فرسایش خاک چیست | علل، انواع و راههای جلوگیری

مقدمه

تفاوت زراعی و تنوع ژنتیکی از دیر باز به عنوان ارکان سیستمهای تولید کشاورزی سنتی و موفق به شمار می‌آمده‌اند. در نیمه اول قرن بیستم، تفاوت زراعی مورد توجه بسیار قرار داشت و تا چند دهه پیش نیز پژوهشهای مربوط به تناوب همچنان ادامه داشت با پایان گرفتن جنگ جهانی دوم، کودها ازته نسبتاً ارزان قیمت به بازار معرفی شدند و بدین ترتیب جاذبه‌ای اقتصادی موجب جایگزینی کودها با تناوب زراعی گردید و تحقیقات و ترویج نیز بر همین مبنا متمرکز شدند. این امر تا بدین جا پیش رفت که امروزه بسیاری از زراعین، حاصلخیزی خاک را با میزان مصرف کود برابر می‌دانند. قبل از معرفی کودهای شیمیایی، استفاده از بقولات در تناوب برای بهبود حاصلخیزی خاک به عنوان یک شیوه مهم و رایج مدیریتی به شمار می‌آمد. به منظور افزایش ازت و در نتیجه بهبود حاصلخیزی خاک، از دو نوع بقولات استفاده می‌شد. در بقولات یکساله دانه‌ای و بقولات علوفه‌ای چند ساله به عنوان کود سبز. آنچه که اجرای تناوب زراعی را در حال حاضر پیچیده می‌سازد وجود برخی عوامل اقتصادی است که مزایای بیولوژیک این شیوه مدیریتی را تحت الشعاع قرار می‌دهند، یقیناً هیچ کشاورزی راضی به جایگزین کردن محصولات پر بازده خود مثل غلات با دیگر گیاهان به نسبت کم بازده نیست. البته در نظام‌هایی که تناوب اجرا می‌شود در مقایسه با نظام‌های تک کش تی حتی اگر کود ازت در آنها به اندازه کافی مصرف شده باشد عملکرد محصولات غالباً ۱۰ تا ۴۰ درصد بیشتر است. حاصلخیزی پایدار خاک به مفهوم قابل دسترس بودن دائمی عناصر غذایی برای گیاه است. حاصلخیزی پایدار هنگامی تحقق می‌یابد که تمامی عناصر غذایی جذب شده توسط گیاهان به خاک برگردد به طوری که این عناصر بتوانند مجدداً مورد استفاده این گیاهان قرار گیرند در چنین وضعیتی است که چرخه عناصر غذایی شکل می‌گیرد. تناوب اساسی نظام‌های طبیعی و زراعی در آن است که در نظام‌های زراعی مقدار نسبتاً زیادی از عناصر غذایی از طریق برداشت محصول از سیستم خارج می‌شود؛ بنابراین در صورت استفاده مداوم از نظام‌های مذکور لازم است که عناصر غذایی مصرف شده در آن ها به طریقی جای گزین شوند. در سیستمهای فعلی چرخه عناصر غذایی به طور کامل بسته نمی‌شوند، زیرا این عناصر دائماً به چرخه یاد شده اضافه شده و یا از آن خارج می‌شوند وسبب به حداقل رساندن تلفات حاصل خیزی خاک در نظام‌های کشاورزی پایدار است.

فرسایش خاک و دامنه گسترش آن

یکی از مشکلاتی که بشر از آغاز زراعت بر روی زمین با آن مواجه بوده، فرسایش سریع خاکها توسط باد و آب است. هر چند امروزه با این مسأله نسبت به روزهای وقوع طوفانهای شن در امریکا ـ که در سالهای ۱۹۳۰ اتفاق افتاد ـ کمتر احساسی برخورد می‌شود ولی باز هم از اهمیت آن کاسته نشده است. فرسایش خاک هنوز هم در امریکا و بسیاری از مناطق نیمه خشک دنیا از معضلات به شمار می‌رود و در کشورهایی که آب و هوای معتدل دارند از جمله انگلستان، بلژیک، و آلمان به عنوان یکی از مسائل خطرناک تلقی می‌شود. این مشکل در ایران که بخش وسیع آن را کویرها در بر گرفته و خاک از پوشش مناسبی برخوردار نیست بسیار بارز و چشمگیر است.

