درسنامه آموزشی آب و خاک و گیاه کلاس دهم گروه کشاورزی و غذا

واحد یادگیری 1: تشکیل و تکامل خاک

- آیا می‌دانید ایرانیان چهار عنصر آب، هوا، خاک و آتش را عنصرهای سازندۀ جهان می‌دانستند و به آن‌ها احترام می‌گذاشتند؟
- آیا مفهوم خاک از دیدگاه‌های گوناگون یکسان است؟ کشاورز، زمین شناس، عمران و ...؟
- آیا می‌دانستید میزان خطر آلوده‌کردن خاک از دیگر آلودگی‌ها بیشتر است؟
- چرا خاک در سلامت انسان نقش دارد؟
- آیا می‌دانید چند سال طول می‌کشد تا یک سانتی‌متر خاک تشکیل شود؟

خاک یکی از منابع ارزشمند طبیعت است که در حدود 69 درصد غذای مورد نیاز انسان از آن تأمین می‌گردد. در نبود خاک سالم، حیات نیز روی کره زمین امکان‌پذیر نخواهد بود. همچنین خاک‌ها روز به روز به قبرستان مواد زیانبخش و زیان‌آور تبدیل می‌شوند و از طرفی به‌طور روز افزون بر اثر ایجاد ساختمان و راه و تأسیسات شهری و صنعتی مقدار زیادی از خاک از گردش طبیعی و نیز از حوزه کشاورزی خارج می‌گردد و تبدیل به خاک مرده می‌شود. بنابراین مدیریت صحیح برای داشتن خاکی سالم لازمهٔ بقای انسان است.

استاندارد عملکرد

هنرجو پس از اتمام این واحد یادگیری، انواع سنگ‌های تشکیل‌دهنده پوسته جامد زمین را تشخیص می‌دهد. تعداد کانی‌های تشکیل‌دهنده سنگ‌ها را تشخیص می‌دهد. تشکیل و نحوه تکامل خاک را با طراحی برخی آزمایش‌ها نشان می‌دهد. با کندن یک پروفیل خاک عمق خاک سطحی و زیرین را مشخص می‌کند.

اهمیت خاک

تا زمانی که بشر با شکار و جمع‌آوری، خوراک خود را تهیه می‌کرد نیازی به تفکر دربارهٔ طبیعت و ارزش خاکی که زیر پایش بود نداشت؛ ولی همین که بجای جمع‌کردن غذا اقدام به کاشت کرد و طبیعت و خاک اثر مستقیمی در زندگیش پیدا کرد مجبور شد دربارة خاک فکر کند، در آن موقع بشر فکر کرد که خاک زیر پایش بستری است برای نشو و نمای گیاهان، جایی است که می‌توان در آن بذری کاشت که از آن گیاهی حاصل شود تا غذای او را تأمین کند.

تغییر از جمع‌آوری غذا به کاشت غذا به باور عمومی در بیش از 9000 سال قبل در دامنه‌ها و دشت‌های اطراف سلسله جبال زاگرس و در کنار رود‌های دجله و فرات جایی که امروز قسمتی از ایران و عراق است پایه‌گذاری شد. در واقع اولین انقلاب کشاورزی از سرزمین ما آغاز شده است. مشکل است بتوان گفت که مردم آن زمان دربارة خاک چه فکر می‌کردند. ولی از آنجایی که از آن برای تولید غذا استفاده می‌کردند، که حداقل آن را بستر رشد و نمو گیاهان خود می‌دانستند.

خاک

خاک یک جسم پویا و طبیعی است که در سطح زمین قرار دارد و محیط رشد و نمو گیاهان است. خواص آن در اثر اقلیم و موجودات زنده روی سنگ مادر شکل گرفته است و در طی زمان طولانی تغییر کرده است. برای آنکه خاک محیط مناسبی برای رشد گیاهان باشد باید نیازهای آن را تأمین کند. نیازهایی که خاک برای گیاه تأمین می‌کند عبارت‌اند از: آب، عناصر غذایی، اکسیژن و محلی برای لنگرگاه ریشه گیاهان.

تعریف فوق از خاک تعریفی متداول است، ولی دیدگاه‌های متفاوتی از این ماده ارائه شده است. آنچه از نظر کشاورز، خاک محسوب می‌شود از نظر زمین شناس می‌تواند سنگ نرم شده و از نظر مهندس ساختمان زمین و از نظر اقتصاددان، اراضی تعریف شود.

بنابر یافته‌های زمین شناسان، کرة زمین به‌صورت تودهٔ مذابی بوده که با سردشدن تدریجی سطح خارجی آن سفت و سخت‌شده و به‌صورت پوستهٔ جامد درآمده است که به آن لیتوسفر (Lithospher) می‌گویند. لیتوسفر از سه نوع سنگ تشکیل شده است:

سنگ‌های آذرین

این سنگ از سردشدن مواد مذاب درون زمین تشکیل شده است. به مواد مذاب ماگما می‌گویند.

ماگما ممکن است که از سطح پوسته بیرون نیاید و به آهستگی و طی سالیان متمادی سرد شود در این صورت سنگ‌های آذرین درونی را به وجود می‌آورد. به ماگمایی که از دهانهٔ آتشفشان بیرون می‌آید گدازه می‌گویند. گدازه‌ها طی چندین روز به سرعت سرد می‌شوند و سنگ‌های آذرین بیرونی را به وجود می‌آورند.

سنگ‌های رسوبی

این سنگ از تجمع و تراکم رسوبات تشکیل می‌گردد.

عوامل مختلفی باعث از هم پاشیدن ساختمان سنگ‌ها و خردشدن آن‌ها می‌شوند. خرده سنگ‌ها همراه با مواد محلول به جاهای پستی مانند دریاها، دریاچه‌ها، رودخانه‌ها و سایر نقاط دیگر می‌روند و در آنجا رسوب می‌کنند. رسوبات در اثر عوامل گوناگونی مانند فشار و گرما به هم می‌پیوندند و سنگ‌های سخت و یکپارچه‌ای را می‌سازند که به آن‌ها سنگ‌های رسوبی می‌گویند.

سنگ‌های رسوبی به علت لایه‌لایه‌بودن و داشتن سنگواره (Phosil) موجودات گذشته به زمین شناسان کمک می‌کند تاریخ گذشته زمین را بازسازی کنند.

سنگ‌های دگرگون

در اثر فشار و گرمای زیاد درون زمین سنگ‌های آذرین و رسوبی تغییر شکل می‌دهند و سنگ‌های جدیدی را به وجود می‌آورند که به آن‌ها سنگ‌های دگرگونی می‌گویند. سنگ دگرگونی ممکن است نسبت به سنگ اولیه شکل و اندازهٔ جدیدی داشته باشد.

از طرفی سنگ‌ها خود از واحدهایی به نام کانی تشکیل شده‌اند. کانی عبارت است از: مواد معدنی با ترکیب شیمیایی معین و با خصوصیات فیزیکی ثابت مانند: شکل، سختی، نقطه ذوب، رنگ مشخص می‌باشد. در پوستة زمین حدود 2000 نوع کانی برآورد کرده‌اند. تصاویر مقابل کانی‌های سنگ‌ها را نشان می‌دهد.

ویژگی سنگ‌های رسوبی

- معمولاً از قطعات سنگی به هم سیمان شده که منجر به بافت دانه‌ای می‌شود، تشکیل شده‌اند.
- لایه‌لایه هستند و لایه‌های رسوبی موازی هستند.

