تأثیر پوشش گیاهی برخواص میکرومرفولوژیک خاک (مطالعه موردی:ایستگاه تحقیقاتی کرکج)

مقدمه

بدون شک خاک یکی از منابع طبیعی تقریباً غیرقابل برگشت بوده و بعنوان مهمترین بستر حیات دارای جایگاه  ویژه­ای در اکوسیستم هر منطقه می­باشد، لذا مطالعه و شناخت دقیق و کامل خصوصیات مختلف خاک موجب می­گردد تا استفاده شایسته و مناسبتری از آن بعمل آید.

خاک­ها بر اثر فاکتورها و فرآیندهای مختلف پیوسته در حال تغییر بوده و با گذر زمان در یک چرخه مشخص تحوّل پیدا می­کنند. (محمودی و حکیمیان 1382).

   گیاهان بعنوان یکی از فاکتورهای خاکسازی همیشه  متغیر مستقل نیستند، بطوری که خاک و پوشش گیاهی می­توانند اثر متقابل داشته باشند. بنابراین اختلاف در نوع پوشش­ گیاهی  سبب بروز تغییراتی در انواع خاک­های کشت شده می­شود که اثرات آنها در حاصلخیزی، ویژگی­های فیزیکی، شیمیایی و میکرومرفولوژیک خاک مشاهده می­شود (بایبوردی و کوهستانی 1363).

 استوپس (2003) تأثیر پوشش­ گیاهی بر خاک را از نظر میکرومرفولوژی خاک بعنوان شاخه­ای از علم خاکشناسی و یک ابزار مهم برای بررسی پیدایش، رده­بندی و مدیریت خاک بیان نموده است.

بالوک و همکاران (1985) میکرومرفولوژی[1] را یک روش مطالعه نمونه­های  دست نخورده خاک با استفاده از تکنیک­های میکروسکوپی و گاهی مافوق میکروسکوپی[2] جهت تشخیص اجزاء سازنده مختلف آن و تعیین روابط متقابل آن از نقطه نظر زمانی و مکانی  معرفی نموده­اند. هدف این علم، یافتن فرآیندهای پاسخگو برای تشکیل و تغییر شکل خاک در حالت کلی و یا ویژگی­های طبیعی (مانند پوسته­های رسی[3] و ندول­ها[4]) یا ویژگی­های حاصل از فعالیت انسان (مانند سله­های حاصل از آبیاری[5]و سخت کفه­های[6] حاصل از شخم) می­باشد.

سامایا و همکاران (2000)  از میکرومرفولوژی بعنوان یک روش اساسی و مهم برای کمک به درک تماس­های بیولوژیکی و ژئوفیزیکی[7] اراضی شیبدار و تأثیرات مدیریت و کاربری اراضی روی پایایی و استحکام خاک یاد نموده­اند.

امروزه کاربری­های مختلف اراضی و کشت و کار شدید به دلیل تغییرات در خلل و فرج و توزیع اندازه حفرات می­تواند منجر به تخریب ساختمان خاک و حتی کاهش عملکرد شوند که این تغییرات ایجاد شده در خصوصیات، شکل و تخلخل خاکدانه­ها ، اهمیّت مطالعه در سطح میکرو را در چگونگی مکانیسم توسعه ریزساختار خاک نشان می­دهد (کاپور و همکاران 2007).

کودسوا و همکاران (2006) نیز متأثر بودن سیستم منافذ خاک از ریشه­های گیاهی و موجودات زنده مختلف خاک را طی یک مطالعه میکرومرفولوژیکی بررسی نموده و حضور پوشش­های رسی با شکل­های آمورف و کلسیت سوزنی را گزارش نموده­اند. تأثیر نوع استفاده از زمین بر طبقه­بندی خاک در منطقه کاستاریکا توسط ویل­میکر و لانسو(1991) مورد بررسی قرار گرفت و آنان با مطالعه میکرومرفولوژیکی خاک­های جنگلی و خاک­های تحت کشت ذرّت به این نتیجه رسیدند که از بین بردن جنگل باعث تراکم خاک و حرکت رس در خاکرخ­های تحت کشت ذرّت و خاک­های مرتعی گردیده است.

