بررسی رطوبت خاک

مقدمه:

آیا تا به حال برایتان اتفاق افتاده است که در جایی به ظاهر خشک قدم بگذارید اما در همان لحظه متوجه شوید که پای تان در گِل فرو رفته است؟ راه رفتن و قدم گذاشتن در گِل یک تجربه ی بسیار کثیف است! چگونه قبل از قدم گذاشتن به جایی می توان تشخیص داد خاک آن خشک است یا مرطوب؟ در این فعالیت علمی شما بررسی خواهید کرد که آیا می توان بر اساس رنگ خاک میزان رطوبت آن را تشخیص داد.

پیش زمینه:

میزان آب موجود در یک نمونه خاک رطوبت نام دارد. رطوبت بسیار مهم است و مقدار آن برای رشد موجودات باید مقداری تعادلی باشد (نه خیلی خشک و نه خیلی خیس). به طور خاص، میزان رطوبت خاک باید مطابق با نیازهای گیاهان، حیوانات و سایر موجودات زنده ی یک زیستگاه باشد. برخی از ارگانیسم ها مانند سرخس ها و سمندرها به رطوبت فراوانی نیاز دارند. موجوداتی دیگر مانند کاکتوس و برخی از مارها سازگار با زیستگاه های کویری هستند و به میزان بسیار کمی آب نیاز دارند. اغلب خاک با رطوبت متعادل برای گیاهان و حیوانات خاکی کوچک مناسب است.

شرایط رطوبتی ساختار خاک را از جنبه های متفاوت تحت تأثیر قرار می دهد. خاکی که بیش از اندازه مرطوب باشد به خوبی خشک نمی شود و دچار فرسایش می شود. خاکی که بسیار خشک باشد نیز سخت و فشرده می شود. علاوه بر این ها انواع مختلف خاک عکس العمل متفاوتی در مقابل رطوبت از خود نشان می دهند. خاک شنی آب را به سرعت از دست می دهد اما خاک رس آب را نگه می دارد و خیس می ماند.

مواد و وسایل مورد نیاز:

یک فنجان خاک خشک (خاک را با اجازه ی بزرگتر خود از حیاط خانه یا محلی در فضای باز مانند پارک بردارید. اگر خاک مرطوب است آن را با توجه به توضیحات قسمت آماده سازی خشک کنید.)
 هفت لیوان یا فنجان شفاف مشابه
 میز کار
 قاشق برای اندازه گیری
 آب
 یک ورق کاغذ تمیز

آماده سازی:

اگر خاکی که جمع کرده اید به طور کامل خشک نیست، باید رطوبت آن را از بین ببرید. با کمک یک بزرگتر خاک را داخل یک ظرف پیرکس کوچک بریزید و آن را روی سینی فر قرار دهید. حال سینی فر همراه با ظرف پیرکس را به مدت دو تا سه ساعت در حرارت کم (دویست فارنهایت) در فر قرار دهید. با این کار رطوبت خاک تبخیر می شود. پس از خشک شدن خاک، با دقت سینی را از فر بیرون بیاورید و آن را در جایی قرار دهید تا خاک به طور کامل خنک شود.

دو قاشق غذاخوری خاک داخل هر کدام از هفت لیوان یا استکان مشابه بریزید.

روش کار:

لیوان ها را در یک خط کنار هم روی میز کار خود بچینید.

به لیوان اول از سمت چپ هیچ آبی اضافه نکنید. در لیوان بعدی (در سمت راستِ لیوان اول) نصف قاشق چای خوری آب بریزید. به لیوان بعدی یک قاشق چای خوری آب اضافه کنید و در لیوان بعد از آن یک و نیم قاشق چای خوری آب بریزید. به همین ترتیب به هر لیوان نصف قاشق چای خوری بیشتر از لیوان قبل آب اضافه کنید. بنابراین باید در لیوان آخر از سمت راست سه قاشق چای خوری آب بریزید. با افزایش مقدار آب داخل لیوان ها ظاهر خاک چه تغییری می کند؟

حال خاک داخل لیوان ها را با آبی که در هر کدام ریخته اید مخلوط کنید. ظاهر خاک با مخلوط شدن با آب هر لیوان چه تغییری می کند؟

