نقش مواد الی در خاک و مزایای آن برای تغذیه گیاهان

(امین السجاد جمعه یزدیان)

مواد آلی چیست؟

مواد آلی بخشی از خاک است که تقریباً از 5٪ موجودات زنده، 10٪ بقایای گیاهی، 33-50٪ ماده آلی در حال تجزیه را شامل می شود. (کسر فعال) و 33-50٪ ماده آلی پایدار (هوموس) بر حسب وزن میباشد (USDA-NRCS، 2014). قسمت فعال ماده آلی به آسانی جرم و شکل آن در هنگام تجزیه تغییر می کند. بنابراین، در خاک ناپایدار است و بیشتر تحت تأثیر اقدامات مدیریتی مانند خاک ورزی، محصولات پوششی و تناوب زراعی قرار می گیرد (کارتر، 2002). گردش سریع بخش فعال می تواند به آزادسازی مواد مغذی برای محصولات کمک کند. از طرف دیگر هوموس ماده آلی است که توسط میکروارگانیسم ها به شکل مقاوم به تجزیه تبدیل شده است. هوموس با عمل به عنوان یک مخزن برای مواد مغذی، افزایش ظرفیت نگهداری آب در خاک، بهبود ساختار و شکنندگی خاک و فراهم کردن منبع انرژی برای موجودات زنده خاک، حاصلخیزی خاک را بهبود می بخشد.

فواید مواد آلی

افزایش سطوح مواد آلی باعث بهبود عملکردهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک می شود.

پنج مزیت مواد آلی در خاک:

1. عملکرد بیولوژیکی

مزایای زیادی برای مواد آلی وجود دارد که بیشتر آنها با افزایش تنوع بیولوژیکی و فعالیت در خاک شروع می شود. همانطور که مواد آلی افزایش می یابد، فعالیت میکروبی خاک نیز افزایش می یابد. ماده آلی از 58 درصد کربن تشکیل شده است که در ترکیب با سایر مواد مغذی برای فعالیت میکروبی مورد نیاز است. میکروارگانیسم ها ترکیباتی را دفع می کنند که به عنوان یک عامل اتصال دهنده برای ذرات خاک عمل می کنند که می تواند پایداری کلوئیدهای خاک، نفوذ آب و ظرفیت نگهداری آب را افزایش دهد.

2. تامین مواد مغذی

مواد آلی یک منبع مغذی ارزشمند برای گیاهان و موجودات زنده است. از آنجایی که میکروارگانیسم‌ها در هوای گرم‌تر که خصوصا در بهار و تابستان، فعالیت خود را افزایش می‌دهند، و مقادیر بیشتری از مواد مغذی را از شکل آلی به شکل غیر آلی در دسترس گیاه قرار می دهند. به ازای هر یکدرصد مواد آلی در 6 اینچ بالای یک خاک با بافت متوسط (خاک سیلت و لوم)، تقریباً 10-20 پوند. نیتروژن، 1-2 پوند. فسفر و 0.4-0.8 پوند. گوگرد سالانه در هر هکتار آزاد می شود (USDA-NRCS، 2014). علاوه بر این، ذرات مواد آلی حاوی بارهای منفی (یعنی ظرفیت تبادل کاتیونی [CEC]) هستند که یون های دارای بار مثبت مانند کلسیم، پتاسیم، منیزیم و آمونیوم نیتروژن را جذب و نگه می دارند.

3. ساختار خاک

مواد آلی باعث اتصال ذرات خاک و تشکیل خاکدانه های پایدار می شود که ساختار خاک را بهبود می بخشد. با ساختار بهتر خاک، نفوذ آب از طریق خاک باعث افزایش و بهبود توانایی خاک برای جذب و نگهداری آب و همچنین کاهش پوسته پوسته شدن سطحی خاک می شود.

4. ظرفیت نگهداری آب

خاک های با مواد آلی بالاتر میتوانند آب را با ظرفیت های بیشتری ذخیره کنند. ماده آلی رفتاری شبیه به اسفنج دارد و توانایی جذب و نگهداری آب تا90 درصد وزن خود را دارد. مزیت بزرگ ظرفیت نگهداری آب مواد آلی این است که بیشتر آبی را که جذب می کنند به آسانی در اختیار گیاه قرار میدهند. شکل 2 افزایش آب قابل دسترس گیاه را با مواد آلی بالاتر نشان می دهد. محتوای آن در سه خاک مختلف افزایش مواد آلی یک درصد در خاک سطحی، چگالی ظاهری را کاهش می دهد و ظرفیت آب موجود را تقریباً 0.2-0.3 اینچ افزایش می دهد، که می تواند برای کمک به گیاهان در مدیریت آب در دوره های کمبود رطوبت بسیار ارزشمند باشد.

