خاک چطور آب را نگهداری می‌کند؟
۲۰ مرداد ۱۴۰۳ توسط واحد آموزش (بروزرسانی: )
تأثیر بافت خاک بر احتباس آب در آن
گیاه برای رشد به آب نیاز دارد و این آب از طریق خاک به گیاهان می‌رسد. آب از طریق منافذ به داخل خاک نفوذ می‌کند، که حفره‌هایی بین تک تک ذرات خاک و توده‌های ذرات معروف به ساختار خاک هستند. بخش جامد خاک از ذرات ماسه، سیلت، رس و مواد آلی تشکیل شده است. ذرات ماسه کروی شکل هستند و معمولا دارای حفره‌های بزرگ بین ذرات هستند. نمونه‌ای از شکل ذرات ماسه در شکل 1 نشان داده شده است. ذرات سیلت کوچک‌تر از ذرات ماسه هستند. این ذرات دارای منافذ کوچک‌تر بین ذرات و آرایش نامنظم‌تری از منافذ هستند.
ذرات سیلت معمولا بیضی شکل یا نامنظم هستند. نمونه‌ای از شکل ذرات سیلت در خاک در شکل 2 آمده است. ذرات رس کوچک‌ترین ذرات از سه اندازه مختلف ذرات خاک هستند. ذرات خاک رس معمولا به شکل مسطح، مانند کارت بازی، اما بسیار کوچک‌تر هستند. ذرات رس نسبت سطح به حجم بسیار بالایی در مقایسه با ذرات ماسه و سیلت دارند. نمونه‌ای از شکل ذرات رس در شکل 3 آمده است. در خاک‌های رسی منافذ ریز زیادی با آرایش نامنظم وجود دارد. به دلیل منافذ بزرگ و متصل به هم در ماسه، آب به سرعت در آن جریان می‌یابد. در خاک‌های رسی، منافذ به شکل نامنظم و بسیاری از آن‌ها کوچک هستند، که منجر به جریان یافتن آب در خاک با سرعت بسیار کمتری می‌شود.
با این حال مقدار آب کمی در خاک‌های شنی حبس می‌شود زیرا این نوع خاک منافذ بزرگی دارد. در خاک‌های رسی منافذ نامنظم کوچک زیادی وجود دارد که منجر به احتباس آب بیشتری می‌شود. حفظ آب خاک تحت تاثیر دو عامل ساختار و بافت خاک قرار دارد. محتوای مواد آلی خاک نیز بر میزان آب نگهداری شده در خاک تأثیر می‌گذارد. ماده آلی خاک در شکل‌گیری ساختار آن نقش دارد و دارای سطح بالایی است که می‌تواند آب را جذب کند. خاک‌هایی که محتوای آلی بالایی دارند، عموما احتباس آب بیشتری نیز دارند. آب در منافذ خاک حفظ می‌شود و می‌تواند در لایه‌های میانی مواد معدنی رسی خاص ذخیره شود.
تخلخل و محتوای آب اشباع
تخلخل اندازه‌گیری کل فضای منافذ موجود در خاک است. مقدار آب اشباع معمولا به طور تقریبی برابر با تخلخل خاک است. مقدار آب اشباع شده را می‌توان با خیساندن هسته خاک در آب اندازه‌گیری کرد تا زمانی که دیگر آب را جذب نکند و سپس نمونه را وزن کرد. سپس نمونه را در فر خشک می‌کنند تا جرم خشک داخل هسته خاک مشخص شود. تخلخل اغلب با رابطه بین وزن خاک خشک در یک حجم خاک و چگالی ذرات خاک تعیین می‌شود. به دلیل این رابطه، با افزایش چگالی ظاهری، تخلخل کاهش می‌یابد. خاک‌های شنی و خاک‌های زیرسطحی معمولا دارای تخلخل و محتوای آب اشباع کمتری نسبت به خاک‌های سطحی، رسی یا با مواد آلی بالا هستند.
منحنی حفظ آب خاک
اندازه‌گیری حفظ آب خاک، که از نظر علمی به عنوان منحنی نامیده می‌شود، یک ویژگی فیزیکی خاک است که معمولا اندازه‌گیری می‌شود. مقدار آب در خاک زمانی اندازه‌گیری می‌شود که فشارهای مختلفی به خاک وارد شود. همچنین میزان قدرت نگهداری آب توسط ذرات خاک را می‌توان با ابزارهای آزمایشگاهی مختلف اندازه‌گیری کرد. داده‌های حاصل از اندازه‌گیری محتوای آب خاک در فشارهای مختلف (پتانسیل آب) در منحنی نگهداری آب خاک نمایش داده می‌شود.
