چرا و چگونه از خاک نمونه‌گیری انجام می‌شود؟

فهرست

• ضرورت آزمایش خاک و آب
• اهداف آزمایش خاک
• آزمایش خاک و مدیریت عناصر غذایی
• الگوهای نمونه برداری
• نمونه ساده (منفرد) و مرکب
• اهمیت نمونه برداری در یک آزمایش خاک 
• نکات مهمی که قبل از نمونه برداری باید به یادداشت
• انتخاب منطقه نمونه برداری
• یک راهکار عملی ساده برای نمونه برداری از خاک مزرعه 
• عمق نمونه برداری
• مقدار نمونه
• تعداد مطلوب نمونه
• ابزار نمونه گیری
• عوامل مؤثر بر نمونه برداری
• زمان نمونه برداری
• دفعات نمونه برداری
• مراقبت از نمونه و نکات مهمی که در نمونه برداری باید به آنها توجه کرد
• منابع

ضرورت آزمایش خاک و آب

بررسی ویژگی‌های خاک به عنوان محیطی برای رشد و استقرار گیاه و همینطور دسترسی و فراهم کردن عناصرغذایی، امری ضروری است. از آنجایی که گیاه عمده عناصرغذایی مورد نیاز خود را از خاک جذب می‌کند تعیین وضعیت این عناصر در خاک برای تولید موفق محصول اهمیت بسزایی دارد. بدیهی است مقدار عناصر مورد نیاز بر اساس نوع گیاه و شرایط خاک و منطقه متفاوت خواهد بود. همچنین، استفاده از مقادیر زیاد کودهای کشاورزی بدون در نظر گرفتن شرایط مزرعه با صرف هزینه زیاد و ایجاد آلودگی سبب می‌شود کشاورزان به روش قابل اطمینان‌تری روی آورند. انجام آزمایش خاک و بررسی آن توسط کارشناسان منجر به کاهش هزینه‌ها تا حد امکان، افزایش کمیت و کیفیت محصول و همچنین حفظ سلامت خاک و محیط زیست می‌شود. افزون براین، در شرایطی که خاک‌ها دارای مقادیر زیادی آهک هستند، شوری زیاد و pH قلیایی یا اسیدی دارند و کشاورزی را با مشکل روبه‌رو کرده‌اند، بررسی وضعیت خاک از طریق آزمایش خاک با نظر کارشناسان می‌تواند در مدیریت و بهبود شرایط تولید، نقش مؤثری داشته باشد. همچنین، اهمیت بررسی ویژگی‌های آب آبیاری به دلیل تأثیر آن بر شرایط خاک در طولانی مدت و تفاوت گیاهان مختلف در واکنش به شوری و سایر ویژگی‌های آب، کمتر از انجام آزمایش خاک نیست.

به این ترتیب، با انجام به موقع آزمایش خاک و انتخاب محصول مناسب و بررسی کیفیت آب آبیاری، امکان تولید مطمئن و با کیفیت محصولات کشاورزی و همچنین حفظ سلامت خاک و تداوم کشاورزی با مدیریت صحیح فراهم خواهد شد.

اهداف آزمایش خاک

یک آزمایش خاک می‌تواند برای اهداف کشاورزی یا مهندسی مورد استفاده قرار گیرد.

• ازجمله مواردی مهمی که در بررسی‌های کشاورزی آزمایش خاک انجام می‌گیرد تعیین میزان عناصرغذایی در خاک است. آزمایش خاک در واقع یک ابزار تشخیصی مهم برای تعیین نیاز گیاهان به عناصر غذایی و ارزیابی‌های محیطی است و برای تعیین سطح حاصلخیزی خاک و تصمیم‌گیری‌های مناسب در مورد مدیریت عناصرغذایی ضروری می‌باشد. برخی از خاک‌ها ذاتاً از نظر عناصرغذایی گیاه دارای کمبود هستند. سایر خاک‌ها در گذشته از مواد مغذی کافی برخوردار بودند، اما حذف عناصرغذایی با برداشت محصول، ذخیره آنها را تخلیه کرده است. استفاده مناسب از عناصرغذایی باعث افزایش عملکرد، کاهش هزینه‌های تولید و جلوگیری از آلودگی آب‌های سطحی و زیرزمینی می‌شود. آزمایش خاک به طور گسترده در مناطق پیشرفته محصولات زراعی در جهان برای تعیین نیاز به کوددهی برای محصولات زراعی پذیرفته شده و مورد استفاده قرار می‌گیرد (۱ و ۲).
• آزمایش خاک را همچنین می‌توان برای تعیین مقدار کاربرد پسماندهای حاوی عناصرغذایی یا سایر عناصر که می‌توانند به محیط زیست آسیب برسانند، استفاده کرد. پسماندهایی مانند کودهای حیوانی و فرآورده‌های فرعی صنعتی ممکن است عناصرغذایی مختلف مورد نیاز گیاه را فراهم کنند. با این حال، میزان بالای کاربرد آن در خاک‌هایی که برای دفع مواد با هزینه کم طراحی شده‌اند، ممکن است منجر به برجا گذاشتن مقدار زیاد عناصرغذایی شوند که برای سلامتی گیاهان، حیوانات یا انسان ضرر دارند. خاک‌هایی که مواد زاید را دریافت می‌کنند برای بررسی میزان آلودگی عناصری از قبیل آرسنیک، کادمیوم، نیکل، سرب، جیوه و سلنیوم مورد آزمایش قرار می‌گیرند (۱).
• علاوه براین، آزمایش‌های خاک می‌تواند با اهداف بیولوژیکی و بررسی موجودات زنده (Biota) خاک نیز انجام شود.
• همچنین، آزمایش‌های خاک می‌توانند مبنایی برای توصیه جهت برنامه‌های اصلاحی مثل مقدار آهک و غیره که در خاک‌های مختلف باید اضافه شود و همینطور انتخاب گیاهان مناسب بر اساس اطلاعات آزمایش خاک باشند (۳).

