فرسایش خاک کشاورزی؛ عوامل ایجاد، پیامدها و روش‌های جلوگیری
فرسایش خاک کشاورزی یعنی جدا شدن، جابه‌جا شدن و از دست رفتن ذرات خاک در اثر آب، باد یا نیروی ثقلی. این فرآیند در طبیعت همیشه وجود داشته است، اما وقتی پوشش گیاهی از بین می‌رود، شخم در جهت شیب انجام می‌شود یا آبیاری و بارندگی روی زمین لخت جاری می‌گردد، سرعت آن بسیار بیشتر از توان بازسازی خاک می‌شود. از بین رفتن خاک سطحی فقط کم شدن چند میلی‌متر از ارتفاع زمین نیست؛ حاصلخیزترین بخش نیمرخ، یعنی لایه‌ای که ماده آلی، عناصر غذایی و فعالیت زیستی در آن متمرکز است، از مزرعه خارج می‌شود.
در ایران، به‌ویژه در اراضی شیب‌دار دیم، دشت‌های بادخیز مرکزی و زمین‌هایی که پس از برداشت بدون پوشش رها می‌شوند، فرسایش آبی خاک و فرسایش بادی خاک هر دو دیده می‌شوند. حفاظت خاک کشاورزی از همین نقطه آغاز می‌شود: شناخت عامل فرساینده، نقش شیب و پوشش، و انتخاب روش‌هایی که رواناب را کنترل و سطح خاک را محفوظ نگه دارند.
فرسایش خاک کشاورزی چیست؟
خاک سطحی طی دهه‌ها و قرن‌ها تشکیل می‌شود، اما ممکن است در چند رگبار یا یک فصل باد شدید از دست برود. فرسایش وقتی رخ می‌دهد که نیروی جداکننده قطرات باران، جریان آب یا باد از مقاومت خاکدانه‌ها بیشتر شود و ذرات بتوانند حمل شوند. بخشی از این ذرات در پایین‌دست رسوب می‌کند، بخشی وارد آبراهه و سد می‌شود و بخشی به‌صورت گردوغبار از منطقه خارج می‌گردد.
فائو فرسایش تسریع‌شده آبی و بادی را در کنار کاهش حاصلخیزی، شور و قلیایی شدن، تخریب ساختمان خاک و از دست رفتن ماده آلی، از نشانه‌های اصلی تخریب زمین می‌داند. در تعریف حفاظت آب و خاک، پیشگیری یا کاهش فرسایش، فشردگی و شوری در یک بسته مدیریت پایدار دیده می‌شود، نه به‌صورت مسائل جدا از هم. به همین دلیل زمینی که ساختمان آن در اثر فشردگی خاک یا پراکندگی رس ناشی از شوری و سدیمی شدن ضعیف شده باشد، معمولاً به فرسایش هم حساس‌تر است.
واحد رایج بیان شدت فرسایش، تن در هکتار در سال است. اگر فقط یک میلی‌متر از خاک سطحی یک هکتار شسته شود، بسته به چگالی ظاهری ممکن است حدود ۱۰ تا ۱۵ تن خاک از دست برود. چنین عددی برای تشکیل دوباره خاک بسیار سنگین است، به‌خصوص در مناطق خشک که هوازدگی و تجمع ماده آلی کند پیش می‌رود.
تفاوت فرسایش آبی و بادی
فرسایش آبی خاک با انرژی قطره باران و نیروی جریان شروع می‌شود. شکل‌های رایج آن عبارت‌اند از:
- فرسایش ورقه‌ای: لایه نازکی از سطح به‌صورت نسبتاً یکنواخت برداشته می‌شود و اغلب تا وقتی رنگ خاک روشن‌تر نشده یا بقایای ریشه‌دار بیرون نزده، کمتر به چشم می‌آید؛
- فرسایش شیاری: مسیرهای باریک و موازی پس از بارندگی یا آبیاری روی زمین دیده می‌شوند؛
- فرسایش خندقی: شیارها عمیق‌تر می‌شوند و دیگر با عملیات معمولی زراعی از بین نمی‌روند؛
- فرسایش کنارآبراهه: جریان متمرکز دیواره کانال یا مسیل را می‌برد.
فرسایش بادی خاک در زمین‌های خشک، بدون پوشش و با ذرات ریز تا متوسط رخ می‌دهد. سه سازوکار اصلی آن خزش ذرات درشت روی سطح، جهش ذرات متوسط که معمولاً بخش عمده حمل باد را تشکیل می‌دهد، و تعلیق ذرات بسیار ریز به هواست. باد نخست خاکدانه‌های ضعیف را می‌شکند، سپس ذرات جهنده مانند سنباده به سطح برخورد می‌کنند و جداسازی را تشدید می‌نمایند. نتیجه آن می‌تواند تشکیل مناطق کف‌رفت، تپه‌های رسوبی، آسیب به گیاهک‌ها و کاهش دید و کیفیت هوا باشد.
