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

واحد یادگیری 3: خواص شیمیایی خاک

- از خاک چه می‌دانید؟
- آیا می‌دانید اسیدیته خاک چیست؟
- آیا تا به حال اندیشیده‌اید که گیاهان زراعی محل سکونت شما در چه نوع خاک‌هایی بهتر رشد می‌کنند؟
- آیا می‌دانستید اسیدیته خاک بر جذب عناصر غذایی توسط گیاه تأثیر دارد؟
- آیا می‌دانید اسیدیته آب مصرفی شهر یا روستای شما چند است؟
- آیا تحمل شوری خاک برای انواع گیاهان یکسان است؟

واکنش خاک در اثر فعل و انفعالات شیمیایی که در آن صورت می‌گیرد، به وجود می‌آید. تعیین اسیدیته خاک در تشخیص امراض و اختلالات مربوط به رشد گیاه بسیار حائز اهمیت است. پس می‌توان واکنش خاک را به درجه حرارت بدن موجود زنده تشبیه کرد. به نحوی که اندازه‌گیری آن اولین قدم در راه تشخیص امراض و یا اختلالات موجود در اعمال حیاتی حیوان و گیاه است. تمام خاک‌های حاصل‌خیز دارای مقدار جزئی نمک محلول هستند. مقدار کمی از نمک‌ها برای رشد گیاه ضروری است ولی وجود نمک زیاد در خاک ، محصول را کاهش می‌دهد زیرا نمک باعث می‌شود آب به سختی جذب گیاه شود.

استاندارد عملکرد

هنرجو پس از اتمام این واحد یادگیری، با مفهوم pH و EC آشنا شده و با انجام آزمایش‌هایی تهیه گل اشباع و به نسبت‌های مختلف عصاره‌گیری نموده و pH و EC محلول‌های خاکی را اندازه‌گیری می‌نماید.

خصوصیات شیمیایی خاک

اسیدیته یا واکنش خاک

واکنش خاک در اثر فعل و انفعالات شیمیایی که در آن صورت می‌گیرد، به وجود می‌آید. تعیین اسیدیته خاک در تشخیص امراض و اختلالات مربوط به رشد گیاه بسیار حائز اهمیت است؛ به عنوان مثال چنانکه برگ‌های سبز گیاه تغییر رنگ داده و رنگ آن به تدریج روشن‌تر شود ابتدا باید عوامل مؤثر در این تغییر رنگ را جستجو کرد. بدین منظور اولین قدم در راه تشخیص علل تغییر رنگ، تع یین واکنش خاک است. پس می‌توان واکنش خاک را به درجه حرارت بدن موجود زنده تشبیه کرد. به نحوی که اندازه‌گیری آن اولین قدم در راه تشخیص امراض و یا اختلالات موجود در اعمال حیاتی حیوان و گیاه است.

خاک‌شناسان اسیدیته خاک را تحت عنوان واکنش خاک می‌شناسند و آن را اختصاراً به (pH (Power Hydrogen نشان می‌دهند. pH عبارتست از غلظت یون هیدروژن در یک محلول خاک است.

مفهوم pH براساس تفکیک یا تجزیه ملکول آب استوار است. ملکول‌های آب طبق واکنش زیر به مقدار خیلی کم در دمای 23 درجه سانتی‌گراد تفکیک می‌شوند.

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

اگر محیط خنثی باشد در محلول یک حالت تعادل بین یون‌های هیدروژن و هیدروکسید حاصل از تجزیه آب به وجود می‌آید. در این صورت می‌گویند محیط خنثی است وقتی در محلول مقدار یون هیدروژن بیشتر از یون هیدروکسید باشد محیط اسیدی است و برعکس در حالتی که یون هیدروکسید بیشتر از یون هیدروژن باشد محیط قلیایی خواهد بود. بنابر آنچه ذکر شد pH آب خالص در دمای 23 درجه سانتی‌گراد برابر 7 خواهد بود به همین ترتیب pH اسیدها کمتر از 7 و pH قلیاها یا بازها بیشتر از 7 می‌باشد. در صورتی‌که دما تغییر کند pH نیز تغییر می‌نماید؛ به‌طور مثال برای آب خالص در دمای 100 درجه سانتی‌گراد pH آن 6 و در صفر درجه سانتی‌گراد pH آن به 7/5 افزایش می‌یابد. علت آن است که با افزایش دما، غلظت یون H کاهش می‌یابد. بنابراین در اندازه‌گیری pH اثر دما را باید مد نظر داشت.

