بخشی از مقاله
مديريت خاکها در راستاي افزايش کار آيي مصرف آب
چکيده
کارآيي مصرف آب (Water Use Efficiency) بيانگر مادة خشک يا عملکرد دانه (بذر) توليد شده در واحد آب مصرفي مي باشد. با افزايش ميزان آب موجود در خاک چه در کشاورزي آبي و چه ديم ، توجه زيادي به راهکارهاي افزايش دهنده کارآيي مصرف آب و مديريتهاي تغيير دهندة آن شده است . روشهاي مديريت خاک بر تبخير و تعرق از طريق تغيير انرژي لازم براي انجام اين فرآيند، آب موجود در خاک و ميزان آب قابل تبادل بين خاک و اتمسفر تاثير مي گذارند. مديريت تغذيه گياه از جمله اضافه کردن ازت ، فسفر و پتاسيم داراي اثر غير مستقيم بر آب مورد استفاده گياه از طريق تأثير بر کارآيي فيزيولوژيکي دار ند. ازت کافي باعث افزايش کربن آلي خاک و ازت کل مي گردد. پتاسيم کافي در گياهان باعث کاهش ميزان تعرق در گياه مي شود که نه تنها به پتانسيل اسمزي سلولهاي مزوفيل بلکه تا حدودزيادي از طريق باز و بسته شدن روزنه ها تنظيم مي شود. پتاسيم همراه با ازت کافي در افزايش کارآيي مصرف آب مؤثر مي باشد.
بررسي منابع مختلف بيانگر تنوع زياد در کارآيي مصرف آب با تغيير در آب و هوا، محصول و روشهاي مديريتي خاک مي باشد. تحقيقات نشان مي دهد با اعمال مديريت مناسب خاک کارآيي مصرف آب ٤٠-٢٥در صد در سيستمهاي خاک ورزي مختلف افزايش مي يابد.
مديريت تغذيه مناسب کارآيي مصرف آب را ٢٥-١٥ درصد افزايش مي دهد. عمليات خاک ورزي باعث بهم خوردن و شکسته شدن قشر سطحي خاک شده که در اثر تکرار عمليات خاک ورزي نفوذپذيري و هدايت هيدروليکي خاک به دليل افزايش منافذ اشغال شده از هوا کاهش مي يابد. عمليات خاک ورزي منجر به معدني شدن مواد آلي موجود در خاک شده که در طولاني مدت باعث کاهش مواد آلي و ظرفيت نگهداري آب در خاک و در نهايت کاهش کارآيي مصرف آب مي گردد.
واژه هاي کليدي :کارآيي مصرف آب ، تبخير و تعرق ، خاک ورزي ، نفوذ پذيري خاک ، تغذيه ، بقاياي گياهي ، درجه حرارت
مقدمه
باتوجه به اهميت مديريت آبياري در افزايش عملکرد محصولات و باتوجه به اين واقعيت که بخش کشاورزي حدود ٩٣.٥ درصد از کل آب استحصال شده را مصرف مي کند. مي توان گفت هرگونه تلاش براي بهينه سازي مديريت مصرف آب در کشور بدون توجه به اين بخش نمي تواند موفقيت آميز باشد. از طرف ديگر اين بخش با اين واقعيت روبروست که بايستي ضمن مصرف آب کمتر توليد بيشتري را نيزعرضه نمايد. راهبردهاي بهينه سازي افزايش کارآيي مصرف آب ٢ نقش حياتي در افزايش عملکرد در واحد سطح و همچنين افزايش اراضي فارياب خواهد داشت . اکثر محققين کارآيي مصرف آب را بدين صورت تعريف کرده اند: که در آن Y عبارت است از عملکرد محصول يا به شکل ماده خشک برداشت شده و يا به شکل ميزان محصول قابل فروش در بازار و ET تبخير و تعرق از سطح خاک، برگهاي گياه و از داخل روزنه هاي موجود در برگ به شکل قطرات آب (تعرق ). اين رابطه به بررسيهاي dewit (١٩۵۸) بر مي گردد. ايشان گزارش نمودند در مناطق با انرژي تابشي خورشيدي بالا، عملکرد گياه با آب خارج شده از آن ارتباط خطي و مستقيمي دارد. در عمل نمايه اي که براي کارآيي مصرف آب بکار مي رود مفهوم زراعي آن است که به نام کارآيي کلي و زراعي ٣ مصرف آب ناميده مي شود و به صورت WUEag=P.W نشان داده مي شود که در آن P مقدار محصول توليدي و W مقدار آب مصرفي است و از رابطه W=R+D+Ed+Es+Tw+Tc بدست مي آيد که در آن R حجم آب خارج شده از مزرعه توسط رواناب سطحي ، D حجم آب خارج شده از منطقه ريشه از طريق نفوذ عمقي ، Ed حجم آب تبخير شده طي انتقال و يا هنگام کاربرد آب در مزرعه ، Es حجم آب تبخيرشده از سطح خاک ، Tw حجم آب تعرق شده توسط علفهاي هرزو Tc حجم آب تعرق شده گياه زراعي مورد نظر است . براي حداکثر شدن WUEag بايد مخرج کسر کوچک يا به صورت کسر بزرگ و يا تلفيقي از اين دو اتفاق افتد ( کشاورز و صادق زاده ۱۳۷۸). مديريت خاک بر وضعيت عناصر غذائي گياه تأثير گذاشته و عکس العمل گياه نسبت به اين تغييرات افزايش رشد و عملکرد مي باشد که متعاقب آن افزايش کارآيي مصرف آب را به دنبال خواهد داشت .
