به طور کلی ذرات خاک بدین گونه تشکیل می شوند که خاک ابتدا به کندی به صورت سنگ تشکیل می‌شود و بعد بر اثر فرسایش و قرار گرفتن در نزدیکی سطح زمین به صورت ذرات ریز (ماده منشأ) در می‌آید. طرز قرار گرفتن و آرایش ذرات اصلی و خاکدانه های خاک را نسبت به همدیگر ساختمان خاک (Soil Structure ) گویند. ساختمان خاک بر حرکت آب در خاک و تبادل گازها در آن، که هر دو عامل مهم رشد گیاه می باشند، تاثیر فراوان دارد. به عنوان مثال ایجاد سله که نوعی تخریب ساختمان خاک در لایه نازک بالایی است و معمولا در اثر تجمع سیلت یا پراکندگی ذرات رس به دلیل افزایش یون سدیم نسبت به سایر کاتیون ها صورت می گیرد مانع از جوانه زدن و یا سبز شدن بذرها می گردد. شکل زیر سله بستن و عوامل ایجاد آن را نمایش می دهد.
خاک ها معمولا یا دارای ساختمان ساده (Simple Structure) و یا مرکب (Compound Structure) هستند. در ساختمان ساده ممکن است ذرات خاک به صورت منفرد (Single-Grain Structure) و یا چسبیده به هم (Massive Structure) باشند. در حالت منفرد خاک فاقد صفحات شکستگی بوده و می توان گفت که عملا فاقد ساختمان است. در حالت چسبیده نیز ساختمان مشخصی نداشته و فقط ذرات به هم چسبیده اند. لایه های سله ای که در سطح خاک ها مشاهده می شوند از این نوع هستند. در ساختمان مرکب، خاک دارای صفحات شکستگی مشخص نمی باشد یعنی اگر یک کلوخه را بشکنیم در امتداد صفحات معینی خواهد شکست. از این نوع ساختمان خاک می توان انواع زیر را نام برد:
- ساختمان مکعبی (Blocky or Cube-Like Structure)
- ساختمان ستونی (Columnar Structure)
- ساختمان منشوری (Prismatic Structure)
- ساختمان ورقه ای (Platy Structure)
- ساختمان کروی (Sphere-Like Structure)
چگونگی تشکیل ساختمان خاک
در تشکیل ساختمان خاک دو فرآیند عمده دخالت دارند که عبارتند از: هماوری یا تجمع (Flocculation) و سیمانی شدن (Cementation). در صورتی که به دلایل شیمیایی مقدار بار الکتریکی منفی سطح ذرات رس که به آن پتانسیل زتا (Zeta Potential) گفته می شود پایین آورده شود از برخورد و جذب این ذرات به یکدیگر دانه های بزرگتری به نام فولوکول (Floccule) ایجاد می شود. این فولوکول ها یا دانه ها تا زمانی که عامل پایین آورنده پتانسیل زتا وجود داشته باشد پایدار باقی می مانند در غیر این صورت دانه ها به هم ریخته و در پی آن ساختمان خاک تخریب می شود. در هر صورت معمولا اندازه فولوکول ها نمی تواند از اندازه یک ذره سیلت بزرگتر باشد. بنابراین اگر تنها وجود فولوکول ها شرط بود، وضعیت از نظر رشد و توسعه ریشه های گیاه مناسب نمی شد مگر آن که فولوکول ها در اثر وجود یک عامل چسبنده دیگر بزرگتر شده و خاکدانه ها را بوجود آورند.
اهمیت رس در ساختمان خاک
ساختمان خاک بیش از هر عامل دیگری به مقدار و نوع رس موجود در خاک و نحوه فعالیت آن بستگی دارد. بنابراین جا دارد که در روابط آب و خاک و گیاه به رس توجه بیشتری شود. در محاورات روزمره خاک رسی به خاکی اطلاق می شود که در هنگام مرطوب بودن حالت پلاستیکی و چسبنده داشته باشد و یا به لحاظ دانه بندی بخش زیادی از ذرات آن قطری کوچک تر از 2 میکرون داشته باشند. شن و سیلت عمدتا از هوازدگی کانی های اولیه یا کانی هایی که در سنگ ها وجود داشته است به وجود می آیند ولی رس از تجزیه کانی های اولیه و تبدیل آن ها به کانی های دیگری که به آن ها کانی های ثانویه گفته می شود به وجود آمده است. کانی های رس از نظر نوع رفتار با یکدیگر متفاوتند.
