بخشی از مقاله
بررسي کاربرد پليمر فرا جاذب آب جهت افزايش راندمان آبياري در مناطق خشک و نيمه خشک
چکيده
کل آب مصرفي در ايران حدود ٨٨.٥ ميليارد متـر مکعـب در سـال اسـت کـه ٨٣ ميليـارد متـر مکعـب آن در بخـش کشاورزي مصرف مي شود، از اين مقدار ٦٥ درصد آن به علت اعمال شيوه هاي غلط و سنتي آبياري هدر مي رود.ايـن در حالي است که کودهاي شيميايي نيز (به ويژه در خاک هاي شني) بر اثر آبياري (غرقابي و غيره ) به سرعت شـويش يافته و موجب آلودگي منابع ارزشمند آبهاي زيرزميني مي شوند. کاهش کميت و کيفيت محصولات کـشاورزي، اثـرات خشکسالي ها و فجايع زيست محيطي مرتبط با آن ، پيامد هدر روي بيش از حد آب اسـت . اسـتفاده از روشـهاي نـوين آبياري مي تواند تا حد بسيار زيادي اين حالت را سامان ببخشد. کاربرد هيدروژلهاي سوپر جـاذب ، يکـي از جديـدترين شيوه هاي آبياري براي مناطق خشک و نيمه خشک است که به کمک آن مي توان تـا بـيش از ٥٠ درصـد مـصرف آب آبياري را کاهش داد و از شويش کودهاي محلول در آب و به سـبب آن از آلـودگي آبهـاي زيرزمينـي جلـوگيري کـرد.
سوپرجاذب در خاک، آب را همراه با کودهاي محلول در آن ، جذب کرده و در موقع نيـاز ريـشه ، بـه راحتـي آب و مـواد غذايي محلول در آب را در اختيار ريشه گياه قرار ميدهـد همچنـين از هـدر رفـت آب از طريـق تبخيـر، نفـوذ و غيـره جلوگيري مي کند.استفاده از اين روش به تنهايي و يا همراه با ساير روش هاي نوين آبياري، اگـر اصـولي و بـر اسـاس داده هاي پژوهشي پياده شود و همچنين تداوم استفاده داشته باشد، مي توانـد نقـش چـشمگيري را در کـاهش اثـرات منفي ناشي از کم آبي در مناطق خشک و نيمه خشک ايفا کند.
کلمات کليدي: پليمر فرا جاذب آب - آبياري- مناطق خشک و نيمه خشک
مقدمه
مطالعات و بررسيهاي انجام شده نشانگر آن است که که کشور ايران با توجه به وضعيت جغرافيـايي و اقليمـي خـود در شرايط مناسبي از لحاظ تامين آب قرار ندارد. ميانگين بارندگي ايران حـدود يـک سـوم ميـانگين جهـاني ميباشـد کـه پراکنش بسيار نامنظمي دارد. بيش از ٩٠ درصد از منابع آبي کشور در بخش کشاورزي مصرف ميشود(٩)، با اين وجـود راندمان بسيار پاييني دارد اين در حالي است که کودهاي شيميايي نيز (به ويژه در خاک هـاي شـني) بـر اثـر آبيـاري (غرقابي و غيره ) به سرعت شويش يافته و موجب آلودگي منابع ارزشمند آبهاي زيرزميني مي شـوند. کـاهش کميـت و کيفيت محصولات کشاورزي، اثرات خشکسالي ها و فجايع زيست محيطي مرتبط با آن ، پيامد هدرروي بيش از حد آب است .