جلوگیری از فرسایش خاک که در واقع معنی آن کاهش میزان تلفات خاک است، به حدی که سرعت فرسایش تقریباً برابر سرعت طبیعی تلفات خاک گردد، بستگی به انتخاب استراتژیهای مناسب در حفاظت خاک دارد. این امر مستلزم شناخت تمامی فرآیندهای فرسایش است. عواملی که بر میزان فرسایش مؤثرند عبارتند از: بارندگی، رواناب، باد، خاک، شیب، پوشش گیاهی، وجود یا عدم وجود تمهیدات حفاظتی و چندین عامل دیگر.

فرآیندها و مکانیسمهای فرسایش

فرسایش خاک شامل دو مرحله است: یکی جدا شدن ذرات از توده خاک و دیگری انتقال مواد توسط یک عامل فرسایشی مانند جریان آب یا باد. هنگامی که انرژی برای انتقال مواد کافی نباشد مرحله سومی بنام ته‌نشینی نیز ظاهر می‌شود.

برخورد قطرات باران با زمین مهمترین عامل جدا کننده ذرات خاک است. در اثر برخورد قطرات باران با یک خاک لخت ذرات خاک از جا کنده و تا شعاع چند سانتی متری در هوا پراکنده می‌شوند. برخورد مداوم قطرات شدید باران به سطح زمین موجب تضعیف خاکدانه‌ها می‌گردد. علاوه بر این، فرایندهای هوازدگی، چه به صورت مکانیکی از راه خشک و مرطوب شدن متناوب یا گرم و سرد شدن و یا یخ زدگی و چه به صورت بیوشیمیایی، موجب تخریب خاک می‌شود. خاک از یک طرف با عملیات شخم زیر و رو و از طرف دیگر توسط انسان و دام فشرده می‌شود. جریان آب نیز یکی از عوامل جدا کننده ذرات خاک است. کلیه این عوامل باعث شل شدن ذرات خاک می‌شوند به نحوی که به آسانی توسط عوامل انتقال دهنده به حرکت در می‌آیند.
عوامل انتقال دهنده خود به دو دسته تقسیم می‌شوند: یکی عواملی که قبلاً عمل نموده و باعث جدا شدن لایه‌های یکنواخت ذرات خاک شده‌اند و دیگری عواملی که نقش خود را در آبراهه‌ها متمرکز می‌سازند. از عوامل گروه اول می‌توان تصادم قطرات باران و یا باد و رواناب سطحی را نام برد. منظور از رواناب لایه بسیار نازک جریان آب در سطح زمین است. عامل دوم جریان آب در آبراهه‌هاست. آبراهه‌ها ممکن است شیارهای کوچکی باشند که در اثر هوازدگی یا شخم به وجود آمده‌اند یا جویهای بزرگ دائمی‌تر مانند خندقها و رودخانه ها. به این عوامل، که به صورت خارجی عمل نموده و در واقع مواد را از نقطه ای برداشت و در سطح زمین جابجا می‌کند، باید حرکات توده ای خاک از قبیل جریانهای خاک، زمین لغزه ها و خزشها را نیز اضافه نمود. در فرایندهای مذکور آب در داخل خاک اثر کرده و باعث کم شدن مقاومت آن می‌گردد. به همین دلیل آن را فرسایش داخلی می‌نامند.

شدت فرسایش به مقدار موادی که از جا کنده می‌شود و توان عامل فرسایشی در انتقال این مواد بستگی دارد. اگر توان عوامل انتقال دهنده بیش از مقدار ماده ای باشد که از جا کنده می‌شود در این صورت فرسایش از نظر جدا کردن ذرات در محدودیت خواهد بود و اگر مقدار مواد جدا شده از بستر بیش از مقداری باشد که انتقال داده می‌شود در این صورت فرسایش از لحاظ انتقال دارای محدودیت خواهد بود.
تشخیص این که کدام یک از این عوامل (جدا شدن یا انتقال) محدود کننده است بسیار حائز اهمیت است زیرا موفقیت یا شکست برنامه های حفاظت خاک متکی بر عملیاتی است که در آن باید یکی از این فاکتورها اصلاح شود.

