با توجه به غیر قابل تجدید بودن و نقش­های متعدد و حیاتی خاک در طبیعت، حفظ آن برای آینده پایدار و امنیت غذایی ضروری است. جمعیت جهان در حال افزایش است و ما نمی­توانیم خاک را تولید کنیم زیرا تولید هر یک سانتی­متر خاک به صدها سال زمان نیاز دارد. شناخت همه جانبه خاک از مهمترین عواملی است که ما را در حفظ حاصلخیزی خاک و رسیدن به هدف آفزایش عملکرد در واحد سطح یاری می­کند. جهت آگاهی از وضعیت خاک از نظر بافت، حاصلخیزی، میزان عناصر غذایی مورد نیاز(نیاز کودی)، روش مناسب آبیاری و غیره، باید با انجام نمونه برداری صحیح، خاک مورد نظر را در آزمایشگاه مجهز مورد آزمایش قرار داده و در نهایت با استفاده از نتایج آن برنامه مدیریتی مناسبی را برای طول دوره رشد گیاهان اتخاذ نمود. آزمایش خاک اطلاعات جامعی در رابطه با خصوصیات خاک (فیزیکی و شیمیایی) شامل: وضعیت عناصر غذایی(کمبود­ها و سمیت)، شوری، اسیدیته، بافت خاک، درصد مواد خنثی شونده(آهک)، گچ، وضعیت خاک از نظر یون سدیم و غیره را به ما نشان می­دهد. به بیان ساده­تر آزمون خاک، یکی از ساده­ترین راه­های ارزیابی حاصلخیزی خاک و تعیین نیاز کودی محصولات است.

انواع آزمایش خاک

آزمایش خاک سه‌عمقی

آزمایش خاک سه‌عمقی به‌منظور ارزیابی وضعیت خاک در باغ‌ها و برای درختان چندساله انجام می‌شود. تعیین عمق نمونه‌برداری در این روش بر اساس میزان توسعه و نفوذ طولی ریشه درخت صورت می‌گیرد. برای درختان دارای ریشه عمیق، نمونه‌برداری از خاک در سه لایه ۰ تا ۴۰، ۴۰ تا ۸۰ و ۸۰ تا ۱۲۰ سانتی‌متر انجام می‌شود. در مقابل، برای درختان با سیستم ریشه‌ای معمول، عمق‌های نمونه‌برداری شامل ۰ تا ۳۰، ۳۰ تا ۶۰ و ۶۰ تا ۹۰ سانتی‌متر است.

آزمایش خاک تک‌عمقی

آزمایش خاک تک‌عمقی عمدتاً برای محصولات زراعی، صیفی‌جات، جالیزی و کشت‌های گلخانه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. با توجه به اینکه بخش عمده گسترش ریشه این گیاهان در لایه سطحی خاک و عمدتاً در ۴۰ سانتی‌متر ابتدایی متمرکز است و نفوذ ریشه به اعماق پایین‌تر به‌ندرت رخ می‌دهد، نمونه‌برداری خاک در این روش صرفاً از عمق ۰ تا ۴۰ سانتی‌متر انجام می‌شود.

خصوصیات خاک و عوامل مؤثر بر حاصلخیزی

عناصر غذایی: شناسایی کمبود یا مازاد نیتروژن، فسفر، پتاسیم و ریزمغذی‌ها

بافت خاک: درصد شن، سیلت و رس و تأثیر آن بر نگهداری آب، تهویه و رشد ریشه

اسیدیته (pH): تأثیر مستقیم بر جذب عناصر غذایی و فعالیت میکروارگانیسم‌ها

شوری و سدیمی‌شدن: شوری بالا می‌تواند مانع جذب عناصر شود و رشد گیاه را محدود کند

مواد خنثی‌کننده: آهک و گچ برای تنظیم pH و بهبود دسترسی عناصر غذایی

نمونه برداری

نمونه‌برداری به فرآیند انتخاب بخشی از یک جامعه آماری گفته می‌شود که به‌عنوان نماینده کل جامعه در نظر گرفته می‌شود. در این روش، اندازه‌گیری‌ها و بررسی‌های لازم بر روی نمونه انجام می‌گیرد و نتایج حاصل برای برآورد ویژگی‌های کل جامعه مورد استفاده قرار می‌گیرد. نمونه‌برداری باعث ساده‌تر و سریع‌تر شدن فرآیند بررسی می‌شود و با کاهش زمان، هزینه و نیاز به نیروی انسانی، از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه‌تر است. به‌طور کلی، مطالعه یک گروه نمونه نسبت به بررسی کل جامعه، کارآمدتر و مؤثرتر خواهد بود.
 

