دانلود مقاله خاک شناسی

بخشی از مقاله

تعریف خاک

علم خاک شناسی کمتر از صد سال قدمت دارد و همین که به طرف هزاره آینده حرکت می‌کنیم، با مشکلات بزرگی مواجه می‌شود که سابقه نداشتند. نظیر چگونگی تغذیه جمعیت فزاینده جهان ، چگونگی حفاظت از اتمسفر زمین. اینها مسائل محض زیست محیطی نیستند، بلکه تبعاتی هستند که در ارتباط با موجودیت انسان و زمین می‌باشند.
کارهای علمی زیادی جهت اصلاح دانستنی‌هایمان در مورد بیولوژی خاک ، باقی مانده است. توسعه سیستمهای تولید غذا با بهره‌گیری وسیع از پروسه‌های بیولوژیکی باید هدف کلی دانشمندان در کشورهای توسعه یافته و هم در کشورهای در حال توسعه باشد. بدین گونه استفاده از آفت کشها و کودهای غیر آلی که تقریبا ادامه دارد، همراه با عوامل کنترل بیولوژیکی ، سیستمهای کامل کنترل آفات و بیماریها را تشکیل می‌دهد. یک چنین استراتژیهایی در ارتباط با تغییر تکنولوژی انرژی شدید به تکنولوژی دانش شدید می‌باشد.

تحقیقات متعدد کشاورزی مدرن سازگار با این اهداف در ارتباط با کشاورزی سازمان یافته یا کشاورزی بیولوژیکی ، است. کشاورزی بیولوژیکی ، سیستمی را آرزو می‌کند که در آن تداوم حاصلخیزی خاک و کنترل آفات و بیماریها بوسیله ترقی یافتن چرخه‌ها و پروسه‌های طبیعی ، تعدیل هزینه‌های انرژی و منابع ، بقا موجه تولید قابل دسترسی باشد.

در نخستین سالهایی که مطالعه خاک در ایالات متحده شروع شده بود. محققین فکر می‌کردند که مواد اولیه و مادر تقریبا تنها عامل تعیین نوع خاک حاصل ، می‌باشد. بنابراین می‌اندیشیدند که از هوازدگی سنگ آهک نوع دیگری از خاک تولید می‌شود. البته این یک واقعیت است که نوع خاک تا حدودی بازتاب موادی است که از آنها تشکیل یافته است. و در برخی موارد حتی از روی نوع خاک پوشاننده سنگها می‌توان نحوه توزیع و گسترش آنها را بر روی نقشه آورد. اما با دستیابی به اطلاعات بیشتر بتدریج مشخص شد که سنگ بستر تنها عامل تعیین کننده نوع خاک نیست.

دانشمندان خاکشناس رومی ، به دنبال کار عظیم دوکیوشف (1903-1846) نشان دادند که اگر شرایط اقلیمی از نقطه‌ای به نقطه دیگر تفاوت کند حتی بر روی یک نوع سنگ بستر نیز چندین نوع خاک تشکیل می‌شود. این طرز تفکر که شرایط آب و هوایی تاثیری عمده در تشکیل خاک دارد. برای اولین بار در دهه 1920 توسط ماربوت (1935-1863) در ایالات متحده مطرح گشت. از آن موقع تا کنون دانشمندان خاکشناس دریافته‌اند عوامل دیگری که در نحوه تشکیل خاک نقش حیاتی دارند، وجود دارد.
برای مثال برجستگی سطح زمین نقش مهمی در نوع خاک دارد. بدین ترتیب که خاک موجود در بالای یک تپه با خاک موجود در شیب، این نیز به نوبه خود با خاک موجود در زمین و پای تپه متفاوت است. مع ذالک سنگ بستر زیر هر سه نوع خاک یکسان است. گذشت زمان نیز عاملی دیگر است، بدین معنی که اگر شرایط آب و هوایی ، سنگ بستر و پستی و بلندی ، در یک محل یکسان باشد، خاکی که به تازگی در آن محل تشکیل شده باشد با خاکی که هزاران سال از تشکیل آن در همان محل گذشته است تفاوت خواهد داشت.
خاک چیست؟