اثرات فرسایش در کاهش حاصلخیزی خاک

اصول حفاظت خاک

طبق تخمین متخصصان سازمان خواروبار جهانی بیش از ۴۰ درصد اراضی زیر کشت کشورهای خاورمیانه تحت تأثیر عوامل فرسایش آبی و بادی می‌باشند.

تخریب خاک از دو نظر قابل اهمیت است؛ تخریب از نظر کمی و تخریب از نظر کیفی. تخریب کمی همان کاهش ضخامت خاک و از بین رفتن مواد می‌باشد. تخریب کیفی عبارت است از شور شدن، کاهش تدریجی حاصلخیزی، مدفون شدن خاک توسط شنهای روان و غیره است.

واحدها و معیارهای تخریب خاک

نوع تخریب واحدهای اندازه گیری فرسایش آبی از بین رفتن خاک بر حسب تن در هکتار، فرسایش بادی از بین رفتن خاک بر حسب تن در هکتار، شور شدن افزایش شوری بر حسب میلی موس در سانتیمتر، در سال قلیائی شدن افزایش قلیائیت بر حسب درجه اشباع سدیم تبادلی، در سال اسیدی شدن کاهش درجه اشباعی بازها، در سال مسمومیت افزایش مواد معدنی سمی بر حسب PPm ،در سال تخریب فیزیکی افزایش وزن مخصوص ظاهری بر حسب گرم در سانتیمتر مربع است. بر این اساس می‌توان گفت که تخریب خاک مسئله کوچکی نیست و در حقیقت حاصلخیزی خاک فقط مسئله کود شیمیایی و آلی نیست بلکه به هزار و یک عامل بستگی دارد.

مواد آلی و شیمیایی خاک نیز در این رابطه دارای اهمیت می‌باشند زیرا این مواد بر پایداری خاکدانه ها مؤثرند. مثلاً خاکهایی که کربن آلی در آنها از ۲ درصد ـ معادل ۵/۳ درصد مواد آلی ـ کمتر باشد جزء خاکها قابل فرسایش به حساب می آیند. در اغلب خاکها مقدار مواد آلی کمتر از ۱۵ درصد و در خاکهای لومی شنی کمتر از ۲ درصد است. ورنی، وان وین، پال ثابت کرده‌اند که با افزآیش مواد آلی در خاک در محدوده صفر تا ۱۰ درصد قابلیت فرسایش بطور خطی کاهش می‌یابد. البته این رابطه را نمی‌توان برای بیش از ۱۰ درصد صادق دانست زیرا برخی خاکها مانند پیت که محتوی مقدار زیادی مواد آلی هستند در مقابل باد و آب سریعاً فرسایش پذیرند. هم چنین برخی خاکها که مقدار مواد آلی آنها کم است بسیار محکم شده و لذا در شرایط خشک نسبت به فرسایش مقاومت زیادی نشان می‌دهند.

کوششهای زیادی به عمل آمده است تا بر اساس خصوصیتهای خاک که در آزمایشگاه یا صحرا اندازه گیری می‌شود و یا عکس العمل خاک در قبال بارندگی و باد شاخص ساده ای را برای قابلیت فرسایش به دست آورد.

کلاسهای قابلیت اراضی (سیستم امریکایی)

کلاس خصوصیتها و توصیه برای بهره برداری از زمین‌ها

I – خاکهای عمیق، حاصلخیز، قابل کار، و زمین های نسبتاً مسطح، مواجه با خطر فرسایش روی زمین نیستند، پس از کاشت با خطری مواجه نمی شوند، استفاده از کود و آهک و تناوب برای حفظ حاصلخیزی و ساختمان خاک لازم است.

II – شیب ملایم و خاکهای حاصلخیز، عمق متوسط، تا اندازه‌ای تحت تأثیر جریان روی زمین می‌باشد، ممکن است به زهکش نیاز داشته باشند، پس از کشت مواجه شدن با خطرات مختلف در آن متوسط است، باید تناوب زراعی و سیستمهای کنترل آب و اقدامات موضعی کنترل فرسایش در آنها به عمل آید.

III – شیب نسبتاً زیاد، حاصلخیزی متوسط، با خطر فرسایش شدیدتر مواجه هستند، گیاهان پس از کاشت با خطرات مختلف روبرو می‌شوند بهتر است بجای گیاهان ردیفی زیر کشت گیاهان علوفه‌ای قرار گیرند.

