تحقیق مقاله شوری خاک

چکیده

با توجه به وسعت خاکهای شور و سدیمی درکشور و اینکه زمینهای کشاورزی ما روز به روز شورتر شده و مسأله کمبود منابع زمینی مناسب برای کشاورزی پیش آمده روشهای مختلفی برای بهسازی این خاکها مد نظر است.

مواد اصلاحی عبارتند از موادی که کاتیونهای دوظرفیتی را برای جایگزینی با سدیم درخاکهای سدیمی فراهم کنندو سپس املاح اضافی این آبها توسط آب شویی استخراج شود.

از جمله این مواد می توان به گچ، اسید سولفوریک و غیره اشاره کرد. استفاده از این مواد موجب اصلاح خاک هم از لحاظ خصوصیات فیزیکی مانند افزایش نفوذ پذیری و بهبود ساختمان خاک و هم خصوصیات شیمیایی مانند EC و PH‌مناسب خاک می شوند، و در نتیجه محیط مناسبی برای رشد گیاهان و در پی آن افزایش عملکرد محصولات می باشند.

 مقدمه:

شوری خاک و مشکلات مربوط به آن عموماً در مناطق با آب و هوای خشک ونیمه خشک رخ می دهد که میزان بارندگی جهت آبشویی املاح کافی نیست. با توجه به وسعت خشکی های موجود در سطح کره زمین که معادل 5/134 کیلومتر مربع می باشد 1.3 از کل این زمینها در مناطق خشک وکویری قرار دارد. برطبق مطالعات آمار کوادیر[1] درسال 2001 وجود بیش از نیم میلیون

(حدود106 ×560 هکتار ) خاک سدیک وشورسدیمی در سراسر جهان مستلزم یک مدیریت بهسازی مقرون به صرفه است. که این رقم در کشور ما به حدود 25 میلیون کیلومتر مربع می رسد.

با توجه به کمبود منابع مناسب برای کشاورزی وپیشروی هر چه بیشتر شوری در زمینهای کشاورزی بهسازی این خاکها حائز اهمیت است.روشهای مختلفی در بهسازی این خاکها وجود دارد.

روش استفاده از فرآورده های جانبی  FGD [2] که در واقع برای افزایش بهره وری وجلوگیری از خطرات ناشی از انتشار گازSO وتبدیل آن به فرآورده های جانبی مفید مثل گچ می باشد که در اصلاح خاکهای شور و سدیمی استفاده می شود. از آنجائیکه اصلاح این خاکها به روشهای شیمیایی مستلزم هزینه بسیار گزاف است اغلب کشاورزان درصورت امکان از روش زیست پالایی گیاهی استفاده می کنند.

کشت انواع گیاهان مقاوم به شوری از جمله گیاه کالارگراس کمک زیادی به کاهش CaCO3 به ESPوPHخاک کرد که این امر از طریق تنفس ریشه ها وآزاد شدن CO جذب نمکها وانتقال آن‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏ آزاد کردن H انجام می شودکه این روش نه تنها از لحاظ اقتصادی بلکه از نظر حفاظت خاک وجلوگیری از فرسایش  ومخصوصاً فرسایش بادی حائز اهمیت است.

فصل اول

 خاکهای مبتلا به نمک

1-1تعریف مناطق خشک

بطورکلی تعریف دقیقی برای مناطق خشک وجود ندارد. اما تعریف زیر می تواند تاحدودی راهگشا باشد:

(مناطقی که در آنها رطوبت خاک به اندازه ای ناچیز است که نمی توان بدون آبیاری خاکهای این مناطق، محصولی برداشت نمود.) البته این تعریف بدان معنی نیست که چنین مناطق اصولاً عاری از هرگونه پوشش گیاهی باشند. جدول (1) حدود مناطق خشک دنیا را نشان میدهد.

جدول (1) مساحت تقریبی مناطق خشک، نیمه خشک، بسیار خشک دنیا.