5. کنترل فرسایش

پایداری بیشتر کلوئیدهای خاک اغلب نتیجه خاک هایی با ماده آلی بیشتر است که می تواند نرخ نفوذ آب را افزایش دهد و منجر به کاهش پتانسیل آب، خاک و مواد مغذی برای فرسایش شود. داده های مورد استفاده در معادله جهانی از دست دادن خاک نشان می دهد که افزایش ماده آلی خاک از 1 تا 3 درصد به دلیل افزایش نفوذ آب و تشکیل خاکدانه های پایدار می تواند فرسایش را 20 تا 33 درصد کاهش دهد.

شیوه های مدیریت برای افزایش مواد آلی خاک

عوامل متعددی مانند آب و هوا، نوع خاک، محصول کشت شده و شیوه های مدیریتی خاص می توانند بر میزان O.M خاک تأثیر بگذارند. بنابراین، شرایط محلی باید به عنوان معیاری برای مقایسه در هنگام اجرای اقدامات برای افزایش O.M خاک مورد استفاده قرار گیرد. (شکل 3، STS).

خاک هایی که دارای O.M بیشتر هستند، مانند خاک هایی که در اصل در چمنزارها توسعه یافته بودند، سالانه بقایای آن را به خاک منتقل می کنند در حالی که خاک های جنگلی ماده آلی کمتری دارند چراکه چرخه مواد چوبی به خاک بیشتر طول کشید. ماده آلی ساختمان خاک فرآیندی آهسته است که سال ها یا دهه ها طول می کشد زیرا نیاز به افزودن زیست توده قابل توجه گیاهی و محافظت در برابر تلفات در طول زمان دارد. در زیر سه استراتژی مدیریتی برای ساخت و نگهداری ماده آلی خاک آورده شده است:

1. خاک ورزی را به حداقل برسانید یا فرایند بدون خاکورزی را اتخاذ کنید: این کار باعث می شود تجزیه بقایای آلی خاک کندتر شود و از خاک در برابر فرسایش محافظت بیشتری می کند.

2. با گنجاندن گیاهان پوششی، مواد آلی (مثلاً بقایای کود دامی و غیره)، یا رشد تناوب زراعی با زیست توده بالا/بازده، بقایای محصول را اضافه کنید. بقایای گیاهی به محافظت از سطح خاک در برابر ضربه قطرات باران و فرسایش کمک می کند و کربن را به خاک باز می گرداند.

3. آزمایش خاک و اعمال تغذیه پیشرفته محصول: شناسایی و اصلاح عوامل محدود کننده عملکرد برای تشویق رشد بیشتر محصولاتی که می توانند به خاک برگردند. افزودن بقایای گیاهی که به ساخت یا نگهداری O.M کمک می کند و شامل سایر مواد مغذی ضروری گیاه بالقوه محدود کننده می تواند سیستم های کشت مولدتر و پایدارتری ایجاد کند.

در ادامه به جزئیات بیشتر درباره مواد آلی در خاک می پردازیم.

مواد آلی در خاک چیست؟

مواد آلی خاک شامل ترکیباتی است که از بقایای گیاهی و جانوری تجزیه شده تشکیل شده اند. این ترکیبات بخش مهمی از خاک را تشکیل می دهند و تأثیر مستقیمی بر سلامت و حاصلخیزی آن دارند. مواد آلی به سه دسته اصلی تقسیم می شوند: مواد آلی تازه، مواد آلی در حال تجزیه و هوموس که شکل پایدار مواد آلی محسوب می شود.

مواد آلی تازه شامل بقایای گیاهان، حیوانات و میکروارگانیسم های مرده است که به مرور زمان در خاک تجزیه می شوند. این فرایند توسط میکروارگانیسم های خاک انجام شده و منجر به تولید ترکیبات مغذی برای گیاهان می شود. مواد آلی در حال تجزیه بخشی از این بقایا هستند که هنوز کاملاً به شکل پایدار تبدیل نشده اند اما نقش مهمی در بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی خاک دارند. هوموس که محصول نهایی تجزیه مواد آلی است، به عنوان یک منبع ذخیره مواد مغذی عمل کرده و ساختار خاک را تقویت می کند.

