Έρευνα πεδίου: ανακαλύπτοντας τη δομή του εδάφους Teach article

Μετάφραση από τη Σεβαστή Μαλάμου (Sevasti  Malamou). Λερώστε τα χέρια σας με αυτά τα πειράματα τάξης εξερευνώντας τη σύσταση του εδάφους – και μάθετε γιατί αυτό είναι…

Το έδαφος είναι ουσιώδες για τη ζωή σε αυτόν τον πλανήτη. Χωρίς αυτό, δεν θα μπορούσαμε να καλλιεργήσουμε τα τρόφιμα που χρειαζόμαστε για να ζήσουμε. Αυτό που είναι ίσως λιγότερο γνωστό είναι ότι το έδαφος έχει και άλλες σημαντικές λειτουργίες, όπως το φιλτράρισμα του νερού μας, την αποθήκευσή του για την πρόληψη των πλημμυρών και των ξηρασιών, την παροχή ενός βιοτόπου για το ένα τρίτο της παγκόσμιας βιοποικιλότητας – για τα περισσότερα από τα οποία ξέρουμε πολύ λίγα. Τα εδάφη έχουν επίσης μεγάλη επίδραση στην κλιματική αλλαγή, καθώς μπορούν να αποθηκεύσουν μεγάλες ποσότητες οργανικού άνθρακα και αποτελούν τη σημαντικότερη χερσαία αποθήκη διοξειδίου του άνθρακα (Janzen, 2004).

Ο τρόπος που χρησιμοποιούμε τη γη έχει σαφή επίδραση στον τρόπο λειτουργίας του εδάφους, και επομένως σε όλα τα οφέλη που κερδίζουμε από αυτό. Όσο περισσότερο διαταράσσεται το έδαφος μέσω των οικοδομικών δραστηριοτήτων, την εντατική γεωργία, το σκάψιμο ή το όργωμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η απώλεια σε οργανική ύλη, η οποία με τη σειρά της αυξάνει τον κίνδυνο διάβρωσης του εδάφους, όπου το έδαφος ξεπλένεται. Η προσθήκη οργανικής ύλης (όπως η κοπριά) στο έδαφος μπορεί να αποκαταστήσει το οργανικό περιεχόμενο του και να βελτιώσει τη δομή του, εξασφαλίζοντας τη χαμηλότερη απώλεια θρεπτικών και συμβάλλοντας στην πρόληψη διάβρωσης του εδάφους.  

Η διάβρωση είναι ένα πρόβλημα για όλους μας: οι μελέτες εκτιμούν ότι γύρω στο 11% της γης της Ευρωπαϊκής Ένωσης (ΕΕ) επηρεάζεται σήμερα από τη διάβρωση του εδάφους σε μέτριο ή υψηλό επίπεδο (αυτό είναι, περισσότερο από 5 τόνους ανά εκτάριο ετησίως)w1. Η διάβρωση όχι μόνο μειώνει τη γονιμότητα της γης, αλλά επίσης αυξάνει την καθίζηση σε ρέματα και ποτάμια, φράσσοντας τις πλωτές οδούς και οδηγώντας σε περισσότερες πλημμύρες. Και όταν τα εδάφη των γεωργικών εκτάσεων και τα ιζήματα καταλήγουν σε ποτάμια, φέρνουν τα φυτοφάρμακα και τα λιπάσματα μαζί τους, συμβάλλοντας στη ρύπανση των ποτάμιων βιοτόπων.  

Γυρίζοντας το έδαφος κατά το όργωμα μειώνεται η οργανική ύλη, το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε ασθενέστερη δομή του εδάφους και σταδιακά στη διάβρωση.
Jane Mills
 

Δομή του εδάφους και οργανική ύλη

Η δομή του εδάφους και η ποσότητα της οργανικής ύλης που περιέχει έχει μεγάλη επίδραση στους ρυθμούς διάβρωσης του εδάφους.