IV –  خاکهای خوب روی شیبهای تند، خطر فرسایش شدید، اگر مراقبت به عمل آید  مورد استفاده زراعت هم می‌تواند قرار گیرد، بهتر است به عنوان مرتع استفاده شود  ولی هر ۵ تا ۶ سال یکبار غلات هم می‌توان کشت کرد.

V -خاک ممکن است بسیار مرطوب و یا برای کشاورزی سنگ لاخی باشد، ولی شیب این اراضی نسبتاً کم است. خطر فرسایش در آنها اندک می‌باشد. از این زمین‌ها بایستی به عنوان مرتع و جنگل استفاده شود. در هنگام چرا باید پوشش گیاهی از نظر فرسایش تحت کنترل قرار گیرد.

VI -خاکهای کم عمق روی شیبهای تند، مورد استفاده مرتع یا جنگلکاری، چرای دام باید با کنترل صورت گیرد، اگر پوشش گیاهی از بین رفت تا استقرار مجدد آن از چرا جلوگیری شود.

VII -زمین های پرشیب، ناهموار، فرسایش پذیر، هم چنین مشتمل بر زمین های باتلاقی. حتی اگر برای مرتع استفاده شود خطراتی در برخواهد داشت، محدودیت چرای دام.

VIII – زمین های بسیار ناهموار، حتی برای چرای دام نامناسب است. بهتر است برای استفاده حیات وحش اختصاص داده شود.

کلاس I تا IV مناسب برای کشاورزی

کلاس V تا VIII نامناسب برای کشاورزی

استراتژیهای کنترل فرسایش خاک

هدف از عملیات حفاظتی خاک آن است که میزان تلفات خاک از حد معینی پایین تر نگهداشته شود تا امکان بهره برداری از زمین به مدت طولانی فراهم گردد. به لحاظ نظری این حد برابر سرعت طبیعی تولید خاک است. به عبارت دیگر عملیات حفاظت خاک باید شرایطی را ایجاد کند که در آن سرعت تشکیل خاک و سرعت فرسایش خاک برابر باشد. یکی دیگر از هدفهای حفاظت خاک جلوگیری از هدر رفتن مواد غذائی زمین و جلوگیری از آلودگی آبهاست. ممانعت از پر شدن سریع مخازن سدها و کانالهای آبیاری از رسوب نیز از هدفهای دیگر کنترل فرسایش است. البته فرسایش خاک یک پدیده طبیعی است و جلوگیری از آن امکان پذیر نمی‌باشد ولی می‌توان آن را تا حد معینی پایین نگهداشت. تصمیم‌گیری در مورد این که این حد تا چه اندازه باید باشد بستگی به نیازها و هدفهای پروژه های آبخیزداری دارد.

روشهای حفاظت خاک

محافظت خاک در مقابل اثر تخریبی قطرات باران

افزآیش ظرفیت نفوذ آب در خاک به منظور کاهش رواناب

بهبود بخشیدن به پایداری خاکدانه ها

افزآیش زبری سطح خاک به منظور کاهش سرعت آب یا باد

برای رسیدن به هدفهای فوق انواع روشها به کار گرفته می‌شود که می‌توان آنها را در سه گروه عملیات زراعی، عملیات مدیریت خاک و عملیات مکانیکی طبقه بندی کرد.

در روشهای زراعی یا بیولوژیکی سعی بر این است تا از نقش پوشش گیاهی در جلوگیری از فرسایش سود جسته شود. در عملیات مدیریت خاک روشهایی دنبال می‌شود تا در اثر اجرای آنها ساختمان خاک بهبود یابد، و امکان رشد گیاه به نحوی که منجر به پوشش انبوه گیاه گردد فراهم آید. روشهای فیزیکی یا مکانیکی به خصوصیتهای پستی و بلندی سطح زمین بستگی دارد. مثلاً با احداث تراس و بادشکن از سرعت جریان آب یا باد کاسته می‌شود. بطور خلاصه روشهای مکانیکی به روشهایی گفته می شود که به منظور کاهش انرژی موجود برای فرسایش به کار می‌رود. در روشهای مدیریت خاک مقاومت زمین نسبت به فرسایش افزایش داده می‌شود و در روشهای زراعی سطح خاک در مقابل فرسایش محافظت می‌شود.

