آنالیز خاک جهت ارزیابی سرعت نفوذ آب در آبیاری قطره ای

خاک محیط متخلخلی است که از مواد معدنی و آلی، آب، هوا و موجودات ریز و درشت تشکیل شده و بستر مناسبی را برای رشد ریشه گیاه فراهم نموده است.

---

با توجه به این که منبع اصلی برای تامین نیازهای گیاهان خاک است پس برای پیشبرد اهداف خود باید بیشتر با این منبع ارزشمند آشنا شویم:
برای شروع به منظور آشنایی خاک را از دیدگاه علم کشاورزی تعریف میکنیم، خاک محیط متخلخلی است که از مواد معدنی و آلی، آب، هوا و موجودات ریز و درشت تشکیل شده و بستر مناسبی را برای رشد ریشه گیاه فراهم نموده است.اهداف کاربردی فیزیک خاک در کشاورزی بسیار زیاد است که از آن جمله می توان به مدیریت صحیح خاک در زمینه های آبیاری، زهکشی، حفاظت آب و خاک، شخم و انواع خاکورزی، تنظیم دمای خاک و عکس العمل خاک نسبت به تنش های مکانیکی اشاره کرد. برای تفهیم بیشتر به یک مثال بسنده میکنیم:
فرض کنید می خواهید برای یک مزرعه سیستم آبیاری تحت فشار طراحی کنید یکی از اطلاعات مورد نیاز شما برای دور آبیاری بافت خاک است برای نگهداری حجم آب در طی یک مدت زمان در فضای متخلخل خود.
انواع بافت های خاک عبارتند از :
1) Sand :خاک های که حداقل 85 درصد شن داشته و مجموع ذرات سیلت و 1.5 برابر ذرات رس از 15 درصد کمتر است.
2) Loamy Sand : خاکهای که مقدار شن آن 70-90 درصد بوده و مقدار ذرات سیلت و 1.5 برابر ذرات رس از 15 درصد کمتر و از 30 درصد بیشتر نیست.
3) Sandy Loam : خاکهای که مقدار رس آن کمتر از 20 درصد بوده و یا مجموع درصد سیلت و دو برابر درصد رس از 30 درصد تجاوز می کند. و یا خاکهای که مقدار شن آنها 43-52 درصد، مقدار رس آن کمتر از 7 درصد و سیلت کمتر از 50 درصد است.
4) Loam : خاکی که مقدار رس آن بین 7-27 درصد وسیلت آن 28-50 رصد و شن آن کمتر از 52 درصد است.
5) Silt Loam : خاکی که مقدار سیلت آن بیش از 50 درصد و رس آن بین 12-27 درصد بوده و یا مقدار ذرات سیلت بین 50-80 درصد و مقدار رس آن کمتر از 12 درصد باشد.
6) Silt : خاکی که مقدار سیلت آن کمتر از 80 درصد و مقدار رس آن کمتر از 12 درصد است.
7) Sandy Clay Loam : خاک های که محتوی 20 تا 35 درصد رس بوده و مقدار سیلت آن از 28 درصد کمتر و مقدار شن آن از 45 درصد بیشتر باشد.
8) Clay Loam : خاک هایی که در آن مقدار رس بین 27-40 درصد و مقدار رس از 20 تا 45 درصد نوسان می کند.
9) Silty Clay Loam : خاک هایی که در آن مقدار رس بین 27 تا 40 درصد بوده و مقدار شن از 20 درصد کمتر است.
10) Sandy Clay : خاک هایی که در آن مقادیر رس و شن به ترتیب از 35 و 45 درصد بیشتر است.
11) Silty Clay : خاک هایی که در آن مقادیر هر یک از ذرات رس و سیلت از 40 درصد تجاوز می کند.
12) Clay : خاک هایی که در آن مقدار رس از 40 درصد بیشتر بوده و مقادیر شن و سیلت به ترتیب از 45 درصد و 40 درصد کمتر است.
نکته 1: تعداد دفعات آبیاری و یا تناوب آن در خاکهای رسی (Clay، Silty Clay Loam، Clay Loam، Silty Clay و Sandy Clay) ،کمترین و در خاک های شنی، بیشترین است. از نظر زهکشی نیز هر قدر رس خاک بیشتر باشد کارایی زهکش های زیر زمینی کمتر است.