مناطق                          وسعت                              

نیمه خشک

2123800 کیلومتر مربع

خشک

2175600کیلومتر مربع

بسیار خشک

5668000کیلومتر مربع

  باحسابی سرانگشتی که این جدول در اختیار ما قرار میدهد در می یابیم که حدود1.3از کل زمینهای دنیا را باید جزء زمینهای خشک محسوب کنیم واز اینرو بدون آبیاری، نمی توان کشاورزی وسیعی را در این مناطق انتظار داشت. مناطق خشک بسته به میزان بارندگی به مناطق نیمه خشک، خشک، وبسیار خشک تقسیم میشوند. میزان متوسط بارندگی درمناطق خشک کمتر از 35 میلیمتر می باشد.در حالت طبیعی گسترش خاکها تحت شرایط خشک ناشی از خصوصیاتی است که از پیدایش در مناطق مرطوب متمایز می باشد. از اینرو، خاکهای مناطق خشک مسائل ومشکلات ویژه ای دارندکه مانع از گسترش کشاورزی پایدار ودائمی در این مناطق می شوند برای حل این مشکلات که شامل مسائلی از قبیل شوری،سدیمی شدن وسمیت یونها هستند، نیاز به بکارگیری روشهای اصلاحی واعمال مدیریتهای ویژه است(1).

1-2-مفهوم خاکهای مبتلابه نمک:

خاک های مبتلا به شوری در مناطق خشک بسیار شایع هستند. خاکهای که نمک های محلول در آنها رشد گیاهان را به مخاطره می اندازد، خاکهای مبتلابه نمک نامیده می شوند. این گروه از خاکها شامل خاکهای سدیمی وخاکهای شور می شوند.خاک شور به اندازه ای حاوی نمک است که رشد غالب گیاهان زراعی را تحت تاثیر قرار میدهد. در خاکهای سدیمی نیز، همین حالت وجود دارد با این تفاوت که در اینگونه خاکها، سدیم تبادلی زیاد است. خاکهای شور-سدیمی به اندازه ای نمک وسدیم تبادلی دارند که رشد اغلب گیاهان زراعی را تحت تاثیر قرار می دهند.باید بخاطر داشت که، خاکهای شور اغلب در مناطق خشک ونیمه خشک بوجود می آیند، اما تمام خاکهای مناطق خشک نیز، شور نیستند. در چنین اقلیمی پتانسیل (مقادیر) تبخیرو تعرق در اغلب ماههای سال بیش از میزان بارندگی است. در مناطق مرکزی ایران، این عدم تعادل رطوبتی ممکن است به بیش از 1500 میلی متر در سال برسد. در چنین شرایط اقلیمی، درشرایط طبیعی، آب کمتری مجال نفوذ به زمین را خواهد داشت (1) .

فرآیندهای هوادیدگی شیمیایی در مناطق مرطوب از راههائی مانند هیدرولیزکانیهااکسیداسیون وانحلال آنها صورت می پذیرد. اما در مناطق خشک این فرآیندها به علت کمبود آب بسیار محدود می باشند.پیدایش خاکها تاحدود زیادی معکوس کننده خواص مواد مادریشان هستند. قسمت اعظم خاکهای مناطق خشک مربوط به خاکهای رده اریدی سول هستند(1) .

شوری خاک ومشکلات مربوط به آن عموماً در مناطق با آب وهوای خشک ونیمه خشک رخ می دهد که میزان بارندگی جهت آبشویی املاح محلول از خاک کافی نیست ویا درمناطقی که سطوح ایستایی بالا است. مشکلات شوری همچنین در مناطقی رخ می دهدکه با آب برخورداراز کفیت پایین آبیاری می شوند(12).

خاکهای مبتلا به نمک به خاکهای قلیایی سفید، قلیایی سیاه، گامبو*[3]-نقاط صاف و دیگر اسامی واضح معروف اند که این اسامی به ظاهر خاک به علت تجمع نمک مربوط می شود.واژه قلیایت اغلب شامل خاکهای با رنگ روشن و مستعد پوسته پوسته شدن که دال بر محتوای سدیم تبادلی اضافی آنها است.خاکهای مبتلا به نمک تفاوت قابل ملاحظه ای در کاربری مناسب، حاصلخیزی، سهولت بهسازی ومدیریت دارند(12).

1-3 خواص خاکهای مبتلا به نمک:

خواص شیمیایی وفیزیکی خاکهای شور منعکس کننده میزان نوع نمک موجود در خاک است. از نظرآرمانی میزان ونوع نمک موجود در خاک را باید از راه تجزیه محلول خاک که در شرایط رطوبتی مزرعه بدست آمده است، تعیین نمود. در روشهای استاندارد آزمایشگاهی به خاک را با آب مقطر اشباع کرده وسپس عصاره آنرا برای تجزیه شیمیایی استخراج می کنند. این عصاره  اشباع حدوداً همان خصوصیات محلول خاک در شرایط اشباع (مزرعه ) را خواهد داشت(1).