حدود pH

pH در محدوده 0-14 تغییر می‌کند. اسیدیته محیط خنثی 7 می‌باشد و در صورتی‌که pH کمتر از 7 باشد اسیدی و بیشتر از آن قلیایی می‌باشد.

pH خاک‌های مناطق مختلف متفاوت است در نواحی مرطوب تغییرات pH بین 4-7 است در مواردی که درصد مواد آلی خیلی بالا باشد ممکن است اسیدیته از 4 هم پایین‌تر بیاید. به تدریج که اقلیم یا آب و هوا خشک‌تر می‌شود مقدار pH بالا رفته و قلیایی می‌شود.

مناسب‌ترین pH خاک‌های زراعی حدود 6/5 است در این pH گیاه با عوامل محدودکننده رشد مواجه نمی‌شود و بیشتر عناصر غذایی در حد مطلوب جذب می‌شوند.

خاک‌های آهکی به مقدار زیاد در ایران وجود دارد pH این خاک‌ها به دلیل افزایش کلسیم کربنات، کمبود بارندگی، تراکم نمک در محدوده 7/5-8/5 متغیر است در این محدوده غلظت یون هیدروژن بسیار کاهش یافته و مشکلات متعددی را از نقطه نظر تغذیه گیاه به وجود می‌آورد.

تأثیر pH در میزان فعالیت موجودات زنده خاک

فعالیت، رشد و تکثیر موجودات زنده خاک شدیداً تحت تأثیر تغییرات pH قرار دارد. این اثر گاهی مستقیماً به غلظت یون هیدروژن مربوط می‌شود ولی بیشتر مواقع به علت عواملی است که به نحوی با pH در ارتباط هستند. باکتری‌ها و اکتینومیست‌ها حداکثر فعالیت خود را در pH خنثی داشته و رشد آن‌ها در pH کمتر از 5/5 به شدت متوقف می‌شود. برعکس قارچ‌ها در pHهای مختلف به خوبی رشد و فعالیت می‌کنند. بنابراین در خاک‌های اسیدی جمعیت قارچ‌ها در خاک غلبه داشته ولی در خاک‌های نزدیک به خنثی به علت رقابت شدید باکتری‌ها و اکتینومیست‌ها فعالیت آن‌ها محدود می‌شود. به طورکلی pH بین 6-7 را می‌توان مناسب‌ترین حالت اسیدیته برای بیشتر واکنش‌های بیولوژیکی خاک در نظر گرفت.

تأثیر pH در جذب عناصر غذایی

تصویر زیر رابطه بین جذب عناصر غذایی و pH را نشان می‌دهد. به عنوان مثال همان‌طور که در تصویر مشاهده می‌کنید آهن، منگنز، بر، مس و روی در اسیدیته کمتر از 6 قابلیت جذب آن‌ها افزایش می‌یابد و برعکس گوگرد، ازت و پتاسیم در pHهای بیشتر از 5/5 قابلیت جذب آن‌ها افزایش می‌یابد. علت تأثیر pH برروی میزان جذب عناصر به عوامل متعددی بستگی دارد از آن جمله می‌توان به اثرات عناصر روی کیدیگر و افزایش یا کاهش حلالیت برخی از نمک‌های این عناصر در pHهای مختلف اشاره کرد.

روش‌های اندازه‌گیری pH

pH عمدتاً با روش‌های رنگ‌سنجی و الکتریکی اندازه‌گیری می‌شود. در روش رنگ‌سنجی pH محلول، از طریق مشاهده تغییر رنگ مشخص می‌شود. استفاده از این روش در مقایسه با روش الکتریکی تقریباً فراموش شده تلقی می‌گردد. علاوه بر کندی استفاده از این روش در مورد خاک به دلیل کدرشدن مخلوط آب و خاک، استفاده از آن را بسیار محدود کرده و تنها در آزمایش‌های صحرایی و نیز تخمین تقریبی pH مجاز است. در این روش از یک سری محلول‌های رنگی و یا کاغذ تورنسل استفاده می‌کنند.

در روش الکتریکی pH یا غلظت یون هیدروژن در یک محلول را توسط الکترود مخصوص از جنس شیشه اندازه‌گیری می‌شود. این دستگاه‌ها به‌صورت رومیزی یا جیبی می‌باشند.

قابل ذکر است که برای اندازه‌گیری pH بایستی ابتدا عصاره موردنظر از خاک تهیه کنیم. به طور معمول نسبت‌های مختلفی بین آب و خاک انتخاب می‌شود. مثل نسبت اشباع، یک به یک، یک به پنج، یک به ده و غیره که در آزمایشگاه تهیه می‌گردد. بهترین نسبت آب و خاک برای تعیین pH نسبت 1 به 2/5 است.

