تحقیق مقاله خاک شناسی

اولین طبقه بندی خاک را داکوچایوف انجام داد که این دانشمند معروف است به پدر خاک شناسی.

شروع کننده و اولیت عامل هوادیدگی باران است که با نفوذ باران در شکافها باعث بازشدن صخره ها و خورده شدن آنها می شود و وقتی با باد همراه شد این خوردگی بیشتر می شود و در این حالت درروی صخره ها یک لایه نازک خاک متولد می شود که این خاک ابتدایی ترین خاک است و اصطلاحاً خاک در جا است یعنی در همان بستر متولد شده.

عوامل هوادیدگی خاک:

باران

یخ زدگی یا آب شدن

باد

اقلیم روی خاک یک منطقه تاثیر می گذارد.

عوامل خاکسازی

سنگ مادر 2- اقلیم یا آب و هوا 3- پستی و بلندی 4- زمان 5- موجودات زنده

رینی از دانشجویان داکوچایوف بود که عوامل بالا را عوامل خاک سازی نام نهاد.

خاک: محیطی است یا به عبارت دیگر پوسته نازک سطح خشکیهای زمین را گویند که بر اساس عوامل اقلیمی برروی سنگ مادر و بر اساس پستی و بلندی در طول زمان به وجود می آید و موجودات زنده در آن نقش دارند.

Pedology خاک: هدف این گروه این بود که خاک را به عنوان موجود غیرزنده طبقه بندی می کنند.

ادافولوژی: شاخه ای دیگر از علم خاک شناسی است که به رابطه آب و خاک و گیاه می پردازد.

از نظر این گروه خاک موجودی است زنده که به عنوان تکیه گاهی برای گیاه و محلی است برای تغذیه و جذب آب برای گیاه هم می باشد. خاک سطحی ترین پوسته قشر زمین است.

تفاوت خاکشناسی و زمین شناسی: در خاک شناسی فقط 200 متر سطح زمین مورد بررسی قرار می گیرد و از آن به پایین مخصوص زمین شناسی.

برای شناخت خاک (شناخت لایه خاک) لازم است حفره ای حفر کنیم که به آن پروفیل یا نیم رخ گویند. همه خاکها یک نوع پروفیل ندارند.

شرایط پروفیل: اعلام محیط بررسی خاک از نوع سایه بودن یا زیر خورشید بودن و حتماً باید در آفتاب باشد.

1- در نیمکره شمالی پروفیل را طوری می زنیم که یکی از دیواره های پروفیل به سمت خورشید باشد و همچنین نیم کره جنوبی. ابعاد پروفیل 2m طول 1m عرض 1.5m تا 2m متر ارتفاع که ارتفاع پروفیل بستگی به منطقه فعال ریشه در چه منطقه یا قرار دارد  یعنی ریشه گیاه چه مقدار رشد می کند.

به هر لایه که روی هم قرار گرفته افق گفته می شود. عوامل تمایز افقها: 1- رنگ 2- ریزی و درشتی ذرات که به آن بافت خاک گویند. 3- ترتیب قررار گرفتن یا طرز قرار گرفتن ذرات آن که به ساختمان خاک معروف است.

Pedon پدون: کوچکترین واحد حجمی یک خاک که تمام خصوصیات آن خاک را داراست گویند. و به حفره ای که وقتی پدون را درمی آوریم پروفیل گویند.

Poly Pedon: به مجموعه چند پدون پلی پدون گویند.

خاک از سه فاز مختلف تشکیل شده

فاز جامد

فاز معدنی (مواد معدنی)

فاز آلی (مواد آلی)

در یک خاک نرمال فاز جامد %50 آنرا تشکیل می دهد که %5 آن مواد آلی، %45 مواد معدنی است.

2- فاز مایع %25 تا %30 آب

3- فاز هوا که %25 تا %30 را تشکیل می دهد.