عجمی و خرمالی (1388) در مطالعات خود به این نتیجه رسیدند که از بین پارامترهای میکرومرفولوژیک، میکروساختمان و تخلخل خاک بیشترین تأثیر پذیری را از پوشش بیولوژیکی گلسنگ داشته­اند. بر این اساس خاک بدون پوشش دارای ساختمان ضعیف و متراکم ولی خاک تحت پوشش ساختمان متخلخل قوی کروی و بلوکی می­باشد .

 ثروتی (1386) در بررسی اهمیت خاکدانه­سازی توسط ماده آلی با مطالعات میکرومورفولوژیکی گزارش نمود که خاکدانه­سازی و دانه­بندی خاک در خاکرخ­هایی با کاربری باغ سیب بیشتر از اراضی زراعی بوده است که این امر نقش گیاه و موجودات زنده را در تجزیه مواد آلی و تشکیل خاکدانه نشان می­دهد.

اثر نوع کشت و کار بر افزایش تعداد شکاف­ها و اکسیداسیون و احیا توسط داسوق و همکاران (1987) مشاهده شده است.

  تجمع اکسی­هیدروکسیدهای آهن در یک افق کاملاً احیا شده و لایه شخم یک خاک شالیزاری عمدتاً روی سطح دیواره منافذ صفحه­ای و کانالی و بخصوص کانال­های ریشه­های پوسیده در ایران گزارش شده است (ممتاز 1388).

با توجه به نقش بارز پوشش­های مختلف گیاهی در ایجاد عوارض مختلف میکرومورفولوژیک خاک، در این تحقیق تأثیر ریشه و سایر اندام­های گیاهی بر خصوصیات میکرومورفولوژیک خاک مطالعه شد.  

 مواد و روش­ها

این تحقیق در اراضی ایستگاه تحقیقات کشاورزی کرکج وابسته به دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز واقع در استان آذربایجان­شرقی و در محدوده طول شرقیﹾ46 الی´30  ﹾ46  و عرض شمالی ﹾ38  الی´15 ﹾ38  با آب و هوای مدیترانه­ای سرد انجام گرفته است.  رژیم حرارتی و رطوبتی خاک­های منطقه به ترتیب مزیک و زریک (بنایی 1377) و مواد مادری آن شامل نهشته­های دانه ریز آواری و توف با لایه­های دیاتومه­ای می­باشد.­  وضعیت فیزیوگرافی منطقه دشت آبرفتی بوده و مشکلی از نظر زهکشی مشاهده نمی­شود (جعفرزاده و همکاران 1377). جهت انجام این مطالعه خاکرخ­هایی با خاک­های یکسان (اینسپتی­سول) ولی با  کاربری­های متفاوت کلزا، یونجه، ذرّت، پوشش گیاهی جنگلی (سوزنی برگ­ها) و باغی همراه با یک خاکرخ شاهد در اراضی کشت نشده انتخاب و مورد مطالعه قرار گرفتند.  مزیت عمده این پژوهش یکسان بودن نسبی سایر فاکتورهای خاکسازی غیر از فاکتور مورد بررسی یعنی پوشش گیاهی می­باشد، چرا که منطقه تحت مدیریت، اقلیم، مواد مادری و پستی و بلندی یکسان بوده و همچنین کشت محصولات مذکور در منطقه تقریباً بصورت دراز مدّت (به طور متوسط 30 سال) انجام پذیرفته، لذا می­توان بیان نمود که سایر فاکتورهای خاکسازی برای اراضی مذکور در کاربری­های مختلف تقریباً تأثیر یکسان داشته­اند و تنها پوشش گیاهی می­تواند بعنوان فاکتور متغیر، مورد بررسی قرار گیرد.

