فشردگی خاک و روش های اندازه گیری آن
فشردگی خاک مشکلها، راه حلها و روشهای اندازه گیری فشردگی خاک
مقدمه
فشردگی نامطلوب خاک در اکثر خاکها یک مشکل می تواند باشد. فشردگی خاک رشد گیاه و نفوذ ریشه در خاک را کاهش می دهد و همچنین حرکت آب و هوا در خاک را محدود ساخته و در نتیجه باعث تنش هاي غذایی براي گیاه و خروج کند جوانه از خاک شده و در نهایت باعث کاهش عملکرد محصول می گردد. فشردگی خاک ممکن است بعنوان فشرده شدن جرمی از خاک به حجم هاي کوچکتر تعریف شود . واکنش خاک به فشردگی معمولا با تغییرات در جرم مخصوص ظاهري خاک، تخلخل و مقاومت به نفوذ خاک به عنوان تابعی از فشار وارد شده به خاک و رطوبت توصیف می شود . فشردگی خاک فرآیند افزایش جرم مخصوص ظاهري خاک با فشردن ذرات نزدیک به هم بطوریکه باعث کاهش حجم هواي خاک شده در حالیکه حجم آب بدون تغییر باقی می ماند، می باشد. فشردگی خاک در سالهاي اخیر مشکلات زیادي را در اثر افزایش اندازه ادوات و فقدان تناوبهاي زراعی بوجود آورده است. در تناوبهاي تک محصولی پشت سر هم، عملیات خاک ورزي زیادي ممکن است براي کنترل علفهاي هرز و دفن بقایاي گیاهی مورد نیاز باشد. تردد زیاد ماشین ها و ادوات کشاورزي پتانسیل ایجاد فشردگی خاک را افزایش می دهد. افزایش در اندازه مزرعه می تواند همچنین به فشردگی خاک ارتباط داده شود. شرایط خاک مزارع بزرگتر ممکن است داراي تغییرات زیادي باشد. هنگام کار در اینگونه مزارع قسمت هایی از زمین ممکن است خشک،در حالیکه قسمتهاي دیگر خیلی خیس باشد. مزارع کوچکتر داراي یکنواختی بیشتري هستند و هنگامی شخم زده می شود که داراي رطوبت مناسب باشند. در این نوشته مطالبی در خصوص مشکل فشردگی خاک و روش های اندازه گیری آن مطابق با تحقیقات انجام شده به روز دنیا و راه حلهاي ممکن براي جلوگیري و یا برطرف کردن آن ارائه شده است.
خواص خاک و قابلیت آن به فشردگی خاک
براي شناخت فشردگی خاک، ساختمان تشکیل دهنده خاک باید شناخته شود. خاک شامل مواد آلی، معدنی، و خلل و فرج می باشد. بخش معدنی خاک تشکیل شده است از ترکیب ذرات ماسه، سیلت، و رس . این ذرات بطور محکم بهم دیگر نمی چسبند، اما توسط خلل و فرج باز محاصره شده اند. این فضاي باز داراي اهمیت می باشد، زیرا این اجازه را به خاک می دهد که آب و هوا را در خود نگه دارد. فضاهاي بین ذرات خاک در خاک خشک توسط هوا، در خاک اشباع توسط آب و در خاک مرطوب توسط هر دو پر شده است. فشردگی خاک موقعی اتفاق می افتد که ذرات خاک تحت فشار قرار گرفته و در نتیجه فضاي هوا و آب محدود گردد .
مقدار آب خاک عامل بحرانی در پتانسیل فشردگی خاک می باشد. یک خاک خشک بدلیل وجود اصطکاک بین ذرات براحتی فشرده نمی شود. آب بعنوان یک روغن بین ذرات خاک عمل می کند و باعث می گردد که خاک براحتی فشرده شود. در هر حال هر چه مقدار آب موجود در خاک افزایش یابد، یک نقطه اي بدست می آید که اکثر خلل و فرج خاک توسط آب پر شده است نه هوا. آب نمی تواند متراکم گردد و بنابراین آب موجود بین ذرات خاک حامل بعضی از بارهاي وارده بر خاک می گردد و مقابل فشرده شدن خاک مقاومت می نماید. بنابراین یک خاک خیلی مرطوب به اندازه یک خاک نسبتا مرطوب فشرده نمی گردد. شکل 2 رابطه بین مقدار رطوبت خاک و مستعد بودن به فشردگی خاک را نشان می دهد. محور عمودي مستعد بودن به فشردگی خاک و محور افقی مقدار رطوبت خاک را نمایش می دهند. ناحیه خاکستري نمودار دامنه رطوبتی خاک را که بیشتر فشردگی در آن اتفاق می افتد را نشان می دهد. سمت چپ این ناحیه فشردگی کمتري رخ می دهد و در سمت راست آن نیز، خاک قابلیت فشردگی کمی دارد.
