اثر فرسایش بر حاصلخیزی خاک

تفاوت زراعی و تنوع نتیکی از دیر باز به عنوان ارکان سیستمهای تولید کشاورزی سنّتی و موفق به شمار می آمده اند. در نیمه اول قرن بیستم، تفاوت زراعی مورد توجه بسیار قرار داشت و تا چند دهه پیش نیز پژوهشهای مربوط به تناوب همچنان ادامه داشت با پایان گرفتن جنگ جهانی دوم، کودها ازته نسبتاً ارزان قیمت به بازار معرفی شدند و بدین ترتیب جاذبه ای اقتصادی موجب جای گزینی کودها با تناوب زراعی گردید و تحقیقات و ترویج نیز بر همین مبنا متمرکز شدند. این امر تا بدین جا پیش رفت که امروزه بسیاری از زراعین، حاصلخیزی خاک را با میزان مصرف کود برابر می دانند.

     قبل از معرفی کودهای شیمیایی، استفاده از بقولات در تناوب برای بهبود حاصلخیزی خاک به عنوان یک شیوه مهم و رایج مدیریتی به شمار می آمد. به منظور افزایش ازت و در نتیجه بهبود حاصلخیزی خاک، از دو نوع بقولات استفاده می شد. در بقولات یکساله دانه ای و بقولات علوفه ای چند ساله به عنوان کود سبز.

     آنچه که اجرای تناوب زراعی را در حال حاضر پیچیده می سازد وجود برخی عوامل اقتصادی است که مزایای بیولوژیک این شیوه مدیریتی را تحت الشعاع قرار می دهند، یقیناً هیچ کشاورزی راضی به جای گزین کردن محصولات پر بازده خود مثل غلات با دیگر گیاهان به نسبت کم بازده نیست. البته در نظام هایی که تناوب اجرا می شود در مقایسه با نظام های تک کشتی حتّی اگر کود ازت در آن ها به اندازه کافی مصرف شده باشد. عملکرد محصولات غالباً 10 تا 40 درصد بیشتر است.

     حاصلخیزی پایدار خاک به مفهوم قابل دسترس بودن دائمی عناصر غذایی برای گیاه است. حاصلخیزی پایدار هنگامی تحقق می یابد که تمامی عناصر غذایی جذب شده توسط گیاهان به خاک برگردد به طوری که این عناصر بتوانند مجدداً مورد استفاده این گیاهان قرار گیرند در چنین وضعیتی است که چرخه عناصر غذایی شکل می گیرد. تناوب اساسی نظام های طبیعی و زراعی در آن است که در نظام های زراعی مقدار نسبتاً زیادی از عناصر غذایی از طریق برداشت محصول از سیستم خارج می شود. بنابراین در صورت استفاده مداوم از نظام های مذکور لازم است. که عناصر غذایی مصرف شده در آن ها به طریقی جای گزین شوند. در سیستمهای فعلی چرخه عناصر غذایی به طور کامل بسته نمی شوند، زیرا این عناصر دائماً به چرخه یاد شده اضافه شده و یا از آن خارج می شوند. به حداقل رساندن تلفات حاصل خیزی خاک در نظام های کشاورزی پایدار است.

فرسایش خاک و دامنه گسترش آن

     یکی از مشکلاتی که بشر از آغاز زراعت بر روی زمین با آن مواجه بوده، فرسایش سریع خاکها توسط باد و آب است. هر چند امروزه با این مسأله نسبت به روزهای وقوع طوفانهای شن در امریکا ـ که در سالهای 1930 اتفاق افتاد ـ کمتر احساسی برخورد می شود ولی باز هم از اهمیت آن کاسته نشده است. فرسایش خاک هنوز هم در امریکا و بسیاری از مناطق حاره ای و نیمه خشک دنیا از معضلات به شمار می رود و در کشورهایی که آب و هوای معتدل دارند ـ از جمله انگلستان، بلژیک، و آلمان ـ به عنوان یکی از مسائل خطرناک تلقی می شود. این مشکل در ایران که بخش وسیع آن را کویرها در بر گرفته و خاک از پوشش مناسبی برخوردار نیست بسیار بارز و چشمگیر است.