انواع نمونه برداری

– نمونه برداری تصادفی ساده

در این روش، واحدهای نمونه‌گیری به‌صورت تصادفی انتخاب می‌شوند، به‌گونه‌ای که تمامی انتخاب‌های ممکن از تعداد مشخصی واحد، شانس یکسانی برای انتخاب شدن دارند. به‌عنوان مثال، برای انتخاب یک نمونه تصادفی در یک مزرعه، ابتدا بخش‌های مختلف مزرعه یا گیاه شماره‌گذاری می‌شوند و سپس به‌طور تصادفی یک شماره انتخاب شده و از نقطه متناظر با آن نمونه‌برداری انجام می‌شود.

2- نمونه برداری منظم (سیستماتیک)

در این روش، نمونه­ها بر اساس فاصله زمانی و یا مکانی مشخص و تعریف شده برداشت می­شوند و تغییرات در مزرعه یا گیاه هیچ تاثیری روی نمونه برداری ندارد. بر خلاف نمونه برداری ساده، در این روش انتخاب هر نمونه مستقل از انتخاب سایر اعضای جامعه نیست. هنگامی که اولین مکان یا زمان نمونه برداری انتخاب شد، بقیه اعضای نمونه به صورت خودکار تعیین می­شوند.

3-نمونه برداری شبکه­ای موثر

همانند نمونه برداری منظم تمامی نمونه­ها بر اساس فاصله زمانی و یا مکانی مشخص و تعریف شده برداشت می­شود ولی تغییرات در مزرعه یا گیاه بر اساس تصمیم گیری کارشناسی روی نمونه برداری تاثیر می­گذارد. این روش، تحلیل واقع بینانه­تری از مکان یا فضای مورد بررسی به ما می­دهد. در نظر بگیرید هدف بررسی عناصر سنگین در سطح اراضی شالیزار باشد، در این شرایط باید نمونه برداری بیشتری از ورودی آب یا فاضلاب که حاوی عناصر سنگین است انجام شود.

4-نمونه برداری طبقه بندی شده

این روش زمانی بکار می­رود که جامعه دارای ساختار همگن نیست. به عنوان مثال نمونه برداری در مزرعه­ای با چندین کشت زراعی مختلف، هر گونه نمونه برداری تصادفی و یا شبکه­ای دارای خطا بوده و نمی­تواند به تحلیل درست مشکل کمک کند. در این شرایط لازم است مزرعه بر اساس نوع کشت به زیر مجموعه­های کوچکتر تقسیم و سپس از هر زیر مجموعه نمونه گیری صورت پذیرد.

5- نمونه برداری مرکب یا ترکیبی

در این روش، حجم زیادی از مواد از چندین واحد نمونه برداری برای تهیه یک مخلوط همگن با یکدیگر ترکیب شده و سپس برای تجزیه ارسال می­شوند. این روش نمونه برداری هنگامی که هدف، تخمین میانگین یک ویژگی در مزرعه است و به اطلاعات اضافی در مورد تنوع مکانی یا زمانی آن ویژگی نیازی نیست بیشترین کاربرد را دارد.

انواع نمونه

نمونه ساده: اگر هر یک از نمونه­های برداشتشده را به طور جداگانه  مورد تجزیه قرار دهیم به آن نمونه ساده گویند.

نمونه مرکب: اگر تعدادی نمونه ساده را مخلوط کرده و یک نمونه برداریم به آن نمونه مرکب می­گویند.

نمونه دست نخورده: اگر نمونه حالت و ساختار طبیعی خاک را برای ما حفظ کند به آن نمونه دست نخورده می­گویند.

نمونه دست خورده: اگر نمونه حالت و ساختار طبیعی خاک را برای ما حفظ نکند به آن نمونه دست خورده می­گویند.

ابزار­های نمونه برداری خاک

نمونه های دست خورده

بیل: ساده­ترین وسیله نمونه برداری برای عمق­های سطحی است. با بیل به راحتی از دو عمق 0 تا 30  و  30 تا  60 سانتی­متری خاک نمونه برداری می­کنند.

بیلچه: همانند بیل است با دسته­ی کوچک­تر که در صورت در اختیار نداشتن بیل می­توان از ان استفاده کرد.