آزمایش خاک و مدیریت عناصر غذایی

مدیریت عناصرغذایی در خاک به دلایل اقتصادی و زیست محیطی از اهمیت بالایی برخوردار است. گیاهان برای حفظ سلامتی مطلوب به مقادیر مشخصی از هر عنصرغذایی ضروری احتیاج دارند. در حین تولید محصولات زراعی، برای بهینه سازی بهره‌وری و حداکثر سودآوری، از هر عنصرغذایی باید به مقدار کافی در خاک حضور داشته باشد. این عناصرغذایی در درجه اول از مواد معدنی بومی خاک و سپس با استفاده از کوددهی، تثبیت نیتروژن یا کاربرد کودهای حیوانی حاصل می‌شوند. اگرچه عناصرغذایی برای رشد بهینه گیاه و تولید محصولات زراعی ضروری هستند، اما از دیدگاه محیط زیست این اهمیت دارد که عناصرغذایی بیش از نیاز گیاه استفاده نمی‌شوند و در خاک باقی می‌مانند. هنگامی که مقادیر بیش از حد عناصرغذایی به طور عمده نیتروژن و فسفر به خاک اعمال شوند، این عناصر می‌توانند از طریق آبشویی وارد منابع آب نزدیک شوند (۴). با افزایش غلظت نیتروژن و فسفر در آب‌های سطحی، رشد سریع گیاهان آب اتفاق می‌افتد و فراوانی گیاهان در حال رشد در آب سبب فرآیندی بنام Eutrofication می‌شود که می‌تواند برای سلامتی کلی اکوسیستم آب مضر باشد. بطورکلی، کاربرد بیش از حد نیتروژن و فسفر در مزارع کشاورزی و عملیات بی اثر حفظ عناصرغذایی، خاک و آب در بسیاری از مناطق جهان باعث افزایش آلودگی این عناصر می‌شوند.

خاک‌ها به طور معمول برای عناصرغذایی اولیه فسفر، پتاسیم و نیتروژن آزمایش می‌شوند. در برخی مناطق، خاک‌ها عموماً برای سایر عناصرغذایی اولیه مانند کلسیم، منیزیم و گوگرد و سایر عناصرغذایی مورد نیاز گیاه در مقادیر بسیار کم مانند برم، مس، آهن، منگنز، مولیبدن و روی نیز مورد آزمایش قرار می‌گیرند. همچنین مقدار کربن آلی خاک، pH و EC از فاکتورهای مؤثر بر حاصلخیزی هستند که در یک آزمایش معمولی خاک اندازه‌گیری می‌شوند (۱).

الگوهای نمونه برداری

الگوهای نمونه برداری به سه دسته غیرسیستماتیک، سیستماتیک و تصادفی تقسیم می‌شوند. در روش غیرسیتماتیک (نامنظم) الگوهای نمونه برداری به شکل زیگزاگ، S ،W ،N و X (این الگوها ساده سازی شده روش نمونه برداری تصادفی) هستند. در الگوی نمونه برداری تصادفی از هر نقطه نمونه برداری به طور جداگانه و تصادفی و مستقل از واحدهای ترسیم شده قبلی نمونه‌گیری انجام می‌شود. در واقع در این روش‌ها واحدهای یکنواخت (از نظر نوع خاک، محصول، توپوگرافی، گونه‌های گیاهی، کشت قبلی و غیره) به واحدهای نمونه برداری تقسیم می‌شوند. سپس نمونه برداری از این واحدها جداگانه انجام می‌گیرد. الگوی دیگر برای نمونه برداری از خاک روش سیستماتیک است در این روش نمونه‌گیری براساس یک الگوی مشخص (فاصله و موقعیت نمونه‌ها) از تمام منطقه انجام می‌گیرد. برای مثال تهیه نمونه با کمک شبکه، یک نمونه‌گیری سیستماتیک است که نمونه‌ها باید در محل تقاطع شبکه و یا وسط سلول شبکه گرفته شوند. شبکه می‌تواند به شکل مستطیلی یا غیر مستطیلی باشد. از الگوی نمونه‌برداری تصادفی طبقه‌ای که از برخی مشکلات روش نمونه‌گیری کاملاً تصادفی جلوگیری می‌کند، نیز استفاده می‌شود. در این روش مکان مورد نظر به تعدادی سلول‌های شبکه تقسیم شده و تعدادی از نقاط به صورت تصادفی انتخاب می‌شوند (۵ و ۶).

نمونه ساده (منفرد) و مرکب

نمونه برداری از خاک می‌تواند به صورت ساده یا مرکب باشد. نمونه مرکب عمدتاً زمانی که میانگین غلظت یک ماده در یک افق یا لایه یک منطقه مورد نیاز است، استفاده می‌شود و زمانی که توزیع یک ماده در یک منطقه و عمق مشخص، مد نظر است نمونه‌گیری ساده انجام می‌شود. در نمونه‌گیری مرکب چندین نمونه ساده از مزرعه یا واحد مورد نظر گرفته و با هم مخلوط می‌شوند. در اکثر راهنماهای نمونه‌گیری برای کشاورزی توصیه می‌شود از نمونه‌گیری مرکب استفاده شود (۲ و ۶).