در دنياي امروز در کشاورزي از بقاياي خود گياهان و مواد مختلف به عنوان مـواد افزودنـي بـراي بهبـود خـواص فيزيکي و شيميايي خاک استفاده مي شود . علاوه بر اين در مناطق خـشک و نيمـه خـشک کـه قـسمتهاي وسـيعي از کشور ما نيز جزء آن مي باشد، کمبود رطوبت در فصل رشد گياهان موجب کمبود شديد عملکرد گياهـان بـه خـصوص گياهان زراعي مي شود . بنابراين استفاده بهينه از روش هاي آبياري و اصلاح خاک امري اجتناب نا پذير اسـت . يکـي از موارد افزودني در زمينه جذب آ ب ، پليمري با نام سوپر جاذب آب (هيدروژل ) مي باشد که استفاده از اين پليمـر نتـايج شگفت انگيزي در صرفه جويي مصرف آب و افزايش کمي و کيفي محصولات باغي و زراعي و همچنـين فـضاي سـبز و جنگلکاري هـا دارد.پليمرهـاي فراجـاذب آب Water Super Absorbent Polymers گروهـي صـناعي از مـواد اصلاح کننده خاک ميباشند که توسط فن آوري نانو توليد ميشوند، اين مواد ميتوانند مقادير زيادي آب يا محلـول آبـي را جذب نموده و متورم شوند. اين مخازن ذخيره اي کوچک وقتـي کـه در داخـل خـاک قـرار ميگيرنـد، آب حاصـل از بارندگي و آبياري را به خود جذب نموده و از فرونشت آن جلوگيري مـي نماينـد(٥). کوچـک زاده و همکـاران (١٣٨٠) نشان دادند که پليمر فراجاذب آب ميتواند ميزان نگهداري رطوبت در خاکهاي سبک را افزايش داده و همچنين مشکل نفوذپذيري خاکهاي سنگين را مرتفع نمايند(٧). استفاده از اين پليمر سبب تـسريع رويـش بـذرها در خاکهـاي سـبک ميشود، البته تاثيري در پيدايش ساير پديده هاي رويشي(فنولوژي) نـدارد(١). اسـتفاده از پليمـر فراجـاذب آب شـرايط فيزيکي خاک را بهبود مي بخشد( ٨).با استفاده کردن از پليمر فراجاذب آب در بخش کشاورزي مناطق خشک و نيمـه خشک و پروژه هاي بيولوژيک بيابان زدايي ميتوان تنش هاي ناشي از کم را به مبزان زيادي کاهش داد.
پليمر فراجاذب آب و کاربردهاي آن
پليمرهاي سوپرجاذب مواد اصلاح کننده جديدي هستند که به تازگي کاربردهاي وسيعي پيدا کرده اند. اين هيدروژلها، پليمرهايي بشدت آبدوست هستند کـه ضـمن برخـورداري از سـرعت و ظرفيـت زيـاد جـذب آب ، ماننـد آب انبارهـاي مينياتوري عمل کرده و در موقع نياز ريشه ، به راحتي آب و مواد غذايي محلـول در آب را در اختيـار ريـشه گيـاه قـرار ميدهد. البته مقدار آبي که توسط اين پليمر در خاک ذخيره ميشود به ظرفيت نگهداري رطوبت خاک نيز بستگي دارد.
گفته ميشود که اين پليمر تا ١٠٠ برابر و گاهي تا ٥٠٠ برابر وزن خود قادر به جذب آب ميباشد که پـس از جـذب آب بتدريج و مطابق نياز آبي گياه ، آب را در اختيار گياه قرار ميدهد. اين پليمر در بردارنده هيچگونـه مـاده مـضر يـا سـمي براي گياه نيست و دوام اثر آن در خاک حدود ٥ سال است (٤). از کـاربرد هـاي پليمـر فراجـاذب ميتـوان بـه : مـصارف بهداشتي (حدود ٨٠درصد)، کشاورزي(حدود ١٠درصد)، رطوبت زدايي از زغال سنگ ، کاهش اتلاف جريـان در سـيالات حفاري، کويرزدايي، جنگلکاري، فضاي سبز و نيز در تثبيت بيولوژيکي ماسه هاي روان و... اشاره کرد.