مواد آلی در خاک تأثیر گسترده ای بر روی کیفیت و عملکرد آن دارد. خاک هایی که درصد مواد آلی بیشتری دارند معمولاً حاصلخیزتر بوده و قادر به حفظ رطوبت و مواد مغذی برای دوره های طولانی تر هستند. این مواد همچنین باعث بهبود تهویه خاک و افزایش فعالیت بیولوژیکی آن می شوند. افزایش سطح مواد آلی در خاک به بهبود چرخه مواد مغذی کمک کرده و رشد سالم گیاهان را تضمین می کند.

اهمیت مواد آلی در بهبود خاک و تغذیه گیاهان

مواد آلی نقش بسیار مهمی در بهبود کیفیت خاک و تأمین نیازهای تغذیه ای گیاهان دارند. این ترکیبات به عنوان یک منبع مهم برای عناصر غذایی ضروری گیاهان مانند نیتروژن، فسفر و پتاسیم عمل کرده و از طریق تجزیه تدریجی، این مواد را در دسترس ریشه گیاه قرار می دهند.

افزایش مواد آلی در خاک باعث بهبود ساختار فیزیکی آن می شود. خاک هایی که دارای مقدار مناسبی از مواد آلی هستند، دارای ساختاری متخلخل و دانه بندی بهتری هستند که این ویژگی به نفوذپذیری آب و هوادهی خاک کمک می کند. از طرف دیگر، مواد آلی با افزایش ظرفیت نگهداری آب، میزان رطوبت خاک را بهبود داده و از خشک شدن سریع آن جلوگیری می کنند.

مواد آلی همچنین تأثیر مستقیمی بر فعالیت میکروبی و بیولوژیکی خاک دارند. میکروارگانیسم ها از مواد آلی به عنوان منبع انرژی استفاده کرده و به تجزیه آن کمک می کنند. این فرایند باعث افزایش دسترسی گیاهان به مواد مغذی و بهبود عملکرد خاک می شود.

عملکرد بیولوژیکی مواد آلی

مواد آلی نقش مهمی در افزایش فعالیت بیولوژیکی خاک دارند. میکروارگانیسم های خاک مانند باکتری ها، قارچ ها و سایر موجودات ذره بینی برای رشد و تکثیر خود به مواد آلی نیاز دارند. این موجودات در فرایندهای مهمی مانند تجزیه بقایای گیاهی، تثبیت نیتروژن و تجزیه ترکیبات آلی به مواد مغذی قابل جذب برای گیاهان نقش دارند.

افزایش مواد آلی در خاک باعث افزایش تنوع زیستی و فعالیت میکروبی می شود. این موضوع به تعادل اکوسیستم خاک کمک کرده و از بروز بیماری های خاکزاد جلوگیری می کند. بسیاری از میکروارگانیسم ها ترکیباتی را ترشح می کنند که به بهبود ساختار خاک و افزایش توانایی آن در نگهداری آب و مواد مغذی کمک می کند.

تأمین مواد مغذی مورد نیاز گیاهان

یکی از مهم ترین مزایای مواد آلی، توانایی آنها در تأمین مواد مغذی ضروری برای رشد گیاهان است. این ترکیبات حاوی مقادیر قابل توجهی از عناصر غذایی مانند نیتروژن، فسفر، پتاسیم، کلسیم، منیزیم و گوگرد هستند که به تدریج آزاد شده و در دسترس گیاه قرار می گیرند.

فرایند تجزیه مواد آلی توسط میکروارگانیسم ها باعث آزادسازی عناصر غذایی می شود. به عنوان مثال، باکتری های خاک قادر به تبدیل نیتروژن آلی به شکل معدنی هستند که گیاهان می توانند از آن استفاده کنند. همچنین، مواد آلی باعث افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی خاک شده و عناصر مغذی را در خود نگه می دارند تا از شسته شدن آنها جلوگیری شود.

نقش مواد آلی در بهبود ساختار خاک

ساختار خاک تأثیر زیادی بر رشد گیاهان و میزان دسترسی آنها به مواد مغذی و آب دارد. مواد آلی با افزایش پایداری خاکدانه ها، ساختار خاک را بهبود داده و از فشردگی خاک جلوگیری می کنند.