اهمیت نمونه برداری در یک آزمایش خاک 

نمونه برداری از خاک یکی از مهم‌ترین و اساسی‌ترین مراحل در فرآیند آزمایش خاک است که باید به صورت دقیق و قابل اطمینان و قابل استفاده در آنالیزهای شیمیایی باشد، زیرا که توصیه‌های بعدی به آن وابسته خواهد بود. هدف اصلی این مرحله (همانطور که در تمام تلاش‌های نمونه برداری صادق است) جمع آوری نمونه‌های نماینده از کل منطقه‌ای است که می‌خواهد مورد کشت و بررسی قرار گیرد. تغییرپذیری خاک هنگام تلاش برای به دست آوردن نمونه‌ای که نماینده خاک باشد، یک نگرانی اساسی است. در واقع یکی از گام‌های مهم برای به دست آوردن آزمایش‌های دقیق خاک، جمع آوری نمونه‌های نماینده در مزرعه است. اگر نمونه‌گیری از نقاطی که در کل منطقه توزیع شده‌اند جمع آوری شود، تجزیه و تحلیل شیمیایی بعدی و توصیه‌های کود و آهک نیز برای کل منطقه صحیح خواهد بود. اما، اگر فقط چند نمونه از نقاطی که نماینده منطقه نیستند جمع آوری شود، توصیه‌ها برای کل منطقه صحیح  نخواهد بود و کل فرآیند آزمایش خاک بدون نتایج مطلوب در یک بررسی گران قیمت، تمام می شود (۲، ۳ و ۷).

نکات مهمی که قبل از نمونه برداری باید به یادداشت

به‌طورکلی، نمونه برداری دقیق خاک و بررسی نمونه برای توصیف دقیق حاصلخیزی خاک ضروری است. نمونه‌ها باید بطور دقیق حاصلخیزی خاک را منعکس کنند به طوری که آنالیز، تفسیر و توصیه‌ها به درستی بیانگر وضعیت عناصرغذایی در کل مزرعه باشند. ارزیابی دقیق می‌تواند منجر به استفاده بهتر کود، کاهش هزینه‌ها و کاهش تخریب محیط زیست شود (۲). بنابراین، قبل از اقدام به گرفتن نمونه، باید چند نکته را به روشنی درک کرد و به یاد داشت:

۱. یک منطقه می‌تواند به عنوان یک واحد نمونه برداری منفرد در نظر گرفته شود، فقط در صورتی که از تمام جنبه‌ها به طور قابل توجهی یکنواخت باشد. این بدان معناست که مناطقی که در بخش مورد بررسی از لحاظ ارتفاع، رنگ یا بافت خاک تفاوت چشمگیری دارند باید به عنوان واحدهای مختلف نمونه برداری تلقی و به طور جداگانه نمونه برداری شوند. این تفاوت‌ها ممکن است نوع خاک، شیب، درجه فرسایش، زهکشی، محصول و یا تاریخ کوددهی و یا دیگر عوامل تأثیرگذار بر عناصر غذایی خاک باشند (شکل۱) (۲).

۲. باید از نمونه برداری نقاط واقع در نزدیکی یا روی تالاب‌ها، کانال‌ها، باتلاق‌ها و نقاط نزدیک درختان یا توده‌های کمپوست و کود یا هر مکان دیگری که نمی‌تواند به عنوان نماینده عمومی منطقه در نظر گرفته شود، جلوگیری شود. همچنین، نمونه‌گیری از مناطقی مانند حصارها، جاده‌ها، تپه‌های فرسایش یافته، مناطق کم آب و نقاط نمکی و مرطوب نباید انجام گیرد یا اینکه نمونه جداگانه از آنها تهیه شود (۲).

۳. عمق نمونه برداری یک نکته مهم است و براساس هدف آزمایش و نوع محصول متفاوت خواهد بود. معمولاً نمونه برداری تا عمق ۱۵ سانتی‌متر از سطح انجام می‌شود. با این حال، برای کارهای احیاء اراضی، عمق نمونه برداری حدود ۵۰ سانتی متر در نظر گرفته شده است. اما، زمانی که گیاهانی که قرار است کشت شوند ریشه‌های عمیق دارند، نمونه‌ها از افق عمیق‌تر حتی تا ۱۱۰ سانتی‌متر جمع می‌شوند (۳).

مراحلی که طی نمونه گیری باید دنبال شود

 هدف، جمع‌آوری نمونه‌های نماینده کافی از منطقه است تا تصویر روشنی از میانگین و تغییر در ویژگی‌های سراسر مکان مورد نظر ارائه دهد. مراحل زیر برای جمع آوری نمونه‌ها دنبال می‌شود:

انتخاب منطقه نمونه برداری

همانطور که قبلاً گفته شد معمولاً در منطقه‌ مورد بررسی اگر تفاوت‌های چشمگیری در رنگ، بافت، ارتفاع و غیره وجود داشته باشد، منطقه به واحدهای نمونه‌گیری یا شبکه‌ها تقسیم می‌شود (شکل۲). این کار باعث می‌شود پارامترها نقشه برداری شوند و هر الگو یا مشکلی در هر کدام از بخش‌ها در سراسر مکان مورد نظر مشخص شود. شدت شبکه به تغییرپذیری مکان، منابع موجود و اهمیت نتایجی که مربوط به ارزیابی است، بستگی دارد. گاهی اوقات نمونه برداری به صورت ترانسکت در منطقه همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده است، انجام می‌شود و در هر ۵ تا ۱۰ متر فاصله، نمونه خاک برای تجزیه و تحلیل گرفته می‌شود. اگر تفاوت قابل توجهی وجود نداشته باشد، ممکن است یک نمونه مرکب گرفته شود. در نمونه‌برداری مرکب عمق نمونه‌ها و حجم نمونه ساده‌ای که از هرمنطقه برداشته می‌شود باید یکسان باشد. منطقه نمونه برداری ممکن است بر اساس رنگ، بافت، توپوگرافی، پوشش گیاهی و الگوی زهکشی به بخش‌های فرعی یکنواخت تقسیم شود و از هر کدام ازین بخش‌ها نمونه مرکب گرفته شود (شکل ۴) (۳). یک نمونه مرکب خاک باید یک منطقه یکنواخت از مزرعه را نشان دهد. هر منطقه باید دارای محصول و حاصلخیزی مشابه باشد. ویژگی‌های خاک باید مشابه باشد. مساحتی که توسط یک نمونه مرکب منفرد نشان داده می‌شود در یک مزرعه آبی و دیم به ترتیب نباید بیش از ۱۶ و ۴۰ هکتار باشد (۲).