بافت خاک در فشردگی خاک تاثیر دارد. خاکهاي یکنواخت ( با ذرات هم اندازه ) نسبت به خاکهاي غیر یکنواخت( با اندازه ذرات مختلف) کمتر فشرده می شوند. ذرات کوچکتر فضاي بین ذرات بزرگتر را پر نموده و خاک متراکم تر تشکیل می دهند . یک خاک شنی لومی مستعد ترین خاک براي فشرده شدن می باشد. ساختمان خاک همچنین در ایجاد فشردگی خاک نقش بازي می کند. خاکهاي حاوي مواد آلی زیاد، ساختمان بهتري نسبت به خاکهائی با مواد آلی کم دارد و در مقابل فشردگی مقاوم تر می باشند. مواد آلی، خاکدانه هاي بزرگتر و محکمتري را بوجود می آورد. خاکهاي سخت، متراکم و حاوي مواد کم نسبت به خاکهایی با مواد آلی زیاد، سست، شکننده و مقاوم به فشردگی می باشند. در کشور ایران بدلیل فاصله بسیار کوتاه بین زمان انجام عملیات خاک ورزي و کاشت عمدتا عملیات تهیه زمین در رطوبت نا مناسب صورت می گیرد که در برخی مناطق به ایجاد لایه متراکم کمک می کند. همچنین استفاده گسترده از گاو آهن برگردان دار که بعنوان روش متداول موجب ایجاد سخت لایه شخم در عمق حدود 25-30 سانتی متر می شود. با توجه به اینکه تحقیقات اخیر نشان داده است که عدم مدیریت سخت لایه ناشی از شخم مستمر در عمق ثابت طی 5 سال منجر به تراکم عمقی در لایه هاي زیرین شده که از بین بردن آن بسیار مشکل و با صرف هزینه و انرژي زیاد توام خواهد بود.
انواع فشردگی خاک
خاکهاي متراکم طبیعی
اکثر خاکهاي متراکم مقدار رس زیادي در قسمتهایی از پروفیل خاک دارند. این نوع خاکها را نمی توان بسادگی از حالت فشردگی خارج کرد. مقادیر زیادي از ماسه و سیلت براي این کار مورد نیاز خواهد بود. عملیات خاک ورزي راه حل کوتاه مدتی براي این نوع خاکها می باشد. جلوگیري از فشردگی اضافی بهترین رویکرد مدیریتی در خاکهاي متراکم طبیعی می باشد. فشردگی عمقی به مفهوم واقعی در لایه هاي زیرین که به آن subsoil hard pan گفته می شود بسیار دشوار بوده و بسیاري از محققین معتقدند که شکستن آن با عملیات خاک ورزي عمیق تقریبا غیر ممکن و یا بدلیل عدم وجود اطلاعات کافی فنی در خصوص نحوه کاربرد و ملاحظات مربوطه تقریبا غیر موثر می باشد. این امر عمدتا باید از طرق پدیده هاي طبیعی مانند انجماد و انبساط حاصل از فصل سرما و گرما (Freezing/thawing) و یا خشکی و تري (Drying/wetting) صورت گیرد. قابل ذکر است نتایجی نیز موجود است که نشان داده تراکم عمقی پدیده اي است که خاک هیچ گاه پس از آن به حالت اولیه بر نخواهد گشت .
سله سطحی
بعضی خاکها به سله هاي سطحی ایجاد شده توسط باران حساس می باشند. در سالهائی با بارندگی بیش از اندازه و شدید خاک سخت می گردد. بقایاي گیاهی و یا پوشش هاي سبز بهترین شیوه براي جلوگیري از بوجود آمدن سله هاي سطحی می باشد. خاکهاي بدون بقایاي گیاهی، خاک خشک را تشکیل می دهند که خروج جوانه را با مشکل مواجه می سازد.
فشردگی حاصل از کاربرد ادوات خاک ورزي
ادوات خاک ورزي که خاک را برش می دهند بطور مثال گاو آهن برگردان دار، دیسک ها، و پنجه غازي ها فشردگی خاک بوجود می آورند. کاربرد ادوات خاک ورزي در یک عمق ثابت و مکرر ذرات خاک را در یک جهت مرتب نموده و لایه اي از خاک فشرده را بوجود می آورد. این نوع فشردگی تحت عنوان plow pan یا tillage pan شناخته می شود. نفوذ آب و ریشه از این لایه فشرده مشکل می با شد. این لایه بطور موثر عمق نفوذ ریشه را به عمق خاک ورزي که معمولا 20 تا 25 سانتی متر است، کاهش میدهد. شکل 4 ریشه هایی را نشان می دهد که سعی کرده اند از لایه فشرده عبور کنند. با محدود کردن عمق نفوذ ریشه در خاک، لایه فشرده باعث می گردد که گیاهان حساس به خشکی، رطوبت اضافی و کمبود مواد غذایی شوند.
