خاک شامل مواد مختلف از ساختارهای ساده شیمیایی، املاح تا ترکیبات آلی و غیرآلی بسیار پیچیده می باشد. برهمکنش های شیمیایی در خاک بصورت پیوسته ادامه میابد بنابراین ترکیبات خاک مکررا تغییر پیدا می کنند.
فرایندهایی که برای رشد گیاهان و تغذیه گیاهی حائز اهمیت هستند شامل موارد زیر می باشند:
- مقدار عنصر غذایی مورد نیاز گیاه در خاک
- جذب قوی این عناصر و ظرفیت تبادل کاتیونی CEC
- بر هم کنش در خاک
- مواد آلی خاک
- شوری خاک
مقدار عنصر غذایی مورد نیاز گیاه در خاک
عناصر غذایی در خاک شامل عناصر بوجود آمده از سنگ بستر می باشند، هشت عنصر 98% از پوسته جامد زمین را تشکیل می دهند، که به ترتیب شامل:
اکسیژن، سیلیسیوم، آلومینیوم، آهن، کلسیم، سدیم، پتاسیم و منیزیوم می باشند.
اکسیژن و سیلیسیوم 75% از سنگ بسترها را تشکیل می دهند.
بخش های کلوئیدی خاک
مولکولها و یونها از محلول خاک به بخش جامد خاکها در سطح کشیده می شوند. این ذرات نقش بسیار مهمی را بر روی مواد آلی و رس بازی می کنند که بطور ویژه ای بر روی ظرفیت تبادل کاتیونی، شیمی خاک و عناصر غذایی مورد نیاز گیاه و بر هم کنش های خاک موثرند. در اینجا مینرالهای رسی و مواد آلی که کلوئیدهای خاک را تشکیل می دهند، مورد بحث قرار می دهیم.
دو نوع رس در طبیعت وجود دارد:
- رس های سیلیکاته که در نواحی معتدل رایج هستند.
- رس های اکسیده که در نواحی گرمسیری و نیمه گرمسیری حاکمند.
- رس در خاک مینرال ثانویه است و از تجزیه مینرالهای سیلیکاته ویژه سنگ بستر تشکیل می شود. مقدار و ترکیب رس هایی که در سنگهای بستر مختلف تشکیل شده اند در محیط های مختلف متفاوت و پیچیده است.
شرایط آب و هوایی ازجمله عوامل محیطی است که نقش بسیار مهمی را در تشکیل انواع رس بازی می کند.
ظرفیت تبادل کاتیونی در خاک
رس و مینرالهای آلی سطح وسیعی در خاک دارند بنابراین آب و یونها را نگه می دارند. کاتیونها که عناصر غذایی مورد نیاز گیاه هستند مانند ca،mg ، k، N،Al ،H و…در محلول خاک از طریق تجزیه رها شده و بر روی سطوح هوموس و ذرات رس نگهداری می شوند. این فرایند در یک جهت اتفاق نمی افتد. برای مثال: دی اکسیدکربن از تجزیه مواد آلی خاک نواحی غنی از آهک مرطوب رها می شود و بنابراین درمحلول خاک H2CO3 را خواهیم داشت. یون H در این اسید قابلیت جایگزینی با یون کلسیم را دارد، بنابراین یونهای کلسیم با هیدروژن جایگزین می شوند. وقتی شستشوی طولانی مدت خاک با آب باران صورت گیرد یون هیدروژن با دیگر یون های خاک نیزجایگزین می شود.