منحنی حفظ آب خاک برای هیدرولوژی و علم خاک بسیار مهم است. نمونه‌ای از منحنی حفظ آب خاک برای خاک با بافت ماسه، لوم سیلتی و رسی در شکل 4 نشان داده شده است. برای رها شدن آب از بافت خاک رسی، نیروی منفی قوی لازم است. با این حال، آب به راحتی از خاک‌های شنی آزاد می‌شود.
به همین دلیل است که خاک‌های رسی آب بیشتری را حفظ می‌کنند، در حالی که خاک‌های شنی آب بسیار کمتری را در خود نگهداری می‌کنند. هنگامی که خاک متراکم می‌شود (چگالی ظاهری بیشتر، اما تخلخل کمتر)، خاک آب کمتری را در فشارهای آب (پتانسیل) نزدیک به صفر در خود نگهداری می‌کند، اما زمانی که پتانسیل منفی‌تر شود، آب بیشتری را حفظ می‌کند. بسیاری از منافذ ریز در خاک‌های با بافت رسی نیاز به فشار (پتانسیل) بسیار منفی برای استخراج آب از آن‌ها دارند. نمونه‌ای از هسته‌های بررسی شده برای اندازه‌گیری منحنی حفظ آب خاک در شکل 5 نشان داده شده است.
ظرفیت آبداری خاک، نقطه پژمردگی، آب در دسترس گیاه و ظرفیت نگهداری آب
نقاط مختلفی در منحنی حفظ آب خاک وجود دارد که معمولا برای نشان دادن مقدار آبی که خاک می‌تواند برای گیاهان ذخیره کند استفاده می‌شود. ظرفیت آبداری خاک مقدار آبی است که خاک در زمانی که آب دیگر توسط نیروی گرانش از خاک تخلیه نمی‌شود، حفظ می‌کند. معمولا این مقدار آب در خاک‌های شنی 10- کیلو پاسکال (1.45 PSI) و در خاک‌های لومی و دارای بافت رسی 33- کیلو پاسکال (4.79 PSI) فرض می‌شود.
تخمین بصری ظرفیت خاک مانند اسفنجی است که اشباع شده و سپس به وسیله گرانش اجازه تخلیه داده شده است. ظرفیت آبداری خاک به طور کلی با افزایش مواد آلی خاک و میزان رس افزایش می‌یابد. زمانی که میزان آب خاک بیشتر از ظرفیت آبداری خاک باشد، آب آزادانه در خاک به سمت پایین جریان می‌یابد.
نقطه پژمردگی دائمی مقدار آبی در خاک است که در آن گیاهان دیگر نمی‌توانند آب بیشتری را از خاک استخراج کنند. اگر خاک برای مدت طولانی در این مقدار آب یا کمتر از آن باقی بماند، گیاهان از نظر تئوری می‌میرند. نقطه پژمردگی دائمی با تعیین مقدار آب خاک در 1500- کیلو پاسکال (217.5 PSI) اندازه‌گیری می‌شود. آب به شدت بین منافذ و ذرات نگه داشته می‌شود و زمانی که خاک در نقطه پژمرده شدن است، جذب خاک رس می‌شود. خاک‌هایی که میزان رس و مواد آلی بیشتری دارند معمولا دارای نقطه پژمردگی دائمی بالاتری هستند. میزان خاک رس نقطه پژمردگی را بیشتر از میزان مواد آلی افزایش می‌دهد.
آب قابل دسترس گیاه مقدار آبی در خاک است که در دسترس گیاهان است. آب قابل دسترس گیاه با کم کردن نقطه پژمردگی از ظرفیت آبداری خاک تعیین می‌شود. آبی که در خاک بین ظرفیت آبداری و اشباع و کمتر از نقطه پژمردگی حفظ می‌شود، آب در دسترس گیاه محسوب نمی‌شود. نمونه‌ای از ظرفیت آبداری خاک و نقطه پژمردگی برای بافت‌های مختلف خاک در شکل 6 نشان داده شده است.
آب قابل دسترس گیاه با فلش نشان داده می‌شود و تفاوت بین ظرفیت آبداری خاک و نقطه پژمردگی است. بافت‌های میانی خاک، مانند لوم سیلت، عموما دارای بالاترین آب موجود برای گیاه هستند. این امر به این دلیل است که بافت خاک دارای اندازه‌های مختلف منافذ خاک است. معمولا افزایش میزان مواد آلی خاک باعث افزایش آب قابل دسترس گیاه در خاک می‌شود.
