شوری خاک و نحوه کنترل آن
شوری خاک می‌تواند به طور قابل توجهی عملکرد محصولات کشاورزی را کاهش داده و تأثیرات منفی بر تغذیه و معیشت انسان‌ها داشته باشد. به طور جهانی، به ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک، تخمین زده می‌شود که ۲۰ درصد از زمین‌های آبیاری شده تحت تأثیر منفی شوری قرار دارند. نمک‌ها به طور طبیعی در خاک‌ها و آب‌ها وجود دارند، اما عوامل متعددی می‌توانند غلظت نمک‌ها را در خاک به سطوحی افزایش دهند که رشد گیاهان را مختل کند. علاوه بر این، شوری باعث کاهش سلامت کلی خاک می‌شود؛ به گونه‌ای که ساختار خاک را تخریب کرده، نفوذپذیری و هدایت آب را کاهش می‌دهد که این امر پتانسیل فرسایش را افزایش می‌دهد، بر pH خاک تأثیر گذاشته و در نتیجه می‌تواند دسترسی به عناصر غذایی را تحت تأثیر قرار دهد، و همچنین موجب آلودگی آب‌های آشامیدنی می‌گردد.
عوامل طبیعی مانند اقلیم، جنس سنگ مادر و فرسایش سنگ‌ها، آب‌های زیرزمینی، آب‌گرفتگی زمین با آب دریا، و واکنش‌های تعادلی از جمله منابع اصلی شوری طبیعی در خاک‌ها هستند. به عنوان مثال، مناطقی که دارای سطح ایستابی بالا و نرخ تعرق-تبخیر زیاد هستند، می‌توانند منجر به تجمع نمک در سطح خاک شوند؛ چرا که آب به جو تبخیر شده و نمک‌ها در خاک باقی می‌مانند.
با این حال، فعالیت‌های انسانی می‌توانند شوری خاک را تشدید کنند. به عنوان نمونه، افزودن مواد اصلاح‌کننده خاک از جمله برخی کودها می‌تواند به افزایش نمک در خاک منجر شود. همچنین آب آبیاری می‌تواند منبعی از شوری باشد؛ به ویژه در مناطق خشک، که در طی آبیاری‌های مکرر و از دست رفتن آب از طریق تبخیر و تعرق، نمک‌ها در خاک تجمع پیدا می‌کنند، به‌ویژه زمانی که شرایط آب‌وهوایی یا ویژگی‌های خاک مانند وجود لایه‌ای با نفوذپذیری پایین، از شست‌وشوی نمک‌ها جلوگیری کند.
وجود شوری در خاک می‌تواند باعث بروز کمبود عناصر غذایی در گیاهان شود. افزون بر این، بسته به نوع یون‌های موجود، به عنوان مثال خاک‌های سودیک که دارای مقادیر بالای سدیم هستند، می‌توانند منجر به افزایش pH خاک شوند، که این امر نیز موجب کاهش قابلیت دسترسی عناصر غذایی در محلول خاک می‌شود.
تشخیص:
ویژگی‌های فیزیکی می‌توانند نخستین گام در تشخیص خاک‌های متاثر از شوری باشند. نفوذپذیری پایین که با تجمع آب در سطح خاک (در خاک‌های سودیک) نشان داده می‌شود، از بین رفتن ساختار خاک (در خاک‌های سودیک)، و تشکیل پوسته‌های نمکی در سطح (در خاک‌های شور و سودیک) همگی از نشانه‌های وجود شوری در خاک هستند.
با این حال، در صورت امکان، استفاده از کیت‌های میدانی و آزمایش‌های آزمایشگاهی می‌تواند اطلاعات دقیق‌تر و مفیدتری فراهم کند که در تعیین راهبرد مدیریتی برای اصلاح خاک‌های شور مؤثر خواهد بود.
خاک‌های شور به سه دسته تقسیم می‌شوند: خاک‌های شور (Saline)، شور-سودیک (Saline-sodic)، و سودیک (Sodic). بسته به نوع خاک شور، روش‌های مدیریتی برای اصلاح آن متفاوت خواهد بود.
خاک‌های شور (Saline)
خاک‌های شور به خاک‌هایی گفته می‌شود که دارای غلظت بالایی از نمک‌های محلول در محلول خاک هستند که رشد گیاه را به‌طور منفی تحت تأثیر قرار می‌دهند. این نمک‌ها می‌توانند شامل کلسیم، منیزیم، پتاسیم، سدیم، کلرید، کربنات و سولفات باشند. معمولاً خاک‌های شور ساختار فیزیکی خوبی دارند و نفوذپذیری و ورود آب به خاک تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد.
ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی مشخص خاک‌های شور عبارتند از:
- هدایت الکتریکی (Electrical Conductivity): بیشتر از ۴ دسی‌زیمنس بر متر (ds m⁻¹)
- درصد سدیم قابل تبادل (Exchangeable Sodium Percentage): کمتر از ۱۵٪
- نسبت جذب سدیم (Sodium Adsorption Ratio): کمتر از ۱۳
- pH: کمتر از ۸.۵
- ظاهر بصری: پوسته‌های سفید رنگ روی سطح خاک
خاک‌های سودیک (Sodic)
خاک‌های سودیک شباهت‌هایی با خاک‌های شور دارند، اما در خاک‌های سودیک، محلول خاک به طور غالب از یون سدیم تشکیل شده است که باعث پراکندگی ذرات خاک می‌شود و تأثیرات منفی بر ساختار فیزیکی خاک دارد. این موضوع منجر به کاهش نفوذپذیری آب یا در صورت پراکندگی ذرات رسی و انتقال آن‌ها به لایه‌های زیرین، کاهش نفوذپذیری در عمق خاک به جای سطح خاک می‌شود.
ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی خاک‌های سودیک عبارتند از:
- هدایت الکتریکی (Electrical Conductivity): کمتر از ۴ دسی‌زیمنس بر متر (ds m⁻¹)
- درصد سدیم قابل تبادل (Exchangeable Sodium Percentage): بیشتر از ۱۵٪
- نسبت جذب سدیم (Sodium Adsorption Ratio): بیشتر از ۱۳
- pH: بیشتر از ۸.۵
- ظاهر بصری: پراکنده، پوسته‌دار، ساختار خاک تخریب شده، ممکن است بسیار تیره رنگ باشد
خاک‌های شور-سودیک (Saline-Sodic)
این نوع خاک‌ها ترکیبی از خاک‌های شور و سودیک هستند. در خاک‌های شور-سودیک، ساختار فیزیکی خاک معمولاً دچار تخریب نمی‌شود زیرا محلول خاک حاوی نمک‌های محلول بالاست که باعث لخته شدن (فلکوله شدن) ذرات خاک می‌شود و از پراکندگی آن‌ها جلوگیری می‌کند.
ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی خاک‌های شور-سودیک عبارتند از:
- هدایت الکتریکی (Electrical Conductivity): بیشتر از ۴ دسی‌زیمنس بر متر (ds m⁻¹)
- درصد سدیم قابل تبادل (Exchangeable Sodium Percentage): بیشتر از ۱۵٪
- نسبت جذب سدیم (Sodium Adsorption Ratio): بیشتر از ۱۵
- pH: کمتر از ۸.۵
- ظاهر بصری: پراکنده نیست، ساختار خاک معمولاً مناسب است، رنگ خاک معمولاً تیره نیست
مدیریت:
در ادامه خلاصه‌ای از روش‌های مختلف مدیریتی ارائه شده است. با توجه به نوع نمک‌های موجود در خاک، روش‌های مدیریت و اصلاح خاک متفاوت خواهد بود.
خاک‌های شور:
حذف نمک‌های اضافی از منطقه ریشه برای رشد سالم گیاهان ضروری است. شست‌وشوی نمک‌ها با آب روش رایجی است، اما در مناطقی که سطح آب‌های زیرزمینی بالا است، ممکن است قبل از شست‌وشو نیاز به زهکشی وجود داشته باشد. این روش‌ها اثر نمک‌ها را در منطقه ریشه کاهش می‌دهند:
- مدیریت آبیاری به منظور کاهش نمک‌های خاک، به‌ویژه در مرحله تشکیل نهال. نرخ آبیاری باید کمتر از نرخ نفوذپذیری آب در خاک باشد.
- شست‌وشوی نمک‌ها به زیر منطقه ریشه با استفاده از معادله میزان آب شست‌وشو (leaching fraction requirement).
- زهکشی مصنوعی، شست‌وشو و دفع آب آبیاری شور. در صورت عدم امکان زهکشی، می‌توان از کشاورزی «عمودی» استفاده کرد.
- مدیریت بستر کشت به منظور کاهش اثرات شوری.
- کشت محصولات مقاوم‌تر به شوری مانند جو.
- استفاده از اصلاح‌کننده‌های خاک برای کاهش تبخیر که به حفظ رطوبت خاک کمک کرده و از تجمع نمک در سطح خاک جلوگیری می‌کند.