مواد سطحی طبیعی را که باعث دوام حیات گیاهی می شوند، خاک می‌گویند. تعداد خاکهای موجود تقریبا نامحدود است، چرا که اولا دارای خواص ویژه‌ای است که عامل تعیین کننده ای این خواص بجز شرایط آب و هوایی ، موجودات زنده‌ای که در طول دوره‌های خاصی از زمان بر روی زمین فعالیت داشته‌اند و پستی و بلندیهای نقاط مختلف زمین است. ثانیا تمام این عوامل به طرق مختلف در نقاط مختلف کره زمین به یکدیگر مربوط می‌شوند، لذا تعداد خاکها نامحدود است.

برخی عمومیتهای با ارزش را می‌توان در مورد خاکها بکار برد. برای مثال ، می‌دانیم که ترکیبات شیمیایی یک خاک قوام با افزایش عمق تغییر می‌کند. رخنمونی طبیعی یا مصنوعی از خاک چندین منطقه را آشکار می‌سازد. هر یک از این مناطق با منطقه بالایی خود تفاوت دارد. هر یک از این مناطق را یک افق خاک یا بطور ساده تر یک افق می‌گویند.
خاک‌ها مخلوطی از مواد معدنی و آلی می‌باشند که از تجزیه و تخریب سنگ‌ها در نتیجه هوازدگی بوجود می‌آیند که البته نوع و ترکیب خاک‌ها در مناطق مختلف بر حسب شرایط ناحیه فرق می‌کند. مقدار آبی که خاک‌ها می‌توانند بخود جذب کنند. از نظر کشاورزی و همچنین در کارخانه‌های راه‌سازی و ساختمانی دارای اهمیت بسیاری است که البته این مقدار در درجه اول بستگی به اندازه دانه‌های خاک دارد.

هرچه دانه خاک ریزتر باشد، آب بیشتری را به خود جذب می‌کند که این خصوصیت برای کارهای ساختمان‌سازی مناسب نیست. بطور کلی خاک خوب و حد واسط از دانه‌های ریز و درشت تشکیل یافته است. تشکیل خاک‌ها به گذشت زمان ، مقاومت سنگ اولیه یا سنگ مادر ، آب و هوا ، فعالیت موجودات زنده و بالاخره توپوگرافی ناحیه‌ای که خاک در آن تشکیل می‌شود بستگی دارد.

انواع خاکها در سیستم طبقه بندی خاکهای ایالات متحده
• آلفی سول (Alfisols) : شرایط آب و هوایی نیمه مرطوب ، مقدار بارش 125 - 15 سانتیمتر ، غالبا در زیر پوششی جنگلی ، تجمع رس در افق B لایه بالایی فروشسته به رنگ قهوه ای - خاکستری و لایه پایینی به رنگ قرمز - قهوه‌ای ، همراه با تجمعی از سیلیکاتهای آهن و آلومینیوم.

• آریدیسول (Aridisols) : شرایط آب و هوایی خشک با تجمعات آهک یا ژیپس ، لایه‌های نمک ، تجمع یونهای کلسیم ، منیزیم و پتاسیم.
• انتی سول (Entisols) : خاکهای عصر حاضر بدون افقهای قابل تشخیص. بسیاری از دشتهای سیلابی رودخانه‌های جدید ، رسوبات خاکسترهای آتشفشانی ، و ماسه‌های جدید.
• هیستوسول (Histosols) : غنی در مواد آلی ، شامل گیاه خاک و کود تازه ، بقایای گیاهی مجتمع شده در باتلاقها و مردابها.
• اینسپتی سول (Inceptisols) : افق‌ها به سختی قابل تشخیص بوده و نشان دهنده شروع تشکیل خاک و درجه بندی آن هستند.
• مولی سول (Mollisols) : خاک علفزارها. سیاه ، در نزدیکی سطح غنی در مواد آلی. غنی در آهک.