تمام لیوان ها را روی یک کاغذ سفید قرار دهید. (قرار دادن آنها روی یک زمینه ی سفید می تواند در مقایسه ی رنگ خاک داخل هر لیوان به شما کمک کند. از بالا مستقیم به خاک داخل هر لیوان نگاه کنید. کدام خاک از همه روشن تر است؟ کدام خاک از بقیه تیره تر است؟ آیا ارتباطی میان میزان آب اضافه شده و روشن یا تیره بودن خاک مشاهده می کنید؟

حال یک قاشق غذاخوری از خاک هر لیوان را بردارید و آن را روی ناحیه ای تمیز از کاغذ قرار دهید. (این کار را از لیوان کاملاً خشک شروع کنید و یکی یکی به سمت لیوان آخر که مرطوب تر از همه است پیش بروید.) خاک هر لیوان را با انگشتان خود لمس کنید. ویژگی های هر خاک چیست؟

به نظر شما می توان با این مشاهدات میزان رطوبت نمونه های خاک را تعیین کرد؟

آزمایش های تکمیلی:

شما می توانید نتایج به دست آمده از این فعالیت را با گرفتن عکس از خاک های مرطوب تمام لیوان ها و چاپ آنها به صورت سیاه و سفید کمّی کنید. پس از چاپ عکس ها آنها را با یک نوار سیاه و سفید (که مقادیر مختلف رنگ های سیاه و سفید را به صورت درصد روی خود دارد) مقایسه کنید. با کمّی کردن نتایج خود، رنگ نمونه های خاک را با هم مقایسه کنید. کدام نمونه ها تیره تر و کدام روشن تر هستند؟

در این فعالیت علمی شما تنها یک نوع خاک را بررسی کردید. سعی کنید خاک های مختلف از مناطق متفاوت (حتماً با گرفتن اجازه برای برداشتن خاک) را جمع آوری کنید و بدون خشک کردن آنها، این نمونه های جدید را با هم و با خاک های موجود در لیوان های مربوط به آزمایش اصلی مقایسه کنید. آیا می توانید با کمک نمونه های خاک مربوط به آزمایش اصلی میزان رطوبت موجود در خاک های دیگر را حدس بزنید؟

سعی کنید میزان رطوبت خاک یک منطقه را در روزهای مختلف اندازه بگیرید. آیا رطوبت خاک تحت تأثیر شرایط آب و هوایی مانند آفتاب، باد، ابر و باران تغییر می کند؟ تفاوت رطوبت در این روزها چقدر است؟

مشاهده و نتیجه گیری:

آیا با افزایش رطوبت نمونه های خاک، رنگ آنها تیره تر می شود؟
رنگ خاک بسته به نوع خاص خاک ممکن است متفاوت باشد. اما به طور کلی با اضافه شدن آب به خاک خشک رنگ آن تیره تر می شود. رنگ خاک خشک بستگی به ذرات تشکیل دهنده ی آن (به خصوص مواد معدنی و پروتئینی (مواد آلی)) دارد. با اضافه شدن آب به خاک، ذرات آب جای اکسیژنی که به طور طبیعی داخل خاک وجود دارد را می گیرند و خاک تیره تر می شود. این بدان معناست که خاک مرطوب اکسیژن کمتری در مقایسه با خاک خشک دارد.

با اضافه شدن مقدار کافی آب به خاک، خاک اشباع می شود و آب لایه ای روی خاک تشکیل می دهد. ممکن است این اتفاق را در آزمایش هنگام اضافه کردن آب به لیوان های سمت راستی مشاهده کرده باشید. همانطور که قبلاً اشاره کردیم، موجودات مختلف به خاک های با میزان رطوبت متفاوت نیازمندند. اگر خاک بیش از اندازه خشک باشد، گیاهان و حیوانات و میکروارگانیسم هایی که به آب نیاز دارند زنده نمی مانند و خاک نیز سخت و فشرده می شود. در مقابل اگر خاک بیش از حد مرطوب باشد، اکسیژن کافی در آن وجود نخواهد داشت که این هم می تواند برای موجودات زنده ی داخل خاک خطرآفرین باشد.

منبع: Soil Science

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان،تنظیم: نیلوفر یاقوتی