فشردگی حاصل از تردد ماشین هاي سنگین
این نوع از فشردگی می تواند به دو دسته تقسیم گردد: سطحی و عمیق. فشردگی سطحی به هر نوع فشردگی گفته می شود که در ناحیه مرسوم خاک ورزي بوقوع می پیوندد. براي بعضی کشاورزان این ناحیه ممکن است تا عمق 20 سانتی و براي بعضی دیگر تا عمق 25 سانتی باشد. فشردگی سطحی می تواند به فشار اعمال شده از طرف تایرهاي ماشین هاي سنگین بر سطح خاک ارتباط داده شود. فشارهاي بالاتر سبب فشردگی سطحی بیشتري می گردند. فشردگی سطحی بطور موقت است زیرا با عملیات خاک ورزي معمولی از بین می رود. فشردگی عمیق به هر نوع فشردگی که در زیر ناحیه معمول خاک ورزي بوقوع می پیوندد، گفته می شود. این فشردگی بو سیله اعمال وزن یا نیرو توسط ماشین هاي سنگین بر روي خاک بوجود می آید، که اکثرا با بار عمودي وارد بر محور تحت تاثیر قرار می گیرد.
فشردگی حاصل از عملیات مرسوم
خاک ورزي بیش از حد سبب شکسته شدن خاکدانه ها شده ، و در نتیجه ساختمان ضعیفی از خاک بوجود می آورد که قابلیت زیادي براي فشرده شدن خواهد داشت. تناوب زراعی و مدیریت بقایاي گیاهی می تواند بر ساختمان خاک و قابلیت آن براي فشرده شدن تاثیر بگذارد. عملیاتی که بقایاي سطحی را دست نخورده روي خاک باقی می گذارد، کمک به افزایش یا نگه داشتن سطح مواد آلی می کند که این عمل باعث بوجود آمدن ساختمانی خوب و در نهایت فشردگی خاک می گردد.
علائم و نشانه هاي فشردگی خاک
فشردگی خاک نشانه هاي زیادي دارد. اثرات فشردگی خاک با یک نگاه نزدیکتر ممکن است نمایان گردد. علائم و نشانه هاي فشردگی خاک عبارتند از:
- الگوهاي اثر چرخ در محصول در حال رشد.
- ریشه هاي بد شکل گیاه: ریشه ها مواجه شده با ناحیه فشرده خاک ممکن است گسترده و منشعب، بهم پیچیده، نازک و مسطح باشد. همچنین بجاي رشد عمقی، ریشه ها تمایل به رشد سطحی داشته که نشان دهنده خاک فشرده شده می با شد.
- آبهاي راکد و ایستاده یا فرسایش بیش از حد آب: آبهاي ایستاده روي خاک می تواند نتیجه لایه فشرده که عامل محدود کننده نفوذ آب باشد یا سله سطحی که بدلیل عدم وجود بقایاي گیاهی و پایین بودن مواد آلی، باشد. نفوذ پذیري ضعیف بدلیل فشردگی می تواند سبب روان آب سطحی، فرسایش خاک و هدر رفتن آب گردد.
- افزایش توان مصرفی براي انجام عملیات کشاورزي: فشردگی خاک مقاومت مکانیکی خاک را افزایش داده و نیروي لازم براي کشیدن ادوات خاک ورزي را افزایش می دهد.
- رنگ ظاهري برگها: فشردگی خاک که عامل محدود کننده رشد ریشه می با شد، دسترسی گیاه به آب و مواد غذایی را بشدت کاهش می دهد. عمل دي نیتریفیکاسیون افزایش و نیتروژن قابل جذب گیاه کاهش می یابد. این موارد باعث کم رنگ شدن برگ گیاه می شود .
- کاهش عملکرد محصول: مهمترین تاثیر فشردگی خاک، کاهش عملکرد محصول می باشد.
روشهای اندازه گیری فشردگی خاک
بهترین روش براي تشخیص فشردگی خاک، استفاده از بیلچه در سطوح کوچک مزرعه می باشد. سله سطحی و لایه فشرده حاصل از کاربرد ادوات خاک ورزي را به آسانی میتوان با بیلچه پیدا کرد. تشخیص فشردگی حاصل از تردد ماشین هاي سنگین با بیلچه سخت می باشد براي اینکه در سطوح وسیعی رخ می دهد و ایزوله کردن آن مشکل می باشد. حفر گودال روش دیگري براي یافتن فشردگی است. Jones et al., 2001 پیشنهاد نمود که در این روش نیاز است گودالی به قطر و عمق 60 سانتی مترحفر نمود. باید مطمئن گردید که اثري از بیل روي یکطرف دیواره گودال نماند. بر روي همین طرف دیواره یک چاقو ، پیچ گوشتی یا ابزار تیز دیگري را بطور افقی به داخل خاک فرو کرده و به مقاومت به نفوذ خاک توجه گردد. این کار را در هر 1.5 تا 2.5 سانتی بالا و پایین این قسمت از گودال تکرار باید کرد. اگر ناحیه اي پیدا شود که مقاومت به نفوذ آن بیشتر از نواحی بالائی و پائینی آن ناحیه باشد، بطور احتمال می تواند لایه فشرده شده باشد.محققان زیادي بر روي روشهای اندازه گیری فشردگی خاک و تشخیص فشردگی خاک کار کرده اند. این روش ها را میتوان به دو دسته کلی تقسیم نمود: تماسی ((Contact و غیر تماسی (Non-contact ) که بطور خلاصه نمونه هایی از روش هاي مذکور بشرح ذیل ارائه می گردد.