• اکسی سول (Oxisols) : خاکهای شدیدا هوازده ، اغلب با عمق بیش از 3 متر حاصلخیزی ناچیز. غنی در رسهای اکسید آهن و آلومینیوم‌دار.
• اسپودوسول (Spodosls) : ماسه‌ای ، خاکهای فروشسته جنگلهای مناطق سرد سیر . اسیدی. مقادیر متنابهی مواد آلی و یا رس آهن و آلومینیوم دارد.
• آلتی سول (Ultisols) : شدیدا اسیدی ، خاکها خوب هوازده ، شرایط آب و هوایی استوایی و نیمه استوایی. تجمع سیلیکاتهای بازمانده.
• ورتی سول (Vertisols) : خاکهای هوازده بسیار قدیمی ، هنگام خشک بودن دارای ترکهای عمیق و پهن عمودی ، غنی در مواد رسی.
عوامل موثر در تشکیل خاک

• سنگ‌های اولیه یا سنگ مادر :
کمیت و کیفیت خاک‌های حاصل از سنگ‌های مختلف اعم از سنگهای آذرین ، رسوبی و دگرگونی به کانی‌های تشکیل دهنده سنگ ، آب و هوا و عوامل دیگر بستگی دارد. خاک حاصل از تخریب کامل سیلیکاتهای دارای آلومینیوم و همچنین سنگهای فسفاتی از لحاظ صنعتی و کشاورزی ارزش زیادی دارد. در صورتیکه خاک‌هایی که از تخریب سنگ‌های دارای کانی‌های مقاوم (از قبیل کوارتز و غیره) در اثر تخریب شیمیایی پدید آمده‌اند و غالبا شنی و ماسه‌ای می‌باشند فاقد ارزش کشاورزی می‌باشند.

• ارگانیسم :
تمایز انواع خاک‌ها از نقطه نظر کشاورزی به نوع و مقدار مواد آلی (ازت و کربن) موجود در آن بستگی دارد. نیتروژن موجود در اتمسفر بطور مستقیم قابل استفاده برای گیاهان نمی‌باشد. بلکه ترکیبات نیتروژن‌دار لازم برای رشد گیاهان باید به شکل قابل حل در خاک وجود داشته باشد که این عمل در خاک‌ها بوسیله برخی از گیاهان و باکتری‌ها انجام می‌شود. خاک‌ها معمولا دارای یک نوع مواد آلی کربن‌دار تیره رنگی هستند که هوموس نامیده می‌شوند و از بقایای گیاهان بوجود می‌آید.

• زمان :
هر قدر مدت عمل تخریب کانی‌ها و سنگ‌ها بیشتر باشد عمل تخریب فیزیکی و شیمیایی کاملتر انجام می‌گیرد. زمان تخریب کامل بسته به نوع سنگ ، ساخت و بافت سنگ‌ها و نیز ترکیب و خاصیت تورق کانی‌ها متفاوت می‌باشد ولی بطور کلی سنگهای رسوبی خیلی زودتر تجزیه شده و به خاک تبدیل می‌شوند، در صورتیکه سنگهای آذرین مدت زمان بیشتری لازم دارند تا تجزیه کامل در آنها صورت گرفته و به خاک تبدیل گردند.

• آب و هوا :

• وفور آب‌های نفوذی و عوامل آب و هوا از قبیل حرارت ، رطوبت و غیره در کیفیت خاک‌ها اثر بسزایی دارند. جریان آبهای جاری بخصوص در زمین‌های شیب‌دار موجب شستشوی خاک‌ها می‌شوند و با تکرار این عمل مقدار مواد معدنی و آلی بتدریج تقلیل می‌یابد. اثر تخریبی اتمسفر همانطور که قبلا بیان گردید روی برخی از کانی‌ها موثر و عمیق می‌باشد و هر قدر رطوبت همراه با حرارت زیادتر باشد شدت تخریب نیز بیشتر می‌گردد.

• توپوگرافی محل تشکیل خاک :
اگر محلی که خاک‌ها تشکیل می‌شوند دارای شیب تند باشد در نتیجه مواد تخریب شده ممکن است بوسیله آبهای جاری و یا عامل دیگری خیلی زود بسادگی از محل خود بجای دیگری حمل گردند و یا شستشو بوسیله آبهای جاری و یا عامل دیگری خیلی زود بسادگی از محل خود بجای دیگری حمل گردند و یا شستشو بوسیله آبهای جاری باعث تقلیل مواد معدنی و آلی خاک‌ها شود در نتیجه این منطقه خاک‌های خوب تشکیل نخواهند شد. ولی برعکس در محل‌های صاف و مسطح که مواد تخریب شده بسادگی نمی‌توانند به جای دیگری حمل شوند فرصت کافی وجود داشته و فعل و انفعالات بصورت کامل انجام می‌پذیرد.

