اثر رطوبت خاک، سرعت پیشروی و دفعات عبور تراکتور بر تراکم پذیری

پرویز احمدی مقدم، آرش محبی، کاظم شهیدی

1- اعضای هیات علمی گروه مکانیک ماشین‌های کشاورزی دانشگاه ارومیه


چکیده
تراکم خاک‌های کشاورزی در سال‌های اخیر با توجه به افزایش اندازة تراکتورها و تردد آنها در زمین‌های کشاورزی یکی از مشکلات اصلی کشاورزان و از عوامل مهم کاهش عملکرد محصول در برخی از مناطق می‌باشد. در این تحقیق، به منظور بررسی اثرات تراکتورهای غالب ایران (تراکتور مسی فرگوسن مدل 285) بر تراکم خاک، اثرات تردد تراکتور (در دو سطح یک و سه بار عبور) در رطوبت‌های مختلف خاک (سه سطح حد خمیری، 8/0 حد خمیری و 6/0 خمیری) با دو سرعت پیشروی کم و متوسط در مزرعة کشاورزی دانشگاه ارومیه با اندازه‌گیری شاخص‌های تراکم شامل چگالی مخصوص ظاهری و شاخص مخروطی در تابستان سال 1384بررسی شد. آزمایشات بصورت طرح فاکتوریل با یک عامل اصلی و سه بار تکرار انجام شد.نتایج در سه عمق مختلف 10-0 ، 20-10 و 30-20 سانتی متر تجزیه و تحلیل گردید. بررسی نتایج نشان می‌دهد که تیمارهای رطوبت خاک و تعداد دفعات عبور تراکتور در عمق‌های اول و دوم در سطح 5% اختلاف معنی داری بر (CI) ایجاد کرده است. ولی برای عمق سوم اثری نداشته است. همچنین تیمار رطوبت در سطح 5% فقط در عمق دوم اثر معنی داری بر مقدار (BD)‌ داشته است. همچنین نتایج نشان می‌دهد که بیشترین افزایش تراکم در عمق 15-10 سانتی متر اتفاق می‌افتد و در عمق‌های پایین‌تر از 20 سانتی متر به دلیل سبک بودن تراکتور، تغییرات معنی داری در مقدار تراکم ایجاد نشده است. بنابراین مسئله تشکیل لایة سخت شدة زیرین برای کار با این نوع تراکتوردر شرایط آزمایش شده وجود ندارد. نتایج نشان می‌دهد که خاک در رطوبت حد خمیری بیشترین واکنش را نسبت به تراکم نشان می‌دهد، بنابراین باید از تردد تراکتور در این محدودة‌ رطوبتی جلوگیری شود.
کلیدواژه: رطوبت خاک، تراکم، خاک ورزی، شاخص مخروطی، چگالی مخصوص ظاهریمقدمه
حفظ نسبت‌های مناسب بین فازهای جامد، مایع و گاز خاک اهمیت ویژه‌ای دارد. این نسبت‌ها فقط در بعضی خاک‌ها و در شرایط اقلیمی خاص و فعالیت صحیح انسانی حاصل می‌شود. با ورود ماشین به مزرعه فاز جامد خاک در حجم معین افزایش یافته و فاز گازی آن کاهش می‌یابد. از جمله شاخص‌های نشان دهندة تخریب ساختمان فیزیکی خاک، تراکم خاک می‌باشد. تراکم خاک بوسیله افزایش در چگالی ظاهری خاک (جرم فاز جامد به حجم کل)، یا کاهش تخلخل تعریف می‌شود(1). تراکم خاک ممکن است به دلایل طبیعی مانند برخورد قطرات باران،‌ خشک شدن تدریجی خاک یا عوامل غیر طبیعی مانند عبور ماشین و ادوات خاکورزی صورت گیرد. گرچه کشاورزان از گذشته، به علت استفاده از حیوانات و ادوات کشاورزی، کم و بیش با مسئله تراکم خاک روبرو بودند ولی از اواسط قرن بیستم به دلیل بزرگی و سنگینی ماشین‌های کشاورزی این مسئله بصورت یک مشکل اساسی در مقابل کشاورزان بروز کرد(2). مهمترین اثرات تراکم خاک بر محصول را می‌توان بصورت حساسیت بیش از حد گیاه به خشکی، تهویه ناکافی، کاهش جذب آب توسط گیاه، کاهش بازده عناصر غذایی، رشد غیر یکنواخت گیاهان، کند شدن جوانه زنی، سیستم ریشه‌ای بد شکل و نهایتاٌ کاهش محصول بیان کرد. تراکم خاک قابلیت نفوذ ریشه را کاهش می‌دهد. همچنین تحقیقات نشان می‌دهدکه خروج در خاک‌های متراکم افزایش می‌یابد(10).
از دیدگاه مهندسین ماشین‌های کشاورزی، تراکم خاک باعث افزایش مقاومت مکانیکی خاک شده و به تبع آن افزایش نیروی کششی، افزایش مصرف سوخت، افزایش زمان انجام کار و افزایش سائیدگی ادوات کشاورزی را به دنبال خواهد داشت. بر طبق تحقیقات انجام شده در حدود 60% از انرژی مکانیکی مورد مصرف در کشاورزی مکانیزه صرف عملیات خاکورزی و تهیه بستر بذر می‌گردد (11).