روش هاي تماسی:
هرگونه روش اندازه گیري خواص فیزیکی که تماس فیزیکی با خاک داشته باشد، یک روش تماسی می باشد. روش هاي ذیل می تواند در این طبقه بندي قرار گیرد :
بررسی هاي پایه اي: Kulli و همکاران (2003) به بررسی ارتباط ضریب هدایت هیدرولیکی و جرم مخصوص ظاهري خاک پرداختند و با پیدا کردن این ارتباط ، ضریب هدایت هیدرولیکی را به عنوان یک شاخص فشردگی خاک معرفی نمودند.
Carman در سال 2001 از نشست خاک (surface sinkage) در اثر عبور تایر ادوات به عنوان یک شاخص فشردگی یاد کرده است و ابراز داشته است که هر چه مقدار آن بیشتر باشد، نشان از کمتر بودن میزان فشردگی خاک است.
Alexandrou و همکارش (1997) به بررسی ارتباط بین نشست صفحه (plate sinkage) ، جرم مخصوص و محتواي رطوبت خاک پرداختند و پس از اینکه دریافتند جرم مخصوص ظاهري و نشست صفحه با یکدیگر رابطه معکوس دارند، نشست صفحه را که شاخص تنش پیش فشردگی خاک (pre-compaction stress) بود، به عنوان یکی از معیارهاي تعیین فشردگی خاک معرفی کردند.
مصدقی و همکاران (2004) به مقایسه آزمون فشردگی خاک (confined compaction test) و آزمون نشست صفحه (plate sinkage) براي تعیین میزان فشردگی خاک پرداختند و دریافتند که آزمون صفحه تقریب بهتري از فشردگی خاک ارائه می دهد.
فروسنج مخروطی عمودي : استفاده از فرو سنج مخروطی عمودي روشی است که اغلب براي اندازه گیري مقاومت مکانیکی خاک و تشخیص فشردگی خاک بکار برده می شود. بهر حال کاربرد این وسیله زمان بر، کارگر بر و طاقت فرسا می باشد. نفوذسنج هاي متحرک موتوري که با یک سرعت ثابتی در خاک نفوذ می کنند از نوع دیگر نفوذسنج هاي مخروطی می باشد. از آنجائیکه مقاومت به نفوذ خاک تابعی از جرم مخصوص ظاهري و رطوبت خاک می با شد، نیاز است تا همزمان با اندازه گیري مقاومت خاک، جرم مخصوص ظاهري و رطوبت خاک نیز تا عمق مورد نظر اندازه گیري گردد. تحقیقات زیادي بر روي فرو سنج هاي مخروطی عمودي دستی و تراکتوري براي تشخیص فشردگی خاک انجام گرفته است . بررسی تا ثیر فشردگی خاک بر روي عملکرد محصولات کشاورزي استفاده و فشردگی خاک را در کنار آن بعنوان یکی از خواص مهم فیزیکی خاک اندازه گیري کرده ا ند.
فروسنج افقی: سیستمهاي اندازه گیري مختلفی شامل سنسور هاي اندازه گیري نیرو، کرنش و فشار بر روي تیغه هاي مختلف نصب شده که این تیغه ها قابل اتصال به پشت تراکتور و میتوانند بطور افقی داخل خاک کشیده و مقاومت مکانیکی خاک را بطور پیوسته اندازه گیري نمایند. در تحقیقی فرو سنج افقی با دو نوع نوک مخروطی و منشوري را براي اندازه گیري مقاومت مکانیکی خاک ساخت و رابطه سازگار و خوبی را بین نفوذسنج افقی و عمودي بدست آورد.
Randy (2002) نیز یک نوع فرو سنج مخروطی افقی قابل اتصال به تراکتوربراي تشخیص لایه فشرده خاک، ساخت و با نوع عمودي آن مقایسه نمود. وي نتیجه گرفت که مقدار مقاومت مکانیکی خاک در نوع افقی با افزایش عمق افزایش می یابد در حالیکه در نوع عمودي بر خلاف این روند بود و توانست لایه فشرده خاک را تشخیص دهد.
