خاك از چهار قسمت تشکیل شده است: ماده معدنی، ماده آلی، آب و هوا. ماده آلی خاك شامل بقایاي گیاهی و جانوري، سلول و بافت هاي جانداران خاك و مواد حاصل از ریشه و میکروب هایی خاك است. در بیش تر خاك ها ماده آلی خاك بین0/1درصد (در صحراها) تا بیش از 50 درصد وزنی در خاك هاي آلی (هیستوسولها) می باشد.
ترکیب شیمیایی ماده آلی تقریباً 50 درصد کربن، 5 درصد نیتروژن، 0/5 درصد فسفر، 0/5 درصد گوگرد، 39 درصد اکسیژن و 5 درصد هیدروژن است، البته مقدار این عناصر از خاکی به خاك دیگر می تواند در نوسان باشد. بنابراین بیشتر ماده آلی از کربوهیدرات ها، پروتئین ها، سلولز، همی سلولز و لیگنین تشکیل شده اند. سه ترکیب اولی به سرعت تجزیه می شوند. از این رو در تأمین غذاي جانداران خاك و نیز دانه بند ي خاک اهمیت بیش تري دارند. اما، دو ترکیب بعدي مقاوم تر هستند. ماده آلی خاك با توجه به مراحل مختلف تجزیه قابل تقسیم به سه گروه است:(رهروان رویش سبز)
1- جزء فعال ماده آلی که 10 تا 20 درصد ماده آلی خاك است. سرعت تجزیه در آن سریع می باشد (فرآیند آن طی یک تا دو سال می باشد). این جزء در تأمین عناصر غذایی براي گیاه و ریزجانداران خاك (به طور اخص) و نیز کاهش بیماري ها و خاکدانه سازي نقش دارد. ترکیبات موجود در این قسمت قندهاي ساده و اسیدهاي آمینهمی باشند.
2- جزء حد واسط ماده آلی که به آهستگی تجزیه می شود (فرآیند آن طی 2 تا 5 سال می باشد) 10تا 20 درصد ماده آلی خاك است که شامل پلی ساکاریدها، پروتئین ها و چربی ها هستند.
3- ماده آلی به خوبی تجزیه شده که بسیار پایدار و به شدت مقاوم در برابر تجزیه میکروبی. این جزء 60 تا 80 در صد ماده آلی خاك را تشکیل می دهد. فرآیند آن بیش از10 سال است. این جزء به طور عمده در ظرفیت تبادل کاتیونی و رنگ خاك دخالت دارد .
این بخش از ماده آلی به نام هوموس نیز شناخته می شود که شامل هومین ها، اسیدهای هیومیک و فلویکهستند.
هوموس عبارت است ماده آلی تیره رنگ، متخلخل و اسفنجی که بسیار به کندي تجزیه می شود، و به دلیل همین خصلت از نظر حاصلخیزي خاك اهمیت آن از جزء فعال ماده آلی کمتر است. در مجموع ماده آلی خاك ترکیب حاصل از لیگنین و پروتئین بوده که ساختمان مولکولی ثابتی ندارد و نسبت کربن به نیتروژن آن در حدود 10 تا 12 است.
وضعیت مواد آلی خاک در ایران
هم زمان با رشد جمعیت، تقاضا براي غذا افزایش می یابد. پیش بینی می شود تا سال 2050 جمعیت دنیا به بیش از 9میلیارد نفر برسد. هم چنین بر اساس گزارش بانک جهانی تا سال 2030 تقاضا براي غذا و گوشت به ترتیب 50 و 85 درصد افزایش خواهد داشت. و نیز بنا به بررسی ها بیش از 60 درصد مردم آسیا (به ویژه در جنوب و جنوب غرب) و یک چهارم جمعیت افریقا از سوء تغذیه رنج می برند. (رهروان رویش سبز)
افزایش تولید غذا در واحد سطح، متناسب با افزایش جمعیت نبوده است. اراضی قابل کشت از سال 1960 و به تبع آن تولید دانه (اساساً غذا) سیر نزولی داشته است. FAO گزارش می کند که 99/7درصد غذای انسان(کالری) از محیط خاکی و 0/3 درصد آن از اکوسیستم های آبی بدست می آید. . از کل 13 میلیارد هکتار اراضی جهان، خاك هاي زراعی 11 درصد، مراتع 27درصد، جنگل 32 درصد و اراضی شهري 9 درصد آن را تشکیل می دهد. بقیه خاك ها (21درصد) به دلیل عدم حاصلخیزي خاك، عمق کم، شیب زیاد، عوامل آب و هوایی و… مناسب نیستند.
