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

تراکم خاک های کشاورزی در سال های اخیر با توجه به افزایش اندازه تراکتورها و تردد آنها در زمین های کشاورزی یکی از مشکلات اصلی کشاورزان و از عوامل مهم کاهش عملکرد محصول در برخی از مناطق می باشد. در این تحقیق، به منظور بررسی اثرات تراکتورهای غالب ایران (تراکتور مسی فرگوسن مدل 285) بر تراکم خاک، اثرات تردد تراکتور  در رطوبت های مختلف خاک با دو سرعت پیشروی کم و متوسط در مزرعه کشاورزی دانشگاه ارومیه با اندازه گیری شاخص های تراکم شامل چگالی مخصوص ظاهری و شاخص مخروطی در تابستان سال 1384بررسی شد.

آزمایشات به صورت 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 می دهد که تیمارهای رطوبت خاک و تعداد دفعات عبور تراکتور در عمق های 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 می دهد که بیشترین افزایش تراکم در عمق 15-10 سانتی متر اتفاق می افتد و در عمق های پایین تر از 20 سانتی متر به دلیل سبک بودن تراکتور، تغییرات معنی داری در مقدار تراکم ایجاد نشده است. بنابراین مسئله تشکیل لایه سخت شده زیرین برای کار با این نوع تراکتوردر شرایط آزمایش شده وجود ندارد. نتایج نشان می دهد که خاک در رطوبت حد خمیری بیشترین واکنش را نسبت به تراکم نشان می دهد، بنابراین باید از تردد تراکتور در این محدوده رطوبتی جلوگیری شود.

حفظ نسبت های مناسب بین فازهای جامد، مایع و گاز خاک اهمیت ویژه ای دارد. این نسبت ها فقط در بعضی خاک ها و در شرایط اقلیمی خاص و فعالیت صحیح انسانی حاصل می شود. با ورود ماشین به مزرعه فاز جامد خاک در حجم معین افزایش یافته و فاز گازی آن کاهش می یابد. از جمله شاخص های نشان دهنده تخریب ساختمان فیزیکی خاک، تراکم خاک می باشد. تراکم خاک به وسیله افزایش در چگالی ظاهری خاک (جرم فاز جامد به حجم کل)، یا کاهش تخلخل تعریف می شود. 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 ماشین های کشاورزی این مسئله به صورت یک مشکل اساسی در مقابل کشاورزان بروز کرد. مهم ترین اثرات تراکم خاک بر محصول را می توان به صورت 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 ریشه ای بد شکل و نهایتاٌ کاهش محصول بیان کرد. تراکم خاک قابلیت نفوذ ریشه را کاهش می دهد. همچنین تحقیقات نشان می دهدکه خروج در خاک های متراکم افزایش می یابد.

از دیدگاه مهندسین ماشین های 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 می گردد.

مهم ترین عامل محیطی موثر بر تراکم خاک های کشاورزی در هنگام عملیات خاک ورزی رطوبت خاک می باشد. اسپور و گادوین رطوبت مطلوب برای انجام عملیات خاک ورزی را پایین تر از حد خمیری خاک می دانند. آلمارس و همکاران اظهار می دارند این رطوبت در سه بافت خاک لوم رسی سیلتی، لوم رسی و لومی در دامنه رطوبتی 9/0 حد خمیری است. پیلیوسنین این رطوبت را معادل 40% تخلخل می داند. به گزارش گومن و لال، رطوبت خاک حتی در زمان برداشت می تواند عامل مهمی در رابطه با تراکم باشد. با افزایش رطوبت، تراکم خاک در اثر عبور تراکتور افزایش می یابد و در نقطه بحرانی رطوبت، بیشترین تراکم را خواهد داشت.
مواد آلی خاک، دامنه رطوبتی مطلوب برای تردد ماشین های کشاورزی را افزایش می دهد.

به عنوان مثال، در یک خاک با 7% ماده آلی، رطوبت 2/52 % وزنی، حداکثر رطوبت مطلوب برای انجام عملیات خاکورزی می باشد. در حالی که اگر در همان خاک ماده آلی وجود نداشته باشد، خاک در رطوبت 7/27 % وزنی، نسبت به تراکم حساس می شود. قابلیت تراکم پذیری خاک نه تنها تحت تأثیر مقدار مواد آلی خاک می باشد بلکه نوع ماده آلی نیز بر تراکم تأثیر گذار است.تجمع کربن آلی در سطح خاک باعث بهبود ساختمان خاک و واکنش آن نسبت به تراکم می شود.

باربوسا و همکارانش، چگالی مخصوص ظاهری و مقاومت به نفوذ را در خاک های لومی رسی اندازه گیری کردند. نتایج نشان داد که برای دو روش خاکورزی مرسوم و بی خاکورزی، 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 خاک های لومی شنی و از 9/1 به 2/3 برای خاک های لومی رسی رسیده است.

به عقیده آلمارس، تراکم خاک هنگامی معنی دار و قابل توجه می گردد که الف) مقدار تخلخل خاک کمتر از 10% گردد که ممکن است فعالیت میکرو ارگانیسم ها را تحت تأثیر قرار دهد ب) مقاومت به نفوذ خاک بزرگ تر از 2 مگا پاسکال گردد که یک مقدار بحرانی برای نفوذ ریشه می باشد. 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 می یابد.

تحقیقات آنها در 7 کشور اروپایی و آمریکای شمالی انجام شد.تراکم خاک می تواند توسط روش های اجزاء محدود (Finite element) مدل سازی شود. قابلیت تراکم پذیری خاک ها وابسته به درصد رس می باشد. چگالی ذرات باتوجه به مقدار رس و نوع کانی های خاک به ویژه با مقدار کانی های آهن تغییر می کند و ممکن است تراکم پذیری خاک را تحت تأثیر قرار دهد.

دومین عامل موثر بر تراکم خاک، تردد ماشین های کشاورزی در مزرعه می باشد. 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 می یابد. خصوصیات فیزیکی خاک عامل اصلی در تعیین رشد و زمان جوانه زنی می باشد و گیاهانی که زودتر جوانه می زنند نسبت به گیاهانی که دیرتر جوانه می زنند افزایش بیشتری در عملکرد محصول نشان می دهند.

افزایش مقاومت مکانیکی خاک باعث کاهش رشد و توسعه ریشه گیاهان می شود. کاهش توسعه ریشه باعث می شود آب و نیتروژن کمتری در دسترس گیاه قرار گیرد. تیلور تحقیقاتی را بر روی توسعه ریشه پنبه در خاک های مختلف انجام داده نتیجه گرفت که با افزایش تراکم خاک حتی در مقادیر ناچیز، توسعه ریشه به شدت کاهش می یابد. مهم ترین اثر تراکم بیش از حد خاک، کاهش عملکرد محصول می باشد. نتایج تحقیقات مک کیز که در طی چهار سال (1980-1976) متوالی بر روی ذرت علوفه ای انجام شد، نشان می دهد 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 می شود.

هاکانسون و ریدر نشان دادند که عملکرد محصول در اولین سال بعد از عبور تراکتور و تراکم خاک در حدود 14% کاهش می یابد. تحقیقات آنها در 7 کشور اروپایی و آمریکای شمالی انجام شد. تحقیقات مشابهی توسط نجی1 (1981) بر روی ذرت علوفه ای در خاک لومی شنی صورت گرفته که تقریباً به نتایج یکسانی با مک کیز دست یافت.