مواد تشکیل دهنده خاک‌ها
موادی که خاک‌ها را تشکیل می‌دهند به چهار قسمت تقسیم می‌شوند :

• مواد سخت : مواد سخت را ترکیبات معدنی تشکیل می‌دهند ولی ممکن است دارای مقداری مواد آلی نیز باشند. البته این ترکیبات معدنی از تخریب سنگ‌های اولیه یا سنگ مادر حاصل شده‌اند که گاهی اوقات همراه با مواد تازه کلوئیدی و نمک‌ها می‌باشند.
• موجودات زنده در خاک‌ها : تغییراتی که در خاک‌ها انجام می‌پذیرد بوسیله موجودات زنده در خاک انجام می‌گیرد. قبل از همه ریشه گیاهان ، باکتری‌ها ، قارچها ، کرم‌ها و بالاخره حلزون‌ها در این تغییرات شرکت دارند.
• آب موجود در خاک‌ها : آبی که در خاک وجود دارد حمل مواد حل‌شده را به عهده دارد که البته این مواد حمل شده برای رشد و نمو گیاهان به مصرف می‌رسد. آب موجود در خاک‌ها از باران و آبهای نفوذی ، آب جذب شده و بالاخره آبهای زیرزمینی تشکیل شده که در مواقع خشکی از محل خود خارج شده و بمصرف می‌رسد.
• هوای موجود در خاک : هوا همراه با آب در خوه‌های خاک‌ها وجود دارد که البته این هوا از ضروریات رشد و نمو گیاهان و ادامه حیات حیوانات می‌باشد. مقدار اکسیژنی که در این هوا وجود دارد از دی اکسید کربن کمتر است و این بدان علت است که ریشه گیاهان برای رشد و نمو اکسیژن مصرف کرده و دی اکسید کربن پس می‌دهند.

نیم‌رخ عمومی خاک‌ها
نیم‌رخ خاک‌ها معمولا از 3 افق A,B,C تشکیل شده است.
• افق A : که به نام خاک بالایی نامیده می‌شود، فوقاتی‌ترین منطقه خاک است و این همان افقی است که رشد و نمو گیاهان در آن نفوذ می‌کنند. این افق از مواد خاکی نرم (رس) که غنی از مواد آلی و موجودات زنده میکروسکوپی است تشکیل یافته است که وجود این مواد آلی باعث رنگ خاکستری تا سیاه این افق می‌گردد. البته این زمین غالبا برای کشاورزی مناسب می‌باشند. اکسیدهای آهن و همچنین بعضی از مواد محلول ممکن است از این منطقه به افق B برده شوند و در آنجا رسوب کنند.

• افق B : قشر بین افق A و C را یک قشر دیگر تشکیل می‌دهد که به نام افق B یا خاک میانی نامیده می‌گردد. در این افق عمل تخریب و تجزیه به مراتب بیشتر از افق C پیشرفت و اثر کرده است و از کانی‌های سنگ مادر فقط آن دسته دیده می‌شوند. که بسیار مقاومند (مثل کوارتز) ولی سایر کانی‌ها به شدت تجزیه شده‌اند. این افق معمولا از مواد رسی ، ماسه و شن‌های ریز و درشت و گاه مقادیر کمی بقایای نباتی تشکیل شده است. در این افق علاوه بر مواد رسی ، در آب و هوای مرطوب ، اکسیدهای آهن و همچنین مواد محلول‌تر که بوسیله آب‌های نفوذی از افق A به آنجا آورده شده‌اند دیده می‌شوند.