1-4 طبقه بندی خاکهای شور (خاکهای مبتلا به شوری):

خاکهای مبتلا به نمک به 3 گروه تقسیم می شوند که این تقسیم بندی براساس مقدار ونوع نمک آنها هدایت الکتریکیEC، PH خاک و درصد سدیم تبادلی ESP صورت گرفته است.

طبقه بندی این خاکها در جدول (2) آمده است:

جدول 2-طبقه بندی خاکهای مبتلابه نمک(12).

(جدول در فایل اصلی موجود است)

شور سدیمی

شناخت اختلاف بین این خاک بسیار مهم است چراکه این فاکتورها تعیین کننده چگونگی مدیریت وبهسازی آنها هستند.

1-4-1 خاکهای شور

واژه خاکهای شور معادل واژه خاکهای سولونچاک  در سیستم طبقه بندی روسها می باشد. که در گذشته به آنها خاکهای قلیایی سفید گفته می شد. گاهی آنها را می توان از طریق قشری  سفید که در سطح آن وجود دارد، تشخیص داد.اگر چه عدم وجود قشرنمکی نیز لزوماً به معنای شور نبودن این خاکها نیست. میزان SAR کمتر از 13 در این خاکها نشان دهنده میزان  نسبتاً کم سدیم تبادلی است.غلضت زیاد نمک در عصاره اشباع خاکهای شور، باعث می شود که مقدار EC  به بیش از 4 دسی زیمنس برمتر برسد(1).

معمولاً PH کمتر از 5/8 می باشد.مهمترین کاتیون های این خاکها،کلسیم، منیزیم وسدیم هستند، ولی به ندرت سدیم بیش از نصف کاتیونهای محلولی را تشکیل می دهد پتاسیم معمولاً به مقدار قابل ملاحظه ای در محلول خاک یا در سطح کلوئیدهای رسی وجود ندارد گرچه ندرتاً در بعضی خاکهای کویری پتاسیم محلول درصد بزرگی از املاح محلول را تشکیل می دهد. آنیون های اصلی در این خاکها کلرور، سولفات وگاهی نیترات می باشند مقدار ناچیزی بی کربنات در این خاکها یافت می شود ولی بهر حال کربنات محلول در آن وجودندارد.علاوه براملاح محلول مقداری املاح کمتر محلول وغیرمحلول مانند ژیپس ، کربنات کلسیم یا منیزیم نیز در آنها یافت می شود. در نتیجه تبخیرآب وباقی ماندن نمک در سطح تکه های سفید ومجزایی درسطح این خاکها تشکیل می گردد(4).

از لحاظ نیمرخ شناسی نیمرخ این خاکها یکنواخت است وتغییراتی در جهت عمق در آن مشاهده نمی شود این موضوع نشان دهنده آن است که عوامل هوازدگی وسازنده خاک تاثیر چندانی در این خاکها نداشته اند. به علت رشد کافی گیاهان میزان هوموس آنها کم وبنابراین روشن رنگ هستند (4) . به علت زیادی املاح ونبودن سدیم قابل تبادل زیاد ذرات کلوئیدی این خاکها منعقد شده است و نفوذپذیری در آنها از خاکهای مشابه غیرشور بیشتر است واین خاکهای دارای شرایط فیزیکی نرمال هستند(12).

1-4-3 خاکهای سدیمی:

در فرهنگ خاک شناسی روسها به این خاکها، خاکهای سولونتز اطلاق می شود. اولین محققان آمریکایی واژه قلیایی سیاه را برای این خاکها بکار می بردند. کاربرد صفت سیاه به خاطرحل مواد آلی خاک ومتعاقب آن هویدا شدن مواد آلی در سطح خاک براثر تبخیر آب است. این فرآیند باعث تیره شدن سطح خاک می شود. مشخصه خاکهای سدیمی پایین بودن میزان شوری در محلول آنهاست.مقادیر SAR در این خاکها بزرگتر از 13 است که این امر بیانگر فزونی میزان سدیم تبادلی نسبت به خاکهای شور است هیدرولیز سدیم تبادلی باعث ایجاد NaOH در محلول خاک می شود.