اگر فاز مایع زیاد شود فاز هوا کم می شود و اگر فاز هوا زیاد شود فاز مایع کم می شود و فاز جامد همیشه ثابت است. بین رطوبت هوا و رطوبت خاک یک تعادل برقرار است. و همچنین در میزان ازت خاک و هوا. تنها مورد متفاوت در میزان Co2 و اکسیژن خاک و هوا است که اکسیژن خاک کمتر از اکسیژن هواست.

املاحی که در آب داخل خاک است بیشتر از املاح آب سطح زمین است.

مواد معدنی در خاک خصوصیات فیزیکی خاک را کنترل می کند.

مواد معدنی در خاک سه گروه هستند1- شن(sand) 2- سیلت(silt)3-رس(clay)

خاک مورد بحث ما خاکی است که قطر ذرات آن کمتر از 2mm  است. و به دلیل وجود هدفهای متفاوت میزان مواد معدنی خاک و طبقه بندی آنها متفاوت است.

3 طبقه بندی وجود دارد 1- آمریکایی 2- بین المللی 3- اروپایی.

در آمریکایی بیشتر به اندازه شن توجه شده است.

در بین المللی به هر سه ذره خاک توجه شده است.

به درصد نسبی ذرات تشکیل دهنده خاک (شن، سیلت، رس) بافت خاک گویند و بافت برای هر نوع خاک متفاوت است.

افق آلی: میزان مواد آلی در اینجا زیاد است یا افق O (Organic) بعد از این افق، افق A است.

سطحی ترین افق در خاک افق O است که محل تجمع مواد آلی و نسبت به افقهای زیرین پررنگ تر است به خاطر وجود مواد آلی. افق بعدی افق A است که مخلوط مواد معدنی و آلی است. یک افق معدنی است و رنگ آن از بقیه افقهای پایین تر و تیره تر است ولی از افق O روشن تر است. محل توسعه ریشه فعال گیاه در افق A می باشد. بیشترین جذب گیاه در افق A انجام می دهد. بیشترین عملیات کشاورزی و خاک ورزی در افق A انجام می‌شود. به این افق که محل توسعه ریشه است و عملیات کشاورزی در آن انجام می شود افق سطح الارض Top Soil نامیده می شود.

افق B زیر افق A قرار دارد و محل رسوب موادی است که از افق A آمده و یک افق رسوب شده Illuvial گفته می شود. افق B جدای از افق A است و جایی است که عملیات کشاورزی انجام نمی شود ولی استثناً در هنگام subsoiler انجام می شود. اگر رسوب املاح از افق A به افق B متوالی انجام شود و تمام املاح افق A شسته شود افق جدیدی بنام افق E، تشکیل می شود و Elluvial نامیده می‌شود که بین افق A و B قرار دارد و از همه روشنتر است.

در منطقه B توسعه ریشه وجود ندارد و کم است.

بعد از افق B افق C است.

اگر خاک در جا تشکیل شده باشد و جنس خاک با سنگ زیرین یکسان باشد آن سنگ مادر P است و اگر مشابه نباشد سنگ بستر R است.

هرچه لایه های عمیق تر باشد نشان دهنده عمر بالای خاک است.

در منطقه O و A هوازدگی شیمیایی زیاد است و در منطقه C و P یا R هوازدگی فیزیکی زیاد است. افقهای تحت الارض افقهایی است که عملیات کشاورزی و رشد ریشه در آن انجام نمی شود. در بعضی اوقات افق B و C افق تحت الارض نامیده می‌شود که بستگی به ضخامت لایه های زمین دارد.

اولین مشخصه شناخت خاکها و افقها: 1- رنگ است 2- ریزی و درشتی به عنوان بافت خاک 3- طرز قرار گرفتن اجزاء  (ساختمان خاک).

ذرات خاک نرم از 2 میلی متر کمتر است.