اوگر: اکثرا به دو صورت توخالی و مته­ای می­باشند. در اوگر­های توخالی، خاک در وسط محفظه مورد نظر جمع شده و در نوع مته­ای خاک در شیار­های مته جمع می­شود. می­توان به وسیله آن خاک را از عمق­های مورد نظر بیرون آورده و به عنوان نمونه انتخاب نمود.

نمونه دست نخورده

نمونه های استوانه ای خاک های دست نخورده برای اندازه گیری خصوصیات فیزیکی خاک، مانند حجم فاز های مایع، جامد و گاز استفاده میشود. برای این منظور استوانه های فلزی از فولاد ضدزنگ، درب پوش، چکش و چاقو لازم است.

روش نمونه برداری برای آزمایش خاک

باغ

• زمان مناسب نمونه‌برداری باید بین دو فصل رشد یعنی بعد از برداشت محصول و قبل از شروع فصل رشد جدید انجام شود که عموما با فصل پاییز و یا اوایل بهار مصادف می‌شود. بهترین شرایط نمونه برداری زمانی است که رطوبت خاک در شرایط گاورو باشد (یک هفته پس از آبیاری).
• برای نمونه برداری از باغات، نمونه خاک باید از زیر سایه انداز درخت، در محل مسطح آبگیر و با فاصله حدود 1 تا 5/1 متر از طوقه برداشت شود. نمونه برداری از محل آبروها، بخش­های ناهموار کرت و محل لایه­های کودی سال قبل نباید انجام شود.
• خاک سطح نمونه برداری باید کنار زده شود و با ابزار تمیز و عاری از آلودگی، گودالی با عمق مناسب حفر شود. نمونه باید از دیواره چاله و از عمق­های مختلف تهیه شود.
• وزن قابل قبول برای هر نمونه خاک، یک کیلوگرم است و بایستی حتما تاریخ نمونه برداری، منطقه، نام باغ و قطعه، شماره چاله و عمق آن مشخص باشد.
• در صورت یکنواخت بودن ظاهر زمین (باغ یا مزرعه) برای تهیه نمونه دقیق­تر، ضمن حفر پروفیل­های مختلف در زمین، نمونه­های عمق­های مشابه با هم مخلوط می­شوند.

مزرعه

• بهترین زمان نمونه برداری، پس از برداشت محصول و قبل از کاشت محصول بعدی(هرچه نمونه برداری به زمان کاشت بعدی نزدیک­تر باشد نتایج قابل استناد­تری تولید می­کند) است. برای محصولات زراعی که در پاییز کاشته می­شوند، حدود یک هفته قبل از کاشت بذر و کوددهی، نمونه­ها جمع آوری می­شوند. در مزارع با گیاهان چند ساله استقرار یافته، نمونه گیری سالانه در بهار قبل از شروع رشد فعال انجام می­شود.
• برای خاک مزارع و گلخانه بهتر است نمونه از عمق 0 تا 15 و 15 تا 30 سانتی­متر به صورت جداگانه گرفته شود. بهترین تصمیم گیری برای مدیریت عناصر غذایی زمانی انجام می­شود که سطوح عناصر غذایی به جای تخمین زده شدن، در هر عمق جداگانه اندازه گیری شوند.
• وزن یک هکتار خاک زراعی با عمق 30 سانتی­متر و وزن مخصوص ظاهری 4/1 گرم بر سانتی­متر مکعب بیش از چهار میلیون کیلوگرم است. بنابراین نمونه برداشت شده از یک هکتار باید به گونه­ای باشد که بتوان نمونه حدود یک کیلوگرم را نماینده وزن زیاد خاک دانست.
• توصیه می­شود حداقل 10 تا 20 نمونه ساده برای افزایش دقت یک نمونه مرکب گرفته شود. تعداد نمونه برای هر نمونه مرکب با اندازه منطقه نمونه برداری تغییر می­کند. برای یک نمونه مرکب در مزرعه 8 هکتاری حداقل 20 نمونه، برای مزرعه 4 هکتاری 15 نمونه و برای یک مزرعه 2 هکتاری 10 نمونه احتیاج است.
• نمونه خاک­های جمع آوری شده برای هر عمق نمونه­گیری که به طور مساوی از هر نقطه تهیه شده است، باید کاملا مخلوط شوند. خاک باید از حداقل 10 نمونه ساده در یک ظرف پلاستیکی تمیز، به طور کامل مخلوط شود. پس از مخلوط کردن، مقدار کافی از نمونه به آزمایشگاه منتقل شود.
• توصیه می­شود هر چهار تا پنج سال یک­بار نمونه گیری از خاک زیرین انجام شود. این امر بویژه در مناطق دچار مشکل، اهمیت دارد. یک نمونه خاک زیرین باید 15 سانتی­متر از عمق شخم یا عمق رایج نمونه برداری از سطح پایین­تر باشد.