خاک هایی که دارای مقدار کافی از مواد آلی هستند، دارای تخلخل بیشتری هستند که این ویژگی به نفوذ بهتر آب و اکسیژن به ریشه گیاه کمک می کند. همچنین، افزایش پایداری خاکدانه ها باعث کاهش فرسایش خاک و بهبود توانایی آن در حفظ مواد مغذی می شود.

تأثیر مواد آلی بر ظرفیت نگهداری آب

مواد آلی به عنوان یک اسفنج طبیعی عمل کرده و قادر به جذب و نگهداری حجم زیادی از آب هستند. این ویژگی به ویژه در خاک های شنی که ظرفیت نگهداری آب پایینی دارند، بسیار مفید است.

افزایش مواد آلی در خاک باعث افزایش توانایی آن در حفظ رطوبت می شود. این موضوع به کاهش استرس خشکی برای گیاهان کمک کرده و میزان آبیاری مورد نیاز را کاهش می دهد. همچنین، مواد آلی باعث افزایش نفوذپذیری آب در خاک شده و از تشکیل رواناب سطحی جلوگیری می کنند.

کاهش فرسایش خاک با استفاده از مواد آلی

فرسایش خاک یکی از مشکلات اساسی در کشاورزی است که می تواند منجر به کاهش حاصلخیزی و از دست رفتن خاک سطحی شود. مواد آلی با افزایش پایداری خاکدانه ها و بهبود ساختار خاک، از فرسایش جلوگیری می کنند.

افزایش مقدار مواد آلی باعث کاهش رواناب سطحی و افزایش نفوذپذیری آب در خاک می شود. این ویژگی به تثبیت خاک و جلوگیری از شسته شدن مواد مغذی کمک می کند. همچنین، بقایای گیاهی و مواد آلی باعث افزایش پوشش سطحی خاک شده و از تأثیر مستقیم قطرات باران بر خاک جلوگیری می کنند که این امر یکی از عوامل مهم در کاهش فرسایش خاک است.

روش‌های افزایش مواد آلی در خاک

افزایش مواد آلی در خاک یکی از مهم‌ترین اقدامات برای بهبود کیفیت خاک، افزایش حاصلخیزی و بهینه‌سازی رشد گیاهان است. مواد آلی به عنوان منبع اصلی مواد مغذی و عاملی برای بهبود ساختار خاک عمل می‌کنند. روش‌های مختلفی برای افزایش این مواد در خاک وجود دارد که شامل کاهش خاک‌ورزی، استفاده از کودهای آلی و بقایای گیاهی و همچنین آزمایش خاک برای بهینه‌سازی تغذیه گیاهان می‌شود. اجرای این روش‌ها می‌تواند موجب افزایش فعالیت میکروبی، بهبود ظرفیت نگهداری آب و کاهش فرسایش خاک شود.

کاهش خاک ‌ورزی و حفظ بقایای گیاهی

یکی از راهکارهای مؤثر برای افزایش مواد آلی در خاک، کاهش عملیات خاک‌ورزی و حفظ بقایای گیاهی در سطح خاک است. خاک‌ورزی بیش‌ازحد باعث تجزیه سریع‌تر مواد آلی و کاهش کربن آلی خاک می‌شود. همچنین، این فرایند می‌تواند منجر به تخریب ساختار خاک و کاهش فعالیت میکروبی شود.

کاهش خاک‌ورزی به معنی کاهش دفعات شخم و استفاده از روش‌های کم‌خاک‌ورزی یا بدون خاک‌ورزی است. در روش‌های بدون خاک‌ورزی، بقایای گیاهی پس از برداشت محصول روی سطح خاک باقی می‌مانند و به تدریج تجزیه شده و به مواد آلی تبدیل می‌شوند. این روش نه‌تنها مواد آلی خاک را افزایش می‌دهد، بلکه از فرسایش خاک نیز جلوگیری می‌کند.

بقایای گیاهی شامل ریشه‌ها، ساقه‌ها و برگ‌های باقی‌مانده از محصولات کشاورزی هستند که پس از برداشت، روی زمین باقی می‌مانند. این بقایا به‌عنوان یک منبع غنی از مواد آلی و عناصر مغذی، به حفظ رطوبت خاک و افزایش فعالیت میکروبی کمک می‌کنند. همچنین، پوشش بقایای گیاهی روی خاک باعث کاهش تبخیر آب، حفظ رطوبت و کاهش تغییرات دمایی خاک می‌شود که این شرایط برای رشد میکروارگانیسم‌های مفید ضروری است.