یک نوع حسگر پروفیل مقاومت خاک با نوکهاي منشوري و قراردادن نیرو سنج هایی جلوي یک تیغه خاک ورز توسط Chung et al. (2003 and 2004) طراحی و ساخته شد. فواصل قرارگیري نوکهاي منشوري از همدیگر و همچنین فاصله نوکها از تیغه در دو سرعت پیشروي و دو عمق مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایشات نشان داد که فاصله 102 میلی متري نوکها از همدیگر و فاصله 51 میلی متري نوکها از عامل خاک ورز توانست رابطه خطی بین فرو سنج عمودي مخروطی و نفوذسنج افقی منشوري برقرار نماید.
شریفی (2004) حسگر پروفیل فشردگی خاک طراحی و ساخت و در خاکهایی با بافت متفاوت در مزارع جنوب شرقی انگلیس و تا عمق 400 میلی متر فشردگی خاک را اندازه گیري نمود. این حسگر (شکل (7 قادر بود سطوح فشردگی خاک حاصل از تاثیربار و فشار باد لاستیک کمباین برداشت نخود در شرایط آزمایشگاهی و مزرعه اي را تشخیص دهد.
این حسگر می تواند بعنوان یک ابزار تحقیقاتی در آزمایشگاه و مزرعه مورد استفاده قرار بگیرد. با بکار گرفتن یک سیستم موقعیت یاب جهانی در کنار این حسگر ، نقشه فشردگی خاک را می توان در عمقهاي مختلف خاک به فواصل 5 سانتی متري بدست آورد.
معمار دستجردي و همکاران (1382) با استفاده از یک مخروط مجهز شده به نیرو سنج و متصل شده به انتهاي پایینی یک عامل خاک ورز مقاومت مکانیکی خاک را به صورت افقی و پیوسته اندازه گیري نموده و ارتباط معنی داري بین آن و فروسنج عمودي بدست آوردند.
دینامومتر(مبدل حلقوي هشت وجهی EORT ) : مقاومت مکانیکی خاک بطور آنلاین و با استفاده از یک عامل خاکورز منضم به دینامومتر حلقوي هشت وجهی توسط(Sirjacobs et al (2002 (شکل 9، راست) اندازه گیري و بصورت نقشه در آورده شد. آنها نتیجه گرفتند که این دینامومتر به اندازه کافی به تشخیص تغییرات مقاومت خاک حساس بود. این روش قادر به اندازه گیري فشردگی خاک در چند عمق خاک بطور همزمان نبوده و تنها نیروي کششی کل را اندازه گیري می نماید. ریچارد (2000) سیستم حسگري را براي اندازه گیري پارامترهاي عملکردي تراکتور طراحی نمود. وي از دینامومتر هشت وجهی بر روي بازوهاي پایینی تراکتور و یک بازوي بالایی مجهز شده به کرنش سنج استفاده نمود (شکل 9 ، چپ ) و نیروي کششی زیر شکن را تا عمق 35 سانتی متري اندازه گرفت و نقشه فشردگی خاک یک مزرعه مشخص را بدست آورد.
موذن (2003) نیز با استفاده یک دینامومتر حلقوي هشت وجهی و یک شاخه زیرشکن (شکل 10 ) توانست نیروي کششی و در نتیجه فشردگی خاک را در حال واقعی کار اندازه گیري نماید.
حسگر صوتی( Acoustic system ) : سیستم صوتی که میتواند بعنوان یک روش تشخیص لایه فشرده خاک همزمان با حرکت تراکتور باشد توسط Tekeste et al (2002) طراحی و ساخته شد. آنها یک میکروفن را در داخل یک نوک مخروطی شکل قرار داده ودر انتهاي پایینی یک تیغه نصب کردند( شکل 11 ) . این روش سعی کرد که لایه فشرده خاک را با اندازه گیري صداي تولید شده توسط میکروفن تشخیص دهد. سطح صداي تولید شده در لایه هاي مختلف خاک با فشردگی هاي متفاوت متناسب با درجه فشردگی خاک بود.
تیغه هاي مجهز شده به انواع حسگرها: لیو و همکاران ( 1996) یک حسگر بافت و فشردگی خاک را ساخت و نتیجه گرفت که این حسگر می تواند براي تهیه یک شاخص فشردگی و بافت خاک اگر درسرعت و عمق ثابت عمل نماید ،استفاده شود.
گلنسی و همکاران (1989) یک تیغه مجهز شده به سنسور را براي مطالعه توزیع نیرو با استفاده از ترتیبی از کرنش سنج ها در طول عمق کار تیغه توسعه دادند. آنها نتیجه گرفتند که این تیغه می تواند براي تخمین نیروي کششی در عمق خاک ورزي استفاده گردد. یک شاخه زیر شکن توسط استافورد و هنریک ( 1985 و 1988 ) مجهز به حسگر براي حس کردن عمق سخت لایه بطور پیوسته با نمایش دادن پروفیل مقاومت خاک را توسعه و تغییرات در مقاومت خاک براي حس کردن یک لایه سخت مورد تحقیق قرار دارند. آنها سیستم کنترل خاک ورزي را براي مواقعی که عمق خاک ورزي بطور پیوسته تغییر می یابد پیشنهاد نمودند.