در شرایطی که همه این عوامل مشابه هستند و تفاوت قابل توجهی وجود نداشته باشد، می‌توان یک مزرعه را به عنوان یک واحد نمونه برداری منفرد در نظر گرفت و یک نمونه مرکب از کل منطقه تهیه کرد. عموماً نمونه مرکب با گرفتن پنج تا هفت نمونه تهیه می‌شود (شکل ۵) (۳). چنین واحدی نباید از ۱ تا ۲ هکتار تجاوز کند. واحد نمونه‌گیری، یک توافق بین هزینه، نیروی کار و زمان از یک طرف و دقت از سوی دیگر است (۸).

یک راهکار عملی ساده برای نمونه برداری از خاک مزرعه 

اگرچه نمونه برداری دقیق، نتایج و توصیه‌های بهتری به دنبال خواهد داشت اما تهیه شبکه و الگوهای نمونه برداری مدون نیازمند استفاده از نرم افزارهایی مانند GIS است که به دلیل عدم آشنایی و مهارت کشاورزان در این زمینه و همچنین محدودیت صرف هزینه برای کشاورزان دارای اراضی کوچک، امکان‌پذیر نیست. به همین دلیل یک راهکار ساده برای نمونه برداری پیشنهاد می‌شود. این روش عموماً برای مزارع یا واحدهای کوچک (۱ تا ۲ هکتاری) قابل استفاده است. بهتر است یکنواختی مزرعه قبل از انجام نمونه برداری مدنظر قرار گیرد. برای نمونه برداری به این روش کشاورز در یکی از گوشه‌های زمین می‌ایستد و سنگ کوچکی را به سمت یکی از گوشه‌های زمین پرتاب می‌کند. در نقطه‌ای که سنگ به زمین می‌افتد یک نمونه برداشته می‌شود (بهتر است نمونه‌ای که از هر نقطه‌ گرفته می‌شود، مرکب باشد). سپس از این نقطه‌ ۳۰ تا ۴۰ گام یا بیشتر (بسته به شرایط مزرعه و به صورت انتخابی) به سمت گوشه مقابل زمین حرکت می‌کند و مجدد نمونه برداری انجام می‌شود. این کار ادامه می‌یابد تا از کل مزرعه نمونه‌گیری انجام شود.

عمق نمونه برداری

جمع‌آوری نمونه از اعماق مناسب بسیار حیاتی است زیرا ابزاری که عمیق‌تر یا کم عمق‌تر نمونه می‌گیرد، نتایج اشتباه ایجاد می‌کند. عمق نمونه برداری براساس هدف، نوع عنصر و نوع گیاه مورد بررسی متفاوت خواهد بود (۲). 

مزارع کشت شده

عمق نمونه برداری برای اکثر خاک‌ها عموماً عمق خاکورزی و در فاصله ۱۵ تا ۲۰ سانتی‌متری از سطح زمین است. این ناحیه خاک بیشترین فعالیت ریشه را دارد و کاربرد کود عموماً به این عمق محدود می‌شود (۲). بنابراین، نمونه‌ها باید تا عمق شخم گرفته شوند. توصیه‌های آهک عموماً بر اساس عمق ۲۰ سانتی‌متری است اما اگر عمق شخم غیر از ۲۰ سانتی‌متر باشد، باید در توصیه‌های آهک تطبیق و جبران شود. همچنین، هنگام شخم زدن به اعماق بیشتر، ممکن است نیاز به افزایش سطح کود برای جبران حجم بیشتر خاک استفاده شود. برای یک نمونه، اگر توصیه‌های کود شیمیایی بر اساس عمق ۱۵ سانتی‌متری باشند و عمق شخم ۲۰ سانتی‌متر باشد، میزان کود توصیه شده باید ۳۰ درصد افزایش یابد و اگر عمق شخم ۲۵ سانتی‌متر باشد، مقدار کود توصیه شده باید ۶۰ درصد افزایش یابد. بنابراین اگر توصیه کود ۶۷ کیلوگرم در هکتار باشد، توصیه‌ها برای عمق شخم ۱۵ و ۲۵ سانتی‌متری به ترتیب ۹۰ و ۱۱۲ کیلوگرم در هکتار خواهد بود (۹).

نمونه‌های خاک سطحی (صفر تا ۱۵ یا ۲۰ سانتی‌متری) به طور معمول برای آزمایش‌های رایج سطوح ماده آلی، فسفر، پتاسیم، pH و نمک استفاده می‌شوند. محصولاتی با ریشه عمیق مانند گندم و جو در صورتی که توصیه‌های کودهای نیتروژنی موردنظر است به نمونه‌های عمیق‌تری نیاز دارند. هر دو نمونه خاک سطحی و زیرسطحی برای آزمایش عناصرغذایی موجود در منطقه ریشه مورد نیاز هستند (۲).

