي خاکدانه ها باعث پيدايش و فضاي خالي در بين آنها مي گردد که به مراتب بزرگتر از منفذ و فرجي است که در فواصل ذرات ريگ، سيلت و كلي در درون خاکدانه ها بوجود آيد و در حقيقت همين تأثير ساختمان خاک بر روي منفذو فرج خاک است که آن را در زمره يکي از خصوصيات مهم قرار مي دهد. خاکدانه ها بر اساس شکل ظاهري به 4 گروه کردي (spheroidail) ، ورقه اي (plate like) مکعبي (Block like) و منشوري (prismlike) تقسيم مي شوند که با تقسيمات فرعي اين چهار شکل، اشکال هفت گانه خاک را تشکيل مي دهند.

کروي ساده ترين شکل يک خاکدانهaggrigate است. خاک هايي که بيشتر خاکدانه هايaggrigate آن کروي است داراي ساختمان دانه اي مي باشند. ساختمان مکعبي از خاکدانه هاييaggrigate تشکيل شده که شبيه مکعب و يا منشورهاي کوتاه مستطيل شکل است. اگر گوشه خاکدانه ها گرد و صاف باشد به آن مکعبي بدون گوشه و اگر گوشه تيز باشد به آن مکعبي گوشه دار مي گوئيم. خاکدانه هايي که در ازاي آنها بيشتر از پهناي آنها باشد منشور بوده و در اين حالت ساختمان خاک را منشوري مي نامند. منشورها داراي لبه ها و سطح هايي زاويه دار هستند. هنگامي که سطح هاي کناري و بالايي بدون زاويه باشند. خاکدانه ها تشکيل ستون مي دهند که به اين ساختمانها ستوني گفته مي شود. در برخي از خاک ها به ويژه در افق هاي فشرده شده، خاکدانه ها، نازک، مسطح و بشقاب مانند هستند و بنابراين در اين حالت خاک ورقه اي يا صفه اي نام دارد. برخي از خاک ها ساختمان مشخصي نداشته که آنها را بي ساختمان مي نامند. خاک هاي بي ساختمان به دو گروه توده اي و تک دانه اي تقسيم مي شود. وضعيت بي ساختمان توده اي نشان مي دهد که همگي ذره ها به يکديگر چسبيده اما هيچگونه خاکدانه اي در آنها ديده نمي شود.