تجربیات گسترده در زمینة اندازه‌گیری pH نشان داده است که مقادیر pH برای یک خاک ثابت نیست و در شرایط مختلف اعداد مختلفی را نشان می‌دهد و با توجه به شرایط اقلیمی متفاوت pH مختلفی بدست می‌آید.

آزمایش محلول‌سازی و عصاره‌گیری

در اکثر آزمایش‌های شیمیایی خاک مانند تعیین pH و عناصر خاک به یک محلول صافی نیاز است که حاوی کلیه شرایط خاک باشد. برای تهیه محلول آب و خاک می‌توان نسبت‌های مختلف آب و خاک را با هم مخلوط نمود. در این نسبت‌ها صورت کسر مربوط به آب و مخرج آن مربوط به خاک است مثلاً نسبت یک به دو، دو مربوط به حجم آب و یک مربوط به وزن خاک است.

برای تعیین بعضی از خواص شیمیایی خاک به عصاره‌های خاک با نسبت مختلف نیاز است. به عنوان نمونه عصاره یک به پنج را تهیه کنید.

تعیین pH خاک

به دلیل اینکه یکی از عوامل مؤثر در میزان اسیدیته نسبت آب و خاک است. به همین منظور سه نوع عصاره را انتخاب کرده و pH آن را تعیین کنید. ولی به تجربه ثابت کرده است که عصاره 1 به 2/5 بهترین نسبت آب و خاک برای تعیین pH خاک است و میزان غلظت یون هیدروژن را در شرایط مزرعه نشان می‌دهد.

شوری خاک

تمام خاک‌های حاصل‌خیز دارای مقدار جزئی نمک محلول هستند. مقدار کمی از نمک‌ها برای رشد گیاه ضروری است؛ ولی وجود نمک زیاد در خاک، محصول را کاهش می‌دهد؛ زیرا نمک باعث می‌شود آب به سختی جذب گیاه شود. نه تنها مقدار کل نمک محلول خاک، بلکه میزان بعضی از یون‌های حاصل از تجزیه نمک‌ها هم به‌طور مستقل در خاک مهم هستند مثلاً وجود بیش از حد سدیم باعث از هم پاشیدگی ساختمان خاک شده و نفوذپذیری خاک را کاهش می‌دهد.

نمک معمولاً در منطق‌های از زمین و یا آب‌های زیرزمینی و سطحی وجود دارد؛ چنانچه میزان تبخیر بیش از آبیاری باشد نمک در سطح خاک تجمع می‌کند. چنین شرایطی در خاک‌های مناطق خشک و نیمه خشک وجود دارد. نمک موجود در خاک بیشتر شامل کلریدها و سولفات‌های سدیم، پتاسیم، کلسیم و منیزیم است. در بعضی از خاک‌ها مقادیر قابل ملاحظه‌ای از کربنات‌ها، بی‌کربنات‌ها و نیترات‌ها دیده می‌شود. خطرناک‌ترین نوع نمک موجود در خاک، سدیم کربنات و سدیم بیکربنات است.

مقدار نمک محلول در خاک را معمولاً توسط هدایت الکتریکی اندازه‌گیری می‌کنند. هدایت الکتریکی (Electro Conductivity) را با (EC) نمایش می‌دهند. هدایت الکتریکی توانایی محلول در عبور جریان الکتریسیته است و با مقاومت الکتریکی نسبت عکس دارد.

$EC = \frac{1}{R}$

آب خالص به علت نداشتن نمک یک هادی ضعیف جریان الکتریسیته است. د رصورتی‌که در آن نمک حل کنیم جریان بیشتری از الکترون را هدایت می‌کند، پس با افزایش نمک هدایت الکتریکی آن افزایش می‌یابد؛ بنابراین اندازه‌گیری هدایت الکتریکی یک معیار دقیقی از غلظت کل نمک محلول است: میزان شوری را با دستگاه، هدایت‌سنج یا EC متر اندازه‌گیری می‌کنند.

واحد هدایت الکتریکی میلی موس بر سانتی‌متر (mmho/cm) و میکروموس بر سانتی‌متر (μmho/cm) است. در سیستم بین المللی واحد جدید هدایت الکتریکی برحسب دسی زیمنس بر متر (ds/m) است. هر mmho/cm با یک ds/m برابر است.