آنیونهای تبادلی در خاک
آنیونها با گروه های هیدروکسیل (OH) مینرالهای رسی تغییر مکان می دهند، این گروه ها در رس های کائولینایت در مقایسه با رس های مونتمورلونایت بیشتر در دسترس هستند. بنابراین تبادل آنیونی در خاک نواحی مرطوب و خاک نواحی خشک که رس های کائولینایتی غالب است بیشتر رخ می دهد. مقدار کمی هم کائولینایت در بعضی از خاکهای نواحی مرطوب گرمسیری که خیلی تجزیه نشده اند، وجود دارند. این خاک ها بار مثبت را نشان می دهند. بطور خلاصه کلوئیدهایی که در خاک بار مثبت دارند آنیونهایی نظیر نیترات و کلراید را جذب می کنند و کاتیونها نظیر کلسیم، منیزیوم و سدیم از دسترس خارج می شوند و لذا این کاتیونها در محلول خاک به آبشویی بسیار حساس می شوند و اشباع بازی در این خاک ها کاهش میابد و یونهای فسفات و سولفات با(OH) جایگزین می شوند. این خاکها ظرفیت جذب پتاسیم بالایی دارند و سطح فسفات قابل استفاده در آنها به طور طبیعی پایین باقی می ماند.
جدول انحلال بر طبق PH عناصر غذایی
محلول خاک حالت اسیدی- قلیایی و خنثی دارد. خاکها با اسیدیته بالا در آب وهوای مرطوب حضور دارند و به واسطه آبشویی زیاد بازها در خاک بطورقابل توجهی حذف شده و جای آنها را یون H می گیرد.
اهمیت مواد آلی در خاک
مقادیر کم مواد آلی خاک اثرات مهمی بر روی خصوصیات فیزیکی وشیمیایی خاک دارد:
- بهبود ساختمان خاک
- تثبیت خاکدانه
- بهبود ظرفیت نگهداری آب در خاک
- بهبود تهویه خاک
عناصرغذایی مختلف که مورد نیاز گیاه هستند با تجزیه ماده آلی رها می شوند. بنابراین ماده آلی ارتباط نزدیکی به بازده خاک دارد. ماده آلی را نمی توان خاک نامید، مگر اینکه تیره باشد، مواد آلی شامل مواد پوشاننده قسمت بالایی زمین هستند و در مفهوم پدولوژی ماده آلی یکی از قسمتهای کامل خاک می باشد.
- یکی از خصوصیات خاک کامل حضور میکرو ارگانیسم ها و ماده آلی در آن می باشد.
- همبستگی نزدیک ماده آلی خاک با حاصلخیزی قرن ها پیش دانسته شده و کشاورزان نیز به این امر واقفند که خاکهای تیره رنگ نسبت به خاکهای روشن حاصلخیزترند.
- در کشاورزی اولیه خاکهای فرسایش یافته برای دوره مشخصی بدون کشت رها می شدند تا فرصت تجمع مواد آلی را مجددا پیدا کنند.
- بافتهای گیاهی و جانوری مواد آلی خاک را تشکیل می دهند.
- بقایای آلی پس از اختلاط با خاک مورد حمله گستره عظیمی از میکروارگانیسم های خاک قرار می گیرند و شروع به انحلال تا مرحله معدنی شدن می کنند.
- مواد آلی شامل ترکیبات آلی هستند که در مراحل مختلف تجزیه قرار دارند.
- میکرو ارگانیسم ها بوجود آورنده بخش زنده آلی خاک هستند. تنها بخش اندکی از ماده آلی خاک با زندگی ارگانیسم ها ترکیب شده است.
پتانسیل هیدروژن (واکنش PH خاک)
در آب یون های H و OH وجود دارد. وقتی که یون های H و OH با یکدیگر مساوی هستند آب خنثی است. لذا PH آب 7 می باشد.
وقتی که غلظت یون H آزاد در محلول خاک بالاتر از غلظت یون های OH هیدروکسیل شود، محلول خاک اسیدی است و در شرایط بلعکس قلیایی است. از این رو عبارت PH برای نشان دادن این وضعیت به کار می رود. وقتی PH کمتر از 7 است حالت اسیدی را نشان می دهد. وقتی PH بیشتر از 7 است قلیایت را نشان می دهد در حالی که 7 حالت خنثی و طبیعی است. به عبارت دیگر وقتی یون های H افزایش پیدا می کنند PH کاهش پیدا می کند و وقتی که یون های OH افزایش پیدا می کند PH نیز افزایش پیدا می کند.