آدامچاک و همکاران (2001) یک تیغه عمودي با چهار کرنش سنج نصب شده بر پشت آن را براي پیش بینی مقاومت مکانیکی خاک در سه عمق مختلف استفاده کرد. در تحقیق دیگري آدامچاک وهمکاران (2003) یک عامل خاک ورز با نوک پائینی مجهز به حسگر را براي تشخیص مقاومت مکانیکی در حال حرکت و خاک ورزي با عمق متغیر را توسعه داد و یک توزیع خطی از فشار خاک بدست آورد. یک شاخه مجهز به حسگر توسط مانور و همکاران (2001) براي اندازه گیري و نقشه فشردگی خاک توسعه داد. آندراده و همکاران ( 2001 و 2002 و 2004 ) یک حسگر براي فشردگی پروفیل خاک را در انواع مختلف خاک، رطوبت خاک و سرعت هاي پیشروي براي تعیین نیروي برشی ارزیابی کرد. آنها نتیجه گرفتند که سرعت عملیات حسگر بر روي نیروي برشی تاثیر نداشت.
نفوپذیري هواي خاک: (Koostra et al ( 2003 یک حسگر اندازه گیري نفوذپذیري هواي خاک را بعنوان روشی براي تشخیص فشردگی موضعی خاک در مزرعه بطور متداوم طراحی و ارزیابی کرد. نتایج اولیه آزمایشات پتانسیلهایی را در طراحی حسگر براي تشخیص فشردگی خاک نشان داد. آنها گزارش دادند که برقراري ارتباط بین روش هاي پذیرفته شده براي اندازه گیري فشردگی خاک و این روش مورد نیاز می باشد. در هر حال این روش قادر به اندازه گیري فشردگی در عمقهاي مختلف بطور همزمان و متداوم نمی باشد.
روش هاي غیر تماسی:
هرگونه روش اندازه گیري خواص فیزیکی که تماس فیزیکی با خاک نداشته باشد، یک روش غیر تماسی می باشد. این روش ها عبارتند از:
GPR (Ground Penetrating Radar) : روشی است که از فن ژئو فیزیک نزدیک سطح خاک که تصویرهائی با دقت بالا از خواص دي الکتریک تا ده متر از سطح خاک را تهیه می کند، استفاده می کند. از این روش می توان در تشخیص عمق و وجود لایه فشرده خاک استفاده نمود. این روش هزینه بر می باشد.
القاء الکترو مغناطیس (Electromagnetic Induction) : یکی دیگر از روش هاي تشخیص فشردگی خاک استفاده از خاصیت هدایت الکتریکی خاک می باشد که توسط القاء مغناطیس هاي الکتریکی در خاک بوسیله دستگاهی بنام EM 38 می باشد (شکل 12 ) این وسیله از مدارهاي الکتریکی براي اندازه گیري توانایی ذرات خاک براي هدایت شارژ الکتریکی استفاده می کند. هنگام کاربرد این حسگر خاک بعنوان یک قسمت از مدار الکترو مغناطیس محسوب می گردد. دو سیم پیچ در ابتدا و انتهاي وسیله وجود دارد که میدان مغناطیسی به خاک القاء کرده و با تغییر مقاومت با عمق خاک این میدان نیز تغییر می کند. گادوین و میلر توانستند سطوح مختلف فشردگی خاک بوجود آمده از تردد ماشین هاي سنگین کشاورزي در مزرعه را با بکار گیري این روش اندازه گیري نمایند.
در حال حاضر در کشور ایران تخمین و اندازه گیري قبل از انجام عملیات بدلیل عدم استفاده از ابزارهاي حسگر، الکترومکانیک یا الکترومغناطیسی خصوصا در مزرعه، چالش جدي محسوب می شود. براي این منظور معمولا از اندازه گیري تغییرات خصوصیات فیزیکی خاک مانند جرم مخصوص ظاهري، ضریب نفوذپذیري و یا مکانیکی خاک مانند مقاومت به نفوذ با استفاده از دستگاه نفوذ سنج (Penetrometer) استفاده می شود که هر یک به تنهایی داراي مزایا و معایبی است که تخمین دقیق و عملیات دقیق تر بر مبناي شرایط را دشوار می سازد. اخیرا تحقیقاتی براي تعیین شاخص یا شاخص هایی که قادر به تخمین دقیق تر تراکم در مزرعه با استفاده از روش هاي نسبتا متداول و ارزان قیمت باشد در دست اقدام است.
