خاک‌های واگرا و آزمایش‌های واگرایی خاک

خاک‌هایی که در برابر فرسایش توسط آب آسیب‌پذیر هستند، خاک واگرا (Dispersive soils) نامیده می‌شوند. اگر در لایه‌های خاک، بخش رسی با یون‌های سدیم اشباع‌شده باشد، خاک به‌راحتی به ذرات ریز تجزیه شده و شسته می‌شود. شسته‌شدن خاک یا همان «واگرایی» (Dispersion ) می‌تواند منجر به ایجاد تونل یا خندق در زیر خاک شده و سازه‌ای را که روی آن بنا شده است، فرو بریزد. علاوه‌بر این، خاک معلق در آب باعث کدورت آب و انتقال مواد غذایی مورد نیاز گیاهان به خارج از زمین می‌شود.

با توجه به مطالب ذکر‌شده، شناسایی خاک واگرا و اصلاح آن اهمیت بسیار زیادی دارد.

برای آشنایی بیشتر با خدمات گودبرداری و پایدارسازی گود بر روی لینک‌ها کلیک کنید.

خاک واگرا چیست و چطور ایجاد می‌شود؟

بیشتر خاک‌ها، ساختاریافته و منسجم هستند و به‌خوبی می‌توان روی آن‌ها ساخت‌وساز کرد. خاک معمولی دارای کربن، کلسیم و اکسید آهن است که ذرات خاک رس، سیلت و ماسه را به یکدیگر وصل می‌کند تا دانه‌های خاک (یا پدها) ایجاد شوند. این نوع خاک در برابر فرسایش مقاوم است و محیط مناسبی را برای ریشه‌زایی ایجاد می‌کند. همچنین منافذ کوچکی بین دانه‌های خاک دارد که آب را در خود نگه می‌دارند.

با این حال، اگر خاک حاوی سدیم بیش از حد باشد (که در باقی‌مانده صابون‌ و مواد شوینده زیاد است)، رس‌ها ناپایدار شده و مستعد جدا‌شدن می‌شوند، یعنی واگرا می‌شوند. این نوع خاک، خاک واگرا نامیده می‌شود.

برای آشنایی بیشتر با میخکوبی یا نیلینگ به این بخش مراجعه کنید.

برای درک علت تاثیر یون سدیم در ایجاد خاک واگرا، لازم است بدانید که یون‌های سدیم، یون‌های تک ظرفیتی هستند (+)، این درحالی است که یون‌های کلسیم و آهن، که ذرات رس را در کنار هم نگه می‌دارند، به ترتیب دوظرفیتی (2+) و سه‌ظرفیتی (3+) هستند. بنابراین یون‌های سدیم در جذب ذرات رس (که اغلب بار منفی دارند) بسیار ضعیف عمل می‌کنند. اما بدتر از آن، یون‌های سدیم دارای هاله‌های آب بسیار بزرگ (پوسته‌های هیدراتاسیون) در اطراف خود هستند، که باعث می‌شود که بار یون ضعیف‌تر هم شود. همه این‌ها سبب می‌شود که دانه‌های خاک کنار هم نمانده و شسته شوند و خاک واگرا ایجاد شود.

روش های شناسایی و کنترل خاک‌های واگرا

شناسایی و کنترل خاک واگرا ضروری است. آزمایش‌های واگرایی خاک به‌همین منظور طراحی شده‌اند. در اینجا آزمایش‌های واگرایی خاک را معرفی کرده و سپس به روش‌های کنترل خاک واگرا می پردازیم.

آزمایش‌های واگرایی خاک

روش‌های مختلفی برای شناسایی خاک‌های واگرا وجود دارد که در اینجا به سه روش رایج اشاره می‌کنیم.

• روش شیمیایی: اندازه‌گیری درصد سدیم قابل تعویض (ESP) به‌عنوان بخشی از آزمایش استاندارد خاک (sodicity را اندازه گیری می‌کند)
• روش فیزیکی: تست پراکندگی خاک
• روش بصری: مشاهده شاخص‌های بصری خاک‌های سطحی

برای مطالعه:روش های شناسایی خاک متورم شونده چگونه می باشد؟

روش شیمیایی: اندازه‌گیری درصد سدیم قابل تعویض (ESP)

درصد سدیم قابل تعویض (ESP) نسبت جایگاه‌های تبادل کاتیونی اشغال‌شده توسط سدیم را اندازه‌گیری می‌کند. زمانی‌که ESP بیشتر از 6 باشد، خاک‌ها واگرا و زمانی که ESP بیشتر از 15 باشد، خاک بسیار واگرا در نظر گرفته می‌شود.

روش فیزیکی در شناسایی خاک های واگرا: تست پراکندگی خاک

روش انجام آزمایش پراکندگی خاک شامل مراحل زیر است.

