l مقدمه: 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 خاک های زراعی مناطق خشک و نیمه خشک (Laegried و همکاران، 1999).
علاوه بر آن با توجه مشکل یارانهای کود های 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:
1 منبع کربن و انرژی برای میکروارگانیسمهای خاک، 2 منبع عناصر غذایی نظیر نیتروژن، گوگرد، فسفر و … ، 3 پایداری و نگهداری ذرات خاک به عنوان خاکدانه یا خاک واحد و کاهش خطر فرسایش خاک، 4 توسعه تخلخل خاک و افزایش ظرفیت نگهداری هوا و آب و تسهیل توسعه و رشد ریشهای، 5 حفظ و ابقای عناصر غذایی و جلوگیری از هدررفت آنها با افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) و ظرفیت تبادل آنیونی (AEC)، 6 جلوگیری از فشردگی و تراکم خاک با پائین نگهداشتن وزن مخصوص ظاهری و ممانعت از ایجاد قشرها و پوستههای سخت، ترک و گسل، 7 افزایش قابلیت خاکورزی و تغییر در خصوصیات خاک مثل کاهش چسبندگی، افزایش نفوذپذیری و نرمی خاک، 8 ابقای کربن از اتمسفر و دیگر منابع، 9 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.
1 رنگ خاک: رنگ خاک شاخص دقیقی برای تعیین حاصلخیزی نیست زیرا شاخصی کیفی به شمار میرود. در برخی موارد رنگ تیره خاک میتواند نشاندهنده میزان ماده 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.
2 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).
3 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. ماده آلی با بهبود شرایط خاکدانهسازی، وضعیت تخلخل خاک و نفوذپذیری آن را بهبود میبخشد.
4 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 ویژه وسیع و خاصیت ابقای عناصر غذایی میباشد اما در کلاسهبندی بافت خاک خواص فیزیکی کمرنگتری در نفوذپذیری و زهکشی دارد. ماده آلی دارای خاصیت اصلاحکننده بافت در خاکهای سبک و سنگین است.
5 ظرفیت نگهداری آب خاک: میزان ظرفیت نگهداری آب خاک متأثر از نوع بافت و میزان ماده آلی میباشد. در حالتهای مختلف میزان آب خاک متفاوت است.
6 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.
7 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.
l خواص شیمیایی خاک:
1 کلوئیدهای خاک: کلوئیدهای خاک از بخشهای فعال شیمیایی خاک میباشد که شامل رس، هوموس و اکسیدهای آهن و آلومینیوم میباشند. کلوئیدها دارای بار منفی هستند و مجموع این بارهای منفی ظرفیت تبادل کاتیونی نامیده میشود. CEC مبین مقدار کاتیون ابقا شده در 100 گرم خاک (آون خشک) میباشد که بر حسب سانتیمول در کیلوگرم (Cmol/kg) بیان میشود. جدول یک میزان CEC کلوئیدهای خاکی آلی و برخی رسهای لایهای نشان داده شده است.
جدول 1- مقادیر CEC چند کلوئید خاکی در مقایسه با ماده آلی هوموس (Brady، 1990)
کلوئید خاکی
CEC (Cmol/kg)
هوموس
300
ورمیکولیت
120
اسمکتایت
90
میکای ریزدانه
25
کائولینیت
5
اکسیدهای آبدار
3
میزان جذب کاتیونی تابعی از بار، اندازه و غلظت کاتیون است. اگر دو کاتیون همبار باشند، کاتیون واجد شعاع بزرگتر، قویتر جذب میشود زیرا کاتیونهای بزرگتر، شعاع آبگیری کوچکتری دارند. CEC در تمام خاکها تابع میزان رس، نوع رس، ماده آلی، pH و اکسیدهای آهن و آلومینیوم میباشد. علاوه بر تاثیر مواد آلی در ویژگیهای شیمیایی، از اثرات مهم این مواد تامین عناصر غذایی و برقراری توازن تغذیهای میباشد. عدم مصرف مواد آلی در اراضی زراعی باعث لطمات غیر قابل جبرانی در حاصلخیزی خاکها میشود. متاسفانه مصرف کودهای آلی در جامعه کشاورزی ما، تقریب به بوته فراموشی سپرده شده است. علیرغم دشواریهای اجرایی، وزارت جهاد کشاورزی برای نیل به کشاورزی پایدار، در نظر دارد تهیه مواد آلی را مورد توجه و حمایت قرار دهد. خوشبختانه منابع تامین کودهای آلی در ایران دارای تنوع زیادی است و شامل کودهای حیوانی، کمپوست حاصل از بقایای شاخه و برگ گیاهان، کمپوست حاصل از تخمیر سبوس برنج و کلش گندم، کمپوست حاصل از ضایعات کشت و صنعتهای تولید قارچخوراکی، از تخمیر سبوس برنج و کلش گندم، کمپوست حال از ضایعات کشت و صنعتهای تولید قارچ خوراکی، کمپوست حاصل از ضایعات کارخانجات دخانیات و چای خشک کنی، کمپوست حاصل از ضایعات کارخانجات قند، کمپوست حاصل از تخمیر زبالههای شهری، شاخههای هرس شدهچای، خرما، کمپوست حال از تخمیر فاضلاب شهری، کمپوست حال از ضایعات حاصل از ضایعات نیشکر، کودهای آلی حاصل از ضایعات بسته و پودر استخوان و سایر مواد مشابه که علاوه بر اصلاح نسبت کربن به ازت، غلظت عناصر غذایی مورد استفاده گیاهان زراعی را افزایش میدهد.