در نواحی بارانی وقتی که آب باران شروع به شستن خاک می کند، کاتیون های H در آب با کاتیون های Na ، K ، Mg و Ca تغییر مکان می دهند. بنابراین با تغییر مکان H به جای کاتیون ها در خاک، خاک اسیدی می شود. یکی از فاکتورهای مهمی است که بر تغییر واکنش خاک مؤثراست. این گاز وقتی که با آب ترکیب می شود تشکیل اسید کربنیک می دهد. در فشار بالاتر غلظت H در خاک افزایش خواهد یافت. در خاک نواحی مرطوب اسید کربنیک و فرم بیکربناته آن به طرف نواحی پایین تر انتقال می یابند بنابراین خاک اسیدی می شود.
شسته شدن بازها و به ویژه کاهش Ca و Mg در خاک منتهی به پایین آمدن PH خاک می گردد.
ضمناً، اسیدهای آلی و غیرآلی که با تجزیه ماده آلی تشکیل می شوند شستن بازها را افزایش می دهند.
فراوانی یون های H به طور خاصی پروسه رشد گیاهی را سبب می شود. تبادل کاتیونی H و بازها سبب می شود این بازهای آزاد شده در خاک یا به وسیله گیاه جذب شوند و یا با آب حذف شوند و این امر سبب اسیدی شدن خاک می گردد. در نواحی مرطوب و چمنزارها این عوامل فاکتورهایی هستند که به اسیدی شدن خاک منتهی می گردند.
در نواحی خشک باران برای شستن بازهای خاک کافی نیست اشباع بازی خاک بالاست و خاک واکنش بازی و یا خنثی نشان می دهد.
لذا این امر نشان می دهد که آب و هوا فاکتور اصلی در افزایش اسیدیته خاک است.
از این رو در آب و هوای بارانی خاک با آب باران شسته شده و یون های H با کاتیون های K و Na و Ca و Mg تغییر مکان می دهند.
به علاوه، پوشش گیاهی متراکم در نواحی مرطوب به افزایش ماده آلی خاک کمک می کند، به عبارت دیگر و دیگر اسیدهای آلی که از تجزیه ماده آلی به دست می آیند به اسیدی شدن خاک کمک می کنند. این شرایط تقریباً برعکس شرایط موجود در نواحی خشک می باشد. در نواحی خشک شسته شدن بازها در خاک به شدت محدود شده بنابراین نواحی خشک واکنش قلیایی را نشان می دهند.
لئو ناردیت تولید شده در شرکت پروفرت در خاک هایی با PH بالا به سرعت واکنش بسیارمؤثری با آنیونهای خاک داده و به شکل اسید هیومیک در می آید، که منجربه اثرات مثبتی نظیر کاهش PH خاک، کلاته کردن عناصر ریز مفذی و در نتیجه افزایش جذب توسط گیاه، افزایش ظرفیت نگهداری آب در خاک، افزایش تهویه خاک و توسعه و رشد ریشه می گردد.
قانون حداقل لیبگ (بشکه لیبیگ) Liebig’s minimum law (liebig barrel)
- گیاهان مواد لازم برای رشد و بقا را از خاک جذب می کنند.
- فاکتور محدود کننده حداقل عنصر غذایی در خاک است.
- برای مثال در یک مورد وقتی که ازت مورد نیاز گیاه به مقدار زیاد در دسترس است اگرتنها نیمی از روی (Zn) مورد نیاز در دسترس باشد گیاه نیز نیمی از مقدار نیتروژن را جذب می کند.
- طبق آنچه که در شکل می بینید، هر قطعه از بشکه یک عنصر غذایی را نشان می دهد. بشکه می تواند فقط تا قسمت شکسته پر شود راه کامل پر کردن بشکه با ترمیم قطعه شکسته می باشد. به همین دلیل تنها راه به دست آوردن حداکثر بازده، آنالیز خاک است. وقتی که خاک در حال حاصلخیز شدن است تنها باید آن را با عناصر غذایی از دست رفته پرکرد.