     جلوگیری از فرسایش خاک که در واقع معنی آن کاهش میزان تلفات خاک است، به حدی که سرعت فرسایش تقریباً برابر سرعت طبیعی تلفات خاک گردد، بستگی به انتخاب استراتژیهای مناسب در حفاظت خاک دارد. این امر مستلزم شناخت تمامی فرایندهای فرسایش است. عواملی که بر میزان فرسایش مؤثرند عبارتند از: بارندگی، رواناب، باد، خاک، شیب، پوشش گیاهی، وجود یا عدم وجود تمهیدات حفاظتی و چندین عامل دیگر.

فرآیندها و مکانیسمهای فرسایش

     فرسایش خاک شامل دو مرحله است: یکی جدا شدن ذرات از توده خاک و دیگری انتقال مواد توسط یک عامل فرسایشی مانند جریان آب یا باد. هنگامی که انرژی برای انتقال مواد کافی نباشد مرحله سومی بنام ته نشینی نیز ظاهر می شود.

     تصادم قطرات باران با زمین مهمترین عامل جدا کننده ذرات خاک است. در اثر برخورد قطرات باران با یک خاک لخت ذرات خاک از جا کنده و تا شعاع چند سانتی متری در هوا پراکنده می شوند. برخورد مداوم قطرات شدید باران به سطح زمین ـ موجب تضعیف خاکدانه ها می گردد. علاوه بر این، فرایندهای هوازدگی، چه به صورت مکانیکی از راه خشک و مرطوب شدن متناوب یا گرم و سرد شدن و یا یخ زدگی ـ و چه به صورت بیوشیمیایی، موجب تخریب خاک می شود. خاک از یک طرف با عملیات شخم زیرورو و از طرف دیگر توسط انسان و دام فشرده می شود. جریان آب نیز یکی از عوامل جدا کننده ذرات خاک است. کلیه این عوامل باعث شل شدن ذرات خاک می شوند به نحوی که به آسانی توسط عوامل انتقال دهنده به حرکت در می آیند.

     عوامل انتقال دهنده خود به دو دسته تقسیم می شوند: یکی عواملی که قبلاً عمل نموده و باعث جدا شدن لایه های یکنواخت ذرات خاک شده اند و دیگری عواملی که نقش خود را در آبراهه ها متمرکز می سازند. از عوامل گروه اول می توان تصادم قطرات باران و یا باد و رواناب سطحی را نام برد. منظور از رواناب لایه بسیار نازک جریان آب در سطح زمین است. عامل دوم جریان آب در آبراهه هاست. آبراهه ها ممکن است شیارهای کوچکی باشند که در اثر هوازدگی یا شخم به وجود آمده اند یا جویهای بزرگ دائمی تر مانند خندقها و رودخانه ها. به این عوامل، که به صورت خارجی عمل نموده و در واقع مواد را از نقطه ای برداشت و در سطح زمین جابجا می کند، باید حرکات توده ای خاک از قبیل جریانهای خاک، زمین لغزه ها و خزشها را نیز اضافه نمود. در فرایندهای مذکور آب در داخل خاک اثر کرده و باعث کم شدن مقاومت آن می گردد. به همین دلیل آن را فرسایش داخلی می نامند.

شدت فرسایش به مقدار موادی که از جا کنده می شود و توان عامل فرسایشی در انتقال این مواد بستگی دارد. اگر توان عوامل انتقال دهنده بیش از مقدار ماده ای باشد که از جا کنده می شود در این صورت فرسایش از نظر جدا کردن ذرات در محدودیت خواهد بود و اگر مقدار مواد جدا شده از بستر بیش از مقداری باشد که انتقال داده می شود در این صورت فرسایش از لحاظ انتقال دارای محدودیت خواهد بود.