در هنگام تصمیم گیری برای انجام عملیات حفاظت خاک همیشه اولین اولویت به عملیات زراعی داده می‌شود. زیرا این روشها نسبتاً ارزان بوده و اثر مستقیم آنها کاهش اثر تخریبی باران ، افزآیش نفوذ آب در خاک، کاهش دادن حجم رواناب و تقلیل سرعت باد یا باران است. علاوه بر این کاربرد عملیات زراعی در هر شرایطی امکان پذیر می‌باشد. از طرف دیگر روشهای مکانیکی نسبتاً غیر مؤثرند زیرا نقشی در جلوگیری از جدا شدن ذرات خاک از بستر ندارند. نقش اصلی این عملیات کمک به روشهای زراعی است. بدین ترتیب که از سرعت بخشیدن به جریان آب یا باران ممانعت به عمل می‌آورند. اجرای عملیات مکانیکی معمولاً پر هزینه و نگهداری آنها مشکل است. گذشته از این برای زارعین معمولی ایجاد تراس یا کارهای مشابه با آن آسان نیست.

مدیریت خاک

هدف از انجام عملیات مدیریتهای خاک حاصلخیز نگهداشتن و حفظ ساختمان خاک است. حاصلخیز بودن خاک یعنی تولید بیشتر، پوشش گیاهی مناسب و به حداقل رساندن اثر مخرب قطرات باران ، رواناب و باد. چنین خاکهایی معمولاً دارای ساختمانی پایدار و دانه ای بوده و در اثر عملیات کشاورزی از نفوذ پذیری آن کاسته نمی‌شود بنابراین حاصلخیزی خاک را باید به عنوان کلید حفاظت خاک تلقی کرد.

مواد آلی خاک

یکی از راههای حاصلخیز کردن زمینها، دادن مواد آلی به آن است. مواد آلی چسبندگی ذرات خاک را افزایش می‌دهد، ظرفیت نفوذ آب به داخل خاک را بهبود بخشیده و عملی مطلوب در جهت حفظ پایداری خاکدانه‌هاست.
دادن مواد آلی به خاک می‌تواند به صورتهای مختلف باشد، مانند اضافه کردن کود سبز به خاک، دادن کود حیوانی تخمیر شده و پخش کاه و کلش در سطح زمین. مفید بودن مواد آلی در خاک از روی ضریب ایزوهومیک آنها سنجیده می‌شود. ضریب ایزوهومیک عبارت است از مقدار هوموس تولیدی به ازای هر واحد ماده آلی. کودهای سبز که معمولاً از علوفه های لگومینوز تشکیل شده است و همراه با شخم به خاک اضافه می شود در پایداری خاکدانه ها بسیار مؤثر است. ضریب ایزوهومیک این کودها کم و در نتیجه دوام آنها کوتاه است. بر عکس گاه به کندی تجزیه می‌شود ولی ضریب ایزوهومیک آن زیاد است. کودهایی که قبلاً تخمیر شده باشند نیز مدتی طول می‌کشد تا بتوانند در پایداری خاک مؤثر واقع شوند اما ضریب ایزوهومیک آنها بالاست.

نتیجه گیری

با توجه به مطالب فوق و با بررسی‌هایی که تا کنون درباره اهمیت فرسایش چه در کشورهای جهان و چه در ایران انجام داده‌اند متوجه می‌شویم اهمیت جلوگیری از تخریب خاک در حفظ و حراست آن که بزرگترین ثروت ملی یک مملکت است باید در رأس تمام مسائل قرار گیرد.

برای حفظ خاک در مقابل عوامل تخریبی مسلماً روشهای متعددی وجود دارد ولی قبل از وارد شدن به اصل مطلب لازم است یادآوری نمائیم که در تمام برنامه ریزیها مسئله‌ای را که می‌باید به آن توجه نمود نگهداری و حراست عوامل مهم محیط یا اکولوژیکی است. هر زمان بدون مطالعه و بدون بررسیها بخواهیم یکی از عوامل محیط را تغییر بدهیم مسلماً تخریب خاک شروع می‌شود.

روشهای جلوگیری از فرسایش بادی یا آبی که پیشنهاد می‌نمایند برای جانشین نمودن پوشش گیاهی است. مسلماً اگر استفاده از پوشش گیاهی با دقت انجام گیرد مسئله فرسایش از اهمیتش فوق العاده کاسته خواهد گردید.