فیزیک خاک چیست؟ چه اهدافی را ذنبال می کند و یا با آگاهی از آن چه مسایل و مشکلاتی را خواهیم توانست حل کنیم؟ اینها بخشی از سوالاتی است که در این نوشته به آنها پاسخ خواهیم داد. پس تا آخر همراه ما باشید.
برای پاسخ به این پرسش ابتدا لازم است بدانیم فیزیک چیست و خاک چه مفهومی دارد. فیزیک یک واژه فرانسوی است که از لغت یونانی فوسیس به معنی طبیعت گرفته شده است. فیزیک به مطالعه آن جنبه ها از طبیعت اجسام می پردازد که بتوان آنها را با مجموعه ای از اصول و قوانین ساده توصیف کرد. بنابراین وقتی صحبت از فیزیک به میان می آید منظور این است که خصوصیات عمومی اجسام، بدون آنکه ماهیت آنها را تغییر دهیم، مطالعه شود. حال ببینیم اگر جسم مورد نظر ما خاک باشد فیزیک خاک چه مفهومی پیدا می کند.
خاک معانی بسیار گسترده دارد. به عبارت دیگر نمی توان تعریف مشخصی برای آن بیان کرد. شاید بهترین تعریفی که بتوانیم برای خاک بیان کنیم این است که بگوییم خاک ترکیبی از ذرات مواد معدنی و آلی با اندازه های مختلف است که به صورت متخلخل و غیر متراکم تجمع پیدا کرده و سطح کره زمینی را که ما در آن زندگی می کنیم پوشانده است. البته مفهوم خاک برای افراد مختلف متفاوت است و به همین دلیل دیدگاه ها، برداشت ها و علائق افراد نیز نسبت به خاک متفاوت می باشد. مثلا مهندسان عمران بیشتر به مقاومت و جنبه های مکانیکی آن که البته آن هم زیر شاخه ای از فیزیک است توجه دارند، در حالی که مهندسان کشاورزی به آن بخش از قوانین طبیعی خاک که به نحوی در ارتباط با رشد و نمو گیاه باشد علاقه مند می باشند. خاک یکی از زیرسیستم های محیط زیست بوده و با اتمسفر و لایه های زیرین خود در ارتباط پویا می باشد. در واقع خاک یک رآکتور بسیار پیچیده بیو -فیزیکو -شیمیایی است که به کمک اجزای زنده خود مواد آلی را تجزیه کرده و آنها را به مواد غذایی لازم برای رشد گیاه مبدل می سازد و طی این فرایند با محیط اطراف خود در ارتباط و مبادله انرژی و مواد می باشد.
خاک یک تصفیه کننده زنده نیز می باشد. یعنی عوامل بیماری زا و مواد سمی که وارد آن می شود تجزیه شده و به مواد غذایی گیاهی تبدیل می شود. بسیاری از جانوران که پس از مرگ در خاک دفن می شوند بدون ایجاد خطر در داخل آن تجزیه و سرانجام به اجزا غیر زیان آور تبدیل می شوند. متاسفانه در سال های اخیر بیش از ظرفیت و توان خودپالالیی خاک مواد سمی وارد آن می شود. به طوریکه امروزه آلودگی خاک و رهایی از آن به عنوان یکی از چاش های مهم درآمده است. تصور می شود با آشنایی با فیزیک خاک بتوان نسبت به شناخت توانایی های خاک نسبت به اصلاح خاکهای آلوده اقدام کرد. امروزه بخش زیادی از علم فیزیک خاک به مسائل مربوط به آلودگی خاک و یا مسائل زیست محیطی که به نحوی با خاک در ارتباط می باشد معطوف شده است.
جایگاه علمی فیزیک خاک
از نظر طبقه بندی علمی، فیزیک خاک یکی از شاخه های خاک شناسی است که به تشریح ویژگی های فیزیکی خاک و اندازه گیری، پیش بینی و کنترل فرایندهای فیزیکی که در خاک اتفاق می افتد می پردازد. همان طور که در فیزیک عمومی کنش های متقابل ماده و انرژی بحث می شود در فیزیک خاک نیز موضوع بحث، وضعیت و حرکت مواد و جابه جایی انرژی در خاک می باشد. بنابراین متخصصان فیزیک خاک یا باید کارشناسان کشاورزی باشند که به علم فیزیک آشنایی داشته باشند و یا فیزیک دان هایی باشند که از خاک شناسی سررشته داشته باشند.