     تشخیص این که کدام یک از این عوامل (جدا شدن یا انتقال) محدود کننده است بسیار حائز اهمیت است زیرا موفقیت یا شکست برنامه های حفاظت خاک متکی بر عملیاتی است که در آن باید یکی از این فاکتورها اصلاح شود.

اثرات فرسایش در کاهش حاصلخیزی خاک

اصول حفاظت خاک

     طبق تخمین متخصصان سازمان خواروبار جهانی بیش از 40 درصد اراضی زیر کشت کشورهای خاور میانه تحت تأثیر عوامل فرسایش آبی و بادی می باشند.

     تخریب خاک از دو نظر قابل اهمیت است تخریب از نظر کمی و تخریب از نظر کیفی. تخریب کمی همان کاهش ضخامت خاک و از بین رفتن مواد می باشد. تخریب کیفی عبارت است از شور شدن، کاهش تدریجی حاصلخیزی ـ مدفون شدن خاک توسط شنهای روان و غیره است.

     واحدها و معیارهای تخریب خاک را می توان بر حسب مشخصات زیر تعیین نمود.

نوع تخریب               واحدهای اندازه گیری

فرسایش آبی             از بین رفتن خاک بر حسب تن در هکتار

فرسایش بادی           از بین رفتن خاک بر حسب تن در هکتار

شور شدن                افزایش شوری بر حسب میلی موس در سانتیمتر و در سال

قلیائی شدن             افزایش قلیائیت بر حسب درجه اشباع سدیم تبادلی در سال

اسیدی شدن            کاهش درجه اشباعی بازها در سال

مسمومیت               افزایش مواد معدنی سمی بر حسب PPm. در سال

تخریب فیزیکی         افزایش وزن مخصوص ظاهری بر حسب گرم در سانتیمتر مربع

     پس متوجه می گردیم که تخریب خاک مسئله کوچکی نیست و در حقیقت حاصلخیزی خاک فقط مسئله کود شیمیایی و آلی نیست بلکه به هزار و یک عامل بستگی دارد.

     خاکها را می توان از چند نظر یا از چند بعد مورد مطالعه قرار داد. طبقه بندی خاک یا رده بندی خاکها برای حفاظت خاک در حقیقت بیشتر از نظر کاربردی قابل اهمیت است.

     خاکها را از نظر تخریب می توان مثلاً به چها مورد مطالعه قرار داد:

     تخریب فرسایشی ـ تخریب شیمیائی ـ تخریب فیزیکی ـ تخریب بیولوژیکی

تخریب فرسایشی

    تن در هکتار                          ضخامت از بین رفتن

و در سال                                خاک در سال

I- بدون تخریب یا       کمتر از 10<                           کمتر از 6ر. میلیمتر mm

    خیلی ناچیز

II- کم                     10 تا 50                                  6ر. تا 6ر3        «

III- قوی                  50 تا 200                                 3ر3 تا 3ر13    «

IV- خیلی قوی            200>                                     13 >            «

تخریب شوری برای تخریب شوری و قلیائی طبقه بندی زیر را پیشنهاد نموده اند

                          افزایش شوری بر حسب میلی موس                   قلیائیت بر حسبدرصد

                                  در سانتیمتر و در سال                               E.S.P در سال

بدون شوری یا کم              <mmoh / cm                                 کمتر از یک درصد

خیلی کم                                 3-2                                                 2-1

قوی                                        5-3                                                3-2

خیلی قوی                                5>                                                    3<

تخریب فیزیکی تخریب فیزیکی بیشتر شامل افزایش وزن مخصوص ظاهری خاک و کاهش نفوذپذیری می گردد.

