مواد آلی موجود در خاک نقش اساسی در حاصلخیزی، ظرفیت نگهداری آب و استحکام کلی خاک دارند. برآورد می‌شود که تقریباً 50 درصد از مواد آلی خاک در اکثر خاکها در 100 سال نخست پس از تبدیل چمنزارها و دشت‌های ساوانا به زمین‌های کشاورزی از بین رفته است. کاهش فرسایش خاک از طریق روش‌هایی مانند خاکورزی حفاظتی، اهمیت بسیاری را در حفظ خاک دارد و باعث می‌شود میلیاردها تن از خاک سطحی، به ویژه در زمین‌های آسیب‌پذیر، حفظ شود.
لیست مطالب این بخش:
- مواد آلی خاک چرا مهم است؟
- افزایش ماده آلی خاک به چه روش هایی صورت می گیرد؟
- روش بدون خاکورزی یا کم خاکورزی افزایش مواد آلی خاک چگونه است؟
- عملکرد گیاهان پوششی به عنوان روشی برای افزایش مواد آلی خاک چگونه است؟
- عملکرد اصلاح ارگانیک خاک برای افزایش مواد آلی خاک چگونه است؟
- نظام کشت متناوب یا متوالی ذرت کدام روش برای افزایش مواد آلی خاک مناسبتر است؟
در ادامه موارد فوق بررسی خواهد شد.
بدیهی است که آب به عنوان محدودترین نهاده طبیعی در کشور ما به طور فزاینده‌ای می‌شود. با این حال، با افزایش مواد آلی در خاک، کشاورزان می‌توانند ظرفیت ذخیره آب را بهبود بخشند. خاکهای حاوی مواد آلی بالا به مانند اسفنج، می‌توانند آب در هنگام بارندگی را جذب و نگه دارند و در هنگام خشکی آن را به گیاهان تحویل دهند. در واقع، مواد آلی خاک می‌تواند ظرفیت نگهداری آب خاک را افزایش دهد. به عنوان مثال، وزارت کشاورزی ایالات متحده اظهار کرده است که "هر 1٪ افزایش در مواد آلی خاکهای زراعی ایالات متحده می‌تواند معادل 150 روز دبی آبشار نیاگارا آب ذخیره کند."
افزایش مواد آلی می‌تواند کلید بهبود سلامت خاک باشد؛ زیرا اهمیت سلامت خاک به حدی بالاست که فرانکلین روزولت از رئیس جمهوران گذشته ایالات متحده اظهار کرده است: "ملتی که خاک خود را نابود سازد خود را نابود ساخته است." با این حال، افزایش مواد آلی در خاک و بهبود سلامت آن ممکن است در مناطقی که خاکها شنی و مواد آلی فقیر است، یک چالش باشد. خاکهای معدنی که به طور کلی دارای شن بالا و مواد آلی کم هستند، ظرفیت نگهداری آب خاک و توانایی نگه داشتن مواد مغذی آنها کاهش می‌یابد.
مواد آلی خاک برای گیاهان، منبع مواد مغذی است که ویژگی‌های بیولوژیکی و فیزیکی خاک را پشتیبانی می‌کند. از دید اقتصادی، خاکهای آلی نسبت به خاکهای معدنی مولدی بیشتری هستند. سود در خاکهای آلی حدود 400 دلار در هکتار تخمین زده می‌شود، در حالی که خاکهای معدنی فقط 70 دلار در هکتار بازده دارند. با استفاده از روش‌های کشاورزی که باعث افزایش مواد آلی خاک می‌شود، می‌توان ظرفیت نگهداری آب خاک را افزایش داد. بر اساس برآوردهای محافظه‌کارانه، هر 1٪ افزایش در مواد آلی خاک کمک خواهد کرد تا بین 16500 تا 22500 گالن آب بیشتر در 30 سانتی‌متر بالایی خاک سطحی در هر جریب، معادل با 150 تا 210 متر مکعب در هکتار آب ذخیره شود.
بیشتر کشاورزان، با اتخاذ اقدامات حفاظتی، می‌توانند مواد آلی خاک خود را در 3 تا 10 سال افزایش دهند. زمانیکه مواد آلی خاک کم باشد، نیاز به مقادیر زیادی کود و آب برای جلوگیری از کمبود مواد مغذی و آب برای تغذیه گیاهان وجود دارد. از این رو، مواد مغذی به وسیله رواناب ها شستشو می‌یابند و وارد آبهای سطحی و زیرزمینی می‌شوند که می‌تواند مشکلات زیادی را برای سلامت انسان‌ها و دیگر موجودات ایجاد کند.