اهداف کاربردی فیزیک خاک در کشاورزی بسیار زیاد است که از آن جمله می توان به مدیریت صحیح خاک در زمینه های آبیاری، زهکشی، حفاظت آب و خاک، شخم و انواع خاک ورزی، تنظیم دمای خاک و عکس العمل خاک نسبت به تنش های مکانیکی اشاره کرد. فیزیک خاک هم یک علم پایه و هم یک علم کاربردی است و به دلیل گستره وسیع، در تداخل با علوم دیگری مانند زمین شناسی، هیدرولوژی، اکولوژی، اگرونومی، اقلیم شناسی، مهندسی و ریاضیات نیز می باشد. به دلیل ترکیب ناهمگون خاک مطالعه فیزیکی خاک به مراتب مشکل تر از اجسام صلب و یکنواخت می باشد. زیرا خاک به سختی می تواند مانند یک جسم صلب در حالت تعادل قرار گیرد. خاک به طور مرتب گرم و سرد می شود، متراکم یا متورم شده و یا ترک می خورد، گازها را جذب می کند، یون های مختلف را به خود گرفته یا آزاد می کند، نمک ها را حل یا رسوب می دهد، اسیدی و قلیایی می شود و یا با ایجاد شرایط هوازی و بی هوازی فرایندهای اکسیداسیون و کاهش در آن صورت می گیرد. مجموعه این شرایط همراه با حالت پویایی ریشه ها در داخل خاک باعث می شود که وضعیت خاک طی زمان متغیر بوده و نتوان شرایط متعادلی برای آن متصور شد. شرایط غیر ماندگار و غیر یکنواخت خاک یکی از مشکلات اساسی در مطالعات فیزیکی آن می باشد.
برای آنکه خاک بتواند شرایط مناسبی را از نظر رشد گیاه فراهم نماید لازم است علاوه بر تامین آب و هوا و مواد غذایی عاری از مواد سمی نیز باشد. سیستم خاک – آب و گیاه بسیار پیچیده بوده و لازم است ریشه های گیاه که در داخل خاک گسترش دارند به طور مرتب تنفس نمایند. گیاه قادر نیست اکسیژن مورد نیاز ریشه ها را از شاخ و برگ به پایین منتقل کند. بنابراین خاک باید به خوبی تهویه شده و تبادل اکسیژن و گاز کربنیک بین منافذ خاک و اتمسفر در حد مطلوب صورت گیرد. بحث پیرامون هوای خاک، تهویه، گازهای موجود در آن و نقش آنها در رشد گیاه نیز از جمله موضوعات اساسی علم فیزیک خاک است.
به لحاظ اینکه برخی جنبه های فیزیک خاک از نظر مطالعه وضعیت قطعی و برخی جنبه های آن وضعیت احتمالاتی و غیر قطعی دارد تعیین دقیق حالات فیزیکی خاک امکان پذیر نمی باشد، لذا در مطالعات فیزیک خاک بالاجبار باید به روش های ساده سازی و بررسی عواملی که بیشترین تاثیر را دارند متوسل شویم. در بسیاری از مطالعات فیزیکی خاک فرض می شود که خاک جسمی یکنواخت و ایزوتروپ (همروند) می باشد حال آنکه عملا هیچ کدام از این فرضیات در مورد خاک ها صادق نمی باشد. بنابراین هیچ مدل مطالعاتی خاک گویای واقعیت نخواهد بود و درجه اعتبار هر مدل بسته به نوع و تعداد فرضیاتی است که برای ساده سازی در آن به عمل آمده است. با این وجود مدل های مطالعات فیزیکی خاک توانسته اند در بسیاری از موارد عملی به نتایج قابل قبول برسند و امروزه مدل سازی و کاربرد مدل ها در مطالعات خاک نقش بسیار اساسی دارند.
فیزیک خاک به قدری پیچیده و متنوع است که هر کس بخواهد وارد آن شود در ابتدا باید هدف خود را مشخص نماید در غیر این صورت امکان ارائه تمام مطالب برایش امکان پذیر نخواهد بود.