در سال 1960 ، وقتی که جمعیت دنیا فقط 3 میلیارد نفر بود، تقریبا 0/5 هکتار اراضی قابل کشت قابل دسترس بود. این 0/5 هکتار حداقل زمین لازم براي تولید یک غذاي مغذي، سالم و متنوع است. اما هم زمان با افزایش جمعیت و گسترش فعالیت هاي انسانی نظیر احداث ساختمان و جاده سازي به تدریح از سطح اراضی قابل کشت کاسته شد. در سطح جهان، امروزه متوسط اراضی قابل کشت 0/23 هکتار است. در امریکا ، چین، هند و ایران این میزان به ترتیب براي هر نفر 0/4، 0/08، 0/1،0/2 هکتار است. بنابراین، به نظر می رسد تنها راه تأمین غذا براي این جمعیت رو به رشد، افزایش عملکرد در واحد سطح باشد.
یکی از راه هاي افزایش عملکرد، بهبود خواص تغذیه اي و فیزیکی خاك مزارع با افزودن ماده آلی به خاك می باشد. مقدار ماده آلی (کربن آلی) در خاك هاي کشور به جز شمال، بسیار ناچیز بوده (کمتر از یک درصد )و با مقدار بهینه آن (سه درصد) فاصله زیادي دارد .با مصرف روزافزون کودهاي شیمیایی و عدم برگشت بقایاي گیاهی به خاك و حتی سوزاندن آنها، سالیانه از مقدار ماده آلی ناچیز خاك هاي ایران کاسته می شود و خاك به کلوخه هایی غیر قابل نفوذ و غیر قابل برگشت در می آید. در چنین شرایط استفاده از شیوه اي مدیریتی مناسب با هر منطقه آب و هوایی می تواند در به اجراء در آوردن اهداف مورد نظر تسریع به عمل آورد. با توجه به اینکه ماده آلی قلب کشاورزي پایدار است، ضرورت افزایش تدریجی میزان ماده آلی خاك هاي کشور بیش از پیش احساس می شود .از این رو وزارت جهاد کشاورزي در نظر دارد طبق مفاد برنامه پنجم توسعه با استفاده از کلیه منابع مواد آلی و هم چنین بهبود مدیریت کشت و کار، میزان ماده آلی خاك را افزایش دهد تا تولیدات کشاورزي پایدار گردد و خاك قدرت باروري خود را حفظ کند.
هدفازمدیریت ماده آلی چیست؟
ماده آلی خاك، قلب کشاورزي پایدار است. در کشاورزي پایدار تمرکز بر سیستمی است که در آن تولید پایدار و اقتصادي باشد. از این منظر خاك بایستی از قابلیت لازم براي بروز کارکردهاي خوب خود برخوردار باشد. خاك به عنوان بستر تولید، زمینه ي رسیدن به چنین رویکردي را فراهم می کند. در این بین ماده آلی به این کارکردها کمک معنی داري می کند. به عبارتی ماده آلی یکی از شاخص هاي مهم کیفیت خاك می باشد. بنابراین مدیریت آن به ویژه در خاك هاي تحت کشت کشور که ماده آلی(کربن آلی) زیر یک درصد است، از اهمیت خاصی برخوردار است.