افزایش وزن مخصوص ظاهری خاک (درصد تغییرات بر حسب گرم در سانتیمتر مکعب)

                               g/cm³             g/cm³               g/cm³               g/cm³

حدود یا سطح اولیه         0ر1 در سال              25ر1-1             4ر1-25ر1         6ر1-4ر1

خیلی ناچیز یا سبک               5                     %5ر2                   %5ر1                +%1

متوسط                           10-5                   5-5ر2                5ر2-5ر1             2-1

قوی                              15-10                  5ر7-5                 5-5ر2               3-2

خیلی قوی                         %15                    5ر7                       5                     3

     مواد آلی و شیمیایی خاک نیز در این رابطه دارای اهمیت می باشند. زیرا این مواد بر پایداری خاکدانه ها مؤثرند. مثلاً خاکهایی که کربن آلی در آنها از 2 درصد ـ معادل 5/3 درصد مواد آلی ـ کمتر باشد جزء خاکهاب قابل فرسایش به حساب می آیند. در اغلب خاکها مقدار مواد آلی کمتر از 15 درصد و در خاکهای لوم شنی کمتر از 2 درصد است. ورنی، وان وین، پال ثابت کرده اند که با افزایش مواد آلی در خاک در محدوده صفر تا 10 درصد قابلیت فرسایش بطور خطی کاهش می یابد. البته این رابطه را نمی توان برای بیش از 10 درصد صادق دانست زیرا برخی خاکها مانند پیت که محتوی مقدار زیادی مواد آلی هستند در مقابل باد و آب سریعاً فرسایش پذیرند. هم چنین برخی خاکها که مقدار مواد آلی آنها کم است بسیار محکم شده و لذا در شرایط خشک نسبت به فرسایش مقاومت زیادی نشان می دهند.

     کوششهای زیادی به عمل آمده است تا بر اساس خصوصیتهای خاک که در آزمایشگاه یا صحرا اندازه گیری می شود و یا عکس العمل خاک در قبال بارندگی و باد شاخص ساده ای را برای قابلیت فرسایش به دست آورد.

                            کلاسهای قابلیت اراضی (سیستم امریکایی)

کلاس                 خصوصیتها و توصیه برای بهره برداری از زمینها

I            خاکهای عمیق، حاصلخیز، قابل کار، و زمینهای نسبتاً مسطح، مواجه با خطر

              فرسایش روی زمینی نیستند، پس از کاشت با خطری مواجه نمی شوند، استفاده از     

             کود و آهک و تناوب برای حفظ حاصلخیزی و ساختمان خاک لازم است.

II           شیب ملایم و خاکهای حاصلخیز، عمق متوسط، تا اندازه ای تحت تأثیر جریان روی

             زمینی می باشد، ممکن است به زه کش نیاز داشته باشند، پس از کشت مواجه شدن

             با خطرات مختلف در آن متوسط است، باید تناوب زراعی و سیستمهای کنترل آب و

             اقدامات موضعی کنترل فرسایش در آنها به عمل آید.

III             شیب نسبتاً زیاد، حاصلخیزی متوسط، با خطر فرسایش شدیدتر مواجه هستند،

        گیاهان پس از کاشت با خطرات مختلف روبرو می شوند بهتر است بجای گیاهان

       ردیفی زیر کشت گیاهان علوفه ای قرار گیرند.

IV          خاکهای خوب روی شیبهای تند، خطر فرسایش شدید، اگر مراقبت به عمل آید

               مورد استفاده زراعت هم می تواند قرار گیرد، بهتر است به عنوان مرتع استفاده شود

               ولی هر 5 تا 6 سال یکبار غلات هم می توان کشت کرد.

V           خاک ممکن است بسیار مرطوب و یا برای کشاورزی سنگلاخی باشد، ولی شیب این

              اراضی نسبتاً کم است. خطر فرسایش در آنها اندک می باشد. از این زمینها بایستی به

              عنوان مرتع و جنگل استفاده شود. در هنگام چرا باید پوشش گیاهی از نظر فرسایش

              تحت کنترل قرار گیرد.