کلیه خاکرخ­های حفر شده مطابق دستور العمل تشریح اداره حفاظت خاک وزارت کشاورزی آمریکا (1992) تشریح شده و پس از تهیه نمونه­های دست خورده و دست نخورده به منظور انجام آزمایش­های فیزیکی و شیمیایی و میکرومرفولوژیکی، آزمایش­های مربوطه به ترتیب زیر ادامه یافتند:

آزمایش­های فیزیکی و شیمیایی

 این آزمایش­ها شامل اندازه­گیری بافت خاک به روش هیدرومتر (کلوت 1992)، درصد کربن آلی به روش نلسون و سامرز(1982)، درصد کربنات­کلسیم­معادل به روش تیتراسیون، قابلیت هدایت الکتریکی عصاره اشباع (بی­نام 1992) ، واکنش خاک (بی­نام 1954)، ظرفیت تبادل کاتیونی (باور و همکاران 1952) می­باشد.

آزمایش­های میکرومرفولوژیکی

 پس از انتقال نمونه­های دست نخورده به آزمایشگاه مجموعه این آزمایش­ها در چهار مرحله خشک و آماده کردن نمونه­ها، تلقیح، برش و چسباندن نمونه­ها روی لام و در نهایت تهیه برش نازک و مطالعه با میکروسکوپ پلاریزان انجام شد. بمنظور تلقیح نمونه­ها از مخلوط رزین پلی­استر از نوع وستاپل H و استون با نسبت 700 و300 سی­سی وهمچنین 6 قطره سخت کننده کبالت­اکتات و 12 قطره کاتالیزور سیکلوهگزان­پراکساید استفاده شد، سپس مجموعه در دسیکاتور خلأ تحت مکش 7/0 بار قرار گرفت. پس از تلقیح و سفت شدن، جهت برش و ساییدن نمونه­ها از دستگاه برش و پودرهای کاربوراکس استفاده گردید. در نهایت تشریح مقاطع نازک بوسیله میکروسکوپ پلاریزان Olympus، با توجه به دستورالعمل ارائه شده توسط بالوک و

همکاران (1985) و استوپس (2003) جهت بررسی خاکدانه­ها، منافذ خاک و ریزساختارها¹، اجزای اصلی یا بنیادی معدنی وآلی، توده­زمینه² و نمودهای خاکساختی³ صورت گرفت.

جد[8]ول 1-  خصوصیات مرفولوژیکی [9]خاکرخ­های مورد مطالعه[10]

نتایج و بحث

 به منظور بررسی­های دقیق­تر و تفسیر صحیح مشاهدات حاصله از مقاطع نازک ابتدا خصوصیات مرفولوژیکی (جدول 1) و سپس برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مورد نیاز به همراه رده­بندی خاک­های مربوطه (جدول 2)  تعیین گردید.

جدول2- خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و رده­بندی خاکرخ­های مربوطه

نتایج حاصل از مطالعات میکرومرفولوژیکی نشان داد که فاکتور پوشش گیاهی عمدتاً بر روی ریزساختارها و حفرات خاک و بعبارتی خصوصیات فیزیکی خاک اثر می­گذارد و سایر ویژگی­ها حداقل در مقیاس زمانی مطالعه شده تأثیر پذیری اندکی از تغییرات فاکتور مورد مطالعه داشته­اند و احتمالاً با گذر زمان و بلوغ خاک­ها این ویژگی­ها  بطور بارزتر مشاهده خواهند شد.