تفاوت مدیریتی این دو نوع فرسایش در عامل کنترل‌کننده است. در فرسایش آبی باید انرژی قطره و سرعت رواناب کم شود. در فرسایش بادی باید پوشش سطح حفظ گردد، سرعت باد در نزدیکی زمین کاهش یابد و خاکدانه‌های پایدار باقی بمانند. با این حال یک اصل در هر دو مشترک است: خاک لخت، خشک و پودرشده آسیب‌پذیرترین حالت ممکن است.
نقش بارندگی و آبیاری در فرسایش
باران از دو راه خاک را جابه‌جا می‌کند: ضربه قطره و ایجاد رواناب. قطره‌های درشت و باران‌های شدید خاکدانه‌ها را می‌پاشند و ذرات را آماده حمل می‌کنند. اگر شدت بارندگی از سرعت نفوذ بیشتر شود، آب روی سطح جمع می‌شود و به راه می‌افتد. هرچه سرعت و عمق این جریان بیشتر باشد، توان حمل رسوب بالاتر می‌رود. رگبارهای کوتاه و شدید که در بسیاری از مناطق ایران پس از دوره خشکی می‌آیند، درست زمانی رخ می‌دهند که پوشش زمین ضعیف و خاک سطحی ناپایدار است.
آبیاری هم می‌تواند عامل فرسایش باشد. در آبیاری شیاری روی زمین شیب‌دار، اگر دبی ورودی زیاد و شیب شیار تند باشد، کف و دیواره شیار شسته می‌شود. در آبیاری غرقابی روی زمین ناصاف، جریان از نقاط پرشیب‌تر با سرعت بیشتر عبور می‌کند و شیار می‌سازد. حتی آبیاری بارانی اگر شدت پاشش از نفوذ خاک بیشتر باشد، سله و رواناب ایجاد می‌کند. طراحی شیب شیار، کاهش دبی، کوتاه کردن طول مسیر جریان و آبیاری در نوبت‌هایی که خاک ظرفیت پذیرش آب دارد، این خطر را کم می‌کند.
خاک یخ‌زده یا اشباع‌شده، و زمینی که سله بسته یا فشرده است، باران و آب آبیاری را دیرتر فرو می‌برد. در این شرایط بخش بزرگ‌تری از آب به رواناب تبدیل می‌شود. بنابراین هر اقدامی که نفوذ را بهتر کند، در عمل بخشی از فرسایش آبی را هم کنترل می‌نماید.
تأثیر شیب زمین بر سرعت فرسایش
شیب دو ویژگی تعیین‌کننده دارد: تندی و طول. با افزایش درصد شیب، مؤلفه نیروی وزن در جهت سرازیری بیشتر می‌شود و رواناب سریع‌تر حرکت می‌کند. اثر شیب خطی نیست؛ دو برابر شدن شیب معمولاً فرسایش را بیش از دو برابر افزایش می‌دهد. طول شیب هم مهم است چون هرچه مسیر جریان طولانی‌تر باشد، حجم آب تجمع‌یافته و توان کندن خاک بیشتر می‌شود. به همین دلیل یک دامنه بلند و یکنواخت اغلب بیشتر از همان شیب در قطعه‌های کوتاه و منقطع خسارت می‌بیند.
در معادله‌های تجربی برآورد فرسایش ورقه‌ای و شیاری، باران، فرسایش‌پذیری خاک، طول و تندی شیب، پوشش و عملیات حمایتی در کنار هم دیده می‌شوند. پیام عملی این مدل‌ها برای مزرعه روشن است: حتی اگر بارندگی را نتوان تغییر داد، می‌توان با شکستن طول شیب، ایجاد پوشش و عملیات حفاظتی اثر شیب را کم کرد. کشت در جهت شیب، یکی از پرزیان‌ترین تصمیم‌ها در اراضی شیب‌دار است چون شیارهای شخم خود به مسیر جریان تبدیل می‌شوند.
نقاط گود و محل تمرکز جریان، حتی روی شیب متوسط، ممکن است زودتر از بقیه زمین خندق بسازند. شناسایی این مسیرها پس از یک بارندگی و اصلاح آن‌ها با پوشش دائمی یا آبراهه چمنی، بسیار کم‌هزینه‌تر از پر کردن خندق‌های عمیق بعدی است.
