حاصلخیزی خاک های زراعی

توان تولید و باروری خاک از فرایندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژی خاک است. توازن پایدار این فرایندها به همراه مدیریت مناسب بهرهبرداری از خاک موجب تداوم باروری میشود؛ هر گونه اقدام در جهت بر هم زدن این تعادل اثراتی جبرانناپذیر به دنبال دارد. از طرفی افزایش جمعیت با نرخ بیش از 2درصد در درازمدت شرایطی ناپایدار به وجود خواهد آورد. در بسیاری از کشورها، برای 50 تا 100 سال آینده، تولیدات کشاورزی باید دست کم سالانه 3 درصد رشد داشته باشد. تحقق این اهداف نیاز به بهرهبرداری بیشتر از مواد غذایی خاک دارد. مشکل اساسی رسیدن به این مقدار رشد در تولیدات کشاورزی میباشد که در آن کمیت منابع محیط و ظرفیت تولید اراضی و منابع آبی حفظ شود. مدیریت پایدار منابع و کاربرد فناوری مناسب در ارتباط با بهرهوری از منابع آب و خاک و منابع غذایی باید به گونهای باشد که هدف فوق تحقق یابد.

اهمیت حاصلخیزی خاک: حاصلخیزی خاک توصیفکننده توانایی و قابلیت خاک برای تامین شرایط رشد پایا، بهینه و مطلوب گیاه است. در گذشته حاصلخیزی خاک، صرفاً تامین نیاز عنصری NPK بوده است. پس از آن اهمیت ماده آلی مورد توجه قرار گرفت و
سرانجام بحث ریزمغذیها مطرح شد. سپس سیستم دینامیکی زیستی (Biodynamic System) مورد بررسی قرار گرفت که توسط دانشمندی آلمانی به نام Roudolph Steuner ارائه شد و کشاورزی به عنوان یک سیستم پایدار درون اکوسیستم معرفی گردید و نام آن از واژه یونانی «بیو» که به معنی «انرژیزیستی» است، گرفته شده است. در این سیستم جانوران به عنوان یک قسمت از اکوسیستم کشاورزی در نظر گرفته شدهاند. استانداردهای بیودینامیک محدودتر از کشاورزی آلی بود و در کشاورزی بیودینامیک متدهایی شبیه به هومیوپاتی کنونی رایج بوده است و سرانجام بحث کشاورزی آلی مطرح شد (Smith ، 2002).

هر چند استفاده از کودهای معدنی ظاهراً سریعترین و مطمئنترین راه برای تامین حاصلخیزی خاک به شمار میرود، لیکن هزینههای زیاد مصرف کود، آلودگی و تخریب محیط زیست و خاک، نگرانکننده است. بنابراین، استفاده کامل از منابع گیاهی غذایی قابل تجدید موجود (آلی و بیولوژیکی) به همراه کاربرد بهینهای از مواد معدنی، نقش مهمی در جهت حفظ باروری، ساختمان و فعالیتحیاتی خاک ایفا میکند. در ایران با اقلیم غالب خشک و نیمه خشک نه تنها خاکها عموماً از نظر مواد آلی فقیر بوده (کمتر از یک درصد) بلکه به جهت بالا بودن دما، ثابت نگهداشتن و حفظ مقدار ماده آلی خاک بسیار دشوار میباشد.

شکل 1- دشواری حفظ مواد آلی در خاکهای زراعی مناطق خشک و نیمه خشک (Laegried و همکاران، 1999).

علاوه بر آن با توجه مشکل یارانهای کودهای شیمیایی، هدف دستیابی به افزایش عملکرد هکتاری، علاوه بر ترمیم مواد آلی خاکها میباشد که مستلزم حمایتهای عملی دولت و نیازمند عزم ملی میباشد چرا که علاوه بر ترویج فرهنگ مصرف کودهای آلی در کشاورزی، نیاز به تولید انبوه این کودها میباشد.

l سلامت و کیفیت خاک: مواد آلی به علت اثرات سازندهای که بر خصوصیات فیزیکی (پایداری خاکدانهها)، شیمیایی (افزایش ظرفیت نگهداری عنصری) و بیولوژیکی (اکتیویته بیوماس میکروبی) دارد، به عنوان رکن باروری خاک شناخته شده است. به طور خلاصه نقش ماده آلی در تامین سلامت و کیفیت خاک را میتوان به شرح زیر بیان داشت:

1ـ منبع کربن و انرژی برای میکروارگانیسمهای خاک، 2ـ منبع عناصر غذایی نظیر نیتروژن، گوگرد، فسفر و … ، 3ـ پایداری و نگهداری ذرات خاک به عنوان خاکدانه یا خاک واحد و کاهش خطر فرسایش خاک، 4ـ توسعه تخلخل خاک و افزایش ظرفیت نگهداری هوا و آب و تسهیل توسعه و رشد ریشهای، 5ـ حفظ و ابقای عناصر غذایی و جلوگیری از هدررفت آنها با افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) و ظرفیت تبادل آنیونی (AEC)، 6ـ جلوگیری از فشردگی و تراکم خاک با پائین نگهداشتن وزن مخصوص ظاهری و ممانعت از ایجاد قشرها و پوستههای سخت، ترک و گسل، 7ـ افزایش قابلیت خاکورزی و تغییر در خصوصیات خاک مثل کاهش چسبندگی، افزایش نفوذپذیری و نرمی خاک، 8ـ ابقای کربن از اتمسفر و دیگر منابع، 9ـ کاهش اثرات محیطی منفی مثل اثر حشرهکشها، فلزات سنگین و بسیاری از آلایندههای دیگر، 10- افزایش قدرت بافری خاک و مقابله با تغییرات سریع اسیدیته خاک و 11- افزایش سرعت نفوذ آب در خاک و کاهش تولید رواناب.

l اثر مواد آلی بر حاصلخیزی و باروری خاک: همانگونه که ذکر شد توان باروری خاک حاصل اثرات سازنده فرایندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک است. لذا مناسب خواهد بود تا به طور اختصار اثرات مواد آلی بر این ویژگیها مورد بررسی قرار گیرد.

l ویژگیهای فیزیکی خاک: ویژگیهای فیزیکی خاک که از عوامل مهم و مشخصکننده رشد گیاهان میباشند، خود تابع عوامل مختلف است. در این بحث اثر متقابل مهمترین خواص فیزیکی خاک و ماده آلی مورد بررسی قرار میگیرد.

1ـ رنگ خاک: رنگ خاک شاخص دقیقی برای تعیین حاصلخیزی نیست زیرا شاخصی کیفی به شمار میرود. در برخی موارد رنگ تیرة خاک میتواند نشاندهندة میزان مادة آلی مناسب و کافی باشد. هر چه رنگ خاک زراعی تیرهتر باشد به دلیل گرمتر شدن زودتر سطح خاک، در بهار زمان کشت تسریع میشود.

2ـ ساختار خاک: آرایش ذرات خاک در تشکیل خاکدانهها، اندازه و پایداری خاکدانهها، بر روی تخلخل، نفوذپذیری و مقاومت آنها بسیار مؤثر است و ماده آلی به دلیل ایجاد هسته مرکزی در تشکیل خاکدانهها در پایداری و قوام آنها بسیار موثر است (رجوع به نشریه فنی شماره 297).

3ـ تخلخل خاک و نفوذپذیری آن:تخلخل خاک مبین حجم منافذ و روزنههای خاکی است و معبری برای جریان آب و هوا محسوب میشود. میزان تخلخل خاک (60-30 درصد)، تابعی از ساختمان، بافت و محتوای ماده آلی خاک میباشد. مادة آلی با بهبود شرایط خاکدانهسازی، وضعیت تخلخل خاک و نفوذپذیری آن را بهبود میبخشد.

4ـ بافت خاک: بسیاری از خواص خاک مثل تخلخل، نفوذپذیری، قابلیت فراهمی و ابقای عناصر غذایی تابعی از بافت خاک میباشند. ذرات شنی با اندازه mm2-05/0 بر توزیع هوادهی و زهکشی خاک بسیار مؤثرند اما در حاصلخیزی خاک نقش کمتری دارند. رس که اندازه ذرات آن کوچکتر از mm002/0 است واجد بار منفی، سطح ویژة وسیع و خاصیت ابقای عناصر غذایی میباشد اما در کلاسهبندی بافت خاک خواص فیزیکی کمرنگتری در نفوذپذیری و زهکشی دارد. مادة آلی دارای خاصیت اصلاحکننده بافت در خاکهای سبک و سنگین است.

5ـ ظرفیت نگهداری آب خاک: میزان ظرفیت نگهداری آب خاک متأثر از نوع بافت و میزان مادة آلی میباشد. در حالتهای مختلف میزان آب خاک متفاوت است.

6ـ عمق خاک: عمق ریشهها بر مقدار خاک در دسترس ریشهها که آب و مواد غذایی را برای گیاه تأمین میکند، موثر است و بوسیله سطح ایستابی، سنگ بستر، کفهها و سخت لایهها و pH پائین محدود میشود.