• افق C : که به آن خاک زیرین نیز گفته می‌شود، افقی است که مواد سنگی به میزان خیلی کم تخریب و تجزیه شده‌اند و در نتیجه سنگ‌های اولیه زیاد تغییر نکرده بلکه بصورت قطعات خرد شده می‌باشند. زیر این منطقه سنگ‌های تخریب نشده یعنی سنگ اولیه قرار دارد که هیچگونه تخریب و یا تجزیه‌ای در آن صورت نگرفته است.
ساختار خاک

خاک توده‌ای از مواد طبیعی با شرایط مناسب برای پرورش گیاهان که تحت تاثیر عوامل تخریبی (اثر عوامل جوی و موجودات ذره بینی) و عوامل سازنده (تشکیل مواد سمی و مشخص شدن افقهای مختلف) بوجود آمده است. خاکهای مناطق مختلف دارای خصوصیات یکسان نیستند.

همانطور که بشر برای بقای خود به خاک متکی است، دوام و تکامل خاک نیز تا حد زیادی به نحوه استفاده بشر از آن بستگی دارد. رشد و نمو گیاهان که علاوه بر سالم و زیبا ساختن محیط زیست ، منبع اصلی احتیاجات خوراکی و پوشاکی ما را تشکیل می‌دهد، بدون خاک امکان‌پذیر نیست. بی دلیل نیست که در طول تاریخ ، ظهور تمدنهای بزرگ در مناطقی که خاک خوب موجود بوده، صورت گرفته و سقوط تمدن بزرگ بین‌النهرین و دره رود نیل همزمان با تخریب خاکها در آن مناطق اتفاق افتاده است.

خاک آنقدر در طبیعت فراوان است که بسیاری از افراد واقعا تعمق نکرده‌اند که خاک چیست؟ از چه موادی بوجود آمده؟ و چه اختلافی ممکن است بین خاکها موجود باشد؟ قسمتی از این عدم توجه به معنی واقعی خاک ، شاید به علت این است که برای اشخاص مختلف ، خاک مفاهیم گوناگونی دارد. هر علمی برای آنکه بنحو احسن مورد مطالعه قرار گیرد، بایستی بتواند یک تصور ذهنی ایجاد کند. این تصور ذهنی را مدل گویند.

تاریخچه استفاده از خاک
بنظر می‌رسد که انسان اولیه تا زمانی که مواد غذایی خود را از طریق شکار بدست می‌آورده، چندان توجهی به خاک نداشته است، ولی بتدریج که کشت جایگزین شکار می‌شده، اهمیت خاک نیز افزایش یافت. این تغییر روش در حدود 9000 سال پیش در کوههای زاگرس و خوزستان و قسمتی از عراق امروزی بین رودخانه‌های دجله و فرات صورت گرفته و در واقع اولین انقلاب کشاورزی در ایران آغاز شده است.

اجزا اصلی خاک
4 جز اصلی خاک عبارتند از: مواد معدنی ، مواد آلی ، آب و هوا. این اجزا بطور نزدیکی در ارتباط با یکدیگر هستند. بطوری که جدا کردن آنها مشکل است. حجم نسبی این اجزا که برای رشد گیاه مناسب باشد، بدین صورت است که در آن 50 درصد بوسیله مواد جامد (45 درصد مواد معدنی و 5 درصد مواد آلی) اشغال شده و 50 درصد بقیه شامل فضای منافذ است که بوسیله آب یا هوا اشغال می‌شوند. البته این نسبت آب و هوا بسیار متغیر بوده و تحت تاثیر شرایط خاک و جو قرار می‌گیرد.
پروفیل یا نیمرخ خاک

اگر قسمتی از خاک به طرف پایین حفر شود، لایه‌های افقی مشخصی در عمقهای مختلف آن به چشم می‌خورد. این مقطع را پروفیل خاک و لایه‌های مشخص آن را افق گویند. تمام افقهای بالای مواد مادری بطور جمعی Solum نامیده می‌شوند. مشخصات پروفیل خاک برای طبقه بندی و ارزیابی و نقشه برداری خاک بکار می‌رود.
لایه‌های بالایی پروفیل ، دارای مواد آلی بیشتری بوده و به همین علت رنگ آنها تیره است. این لایه‌ها را خاک سطح‌الارضی Top Soil گویند. لایه‌های عمیق‌تر خاک یا خاک تحت‌الارضی SubSoil به علت کمی مواد آلی رنگ روشن‌تری دارند و محل تجمع موادی هستند که از لایه‌های سطح‌الارضی شسته شده‌اند. مهمترین قسمت خاک از نظر رشد گیاهان لایه‌های سطح‌الارضی آن است که بیشتر مواد غذایی و آب قابل جذب گیاهان در این لایه‌ها متمرکز می‌شود و ریشه‌های گیاهان در اینجا یافت می‌شود.