چون با افزایش دما میزان نمک محلول افزایش می‌یابد، به همین دلیل با افزایش دما هدایت الکتریکی نیز افزایش پیدا می‌کند. درجه حرارت استاندارد برای تعیین هدایت الکتریکی یا شوری 25 درجه سانتی‌گراد است. چون با افزایش مقدار آب در محلول عصاره‌گیری شده میزان نمک محلول افزایش می‌یابد بهترین شرایط رطوبتی برای اندازه‌گیری شوری خاک FC یا ظرفیت زراعی است برای سهولت از عصاره گل اشباع استفاده می‌کنند.

خاک‌ها را با توجه به میزان شوری به 4 گروه طبقه‌بندی می‌کنند.

مقاومت گیاهان در برابر شوری متفاوت است. اکثر گیاهان به شوری حساس هستند، ولی گروه کوچک از گیاهان مانند گیاهان کویری می‌توانند تا حدی شوری را تحمل کنند. به این دسته از گیاهان شورپسند یا هالوفیت می‌گویند. بعضی از گیاهان زراعی مانند جو هم می‌توانند شوری را تا مقداری تحمل کنند.

تعیین شوری خاک

دستگاه ECسنج برای اندازه‌گیری شوری استفاده می‌شود. این دستگاه دارای دو الکترود است که به وسیلهٔ یک پوشش پلاستیکی محافظت می‌گردد. در هنگام کار با دستگاه باید موارد زیر را رعایت کرد تا نتایج بهتری حاصل شود.

الکترود هنگامی که دستگاه روشن است، اگر در هوا قرار گیرد باید عدد صفر را نشان دهد. وقتی که الکترود را در محلول قرار می‌دهیم باید منافذ موجود در روی الکترود در محلول قرار گیرد تا تمام هوای اطراف الکترود حذف شود در غیر این صورت هوا باعث ایجاد خطا در قرائت میزان شوری می‌گردد. قبل از شروع هر آزمایش بهتر است دستگاه را تنظیم کنیم. بدین منظور از نمک‌هایی که به عنوان محلول استاندارد است، استفاده می‌کنیم.

آب مقطر، آب شهری و آب آبیاری نمونه‌هایی با شوری متفاوت هستند.

واحد یادگیری 4: بهسازی خاک‌ها

- چگونه می‌توان انواع خاک را برای کشاورزی اصلاح کرد؟
- آیا می‌دانید مواد آلی اثرات مهمی در خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک دارد؟

مواد آلی کمک می‌کند تا خاک یک منطقه آب بیشتری را در خود حفظ کند و جذب و نگهداری آب سبب جلوگیری از جریان هرز آب و بروز سیل و فرسایش خاک خواهد شد. جذب آب و جریان آن در خاک، بخصوص در خاک‌های با بافت نرم سبب تهویه آن می‌شود و تبدیل به خاکی می‌شود که کشاورزان آن را خاک زراعی می‌گویند. وجود مواد آلی، کار و اعمال زراعی را بر روی خاک سهل و آسان‌تر می‌کند، ریشه گیاهان در محیط مناسبی قرار گرفته و قادر خواهند بود مواد غذایی لازم را از آن خاک جذب کنند.

استاندارد عملکرد

هنرجو پس از اتمام این واحد یادگیری، راه‌های اصاح خاک‌های سنگین، سبک، اسیدی و شور را تشخیص می‌دهد. و با توجه به نوع خاک اقدام به اصاح خاک می‌کند. همچنین بانکت‌هایی به‌صورت دستی از نهرکن در اراضی ایجاد نماید و برخی از گیاهان دیم را در حاشیه بانکت‌ها کشت نماید.

بهسازی و اصلاح خاک‌ها

در بعضی از خاک‌ها شرایطی حاکم است که محدودیت‌هایی را برای کشاورزان به وجود می‌آورد. استفاده مناسب از این خاک‌ها مستلزم اقداماتی است که شرایط را بهبود بخشد. در ادامه به چند نوع خاک که دارای محدودیت هستند اشاره شده و روش‌های اصلاح آن‌ها نیز مورد تأکید قرار می‌گیرد.

خاک‌های رسی یا سنگین

خاک‌هایی هستند که رس زیادی دارند. در این خاک‌ها سطح خاک در اثر تناوب خشکی و رطوبت ایجاد درز و ترک می‌کند.

در مناطق خشک و نیمه خشک و اغلب بر اثر جاری‌شدن سیلاب در دشت‌ها و در حاشیهٔ رودخانه‌هایی که حالت طغیانی دارند به وجود می‌آیند.