Η δομή του εδάφους είναι η διάταξη των σωματιδίων του εδάφους (πηλός, ιλύς(λάσπη) και άμμος) σε συσσωματώματα , τα οποία είναι ομάδες σωματιδίων που συνδέονται πιο ισχυρά μεταξύ τους από ότι με τα γειτονικά σωματίδια. Μια καλή δομή εδάφους είναι σημαντική γιατί επιτρέπει τη διέλευση αέρα και νερού στο έδαφος, τα οποία είναι ζωτικής σημασίας για την υγιή ανάπτυξη των φυτών. Χωρίς μια καλή δομή, τα εδάφη θα υποφέρουν από έλλειψη οξυγόνου, υδάτων και θρεπτικών συστατικών, πράγμα που σημαίνει ότι τα φυτά δεν είναι σε θέση να απορροφήσουν θρεπτικά συστατικά από το έδαφος και τελικά να καταστραφούν. Τα αδρανή του εδάφους είναι πιο σταθερά από τα μεμονωμένα σωματίδιά του, έτσι αυξάνουν την ικανότητα του εδάφους να αποφεύγει την διάσπασή του όταν επενεργεί σε αυτό νερό, αέρας και άροση.

Η οργανική ύλη στα εδάφη αποτελείται από όλη τη ζωντανή και νεκρή φυτική και ζωική ύλη. Περιλαμβάνει σπόρους, φύλλα, ρίζες, γαιοσκώληκες και κοπριά καθώς και βακτήρια, μύκητες και χούμος (αποσυντιθέμενο φυτικό υλικό). Εδάφη με υψηλότερη περιεκτικότητα σε οργανικές ουσίες είναι καλύτερα στην αποθήκευση θρεπτικών ουσιών και νερού, καθώς και στη διανομή τους στα φυτά. Η δομή του εδάφους εξαρτάται επίσης αρκετά από την περιεκτικότητα σε οργανικές ουσίες: όσο υψηλότερη είναι, τόσο καλύτερη είναι η δομή του εδάφους. Η οργανική ύλη είναι συνήθως συγκεντρωμένη στα ανώτερα 10-40 εκατοστά του εδάφους, καθώς εκεί συμβαίνει η φυτική παραγωγή και η αποσύνθεση. Το ανώτερο στρώμα των εδαφών που έχουν διαταραχθεί από εργασίες επεξεργασίας ή κατασκευής δεν μπορεί πλέον να είναι πλούσιο σε οργανική ύλη, επομένως η σταθερότητα του θα μπορούσε να μειωθεί.

 Δομή του εδάφους: μια δραστηριότητα μαθητών

Για τους περισσότερους μαθητές, κυρίως για αυτούς που ζουν σε πόλεις, ο κόσμος κάτω από τα πόδια τους παραμένει άγνωστος. Για να διορθωθεί αυτό, αναπτύξαμε μια δραστηριότητα δύο τμημάτων για να βοηθήσουμε τους μαθητές να αποκτήσουν γνώσεις σχετικά με το ρόλο που έχει η δομή του εδάφους και το περιεχόμενο της οργανικής ύλης για όλους μας. Είναι κατάλληλο για μαθητές ηλικίας 11-16 ετών. Η δραστηριότητα 1 θα χρειαστεί 1-2 ώρες για τη συλλογή δείγματος εδάφους, συν 1 ώρα επιπλέον στην τάξη. Η δραστηριότητα 2 απαιτεί αναθεώρηση σε ωριαία χρονικά διαστήματα για 4 ώρες.