توصیه می‌شود برای بهترین ارزیابی از سطح عناصرغذایی خاک به جهت مدیریت بهینه عناصرغذایی، نمونه‌ها از اعماق صفر تا ۱۵ سانتی‌متر، ۱۵ تا ۳۰ سانتی‌متر و ۳۰ تا ۶۰ سانتی‌متر به صورت جداگانه گرفته شوند. آزمایشگاه‌های آزمایش خاک می‌توانند توصیه‌های کودی یک نمونه را از عمق صفر تا ۱۵ سانتی‌متر توسعه دهند، اما این توصیه‌ها فرضیاتی راجع به محتوای عناصرغذایی در لایه‌های عمیق‌تر ایجاد می‌کنند. توصیه‌های کودی قابل اعتماد و تصمیم‌گیری بهتر مدیریت عناصرغذایی زمانی انجام می‌شود که سطوح عناصرغذایی به جای تخمین زدن، اندازه‌گیری شود (برای مثال برای نیتروژن و گوگرد). نیترات و سولفات در خاک قابلیت حرکت دارند و مقدار قابل توجهی از آنها در عمق ۱۵ تا ۶۰ سانتی‌متری از سطح خاک است (۷). اگر آبشویی سبب حرکت این عناصرغذایی به زیر عمق ریشه‌زایی نشود، برای جذب در دسترس گیاه هستند. نمونه‌های خاک زیرین از عمق ۱۵ تا ۶۰ سانتی‌متری برای برآورد نیتروژن موجود و در بعضی موارد گوگرد مورد نیاز هستند (۲). بنابراین، توصیه کودی نیتروژن و گوگرد باید براساس مقادیر نیترات و سولفات قابل استخراج در نمونه با عمق صفر تا ۶۰ انجام شود. اگر توصیه‌های کودی این دو عنصر براساس نمونه گرفته شده از عمق صفر تا ۱۵ باشد نادرست خواهد بود. همچنین، نمونه‌های جداشده از اعماق مختلف تخمین درست‌تری از مقدار نیترات و سولفات در خاکرخ ارائه می‌دهند.

توصیه‌های کودی فسفر و پتاسیم براساس میزان فسفر و پتاسیم موجود در نمونه عمق صفر تا ۱۵ سانتی‌متر انجام می‌شود. به طور کلی، بیشتر فسفر قابل دسترس خاک برای گیاهان به لایه شخم محدود می‌شود زیرا فسفر نسبتاً بی‌حرکت است (۷). 

باغات میوه (Orchard)

تعدادی از مطالعات نمونه برداری نشان داده‌اند که در بیشتر محصولات باغی بیشترین فعالیت ریشه در عمق ۲۰ تا ۳۰ سانتی‌متری رخ می‌دهد. برای باغ‌های هلو و سیب، عمق نمونه برداری از ۳۰ تا ۳۵ سانتی‌متر و برای گردو، عمق ۱۵ تا ۲۰ سانتی‌متر توصیه می‌شود.

باغ (Garden)

عمق نمونه برداری توصیه شده برای باغ‌ها ۱۵ سانتی‌متر است. این عمق براساس متوسط برگردان خاک باغ با بیل در اکثر خاک‌های باغ است.

مرتع و مزارع بدون خاکورزی

مرتع‌ها و مزارع بدون خاکورزی باید در عمق ۱۰ سانتی‌متری نمونه برداری شوند. این نشان دهنده عمق جذب فعال عناصرغذایی و منطقه‌ای است که باقیمانده عناصرغذایی کود در آن انباشته می‌شود.

مقدار نمونه

نمونه خاک‌های جمع‌آوری شده برای هر عمق نمونه‌گیری باید کاملاً مخلوط شوند. خاک باید از حداقل ۱۰ نمونه ساده در یک ظرف پلاستیکی تمیز، به طور کامل مخلوط شود (۲). پس از مخلوط کردن، مقدار کافی از نمونه به آزمایشگاه منتقل می‌شود. حداقل ۲ کیلوگرم خاک در هر مزرعه برای تجزیه و تحلیل خاک مورد نیاز است (۹). برای تهیه نمونه برای آزمایشگاه بهتر است خاک پس از مخلوط شدن، به طور یکنواخت روی کاغذ یا پارچه پخش شده و به چهار بخش تقسیم شود. دو ربع مخالف را دور ریخته و بقیه خاک دوباره مخلوط می‌شود. این کار تا زمانی که مقدار کافی از خاک باقی بماند، تکرار می‌شود (شکل ۶).

 سپس خاک داخل یک کیسه پارچه‌ای تمیز (کیسه‌ای که امکان تبادل هوا وجود داشته باشد) قرار می‌گیرد. جزئیات نمونه را در برگه اطلاعات نوشته و یک کپی از این برگه اطلاعات را درون کیسه قرار می‌دهند و دهانه کیسه با دقت گره زده می‌شود (جدول ۱) (۸).

تعداد مطلوب نمونه

تعداد بهینه نمونه‌ها از نقاط توزیع شده تصادفی در کل منطقه گرفته می‌شوند (۳). یک نمونه خاک مرکب از تعدادی نمونه جداگانه ساخته شده است که به طور تصادفی در یک منطقه معین گرفته می‌شوند. اگر تعداد کافی نمونه برای یک نمونه مرکب برداشته نشوند، نتایج نمونه می‌تواند بسیار زیاد یا خیلی کم باشد. توصیه می‌شود حداقل ۱۰ تا ۲۰ نمونه ساده برای افزایش دقت یک نمونه مرکب گرفته شود. مطالعات نمونه برداری نشان داده است که تعداد نمونه مورد نیاز برای هر نمونه مرکب با اندازه منطقه نمونه برداری تغییر می‌کند. به عنوان مثال، برای تهیه یک نمونه مرکب در یک مزرعه ۸ هکتاری ۲۰ نمونه، برای مزرعه ۴ هکتاری ۱۵ نمونه و برای یک مزرعه ۲ هکتاری ۱۰ نمونه احتیاج است (۹).