تأکید براین نکته لازم به نظر می رسد، که از دهه ي 1920 میلادي تا تقریباً اوایل دهه ي 90 ، مقوله کنترل فرسایش در اولویت کاري برخی کشورها قرار داشت. هدف از این کار، کنترل سالیانه فرسایش خاك به حدي که باروري بلند مدت خاك حفظ شود، بود. اصطلاح T فاکتور (عوامل موثر بر میزان ماده آلی خاك تلفات قابل تحمل خاك، که این امر در شرایطی محقق می شود که در بلند مدت کشاورزي پایدار در دستور کار باشد) نیز دلیلی بر این مدعا است .اما از دهه ي 90 به بعد ، با انجام تحقیقات جامع به این نتیجه رسیدند که حفظ خاك در مکان خود اولین قدم در حفاظت خاك است. و خاك بایستی کارکردهاي خوب دیگري نیز داشته باشد که ماده آلی به این کارکردها کمک می کند.
به دیگر سخن نتایج تحقیقات نشان دادکه چنانچه مدیریت ماده آلی مورد توجه قرار گیرد، نه تنها میزان فرسایش کاهش می یابد، بلکه علاوه بر کارکردهاي چشمگیري که متعاقباً به آنها اشاره می شود، متوسط فرسایش سالیانه کمتر از زمانی است که فقط مدیریت حفاظت خاك اعمال گردد. ضمن اینکه کیفیت آب و هوا نیز افزایش می یابد.
عواملموثربر میزان ماده آلیخاك
1- وقوع فرسایش باعث از بین رفتن ماده آلی می شود. ذرات خاك در لایه سطحی داراي بیش ترین ماده آلی هستند که در اثر فرسایش آبی و بادي از بین می روند.(رهروان رویش سبز)
2- ریز جانداران خاك، ماده آلی را براي تأمین انرژي و عناصر غذایی مورد نیاز مورد استفاده قرار می دهند.
3- دما، با افزایش دما شدت تجزیه ماده آلی به صورت پیوسته زیاد می شود ( از 4 تا حداقل40 درجه سانتی گراد).-
4- هوا، هر چه شرایط تهویه اي فراهم تر باشد شدت تجزیه بیش تر خواهد بود.
5- آب، هر چه آب بیش تر باشد، اکسیژن کمتر، در نتیجه شدت تجزیه کمتر است.
6- زیاد بودن نیتروژن قابل دسترس و نیز بعضی از سموم باعث تشدید فعالیت میکروبی خاك و به تبع آن تشدید تجزیه ماده آلی می شود چنانچه میزان تجزیه ماده آلی از میزان ورودي ماده آلی به خاك کمتر باشد، ماده آلی سیرنزولی خواهد داشت و برعکس، وضعیت ثبات زمانی است که شدت تجزیه با میزان ماده آلی ورودي یکسان باشد. هم تجزیه و هم ورود ماده آلی شدیداً متاثر از فعالیت هاي مدیریتی هستند.
عملیات افزایش دهنده ماده آلی خاک
1-افزایش تولید ماده گیاهی از طریق
1-1-آبیاری
مقدار آب قابل استفاده براي رشد گیاه اولین عامل کنترل کننده تولید ماده گیاهی است.
1-2-کوددهی کافی ومتعادلباعث افزایش تولید بیوماس گیاهی می شود.