نکته 2 : رطوبت خاک های رسی ( خاک های که بیش از 28 درصد رس دارند ) در حد خمیرایی کمتر از رطوبت ظرفیت نگهداری است و برای شخم زدن ، لازم است که رطوبت تا حد خمیرایی کاهش یابد.
روش های تعیین بافت خاک :
جهت تعیین بافت خاک سه روش کلی وجود دارد
1) روش لمسی 2) روش هیدرومتر 3) روش پیپت
2) تعیین بافت خاک به روش هیدرومتر :
مبنای تعیین بافت خاک در روش هیدرومتری و همینطور روش پیپت بر قانون استوکز (Stocks Low) استوار است. لذا لازم است ابتدا دید جامعی نسبت به قانون استوکز پیدا کنیم.
قانون استوکز :
شرح کامل قانون استوکز به ما می گوید که سرعت یک ذره در حال ته نشینی در داخل یک سیال به طور مستقیم در ارتباط با نیروی ثقل (g) ، تفاوت بین چگالی ذرات و چگالی آب (D1-D2) و توان دوم شعاع ذره می باشد. سرعت ته نشینی به طور عکس در ارتباط با گرانروی یا ضخامت سیال و یا همان ویسکوزیته مایع (η) می باشد. با این توصیفات قانون استوکز را می توان به صورت زیر نوشت
در این فرمول :
V : سرعت ته نشینی ذره بر حسب سانتی متر بر ثانیه
g : شتاب گرانش، که معادل 980 سانتی متر بر مجذور ثانیه در نظر گرفته می شود
r : شعاع ذره ای که در مایع ته نشین می شود بر حسب سانتی متر
D1 : وزن مخصوص حقیقی خاک، که 2.65 گرم بر سانتی متر مکعب در نظر گرفته می شود
D2 : چگالی آب، که برابر یک گرم بر سانتی متر مکعب است
η : ویسکوزیته مایع که برای آب معادل 0.01 پواز (0.01 g/cm.sec) در نظر گرفته می شود
نکته 3: تعیین بافت خاک بوسیله مثلث جدید بافت خاک با همان مثلث بافت خاک شیرازی و بورسما :
در مثلث بافت خاک مشاهده می گردد که خاکها بطور کلی در 12 گروه قرار می گیرند که هر کدام محدوده ای را در داخل مثلث USDA در بر می گیرند. در واقع بی نهایت ترکیب خاک ممکن است وجود داشته باشد که همگی تحت عنوان یک نام اسم برده می شوند. مثلا خاکی با ترکیب 35 تا 55 درصد رس و 0 تا 20 درصد سیلت و 45 تا 65 درصد شن همگی بنام خاک Sandy Clay نامیده می شوند. از مشکلات دیگر مثلث USDA این است که نمی توان به لحاظ کلی مشخص کرد که متوسط اندازه ذرات خاک چقدر است. برای رفع این مشکل مثلث جدیدی توسط شیرازی و بورسما (Shirazi and Boersma) ارائه شده است که با داشتن درصد شن و سیلت و رس می توان متوسط اندازه ذرات خاک را بدست آورد. اساس بدست آوردن مثلث جدید بدین صورت است که برای تمام 66 نقطه مثلث بافت خاک USDA و مرز های 12 گانه داخل مثلث یک مختصات محاسبه شده است. که این مختصات عبارت است از میانگین هندسی اندازه ذرات و انحراف از معیار هندسی آن
حال اگر اعداد بدست آمده را در یک دستگاه مختصات نیمه لگاریتمی که محور افقی آن لگاریتمی و محور عمودی آن ساده باشد قرار دهیم شکلی مطابق زیر بدست می آید که مثلث جدید بافت خاک نام دارد
اکنون اگر مطابق با همان روش قبلی با داشتن مقادیر درصد رس، سیلت و شن نقطه مورد نظر را در داخل این مثلث مشخص کنیم، مختصات این نقطه روی محور های افقی و عمودی به ترتیب اندازه قطر ذرات خاک و انحراف از معیار آن خواهد بود.

گروه آبیاری فاطر  www.fater-co.com