خاک

خاک یکی از منابع مهم و ارزشمند طبیعی است. بدون داشتن خاک سالم حیات و زندگی روی زمین امکان‌پذیر نخواهد بود. 95 درصد غذای روزانه انسان از طریق زمین (خاک) تهیه می‌شود.

اجزای تشکیل دهنده خاک

خاک و ویژگی‌های آن

خاک فاکتوری مهم و مؤثر در پیدایش و شکل‌گیری هر اکوسیستم طبیعی است. خاک را می‌توان به‌عنوان بخشی از سنگپوش یا رگولیت تعریف کرد که قادر است زندگی گیاهی را حفظ نماید. رگولیت بخشی از ماده سنگی غیریکپارچه است که بر روی سنگ بستر قرار گرفته است و سطوح زمین را تشکیل می‌دهد. بر اثر فرسایش سنگ مادر، لایه‌ای نازک از خاک تشکیل می‌شود و به مرور زمان لایه‌های جدیدتری از خاک روی لایه اولیه قرار می‌گیرند. با گذشت زمان لایه‌های زیرین تغییر شکل می‌دهند و در نهایت پروفیل خاک شکل می‌گیرد. خاک از لایه‌های افقی معینی تشکیل شده است که از نظر رنگ، بافت، ساختار و مواد آلی با یکدیگر متفاوت‌اند. تکامل پروفیل خاک وابسته به فرآیند فرسایش شیمیایی است که در مجاورت اکسیژن، رطوبت، دی‌اکسید کربن، مواد آلی، موجودات خاکزی و بقایای گروهی صورت می‌گیرد.

عوامل تشکیل‌دهنده خاک

پنج عامل مهم برای تشکیل خاک، که در ارتباط با یکدیگر هستند، عبارت‌اند از: ماده والد (سنگ مادر)، ارگانیسم‌های خاک، آب و هوا، توپوگرافی و زمان

سنگ اولیه یا سنگ مادر

کمیت و کیفیت خاک‌های حاصل از سنگ‌های مختلف (سنگ‌های آذرین، رسوبی و دگرگونی) به کانی‌های تشکیل‌دهنده سنگ و نیز آب و هوا و عوامل دیگری بستگی دارد. خاک حاصل از تخریب کامل سیلیکات‌های دارای آلومینیوم و همچنین سنگ‌های فسفاتی، از لحاظ صنعتی و کشاورزی ارزش زیادی دارد، درحالی که خاک‌هایی که از تخریب سنگ‌های محتوی کانی‌های مقاوم (از قبیل کوارتز) بر اثر تخریب شیمیایی پدید آمده‌اند، غالباً شنی و ماسه‌ای می‌باشند، فاقد ارزش کشاورزی می‌باشند.

ارگانیسم‌ها

تفاوت یا تمایز انواع خاک‌ها، از نظر کشاورزی، به نوع و مقدار مواد آلی (ازت و کربن) موجود در هر خاک بستگی دارد، مثلاً نیتروژن موجود در جوّ به‌طور مستقیم قابل استفاده برای گیاهان نیست، بلکه این ترکیبات نیتروژن‌دار هستند که برای رشد گیاه، باید به شکل محلول در خاک وجود داشته باشد. این عمل در خاک به وسیله برخی از گیاهان و باکتری‌ها انجام می‌شود. اکثر خاک‌ها دارای یک نوع ماده آلی کربن‌دار به نام هوموس هستند که از بقایای گیاهان به وجود می‌آید. ارگانیسم‌های بسیاری تاکنون شناسایی شده‌اند که نقش مهمی در پیدایش و شکل‌گیری خاک دارند؛ مثلاً میکروب‌های موجود در خاک نقش مهمی در بسیاری از فرآیندهای خاک بازی می‌کنند و با انجام فرآیندهای خاص باقی‌مانده‌های گیاهی را به هوموس تبدیل می‌کنند (هوموس ماده‌ای است با مولکول‌های آلی بر اثر فعالیت‌های میکروبیولوژیکی که بر روی بقایای گیاهان مرده تشکیل می‌شود). بسیاری از میکروب‌ها دارای ارتباط دوطرفه با گیاهان هستند و می‌توانند نیتروژن مورد نیاز آن‌ها را تثبیت نمایند. همچنین برخی از میکروب‌ها مانع رشد ارگانیسم‌های بیماری‌زا در خاک می‌شوند و در بسیاری از واکنش‌های شیمیایی مربوط به خاک ایفای نقش می‌نمایند.