اصلاح خاک‌های سنگین

مهم‌ترین مشکل خاک‌های سنگین چسبندگی زیاد خاک و کاهش تخلخل آن است که باعث خصوصیات فیزیکی نامناسب خاک می‌گردد. برای اصلاح این خاک‌ها می‌توان یکی از روش‌های زیر را با توجه به شرایط انتخاب کرد:

- اضافه‌کردن شن
- اضافه‌کردن کود حیوانی
- اضافه‌کردن بقایای گیاهی
- کشت کود سبز

خاک‌های شنی یا سبک

خاک‌هایی که میزان شن آن‌ها زیاد بوده و به همین دلیل دارای ویژگی‌هایی مانند زهکشی زیاد، ظرفیت نگهداری آب کم، کمبود شدید مواد آلی و فقیر از نظر تغذی‌های هستند. این خاک‌ها بیشتر در حاشیه و بستر رودخانه‌ها و سواحل دیده می‌شوند. کشور ما در مناطق مرکزی و کویری از این نوع خاک‌ها بسیار دارد. اصلاح این خاک‌ها با یکی از روش‌های زیر امکان‌پذیر است:

- اضافه‌کردن رس
- اضافه‌کردن کود حیوانی
- اضافه‌کردن بقایای گیاهی
- کشت کود سبز
- پخش سیلاب

خاک‌های اسیدی

اسیدیته پایین خاک‌ها یکی از عوامل محدودکننده رشد گیاهان است. در ایران اغلب pH خاک آنقدر کاهش پیدا نمی‌کند که اثرات سوء اسیدی‌شدن در آن ظاهر شود. خاک‌های اسیدی احتمالاً تنها در قسمتی از مناطق شمالی ایران ممکن است عوارضی را به وجود آورد. در بعضی از مناطق کاهش pH ممکن است اتفاق بیفتد و مشکلاتی را برای زارعین به وجود آورد.

هر عاملی که بتواند عناصر بازی (Na،Ca،Mg،K) را از خاک خارج کند و یا عناصر H،Al را افزایش دهد باعث کاهش pH و در نتیجه اسیدی‌شدن خاک می‌گردد. از عوامل مهم اسیدی‌شدن خاک‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

- شستشوی زیاد خاک
- جذب عناصر غذایی توسط گیاهان
- اسیدهای آلی ترشح‌شده توسط ریشه گیاهان
- استفاده زیاد از کودهای شیمیایی اسیدزا

وقتی pH خاک اسیدی می‌شود، یون‌هایی مانند هیدروژن، آلومینیوم و منگنز به مقدار زیاد در آب حل می‌شوند و می‌تواند برای گیاه محیطی سمی ایجاد کند. در خاک‌های خیلی اسیدی، جذب کلسیم دچار اختلال می‌شود. برای اصطلاح خاک‌های اسیدی باید از ترکیب‌هایی استفاده کرد که عناصر بازی خاک را افزایش دهد. بهترین ماده که این ویژگی را دارد آهک است.

آهک به اشکال زیر در طبیعت وجود دارد:

- آهک زنده یا کلسیم اکسید CaO
- آهک مرده یا کلسیم هیدروکسید $Ca{(OH)_2}$
- سنگ آهک یا کلسیم کربنات $CaC{O_3}$

کلسیم موجود در ترکیبات فوق در اثر انحلال تدریجی جانشین عناصر هیدروژن و آلومینیوم در سطح کلوئیدها شده و این دو عنصر را از سطح کلوئیدهای خاک خارج می‌کند. با گذشت زمان نیز این یون‌های خارج شده از سطح کلوئیدها با عمل آب‌شویی از خاک خارج می‌شود. متداول‌ترین ترکیبی که برای اصلاح خاک‌های اسیدی استفاده می‌شود، سنگ آهک است.

خاک‌های شور

خاک شور، خاکی که به حدی دارای نمک است که از رشد گیاه ممانعت بعمل می‌آورد یا میزان محصول را کاهش می‌دهد. معمولاً املاح در سطح خاک تجمع‌یافته و پوسته سفیدی را به وجود می‌آورد.

علل شور شدن خاک‌ها

خاک‌ها به علت مختلف شور می‌شوند که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

آبیاری با آب شور:

در اثر آبیاری با آبی که دارای نمک محلول هستند و با گذشت زمان خاک‌ها شور می‌گردند. در مناطق گرم و خشک مثل ایران این روند به وفور دیده می‌شود.