در افق­های سطحی تمامی خاکرخ­ها بغیر از خاکرخ 6، متعلق به اراضی بایر، ساختمان از نوع کروی ولی با درجات توسعه مختلف بوده، ولی در افق­های تحت الارضی این نوع ساختمان یا دیده نمی­شود یا در صورت وجود با توسعه یافتگی بسیار ضعیف می­باشد. این امر بیان ­کننده حضور ریشه و مواد آلی ناشی از تجزیه بقایای گیاهی در افق­های سطحی بوده که سبب بروز وضعیت مناسب به لحاظ ساختمان شده است. مقایسه وضعیت­ ساختمانی در خاک­های تحت پوشش­های گیاهی مختلف نشان دهنده توسعه یافتگی بهتر ساختمان به ترتیب در خاکرخ­های باغ سیب، درختان سوزنی برگ، ذرّت، یونجه و کلزا می­باشد. در این خصوص می­توان وضعیت بهتر پوشش گیاهی درختی نسبت به زراعی را به عدم استفاده از ادوات زراعی در خاکرخ­های مربوط به پوشش­های گیاهی درختی و همچنین سیستم ریشه­ای هر گیاه نسبت داد. عجمی و خرمالی (1388) نیز در مطالعات خود از بین پارامترهای میکرومورفولوژیکی مورد مطالعه ریزساختار و تخلخل خاک را بعنوان عاملی متأثر از میزان ماده آلی مورد تأیید قرار داده­اند. همچنین در مقایسه این پنج خاکرخ با خاکرخ شاهد که ساختمان غالب آن مکعبی بدون زاویه است می­توان بیان نمود که تغییر نوع ساختمان نشانه­ای از نقش پوشش گیاهی و اثر آن بر نوع ساختمان است (شکل­های 1 و2 ).

شکل1- وضعیت­های ساختمانی در افق­های سطحی خاکرخ­ها

 الف- خاکرخ زیر کشت کلزا، PPL ، 100X.

 ب-  خاکرخ زیر کشت یونجه، PPL ، 40X.

پ-  خاکرخ زیر کشت ذرّت، PPL ،40X.

ت- خاکرخ  مربوط به درختان سوزنی برگ، PPL ، 40X.

ث-  خاکرخ  مربوط به باغ سیب، PPL ، 100X.

ج- خاکرخ مربوط به اراضی بایر، XPL ، 40X.

شکل2- وضعیت­های ساختمانی در افق­های تحت الارضی خاکرخ­ها

الف- ساختمان تکدانه، افق چهارم خاکرخ زیر کشت یونجه،  XPL، 40X.

ب- ساختمان توده­ای،افق سوم خاکرخ  مربوط به درختان سوزنی برگ،  XPL، 40X.

منافذ در افق­های اول اغلب از نوع بسته و بهم خورده بوده ولی در افق­های زیرین (غیر از افق­های فاقد ساختمان) علی­رغم کاهش اندازه به سمت انواع سازمان­یافته­تر همچون کانال و چمبر حرکت کرده­اند که مشاهده این وضعیت با مطالعات کمپ و همکاران (2004) و کویسترا (1978) مطابقت دارد. علت کاهش حجم منافذ و بهم­خورده بودن شکل­های آنها در افق­های سطحی را می­توان در تأثیرپذیری از محیط فیزیکی بیرون خاک بخصوص استفاده از ادوات کشاورزی و عملیات خاکورزی دانست. این امر در مطالعه­ای توسط حامدی و همکاران (1386) نیز گزارش شده است. در حالیکه منافذ سازمان یافته بوجود آمده در بعضی از افق­های زیر سطحی که گسترش سیستم ریشه­ای در آنها روی داده نشان از رشد و نفوذ ریشه در خاک و فعالیت­های بیولوژیکی موجودات زنده خاک و نقش آنها در پدید آمدن چنین منافذی دارد (شکل 3).

شکل3- وضعیت منافذ در افق­های سطحی و تحت الارض

 الف-  منفذ از نوع بسته شده، افق اول خاکرخ زیر کشت کلزا، XPL، 100X.                                                     

 ب- منفذ از نوع کانال، افق سوم خاکرخ زیر کشت  کلزا، XPL، 400X .