ویژگی سنگ‌های آذرین

- معمولاً متشکل از کانی‌هایی هستند که قابل مشاهده‌اند به ویژه سنگ‌هایی که به آرامی سرد شده‌اند.
- کانی‌ها شکل هندسی منظمی دارند که به آن‌ها بلور می‌گویند.
- سنگ‌های آذرین درونی دارای بلورهای درشت هستند.
- سنگ‌های آذرین بیرونی دارای بلورهای ریز هستند.
- معمولاً محکم هستند.

ویژگی سنگ‌های دگرگون

1- بسیار چگال و گاهی اوقات درخشان به نظر می‌رسند.
2- معمولاً سنگ‌های دگرگون سخت و محکم هستند.
3- این سنگ را به دلیل درخشان‌بودن در کارخانه سنگ بری برای نمای ساختمان صاف و صیقلی می‌کنند.

تعداد کانی‌های تشکیل‌دهنده سنگ را تعیین کنید.

- اندازه بلورها ممکن بسیار بزرگ و یا بسیار کوچک باشد.
- برخی کانی‌ها به یک رنگ دیده می‌شوند. برای نمونه طلا همیشه زرد و گرافیت همیشه سیاه است.
- سختی کانی‌ها متفاوت است.

پس از دسته‌بندی سنگ‌ها و تعیین تعداد کانی تشکیل‌دهنده در هر سنگ، گزارش خود را به هنرآموز مربوطه ارائه نمایید.

عناصر شیمیایی سازندهٔ زمین

کانی‌های مختلف، از عناصر شیمیایی به وجود آمده‌اند. در حقیقت از اجتماع عناصر شیمیایی کانی‌های مختلف تشکیل می‌شود. حدود 93 عنصر شیمیایی در لیتوسفر وجود دارد جدول زیر بخشی از عناصر موجود در پوستهٔ زمین و درصد تقریبی هر یک از آن‌ها را نشان می‌دهد.

تشکیل خاک

پوستهٔ جامد زمین به علت تماس دائم با آب، هوا و سایر عوامل دائماً در حال تغییر است. نتیجه این تغییر، تبدیل تدریجی سنگ‌ها به خاک است. به عبارت دیگر تخریب سنگ‌ها و تبدیل آن به خاک را هوادیدگی می‌گویند. چنین تحولی به کندی صورت می‌گیرد و برای انجام آن پدیده‌ها و مکانیسم‌های مختلفی دخالت دارند. عوامل مؤثر در هوادیدگی شامل سه گروه است:

1- عوامل مکانیکی یا فیزیکی؛ 2- عوامل شیمیایی؛ 3- عوامل بیولوژیکی.

1- عوامل مکانیکی یا فیزیکی

این عوامل منجر به متلاشی‌شدن سنگ‌ها می‌شوند. از این دسته عوامل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

- فشار حاصل از یخ‌زدن آب درون سنگ‌ها
- انقباض و انبساط سنگ‌ها در اثر گرم و سردشدن
- ورود نمک محلول به درون سنگ و ایجاد فشار حاصل از رشد نمک، تشکیل بلور انواع نمک‌ها باعث افزایش حجم شده که در نهایت منجر به خردشدن سنگ‌ها می‌شود.
- فشار حاصل از رشد ریشه گیاهان
- انرژی حرکتی آب، باد، یخچال و نیروی ثقل

2- عوامل شیمیایی:

این عوامل فرایند هوا دیدگی فیزیکی را تکمیل می‌کند. در تشکیل خاک تجزیهٔ شیمیایی نقش عمده‌ای را عهده دار است و نه تنها روی سنگ‌های متلاشی‌شده تأثیر می‌گذارد؛ بلکه کانی‌های جدیدی را به وجود می‌آورد که در خواص فیزیکی و شیمیایی خاک مؤثر است، از این دست عوامل می‌توان موارد زیر را نام برد:

انحلال: حل‌شدن بعضی از کانی‌ها در آب، حفراتی را در سنگ به وجود می‌آورد و آن‌ها را تخریب می‌کند.

هیدرولیز آب: هیدرولیز یک واکنش شیمیایی بین آب و کانی‌ها است. هرگاه در مجاورت یک کانی آبی در دسترس باشد این واکنش آغاز می‌شود. ابتدا آب تجزیه‌شده، سپس یون‌های حاصل به کانی‌ها حمله می‌کنند و باعث تخریب آن‌ها می‌شوند.

${H_2}O \to \left[ {{H^ + }} \right] + \left[ {O{H^ - }} \right]$

اکسیداسیون و احیا: اکسیداسیون کانی‌ها در اکثر موارد توسط اکسیژنی که در آب محلول و هوا وجود دارد صورت می‌گیرد و هرچه غلظت اکسیژن محلول در آب بیشتر و آب اسیدی‌تر باشد قدرت اکسیدکنندگی آب افزایش می‌یابد. در زیر سطح ایستابی معمولاً به علت عدم وجود اکسیژن شرایط احیا وجود دارد. اکسیداسیون و احیا کانی‌های دارای آهن و منگنز در خاک زیاد مشاهده می‌شود.

شرایط اکسیدشدن آهن

$2FeO + \frac{1}{2}{O_2} \to F{e_2}{O_3}$

شرایط احیاشدن آهن

$F{e_2}{O_3} \to 2FeO + \frac{1}{2}{O_2}$

آبگیری کانی‌ها: منظور اضافه‌شدن مولکول آب به بعضی از کانی‌هاست. آبگیری در تشکیل کانی‌های رسی اهمیت زیادی داشته و حتی ممکن است آب جزء ساختمان بلور کانی شود، مثل کانی گچ که می‌تواند با گرفتن آب به‌صورت زیر درآید:

$CaS{O_4} + 2{H_2}O \to CaS{O_4},2{H_2}O$

کربناته و بیکربناته‌شدن کانی‌ها: دی‌اکسید کربن موجود در هوا با آب ترکیب شده و اسید ضعیفی به وجود می‌آورد که میل ترکیبی آن با کانی‌ها زیاد است؛ بنابراین هرچه دی‌اکسیدکربن بیشتری در آب باران حل شود، آب‌های اسیدی به وجود می‌آید که در تخریب سنگ‌ها تأثیر به سزایی دارد. در این نوع واکنش‌ها کربنات‌ها با آب و کربن دی‌اکسید ترکیب شده و بی‌کربنات‌ها را به وجود می‌آورند.

نکات ایمنی، بهداشتی و حفاظتی:

- از بشری استفاده کنید که نسبت به حرارت مقاوم باشد.
- در هنگام قراردادن سنگ‌ها در بشر احتیاط کنید.

3- عوامل بیولوژیکی:

هرگونه تخریب سنگ‌ها را که توسط موجود زنده شامل گیاهان، جانوران و موجودات میکروسکوپی انجام می‌شود تخریب حیاتی یا بیولوژیکی می‌نامند. تخریب و متلاشی‌شدن سنگ‌ها و کانی‌ها تا حد قابل توجهی تحت تأثیر فعالیت گیاهان، حیوانات و باکتری‌هاست. اقلیم هر منطقه نوع گیاهان آنجا را مشخص می‌کند. گیاهان به‌صورت‌های زیر در تخریب سنگ‌ها دخالت دارند:

- آب و املاح محلول را از اعماق خاک به سطح می‌آورند و موجب گردش محلول آب خاک می‌شوند.
- مواد آلی شاخ و برگ گیاهان در اثر آب‌شویی، محلول اسیدی ایجاد می‌کنند که در انحلال و انتقال نمک‌ها و کانی‌ها نقش به سزایی دارند.
- ریشة گیاهان به علت دارا بودن خاصیت اسیدی به تخریب سنگ‌ها کمک می‌کند.
- ایجاد معبر توسط ریشه گیاهان جهت جریان آب و املاح در خاک
- فعالیت حیاتی ریشه، گاز کربنیک به وجود می‌آورد و این گاز، کربنیک اکسید تولید می‌کند که در تخریب سنگ‌ها تأثیر دارد.
- ریشهٔ گیاهان در درز و ترک سنگ‌ها نفوذ کرده و آن‌ها را خرد می‌کند.