شورشدن خاک‌ها از طریق آب زیر زمینی:

اگر سطح آب زیر زمینی بالا باشد، در اثر نیروی موئینگی آب به سطح خاک راه یافته و با تبخیر آب، مقداری نمک در سطح خاک باقی می‌ماند.

- دادن کودهای شیمیایی بیش از حد و در زمان‌های متوالی نیز باعث شور شدن بعضی از خاک‌های زراعی می‌شود.

اصلاح خاک‌های شور

مؤثرترین راه اصلاح خاک‌های شور شست‌شوی املاح و خارج‌کردن آن‌ها از ناحیه ریشه با مقدار آب کافی است. اما عمل شست‌شوی بدون ایجاد زهکش مناسب نبوده و باعث بالا‌آمدن سفره آب زیرزمینی شده، در نتیجه مجدداً نمک در خاک تجمع می‌یابد. برای اصلاح خاک شور ابتدا آن را با حجم مشخصی از آب به مدت چند ماه غرقاب می‌کنند تا نمک‌های خاک در آب حل شوند و سپس با عمل زهکشی، آب شور را از خاک خارج می‌کنند.

خاک‌های قلیایی

به خاک‌هایی که میزان سدیم آن‌ها زیاد است خاک قلیایی گویند برای اصلاح خاک‌های قلیایی قبل از شست‌شوی و ایجاد زهکش مناسب، باید سدیم زیادی را از سطح کلوئیدهای خاک جدا کرد. گاهی اوقات مصرف زیاد آب توأم با عملیات کشاورزی موجب خروج سدیم قابل تبادل و نمک محلول در خاک می‌شود؛ ولی مصرف مواد اصلاح‌کننده باعث تسریع در امر اصلاح خاک‌های قلیایی می‌گردد. گچ و گوگرد متداول‌ترین مواد شیمیایی اصلاح‌کنندة این نوع خاک‌ها هستند. این مواد را می‌توان همراه با آب آبیاری و یا به‌صورت پاشیدن و مخلوط‌کردن آن به خاک سطحی افزود. چون گچ ارزان‌تر بوده و در زمان کمتری فرایند اصلاح صورت می‌گیرد به مقدار زیاد مصرف می‌شود.

خاک‌های شور و قلیا

خاک‌های شور و قلیا خاک‌هایی که میزان نمک محلول و سدیم آن‌ها بیش از حد مجاز است. با توجه به ویژگی‌های شیمیایی این نوع خاک‌ها، اصلاح آن‌ها از سایر خاک‌ها سخت‌تر است؛ زیرا اضافه‌کردن هر نوع آب و مواد اصلاح‌کنندة خود باعث افزایش شوری خاک می‌گردد، به همین علت اصلاح این نوع خاک‌ها مقرون به صرفه نیست.

فرسایش

فرسایش به از بین رفتن خاک سطحی می‌گویند که سریع‌تر از فرایندهای تشکیل آن باشد. عوامل محیطی مانند آب و باد، فعالیت‌های حیوانات مانند چرای بیش از حد دام و دخالت انسان مانند پاکسازی جنگل و عملیات مکانیزه کشاورزی باعث از بین رفتن خاک سطحی می‌گردد. به طورکلی انتقال یا حرکت خاک را از یک نقطه به نقطه دیگر در سطح زمین که باعث کاهش حاصل‌خیزی خاک می‌شود؛ فرسایش می‌نامند. البته در مواردی امکان دارد فرسایش باکاهش حاصل‌خیزی و بدون انتقال خاک باشد.

اگر فرسایش در شرایط طبیعی و بدون دخالت انسان صورت گیرد به آن فرسایش ژئولوژیکی می‌گویند. میزان تخریب خاک در این حالت برابر با خاکی است که توسط عوامل خاکسازی تشکیل می‌شود. در نتیجه بین تشکیل و فرسایش خاک تعادل برقرار است. دخالت انسان باعث افزایش سرعت فرسایش نسبت به تشکیل خاک می‌گردد که باعث از بین رفتن خاک سطحی می‌شود.

عواملی که بر میزان فرسایش مؤثرند، عبارتست‌از: بارندگی، رواناب، باد، خاک، شیب، پوشش گیاهی و عملیات حفاظتی.