7ـ شیب خاک: میزان رواناب تابعی از شیب خاک است، زیرا میزان فرسایش در آن بالاتر است و برای کاهش فرسایش خاک، عملیات مدیریتی خاصی را طلب میکند. ماده آلی با افزایش نفوذپذیری خاک باعث کاهش رواناب ایجاد شده و کاهش فرسایش میشود.

خاک شناسی

خاک‌شناسی
خاکشناسی (Soil Science) دانش مطالعه و طبقه بندی خاک، بر اساس خصوصیات فیزیکی (مانند بافت یا ساختمان)، شیمیایی (مانند هدایت الکتریکی محلول خاک و میزان سدیم موجود) و زیستی آن است. دانش خاکشناسی خاک را به عنوان ترکیب طبیعی بسیار پیچیده، که از هوازدگی فیزیکی و بیوشیمیایی بوجود آمده مورد بررسی قرار می‌دهد. یک پدولوژیست خاک را به عنوان یک ترکیب مطالعه می‌کند و کاربردهای آن را مد نظر قرار نمی‌دهد. خاکشناسی به ما کمک می‌کند بهترین کاربرد ممکن را برای خاک‌های مناطق مختلف تعیین نماییم، از آن حفاظت کنیم و کیفیت آن را افزایش دهیم. علاوه بر این، خاکشناسی شیوه‌های کشت بدون خاک گیاهان (کشت هایدروپونیک) را نیز در بر می‌گیرد. پژوهشگران رشته خاکشناسی با بررسی مواد و شرایط مورد نیاز زندگی گیاهان، امکان رشد گیاه در محیط‌های بدون خاک را فراهم می‌کنند.
کارشناسان خاکشناس میزان مواد غذایی موجود در خاک‌های مناطق مختلف را بررسی می‌کنند و بهترین راه افزایش میزان مواد مورد نیاز و کاهش آثار سوء موادی که میزان آن از حد طبیعی بیشتر است را بیان می‌کنند و در صورتیکه خاک از لحاظ مواد غذایی متعدد دچار کمبود باشد، راه حل‌های ترکیبی (مانند کود فسفات آمونیوم) ارایه می‌دهند.
خاکشناسان می‌توانند با شیوه‌های غیر عادی، مثلاً با اضافه نمودن گچ به خاک سدیمی و شستشوی مداوم آن، ساختار شیمیایی و با شخم مناسب و اضافه نمودن کودهای گیاهی به خاک، ساختار فیزیکی آن را بهبود بخشند. آنها گیاهان و جاندرانی را که می‌توانند باعث بهبود کیفیت خاک از نظر شیمیایی یا فیزیکی شوند را براساس نوع خاک پیشنهاد می‌کنند. مثلاً برای خاک‌هایی که دارای کمبود نیتروژن هستند شبدر یا یونجه پیشنهاد می‌کنند و برای خاک‌هایی که به شدت فشرده شده‌اند ولی ساختار شیمیایی مناسبی دارند کرم خاکی پیشنهاد می‌کنند.

کود سبز

کود سبز

تناوب زراعی و تنوع ژنتیکی از دیر باز به عنوان ارکان سیستمهای تولید کشاورزی سنتی و موفق به شمار می آمده اند . در نیمه اول قرن بیستم ، تناوب 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 نسبتا ارزان قیمت به بازار معرفی شدند و بدین ترتیب جاذبه ای اقتصادی موجب جایگزینی کودها با تناوب زارعی گردید و تحقیقات و ترویج نیز بر همین مبنا متمرکز شدند . این امر تا بدین جا پیش رفت که امروزه بسیاری از زارعین ، 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 : « 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 . یقینا هیچ کشاورزی رازی به جایگزین کردن محصول پر بازده خود مثل غلات با دیگر گیاهان به نسبت کم بازده نیست . البته در نظامهایی که تناوب اجرا می شود در مقایسه با نظامهای تک کشتی حتی اگر کود ازت در آنها به اندازه کافی مصرف شده باشد ، عملکرد محصولات غالبا ۱۰ تا ۴۰ درصد بیشتر است .حاصل خیزی پایدار خاک به مفهوم قابل دسترس بودن دائمی عناصر غذایی برای گیاه است . حاصل خیزی 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 . تفاوت اساسی نظامهای طبیعی و زراعی در آن است که در نظامهای زراعی مقدار نسبتاً زیادی از عناصر غذایی از طریق برداشت محصول از سیستم خارج می شود . بنابراین در صورت استفاده مداوم از نظامهای مذکور لازم است . که عناصر غذایی مصرف شده در انها به طریقی جایگزین شوند .در سیستمهای فعلی چرخهٔ 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 عناصر غذایی در چرخه مذکور و تامین نهاده های ضروری برای گیاه رمز موفقیت حاصل خیزی خاک در نظامهای کشاورزی پایدار است .