• جمع‌آوری خاک‌دانه‌های خشک (خرده‌های خاک) از اعماق مختلف
• خاک‌دانه‌ها در یک شیشه شفاف پر از آب مقطر قرار دهید (لازم است مراقب باشید که خاک پراکنده و مخلوط نشود. برای این کار به‌آرامی خاک‌دانه را داخل ظرف آب قرار دهید)

پس از مدتی آب اطراف لبه‌های خاک‌دانه کدر و شیری‌رنگ می‌شود (آب، کثیف به نظر می‌رسد) که دلیل آن واگرایی خاک رس است.

در مورد خاک‌های بسیار واگرا، پراکندگی پس از حدود 10-30 دقیقه آشکار خواهد شد. برای یک خاک با واگرایی متوسط، ممکن است 2 ساعت طول بکشد تا پراکندگی آشکار شود و اگر خاک واگرا نباشد، میزان آلودگی خاک بسیار کم است.

بیشتر بخوانید:همه چیز در رابطه با آزمایشات و بررسی خاک در پروژه های عمرانی

روش بصری: مشاهده شاخص‌های بصری خاک‌های سطحی

در این روش، با مشاهده شاخص‌های بصری، خاک واگرا میزان واگرایی آن مشخص می‌شود. شاخص‌های آشکار در این زمینه عبارتند از:

• خاک در هنگام خیس شدن به دلیل ناپایداری ساختاری مستعد باتلاق‌شدن می‌شود
• حوضچه‌های آب شیری‌رنگ روی سطح خاک پس از باران
• آب به‌آرامی به داخل خاک نفوذ می‌کند
• خاک مستعد فرسایش آبی است
• خاک در صورت خشک‌شدن، پوسته سطحی تشکیل می‌دهد
• در خاک ترک مشاهده می‌شود.

روش‌های کنترل واگرایی

حل مشکلات ایجاد‌شده در اثر فرسایش خاک واگرا، به‌سختی انجام می‌شود و بسیار گران و مستعد بازگشت است. به‌همین دلیل هم پیشگیری، اقدام بهترین محسوب می‌شود. شناسایی زودهنگام خاک‌های واگرا اجازه می‌دهد تا اقدامات مدیریتی صحیحی برای اصلاح آن انجام شود. لازم به ذکر است که بهتر است ساخت‌و‌ساز در زمین‌هایی که خاک آن‌ها واگرا است انجام نشود؛ با این حال، اگر از این امر گریزی نباشد، روش‌های کنترلی زیر می‌توانند مفید باشند.

افزودن آهک یا گچ به خاک

در شرایط مناسب، افزودن آهک یا گچ به خاک‌ واگرا باعث کاهش درصد تبادل سدیم، کاهش واگرایی و افزایش ساختار پایدار خاک می‌شود. یون‌های کلسیمِ آهک، مقداری از یون‌های سدیم را از روی سطح ذرات خاک جابه‌جا کرده و خود جایگزین آن‌ها می‌شوند.

آهک را فقط باید در خاک‌های اسیدی (که PH کلرید کلسیم کمتر از 4.8 است) استفاده کرد، زیرا آهک در خاک‌های قلیایی حل نمی‌شود و هیچ فایده‌ای نخواهد داشت. برخی از خاک‌های واگرا در مناطق پربارندگی می‌توانند اسیدی باشند.

گچ را می‌توان بر روی سطح خاک‌های قلیایی اعمال کرد. گچ به سرعت پایداری ساختاری خاک‌های سطحی واگرا را بهبود می‌بخشد. سریع‌ترین و مؤثرترین روش برای اصلاح خاک زیرین سدیم، افزودن گچ مستقیم به زیر خاک، با استفاده از کشت عمیق، شکاف‌گیری یا ترانشه‌برداری است.

افزودن مواد آلی

مواد آلی، دانه‌های خاک را به هم متصل می‌کند و به مقاومت در برابر تجزیه فیزیکی خاک کمک می‌کند. این به نوبه خود تخلیه سدیم را آسان‌تر می‌کند. مواد آلی بهتر است همراه با گچ یا آهک استفاده شود. کود سبز و قهوه‌ای از جمله مواد آلی مناسب محسوب می‌شوند.

شخم عمیق (Use deep-ripping)

شخم عمیق را می‌توان برای شکستن خاک‌های فشرده و ضعیف و کمک به ایجاد ساختار و تخلخل استفاده کرد. با این حال، مزایای آن می‌تواند بسیار کوتاه‌مدت باشد. گاهی اوقات شخم عمیق خاک را بدتر می‌کند زیرا دانه‌ها راحت‌تر پراکنده می‌شوند.

با استفاده از روش‌های فوق می‌توان تا حدودی خاک واگرا را اصلاح کرد. با اصلاح خاک واگرا محصولات کشاورزی بهتر در زمین رشد کرده و ساخت و سازها با مشکل کمتری روبرو می‌‌شود. در غیر این صورت به دلیل فرسایش زمین ریشه گیاهان بیرون آمده و مواد غذایی خاک شسته می‌شود. همچنین سازه‌ها ناپایدار شده و احتمال ریختن آن‌ها بیشتر می‌شود.

Dispersive soils – why, where, when