اکثر جانوران خاکزی مانند مورچه‌ها، حشرات، کرم‌های خاکی، موریانه‌ها و موش‌ها در اثر زندگی در خاک باعث ورود اکسیژن به خاک شده و بقایای حاصل از این موجودات امکان انجام واکنش‌های شیمیایی را بیشتر می‌کند. موجودات میکروسکوپی که شامل نماتدها، پروتوزوآها، جلبک‌های سبز و غیره هستند؛ نیز با تجزیه موادآلی و تولید اسید آلی باعث حل‌شدن تدریجی کانی‌ها می‌گردند.

در تخریب سنگ و تشکیل خاک زمان خیلی مهم است؛ زیرا در زمان طولانی عوامل مؤثر در تشکیل خاک بر سنگ‌ها اثر گذاشته و آن‌ها را تخریب می‌کنند و بدون در نظر گرفتن زمان، امکان تشکیل خاک غیرممکن است.

تکامل خاک

اگر چند سنگ را خرد کنیم و گیاهی در آن بکاریم رشد نخواهد کرد. به همین دلیل به اجزای ریز تولیدشده، خاک مطلوب کشاورزی نمی‌گویند زیرا این اجزای ریز چون تکامل نیافته‌اند و توانایی آن را ندارند که عناصر غذایی موردنیاز گیاه را تأمین کنند. خاک‌ها با گذشت زمان طولانی بسته به نوع سنگ اولیه باید چند صد سال بگذرد تا همهٔ عوامل هوا دیدگی بر آن‌ها تأثیر بگذارد و تکامل یابند و تغییراتی در آن به وجود آید تا بتوانند عناصر غذایی مورد نیاز گیاهان را تأمین کنند. برای همین است که خاک را جز منابع تجدیدناپذیر می‌دانند؛ زیرا مدت زمانی که برای تشکیل و تکامل خاک لازم است طولانی است. پس باید در حفظ این منبع خدادادی تلاش کنیم.

با گذشت زمان در اجزاء خردشدهٔ سنگ‌ها اتفاقاتی می‌افتد و آن‌ها را به خاک تبدیل می‌کند. یکی از مهم‌ترین این اتفاقات تشکیل لایه‌ها و طبقات در خاک است. هرچه خاکی تکامل یافته‌تر باشد تعداد و ضخامت لایه‌های آن بیشتر است. این موضوع را در مقایسه خاک کوهستان و دشت می‌توان دید.

نیمرخ (Profile) خاک

اگر گودالی به عمق حدوداً 2 متر حفر کنیم و مقطع قائم آن را مورد بررسی قرار دهیم لایه‌ها را مشاهده خواهیم کرد هر یک از این لایه‌ها را افق می‌نامند و به مجموعه این افق‌ها نیمرخ یا پروفیل خاک می‌گویند.

انواع افق موجود در خاک

معمولاً افق‌ها را از سطح خاک تا سنگ بستر با حروف لاتین نام‌گذاری می‌کنند. در یک خاک ممکن است دو یا چندین لایه وجود داشته باشد مهم‌ترین افق‌های خاک عبارت‌اند از:

افق O

افق مواد آلی در خاک‌های معدنی بوده و در سطح خاک تشکیل شده یا در حال تشکیل است. این افق محتوی مواد آلی تجزیه‌شده و تجزیه نشده گیاهان است. این افق معمولاً در خاک‌های مناطق جنگلی و دارای آب و هوای گرم و مرطوب بیشتر دیده می‌شود.

افق A

افق A یا افق شست‌وشو در زیر افق O قرار دارد و در صورت نبودن افق مواد آلی در سطح خاک قرار می‌گیرد. کانی‌های مقاوم از قبیل کوارتز در آن به فراوانی دیده می‌شود. اگر مواد آلی تجزیه نشده در این افق جمع شوند و با سایر مواد معدنی مخلوط شوند رنگ آن تیره بوده در غیر این صورت رنگ آن‌ها روشن است. این افق از نظر مواد غذایی و اکسیژن غنی‌تر از سایر افق‌هاست.

افق B

افق تجمع مواد که در زیر افق A قرار دارد و به‌طور معمول مواد شسته‌شده از طبقه بالا در آن جمع می‌شود. تراکم کانی‌های رسی، آهن، آلومینیوم و گاهی هوموس در آن دیده می‌شود و به همین دلیل رنگ آن تیره است. فعالیت شیمیایی افق B نسبت به افق A بیشتر است اما فعالیت بیولوژیکی این افق نسبت به افق A کمتر است.

افق C

افق معدنی که روی سنگ بستر تشکیل شده، اما سنگ بستر نیست. این افق دارای قطعاتی از جنس سنگ بستر است و مشخصات افق‌های A و B را ندارد.

افق R

افق سنگ بستر شامل سنگ‌های بزرگ و بدون تخریب بوده و خاک رویی از آن به وجود آمده است. در مناطق مختلف با شرایط اقلیمی متفاوت و انواع سنگ بستر، خاک‌های مختلفی با افق‌های متفاوت به وجود می‌آید. در علم خاکشناسی بر اساس مشخصات افق‌ها و سایر عوامل مانند خصوصیات شیمیایی و فیزیکی و اقلیم، خاک‌ها را طبقه‌بندی می‌کنند.

در کشاورزی خاک را به دو طبقه رویین و زیرین تقسیم می‌کنند.

خاک سطحی یا رویین

قسمتی از خاک سطحی است که بیشتر فعالیت‌های کشاورزی در آن انجام می‌گیرد و معمولاً تخلخل بیشتری دارد و ریشهٔ گیاهان در آن رشد می‌کند. از نظر خاک‌شناسی این بخش شامل افق‌های A و O است. هرچه ضخامت خاک رویی بیشتر باشد از نظر زراعی خاکی مناسب است. در مناطق کوهستانی به علت شیب زیاد و در اثر فرسایش، خاک سطح‌الارض بسیار کم عمق بوده و در عوض در مناطق پست و مسطح عمق آن افزایش می‌یابد.

در خاک‌هایی که ضخامت خاک سطح‌الارض کم است در صورت امکان می‌توان با استفاده از ادوات کشاورزی و به مرور زمان به عمق شخم افزود و از این طریق ضخامت خاک سطحی را افزایش داد. به طورکلی اگر ضخامت خاک سطح‌الارض 50- 100 سانتی‌متر باشد خاک عمیق و اگر کمتر از 25 سانتی‌متر باشد خاک کم عمق است. ضخیم‌بودن خاک سطحی یکی از ویژگی‌های خاک‌های زراعی خوب محسوب می‌شود. بین عمق خاک و میزان محصول و رشد گیاهان رابطه مستقیم وجود دارد؛ زیرا خاک‌های عمیق به علت توسعهٔ ریشه امکان جذب عناصر غذایی و آب بیشتری را فراهم می‌کنند.