همچنین، تغییرات آب و هوایی در حال حاضر بر الگوهای آب و هوا تأثیر گذاشته و باعث ریسک بیشتر در کشاورزی مانند خشکسالی و سیل شده است که خود باعث فرسایش و تخریب بیشتر خاک می‌شود. مواد آلی می‌تواند تا ده برابر وزن خود آب را نگه دارد، زیرا ذرات مواد آلی دارای یک سطح باردار است که باعث جذب آب می‌شود. مطالعات اخیر نشان داده است که محتوای مواد آلی و ظرفیت نگهداری آب خاک به طور مثبت و قوی با یکدیگر مرتبط هستند. به عنوان مثال، ظرفیت نگهداری آب وزنی یک خاک سیلت لومی حاوی 4٪ مواد آلی بیش از دو برابر همین نوع خاک با 1٪ مواد آلی است. این نشان می‌دهد که مواد آلی خاک باید به عنوان یک عامل کلیدی در بهره‌وری کشاورزی که می‌تواند تأثیر قابل توجهی در حفاظت و استفاده صحیح از آب داشته باشد، در نظر گرفته شود.
افزایش ماده آلی خاک به چه روش هایی صورت می گیرد؟
شیوه‌های خاکورزی حفاظتی از قبیل بدون خاکورزی، کم خاکورزی، استفاده از گیاه پوششی با بقایای گیاهی زیاد و تنوع در تناوب زراعی از جمله اقداماتی است که باعث افزایش ظرفیت نگهداری آب خاک و بهبود مواد آلی و سلامت خاک می‌شود.
روش بدون خاکورزی یا کم خاکورزی افزایش مواد آلی خاک چگونه است؟
شخم‌زنی کلوخه‌های کوچک خاک را می‌شکند و فضای میانی آنها که برای عبور هوا و آب لازم است را کاهش می‌دهد. توسط خاکورزی سنگین هوادهی خاک افزایش یافته و فعالیت میکروبی تشدید شده و موجب می‌شود که مصرف مواد آلی خاک توسط باکتری‌ها تسریع شود. این موضوع در خاکهای ناسالم با ساختار ضعیف و دارای مادی آلی کم موجب کاهش هرچه بیشتر ماده آلی خاک و ذخیره آب خاک شود. این موضوع می‌تواند در شرایط سخت آب و هوایی مشکل ساز شود. وقتی باران شدید رخ می‌دهد، آب و ذرات معلق از طریق نشت به اعماق خاک و یا رواناب از دسترس گیاه خارج می‌شوند که باعث فقر بیشتر خاک می‌شود.
در مقابل، سیستم‌های بدون خاکورزی به بهبود ساختار خاک کمک کرده و ترکیب گیاهان پوششی دارای بقایای بالا بین فصول کاشت و محصول اصلی می‌توانند باعث افزایش مواد آلی خاک و کاهش فرسایش شود.
عملکرد گیاهان پوششی به عنوان روشی برای افزایش مواد آلی خاک چگونه است؟
مطالعه‌ها نشان داده که گیاهان پوششی تاثیر قابل‌توجهی در بهبود سلامت خاک دارند. این گیاهان باعث کاهش فرسایش و افزایش بقایای گیاهی در خاک می‌شوند. اما بزرگترین تأثیر گیاهان پوششی ممکن است در محیط زیرسطحی خاک باشد که ایجاد می‌شود. گیاهان پوششی ریشه‌های زنده و فعالی ایجاد می‌کنند که با قارچ‌ها رابطه همزیستی برقرار می‌کنند. این روابط همزیستی برای تشکیل یک خاک سالم بسیار اساسی است. انواع مختلفی از قارچ‌های میکوریزا می‌توانند در همزیستی با 90٪ گیاهان جهان یافت شوند. قارچ‌ها قادر به تولید غذای خود نیستند، بنابراین به ریشه‌های زنده متصل می‌شوند. این ریشه‌های زنده کربوهیدرات (قند) را به قارچ‌ها تأمین می‌کنند. در عوض، قارچ‌ها مواد مغذی و آب را از خاک برای ریشه تأمین می‌کنند. بعد از آن، قارچ‌ها پلی‌ساکاریدها و قندها را در خاک آزاد می‌کنند که به باکتری‌های خاک تغذیه می‌دهند. به طرف دیگر، باکتری‌های خاک نیز مواد مغذی را به قارچ‌های میکوریزا تأمین می‌کنند که در نهایت به ریشه زنده منتقل می‌شوند.
در این وضعیت، یک اکوسیستم متعادل‌تر شکل می‌گیرد که در آن جمعیت باکتری‌ها با یک نرخ ثابت تغذیه می‌شوند و مواد آلی موجود در خاک را مصرف نمی‌کنند. تحقیقات نشان داده که همیشه یک ترکیب از گیاهان پوششی سردسیر، گرمسیر، پهن برگ و لگوم برای به حداکثر رساندن مقدار و تنوع جمعیت قارچ‌های میکوریزیایی مناسبتر است.
عملکرد اصلاح ارگانیک خاک برای افزایش مواد آلی خاک چگونه است؟
یکی از روش‌های مؤثر و قابل‌دسترس‌تر برای اصلاح خاک، استفاده از باقی‌مانده‌های محصول مانند بقایای گیاهی است که پس از برداشت در زمین باقی می‌مانند. طی سالیان دراز، از بقایای گیاهی به عنوان اصلی‌ترین منبع مواد آلی، بستر دام و طیور، سوخت و سوخت زیستی استفاده شده است. استفاده از باقی‌مانده‌هایی مانند باگاس، شلتوک برنج و لیف خرما به عنوان اصلاح‌کننده خاک در خاکهای شنی برای افزایش بالقوه مواد آلی خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد. رها کردن این مواد در خاک و تجزیه‌طبیعی آنها موجب افزایش مواد آلی در خاک خواهد شد.