ابزار نمونه‌گیری

ابزارهای متنوعی برای نمونه‌گیری از خاک استفاه می‌شوند که ساده‌ترین آنها یک بیل یا کلنگ برای مواد سنگی سخت است که برای نمونه‌گیری در اعماق مختلف همیشه ضروری است. همچنین، Special corer و اوگرها که برای مواد سنگی کمتر و نمونه برداری از خاک مناسب هستند (شکل ۷). برای استفاده از اوگر پس از تمیز کردن سطح خاک، آن را باید به شکل عمود وارد خاک کرد (شکل ۸). توصیه می‌شود با استفاده از بیل تا عمق مورد نظر یک گودال V شکل به صورت دستی حفر شود و برش‌های ۱ تا ۲ سانتی‌متری نمونه روی تیغه بیل جمع و در یک سطل تمیز قرار گیرند (۳ و ۸). برای نمونه‌هایی که عمق بیش از ۳۰ سانتیمتر داشته باشند، تجهیزات هیدرولیکی نصب شده روی ماشین باری توصیه می‌شوند (۷).

سایر ابزارهای مورد نیاز شامل سطل پلاستیکی یا پارچه و یا کاغذ تمیز برای مخلوط کردن نمونه‌ها، کیسه نمونه (بهتر است از کیسه‌های پارچه‌ای استفاده شود) و برگه اطلاعات نمونه خاک هستند (۷). همانطور که قبلا گفته شد برگه اطلاعات نمونه خاک حاوی اطلاعاتی مثل تاریخ نمونه برداری، عمق نمونه برداری، هدف نمونه برداری، نام و نام خانوادگی نمونه گیر، نوع محصول، آدرس مزرعه و غیره می‌باشد. ابزارها باید تمیز و عاری از زنگ‌زدگی باشند و از مواد کودی دور نگه داشته شوند. از هر نوع تجهیزات گالوانیزه یا برنجی نباید استفاده شود، زیرا نمونه‌ها را با عناصر ریز مغذی آلوده می‌کنند (۲).

عوامل مؤثر بر نمونه برداری

از آنجایی که جمع‌آوری مناسب نمونه‌های خاک مهمترین مرحله در هر برنامه مدیریت اصلاح خاک و عناصرغذایی است، همانطور که قبلا اشاره شد نمونه برداری از خاک باید منعکس کننده خاکورزی، کوددهی و اصلاح خاک قبلی، الگوهای کشت (و مطابق با نیازهای آبیاری)، نوع خاک (شامل ویژگی‌های زهکشی و شیب) و شاید مرزهای میدانی قدیمی (مانند مناطق تغذیه دام، بسترهای رودخانه تغییر یافته و غیره) باشد. گرایش به سمت کم خاکورزی و یا بدون خاکورزی (برای آشنایی با روش‌های خاکورزی به مقاله کشاورزی حفاظتی مراجعه شود) و تکنولوژی نرخ کوددهی متغیر (VRF شامل استفاده از مقادیر و یا انواع کودهای مختلف در مناطق مختلف خاک منحصر به فرد در داخل یک مزرعه طبق نقشه میدانی از پیش تعیین شده است که بر اساس اطلاعات مختلفی تهیه شده) خواستار آن است که نمونه‌های خاک به‌طور جامع و گسترده‌تر از کودهای دقیق و عملیات اصلاحی خاک، گرفته شوند (۱۰). برای این منظور بررسی عواملی که بر نمونه‌گیری و در نهایت نتیجه آن تأثیر می‌گذارند، ضروری است.

عوامل مختلفی از جمله فصل‌ها، محصول و خاکورزی می‌تواند بر نتیجه آزمایش خاک تأثیرگذار باشد. دو فاکتوری که بیشتر تحت تأثیر فصل قرار می‌گیرند مقدار پتاسیم و pH خاک هستند. در خاک‌هایی که مقادیر رس متوسط تا زیاد دارند، نتیجه آزمایش در طول زمستان تمایل به بیشتر نشان دادن مقدار پتاسیم خاک دارد. مقادیر pH خاک نیز بسته به ورودی‌های نیتروژن و گوگرد، میزان بارندگی یا آبیاری و ظرفیت بافری خاک (مقدار و انواع رس و کربنات‌های آزاد) می‌تواند در طول سال بسیار متفاوت باشد. با توجه به اینکه مقادیر آزمایش خاک بین فصول مختلف متفاوت خواهد بود، یکی از رویکردهایی که باید در نمونه‌گیری درنظر گرفته شود این است که نمونه‌گیری از خاک در دوره‌هایی که تغییرات در مقادیر متوسط ​​قرار دارند، انجام شود. این دوره‌ها عموماً در اوایل پاییز و اوایل بهار هستند. برای همبستگی ایده‌آل مقادیر آزمایش خاک با عملکرد محصول، آزمایشات باید مطابق با دوره تقاضای مهم عناصرغذایی گیاه گرفته شوند، معمولاً زمانی که جذب عناصرغذایی با سریع‌ترین سرعت انجام می‌شود. با این وجود، به طور کلی چارچوب زمانی ایده‌آل برای گرفتن نمونه‌های خاک باید بر اساس سهولت دسترسی به مزرعه باشد، به طوری که تفاوت در نوع خاک، شیب، زهکشی و الگوی کشت می‌تواند به سهولت در نظر گرفته شود.