خاک زیرین

قسمتی از پروفیل خاک که در زیر خاک رویی قرار داشته، معمولاً متراکم و فشرده بوده و به ندرت ریشهٔ گیاهان زراعی در آن یافت می‌شود. در این قسمت به علت عدم وجود اکسیژن و فشرده‌بودن خاک موجودات میکروسکوپی فعالیت چندانی ندارند و شامل بخش‌های زیرین افق B و افق C است. خاک زیرین استعداد تولید گیاه را نداشته و از نظر کشاورزی اهمیت چندانی نیز ندارد.

اجزای خاک

اگر به یک کلوخه خاک به دقت نگاه کنیم دو بخش کاملاً متمایز در آن می‌بینیم الف) بخش جامد خاک ب) بخش خلل و فرج خاک.

الف) بخش جامد خاک

1. مواد معدنی: شامل اجزای حاصل از تخریب و تجزیه سنگ‌هاست که به‌صورت‌های شن، سیلت و رس در خاک مشاهده می‌شود. مبنای تقسیم‌بندی ذرات معدنی خاک قطر آن‌ها است. در بخش‌های آینده دربارهٔ این ذرات بیشتر یاد می‌گیرید.

2. مواد آلی: این مواد از بقایای جانوری و گیاهی که در مراحل مختلف تجزیه و فساد قرار دارند تشکیل شده است. نام دیگر مواد آلی کلوئیدهای آلی خاک است و تأثیر زیادی درجذب آب و نگهداری مواد غذایی دارند، ضمناً باعث چسبیدن ذرات معدنی خاک به یکدیگر می‌شوند.

ب) خلل و فرج:

فضاهای خالی موجود بین ذرات خاک خلل و فرج خاک محسوب می‌شوند و آب و هوای مورد نیاز گیاهان را تأمین می‌کند. اگر خاکی فضاهای خالی آن کم باشد گیاهان به خوبی در آن رشد نمی‌کنند.

به طور کلی در یک خاک مناسب 50 درصد آن بخش جامد و 50 درصد دیگر بخش خلل و فرج است. شکل زیر ساختار حجمی خاک مناسب را نشان می‌دهد. در فضاهای خالی با توجه به شرایط متفاوت آب و هوا، می‌تواند جایگزین یکدیگر شوند.

در شکل زیر میزان اجزای خاک را در سه نوع خاک شنی، متوسط و رسی مشاهده می‌کنید.

با توجه به طرز قرار گرفتن ذرات خاک در کنار یکدیگر انواع مختلفی از خلل و فرج در خاک ایجاد می‌شود که از نظر اندازه آن‌ها را به سه دسته تقسیم می‌کنند:

- خلل و فرج درشت: آب در اثر نیروی وزن در آن حرکت می‌کند و بیشتر مواقع در آن هوا قرار دارد.
- خلل و فرج متوسط: با توجه به شرایط در آن آب و هوا در جریان است و هدایت آب و عناصرغذایی را به عهده دارد.
- خلل و فرج ریز: فضاهایی هستند که بیشتر مواقع آب در آن نگهداری می‌شود و مواقع لزوم در اختیار گیاه قرار می‌دهد.

واحد یادگیری 2: خصوصیات فیزیکی خاک

- آیا می‌دانید در تصمیم‌گیری برای انتخاب نمونۀ خاک به چه نکته‌هایی باید توجه کرد؟
- آیا مقاصد اندازه‌گیری خصوصیات فیزیکی خاک در کشاورزی را می‌دانید؟

فیزیک خاک یکی از شاخه‌های علم خاک‌شناسی است و وظیفه پیش‌بینی، اندازه‌گیری و کنترل فرایند‌های فیزیکی که در خاک رخ می‌دهد را بر عهده دارد. اهداف کاربردی اندازه‌گیری خصوصیات فیزیکی خاک در کشاورزی بسیار زیاد است که از آن جمله می‌توان به مدیریت صحیح خاک در زمینه‌های آبیاری، زهکشی، حفاظت آب و خاک، شخم و انواع خاک‌ورزی، تنظیم دمای خاک و... اشاره کرد.

استاندارد عملکرد

هنرجو پس از اتمام این واحد یادگیری، نمونه‌های فرعی را از عمق مشخص‌شده تهیه نماید. از نمونه‌های فرعی نمونه مرکب یا نهایی تهیه کند. درصد سنگ ریزه خاک را تعیین کند. بافت خاک را به روش لمسی و هیدرومتری تعیین کند. پایداری خاکدانه‌ها را با استفاده از دو الک و سطل تعیین کند. وزن مخصوص ظاهری و حقیقی خاک را به‌دست آورد. درصد تخلخل خاک را به‌دست آورد. درصد رطوبت خاک را به روش وزنی و حجمی به دست آورد. میزان نفوذپذیری خاک را در مزرعه تعیین کند.

نمونه‌برداری خاک

برای افزایش تولیدات زراعی و باغی شناسایی خاک از ضروریات است بخشی از خاک که مورد ارزیابی قرار می‌گیرد نمونه نامیده می‌شود. نمونه‌برداری باید به طریقی انجام شود که نمایندهٔ کاملی از کل زمین موردنظر باشد. در نمونه‌برداری به منظور ارزیابی حاصلخیزی خاک، باید نوع بهره‌برداری مشخص شود سپس اقدام به جمع‌آوری اطلاعات اولیه و تهیه نقشه اراضی گردد در صورت عدم وجود نقشه می‌توان با تهیه کروکی وضعیت محل نمونه‌برداری را مشخص نمود. به دلیل اینکه کلیه آزمایشات بعدی ما در رابطه با خاک روی نمونه‌های برداشته شده انجام می‌گیرد. روش نمونه‌برداری باید به‌صورت صحیح انجام شود.

معمولاً روش‌های متفاوتی مانند زیگزاگ، مستطیلی و... برای نمونه‌برداری وجود دارد. یکی از این روش‌ها را با راهنمایی هنرآموز خود انتخاب کنید.

به نظر شما انتخاب روش نمونه‌برداری تأثیری در نتایج حاصل از نمونه‌ها دارد؟

قطعه‌بندی اراضی بایستی با توجه به مشخصات ظاهری خاک مانند رنگ خاک، شیب زمین، بافت خاک، پوشش گیاهی و … ابتدا زمین را به قطعاتی یکنواخت تقسیم کرد، سپس اقدام به نمونه‌برداری نمود.

عمق و تعداد نمونه

در این خصوص به سؤالات زیر پاسخ دهید:

- چه نوع گیاهی را می‌خواهید بکارید؟
- آیا عمق نفوذ ریشه همه گیاهان یکسان است؟

انواع نمونه

الف) نمونه دست‌خورده: نمونه‌ای است که خاک از لحاظ ظاهری و فیزیکی شبیه به خاک مزرعه نیست. برای اکثر آزمایش‌های شیمیایی خاک می‌توان از نمونهٔ دست‌خورده استفاده کرد.
ب) نمونه دست‌نخورده: نمونه‌ای است که خاک از نظر فیزیکی کاملاً شبیه خاک مزرعه می‌باشد. برای آزمایش‌هایی مانند تعیین درصد رطوبت و تعیین وزن مخصوص ظاهری خاک از این نوع نمونه استفاده می‌شود.