فرسایش و آب شویی

مادامی که عوامل فرساینده خاک از قبیل رواناب و باد کنترل نشوند ، انسان شاهد هدر روی عناصر غذایی از این طریق خواهد بودحجم هدر روی عناصر غذایی از طریق آب شویی تحت کنترل اقلیم ، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک ، نوع محصول ، و نوع عنصر غذایی و غلظت آن در خاک است . اثرات متقابل این عوامل موجب می شود که تلفات عناصر غذایی از راه آب شویی دارای دامنه ای وسیع باشد . از آن جا که عناصر غذایی به وسیله آب از محدوده ریشه و نهایتا از چرخه خارج می شوند لذا نوع نزولات جوی و نحوه توزیع آنها بر میزان هدر روی عناصر غذایی از طریق آب شویی تاثیر می گذارد یک روش کاستن از تلفات ناشی از آب شویی استفاده از کودهایی است که عناصر غذایی آنها به مرور در طی فصل رشد آزاد می شود . بارزترین نمونه این کودها ، کودهای دامی و کودسبز است که به موازات تجزیه در خاک عناصر آنها آزاد شده و در اختیار محصول قرار می گیرد . البته اگر مقدار ازت تولیدی توسط این کود ها بیش از حد نیاز محصول بعدی باشد ، مشکل آب شویی نیترات و خروج آن از محدوده ریشه وجود خواهد داشت .

بقولات و تثبیت بیولوژیکی ازت

 
در فرآیند تثبیت ازت ، یک رابطه همزیستی ،‌ بین گیاه میزبان و باکتریهای ریزوبیوم در گرهکها برقرار می شود . در این همزیستی ، گیاه میزبان علاوه بر آن که انرژی مورد نیاز باکتریها را به صورت کربن تثبیت شده تامین می نماید انرژی لازم جهت توسعه گرهکها را نیز فراهم نموده. باکتریهای ریزوبیوم نیز به نوبه خود با واکنش تسریعی آنزیمهای نیتروژنازی که تولید می نمایند ازت اتمسفری (N) را به آمونیاک تبدیل نموده و آمونیاک تولیدی پس از تبدیل به اسیدهای آمینه ، از راه آوندهای چوبی به بافتهای در حال رشد انتقال می یابد .در فرآیند تثبیت ، به ازای هر مولکول ازتی که تثبیت می شود به جا به جایی شش الکترون نیاز است ، این نیاز موجب می شود که در شرایط ایده آل به ازای تثبیت هر مولکول ازت ، ۲۱ مولکول ATP به مصرف برسد به عبارت دیگر به ازای هر کیلوگرم ازتی که تثبیت می شود ، ۴ کیلوگرم هیدرات کربن به مصرف می رسد . البته در فرآیند تثبیت ازت ، گرهکها گاز هیدروژن (H) نیز تولید می نمایند که این خود موجب کاهش کارایی فرآیند انتقال الکترون می شود . اضافه شدن این مشکل به موازنه الکترونی فوق علاوه بر انرژی مورد نیاز جهت نگه داری باکتریها و گرهکها ، موجب می شود که به ازای تثبیت هر کیلوگرم ازت ۸ تا ۱۷ کیلوگرم هیدرات کربن به مصرف برسد . در نتیجه می توان چنین برآورد نمود که ۱۰ تا ۴۰ درصد از کربنی که طی فرآیند فتوسنتز در بقولات تثبیت می شود ، صرف تثبیت ازت می شود .

تعریف کود سبز

کود سبز شامل گیاهی است که آنرا قبل از کاشت محصول اصلی کشت کرده و بعد از مقداری رشد سبزینه ای آنرا به زمین بر می گردانند بدون اینکه از این گیاه محصولی برداشت کنند این گیاه می تواند شامل هر گیاهی باشد غیر از آنهایی که بخشهای خشوی دارند یا اثر آللوپاتی بر روی گیاه محصول دار بعدی می گذارند . در اصل کود سبز یک تناوب است که محصول ندارد و برای بهبود باروری و حاصلخیزی خاک و در صورت لگوم بودن تامین کل یا بخشی از ازت مورد استفاده محصول بعدی استفاده میشود به طوری که از نظر رطوبت با محصول اصلی در رقابت نباشد .