مهم‌ترین عامل محیطی موثر بر تراکم خاک‌های کشاورزی در هنگام عملیات خاک‌ورزی رطوبت خاک می‌باشد. اسپور و گادوین (16) رطوبت مطلوب برای انجام عملیات خاک‌ورزی را پایین‌تر از حد خمیری[1] خاک می‌دانند. آلمارس و همکاران (8) اظهار می‌دارند این رطوبت در سه بافت خاک لوم رسی سیلتی، لوم رسی و لومی در دامنة رطوبتی 9/0 حد خمیری است. پیلیوسنین (14) این رطوبت را معادل 40% تخلخل می‌داند. به گزارش گومن و لال (7)، رطوبت خاک حتی در زمان برداشت می‌تواند عامل مهمی در رابطه با تراکم باشد. با افزایش رطوبت، تراکم خاک در اثر عبور تراکتور افزایش می‌یابد و در نقطه بحرانی رطوبت، بیشترین تراکم را خواهد داشت.
مواد آلی خاک، دامنة رطوبتی مطلوب برای تردد ماشین‌های کشاورزی را افزایش می‌دهد. بعنوان مثال، در یک خاک با 7% ماده آلی، رطوبت 2/52 % وزنی، حداکثر رطوبت مطلوب برای انجام عملیات خاکورزی می‌باشد. در حالیکه اگر در همان خاک مادة آلی وجود نداشته باشد، خاک در رطوبت 7/27 % وزنی، نسبت به تراکم حساس می‌شود(4). قابلیت تراکم پذیری خاک نه تنها تحت تاثیر مقدار مواد آلی خاک می‌باشد بلکه نوع ماده آلی نیز بر تراکم تاثیر گذار است(15). .تجمع کربن آلی در سطح خاک باعث بهبود ساختمان خاک و واکنش آن نسبت به تراکم می‌شود(8).
باربوساا[2]و همکارانش ، چگالی مخصوص ظاهری و مقاومت به نفوذ را در خاک‌های لومی رسی اندازه‌گیری کردند. نتایج نشان داد که برای دو روش خاکورزی مرسوم و بی خاکورزی[3] ، چگالی ظاهری خاک در سطح تغییرات معنی داری نداشته و از 1 به 1.2 t/m3 رسیده است.ولی تغییرات مقاومت نفوذی خاک از حدود 8/0 به حدود 5 مگا پاسکال برای خاک‌های لومی شنی و از 9/1 به 2/3 برای خاک‌های لومی رسی رسیده است(5).
به عقیده آلمارس، تراکم خاک هنگامی معنی دار و قابل توجه می‌گردد که الف) مقدار تخلخل خاک کمتر از 10% گردد که ممکن است فعالیت میکرو ارگانیسم‌ها را تحت تاثیر قرار دهد ب) مقاومت به نفوذ خاک بزرگتر از 2 مگا پاسکال گردد که یک مقدار بحرانی برای نفوذ ریشه می‌باشد. افزایش مقدار مقاومت به نفوذ خاک ممکن است ناشی از کاهش رطوبت یا افزایش چگالی ظاهری خاک باشد. هاکانسون و ریدر نشان دادند که عملکرد محصول در اولین سال بعد از عبور تراکتور و تراکم خاک در حدود 14% کاهش می‌یابد . تحقیقات آنها در 7 کشور اروپایی و آمریکای شمالی انجام شد.تراکم خاک می‌تواند توسط روش‌‌های اجزاء محدود (Finite element) مدل سازی شود. قابلیت تراکم پذیری خاک‌ها وابسته به درصد رس می‌باشد(8). چگالی ذرات باتوجه به مقدار رس و نوع کانی‌های خاک بویژه با مقدار کانی‌های آهن تغییر می‌کند و ممکن است تراکم پذیری خاک را تحت تاثیر قرار دهد(6).
دومین عامل موثر بر تراکم خاک، تردد ماشین‌های کشاورزی در مزرعه می‌باشد. راقوان آزمایشاتی را در خاک لومی شنی در رطوبت 18% انجام داد. نتایج این تحقیق نشان داد که تراکم خاک با افزایش تعداد دفعات عبور تراکتور به شدت در عمق و عرض افزایش می‌یابد(2). خصوصیات فیزیکی خاک عامل اصلی در تعیین رشد و زمان جوانه‌زنی می‌باشد و گیاهانی که زودتر جوانه‌ می‌زنند نسبت به گیاهانی که دیرتر جوانه‌ می‌زنند افزایش بیشتری در عملکرد محصول نشان می دهند(13).
افزایش مقاومت مکانیکی خاک باعث کاهش رشد و توسعه ریشه گیاهان می‌شود. کاهش توسعه ریشه باعث می‌شود آب و نیتروژن کمتری در دسترس گیاه قرار گیرد. تیلور تحقیقاتی را بر روی توسعه ریشه پنبه در خاک‌های مختلف انجام داده نتیجه گرفت که با افزایش تراکم خاک حتی در مقادیر ناچیز، توسعه ریشه به شدت کاهش می‌یابد. مهمترین اثر تراکم بیش از حد خاک، کاهش عملکرد محصول می‌باشد. نتایج تحقیقات مک کیز که در طی چهار سال (1980-1976) متوالی بر روی ذرت علوفه‌ای انجام شد، نشان می‌دهد که افزایش تراکم تا مقادیر کم، افزایش عملکرد محصول را به دنبال دارد ولی اگر تراکم خاک از مقدار معینی بیشتر گردد، به شدت باعث کاهش عملکرد محصول می‌شود(2). هاکانسون و ریدر نشان دادند که عملکرد محصول در اولین سال بعد از عبور تراکتور و تراکم خاک در حدود 14% کاهش می‌یابد. تحقیقات آنها در 7 کشور اروپایی و آمریکای شمالی انجام شد(9). تحقیقات مشابهی توسط نجی1 (1981) بر روی ذرت علوفه‌ای در خاک لومی شنی صورت گرفته که تقریباً به نتایج یکسانی با مک کیز دست یافت(2).
[1]Plastic Limit

[2] Barbosa et.al

[3] Zero Tillage