میزان فرسایش معمولاً بر حسب واحد جرم در واحد سطح و در واحد زمان مثل کیلوگرم در متر مربع در سال بیان می‌شود. از نظر مقایسه، فرسایش در زمین‌های کشاورزی که بیش از 4/5 کیلوگرم در متر مربع در سال باشد در گروه فرسایش شدید طبقه‌بندی می‌شود. پژوهش‌های جدید نشان می‌دهد که فرسایش در مناطقی به حداکثر می‌رسد که میانگین بارندگی سالانه کمتر از 300 میلی‌متر در سال باشد با افزایش بارندگی از 300 میلی‌متر درسال نقش حفاظتی پوشش گیاهی بر عوامل فرسایش فزونی می‌یابد و در نتیجه میزان تلفات خاک کاهش پیدا می‌کند. فرسایش خاک در مناطق خشک و نیمه خشک از معضلات حفظ محیط زیست است. این مشکل در ایران که بخش وسیعی از آن را کویر در برگرفته است و خاک نیز از پوشش مناسب برخوردار نیست، بسیار بارز و چشمگیر است.

انواع فرسایش

به‌طور کلی فرسایش را از نظر عامل به وجود آورنده آن به دو گروه کلی تقسیم‌بندی می‌کنند:

1) فرسایش آبی 2) فرسایش بادی

مراحل فرسایش

هر دو نوع فرسایش صرف‌نظر از عامل به وجود آورنده آن شامل سه مرحله است:

- مرحلهٔ جداشدن ذرات از توده خاک
- مرحلهٔ انتقال مواد توسط عامل فرساینده
- مرحلهٔ رسوب و ته‌نشینی مواد در اثر کاهش انرژی انتقال

شناخت دقیق مراحل ما را در امر مبارزه با فرسایش و برنامه‌های حفاظت خاک یاری می‌کند.

خطرات فرسایش

فرسایش حداقل سه نوع خسارت همراه دارد:

1- کاهش حاصل‌خیزی زمین‌های زراعی تحت فرسایش
2- تشکیل شیارهای عمیق و از بین رفتن یکنواختی خاک‌های سطحی که کاربرد ماشین‌های کشاورزی را محدود می‌کند.
3- رسوب خاک در رودخانه‌ها و مخازن پشت سدها، عمر مفید سدها را کاهش می‌دهد.

انواع مهم فرسایش

فرسایش بارانی:

از بین رفتن خاک در اثر برخورد قطرات باران است. قطرات باران هنگام برخورد با خاک منجر به جداسازی و انتقال ذرات خاک می‌شود.

فرسایش ورقه‌ای:

از بین رفتن خاک رویی به صورت ورقه‌های نازک را فرسایش ورقه‌ای یا سطحی می‌گویند. عامل این نوع فرسایش آب یا باد است. درصورت ادامة فرسایش ورقه‌ای باعث ایجاد شیارهای کوچکی در سطح خاک می‌شود که به آن فرسایش شیاری می‌گویند.

فرسایش خندقی:

این نوع فرسایش بر اثر توسعه و پیشرفت فرسایش شیاری به وجود می‌آید به این شکل که از بهم پیوستن شیارها، نهر یا خندق به وجود می‌آید و سنگ بستر ظاهر می‌شود.

فرسایش توده‌ای یا زمین لغزش:

خاک دامنه‌ها بر اثر جذب آب و سنگین‌شدن در جهت شیب به‌صورت یک توده شامل خاک و سنگ جدا شده و روی سنگ بستر شروع به حرکت می‌کند.

روش‌های کنترل فرسایش

عوامل فرساینده باعث جداشدن و انتقال ذرات خاک می‌گردند. کاهش نیروی آب و باد در این دو مرحله باعث کنترل فرسایش می‌گردد. هر چند روش‌های کنترل آن‌ها با هم متفاوت است.

روش‌های کنترل عوامل جداکننده

با ایجاد پوشش مناسب می‌توان اثرات تخریبی نیروی جداکنندهٔ ذرات خاک را کنترل کرد یکی از بهترین روش کنترل، ایجاد پوشش گیاهی است. اندام‌های هوایی گیاه از برخورد آب یا باد با ذرات خاک جلوگیری می‌کند. استفاده از سایر پوشش‌های طبیعی مانند بقایای گیاهی، پوشش‌های مصنوعی و استفاده از انواع مواد نفتی در مواقع لزوم امکان‌پذیر است. به طورکلی به این پوشش‌ها مالچ گویند.

روش‌های کنترل عوامل انتقال‌دهنده

در این مرحله باید به هر طریقی سرعت عامل انتقال‌دهنده را کاهش داد. بدین منظور می‌توان با ایجاد مانع، کاهش شیب و افزایش نفوذپذیری خاک از انتقال ذرات جداشده خاک جلوگیری کرد. در ادامه چندین روش کاربردی برای کنترل فرسایش آبی یا بادی مورد اشاره قرار می‌گیرد.