جلوگیري از فشرده شدن خاک
بهترین راه براي مراقبت از فشردگی خاک اجتناب کردن از فشرده شدن خاک است. از بین بردن تمام فشردگی خاک غیر ممکن می باشد، اما با اتخاذ روش هاي مدیریتی می توان آن را به حداقل رساند. بهترین تصمیم براي جلوگیري از فشردگی خاک می تواند کار نکردن در خاک با رطوبت خیلی زیاد باشد. در اینگونه موارد، لازم است رطوبت خاک نه تا عمق سطحی خاک بلکه تا عمق خاک ورزي اندازه گیري شود. براي جلوگیري از ایجاد فشردگی، انجام عملیات مزرعه اي با ادوات کشاورزي که فشار زیادي به خاک وارد می کند را می توان در خاکهاي خشک هدایت نمود. انتخاب ادوات خاک ورزي مناسب باعث کاهش تشکیل لایه فشرده خاک حاصل از کاربرد اینگونه ادوات می گردد که داراي اهمیت می باشد. گاو آهن برگردان دار، دیسکها و پنجه غازي ها بعنوان ادوات تشکیل دهنده این لایه هاي فشرده، شناخته شده اند. این ادوات بقایاي گیاهی بیشتري را نسبت به ادوات خاک ورز شاخه اي شکل زیر خاک می کنند. کاربرد این ادوات براي چند سال متوالی و در یک عمق ثابت بدون تغییر مسیر تردد ادوات خاک ورز لایه فشرده را در خاک ایجاد می کند.
فشردگی سطحی خاک را می توان با کاهش فشار تماس لاستیک با خاک ، کم نمود. این کار را میتوان با انتخاب لاستیکهاي بزرگتر، اضافه نمودن لاستیکها (استفاده از لاستیکهاي دوتایی بجاي تکی، یا سه تایی بجاي دو تایی) و انتخاب تراکتورهاي زنجیري لاستیکی انجام داد. با اضافه کردن لاستیکهاي دو تایی یا تایرهاي بزرگتر، سطوح بیشتري از خاک بعلت رد اثر لاستکهاي پهن تر فشرده گریده اما با شدت فشار کاهش می یابد. کار کردن در فشار باد لاستیک مناسب در به حد اقل رساندن فشردگی سطحی داراي اهمیت است زیرا فشار باد لاستیک بطور تقریبی برابر فشار تماس با خاک می باشد.
لاستیکهاي رادیال foot print بزرگتري دارند که فشردگی سطحی خاک را کا هش می دهد. یک ویژگی جذاب لاستیکهاي رادیال این است که foot print آنها طولانی تر است و نه پهن تر از اندازه مشابه لاستیک bias می باشد. در این مورد یک لاستیک رادیال به یک foot print بزرگتر دست می یابد بدون اینکه رد لاستیک پهنی را فشرده کند همینطور که از سطح مزرعه عبور می کند. لاستیکهاي رادیال ظرفیت حمل بارهاي بیشتري را نسبت به لاستیک bias هم اندازه اش را داشته و می تواند در فشار باد هاي کمتر که منتج به فشردگی کمتر می شود را عمل نماید. فشردگی عمیق می تواند با کاهش بارهاي محوري به حد اقل رسانده شود. این بدین معنا می باشد که عملکرد در وزن هاي سبک تر براي تراکتورهاي دو چرخ محرک یا امکان انتخاب یک تراکتور مشابه چرخ جلو محرک یا چهار چرخ محرک. بار محوري روي یک محور مشابه با توزیع وزن بین چرخهاي بیشتر یا با استفاده از لاستیکهاي با foot print بزرگتر کاهش نمی یابد. همچنین استفاده از وزنه هاي سنگین کننده به اندازه کافی روي تراکتور براي کشیدن ادوات پیشنهاد می گردد. بر اساس تحقیقات انجام شده با کاهش فشار تماس لاستیک با خاک به یک حداقل مقدار(کمتر از 83 کیلوپاسکال) فشردگی سطحی و عمیق هر دو می تواند کاهش یابد.
جوادي (2002) بر روي کم کردن فشردگی عمیق خاک با استفاده تنش و کرنشهاي حاصل از ترتیب هاي قرارگیري مختلف لاستیک تحقیقاتی را با انجام رسانید.
کاهش تردد و میزان وزن تراکتور و ماشین هاي کشاورزي ، استفاده از کودهاي آلی، باقی گذاشتن بقایاي گیاهی بر سطح خاک، لغزش کمتر چرخهاي تراکتور و تمرکز فشردگی خاک در نواحی خاصی از مزرعه نیز از جمله عوامل موثر در جلوگیري از افزایش فشردگی خاک می باشد.