شکل ۱: پیکربندی‌های بستر کشت برای کاهش اثرات منفی شوری بر رشد گیاه، در سطوح مختلف هدایت الکتریکی (dS/m) (اقتباس‌شده از Bernstein و همکاران، ۱۹۵۵)
خاک‌های سودیک:
خاک‌های سودیک با خاک‌های شور تفاوت دارند؛ در خاک‌های سودیک، یون سدیم در محل‌های تبادل کاتیونی خاک قرار دارد که باعث پراکندگی ذرات خاک، از بین رفتن ساختار خاک و جلوگیری از نفوذ آب یا کاهش نفوذپذیری خاک می‌شود. برای بهبود نفوذپذیری، ابتدا باید سدیم از محل‌های تبادل کاتیونی خاک حذف شود و سپس می‌توان از روش‌های مدیریتی خاک‌های شور استفاده کرد.
روش‌های اصلاح خاک‌های سودیک عبارتند از:
- افزودن گچ (CaSO4) برای حذف سدیم (Na⁺) از محل‌های تبادل کاتیونی و جایگزینی آن با کلسیم (Ca²⁺) که باعث لخته شدن ذرات خاک و بهبود نفوذ و حرکت آب می‌شود.
- اگر خاک‌ها از قبل دارای مقادیر بالای کربنات کلسیم (آهک) هستند، می‌توان گوگرد عنصری یا اسید سولفوریک را بدون افزودن کلسیم به خاک اضافه کرد تا pH کاهش یابد و کربنات کلسیم طبیعی خاک حل شود، کلسیم آزاد شده و جایگزین سدیم در محل‌های تبادل کاتیونی شود.
خاک‌های شور-سودیک:
در خاک‌های شور-سودیک باید هم نمک‌های محلول اضافی و هم سدیم موجود در محل‌های تبادل کاتیونی اصلاح شوند.
روش‌های اصلاح شامل:
- افزودن گچ (CaSO4) برای حذف سدیم (Na⁺) از محل‌های تبادل کاتیونی و جایگزینی آن با کلسیم (Ca²⁺) جهت بهبود ساختار خاک و نفوذ آب.
- در صورت وجود کربنات کلسیم زیاد در خاک، استفاده از گوگرد عنصری یا اسید سولفوریک برای کاهش pH و حل کربنات کلسیم جهت آزادسازی کلسیم و جایگزینی سدیم.
- پس از حذف موفقیت‌آمیز سدیم و بهبود نفوذپذیری خاک، آبیاری با آب با کیفیت خوب (دارای نمک و سدیم کم) جهت شست‌وشوی نمک‌های اضافی از خاک انجام می‌شود.
- سایر روش‌های مدیریتی مربوط به خاک‌های شور نیز پس از بهبود ساختار خاک قابل اجرا هستند.
منابع:
- Sairam, R.K., Tyagi, A., 2005. Developing salt-tolerant crop plants: challenges and opportunities. Trends Plant Sci. 10, 615–620. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2005.10.002
- Daliakopoulos, I.N., Tsanis, I.K., Koutroulis, A., Kourgialas, N.N., Varouchakis, A.E., Karatzas, G.P., Ritsema, C.J., 2016. The threat of soil salinity: A European scale review. Sci. Total Environ. 573, 727–739. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.08.177
- Grattan, S.R., Grieve, C.M., 1999. Salinity – mineral nutrient relations in horticultural crops. Sci. Hortic. (Amsterdam). 78, 127–157.
- Food and Agriculture Organization of the United Nations. 1988. Salt-Affected Soils and their Management. Yadav, J.S.P., Massoud, F.I. Chapter 4: Soidc Soils and their Management. http://www.fao.org/docrep/x5871e/x5871e00.htm#Contents
- Horneck, D. A., J. W. Ellsworth, B. G. Hopkins, D. M. Sullivan, and R. G. Stevens. “Managing Salt Affected Soils for Crop Production.” A Pacific Northwest Extension Publication (2007): n. pag. Oregon State University Extension Program. Web. <http://extension.oregonstate.edu/catalog/pdf/pnw/pnw601-e.pdf>.
- Brady, Nyle C., Ray R. Weil, and Nyle C. Brady. “Soil Acidity, Alkalinity, and Salinity.” Elements of the Nature and Properties of Soils. 2nd ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2004. N. pag. Print.
- Food and Agriculture Organization of the United Nations. 1992. The use of saline waters for crop production – FAO irrigation and drainage paper 48. Rhoades, J.D., Kandiah, A., Mashali, A.M. Chapter 6: Management principles and practices for safe use of saline water. http://www.fao.org/docrep/t0667e/t0667e0b.htm
- Bernstein, L., Fireman, M. and Reeve, R.C. 1955. Control of salinity in the Imperial Valley, California. USDA, ARS 41-4, 14 p.