1-3-استفادهاز گیاهان پوششی
فوائد این اقدام عبارتست از: جلوگیري از فرسایش خاك با پوشش دادن سطح خاك، اضافه کردن مواد گیاهی با خاك، بعضی از آنها نظیر چاودار از شستشوی عناصر غذایی از طریق پیوند زدن آنها به هم، جلوگیري می کند، تعداي از آنها مثل لگوم ها، منجر به تثبیت نیتروژن براي گیاه بعدي می شود، بیشتر آنها محلی براي تجمع حشرات و دیگر موجودات مفید هستند، تعدیل کننده درجه حرارت خاك است که از این طریق بر فعالیت ریز جانداران خاك اثر می گذارد. (رهروان رویش سبز)
طیفی از گیاهان دانه اي، لگوم و محصولات روغنی می توانند به عنوان گیاه پوششی عمل کنند. در یک تناوب لازم است که شروع آن، یک گیاه پوششی باشد که سطح خاك را بپوشاند و بعد با اضافه شدن بقایاي آن به خاك چون نسبت کربن به نیتروژن بالایی دارد، عمل تجزیه به آهستگی صورت می گیرد و هم به دلیل سیستم ریشه دهی متراکمی که دارند، در بهبود سریع ساختمان خاك در تناوب موثرند (در این مرحله غلات مناسب هستند). در سال بعد، می توان لگوم را وارد تناوب نمود. لگوم ها، نیتروژن را تثبیت و به دلیل پایین بودن نسبت کربن به نیتروژن، سریع تجزیه می شوند. بعد از ثبات در سیستم در این حال می توان از گیاهان پوششی که صرفه ي اقتصادي دارند، استفاده نمود.
سیستم در این حال می توان از گیاهان پوششی که صرفه ي اقتصادي دارند، استفاده نمود.
1-4-تنوعدر سیستم تناوبی(استفادهازسیستم تناوبی با بیوماس بالا).
1-5-استفادهازتراکممناسب گیاههنگامکشت.
1-6-معرفی گیاهانی که بیوماس بیشتری تولید می کتند.
1-7-ایجادجنگل،کشت تلفیقی گیاهان چوبیچندساله (درختان،درختچههاونخلهاو…)با گیاهان یکسالهکهاینسیستمکشتموسومبه Agroforestry است.
کودهاي دامی بهتر است قبل از مصرف پوسیده باشد تا نسبت کربن به نیتروژن کاهش یابد. زیرا اگر نسبت مذکور بالا باشند به طور موقت نیتروژن غیر متحرك می شود . با این تأکید که، نقش کود حیوانی بیشتر تغذیه اي می باشد.
2-4-استفادهازکمپوست
نقش کمپوست بیشتر در اثر گذاري بر خصوصیات فیزیکی خاك است .فرآیند موفقیت کمپوست سازي بستگی به قابلیت دسترسی کافی به مواد آلی، آب، کود حیوانی وکارگر ارزان دارد.
2-5-کاهششدتتجزیهمادهآلی (از طریق حذف یا کاهش عملیات خاك ورزي و استفاده از گیاهان پوششی).
به طور خلاصه مجموع اقدامات در این زمینه عبارتند از رعایت /2//تناوب زراعی با توانایی تولید ماده گیاهی بالا و البته متنوع، استفاده از گیاهان پوششی، استفاده از روشهاي کم خاك ورزي و یا بی خاك ورزي و کنترل چراي دام.
2- نگهدارنده و ثبات دهنده ذرات خاك به یکدیگر، که از این طریق اثرات زیانبار فرسایش کاهش می یابد.
3- به رشد محصول به واسطه ي بهبود توانایی خاك در ذخیره و انتقال آب و هوا کمک می کند.
4- ذخیره کننده و تأمین کننده عناصر غذایی مورد نیاز گیاه و جانداران خاك نظیر نیتروژن، فسفر و گوگرد است.
5- در نگه داري مواد غذایی خاك از طریق افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی و آنیونی خاك موثر است.
6- مانع از تراکم (فشردگی) خاك است.
7- کاهش دهنده چسبندگی خاك و سهولت کار روي آن می باشد.
8- ذخیره ي کربنی خاك افزایش می یابد (یا به عبارتی موجب ترسیب کربن در خاك می شود).
9- اثرات محیطی مخرب آفتکش ها، فلزات سنگین و بسیاري از آلاینده هاي دیگر را کاهش می دهد.