وسایل نمونه‌برداری

برخی از وسایل نمونه‌برداری در زیر نشان داده شده است:

نکاتی که باید در زمان نمونه‌برداری رعایت کرد:

1- از برداشت نمونه، از نقاطی که به کودهای شیمیایی و حیوانی و یا بقایای گیاهی آغشته هستند خودداری شود، چرا؟
2- از نقاطی که محل رفت و آمد دام، ماشین‌ها و ادوات کشاورزی هستند نمونه‌برداری صورت نگیرد، چرا؟
3- از جداکردن مواد آلی در حال تجزیه که در داخل خاک هستند خودداری شود.
4- رطوبت زمین در موقع برداشت نمونه باید در حد گاورو باشد.

نکاتی که بعد از نمونه‌برداری باید مدنظر قرار گیرد:

1- پس از مخلوط‌کردن نمونه‌های فرعی و انتخاب نمونهٔ نهایی، آن را باید در اسرع وقت به آزمایشگاه منتقل نمود.
2- از قراردادن نمونه در معرض نور مستقیم آفتاب و یا دیگر منابع مستقیم حرارتی خودداری کنید، چرا؟
3- دو نمونه کارت مشخصات نمونه‌برداری را تهیه و تکمیل کرده و یک عدد را داخل نمونه و دیگری را به بیرون ظروف محتوی نمونه الصاق کرده و آن را به آزمایشگاه موردنظر ارسال کنید.
4- نمونه‌های نهایی گروه خود را جهت آزمایشات بعدی با الصاق یک کارت نمونه روی ظرف مناسب جهت آزمایشات بعدی در آزمایشگاه نگه دارید.

محل نمونه برداری:	تاریخ نمونه برداری:
نام و نام خانوادگی نمونه بردار:	شماره نمونه:
عمق نمونه برداری:	محصول موردنظر برای کاشت:
بافت لمسی:	سایر توضیحات:

برای انجام نمونه برداری هنرجویان به گروه‌های 4-3 نفره تقسیم شده و عملیات نمونه برداری را زیر نظر هنرآموز مربوط به روش زیر انجام دهید:

خصوصیات فیزیکی خاک

بافت خاک

بافت خاک درصد نسبی ذرات شن، سیلت و رس را در نمونهٔ خاک نشان می‌دهد. بسیاری از واکنش‌های مهم فیزیکی و شیمیایی خاک با بافت آن رابطه مستقیم دارد.

بافت یکی از مشخصات معمولاً تغییرناپذیر خاک است. هرچه مقدار ذرات درشت خاکی بیشتر باشد ذخیرة عناصر غذایی و رطوبت قابل استفاده گیاه کمتر می‌شود؛ ولی نفوذپذیری آن نسبت به آب و هوا قابل توجه است ابتدا به خصوصیت مهم این سه نوع ذره (شن- سیلت- رس) می‌پردازیم.

اندازه ذرات شن بین 2-0/05 میلی‌متر بوده، بنابراین کمتر در معرض واکنش‌های فیزیکی و شیمیایی قرار می‌گیرند. اهمیت این ذرات از نقطه نظر ایجاد نقطه اتکا برای سایر ذرات ریز هستند به علت فضای زیاد بین ذرات شن، جریان هوا و آب را تسهیل می‌کنند.

ذرات سیلت اندازه‌ای بین 0/05- 0/002 میلی‌متر دارند و پودر مانند احساس می‌شوند و خاصیت چسبندگی آن‌ها کم است و از طرفی مقدار زیادی آب قابل استفاده برای گیاه در خود نگهداری می‌کنند. این خاصیت باعث خطراتی در ساختمان‌سازی و راه‌سازی می‌شود زیرا نگهداری آب و انجماد آن باعث تخریب خاک می‌شود.

ذرات رس از نظر اندازه کمتر از 0/002 میلی‌متر می‌باشند. دارای سطوح زیادی هستند و مقدار قابل توجهی آب و عناصر غذایی جذب سطوح رس می‌شوند به همین جهت رس‌ها در میزان ظرفیت کل آب در خاک و موادغذایی مورد نیاز گیاهان مؤثر هستند.

بافت خاک را با روش‌های لمسی، هیدرومتری و پیپت اندازه‌گیری می‌کنند. در ادامه به مهم‌ترین آن‌ها اشاره خواهد شد.

روش لمسی (صحرایی)

بافت خاک، چون با دست و لمس‌کردن خاک‌ها با دو انگشت شست و سبابه صورت می‌گیرد به اصطلاح روش لمسی می‌گویند. ابتدا گل یا خمیری که دارای حداکثر چسبندگی باشد تهیه می‌کنند و آن را بین دو انگشت دست قرار داده و خصوصیاتی نظیر زبری، نرمی، وجود ذرات شن، حالت چسبندگی یا لوله‌شدن، تشکیل نوار و شکل‌پذیری و... را مورد بررسی قرار می‌دهند.

این روش بسیار ساده و درست زمان کوتاهی انجام پذیر است. میزان دقت آن به تجربه فرد بستگی دارد.

جدول تخمین بافت خاک به روش لمسی

معیار تشخیص	شن	لوم شنی	لوم	لوم سیلتی	لوم روسی	رس
زبری و نرمی گل در بین انگشت‌ها و ظاهر قابل روئت آن	گل در بین انگشت‌ها کاملاً زبر به نظر می‌رسد و ذرات شن کاملاً ملموس است.	زبری کمتری دارد و دانه‌های درشت کمتری در آن دیده می‌شودو.	زبری متوسط	ذرات درشت کم و گل نسبتاً نرم و صابونی	نرم و دارای ذرات درشت ناچیز	کاملاً نرم بوده و ذرات شن در آن ملموس نیست و سطح براق به نظر می‌رسد.
پایداری کلوخه خشک	شکل نمی‌پذیرد	شکل نمی‌پذیرد	به‌راحتی از هم می‌پاشد	نسبتاً به راحتی از هم می‌پاشد.	نسبتاً به راحتی از هم می‌پاشد.	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 انگشت‌های شست و سبابه	نوار تشکیل نمی‌شود	نوار تشکیل نمی‌شود	نوار تشکیل نمی‌شود	نوار به صورت بریده تشکیل می‌شود	نوار نازک و شکننده تشکیل می‌شود	نوار خیلی دراز و مقاوم تشکیل می‌شود
لوله کردن در کف دو دست	لوله نمی‌شود	لوله نمی‌شود	به سختی لوله می‌شود	لوله می‌شود، ولی در سطح خمیر ترک می‌خورد	لوله می‌شود، ولی به صورت حلقه در نمی‌آید	به راحت لوله شده و تشکیل حلقه می‌دهد
چسبندگی	کاملاً غیرچسبنده	تقریباً غیرچسبنده	چسبندگی کم	چسبندگی متوسط	چسبندگی نسبتاً زیاد	چسبندگی نسبتاً زیاد
اثر باقیمانده روی دست	هیچگونه اثری روی دست باقی نمی‌ماند.	هیچگونه اثری روی دست باقی نمی‌ماند.	مقداری رنگ بر روی دست می‌ماند.	مقداری رنگ و مقداری گل بر روی دست باقی می‌ماند.	مقداری گل روی انگشت باقی می‌ماند.	مقداری گل روی انگشت باقی می‌ماند.

تعیین بافت خاک به روش هیدرومتری

هیدرومتر یا چگال‌سنج وسیله‌ایست که می‌توان غلظت ذرات موجود در مایعات را با آن تعیین کرد. اعدادی که از روی هیدرومتر خوانده می‌شود به قرائت معروف هستند. هیدرومتر در دمای 20 سانتی‌گراد استاندارد شده‌اند به این دلیل باید پس از هر قرائت آن‌ها را با توجه به دمای محیط تصحیح کرد.