بطور کلی خاکدانه­سازی در افق­های سطحی نسبت به افق­های تحت الارضی هر خاکرخ بیشتر است. علاوه بر وجود الگوی پراکنش وابسته انولیک در افق­های سطحی و عدم ظهور آن در افق­های تحت الارض، میزان ماده آلی و همچنین تفاوت رنگ در برش­های نازک (که از خاکرخ باغ سیب به سمت شاهد از تیرگی آن کاسته می­شود) این امر را تأیید می­کند. در بررسی مقایسه­ای توأم خاکرخ­ها چنین نتیجه شد که میزان خاکدانه­سازی در خاکرخ­های باغ سیب، درختان سوزنی برگ، ذرّت، یونجه، کلزا، شاهد به ترتیب کاهش می­یابد. غالب بودن الگوی پراکنش وابسته انولیک در پوشش­های درختی نسبت به زراعی نیز این امر را نشان می­دهد. همچنین در مقایسه مقاطع نازک خاکرخ­های مختلف مشاهده گردید که در گیاهان زراعی قطعات گیاهی نسبت به باغ سیب و درختان سوزنی برگ به دلیل شرایط خاص ساختمان گیاهی آنها سریعتر تجزیه می­شوند. این امر حاکی از کم بودن مواد آلی در خاک­های تحت کشت گیاهان زراعی در مقایسه با  باغ سیب و درختان سوزنی برگ می­باشد (شکل 4). لل (1997) نیز نقش ماده آلی را در خاکدانه­سازی و تشکیل ساختمان در خاک­های زراعی بیان کرده بود.

شکل4- وضعیت­های تجزیه­ای بقایای گیاهی در پوشش­های:

الف-  بقایای گیاهی تجزیه شده، افق دوم خاکرخ زیر کشت کلزا، PPL، 100X .                                       

ب- بقایای گیاهی در حال تجزیه، افق اول خاکرخ مربوط به باغ سیب، PPL، 40X

از دیگر پدیده­های خاکسازی مهم افق­های سطحی نمودهای فضولات جانوران خاکزی¹ می­باشد که بدلیل وجود مقدار زیاد مواد آلی در خاک، حضورشان طبیعی است. این نمودها در خاک­های تحت کشت گیاهان زراعی کمتر از محصولات باغی و درختان سوزنی برگ حضور دارند و این امر خود نشانگر کم بودن فعالیت بیولوژیک در خاک­های تحت کشت گیاهان زراعی است. علت این امر را نیز در فراهمی مواد اولیه مورد تغذیه میکروارگانیسم­های خاک می­توان دانست (شکل5).

پوشش­های آهکی مشاهده شده، حاصل تحت تأثیر  قرارگیری نمودهای کربناتی ارثی می­باشند که طی فرآیندهای خاکسازی در محل هوادیده شده و تغییر   یافته­اند.  در این رابطه نقش گیاهان و موجودات زنده به واسطه تولید گاز دی­اکسیدکربن ناشی از تنفس و خشک و تر شدن فابریک خاک حائز اهمیت است. مکانیسم انجام چنین رخدادی در ارتباط با انحلال CO₂در آب خاک و تأثیر بر میزان انحلال و رسوب مجدد کربنات­ها می­باشد (شکل 6). سگال و استوپس (1972) نیز نقش دی­اکسیدکربن و تهویه خاک را در چنین مواردی بیان نموده­اند.

حضور پوشش­ها و ندول­های آهن و اکسیدهای آهن- منگنز در برخی از افق­ها حکایت از وجود آب و بروز شرایط اکسایش و کاهش در این افق­ها دارد که با توجه به پایین بودن سطح ایستابی آب در منطقه و شرایط اقلیمی می­توان علّت را در نحوه مدیریت و شرایط آبیاری خاک­های مربوطه یافت (شکل7).