مزاياي استفاده از پليمر جاذب الرطوبت (هيدروژل )
پليمرهاي فراجاذب آب قابليت هاي اثبات شده اي در بهبود تهويه و نگهداري آب در خاک، تنظـيم ميـزان مـصرف آب توسط گياه ، اصلاح و تسهيل مديريت آبياري و افزايش تاثير و کاهش نياز به مصرف کود و سموم بخش کشاورزي دارند.
براي رفع مشکل هدر رفت آب در خاکهاي سبک (شني) مي توان با استفاده از هيدروژل ظرفيـت نگهـداري آب را بـالا برد. به علاوه براي رفع مشکل نفوذ پذيري خاکهاي سنگين (رسي) مي توان از هيـدروژل اسـتفاده نمـود. هيـدروژل در کشاورزي ، باغباني، جنگلکاري و فضاي سبز استفاده مي شود اين پليمر تـاثيرات مثبـت بـسزايي در کنتـرل فرسـايش خاک دارد. اين پليمرها مي توانند از بارندگيهاي پراکنده در مناطق کم آب به خوبي استفاده کرده و در موقع نياز ريشه در اختيار گياه قرار دهند. در مناطقي که داراي شيب فراوان هستند اين مواد مي تواننـد از هـدر رفـتن آب جلـوگيري کنند. از آ نجا که اين مواد جذب آب ناشي از بارندگي هاي پراکنده را بالا مي برد پـس فواصـل آبيـاري را افـزايش مـي دهند که اين افزايش بسته به شرايط فيزيکي خاک ، آب و هوا و ميزان مصرف هيدروژل در خاک متفاوت اسـت سـوپر جاذبها با قرار گرفتن در خاک باعث جذب آب ثقلي و غير قابل استفاده براي گياه مي شوند بنابراين از تنـشهاي وارده و تقليل عملکرد تاحد زيادي جلوگيري مي کند . هيدروژل عناصري نظيـر : نيتراتهـا ، فـسفاتها ، پتاسـيوم ، آهـن ، روي، وانواع ويتامينها را در خود نگهداري نموده و از هدر رفتن آنها جلوگيري مي کند.با اينکه سوپر آب تحت فشار هم قادر به نگهداري آب جذب کرده خود است ، به محض نياز ريشه ، آب را به سـهولت در اختيـار آن قـرار ميدهـد. اسـتفاده از پليمر جاذب الرطوبت در کاشت نشاء و نهال ، تنشهاي رطوبتي را از بين برده و به سازگاري نباتات کاشته شده با محيط کمک مي نمايد. PH سوپر جاذبها نزديک به خنثي ميباشد(٧-٦) لذا اثر شيميايي سوئي در خاک نداشـته و هيچگونـه سـميتي نيـز نـدارد. ايـن سـوپر جـاذب هـا پـس از گذشـت ٥-٣ سـال ، بـسته بـه نـوع آن و ترکيـب خـاک، توسـط ميکروارگانيسم ها تخريب و تجزيه ميشوند و لذا ميتوان گفت که آلودگي زيست محيطي ايجـاد نمـي کننـد. عـلاوه بـر نگهداري آب ، سوپر آب به علت تغيير حجم مداوم (انبساط هنگام آبگيري و انقباظ به هنگام از دسـت دادن آب ) ميـزان هوا را در خاک افزايش ميدهد. هرچند که به نظر ميرسد افزايش و کاهش مکرر حجم اين مواد ممکن است که به ريشه گياهان صدمات مکانيکي وارد سازد و درواقع نقش مشابهي با رسهاي متـورم شـونده (مونتموريلونيـت ) را داشـته باشـد.
همچنين مشخص شده که فزوني نسبي آب غير قابل استفاده باعث ايجاد مشکلاتي براي گياه ميشود(٢). به طـور کلـي مزاياي استفاده از پليمر فراجاذب به شرح زير ميباشد:
. استفاده بهينه از آب (٥٠ تا ٧٠درصد صرفه جويي در مصرف آب کشاورزي )