سه جزء تشکیل دهنده خاک (رس clay، سیلت silt، شن sand)

طبقه بندی آمریکا

USDA

بین المللی

Sand

خیلی درشت  mm2-1

-----

درشت    1-0.5

2-0.2

متوسط 0.5-0.25

-----

ریز 0.25-0.1

0.2-0.02

خیلی ریز 0.1-0.05

-----

Silt

0.05-0.002

0.02-0.002

رس clay

0.002>

0.002>

تفاوت در دو طبقه بندی در مرز بین سیلیت و شن است بین 0.02 و 0.05 است و به علت هدف مطالعه ذرات این گونه طبقه بندی شده.

سطح کره

سطح ویژه کره

حجم کره

و شباهت آنها مرز بین شن و سیلت 0.002 است. و دلیل این به شکل آن برمی‌گردد که شن و سیلیت کروی است ولی رس ورقه ای است و کروی نشدن رس به این دلیل است که رس یک کانی ثانویه است (کانی که ترکیب و ساختمان آن اصلاً عوض شده ………) و شن و سیلیت یک کانی اولیه است. کانی اولیه: (کانی که  که ترکیب و ساختمان آن همان سنگ اولیه است یعنی سنگ مادر خرد شده و خواص آن تغییر نکرده) رسها خاصیت کلوئیدی دارند یعنی نه محلول اند و نه رسوب و این موضوع در مرز 0.002 اتفاق می افتد. و رسوب ذرات 4 روز طول می کشد و دلیل آن به خاطر ورقه ای بودن آنهاست. و به خاطر اینکه سطح ویژه آنها (سطحی که جسم با محیط در تماس است) بیشتر است.

با کوچکتر شدن ذره سطح ویژه آن نیز افزایش می یابد

شباهت آنها این است که در مرز 0.002 ذرات کلوئیدی می شود و ذرات اینجا از هم جدا می شوند. بین ذرات کلوئیدی و ذرات غیر کلوئیدی در این مرز فصل ایجاد می شود.

تجزیه مکانیکی: روشهایی را که ما بکار می بریم برای تشخیص درصد نسبی ذرات تشکیل دهنده خاک و به دنبال آن بافت را تعیین بکنیم به تجزیه مکانیکی خاک معروف است.

که تجزیه مکانیکی خاک به قانون stoke’slaw معروف است

قانون stoke’slaw: هر ذره ای که وارد سیال می شود 2 نیرو به آن وارد می‌شود که 1 نیروی جاذبه و 2 نیروی اصطکاک و یا نیروی مقاوت ذرات سیال و غیره می باشد.

ذره در هرجا ثابت است

ذره به بالا حرکت می کند

ذره به پایین حرکت می کند

قانون Stoke                                                           

V= سرعت سقوط ذره ، d1= چگالی ذرات خاک

d2= چگالی سیال (آب) ، g = شتاب ثقل زمین =  

ι(نو) ضریب اصطحکاک – لزوجت ویسکوزیته، گرانروی

یا پوآز که در  پوآز 0.01 .r= شعاع ذره (Cm)

V با شعاع و یا مجذور شعاع رابطه مستقیم دارد

محدودیتهای قانون stoke;s: 1- کروی و سخت 2- ذرات باید دارای  چگالی یکسان باشند3- چگالی سیال ثابت 4- سقوط آزادانه (نیروی سوم وجود نداشته باشد) 5- سیال ساکن باشد.

سوال: اگر 50gr خاک نرم برداریم و داخل استوانه 1lit ریخته و 1lit آب نیز در داخل آن ریخته که ارتفاع 1lit ، 30Cm است زمان سقوط ذرات خیلی ریز را محاسبه کنید.

(0.1-0.05mm) قطر

پوآز

         به پایین برسد و رسوب کند) sand(طول می کشند که

50gr

نمونه   

simple  

 در مثلث تعیین محدوده خاک

sand موازی silt + silt موازی clay + clay موازی sand

در آزمایشات کاملاً نتیجه %100 رسوبات نمی شود بدلیل اینکه در هنگام رسوب امکان دارد ذرات silt وجود داشته باشد که این ذرات در بین ذرات sand محبوس می شود و یا به عبارت دیگر ذرات ریزتر بین ذرات درشت تر محبوس شود و این دلیل بر آن است که ما صدردرصد نتیجه رسوب نکند.