انواع بافت خاک

با کمی دقت در مثلث بافت خاک در می‌یابیم که دوازده منطقه در آن قرار دارد. به‌ طورکلی بافت‌های خاک را در سه گروه طبقه‌بندی می‌کنند:

الف) خاک‌های سبک، ب) خاک‌های میان بافت، ج) خاک‌های سنگین.

الف) خاک‌های سبک

خاک‌هایی که قسمت اعظم بافت آن‌ها از شن تشکیل شده است. زه‌کشی آن آزادانه و به‌طور طبیعی صورت می‌گیرد. با پیدایش دوران خشکسالی زودتر رطوبت خود را از دست می‌دهند و در معرض فرسایش بادی هستند. رطوبت قابل استفاده گیاه در این خاک‌ها ناچیز بوده و آبیاری باید با تناوب بیشتری صورت گیرد. آب‌شویی املاح و کودهای شیمیایی نیز قابل توجه است. تلفات کودی بیشتر از سایر خاک‌هاست. خاک‌هایی با بافت شنی، لوم شنی و شن لومی در این گروه قرار می‌گیرند. این خاک‌ها معمولاً در بهار زودتر گرم شده و محصولات کاشته‌شده در آن‌ها زودرس می‌شوند.

ب) خاک‌های میان بافت

به خاک‌هایی که مقدار درصد رس آن‌ها بین 10 تا 30 درصد در نوسان است، اطلاق می‌شود. حاصل‌خیزی این خاک‌ها در آب و هوای مختلف متفاوت بوده و رطوبت قابل استفاده گیاه از خاک‌های سبک بیشتر و خطر فرسایش آن‌ها کمتر است. بافت‌های لوم رس ماسه‌ای، لوم لای و لوم در این گروه قرار می‌گیرند.

ج) خاک‌های سنگین

خاک‌هایی که رس زیادی دارند. در این خاک‌ها سطح خاک در اثر تناوب خشکی و رطوبت ایجاد درز و ترک می‌کند. رطوبت قابل استفاده گیاه در این خاک‌ها از کلیه خاک‌ها بیشتر است. زهکشی آن‌ها دشوار است، به همین دلیل این خاک‌ها به مدت طولانی مرطوب می‌مانند. حاصل‌خیزی این خاک‌ها در حد مطلوب بوده و تناوب آبیاری آن کمتر از سایر گروه‌ها است. بافت‌های رسی، لوم رس، رس لای و رس ماسه‌ای در این گروه قرار دارند.

ساختمان خاک

ذرات معدنی خاک شن و سیلت و رس به ندرت به‌صورت مجزا در خاک دیده می‌شوند، به جز خاک سواحل و تپه‌های شنی، این ذرات اغلب با مواد چسبنده به یکدیگر چسبیده و واحد بزرگ‌تری به نام خاکدانه را به وجود می‌آورند. خاکدانه به مقداری از ذرات جامد خاک گفته می‌شود که با مواد چسبنده به یکدیگر چسبیده‌اند.

ساختمان خاک عبارت است از ترتیب قرار گرفتن ذرات خاک در کنار یکدیگر است. ساختمان خاک در ایجاد شرایط فیزیکی مطلوب مؤثر است که این شرایط مطلوب فیزیکی باعث آبرسانی، تهویه، تغذیه گیاهان و فعالیت میکروبی و توسعهٔ ریشه می‌گردد. پس ساختمان خاک به طور غیر مستقیم موجب رشد بهتر گیاه می‌شود.

خاک‌ها را براساس وجود یا عدم وجود ساختمان به دو گروه تقسیم می‌کنند:

- خاک‌های بدون ساختمان: خاک‌هایی هستند که ساختمان مشخصی ندارند، در نتیجه بدون خلل و فرج بوده و عمل تهویه در آن‌ها به خوبی انجام نمی‌گیرد. از این دسته می‌توان به ساختمان تک دانه‌ای و ساختمان توده‌ای اشاره کرد.

- خاک‌های ساختمان دار: خاک‌هایی هستند که در آن‌ها ذرات اصلی خاک (شن، سیلت و رس) به‌صورتی در کنار هم قرار گرفته‌اند که منجر به شکل‌گیری آن‌ها و تشکیل خاکدانه و در نهایت ساختمان خاک می‌شود. براساس شکل خاکدانه، خاک‌ها را به چهار گروه اصلی ساختمان‌های کروی، مکعبی، منشوری، ستونی و بشقابی در این گروه قرار می‌دهند.

عوامل مؤثر در تشکیل خاکدانه

هنگامی‌که ذرات معدنی خاک به یکدیگر متصل شوند، خاکدانه تشکیل می‌شود. خاکدانه‌ها به نوبهٔ خود ساختمان خاک را به وجود می‌آورد. برای این منظور دو نیرو باید وجود داشته باشد.

الف) نیروهای فشردگی:

در طبیعت و در داخل خاک نیروهای فشردگی به کمک پدیده‌هایی مانند یخ‌زدن و ذوب‌شدن، چروکیدگی و تورم که در اثر وجود آب در خاک است و همچنین حفر زمین به وسیله جانوران و فشار ریشه گیاهان در خاک تأمین می‌شود.

ب) نیروهای چسبندگی حاصل از مواد چسبنده:

چسبندگی ذرات خاک به یکدیگر از منابع مختلفی تأمین می‌شود مانند: رس‌ها و اکسیدهای آهن، مواد آلی ترشح یافته از ریشه گیاهان، گوارش جانوران خاکزی، فعالیت میکروب‌ها و هوموس حاصل از تجزیه مواد آلی خاک، نیروی چسبندگی از کشش سطحی آب هم مشتق می‌شود و برای ایجاد آن وجود آب و هوا توأماً ضروری است. در خاک خشک با افزایش تدریجی رطوبت میزان نیروی چسبندگی افزایش پیدا می‌کند این افزایش نیرو تا زمانی است که لایه‌ای ناپیوسته از آب و هوا بین ذرات خاک وجود داشته باشد. با افزایش زیاد رطوبت و تجمع ملکول‌های آب و تبدیل آن به یک لایه پیوسته از آب، نیروی کشش سطحی به علت فقدان هوا از محیط حذف شده و نیروی چسبندگی کاهش می‌یابد.

هنگامی‌که در کنار دریا و روی شن‌های ساحلی قدم می‌زنید در صورتی‌که خاک کاملاً خشک باشد و یا کاملاً زیر آب باشد پایمان به‌راحتی در شن ساحلی فرو می‌رود. در صورتی‌که خاک ساحلی کمی مرطوب باشد و به عبارت دیگر در خاک، هم آب و هم هوا هم زمان وجود داشته باشد پا در شن فرو نمی‌رود و در برابر وزن عابر پیاده مقاومت می‌کند؛ زیرا در رطوبت کم نیروی کشش سطحی، ذرات شن را به هم می‌چسباند و در حالت کاملاً خشک و کاملاً مرطوب از نیروی کشش سطحی خبری نیست و پا به راحتی در آن فرو می‌رود.

نمودار بالا تغییرات نیروهای پیوستگی و چسبندگی را با مقدار رطوبت خاک نشان می‌دهد. مقدار نیروی پیوستگی با رطوبت نسبت عکس دارد یعنی هرچه رطوبت افزایش یابد مقدار نیرو کاهش پیدا می‌کند؛ ولی نیروی چسبندگی در رطوبت خیلی کم و رطوبت خیلی زیاد، به شدت کاهش می‌یابد.