رس ها در مناطق خشک و معتدل عمدتا از کانی های سیلیکات آلومینیوم تشکیل شده اند که به صورت لایه ای روی هم قرار گرفته اند. ذرات رس از لحاظ بار الکتریکی منفی هستند و همین خاصیت باعث می شود که بتوانند کاتیون ها خاک را به خود جذب کنند. ظرفیت تبادلی خاک (CEC) بستگی به مقدار بار منفی ذرات رس و در نتیجه خاصیت جذب کاتیون ها دارد. سه گروه عمده از رس های موجود در خاک عبارتند از:
- مونت موریلونیت
- ایلیت
- کائولینیت
خاک هایی که محتوی مونت موریلونیت هستند دارای ظرفیت تبادل یونی بالا می باشند این رس ها در اثر جذب آب تورم و با از دست دادن آب منقبض می شوند. رس های کائولینیت دارای ظرفیت تبادل یونی پایین بوده و در اثر جذب آب متورم نمی شوند حال آن که رس های گروه ایلیت حالتی بینابین دارند. ورمی کولیت و کلریت نیز دو گروه دیگر از رس ها می باشند که خاصیت آن ها متفاوت است. علاوه بر آن در تقسیم بندی رس ها دو گروه دیگر نیز وجود دارد. یکی گروه سپیولیت (Sepiolite) یا اتاپولگیت (Attapulgite) که محتوی سیلیکات منیزیم است. فراموش نکنید که مقدار پتانسیل در رس های مختلف متفاوت است. تا زمانی که یک رس کم و بیش خشک باشد کاتیون ها به سطوح رس چسبیده می باشند اما به محض این که رس مرطوب شود بخشی از یون ها از سطح ذرات آن جدا شده و وارد محلول خاک می شوند. جدا شدن یون ها و استقرار نسبی آن ها از نظر فاصله با لایه رس وضعیتی را به وجود می آورد که به آن لایه مضاعف (Double Layer) گفته می شود (مطابق شکل زیر). ضخامت لایه مضاعف بستگی به نوع رس و غلظت یون ها در محلول خاک دارد. هر چه محلول خاک از نظر وجود یون ها غلیظ تر باشد ضخامت این لایه نازک تر می باشد. پایداری خاکدانه ها و ساختمان خاک بستگی به ضخامت این لایه دارد.
رس های مونت موریلونیت که دارای بالاترین پتانسیل زتا می باشند به شدت در اثر جذب رطوبت منبسط و در اثر خشک شدن منقبض می گردند؛ به طوری که در هنگام خشک بودن ترک های شدیدی در آن ها به وجود می آید. خاک های مونت موریلونیت این خاصیت را نیز دارند که در اثر وجود سدیم به دلیل این که بار الکتریکی آن ها به طور کامل خنثی نمی شود از یکدیگر پراکنده شده و خاک به اصطلاح پودری شده و ساختمان خود را از دست می دهد. بنابراین در کشاورزی باید تلاش کرد با انجام عملیات صحیح زراعی و دادن کودهای آلی ساختمان این نوع خاک ها را حفظ نمود. هر چند در کشاورزی مدرن امروزه و در زراعت های گاخانه ای نیاز به استفاده از خاک و به خصوص رس نمی باشد اما به جرات می توان گفت که در گذشته بدون وجود خاک رسی کشاورزی امکان پذیر نبوده است. استفاده از رس تنها محدود به سیستم کشاورزی نمی باشد. تعدادی از دانشمندان بر این باورند که رس در منشا حیات نیز نقش اساسی داشته است. زیرا که تصور می شود که اولین آمینو اسید ها روی بسترهایی از ذرات رس تبدیل به زنجیره های بزرگتر شده اند.