NaOH به وجود آمده نیز می تواند با  CO محلول ترکیب شده و Na2 CO3 تولید کند ودر چنین شرایطی PH خاک سدیمی ممکن است حتی به 10 هم برسد در این حالت یونهای    ,Ca Mg به خاطر وجود  CO به صورت کربنات سدیم رسوب می دهند. از اینرو محلول این خاکهای حاوی نمکهای کربنات،  بی کربنات، کلرید وسولفات سدیم است. یون عمده در خاکهای سدیمی Naاست که به همراه  مقداری,K ,Ca Mg نیز وجود دارد. درصد بالای سدیم تبادلی را می توان با از هم پاشیدگی سیستم رسی تشخیص داد. در این حالت ورود هوا و آب به خاک به طور چشمگیری کاهش می یابد.خاکهای سدیمی در صورت عدم بکارگیری روشهای اصلاحی از نظر کشاورزی ارزش چندانی ندارند.(1) در این خاکها درصد سدیم قابل تبادل آنها از 15 بیشتر است به این مفهوم سدیم تبادلی بیش از 15 درصدCEC را در برگرفته (12).

میزان املاح محلول در آنها کم وبنابراین هدایت الکتریکی عصاره اشباع خاک از 4 میلی موس برسانتیمتر کمتر است (1).

اگر این خاکها زمان کافی برای به وجود آوردن لایه B داشته باشند. رسهای لایه A در نتیجه انتشار به لایهB منتقل می شود وساختمان منشوری مشخصی در آن به وجود می آید. بنابراین لایه A  در خاکهای قلیایی درشت بافت نفوذ ناپذیر می باشد در صورتیکه لایه B نسبتاً سخت با نفوذ پذیری کم وریز بافت خواهد بود. در شرایط مزرعه معمولاً این خاکها تکامل نمی یابند ولی نفوذ پذیری آنها بهر حال کم است.

اگر این خاکها حاوی سولفات کلسم باشند در نتیجه آبیاری بتدریج سولفات کلسیم حل می شود وکلسیم آن سدیم را جابجا می کند و پس از مدتی خاک به حالت معمولی در می آید. در صورتی که خاک حاوی این ترکیب نباشد با افزایش ژیپس وگوگرد ودر نتیجه اکسید اسیون تولید اسید سولفوریک خواهند کرد. هم چنین با افزایش اسید سولفوریک، سولفات آهن، سولفات آلومنیوم، سولفات کلسیم تشکیل می شود وعمل جانشینی بین سدیم وکلسیم صورت خواهد گرفت. در بعضی خاکهای قلیا که ذخیره املاح کلسیم ومنیزیم آنها ناچیز است با اینکه درصد سدیم تبادلی بیش از 15 می باشد. با اینحال PH آن کمتر از 7 وگاه 6 است این خاکها را خاکهای قلیایی تنزل یافته می نامند.بیر عقیده دارد که چون این خاکها از لحاظ PH قلیایی نیستند باید آنها را خاکهای سدیمی تنزل یافته بنامند، علت پایین بودن PH در این خاکها وجود هیدروژن قابل تبادل است که در غیبت املاح دو ظرفیتی جای آنها را در سطح کلوئید رس گرفته است(4).

1-4-3-خاکهای شور سدیمی:

این خاکها که تواماً خصوصیات شیمیایی خاکهای شور سدیمی را دارا می باشند. درصد سدیم تبادلی این خاکها بیشتر از خاکهای شور بوده(3SAR >) وهمچنین میزان غلظت نمک محلول این نوع خاکها زیاد است(دسی زیمنس برمترE C <4) وجود نمک اضافی در این خاکها باعث حفظ نفوذ یذیری خاک می شود همچنین PH این خاکها اغلب کمتر از یا برابر 4/8 است. چنانچه نمک اضافی در این خاکها به وسیله آبشوئی خارج شود، خواص این خاکها به خاکهای سدیمی تبدیل خواهد شد. با غلبه سدیم ذرات پوشیده شده وبرای ورود آب و هوا در خاک محدودیت ایجاد می گردد.به همین خاطر برای اصلاح این خاکها قبل از کشت گیاهان باید از یک طرف نمک اضافی آبشویی شود واز طرف دیگر میزان سدیم تبادل کاهش یابد.(1)

1-5-خاکهای شور ایران:

مساحت خاکهای شور وخاکهای وابسته به آن درایران بیش از 25 میلیون هکتار می باشد. در اکثر خاکهای فلات مرکزی کمتر خاکی است که فاقد املاح فوق باشد گاهی مقدار نمک به صورت غالب است وگاهی گچ وگاهی آهک. در شور شدن این خاکها یون منیزیم نیز نقش مهمی ایفا نموده وحتی مقدار آن از کلسیم بیشتر می شود. بنابراین برای تعیین SAR نمی توان نقش منیزیم را برابر یون کلسیم در نظر گرفت. در چنین شرایطی رابطه Esp,SAR چندان با واقعیت خاک صدق نمی کند.اندازه گیری وتعیین سدیم تبادلی نیز امری مشکل وپیچیده است(2).