پیامدهای از دست رفتن خاک سطحی
خاک سطحی معمولاً تیره‌تر، غنی‌تر از ماده آلی و دارای ساختمان بهتری نسبت به لایه‌های زیرین است. وقتی این لایه شسته یا باد برده شود، چند پیامد پشت سر هم ظاهر می‌شود:
- کاهش ذخیره عناصر غذایی و ماده آلی و در نتیجه نیاز بیشتر به نهاده برای حفظ همان عملکرد؛
- ضعیف شدن ساختمان و ظرفیت نگهداری آب، که گیاه را به خشکی حساس‌تر می‌کند؛
- ظاهر شدن لایه‌های زیرین آهکی، رسی متراکم یا سنگی که بستر نامناسب‌تری برای ریشه هستند؛
- کاهش ضخامت مؤثر خاک و محدود شدن حجم قابل استفاده برای ریشه؛
- آلودگی آب‌های سطحی با رسوب، عناصر و بقایای نهاده‌ها در پایین‌دست؛
- پر شدن کانال، زهکش و مخازن با رسوب و افزایش هزینه نگهداری.
خسارت فرسایش فقط درون مزرعه نیست. گردوغبار ناشی از فرسایش بادی به محصول همسایه، جاده و سلامت تنفسی آسیب می‌زند. رسوب ناشی از فرسایش آبی کیفیت آب را پایین می‌آورد و زیرساخت‌های آبیاری را مستهلک می‌کند. به همین دلیل حفاظت خاک کشاورزی هم یک تصمیم زراعی است و هم یک ضرورت پایدار برای کل حوزه آبخیز.
نقش پوشش گیاهی در حفاظت از خاک
پوشش گیاهی مؤثرترین و طبیعی‌ترین سپر در برابر فرسایش است. بخش هوایی گیاه انرژی قطره باران را می‌گیرد، سرعت باد را نزدیک سطح کم می‌کند و بخشی از آب را نگه می‌دارد تا فرصت نفوذ پیدا کند. ریشه‌ها ذرات را به هم می‌بندند و پایداری خاکدانه‌ها را افزایش می‌دهند. بقایای گیاهی روی سطح نیز مانند مالچ عمل می‌کنند و از برخورد مستقیم قطره و باد با خاک جلوگیری می‌نمایند.
هرچه سطح بیشتری از خاک در ماه‌های حساس پوشیده بماند، خطر فرسایش کمتر می‌شود. زمین شخم‌خورده و بدون بقایا در آستانه بارندگی پاییزه یا باد بهاری، آسیب‌پذیرترین وضعیت را دارد. کشت پوششی، حفظ بقایا، کاهش شدت شخم و جلوگیری از چرای بی‌رویه همگی در همین اصل شریکند: خاک نباید بی‌دفاع بماند. پوشش زنده یا بقایا حتی اگر کامل نباشد، باز هم از زمین کاملاً لخت بسیار بهتر است.
در اراضی دیم شیب‌دار، حفظ کاه و کلش و پرهیز از سوزاندن بقایا یکی از در دسترس‌ترین اقدامات است. در باغ‌ها، پوشش بین ردیف‌ها یا مالچ آلی می‌تواند هم فرسایش را کم کند و هم رطوبت را بهتر نگه دارد. البته پوشش نباید با مدیریت آب و آفات هر مزرعه در تضاد باشد؛ انتخاب گونه و تراکم باید با اقلیم و نظام کشت هماهنگ شود.
روش‌های کنترل رواناب و جلوگیری از فرسایش
کنترل رواناب یعنی آب را آهسته‌تر، پخش‌شده‌تر و با فرصت نفوذ بیشتر حرکت دادن. بسته به شیب و امکانات مزرعه می‌توان از ترکیب این روش‌ها استفاده کرد:
- کشت روی خطوط تراز به‌جای کشت در جهت شیب؛
- نوارکشت؛ یعنی تناوب نوارهای متراکم گیاهی با نوارهای زراعی در راستای تراز؛
- تراس‌بندی یا ایجاد سکو در شیب‌های تندتر برای شکستن طول دامنه؛
- احداث آبراهه چمنی در مسیرهای طبیعی تمرکز جریان؛
- کوتاه کردن طول شیار آبیاری، کاهش دبی ورودی و تسطیح مناسب زمین؛
- احداث بادشکن درختی یا بوته‌ای عمود بر جهت باد غالب برای مهار فرسایش بادی؛
- حفظ زبری سطح خاک و پرهیز از پودر کردن بیش از حد کلوخه‌ها در مناطق بادخیز؛
- اصلاح خندق‌های تازه با پوشش دائمی و جلوگیری از پیشرفت آن‌ها، پیش از آن‌که به کانال‌های عمیق تبدیل شوند.