تراس‌بندی یا سکوبندی:

در مناطق شیب‌دار، برای از بین‌بردن شیب، زمین را به‌صورت پله‌های پهن در می‌آورند که همان تراس یا سکو هستند. نتیجه این عمل توقف جریان آب و افزایش نفوذ آن به داخل خاک می‌گردد. در بعضی مواقع در این تراس‌ها گیاهان زراعی یا درخت کاشته می‌شود.

بانکت‌بندی:

ایجاد شیار روی خطوط تراز و عمود بر جهت شیب زمین را بانکت‌بندی می‌گویند. تفاوت بانکت و تراس در اینست که در تراس‌بندی آب کاملا متوقف می‌شود؛ ولی در بانکت‌بندی فقط سرعت آب را کاهش می‌دهند و جریان آب متوقف نمی‌شود. بانکت‌ها را با دست یا ماشین‌های مناسب احداث می‌کنند.

سدهای خشکه چین:

موانع کوچک سنگی که در داخل آبراهه‌ها و خندق‌ها ایجاد می‌شود سدهای خشکه چین نام دارد. این سدها باعث کاهش سرعت آب و افزایش نفوذ آن به داخل خاک می‌گردند. گل‌ولایی که در پشت سدها رسوب می‌کند به تدریج مکان مناسبی برای رشد گیاهان فراهم می‌کند. که به کنترل بیشتر فرسایش کمک می‌کند.

سنگ چینی، چپرسازی و شمع‌کوبی:

در مناطقی که جنس خاک مناسب نباشد و دائم در حال تخریب باشد. به منظور جلوگیری از ریزش خاک و سنگ، دامنه‌های پر شیب را در فواصل معین سنگ چین کرده و یا میله‌های چوبی یا فلزی را در خاک فرو می‌کنند. با جمع‌شدن خاک و سایر مواد در پشت این موانع تقریباً یک سکو ایجاد می‌شود.

البته شمع‌کوبی در داخل رودخانه‌ها و سواحل با ساختن ستون‌های بتونی یکی از روش‌های کنترل فرسایش است.

فرسایش بادی

هجوم ریزگردها به مناطق شهری را به دفعات از رسانه‌های خبری شنیده‌اید. در مناطق خشک و بیابانی باد باعث از بین رفتن خاک و هجوم شن‌های روان و ذرات رس به شهرها و روستاها می‌گردد که باعث خسارات جانی و مالی فراوان شده و از سوی دیگر نیز باعث پیشروی بیابان می‌گردد.

کشور ما با قرار گرفتن در منطقهٔ گرم و خشک بیشتر در معرض فرسایش‌های شدید آبی و بادی است. با اجرای طرح‌های بلند مدت و کوتاه مدت باید درصدد کنترل سریع عوامل فرساینده باشیم. فرسایش بادی خسارات زیر را باعث می‌شود:

- تهدید سلامت انسان با انواع بیماری‌های تنفسی و پوستی
- خسارت به مزارع کشاورزی
- خسارت به ساختمان‌ها و جاده‌ها

روش‌های کنترل فرسایش بادی

همان‌گونه که قبلًا توضیح داده شد روش‌های کنترل فرسایش بادی در مرحله جداشدن ذرات مشابه فرسایش آبی است. در این مرحله افزایش مواد آلی و رطوبت خاک از جداشدن ذرات خاک و شن جلوگیری می‌کند برای این منظور بهتر است کلش مزارع را به خاک برگردانیم تا باعث افزایش مواد آلی و در نتیجه چسبندگی خاک گردد. ولی متاسفانه یکی از روش‌های غلط سوزاندن بقایای گیاهی پس از برداشت محصول است که آسیب زیادی به خاک و محیط زیست می‌زند.

- بذرپاشی و بوته‌کاری گیاهان که می‌تواند جداشدن و انتقال خاک را کاهش دهد.
- ایجاد موانع در مسیر حرکت باد که به این موانع با دشکن می‌گویند. بادشکن زنده از چند ردیف درخت که عمود در جهت حرکت باد کاشته می‌شوند تشکیل می‌شود. در صورت یکه شرایط محیطی اجازه رشد گیاهان مختلف را ندهد از موانع غیر زنده مانند حصیر، نی، سرشاخه درختان و سازه‌های ساختمانی استفاده می‌کنند.
- استفاده از انواع مالچ‌ها برای کنترل فرسایش بادی