با توجه به نمودار بالا پاسخ دهید:

- نیروی چسبندگی در چه رطوبتی حداکثر است؟
- نیروی پیوستگی در حالت خشک چه وضعیتی دارد؟

پایداری خاک

تعیین پایداری خاکدانه‌های یک خاک از اهمیت زیادی برخوردار است؛ زیرا اگر خاکدانه‌ها در اثر جذب آب و برخورد با ادوات و ماشین‌آلات کشاورزی متلاشی نشوند بیانگر آن است که عملیات کاشت و داشت برداشت مانند شخم، آبیاری، زهکشی و سایر عملیات‌ها تأثیر سوء بر ساختمان خاک نخواهد داشت.

وزن مخصوص ظاهری خاک

جرم یک سانتی‌متر مکعب خاک خشک در شرایط طبیعی یا مزرعه را وزن مخصوص ظاهری خاک می‌گویند جرم مخصوص ظاهری خاک‌ها حدود 1/1 تا 1/7 گرم بر سانتی‌متر مکعب نوسان می‌کند. در خاک‌های معمولی جرم مخصوص ظاهری خاک‌ها حدوداً نصف وزن مخصوص حقیقی آن است. وزن مخصوص ظاهری خاک‌ها را به روش‌های پارافین و سیلندر تعیین می‌کنند. انجام یکی از آزمایش‌های زیر کافی است.

وزن مخصوص حقیقی خاک

وزن یک سانتی‌متر خاک بدون هوا را وزن مخصوص حقیقی می‌گویند به عبارت دیگر وزن مخصوص حقیقی وزن واحد حجم ذرات جامد تشکیل‌دهندهٔ خاک است. وزن مخصوص حقیقی خاک‌ها حدوداً بین 2/2 تا 2/7 گرم بر سانتی‌متر مکعب نوسان دارد.

وجود مواد آلی می‌تواند باعث کاهش وزن مخصوص حقیقی خاک‌ها شود. وزن مخصوص حقیقی خاک‌ها را با روش‌های پیکنومتر و استوانه مدرج تعیین می‌کنند.

وزن مخصوص حقیقی نمونهٔ خاک گروه خود را با سایر گروه‌ها مقایسه کنید.

تعیین وزن مخصوص حقیقی به روش پیکنومتر

پیکنومتر یک بالن کوچک است که در این آزمایش استفاده می‌شود. ابتدا خاک را وزن کرده و بعد از حذف هوای آن، حجم ذرات خاک را مشخص می‌کنند و در نهایت وزن مخصوص حقیقی را بدست می‌آورند. نوع بافت در میزان وزن مخصوص حقیقی تأثیری ندارد؛ ولی نوع سنگی که خاک از آن تشکیل شده است در میزان وزن مخصوص حقیقی مؤثر است.

تخلخل خاک

منظور از تخلخل خاک حجم فضاها یا حجم خلل و فرج آن است. در این فضاها آب و هوا قرار می‌گیرد. در خاک‌های سبک یا درشت بافت، تخلل کمتری از خاک‌های ریز بافت یا سنگین است؛ ولی در خاک‌های سبک تخلخل بیشتر از نوع تخلخل درشت می‌باشد.

در خاک‌های رسی مقدار تخلخل همواره در حال تغییر است، زیرا خاک مرتباً در حال انقباض و انبساط است، خاکدانه تشکیل شده و متراکم می‌شود. تخلخل خاک در جذب و انتقال آب و هوا، توسعه ریشه‌ها و هدایت حرارتی خاک اهمیت فراوانی دارد. میزان تخلخل را به روش‌های مختلف اندازه‌گیری می‌کنند و از رابطه زیر نیز قابل محاسبه است:

مثال:

چنانچه وزن مخصوص ظاهری خاکی 1/3 گرم بر سانتی‌متر مکعب و وزن مخصوص حقیقی آن نیز 2/6 گرم بر سانتی‌متر مکعب باشد، مطابق رابطه فوق خواهیم داشت:

$P\%  = (1 - \frac{{1/3}}{{2/6}}) \times 100 = 50\% $

تخلخل 50 درصد برای لایه سطحی خاک‌ها که شخم زده شده و دارای بافت متوسط می‌باشد، مناسب است. همان‌طور که قبلاً اشاره شد در فضاهای خالی یا تخلخل خاک هوا و آب جریان دارد.

ریشه گیاه برای رشد مناسب به آب و هوا نیاز دارد پس تخلخل کل خاک و نحوهٔ تقسیم خلل و فرج بین ذرات ریز و درشت در تغذیه و تنفس گیاه بسیار با اهمیت است. تخلخل خاک‌های زراعی بین 35 تا 55 درصد متغیر است. تخلخل کمتر و بیشتر از این دو حد به ندرت در خاک‌های زراعی مشاهده می‌شود. تخلخل کمتر از 35 درصد مشکلات زیادی به ویژه از لحاظ تهویه، نفوذپذیری، ظرفیت نگهداری خاک و ریشه دوانی ایجاد می‌کند. تخلخل مطلوب تخلخلی است که حدود 50 درصد باشد و به نسبت مساوی بین خلل و فرج ریز و درشت و متوسط تقسیم می‌شوند.

در کشاورزی تخلخل کل را در نظر می‌گیرند و هرچه مقدار آن به 50 درصد نزدیک باشد شرایط مناسب‌تری برای رشد گیاه فراهم می‌شود زیرا دراین شرایط میزان آب و هوا به مقدار کافی در منافذ وجود دارد (حدوداً نیمی از منافذ آب و نیمی حاوی هوا می‌باشند) و شرایط بهینه برای رشد اکثر گیاهان در این حدود فراهم است.

رطوبت خاک

رطوبت یا آب موجود در خاک را به دو روش مستقیم و غیرمستقیم اندازه‌گیری می‌کنند. در روش مستقیم مقادیر جرمی یا حجمی رطوبت را اندازه‌گیری می‌کنند. در روش غیرمستقیم اثرات رطوبت موجود در خاک به روش‌های گوناگون تعیین می‌شود که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به روش‌های بلوک گچی، تانسیومتر، نوترون متر و اشعه گاما اشاره کرد.

رطوبت وزنی: در صورتی که وزن آب یا رطوبت موجود در خاک را به وزن خاک خشک تقسیم کنیم. رطوبت وزنی آن را تعیین کرده‌ایم.

رطوبت حجمی

برای به‌دست آوردن رطوبت حجمی یک خاک ابتدا درصد رطوبت وزنی خاک را طبق آزمایش قبل به‌دست آورده و سپس با داشتن وزن مخصوص ظاهری خاک با استفاده از رابطه زیر رطوبت حجمی آن را محاسبه می‌نماییم.

$V\%  = M \times Bd$

$V\% $= درصد رطوبت حجمی
M= درصد رطوبت وزنی
Bd= وزن مخصوص ظاهری خاک

این خاک 47 درصد منافذ آن از آب پر شده است و در 53 درصد منافذ آن هوا جای دارد.

با استفاده از این دو روش (کلوخه- سیلندر) رطوبت خاک را تعیین کنید و در مورد اختلاف آن‌ها و خطای موجود در هر روش و نحوهٔ کاهش خطا در گزارش کار خود بحث و بررسی انجام دهید. قابل ذکر است که با استفاده از سیلندر و نمونهٔ دست نخورده وزن مخصوص ظاهری و رطوبت خاک را نیز می‌توان به دست آورد.