10- مقاومت گیاه را به بیماري هاي ریشه و برگ زیاد می کند. تحقیقات نشان داده است که مصرف 5 تا 10 تن در هکتار اصلاح کننده هاي آلی خام و یا کمپوست شده قادر است مانع از بروز و یا کاهش شدت بیماري پوسیدگی ریشه می شود.
11- کاهش دهنده سله و روانآب، نفوذ پذیري خاك را زیاد می کند و شرایط را براي نفوذ ریشه فراهم می کند.
12- وجود ماده آلی در خاك منجر به افزایش تنوع زیستی و بیوماس میکروبی خاك می شود. این امر موجب کاهش عوامل بیمار زا، به ویژه عوامل بیماري زاي خاك زاد می گردد. این رویداد از طریق رقابت بین ریزجانداران مفید خاك با عوامل بیماري زا صورت می گیرد. در نتیجه فعالیت ریزجانداران مفید خاك شرایط براي فعالیت میکروب هاي بیماري زا نامساعد می شود.
13- افزایش کارایی کودهاي شیمیایی
مدیریتمادهآلیازدیدگاهحاصلخیزیخاك
با توجه به نقش حاصلخیزي خاك و ماده آلی به عنوان اجزاء حیاتی سامانه هاي تولید تاثیر ماده آلی بر حاصلخیزي خاك مورد اشاره قرار می گیرد.(رهروان رویش سبز)
وجود ماده آلی علاوه بر اینکه نشان دهنده سلامت و کیفیت خاك است، شاخص مناسبی براي باروري خاك به شمار می رود که حاصل برهمکنش فرآیندهاي فیزیکی، شیمیایی و زیستی است. ماده آلی با بهبود شرایط خاکدانه سازي، وضعیت تخلخل و نفوذپذیري خاك را بهبود می بخشد. در حالتی که خاك فشرده و داراي نفوذپذیري کمی باشد، تجمع دي اکسید کربن پیرامون ریشه افزایش یافته و این امر علاوه بر اینکه سبب خفگی ریشه می شود، از جذب عناصر غذایی که نیاز به انرژي متابولیک دارند ممانعت به عمل می آورد. هم چنین مواد آلی به علت داشتن گروه هاي عامل مختلف از جمله کربوکسیلی، فنلی و هیدروکسی ظرفیت تبادل کاتیونی خاك را افزایش داده و سبب می گردد که عناصر غذایی در خاك بهتر نگهداري شوند و گیاه دسترسی بیشتري به آن ها داشته باشد. از طرف دیگر مواد آلی در اثر معدنی شدن مقدار قابل توجهی از عناصر غذایی پرمصرف و کم مصرف را در خاك آزاد نموده و به تغذیه متعادل گیاه کمک زیادي می کند . در یک خاك حاصلخیز میلیون ها موجود زنده از جمله قارچ ها، باکتري ها و اکتینومیست ها و … زندگی می کنند. این موجودات نقش مهمی در تجزیه و تخریب مواد آلی خاك و معدنی شدن آن دارند. با ادامه فرآیند معدنی شدن ترکیبات پایدارتر مواد آلی در خاك تجمع می یابند. این مواد به نام عمومی هوموس شناخته میشوند. در یک خاك فاقد و یا مقدار کم ماده آلی جمعیت میکروبی به شدت کاهش یافته و جذب بسیاري از عناصر غذایی که قابلیت آن ها براي گیاه وابسته به اکسیداسیون زیستی (بیولوژیکی ) در خاك می باشد، مختل می گردد. امروزه توجه ویژه اي به ساماندهی تلفیقی گیاه(IPNS) شده است که در آن استفاده از منابع آلی و زیستی به همراه کاربرد بهینه کودهاي شیمیایی مورد نظر بوده و منجر به بهبود و حفظ حاصلخیزي خاك می شود . آینده ثبات در تولید محصول به شدت وابسته به بهبود شرایط حاصلخیزي خاك از طریق اعمال مدیریت هاي مبتنی بر روش هاي بی خطر از نظر محیطی خواهد بود.