Υλικά

  • Δύο γυάλινα βάζα με καπάκια ( π.χ. άδειο δοχείο μαρμελάδας)
  • Σύρμα (τουλάχιστον 30 εκ.)
  • Κόφτες σύρματος
  • Φτυαράκι ή σπάτουλα
  • Σακούλες ή κουτιά συλλογής για δείγματα εδάφους
  • Δύο δείγματα εδάφους από διαφορετικές τοποθεσίες (δείτε στην πειραματική διαδικασία)
  • Νερό
  • Ρολόι ή χρονόμετρο

Δραστηριότητα 1: Δείγματα εδάφους και σταθερότητα

Σε αυτή τη δραστηριότητα, οι μαθητές πραγματοποιούν ένα απλό πείραμα για να συλλέξουν δείγματα εδάφους και να δοκιμάσουν τη σταθερότητα του, και έτσι να μάθουν εμπειρικά ποιοι τύποι εδάφους είναι πιο πιθανό να είναι επιρρεπείς στη διάβρωση. Στη δραστηριότητα, το υπέδαφος από μια μη διαταραγμένη περιοχή συγκρίνεται με το έδαφος που έχει ληφθεί από μια διαταραγμένη περιοχή παρόμοιου τύπου εδάφους. Η δραστηριότητα μπορεί να πραγματοποιηθεί από μεμονωμένους μαθητές ή σε ομάδες.

Διαδικασία

  1.   Αρχικά, λάβετε τα δύο δείγματα. Αυτά πρέπει να ληφθούν από καθεμία από τις ακόλουθες τοποθεσίες:
  • Τα ανώτερα 5-10 εκ. του εδάφους από μια μη διαταραγμένη περιοχή (π.χ. ο κήπος ενός μαθητή, ένα πάρκο, η σχολική αυλή)
  • Έδαφος από μια περιοχή που έχει διαταχθεί (π.χ. ένα εργοτάξιο, έδαφος που έχει σκαφτεί καλά).
  1.  Όταν παίρνετε αυτά τα δείγματα εδάφους, περπατήστε σε μια τεθλασμένη γραμμή και πάρτε μικρά δείγματα (περίπου στο μέγεθος ενός καρυδιού) από κάθε σημείο. Πιέστε απαλά τα δείγματα εδάφους μαζί, έτσι ώστε να έχετε 2-3 χούφτες στο τέλος.
  2. Γεμίστε τα βάζα με νερό και τοποθετήστε τα καλώδια στην κορυφή κάθε βάζου για να σχηματίσουν απλά «καλάθια» που βυθίζονται στο νερό (Δείτε στην εικόνα 1)..
Εικόνα 1: Τα βάζα γεμάτα με νερό και με τα συρμάτινα «καλάθια» στην κορυφή
Βarbara Birli
 
  1. Βάλτε ένα μικρό δείγμα εδάφους από κάθε τοποθεσία σε κάθε καλάθι, και τα δυο την ίδια χρονική στιγμή. Καταγράψτε το χρόνο (ή ξεκινήστε το χρονόμετρο).
  2. Παρατηρήστε τα δείγματα του εδάφους μετά από ένα λεπτό (εικόνα 2) και ξανά ανά διαστήματα του ενός λεπτού (μέχρι τα 7-10 λεπτά) και καταγράψτε τις παρατηρήσεις σας. Σημειώστε ποιο δείγμα εδάφους φαίνεται να είναι το πιο σταθερό (παραμένει στο καλάθι) και ποιο είναι το λιγότερο σταθερό (γρήγορα καταρρέει στο βάζο). 
Σχήμα 2α: Δείγματα εδάφους βυθισμένα στο νερό, μετά από 1 λεπτό. Το έδαφος από μια διαταραγμένη περιοχή (αριστερά) και από την επιφάνεια μιας μη διαταραγμένης περιοχής (δεξιά)
Barbara Birli
Σχήμα 2β: Δείγματα εδάφους βυθισμένα σε νερό μετά από 2 λεπτά: Το έδαφος από μια διαταραγμένη περιοχή (αριστερά) και από την επιφάνεια μιας μη διαταραγμένης περιοχής (δεξιά)
Barbara Birli
 

Οι μαθητές τότε συζητάνε τα αποτελέσματα τους και προσπαθούν να απαντήσουν τις ακόλουθες ερωτήσεις:

  • Ποιος τύπος εδάφους ήταν πιο σταθερός όταν τοποθετήθηκε στα βάζα;
  • Ποιος από τους δύο τύπους εδάφους νομίζετε ότι περιείχε την περισσότερη οργανική ύλη;