آب و هوا

آب موجود در منافذ خاک و نیز دیگر عوامل آب و هوایی، از قبیل درجه حرارت، رطوبت و فشار، در کیفیت خاک تأثیر بسزایی دارند. جریان یافتن آب‌ها در زمین، به‌خصوص در زمین‌های شیب‌دار، موجب شست‌وشوی خاک‌ها می‌شود و با تداوم این عمل مقدار مواد معدنی و آلی به تدریج کاهش می‌یابد. اتمسفر روی برخی از کانی‌ها اثر تخریبی عمیق و مؤثری دارد و هرچه رطوبت و درجه حرارت بیشتر باشد شدت این تخریب بیشتر خواهد بود.

توپوگرافی محل تشکیل خاک

اگر محل‌های تشکیل خاک دارای شیب تند باشد، خاک تخریب می‌شود و مواد آن می‌توانند به وسیله آب‌های جاری سریعاً از محل خود کنده شده و به محل دیگری منتقل شوند. در این صورت مواد معدنی خاک کاهش می‌یابد و نهایتاً در این مناطق، دیگر خاک برای کشاورزی مناسب نخواهد بود. اما در زمین‌های بدون شیب یا افقی که مواد به سادگی به وسیله آب‌های جاری تخریب نمی‌شوند، فرصت کافی برای انجام فعل و انفعالات به صورت کامل وجود دارد.

زمان

هرقدر مدت زمان تخریب کانی‌ها و سنگ‌ها بیشتر باشد عمل تخریب فیزیکی و شیمیایی کامل‌تر انجام می‌گیرد. زمان تخریب، بسته به نوع سنگ، ساخت و بافت سنگ و نیز ترکیب و خاصیت تورق کانی‌ها، متفاوت است ولی به‌طور کلی سنگ‌های رسوبی خیلی زودتر تجزیه شده و به خاک تبدیل می‌شوند، در صورتی که برای تجزیه کامل سنگ‌های آذرین و تبدیل آن‌ها به خاک مدت زمان بیشتری باید صرف شود.  

انواع خاک می‌تواند ۳ حالت داشته باشد:

• خاک جامد (خاک سفت)
• خاکی که منافذ آن با هوا پر شده است.
• خاکی که منافذ آن با آب پر شده است.

انواع مختلفی از خاک وجود دارد که تحت فشارهای مختلف محیطی قرار دارند؛ طبقه‌بندی خاک عمدتا از نظر بافت، نسبت و اشکال مختلف ترکیبات آلی و معدنی صورت می‌گیرد.

انواع خاک در نتیجه روند هوازدگی تشکیل می‌شوند. خاک مخلوطی از هوموس و ذرات سنگ است و یکی از منابع طبیعی است و تمام مواد مغذی مورد نیاز گیاهان در طول فتوسنتز را برای گیاهان تأمین می‌کند. زیستگاه بسیاری از موجودات زنده است و در کشاورزی ضروری است. خاک از لایه‌های مختلفی مانند هوموس، آب، رس، شن و سنگ ریزه تشکیل شده است. شکل‌گیری بافت خاک تحت تأثیر عوامل خارجی مانند دما، باد، بارندگی، رطوبت و نور خورشید است. این عوامل در ایجاد تغییرات در بافت و کیفیت خاک بسیار مهم هستند. نوع محصولی كه با استفاده از نوع خاصی از خاک پرورش داده می‌شود، توسط اجزای خاک و تاثير اقليمی يك منطقه تعيين می‌شود.

طبقه‌بندی انواع بافت خاک

انواع خاک از نظر بافتی به چهار دسته طبقه‌بندی می‌شود:

• خاک ماسه‌ای (شنی)
• خاک سیلت
• خاک رس
• خاک لومی

خاک ماسه‌ای

اولین نوع از انواع خاک، شن و ماسه است. از ذرات کوچک سنگ هواساز تشکیل شده است. خاک‌های شنی یکی از فقیرترین انواع خاک برای رشد گیاهان است، زیرا دارای مواد مغذی بسیار کم و ظرفیت نگهداری آب در آن ضعیف است، که سبب می‌شود ریشه گیاه آب را به سختی جذب کند. این نوع خاک برای سیستم زهکشی بسیار مناسب است. خاک شنی معمولاً در اثر تجزیه یا تکه تکه شدن سنگ‌ها مانند گرانیت، سنگ آهک و کوارتز تشکیل می‌شود. خواص خاک شنی برای کشاورزی ناچیز است.