استفاده از کودهای آلی و بقایای گیاهی

کودهای آلی یکی از مهم‌ترین منابع افزایش مواد آلی در خاک محسوب می‌شوند. این کودها شامل کودهای حیوانی، کمپوست، کود سبز و بقایای گیاهی هستند که می‌توانند نقش مهمی در بهبود کیفیت خاک و افزایش حاصلخیزی آن داشته باشند.

کودهای حیوانی مانند کود گاوی، گوسفندی و مرغی سرشار از مواد آلی و عناصر مغذی موردنیاز گیاهان هستند. این کودها نه‌تنها باعث افزایش مواد آلی خاک می‌شوند، بلکه به بهبود ساختار خاک، افزایش ظرفیت نگهداری آب و تحریک فعالیت میکروبی کمک می‌کنند. استفاده صحیح از کودهای حیوانی می‌تواند موجب افزایش هوموس در خاک و بهبود دسترسی گیاهان به مواد مغذی شود.

کمپوست نیز یک کود آلی مفید است که از تجزیه بقایای گیاهی و مواد آلی تهیه می‌شود. این ماده دارای ترکیبات غنی از نیتروژن، فسفر، پتاسیم و سایر عناصر ضروری برای رشد گیاهان است. استفاده از کمپوست باعث بهبود خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک، افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی و کاهش نیاز به کودهای شیمیایی می‌شود.

کود سبز یکی دیگر از روش‌های افزایش مواد آلی در خاک است. این روش شامل کاشت گیاهان خاصی مانند شبدر، ماشک یا اسپرس در فصول غیرکشت و سپس شخم زدن آنها در خاک برای افزایش مواد آلی است. کود سبز علاوه بر تأمین مواد آلی، باعث بهبود ساختار خاک، تثبیت نیتروژن و افزایش فعالیت میکروبی می‌شود.

استفاده از بقایای گیاهی نیز نقش مهمی در افزایش مواد آلی دارد. باقی‌مانده‌های محصولات زراعی مانند کاه، کلش و برگ‌های خشک شده را می‌توان به خاک اضافه کرد تا تجزیه شده و مواد آلی موردنیاز خاک را تأمین کنند. این مواد علاوه بر افزایش حاصلخیزی، از فرسایش خاک جلوگیری کرده و به حفظ رطوبت کمک می‌کنند.

آزمایش خاک و بهینه‌سازی تغذیه گیاهان

آزمایش خاک یکی از اقدامات مهم برای بهینه‌سازی مدیریت مواد آلی و تأمین تغذیه گیاهان است. با انجام آزمایش خاک، می‌توان میزان مواد آلی، عناصر غذایی و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک را ارزیابی کرد و بر اساس آن، برنامه‌ای مناسب برای بهبود کیفیت خاک تدوین کرد.

آزمایش خاک شامل اندازه‌گیری درصد مواد آلی، pH، ظرفیت تبادل کاتیونی و مقدار عناصر مغذی مانند نیتروژن، فسفر و پتاسیم است. بر اساس نتایج این آزمایش، می‌توان تصمیم گرفت که چه مقدار و چه نوع کودهای آلی یا معدنی برای تأمین نیازهای گیاه و افزایش مواد آلی خاک موردنیاز است.

بهینه‌سازی تغذیه گیاهان نیز از طریق برنامه‌ریزی دقیق برای استفاده از کودهای آلی و مواد اصلاح‌کننده خاک انجام می‌شود. به‌عنوان مثال، در خاک‌هایی که دارای کمبود مواد آلی هستند، می‌توان از ترکیب کودهای آلی مانند کمپوست و کودهای حیوانی همراه با کودهای بیولوژیک استفاده کرد تا فعالیت میکروبی خاک افزایش یابد.

علاوه بر این، استفاده از روش‌های کشت تناوبی و کاشت گیاهان پوششی می‌تواند به حفظ و افزایش مواد آلی خاک کمک کند. گیاهان پوششی با افزایش حجم ریشه‌ها و تولید بقایای گیاهی بیشتر، موجب بهبود ساختار خاک و افزایش میزان مواد آلی آن می‌شوند.

در مجموع، افزایش مواد آلی در خاک نیازمند اجرای روش‌های متنوعی مانند کاهش خاک‌ورزی، استفاده از کودهای آلی، حفظ بقایای گیاهی و انجام آزمایش‌های منظم خاک است. اجرای این راهکارها می‌تواند منجر به بهبود کیفیت خاک، افزایش رشد گیاهان و پایداری سیستم‌های زراعی شود.