Συζήτηση για την τάξη

Οι μαθητές πιθανότατα θα έχουν δει από το πείραμα ότι το χώμα από ένα επιφανειακό στρώμα ενός τμήματος γρασιδιού, ενός οπωρώνα ή ενός αγρού που δεν έχει διαταραχθεί ή επεξεργαστεί για μερικά χρόνια θα συγκρατηθεί σε ένα συρμάτινο καλάθι, ακόμα και αν βυθιστεί στο νερό. Συχνά οι σβώλοι του εδάφους θα συγκρατούνται τόσο καλά ώστε το νερό θα εξατμιστεί πριν ακόμη το χώμα διαλυθεί.

Αντίθετα, το έδαφος που έχει πρόσφατα διαταραχθεί (όπως ένας καλά σκαμμένος κήπος, ένα συνεχώς καλλιεργούμενο χωράφι ή ένας χώρος κατασκευής) θα διαλυθεί γενικά (διασκορπιστεί) σε μεμονωμένα σωματίδια εδάφους όταν βυθιστεί στο νερό. Το χαλαρό έδαφος θα κάνει το νερό θολό, σταδιακά θα καθιζάνει για να σχηματίσει ένα στρώμα ιζήματος στο κάτω μέρος του βάζου.  

Γιατί λοιπόν συμβαίνει αυτό; Ένας λόγος είναι ότι η οργανική ύλη συμβάλλει στη σταθερότητα των αδρανών του εδάφους μέσω των ιδιοτήτων σύνδεσης των οργανικών υλικών όπως τα προϊόντα βακτηριακών αποβλήτων, οι υφές των μυκήτων και οι απεκκρίσεις των γαιοσκωλήκων. Αυτά τα υλικά παρέχουν την «κόλλα» που συγκρατεί το χώμα ενωμένο. Η οργανική ύλη επίσης περιέχει υδρόφοβες ουσίες, όπως λιπίδια και κεριά, που μπορούν να μειώσουν τη «υδατοικανότητα» του εδάφους, βοηθώντας το να συγκρατηθεί όταν υπάρχει πολύ νερό. Επίσης αυξάνει την ποσότητα των πολύ μικρών πόρων στο έδαφος μειώνοντας τον ρυθμό με τον οποίο το νερό εισέρχεται στο έδαφος και την επακόλουθη διαταραχή των συσσωματωμάτων.    

Ανακινήστε το: αναμείξτε το
χώμα και το νερό πριν το
αφήσετε για 4 ώρες

Barbara Birli

Δραστηριότητα 2: Το ορυκτό μίγμα

Όλα τα εδάφη περιέχουν ορυκτή ύλη (χαλίκι, άμμο, ιλύ (λάσπη), πηλό), καθώς και οργανική ύλη. Σε αυτή τη δραστηριότητα, οι μαθητές ανακαλύπτουν τη σύνθεση ορυκτών στα δείγματα εδάφους τους.

Διαδικασία

  1. Εξετάζοντας τα γεμάτα με νερό βάζα σας από την προηγούμενη δραστηριότητα, επιλέξτε εκείνα τα βάζα στα οποία το χώμα έχει διαλυθεί.
  2. Αφαιρέστε τα καλάθια, τοποθετήστε τα καπάκια στα βάζα και κουνήστε τα καλά.
  3. Παρακολουθήστε τι συμβαίνει, επανεξετάζοντας τα κουνημένα βάζα μετά από ένα λεπτό και σε ωριαία διαστήματα για τις επόμενες τέσσερις ώρες. Καταγράψτε τις παρατηρήσεις σας.
 