VI         خاکهای کم عمق روی شیبهای تند، مورد استفاده مرتع یا جنگلکاری، چرای دام باید

              با کنترل صورت گیرد، اگر پوشش گیاهی از بین رفت تا استقرار مجدد آن از چرا

              جلوگیری شود.

VII        زمینهای پرشیب، ناهموار، فرسایش پذیر، هم چنین مشتمل بر زمینهای باتلاقی. حتی

              اگر برای مرتع استفاده شود خطراتی در بر خواهد داشت، محدودیت چرای دام.

VIII       زمینهای بسیار ناهموار، حتی برای چرای دام نا مناسب است. بهتر است برای استفاده

               حیات وحش اختصاص داده شود.

کلاس I تا IV مناسب برای کشاورزی

کلاس V تا VIII نامناسب برای کشاورزی

استراتژیهای کنترل فرسایش خاک

     هدف از عملیات حفاظتی خاک آن است که میزان تلفات خاک از حد معینی پایین تر نگهداشته شود تا امکان بهره برداری از زمین به مدت طولانی فراهم گردد. به لحاظ نظری این حد برابر سرعت طبیعی تولید خاک است. به عبارت دیگر عملیات حفاظت خاک باید شرایطی را ایجاد کند که در آن سرعت تشکیل خاک و سرعت فرسایش خاک برابر باشد. یکی دیگر از هدفهای حفاظت خاک جلوگیری از هدر رفتن مواد غذائی زمین و جلوگیری از آلودگی آبهاست. ممانعت از پر شدن سریع مخازن سدها و کانالهای آبیاری از رسوب نیز از هدفهای دیگر کنترل فرسایش است. البته فرسایش خاک یک پدیده طبیعی است و جلوگیری از آن امکان پذیر نمی باشد ولی می توان آن را تا حد معینی پایین نگهداشت. تصمیمگیری در مورد این که این حد تا چه اندازه باید باشد بستگی به نیازها و هدفهای پروژه های آبخیزداری دارد.

روشهای حفاظت خاک

    ـ محافظت خاک در مقابل اثر تخریبی قطرات باران.

   ـ افزایش ظرفیت نفوذ آب در خاک به منظور کاهش رواناب

  ـ بهبود بخشیدن به پایداری خاکدانه ها.

 ـ افزایش زبری سطح خاک به منظور کاهش سرعت آب یا باد.

     برای رسیدن به هدفهای فوق انواع روشها به کار گرفته می شود که می توان آنها را در سه گروه عملیات زراعی، عملیات مدیریت خاک و عملیات مکانیکی طبقه بندی کرد.

     در روشهای زراعی یا بیولوژیکی سعی بر این است تا از نقش پوشش گیاهی در جلوگیری از فرسایش سود جسته شود. در عملیات مدیریت خاک روشهایی دنبال می شود تا در اثر اجرای آنها ساختمان خاک بهبود یابد، و امکان رشد گیاه به نحوی که منجر به پوشش انبوه گیاه گردد فراهم آید. روشهای فیزیکی یا مکانیکی به خ9صوصیتهای پستی و بلندی سطح زمین بستگی دارد. مثلاً با احداث تراس و بادشکن از سرعت جریان آب یا باد کاسته می شود. بطور خلاصه روشهای مکانیکی به روشهایی گفته می شود که به منظور کاهش انرژی موجود برای فرسایش به کار می رود. در روشهای مدیریت خاک مقاومت زمین نسبت به فرسایش افزایش داده می شود و در ورشهای زراعی سطح خاک در مقابل فرسایش محافظت می شود.