یکی از مهمترین نکات در مبارزه با سخت لایه، مدیریت پس از آن می باشد. تحقیقات متعدد نشان داده است که بدلیل ضعف دانش فنی در این ارتباط عملیات خاک ورزي عمیق یا زیرشکنی خاک براي شکستن سخت لایه عمقی به نتیجه مطلوب نینجامیده است. این امر عمدتا بدلیل متراکم شدن مجدد لایه سست شده هنگام کار با ادوات پس از انجام عملیات می باشد که در بسیاري از موارد تراکم شدیدتري گزارش شده است. این امر بسیار طبیعی بنظر می رسد که خاک پس از سست شدن لایه عمقی مقاومت کمتري در لایه هاي سطحی از خود نشان داده و ممکن است با اعمال بار حتی کمتر به تراکمی بیش از قبل دچار گردد. کنترل اعمال بار پس از انجام عملیات زیرشکنی باید تا مادامی ادامه یابد که ساختمان خاک به حالت پایدار (Stable) بر گردد. به این امر مدیریت پس از تراکم و یا Post-management or post subsoiling traffic اطلاق می شود و از اهمیت ویژه اي برخوردار است.
برطرف کردن فشردگی خاک
زمانبندي در انتخاب ادوات براي برطرف نمودن فشردگی خاک عامل مهمی می باشد. عملیات خاک ورزي براي غلبه بر فشردگی خاک موقعی باید انجام گردد که خاک به اندازه کافی خشک بوده و به آسانی خرد شود. این موقعی حاصل می گردد که بعد از برداشت محصول صورت گیرد.
نوع فشردگی خاک باید مورد نظر قرار بگیرد. اگر خاک ورزي حفاظتی هدف باشد، وسیله اي باید استفاده شود که بقایاي گیاهی زیادي را به زیر خاک نبرد. همچنین محصولی که براي کشت بعدي است نیز لازم است مد نظر قرار بگیرد، مخصوصا اگر قرار باشد زیر شکن زنی انجام شود. یخ زدن و گرم شدن خاک در فصل زمستان بعضی مواقع می تواند فشردگی و بخصوص لایه هاي فشرده سطحی خاک را بشکند. براي درمان مشکل مخصوص نسخه خاک ورزي مورد نیاز می باشد. عمق لایه فشرده خاک باید تعیین گردد. اگر این عمق کمتر از 25 سانتی متر باشد از گاو آهن می توان استفاده نمود و در این خصوص باید مطمئن شد که در زیر لایه فشرده شده عمل نماید. براي عمقهاي بیشتر هم میتوان از زیرشکن استفاده نمود که در هرحال این یک عملیاتی است که انرژي و هزینه زیادي را در بر دارد.
افزایش مواد آلی خاک، فعالیت کرمهاي خاکی و استفاده از گیاهان با ریشه عمیق را در کاهش تراکم خاک یادآور شده است. بر اساس تحقیقات انجام شده در ایران در خصوص عملیات زیرشکنی براي برطرف کردن فشردگی خاک و تاثیر آن بر عملکرد محصول در برخی از محصولات مانند گندم، چغندر قند، ذرت جواب مثبت و در پنبه و آفتابگردان جواب منفی گرفته شده است. این بدلیل عدم وجود اطلاعات کافی شامل اندازه گیري و تخمین دقیق قبلی فشردگی، روش و الگوي زیرشکنی و سایر نکات فنی هنگام انجام عملیات و پس از ان است. مشکل فشردگی خاک درمناطق مختلف ایران با توجه به نتایج تحقیقاتی در لایه هاي زیر عمق شخم معمول یعنی 25-30 سانتی متر است.
نتیجه گیري
فشردگی خاک یکی از مشکلات بر سر راه تولید محصولات کشاورزي در دنیا می باشد. روش ها و راه حلهاي متفاوتی با توجه شرایط خاص هر ناحیه براي تشخیص و بر طرف نمودن این مشکل در دنیا کار شده است. آمار و ارقام حاصل از تحقیقات انجام شده خارجی نشان دهنده کاهش 25 تا 50 درصدي عملکرد محصول می باشد. در ایران آماري که بتواند بیان کننده درصد کاهش عملکرد محصول متاثر از فشردگی خاک و یا درصد افزایش عملکرد محصول حاصل از کاربرد روش هاي مختلف برطرف کردن فشردگی خاک باشد، بندرت و یا کمتر یافت میشود. همچنین آمار و ارقامی که بتواند گویاي وضعیت فشردگی خاکهاي مناطق مختلف در کشور باشد، به سختی یافت می گردد. بنظر می رسد که با توجه به اهمیت موضوع، نیاز به در نظر گرفتن این مشکل و ارائه راهکارهاي علمی تحقیقاتی و عملی در این زمینه با انجام تحقیقات لازم و یا انتشار نشریه هاي فنی، آموزشی و ترویجی، احساس می گردد.
نویسندگان : احمد شریفی و ارژنگ جوادی