Σχήμα 3: Το διάγραμμα ενός δείγματος εδάφους που έχει αναταραχθεί με νερό και έχει παραμείνει για 4 ώρες, παρουσιάζοντας τα στρώματα που σχηματίζονται. Α: στρώμα άμμου (σχηματίζεται μετά από 1 λεπτό); Β: στρώμα ιλύος (σχηματίζεται μετά από 2 ώρες); C: στρώμα αργίλου (σχηματίζεται όταν το νερό καθαρίσει)
Jane Mills

 

Σχήμα 4: Τύποι εδάφους, που δείχνουν τις διάφορες συνθέσεις ορυκτών. Α: άμμος; Β: ιλύς; C: άργιλος
Jane Mills

Συζήτηση για την τάξη

Μετά από λίγα λεπτά, οι μαθητές θα έχουν πιθανότατα δει τα βαρύτερα σωματίδια άμμου να πέφτουν στον πυθμένα του βάζου. Σε 2 ώρες, θα πρέπει να δουν την ιλύ να διαχωρίζεται, και μετά από 4 ώρες το νερό θα πρέπει να είναι εντελώς καθαρό με ορατά όλα τα στρώματα (σχήμα 3).

Τι μας λένε όλα αυτά τα στρώματα για το είδος του εδάφους στα βάζα- και κυρίως, πόσο χρήσιμο είναι το έδαφος για τις καλλιέργειες; Η απάντηση είναι ότι αυτό εξαρτάται από τις σχετικές ποσότητες των διαφόρων τύπων ορυκτών ουσιών, όπως φαίνεται στο σχήμα 4. Υπάρχουν τέσσερις κύριοι τύποι εδάφους, ο καθένας από τους οποίους έχει διαφορετικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα για τους αγρότες:

  • Αμμώδες έδαφος (0-10% άργιλος, 0-10% ιλύς, 80-100% άμμος): Αυτό είναι ελαφρύ για να δουλευτεί και θερμαίνεται γρήγορα την άνοιξη. Αλλά το νερό διοχετεύεται γρήγορα σε σημεία όπου οι ρίζες δεν μπορούν να φτάσουν σε αυτό.
  • Αργιλώδες έδαφος (50-100% άργιλος, 0-40% ιλύς, 0-45% άμμος): Αυτό συγκρατεί το νερό περισσότερο, αλλά χρειάζεται χρόνος να ζεσταθεί την άνοιξη, και είναι πολύ βαρύ για να δουλευτεί αν βρεχτεί.
  •  Ιλυώδες έδαφος (0-15% άργιλος, 85-100% ιλύς, 0-20% άμμος): Αυτό είναι αρκετά εύφορο, αλλά λόγω της τάσης του να διατηρεί την υγρασία, το ιλυώδες έδαφος είναι κρύο και αποστραγγίζεται ελάχιστα.
  • Πηλώδες έδαφος (10-30% άργιλος, 30-50% ιλύς, 25-50% άμμος): Αυτός είναι ο τύπος που οι αγρότες και οι κηπουροί προτιμούν. Περιέχει σε ισορροπία και τα τρία ορυκτά υλικά – ιλύ, άμμο και άργιλο.

Ευχαριστίες

Η προετοιμασία αυτού του άρθρου υποστηρίχθηκε από το πρόγραμμα RECARE, στο οποίο οι συγγραφείς είναι συνεργάτες. Το πρόγραμμα RECARE, το οποίο χρηματοδοτείται από το Πρόγραμμα FP7 της Ευρωπαϊκής Επιτροπής, αποσκοπεί στην εξερεύνηση και ανταλλαγή λύσεων για την αποτροπή της υποβάθμισης του εδάφους σε ολόκληρη την Ευρώπη.

Download

Download this article as a PDF

References

Web References

  • w1 – Αυτό το φύλλο πληροφοριών από τη Eurostat (‘Agri-environmental indicator: soil erosion’) δίνει μια επισκόπηση της διάβρωσης του εδάφους στην EU.

Resources

Author(s)

Η Jane Mills είναι ανώτερη ερευνήτρια στο πανεπιστήμιο του Gloucestershire στο Ηνωμένο Βασίλειο. Το ερευνητικό της ενδιαφέρον είναι στις διαδικασίες ανταλλαγής γνώσεων και ηγείται των εργασιών διάχυσης δύο προγραμμάτων χρηματοδοτούμενων από την ΕΕ, τα οποία εστιάζουν στην προστασία των εδαφών της Ευρώπης.