بافت خاک:

خاک به 3 محیط تقسیم می شود 1- خاک سبک (شنی) یا درشت بافت sand، %80 Lomy sand 2- خاک متوسط (میانه) لومی sandy loam خاک لومی که میزان شن بیشتر است، میزان لوم خاک بیشتر است  خاک شنی که میزان سیلت و رس آنها تقریباً برابر باشد.

Silty lom خاک لومی که میزان سیلت آن بیشتر است، loam هر سه تقریباً یکسان هستند sandy clay loam خاک لومی که رس بیشتر از شن باشد، silty clay loam خاک لومی که رس بیشتر از سیلت باشد

3- خاک رسی (سنگین) ریزبافت: sandy clay خاک رسی که شن آن زیاد باشد، silty clay خاک رسی که سیلت آن زیاد باشد. Clay خاکی که بیشتر از %40 آن رس باشد.

ساختمان خاک:

طرز قرار گرفتن ذرات اولیه در کنار هم و تشکیل ذرات ثانویه به نام خاکدانه را ساختمان خاک گویند.

اگر ذرات قرار است به هم بچسبند باید به هم نزدیک شوند. ازجمله عوامل نزدیک کننده:

1- ریشه گیاهان 2- چرخ تراکتور، سم حیوانات 3- فشار لایه ها و افقهای رویی 4- فعالیتهای کشاورزی 5- رس 6- فعالیت موجودات زنده مخصو.صاً خاکسازی ها.

ریشه علاوه بر نزدیک کردن اجزاء به وسیله صمغ ریشه یا مواد مترشحه ای که از ریشه خارج می شود می توانند باعث چسبندگی عوامل خاک گردد. بقایای ریشه یکی از عواملی است که هوموس خاک را زیاد می کند (مواد آلی) و باعث افزایش چسبندگی خاک گردد.

در فعالیتهای کشاورزی بهترین حالت آن است که آنرا به حداقل ممکن برسانیم و بیشترین کار را انجام دهیم. ساختمان خاک بر خلاف بافت تغییرپذیر است.

رسها به صورت لایه های منظم بین ذرات قرار می گیرد. و به این رسهای منظم رسهای توجیه شده گویند و تقریباً بین ذراتند. رسهای توجیه شده اطراف ذره را فرا می گیرد که به آن پوشش رسی (clay skin) گویند.

پوشش رسی بعلاوه رسهای توجیه شده تشکیل افق آرجلیک را می دهند که در افق B می باشد.

موجودات خاک زی با فعالیتشان چون دارای مواد مترشجه یا صمغی اند می‌توانند باعث چسبندگی شوند و همچنین بعد از مرگشان، جسدشان می‌تواند باغث افزایش مواد آلی خاک و چسبندگی بیشتر ایجاد کند.

7- رطوبت: به خاطر کشش سطحی ذرات آب می تواند ذرات خاک را به هم بچسباند.

شخمی مناسب است که کمترین خاک را از پشت تراکتور بلند کند. در زمان خیس شدن بهترین حالت برای شخم زدن است چون که چسبندگی بین ذرات در بیشترین میزان است. بنابراین در حالت خیسی حالت شکل پذیری آن (الاستیکی) بیشتر است.

حالتی که در شالیزار است و در هنگام اشباع شخم می زنیم به آن گل غرق‌آبی گویند به خاطر آنکه در این هنگام باعث درست چیده شدن لایه C، Si، S است که هم از لحاظ آبگیری در سطح آن بیشتر می شود و مناسب برای از بین رفتن علفهای هرز است. همچنین آب کمتری مصرف می شود.

رطوبت نیز با یخ بستن میتواند در ساختمان خاک دخیل باشد.

< >افت دما سریع باشد اگر سریع یخ بزند خاک دانه می ترکد و باعث تزلزل و سستی خاک دانه می شود. 