بسته به میزان و زمان بارش باران و مدت زمان انجماد و ذوب شدن در ماه‌های زمستان نیز می‌توانند متغیرهای سال آزمایشی خاک باشند. مقدار ارزش تفسیری قابل توجهی را می‌توان از آزمایشات خاک که طی ۵ تا ۷ سال متوالی برای تعیین میزان تغییر سالانه و در تلاش برای مدیریت بهتر کود و اصلاح نهاده‌های خاک برای اهداف ساخت و ساز، ترسیم یا نگهداری استفاده می‌شود، بدست آورد (۱۰).

زمان نمونه برداری

بهتر است نمونه‌های خاک از مزارع مورد استفاده برای تولید محصول، پس از برداشت محصول و قبل از کاشت محصول بعدی جمع آوری شوند. برای به دست آوردن دقیق‌ترین تخمین از فراهمی نیتروژن، کافی است نمونه برداری تا حد ممکن نزدیک به زمان کاشت انجام شود. برای دستیابی به نتایج سازگار و نامتناقض، نمونه برداری در هر سال مزرعه تقریباً همزمان با همان زمان در سال قبل توصیه می‌شود. غلظت نیتروژن بهتر است به صورت سالانه برای محصولات غیرلگوم اندازه‌گیری و عناصر فسفر و پتاسیم هر سه تا چهار سال تعیین شوند. نمونه برداری و آزمایش مقدار فسفر و نیتروژن خاک قبل از کاربرد کود ضروری است. باید مراقب شرایطی که ممکن است باعث تغییر مقادیر خاک در فاصله بین نمونه‌گیری و کاشت شود، بود. به عنوان مثال بارش شدید باران یا پیش آبیاری در خاک‌های شنی می‌تواند نیتروژن را از ناحیه ریشه آبشویی کند (۲).

بااین حال، زمان ایده‌آل برای ارزیابی وضعیت عناصرغذایی خاک درست قبل از رشد فعال گیاهان زراعی و نیاز به عناصرغذایی خاک است. برای انتخاب زمان مناسب برای نمونه‌گیری از دستورالعمل‌های زیر استفاده می‌شود:

• برای محصولات زراعی یکساله که در بهار کاشته می‌شوند، نمونه برداری اوایل بهار به محض ذوب شدن خاک یا در پاییز هنگامی که دمای خاک به کمتر از ۵ تا ۷ درجه سانتی گراد کاهش یافته است، انجام می‌گیرد.
• برای استقرار محصولات زراعی چندساله یا محصولات زراعی که در پاییز کاشته می‌شوند، حدود یک هفته قبل از کشت بذر و کوددهی، نمونه‌ها جمع آوری می‌شوند.
• در مزارع با گیاهان چندساله استقرار یافته، نمونه‌گیری سالانه در بهار قبل از شروع رشد فعال انجام می‌گیرد (۷).

دفعات نمونه برداری

در حالت ایده‌آل، همه مزارع باید هرساله نمونه برداری و آزمایش شوند، اما ممکن است این امر همیشه عملی نباشد. به همین منظور، نمونه‌ها می‌توانند به عنوان نمونه نماینده مزرعه گرفته شده باشند و توصیه‌های حاصل می‌تواند برای مدیریت بخش‌هایی از مزرعه بدون نمونه‌گیری استفاده شوند. همچنین، مزارع می‌توانند هر سال دیگر با برآوردهایی که در سال‌های بین نمونه برداری برای تصمیم‌گیری در مورد باروری استفاده می‌شود، نمونه برداری شوند. در هر دو مورد، هزینه و زمان مورد نیاز مربوط به نمونه‌گیری کاهش می‌یابد. با این حال، تصمیم‌گیری در مورد مدیریت عناصرغذایی ممکن است دقت کمتری داشته باشد (۷). همچنین، بهتر است هر چهار تا پنج سال یک بار نمونه‌گیری از خاک زیرین انجام شود. این امر به‌ویژه در مناطق دچار مشکل، اهمیت دارد. یک نمونه خاک زیرین باید ۱۵ سانتی‌متر از عمق شخم یا عمق رایج نمونه برداری از سطح، پایین‌تر باشد (۹).

مراقبت از نمونه و نکات مهمی که در نمونه برداری باید به آنها توجه کرد

نمونه‌ها باید دور از آلودگی نگهداری شوند. نمونه‌ها می‌توانند تنها با چند دانه کود، دانه، خاکستر سیگار و سایر مواد خارجی آلوده شوند. بهتر است در زودترین زمان ممکن نمونه‌ها به آزمایشگاه منتقل شوند اما هنگامی که این امکان وجود ندارد بهترین راه خشک کردن نمونه‌ها پهن کردن آنها روی کاغذ تمیز است. گاهی از پنکه برای تسریع خشک شدن استفاده می‌شود. نمونه‌ها را نباید با آون یا ماکروویو خشک کرد (۱۱).

نمونه‌های خاک جمع‌آوری شده برای آنالیز نیترات باید در روز نمونه برداری آنها خشک شوند. در صورت عدم امکان خشک شدن در این زمان، نمونه ها می‌توانند منجمد شوند. عدم پیروی از این دستور سبب قرائت نیترات بیشتر (به دلیل معدنی کردن نیتروژن آلی خاک در کیسه نمونه) می‌شود که ممکن است منجر به توصیه کودی کمتر نیتروژن از آنچه در واقع لازم است، شود (۱۱).