Η Barbara Birli είναι κάτοχος διδακτορικού διπλώματος στις τεχνικές μελέτες (Περιφερειακός Σχεδιασμός). Ως ανώτερος επιστήμονας της Υπηρεσίας Περιβάλλοντος στην Αυστρία, συμμετέχει σε εθνικά και διεθνή προγράμματα που αφορούν ευαισθητοποίηση σχετικά με τις απειλές του εδάφους, στην ανάπτυξη εκπαιδευτικού υλικού και σε προγράμματα «επιστήμης των πολιτών».

Ο Francesco Morari είναι αναπληρωτής καθηγητής περιβαλλοντικής αγρονομίας στο Πανεπιστήμιο της Παδοβα στην Ιταλία. Τα κύρια ερευνητικά του ενδιαφέροντα είναι η μέτρηση, η μοντελοποίηση και η άμβλυνση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των γεωργικών συστημάτων.


Review

Η επιστήμη της Γης δεν είναι συχνά το πιο δημοφιλές θέμα στα σχολικά προγράμματα, και ειδικότερα το θέμα της επιστήμης του εδάφους μπορεί να θεωρηθεί αρκετά βαρετό. Αυτή η αντίληψη μπορεί να αμφισβητηθεί από τις δραστηριότητες που προτείνονται σε αυτό το άρθρο.     

Το άρθρο, το οποίο είναι σαφές και προσβάσιμο για τους μη έχοντες την Αγγλική ως κύρια γλώσσα, παρουσιάζει τα χαρακτηριστικά του εδάφους με έναν εμπνευσμένο τρόπο μέσω απλών, πρακτικών εμπειριών που πραγματοποιούνται εύκολα στην τάξη, χωρίς ειδικό εξοπλισμό. Οι εκπαιδευτικοί μπορούν επίσης να διευρύνουν τις γνώσεις τους για το θέμα μέσω των προτεινόμενων πηγών του διαδικτύου.

Δεδομένης της παγκόσμιας σημασίας της σταθερότητας του εδάφους και της διάβρωσης αυτού, το άρθρο έχει αξία για οποιαδήποτε Ευρωπαϊκή χώρα. Θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως αφετηρία για την έναρξη μια συζήτησης σχετικά με την παγκόσμια χρήση της γης και τη διάβρωση του εδάφους σε σχέση με την παραγωγή τροφίμων και τον αυξανόμενο παγκόσμιο πληθυσμό.

Το άρθρο επίσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σαν άσκηση κατανόησης. Ακολουθούν ορισμένες πιθανές ερωτήσεις:

  • Ποια από τα παρακάτω συστατικά ΔΕΝ είναι μέρη της οργανικής ύλης του εδάφους;

  1. Βακτήρια
  2. Χούμος
  3. Ιλύς (λάσπη)
  4. Κοπριά
  • Οι ακόλουθες δηλώσεις είναι αληθείς ή ψευδείς;
  1. Το νερό διοχετεύεται εύκολα μέσα από τα αμμώδη εδάφη.
  2. Τα ιλυώδη εδάφη δεν είναι γόνιμα.
  3. Τα αργιλώδη εδάφη είναι δύσκολο να δουλευτούν.
  4. Τα πηλώδη εδάφη είναι πλούσια σε άργιλο.
  5. Τα αργιλώδη εδάφη ζεσταίνονται γρήγορα.
  6. Οι κηπουροί προτιμούν τα ιλυώδη εδάφη.
  • Ποια είναι η σωστή σειρά καθίζησης των συστατικών του εδάφους (από το ταχύτερο στο πιο αργό);
  1. Άργιλος, ιλύς, άμμος
  2. Άμμος, ιλύς, άργιλος
  3. Ιλύς, άργιλος, άμμος
  4. Ιλύς, άμμος, άργιλος

Giulia Realdon, εκπαιδευτικός φυσικών επιστημών, Ιταλία




License

CC-BY