دمای خاک

درجه حرارت خاک تحت تأثیر مقدار جریان گرما در خاک است. دمای خاک و هوا هر یک به دیگری بستگی دارد و هر دو روی رشد گیاه تأثیر زیادی می‌گذارند. از آنجا که دمای خاک در بیشتر مواقع مشابه دمای هواست، اهمیت آن در رشد گیاه را نادیده می‌گیرند در صورتی‌که در برخی از موارد تفاوت‌های زیادی بین آن دو وجود دارد؛ به عنوان مثال ممکن است یک خاک مرطوب در فصل بهار مدت‌ها پس از گرم‌شدن هوا همچنان سرد باقی بماند به این ترتیب جذب آب توسط ریشه نیز کندتر صورت می‌گیرد. نوسان دمای خاک خواه به صورت بالا رفتن یا پایین آمدن در تجزیه مواد آلی و معدنی نقش بسزایی دارد.

مقدار حرارت جذب شده توسط خاک به میزان اشعه خورشید که به زمین می‌رسد، بستگی دارد و تحت تأثیر عوامل آب و هوای منطقه، رنگ خاک، شیب زمین و پوشش گیاهی قرار می‌گیرد.

اثرات دمای خاک

1- اثر دما در میزان فعالیت موجودات خاک:

فعالیت میکرو ارگانیسم‌های خاک به شدت تحت تأثیر دمای خاک قرار دارد. به طوری‌که این فعالیت در دمای کمتر از 10 درجهٔ سانتی‌گراد ناچیز و در دماهای 18- 30 سانتی‌گراد فعالیت موجودات زنده و مفید خاک به حداکثر مقدار می‌رسد و در دمای خیلی بالا (بیش از 40 درجهٔ سانتی‌گراد) میکروب‌ها از فعالیت باز می‌ایستند.

2- اثر دما در تکامل خاک:

دما یکی از عوامل مهم در تحول خاک به شمار می‌رود و مستقیما در کلیه واکنش‌های خاک تأثیر می‌گذارد. دمای خاک در شدت تبخیر آب از خاک مؤثر است.

3- اثر دما در جذب عناصر غذایی:

ریشه گیاهان در محدودهٔ خاصی از دما قادر به جذب آب و عناصر غذایی هستند؛ به عنوان مثال جذب عناصر توسط گیاه خیار در پایین‌تر از دمای 16 درجه سانتی‌گراد متوقف می‌شود.

روش اندازه‌گیری دمای خاک

چون دمای خاک از عوامل مهم رشد گیاه است و در قابلیت جذب آب و عناصر غذایی مؤثر بوده اندازه‌گیری آن ضروری است. برای اندازه‌گیری حرارت خاک از دماسنج جیوه‌ای با پوشش محافظ استفاده می‌شود. براساس استاندارد سازمان جهانی هواشناسی باید دما را در عمق‌های 10 و 20 و 50 و 100 سانتی‌متری اندازه‌گیری کرد.

رنگ خاک

رنگ خاک یکی از بارزترین خصوصیات خاک بوده که به سادگی قابل مشاهده است. با وجود اینکه رنگ مستقیماً تأثیر کمی روی فعالیت خاک دارد. ولی با دانستن آن می‌توان اطلاعات زیادی در مورد خاک بدست آورد؛ برای مثال وجود مواد آلی در خاک خصوصیتی است که اکثر اوقات توسط رنگ آن مشخص می‌شود. در آب و هوای معتدل، عموماً خاک‌هایی با رنگ تیره دارای مواد آلی بیشتری از خاک‌های روشن هستند. خاک‌های تیره عموماً حاصلخیزتر هستند و این به سبب وجود مواد آلی و مواد تغذیه‌ای است. مواد آلی تازه که کمی تجزیه شده‌اند قهوه‌ای رنگ هستند و هنگامی‌که کاملاً تجزیه شوند و به هوموس تبدیل می‌شوند دارای رنگ سیاه می‌باشند. رنگ روشن در بسیاری از موارد به علت وجود کوارتز، گچ، آهک. نمک زیاد در خاک است این نوع خاک‌ها فاقد ارزش تغذیه‌ای هستند. برای تعیین رنگ خاک و سایر مواد از دفترچه رنگ استفاده می‌کنیم.

نفوذپذیری خاک

نفوذپذیری عبارت است از ورود آب از سطح خاک به داخل آن یا شدت جریان آب به داخل خاک که برحسب ارتفاع آب در واحد زمان بیان می‌شود. مثل میلی‌متر در ساعت برای خاک‌هایی با نفوذپذیری کم، و سانتی‌متر در روز برای خاک‌هایی با نفوذپذیری زیاد استفاده می‌شود. در اکثر روش‌های آبیاری چون آب در روی سطح خاک جریان می‌یابد و به تدریج در آن نفوذ می‌کند تا برای استفاده گیاه در خاک ذخیره شود. لذا نحوهٔ ورود آب به داخل خاک و نیز سرعت این کار بسیار حائز اهمیت است.

در ابتدا که خاک خشک است، آب به سرعت نفوذ می‌کند (نفوذ اولیه)، ولی پس از حدود 30- 20 دقیقه که فضای موجود در خاک با آب پر شد نفوذ کاهش می‌یابد. بعد از چند ساعت سرعت ورود آب برابر عددی ثابت می‌گردد (نفوذ دائمی). هنگام انتخاب روش آبیاری دانستن میزان نفوذپذیری بسیار مهم است.

میزان نفوذپذیری به عوامل مختلفی بستگی دارد که از آن جمله می‌توان به ضخامت آب بالای خاک، مقدار و اندازه روزنه‌های خاک، مقدار رطوبت اولیه خاک، پوشش گیاهی و شیب زمین اشاره کرد.

در مناطق خشک و نیمه خشک با اینکه رطوبت اولیه خاک کم است، ولی باز هم سیلاب‌های شدید اتفاق می‌افتد. در حالی که با توجه به پایین‌بودن مقدار بارندگی باید انتظار داشت که تمام باران در خاک نفوذ کند. دلیل این امر آن است که اولاً باران در مناطق خشک عموماً دارای پراکنش مناسبی نیست؛ ثانیاً باران‌ها با شدت زیاد و در مدت کم می‌بارند که فرصت نفوذ آب به خاک وجود ندارد؛ ثالثاً به علت خصوصیات خاک و ایجاد گل و لای، منافذ خاک بسته شده و از ورود آب به داخل آن جلوگیری می‌نماید.

باران اغلب به‌صورت رواناب جاری می‌شود که می‌تواند سیلاب‌های ویرانگر را به وجود آورد. روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری نفوذ آب به خاک وجود داردکه رایج‌ترین آن‌ها تعیین نفوذپذیری خاک با روش استوانه مضاعف بوده است.

در این روش، برای اطمینان از نفوذ قائم آب به خاک، از دو استوانه تو در تو استفاده می‌گردد. به این ترتیب که به سبب وجود آب در حد فاصل دو استوانه، فرض بر این است که نفوذ آب از استوانه میانی به‌صورت قائم باشد و نشت افقی فقط از حد فاصل بین دو استوانه صورت می‌گیرد؛ بنابراین نفوذ آب از استوانه میانی، می‌تواند خصوصیات نفوذپذیری خاک را به‌خوبی نشان دهد.

قبل از شروع آزمایش از آماده‌بودن وسایل اطمینان حاصل کنید. آزمایش حدود 2 ساعت طول خواهد کشید. به همین جهت بهتر است این آزمایش به‌صورت گروهی انجام شود تا در مراحل مختلف دانش آموزان مشارکت کنند.