< >افت دما به آهستگی و به مرور زمان باشد رطوبت فرصت دارد از خاک دانه برون بیاید و در بیرون ذره یخ بزند و در ثبات و استقامت خاک موثر خواهد بود.پایداری، ثبات و استقامت خاک در 3 حالت بررسی می شود.< >حالت خشک: سختی و نرمی خاک در زمانی است که خشک است بررسی می شود.حالت مرطوب: حالت الاستیکی و شکل پذیری آن بررسی می شود.حالت خیس یا اشباع می توان مقاومت خاکدانه در هنگام اشباع شدن را مورد بررسی قرار دهند.شکل خاکدانه:

در خاک دو حالت دارد 1- دارای ساختمان 2- بدون ساختمان

بدون ساختمان:

< >ذرات اولیه از هم جدااند بدون خاکدانه اند مانند ماسه بادی که تکدانه ای است.ذرات به هم چسبیده و شکل خاصی نداشته باشد و به صورت یک توده باشد که به آن توده ای گویند مانند خاکهای کاملاً رسی.دارای ساختمان به این اشکال است.< >کروی متخلخل. که دارای آن منافذ باشد. کروی بدون تخلخل کروی است که دارای منافذ نیست.ورقه ای: ارتفاع از طول و عرض خیلی کمتر است.ورقه ای و یا کروی در سطح الارض و افق A دیده می شود و ورقه ای بیشتر در افق E دیده می شود.< >مکعبی: که طول و عرض و ارتفاع تقرباً به یک اندازه است. اگر گوشه های مکعب تیز باشد به آن زاویه دار گویند و اگر گوشه های آن منحنی باشد به آن بدون گوشه گویند.ستونی و منشوری: بعد ارتفاع خیلی بیشتر از طول و عرض است. تفاوت ستونی و منشوری برش عرضی و ستونی یک گردی است و در منشوری برش عرضی یک چند ضلعی است.3 و 4 در بخش تحت الارض و مخصوصاً در افق B دیده می شود.

در خاکهایی که ساختمان داریم وقتی ریشه به حالت مکعبی، ستونی، منشوری می رسد به علت اینکه نظام فضا کم است نفوذپذیری ریشه کم می شود.

خاک شنی و رسی تفاوتشان در فضاهای بین خاکدانه ها و یا تخلخل بین آنهاست و خاک شنی یا درشت بافت خشک و خاک شنی یا ریزبافت مرطوب است.

تخلخل (sand) درشت و طیف زیاد نفوذ آب به داخل خاک و تخلخلهای (clay) ریز نگهدار ی آب و یا رطوبت داخل خاک است و تخلل (Loamy) متوسط: حرکت آب داخل خاک.

تخلخل کل مجموعه ای از تخلخل درشت متوسط و ریز است.

وزن

حجم دست  نخورده

تخلخل کل در رسی بیشتر است و در شنی کمتر است. و چون وزن واحد حجم خاک دست نخورده (فضاهای بین ذرات تغییر نکرده باشد و دست نخورده باشد) در خاک شنی بالاست. وزن مخصوص ظاهری که وزن بخش بر حجم خاک دست نخورده است است.                         (Bd) Bulk d= درنتیجه وزن مخصوص ظاهری در خاک شنی پایین و در خاک رسی وزن واحد حجم دست نخورده کم است وزن ظاهری بالاست.

عوامل مؤثر بر Bd: وزن مخصوص ظاهری 1- بافت خاک 2- ساختمان خاک 3- مواد آلی و یا هوموس 4- فعالیتهای کشاورزی 5- فشار لایه های رویی.

وزن واحد حجم ذرات جامد = وزن مخصوص حقیقی از عواملی که بر تخلخل تاثیر می گذارد. Particald (pd) عواملی که بر وزن حقیقی اثر می گذارد
1- جنس ذرات خاک 2- مواد آلی

دامنه تغییر وزن مخصوص ظاهری  که  نیز استفاده می شود.

و دامنه تغییر وزن مخصوص حقیقی  و یا  نیز استفاده می شود

برروی تخلخل کل دو عامل وزن مخصوص حقیقی و وزن مخصوص ظاهری موثر است.