بطور خلاصه می‌توان گفت نمونه برداری از خاک اولین گام و از مهم‌ترین مراحل آزمایش خاک است که عمدتاً توسط خود کشاورز انجام می‌شود. بنابراین، آگاهی از نحوه صحیح نمونه برداری و رعایت برخی نکات می‌تواند به نمونه برداری درست، کاهش خطا و در نتیجه قابل اطمینان بودن نتایج برای تعمیم به کل مزرعه کمک کند و درنهایت توصیه کودی بهتری برای مدیریت عناصرغذایی ارائه دهد. بنابراین، برخی موارد مهم در تهیه و انتقال نمونه به صورت خلاصه عبارتند از:

• نمونه برداری از عمق مناسب (با توجه به آنچه قبلا گفته شد براساس نوع محصول و هدف نمونه برداری عمق مناسب باید درنظر گرفته شود).
• قبل از نمونه برداری باید بر اساس مساحت، شرایط و تغییرپذیری (شیب، رنگ خاک و…) مزرعه به واحدهای یکنواخت تقسیم و روش نمونه برداری مشخص شود.
• درصورتی که مزرعه یکنواخت و مساحت آن کم است، یک نمونه مرکب خاک کافی است.
• ابزار نمونه برداری باید تمیز و عاری از زنگار و مواد شیمیایی باشند.
• بهتر است خاک مزرعه در هنگام نمونه برداری مقدار مناسبی رطوبت داشته باشد تا عملیات نمونه برداری را تسهیل کند.
• حین برداشت نمونه اگر در نمونه کلوخه وجود دارد، بهتر است خرد و به نمونه اضافه شود.
• حتماً بقایا و کاه و خاشاک محصول را باید از نمونه خاک جدا و دور کرد (۲).
• در هر نقطه، قبل از نمونه برداری بستر سطحی تمیز شده و پوشش گیاهی حذف می‌شود (۳). این امر امکان آلودگی نمونه خاک با مواد گیاهی خشک شده که می‌تواند در تجزیه و تحلیل تأثیر بگذارد را از بین می‌برد (۹).
• استفاده از کیسه‌های مناسب و تمیز برای انتقال نمونه به آزمایشگاه امری ضروری است.
• بهتر است هرچه سریع‌تر نمونه‌ها به آزمایشگاه منتقل شوند.
• درصورتی که امکان انتقال نمونه‌ها در همان روز نمونه برداری به آزمایشگاه وجود ندارد یا نمونه‌ها خیلی رطوبت دارند بهتر است نمونه‌های خاک مرطوب قبل از گذاشتن در کیسه‌ها و ارسال به آزمایشگاه در اسرع وقت هوا خشک شوند. 
• نمونه‌ها ممکن است برای ارسال، بسته بندی و منجمد شوند.
• نمونه‌هایی که می‌خواهند از جنبه بیولوژیکی مورد بررسی قرار گیرند باید در دمای پایین و خنک نگهداری شوند یا منجمد شوند (۲). برای یک نمونه بیولوژیکی حداقل ۵۰۰ گرم از خاک مرطوب مزرعه مورد نیاز است. نمونه را در کیسه‌هایی که قابلیت تبادل گاز دارند، می‌ریزند. حتماً نمونه‌های خاک باید سرد نگهداشته و در حین انتقال از متراکم شدن آنها جلوگیری شود. روش ساده برای برداشت نمونه‌های بیولوژیک استفاده از یک ظرف حاوی یخ است که می‌تواند نمونه‌ها را تا زمان انتقال به آزمایشگاه سرد نگه دارد (۲ و ۱۲).
• برگه اطلاعات باید به وضوح و با یک مداد پر شود، بهتر است از خودکار استفاده نشود چون جوهر ممکن است پخش شود.
• حتماً دو نسخه از برگه اطلاعات باید پرشود، یکی درون کیسه نمونه گذاشته و دیگری روی آن چسبانده می‌شود.
• قبل از قرار دادن نمونه‌های خاک در کیسه‌ها، باید از نظر تمیزی و قدرت بررسی شوند.
• در جایی که محصولات زراعی به صورت ردیفی کاشته شده‌اند، برای جلوگیری از برداشت نمونه از محل قرارگیری کوددهی نواری بهتر است نمونه‌ها از وسط ردیف‌ها جمع‌آوری شوند.
• نمونه‌های خاک هرگز نباید با کودها و مواد شوینده نگهداری شوند. آلودگی عموماً هنگامی که نمونه‌های خاک در مجاورت کودهای ذخیره شده یا کف مکانی که قبلاً محل نگهداری کود بوده است، خشک شوند، اتفاق می‌افتد (۸).

منابع

1. Mallarino A. P. (2005). Testing of soil. Encyclopedia of Soils in the Environment, 143-149.

2. Sampling Soils for Nutrient Management. United States Department of Agriculture Natural Resources Conservation Service (NRCS).

3. Kumar Maiti. (2012). Soil Sampling Techniques. Ecorestoration of the coalmine degraded lands. 259-264.

4. G. D., Binford. (2005). Nutrient management. Encyclopedia of Soils in the Environment. 71-75.
5. Soil Sampling and Methods of Analysis SecondEdition, Edited by M.R., Carter, E.G., Gregorich. Canadian Society of Soil Science. (2008).
6. Manual for Soil Analysis. Margesin,R., SchinnerF. (Eds.). (۲۰۰۵). A., Paetz, B. M., Wilke. Soil sampling and storage. Soil biology, 5.
   
7. Soil Sampling Chapter 3.3
8. Guide to laboratory establishment for plant nutrient analysis. Food and agriculture organization of the United Nations Rome. (2008). FAO fertilizer and plant nutrition bulletin.
9. soil sampling procedures for pasture and farm
10. Soil-sampling methods. Midwest laboratories.
11. Soil sampling and soil testing
12. Schinner,, Öhlinger, R., Kandeler, E., Margesin, R. (eds.), Methods in Soil Biology. (1996). Soil Sampling and Sample Preparation. 7-11.