انتخاب روش باید با علت اصلی هماهنگ باشد. برای رگبار روی شیب متوسط، پوشش و کشت روی خط تراز اغلب اولین و کم‌هزینه‌ترین اقدام است. برای خندق فعال، فقط شخم زدن کافی نیست و باید جریان متمرکز مهار شود. برای فرسایش بادی، هیچ سازه‌ای جای پوشش سطح را نمی‌گیرد.
روش‌های کشاورزی حفاظتی
کشاورزی حفاظتی بر سه اصل استوار است: حداقل به‌هم‌خوردگی خاک، حفظ پوشش دائمی سطح، و تناوب گیاهی متنوع. این اصول هم‌زمان فرسایش، تراکم و از دست رفتن ماده آلی را هدف می‌گیرند. کاهش شخم یا کشت مستقیم باعث می‌شود خاکدانه‌ها و کانال‌های ایجادشده توسط ریشه و موجودات خاکزی حفظ شوند و سطح کمتر در معرض ضربه قطره و باد قرار گیرد.
تناوب گیاهی با وارد کردن گیاهان پوششی یا گونه‌های دارای ریشه متفاوت، هم غذای موجودات خاکزی را تأمین می‌کند و هم زمین را در فاصله دو کشت اصلی بی‌دفاع نمی‌گذارد. مدیریت صحیح آبیاری، پرهیز از تردد روی خاک خیس و بازگرداندن ماده آلی به زمین، حلقه‌های تکمیلی همین نظام هستند. در خاک‌هایی که ماده آلی بسیار کم و ساختمان ناپایدار دارند، بهبود تدریجی ماده آلی با بقایا و در صورت نیاز استفاده حساب‌شده از بهساز خاک آلی می‌تواند پایداری خاکدانه‌ها را بیشتر و حساسیت به پاشمان و حمل را کمتر کند. برخی مواد معدنی مانند زئولیت نیز به‌عنوان کمک به نگهداری رطوبت و بهبود ساختمان در کنار این مدیریت زراعی مطرح می‌شوند، اما اثر پایدار حفاظت خاک از پوشش سطح و کاهش رواناب به دست می‌آید نه از یک ماده واحد.
فائو تأکید می‌کند احیای زمین تخریب‌شده باید با تغییر شیوه‌های استفاده از سرزمین همراه باشد؛ از جمله کشاورزی حفاظتی، عملیات خوب زراعی، مدیریت آبیاری و تغذیه تلفیقی گیاه. به زبان مزرعه این جمله یعنی نمی‌توان فقط پایین‌دست خندق را پر کرد و بالادست را همان‌طور لخت و شخم‌خورده رها نمود. حفاظت خاک وقتی موفق است که از همان کرت و همان فصل کشت شروع شود و هر سال تکرار گردد.
پرسش‌های متداول
از کجا بفهمیم فرسایش آبی در مزرعه در حال رخ دادن است؟
آب گل‌آلود خروجی از زمین، شیارهای موازی پس از بارندگی یا آبیاری، ظاهر شدن ریشه‌ها یا سنگریزه روی سطح، و روشن‌تر شدن رنگ خاک نسبت به سال‌های قبل نشانه‌های رایج هستند. خندق‌هایی که با شخم معمولی پر نمی‌شوند یعنی فرسایش از مرحله شیاری جلوتر رفته است.
فرسایش بادی بیشتر در چه شرایطی دیده می‌شود؟
زمین خشک و بدون پوشش، ذرات پودرشده پس از شخم، بادهای مداوم و رطوبت پایین سطح، زمینه را برای فرسایش بادی فراهم می‌کنند. حفظ بقایا، بادشکن و پرهیز از پودر کردن خاک سطحی مؤثرترین اقدامات پیشگیرانه هستند.
آیا تراس‌بندی برای هر زمینی لازم است؟
خیر. در شیب‌های ملایم معمولاً پوشش، کشت روی خط تراز و کنترل مسیر جریان کافی است. تراس بیشتر برای شیب‌های تندتر یا جایی مطرح می‌شود که طول دامنه زیاد است و روش‌های ساده‌تر رواناب را مهار نمی‌کنند.
چه رابطه‌ای میان فرسایش، فشردگی و شوری وجود دارد؟
خاک فشرده دیرتر آب را فرو می‌برد و رواناب بیشتری تولید می‌کند. خاک‌های شور و به‌ویژه سدیمی نیز به‌خاطر ساختمان ضعیف و سله سطحی به جدا شدن ذرات حساس‌ترند. مدیریت این سه محدودیت اگر با هم دیده شود، نتیجه پایدارتری دارد.
منابع
Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO). Soil Conservation. FAO Soils Portal: https://www.fao.org/soils-portal/soil-management/soil-conservation/en/