خاک سیلت یا سیلیت

سیلت در مقایسه با خاک شنی ذرات بسیار کوچکتری دارد و از سنگ و سایر ذرات معدنی ساخته شده است که کوچک‌تر از شن و بزرگ‌تر از خاک رس هستند. این کیفیت صاف و ریز خاک است که آب را بهتر از شن نگه می‌دارد. سیلت به راحتی توسط جریان‌های متحرک منتقل می‌شود و عمدتا در نزدیکی رودخانه، دریاچه و سایر اجسام آب یافت می‌شود. خاک سیلت در مقایسه با سایر انواع خاک‌ها، حاصلخیزتر است. بنابراین، از خواص خاک سیلیت در کارهای کشاورزی برای بهبود حاصلخیزی خاک نیز استفاده می‌شود.

خاک رسی

خاک رس کوچک‌ترین ذره در میان دو نوع خاک دیگر است. ذرات موجود در این خاک بسیار محکم در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و تخلخل آن‌ها بسیار کم است یا فاقد آن است. این خاک از کیفیت ذخیره آب بسیار خوبی برخوردار است و نفوذ رطوبت و هوا را در آن سخت می‌کند. خاک رس خیس، بسیار چسبناک است، اما هنگام خشک بودن، نرم است. خاک رس متراکم‌ترین و سنگین‌ترین نوع خاک است که به خوبی زهکشی نمی‌کند و فضای شکوفائی ریشه گیاه را فراهم نمی‌کند.

خاک لومی

خاک لومی، ترکیبی از ماسه، سیلت و خاک رس است به طوری که خواص مفید هر یک از آن‌ها را شامل می‌شود. به عنوان مثال، از مهم‌ترین خواص خاک لومی، توانایی حفظ رطوبت و مواد مغذی می‌باشد. از این رو برای کشاورزی مناسب‌تر است. این خاک همچنین به عنوان خاک کشاورزی شناخته می‌شود؛ زیرا شامل تعادل هر سه نوع مواد خاک شنی، رس و لجن است و همچنین دارای هوموس است. جدا از این، به دلیل منشا غیرآلی بودن، کلسیم و pH بیشتری نیز دارد.

انواع خاک

• خاک قرمز و زرد
• خاک سیاه
• خاک آبرفتی
• خاک لاتریت
• خاک خشک
• خاک کوه و جنگل
• خاک کویر
• خاک‌های شور و قلیایی
• خاک‌های باتلاقی و ذغال سنگی

رنگ خاک

رنگ، یکی از ویژگی‌های فیزیکی خاک‌ها است که بر روی رفتار و کاربری آن تاثیری ندارد. با این وجود، رنگ، یک دید کلی از ترکیبات و شرایط فعلی را فراهم می‌کند. خاک‌ها می‌توانند دارای رنگ‌های مختلفی نظیر خاکستری، سیاه، سفید، قرمز، قهوه‌ای، زرد و سبز باشند. در اکثر موارد، رنگ‌های مختلف لایه‌های خاک، افق‌های خاص را نمایش می‌دهند.

رنگ خاک، توسط کانی‌های تشکیل‌دهنده و مواد عالی موجود در آن ایجاد می‌شود. به عنوان مثال، اگر رنگ خاکی سبز یا زرد بود، احتمال وجود اکسیدهای آهن در آن بالا است.

اهمیت خاک

پوشش گیاهی

خاک به عنوان بستری برای پرورش گیاهانی است که خود تامین کننده‌ی غذای ما انسان‌ها و سایر موجودات است. در کشور ما که در منطقه‌ای خشک و نیمه خشک واقع است، اهمیت خاک به وضوح قابل لمس است.

سفره‌های زیرزمینی

وجود خاک سبب می‌شود بارش‌های رگباری در آن جذب شده و هدر نروند تا به عنوان سفره‌های زیر زمینی قابل بهره‌برداری باشند.