نتایج آزمایشگاه خاک

بافت خاک: این شاخص کلاس (طبقه خاک) را نشان می­دهد. بافت خاک یک ویژگی فیزیکی از خاک است که بر توانایی آن در نگهداری آب و مواد غذایی، نفوذپذیری آن در برابر آب و هوا و توسعه ریشه گیاهان تاثیر می‌گذارد. ذرات خاک براساس اندازه در 3 دسته شن، سیلیت (لای) و رس قرار دارند. شن درشت‌ترین و رس ریزترین اندازه را دارد. سیلت هم از لحاظ سایز حدواسط شن و رس قرار دارد.

واکنش خاک(pH): این شاخص نشان داهنده­ی اسیدی یا قلیایی بودن خاک است و بر دسترس بودن عناصر تاثیر گذار است. خاک خنثی  دارای واکنش  7 است. واکنش کمتر از 7 نشان دهنده­ی اسیدی بودن خاک و بیشتر نشان دهنده­ی قلیایی بودن خاک است. گیاهان در محدوده واکنش خاک بین 6 تا 8 رشد خوبی دارند.

هدایت الکتریکی(EC): یک شاخص ساده برای ارزیابی نمک­های حل شده در آب آبیاری است. از هدایت الکتریکی می­توان به عنوان یک پارامتر که با رشد گیاه همبستگی خوبی دارد استفاده نمود. غلظت نمک در محلول خاک بر اساس توانایی نمک در هدایت الکتریکی عصاره اشباع خاک با هدایت سنج الکتریکی تعیین می­شود.

ماده آلی (OM): مواد آلی به علت اثرات سازنده­ای که بر خصوصیات فیزیکی(پایداری خاک­دانه­ها)، شیمیایی (افزایش ظرفیت نگهداری عناصر) و بیولوژی(فعالیت بیوماس میکروبی) دارند، به عنوان رکن باروری خاک شناخته شده­اند.

نسبت جذب سدیم (SAR): این پارامتر غلظت نسبی سدیم، کلسیم و منیزیم در خاک یا آب آبیاری را نشان می‌شود. مقادیر بالای SAR نشان دهنده غلظت بالای سدیم نسبت به کلسیم و منیزیم است که می‌تواند منجر به تخریب خاک و کاهش نفوذپذیری خاک شود. این خاک‌ها به عنوان خاک‌های سدیمی شناخته می‌شوند.

ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC): ظرفیت تبادل کاتیونی صفتی است که قابلیت ذرات خاک در نگهداری یون‌های با بار مثبت را نشان می‌دهد. در خاک‌های با درصد مواد آلی و رس بالا، میزان این پارامتر بیشتر است. با استفاده از این ویژگی می‌توان وضعیت بافت خاک و میزان ماده آلی را هم حدس زد. خاک‌های شنی با ماده آلی کم، ظرفیت تبادل کاتیونی کمتری دارند.

درصد مواد خنثی شونده یا آهک(TNV) : این شاخص نشان دهنده­ی ارزش خنثی‌سازی کل است که مقدار آهک خاک را نشان می‌دهد. توانایی خاک برای مقاومت در برابر تغییرات pH به عنوان ظرفیت بافری شناخته می‌شود. ظرفیت بافری خاک به وجود موادی در خاک مربوط می‌شود که می‌توانند اسیدها یا بازها را خنثی کرده و به حفظ pH نسبتاً پایدار خاک کمک کنند. این مواد شامل مواد معدنی خاک و مواد آلی هستند. در خاک‌های قلیایی،  TNV بالا یک صفت مضر و در خاک‌های خیلی اسیدی مقدار بالای TNV مفید است.

عناصر غذایی: در آزمایشات خاک کشاورزی، عناصر غذایی در دو دسته کلی پرمصرف و کم‌مصرف اندازه‌گیری و در نتایج گزارش می‌شوند. نیتروژن، فسفر و پتاسیم در دسته عناصر پرمصرف، آهن، روی، منگنز، مس و بور در دسته عناصر ریزمغذی قرار می‌گیرند.