     در هنگام تصمیمگیری برای انجام عملیات حفاظت خاک همیشه اولین اولویت به عملیات زراعی داده می شود. زیرا این روشها نسبتاً ارزان بوده و اثر مستقیم آنها کاهش اثر تخریبی باران، افزایش نفوذ آب در خاک، کاهش دادن حجم رواناب و تقلیل سرعت باد یا باران است. علاوه بر این کاربرد عملیات زراعی در هر شرایطی امکان پذیر می باشد. از طرف دیگر روشهای مکانیکی نسبتاً غیر مؤثرند زیرا نقشی در جلوگیری از جدا شدن ذرات خاک از بستر ندارند. نقش اصلی این عملیات کمک به روشهای زراعی است. بدین ترتیب که از سرعت بخشیدن به جریان آب یا باران ممانعت به عمل می آورند. اجرای عملیات مکانیکی معمولاً پر هزینه و نگهداری آنها مشکل است. گذشته از این برای زارعین معمولی ایجاد تراس یا کارهای مشابه با آن آسان نیست.

مدیریت خاک

     هدف از انجام عملیات مدیریتهای خاک حاصلخیز نگهداشتن و حفظ ساختمان خاک است. حاصلخیز بودن خاک یعنی تولید بیشتر، پوشش گیاهی مناسب و به حداقل رساندن اثر مخرب قطرات باران، رواناب و باد. چنین خاکهایی معمولاً دارای ساختمانی پایدار و دانه ای بوده و در اثر عملیات کشاورزی از نفوذ پذیری آن کاسته نمی شود. بنابراین حاصلخیزی خاک را باید به عنوان کلید حفاظت خاک تلقی کرد.

مواد آلی خاک

     یکی از راههای حاصلخیز کردن زمینها، دادن مواد آلی به آن است. مواد آلی چسبندگی ذرات خاک را افزایش می دهد، ظرفیت نفوذ آب به داخل خاک را بهبود بخشیده و عملی مطلوب در جهت حفظ پایداری خاکدانه هاست.

     دادن مواد آلی به خاک می تواند به صورتهای مختلف باشد، مانند اضافه کردن کود سبز به خاک، دادن کود حیوانی تخمیر شده و پخش کاه و کلش در سطح زمین. مفید بودن مواد آلی در خاک از روی ضریب ایزوهومیک آنها سنجیده می شود. ضریب ایزوهومیک عبارت است از مقدار هوموس تولیدی به ازای هر واحد ماده آلی. کودهای سبز که معمولاً از علوفه های لگومینوز تشکیل شده است و همراه با شخم به خاک اضافه می شود در پایداری خاکدانه ها بسیار مؤثر است. ضریب ایزوهومیک این کودها کم و در نتیجه دوام آنها کوتاه است. بر عکس کاه به کندی تجزیه می شود ولی ضریب ایزوهومیک آن زیاد است. کودهایی که قبلاً تخمیر شده باشند نیز مدتی طول می کشد تا بتوانند در پایداری خاک مؤثر واقع شوند اما ضریب ایزوهومیک آنها بالاست.

نتیجه گیری:

     با توجه به مطالب فوق و با بررسیهائی که تا کنون درباره اهمیت فرسایش چه در کشورهای جهان و چه در ایران انجام داده اند متوجه می شویم اهمیت جلوگیری از تخریب خاک در حفظ و حراست آن که بزرگترین ثروت ملی یک مملکت است باید در رأس تمام مسائل قرار گیرد.

     برای حفظ خاک در مقابل عوامل تخریبی مسلماً روشهای متعددی وجود دارد ولی قبل از وارد شدن به اصل مطلب لازم است یادآوری نمائیم که در تمام برنامه ریزیها مسئله ای را که می باید به آن توجه نمود نگهداری و حراست عوامل مهم محیط یا اکولوژیکی است. هر زمان بدون مطالعه و بدون بررسیها بخواهیم یکی از عوامل محیط را تغییر بدهیم مسلماً تخریب خاک شروع می شود.

     روشهای جلوگیری از فرسایش بادی یا آبی که پیشنهاد می نمایند برای جانشین نمودن پوشش گیاهی است. مسلماً اگر استفاده از پوشش گیاهی با دقت انجام گیرد مسئله فرسایش از اهمیتش فوق العاده کاسته خواهد گردید.