نظام کشت متناوب یا متوالی ذرت کدام روش برای افزایش مواد آلی خاک مناسبتر است؟
با توجه به اهمیت حضور مواد آلی در خاک، سوالی پیش‌آمده است که آیا در نظام کشت متوالی ذرت، بازگشت حجم زیادی از بقایای گیاهی به خاک، موجب افزایش مواد آلی خاک می‌شود یا خیر؟ به شگفتی، نتایج یک آزمایش طولانی‌مدت 15 ساله نشان می‌دهد که مواد آلی خاک تحت کشت مداوم ذرت افزایش نیافته است، اما در یک تناوب چهار ساله شامل ذرت، ذرت، سویا و گندم افزایش یافته است.
در این آزمایش که از سال 1993 آغاز شده، مشاهده شده است که درصد مواد آلی در یک خاک لومی شنی ابتدایی 5/1 درصد، پس از 15 سال کشت مداوم ذرت تغییر قابل توجهی نکرده است. اما در همان خاک، در یک نظام تناوبی چهار ساله شامل ذرت، ذرت، سویا و گندم، افزایش قابل‌توجهی در مواد آلی مشاهده شده است. این افزایش، با استفاده از گیاهان پوششی در فصول بین کشت‌ها، بیشتر نیز شده است (شکل 2).
چندین توضیح ممکن است برای این مشاهدات وجود داشته باشد:
الف) میکروارگانیسم‌ها در خاکهای با مواد آلی کم (5/1 درصد)، ممکن است محدودیت منابع کربن داشته و بنابراین مقدار بیشتری تمایل به تخریب بقایای ذرت داشته باشند. به عبارت دیگر، در خاکهای دارای فقر مواد آلی، سرعت مصرف بقایا توسط باکتری‌ها بیشتر و مواد آلی حاصل از بقایا سریع‌تر از دسترس خارج می‌شود.
در مورد ب) این موضوع که تنوع بقایای گیاهی می‌تواند به حفظ بهتر بقایا در خاک و افزایش مواد آلی خاک کمک کند، اثبات شده است که این تنوع و کیفیت ورودی‌های زیست توده می‌تواند به ذخیره بهتر کربن نیز کمک کند.
در مورد ج) استفاده از پوشش زنده بر روی خاک در نظام‌های کشت تناوبی، به ویژه هنگام استفاده از گیاهان پوششی، نسبت به نظام کشت متوالی ذرت، طولانی‌تر خواهد بود. با توجه به اینکه گیاه ذرت فقط حدود 5 ماه در یک سال ریشه در خاک دارد که در چهار سال، 20 ماه می‌شود، اما در یک تناوب چهار ساله شامل ذرت، ذرت، سویا و گندم حدود 33 ماه خاک دارای پوشش زنده است. همچنین افزودن گیاهان پوششی مانند شبدر قرمز به تناوب، موجب ایجاد پوشش زنده تا 40 ماه در چهار سال نیز می‌شود. به نظر می‌رسد که پوشش زنده مداوم خاک به احتمال زیاد در ایجاد مواد آلی بیشتر در خاک در طول زمان نقش موثری دارد (شکل 3).
در مورد د) ذرت که در مناطق شمالی کره زمین کشت شده، به دلیل محدودیت‌های منابع، مانند نور خورشید، مواجه به ارسال ماده خشک بیشتری به دانه شده است. این محدودیت‌های منابع باعث یک پاسخ فیزیولوژیک در گیاهان زراعی شده و باعث می‌شود که گیاهان، مثل گیاه ذرت، برای پرکردن دانه‌های خود مجبور باشند ماده خشک بیشتری را از برگها و ساقه‌ها به سمت دانه ارسال کنند. این موضوع باعث می‌شود که بقایای گیاهی باقی‌مانده در مزرعه کمتری از محتوای کربن برخوردار باشد و بنابراین در افزایش مواد آلی خاک موثر نباشد. به عبارت دیگر، در آزمایش مذکور شاخص برداشت در حدود 59 درصد بود در حالی که این مقدار باید در حدود 50 درصد باشد. این نشان می‌دهد که نسبت وزنی دانه برداشت شده به وزن شاخه و برگ باقی‌مانده بسیار بالاتر از حد معمول بوده است. از اینرو، به دلیل محدودیت‌های نوری در برخی مناطق، گیاه ذرت بقایای کمتری تولید می‌کند و این موضوع می‌تواند دلیلی بر عدم افزایش مواد آلی خاک در نظام‌های کشت متوالی ذرت باشد.
در سالهای اخیر، آگاهی از جنبه‌های زیست‌محیطی و حفاظت از خاک در بین کشاورزان و جامعه علمی در حال افزایش است. این موضوع منجر به علاقه بیشتر به شناسایی روش‌های پایدار حفاظت خاک و آب در تولید محصولات کشاورزی شده است.