ظرفیت نگهداری آب یکی دیگر از ویژگی‌های خاک است که می‌توان آن را اندازه‌گیری کرد. این ظرفیت با اشباع کردن خاک با آب و سپس اجازه دادن به آن برای تخلیه آزادانه تا زمانی که آب از چکه کردن متوقف شود اندازه‌گیری می‌شود. این مقدار مشابه ظرفیت میدان است. با این حال پتانسیل هر آبی ممکن است بسته به بافت خاک متفاوت باشد. پتانسیل آب در خاک‌های شنی نزدیک‌تر به صفر خواهد بود و در خاک‌های با بافت ریزتر پتانسیل آب منفی‌تر است.
تبدیل محتوای حجمی آب به اینچ آب در خاک
در آزمایشگاه یا روی نمونه‌های خاک بهم ریخته، مقدار آب معمولا به روش وزنی اندازه‌گیری می‌شود. توزین محتوای آب، جرم آب در هر جرم خاک خشک شده در کوره است. این امر معمولا با ضرب در چگالی ظاهری اندازه‌گیری شده یا تخمینی به محتوای آب حجمی تبدیل می‌شود. محتوای حجمی آب، حجم آب موجود در یک حجم خاک است. سنسورهایی که میزان آب خاک را اندازه‌گیری می‌کنند، معمولا مقدار آب حجمی یا کشش آب خاک را اندازه‌گیری می‌کنند. فشار آب خاک را می‌توان بر اساس منحنی حفظ آب خاک به محتوای آب حجمی تبدیل کرد. تولیدکنندگانی که از آبیاری استفاده می‌کنند، همواره تمایل دارند که چند اینچ آب در مقطع خاک موجود باشد. این امر همچنین مهم است که بدانیم چه مقدار آب از بارندگی‌ها ذخیره می‌شود، چه مقدار توسط گیاهان در حال رشد استفاده می‌شود، یا چه مقدار باید از طریق آبیاری به آن اضافه شود.
نمونه‌ای از نحوه محاسبه اینچ آب در مقطع خاک به شرح زیر است. اگر خاک دارای 20 درصد آب حجمی باشد، ظرفیت آبداری خاک 30 درصد و نقطه پژمردگی 15 درصد در قسمت بالایی خاک است. با ضرب درصد حجمی آب در عمق خاک، شما خواهید فهمید که چند اینچ آب در عمق خاک وجود دارد. در قسمت بالای این خاک، 1.8 اینچ آب ذخیره شده در نقطه پژمردگی، 3.6 اینچ آب در ظرفیت آبداری خاک و 2.4 اینچ آب در زمانی که خاک 20 درصد محتوای آب دارد، وجود دارد.
اینچ از آب موجود را می‌توان با کم کردن اینچ آب در نقطه پژمردگی از اینچ آب موجود در محدوده عمق خاک تعیین کرد. این بدان معناست که وقتی خاک دارای 20 درصد آب باشد، 0.6 اینچ آب در دسترس خواهد بود (2.4 اینچ در محتوای 20 درصد آب و 1.8 اینچ در نقطه پژمردگی). اگر یک اینچ بارندگی رخ دهد، اینچ آب خاک را به 3.4 اینچ یا 28.3 درصد آب در عمق 0 تا 12 اینچ افزایش می‌دهد.
اگر بافت خاک را بررسی کنید، می‌توانید تخمین بزنید که آیا محتوای آب بالاتر از نقطه پژمردگی است یا خیر و چه مقدار آب در دسترس است. اگر محتوای آب بیشتر از ظرفیت آبداری خاک باشد، آب ممکن است از گرانش به سمت پایین حرکت کند و ذخیره نشود تا در دسترس گیاهان قرار بگیرد.
تخمین ظرفیت آبداری خاک، نقطه پژمردگی، آب در دسترس گیاه و اینچ آب موجود برای طبقات بافتی مختلف خاک در جدول 1 آمده است. با این حال این مقادیر ممکن است در مکان‌های مختلف به دلیل مقادیر مختلف چگالی ظاهری، مقدار یا نوع رس و محتوای مواد آلی متفاوت باشد.
جدول 1. برآورد برای طبقات بافتی مختلف خاک
چکیده
نگهداری آب توسط خاک یک ویژگی مهم خاک است و به بافت خاک، محتوای مواد آلی و تراکم آن بستگی دارد. خاک‌های شنی دارای احتباس آب کمی هستند، در حالی که خاک‌های رسی و با محتوای مواد آلی بالا دارای احتباس آب بیشتری هستند. میزان تخلخل/ مقدار آب اشباع، ظرفیت آبداری خاک، نقطه پژمردگی و آب قابل دسترس گیاه معمولا از اندازه‌گیری‌های مربوط به حفظ آب خاک به دست می‌آیند. مقدار ظرفیت آبداری خاک، نقطه پژمردگی و سایر محتویات آب را می‌توان با ضرب عمق خاک به اینچ آب تبدیل کرد.
دیدگاه‌ها
افزودن دیدگاه