کنترل فرسایش

فرسایش برای خاک به صورت یک تهدید مرگبار است که موجب از دست رفتن آن می‌شود. متاسفانه این پدیده در کشور ما بسیار اتفاق می‌افتد. در حدود ۱۲۵ میلیون هکتار از اراضی ما در معرض فرسایش آبی و ۳۲ میلیون هکتار نیز در معرض فرسایش بادی قرار گرفته‌اند. کنترل این فرسایش و جلوگیری از هدر رفت خاک از جمله مسئولیت‌های سنگینی است که باید به درستی مدیریت شود.

استفاده از آلاینده‌ها

انواع سموم و مواد شیمیایی کشاورزی و همچنین روش بسیار اشتباه دفن زباله‌ها می‌توانند سبب آلودگی خاک‌های کشور شوند و این عمل به خود ما بازخورد دارد.

منبعی برای ذخیره کربن

ذخیره کربن توسط خاک موجب می‌شود دی اکسید کربن هوا به خوبی کنترل شود. کربن هوا نصف کربن خاک است و این می‌تواند منجر به ذخیره کربن در خاک شود. همچنین نیتروژن، فسفر و سایر مواد مغذی در خاک انباشته و جا به جا می‌شوند.

ضعیف شدن خاک

خاک از لحاظ آن که در تولید غذای ما نقش دارد، بسیار مهم است. خاک از منابع تجدیدپذیر بوده اما برای آن که خاکی به قطر ۱ سانتی‌متر تولید شود در حدود ۲۰۰ سال زمان لازم است.

گذشته از بهره‌برداری بی رویه از خاک، عوامل دیگری همچون اثر وزش باد و شست و شوی خاک سطحی توسط باران، سبب فرسایش خاک، به ویژه در کشور ما می‌شود.

فعالیت‌های انسانی

فعالیت ما انسان‌ها ممکن است ناخواسته موجب آلودگی و ضعف خاک شود. یکی از این آلودگی‌ها می‌تواند مواد سمی از قبیل انواع حلال‌ها، کودهای شیمیایی، مواد رنگی، مواد شوینده و … باشد که روی زمین ریخته می‌شود. تخریب زمین، تغییر کاربری، قطع درختان و کندن بوته‌ها می‌تواند منجر به خراب شدن خاک شود.

فرسایش خاک

عواملی همچون باد و آب که در دراز مدت سبب ایجاد تغییرات فیزیکی و جابه‌جایی خاک سطحی زمین می‌شوند، منجر به فرسایش خاک می‌شوند. به این عوامل فعالیت‌های انسانی از قبیل کشاورزی بی رویه، استخراج معادن، آتش سوزی و … را می‌توان اضافه کرد. فرسایش آبی، بادی، شیاری، خندقی و زودگذر از انواع فرسایش‌های خاک هستند.

حفظ خاک

برای حفظ خاک راه‌هایی وجود دارند که از آن جمله، کاشتن درخت در مسیر وزش باد، مرطوب نگه داشتن خاک با آبیاری مصنوعی (زیرا خاک مرطوب را باد نمی‌برد)، کاشتن گیاهان بوته‌ای که ریشههای آن‌ها ذرات خاک را متصل به هم نگه می‌دارد و … را می‌توان نام برد.

سازه خاکی

خاک تقریبا در همه جای زمین قابل دسترس است. دسترسی بالا به این ماده، سبب گسترش استفاده از آن به عنوان مصالح ساختمانی شده است. خاک حتی در دوران ماقبل تاریخ نیز به عنوان مصالح ساختمانی مورد استفاد قرار می‌گرفت.

«سازه خاکی» (به انگلیسی: Earth Structure)، ساختمان یا سازه‌ای است که بخش قابل توجهی از آن توسط خاک ساخته شده باشد. امروزه، خاک به عنوان مصالح اصلی بسیاری از سازه‌های بزرگ و کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد. در واقع این ماده، یکی از پرکابردترین مواد مورد استفاده در سازه‌های عمرانی و ژئوتکنیکی است. خاک، به صورت مصالح (سد، خاکریز، راه، راه آهن)، فونداسیون (سد، پل، ساختمان) و محیط ساخت (تونل، کانال) مورد استفاده قرار می‌گیرد.