فصل دوم

2-3-اصلاح وبهسازی خاکهای شور سدیمی:

برای اصلاح این خاکها هم باید از میزان املاح وهم سدیم کلسیم کاسته شود. تا این خاکها از نظر کشاورزی قابل بهره برداری باشند.1-در این خاکها ابتدا باید سدیم تبادلی توسط Ca جایگزین شود.2-نفوذپذیری خاک افزایش یابد.3-نمکهای سدیم از خاک شسته شوند. برای آبشویی نمک محلول اضافی در خاک ،  به آن مقدار مناسبی آب اضافه می کنند، به جزدرشرایطی که بنا به دلایلی، زهکشی امکان نداشته وخاک دارای بافت سنگینی باشد، معمولاً حرکت آب در زمین شور به راحتی انجام می شود. نیاز اصلی جهت اصلاح تمام خاکهای مبتلا به نمک، زهکشی کافی ومناسب است که باید یا از طریق طبیعی و یا از طریق مصنوعی اعمال گردد. زهکشی های مصنوعی شامل زهکشی های سفالی، زهکشهای  روباز، پمپ کردن آب وغیره می شود. از آنجائیکه تمام عملیات اصلاحی برای انتقال ترکیبات نامطلوب از خاک نیاز به آب دارد، این آب باید از سیستم خارج شود؛ در غیر این صورت باعث صعود سطح ایستایی می شود. با فرض وجود زهکشی کافی قبل از مبادرت به انجام عملیات اصلاحی نخست باید به دو پرسش پاسخ داد:

1)مقدار آب مورد نیاز برای دستیابی به شوری معین در عمق مشخص ازخاک چقدر است؟

2)چه مدت زمان برای این امر لازم است؟

با استفاده از روشهای شبیه سازی کامپیوتری که از دقت نسبتاً بالایی برخوردار بوده وبرای نظریه انتقال مواد محلول در خاک بکار گرفته می شوند، می‌توان بطور تقریبی به این پرسش ها پاسخ گفت. این روش در مطالعات کنترل شده آزمایشگاهی برای ستون خاک نتایج خوبی داشته است. استفاده از مدلهای شبیه ساز کامپیوتری در شرایط مزرعه درحد گسترده ای استفاده نمی شود.زیرا متغیرهای طبیعی پارامترهای خاک باعث می شوند که اطلاعات داده شده به کامپیوتر کاملاً قابل اعتماد نبوده واز همین رو پیش بینی مدل احتمالاً دور از واقعیت می باشند(1).

در برنامه ریزی اصلاح خاکهای شور وشور سدیمی لازم است مسائل زیر را مورد نظر قرار داد:

-وسعت وپراکندگی شوری وخاکهای مشابه آن.

-مقدار گچ وتوسعه پراکنش آن.

-عمق ونوسانات سفره آب زیرزمینی .

-کیفیت آب زیرزمینی.

-کیفیت آب آبیاری.

-امکان استفاده از آبهای کمی شور.

-نفوذپذیری خاک.

-امکان کاهش سفره آب زیرزمینی.

-امکان استفاده از گیاهان مقاوم به شوری.

در عمق آبشویی لازم است علاوه بر تامین آب آبشویی، مقادیر معین املاح به خاک اضافه نمود، زیرا اگر خاک با آب شیرین آبشویی شود خطر سدیمی شدن رس خاک وجود دارد که در اثر هیدرولیز آن کربنات سدیم ایجاد گردیده ورس به صورت رس سدیمی تبدیل می شود.در نتیجه PH  خاک افزایش یافت وساختمان خاک حالت پراکندگی پیدا می نماید. با استفاده از ترکیبات ومواد متعددی می توان با عمل جانشینی کاتیونی مانع پراکنده شدن وانتقال رس گردید(2) .