ساختمان خاک

نحوه قرار گرفتن و چگونگی اجتماع ذرات خاک را ساختمان آن می‌گویند. گرچه در یک پروفیل خاک ممکن است یک نوع ساختمان بیش از سایرین دیده شود، ولی معمولا در افقها یا لایه‌های مختلف ممکن است، چند نوع ساختمان یافت شود. بسیاری از خواص فیزیکی خاک مانند حرکت آب ، تهویه ، انتقال حرارت ، وزن مخصوص ظاهری و فضای منافذ به ساختمان خاک بستگی دارد. در واقع تمام عملیات از قبیل شخم و زهکشی ، دادن کود حیوانی و آهک زدن که برای بهبود وضعیت فیزیکی خاک انجام می‌شود، روی ساختمان خاک اثر گذاشته و تاثیری روی بافت آن ندارد. ساختمانهای موجود از یکی از دو حالت زیر بوجود می‌آید:
• تک دانه‌های ذرات خاک که بطور فردی وجود داشته و اجتماع مشخصی از ذرات در آنها صورت نگرفته است.
• توده‌های فشرده و بی شکل و نامنظمی از ذرات که هیچ خصوصیات ساختمانی مشخصی ندارند.

انواع ساختمانهای خاک
برحسب شکل ظاهری 6 نوع ساختمان را می‌توان در خاک تشخیص داد. این ساختمانها به اسامی بشقابی ، ستونی ، منشوری ، مکعبی ، فندقی ، دانه‌ای و اسفنجی شناخته می‌شوند.
• ساختمان بشقابی:
توده‌های خاک به صورت لایه‌های نازک افقی روی هم قرار گرفته‌اند. بیشتر در لایه‌های سطحی خاک وجود دارند، ولی گاهی در لایه‌های عمیق هم دیده می‌شوند.
• ساختمانهای ستونی و منشوری :

توده‌های خاک بطور عمودی روی هم قرار گرفته‌اند، ارتفاع ستونهای حاصل متغیر و قطر آنها گاهی به 15 سانتیمتر می‌رسد. بیشتر در لایه‌های عمیق خاک مناطق خشک و نیمه خشک دیده می‌شود. در صورتی که بالای این ساختمانها گرد باشد، آنها را ستونی و اگرا مسطح باشد، آنها را منشوری گویند.
• ساختمانهای مکعبی و فندقی :

توده‌های خاک به صورت مکعبهایی با سطوح نامنظم ، ولی ابعاد تقریبا مساوی در آمده‌اند. اگر لبه‌های سطوح بیشتر تیز و مشخص باشد، ساختمان را مکعبی و اگرا این لبه‌ها صاف شده باشد، ساختمان را فندقی گویند. این نوع ساختمان در لایه‌های عمیق خاک دیده می‌شود.

• ساختمانهای کروی )دانه‌ای یا اسفنجی) :
توده‌های خاک شکل گرد داشته و قطر آنها معمولا از یک سانتیمتر کمتر است. این ساختمانها کاملا متخلخل بوده و اتصال بین ذرات ضعیف است)دانه‌ای( و درصورتی که ساختمان کاملا باز و درجه تخلخل زیاد باشد، ساختمان را اسفنجی گویند. ساختمانهای کروی بیشتر در لایه‌های سطحی خاک یافت می‌شوند و به آسانی تحت تاثیر عملیات زراعی قرار می‌گیرند.

آب خاک
آب خاک همراه با مواد محلول در آن ، محلول خاک را تشکیل می‌دهد که از آن ریشه گیاهان ، عناصر غذایی را جذب می‌کنند. مولکولهای آب در داخل منافذ خاک به حالت جذب شده نگهداری شده و شدت جذب به مقدار آب بستگی دارد.