تغيير دهنده هاي سطح خاک عوامل تغيير دهنده زيادي در سطح خاک وجود دارد که بر روي کارآيي مصرف آب تأثير مي گذارند. اين تغييرات شامل تغييراتي مي باشند که در اثر سيستم خاک ورزي ، مديريت بقايايي گياهي و مالچ ايجاد مي گردند. تأثير اين تغييرات بر کارآيي مصرف آب با محل و نوع محصول تغيير مي کند.
عمليات خاک ورزي
براي افزايش آب قابل استفاده افزايش ذخيره آب در خاک ضروري است . از دست رفتن آب در اثر تبخير در خاک شخم خورده از خاک شخم نخورده و پوشيده از بقاياي گياهي بيشتر است . در بارشهاي متوالي در خاک با سطح صاف و پوشيده شده از بقاياي گياهي ميزان نفوذ آب کاهش مي يابد. Burn و همکاران (١٩٧١) و Papendick و همکاران (١٩٧٣) گزارش نمودند ناهمواريهاي ايجاد شده از طريق شخم در سطح خاک باعث افزايش تبخير در مقايسه با خاک شخم نخورده مي گردد. بررسي هاي Cresswell و همکاران (١٩٩٣) نشان مي دهد شخم زمينهاي فاقد بقايا و پوشش گياهي هدايت هيدروليکي اشباع خاک را افزايش مي دهد. هدايت هيدروليکي غير اشباع (ميزان آب عبور کرده از خاک در رطوبت کمتر از ظرفيت مزرعه ) از تکرار عمليات شخم و کشت و کار زياد، تأثير مي پذيرد و عمليات خاک ورزي بيش از اندازه نفوذ آب را به دليل افزايش منافذ پر شده از هوا، کاهش مي دهد. نتايج بدست آمده نشان مي دهند عمليات خاک ورزي و شخم بيش از حد باعث کاهش نفوذپذيري با تأثير بر هدايت هيدروليکي خاک مي گردد. بحث در خصوص اثرات شخم و روشهاي خاک ورزي بدون بحث بر روي اثرات مالچ يا مديريت بقايايي گياهي غير ممکن است .Aase و Pikul گزارش نمودند در سيستم هاي بدون عمليات خاک ورزي نفوذپذيري به دليل محافظت سطح خاک افزايش مي يابد، بطوريکه ميزان نفوذپذيري در گندم پائيزه در سيستم کشت و کار مرسوم و در سيستم بدون عمليات خاک ورزي براي مدت ٣ ساعت به ترتيب ٥٢ و ٦٩ ميلي متر مي باشد. همچنين گزارش نمودند سيستم بدون خاک ورزي سودمندتر از سيستم خاک ورزي است زيرا در اين سيستم ، سطح خاک حفظ شده و فرسايش وتخريب خاک کمتر مي گردد. عمليات خاک ورزي منجر به معدني شدن مواد آلي موجود در خاک شده و در نهايت نيتروژن به شکل قابل جذب براي گياهان تبديل مي گردد. اين عمل بطور موقت طي چند سال باعث افزايش عملکرد محصولات مختلف مي گردد. عمليات خاک ورزي باعث هدر رفت کربن خاک و کاهش ميزان نيتروژن ، فسفر، کلسيم ، منيزيم ، ظرفيت تبادل کاتيوني و مواد آلي خاک مي گردد. با افزايش کربن آلي در خاک مواد آلي و ظرفيت نگهداري آب در خاک به دليل افزايش بارهاي منفي سطح مواد آلي بيشتر مي گردد. سيستمهاي شخم حفاظتي (خاک ورزي حفاظتي ) در مقايسه با سيستمهاي مرسوم رطوبت بيشتري در خاک ذخيره مي کنند و ضمن کاهش تبخير باعث افزايش نفوذپذيري در خاک مي گردند. در شخم هاي حفاظتي خاکدانه هاي پايدار در خاک افزايش يافته و شبکه هاي و منافد زيادي در خاک ايجاد مي گردد که اين منافذ و شبکه ها باعث افزايش مناسب ميکروارگانيسم ها (ريزوبيومها، باکتريها، اکتينوميستها و کرم هاي خاکي ) شده که در شرايط بد محيطي شرايط مناسبي براي گسترش ريشه هاي گياه و جذب آب از اعماق پايين تر خاک و افزايش کارآيي مصرف آب ايجاد مي گردد.
مديريت بقاياي گياهي قابليت دسترسي آب در خاک
پوشاندن سطح خاک با بقاياي گياهي يا مالچ در کارآيي مصرف آب موثر مي باشد. Greb (١٩٦٦) گزارش نمود بقاياي گياهي و مالچ موجود در سطح خاک باعث کاهش تبخير از خاک به واسطه کاهش درجه حرارت خاک، جلوگيري از انتشار بخار، جذب بخار آب در بافت مالچ و کاهش شيب سرعت باد درحد فاصل سطح خاک با اتمسفر مي گردد. Sauer و همکاران (١٩٩٦) دريافتند وجود بقاياي گياهي در سطح خاک باعث کاهش ٥٠-٣٤ در صد تبخير آب از خاک مي گردد. ميزان آب ذخيره شده در خاک در سيستمهاي مختلف خاک ورزي باهم متفاوت مي باشد. بررسيهاي Arshad و Azooz (١٩٩٥) نشان مي دهد ميزان آب بيشتري در سيستم بدون خاک ورزي در مقايسه با سيستم خاک ورزي مرسوم در خاک تجمع مي يابد. تحقيقات Zhai و همکاران (١٩٩٠) نشان مي دهد بقاياي خرد شده ذرت موجود در سطح خاک نزولات آسماني را محبوس کرده و باعث کاهش تبخير آب خاک در سيستم بدون خاک ورزي مي گردد. Johnson (١٩٨٤) گزارش نمود آب بيشتري در ١سانتي متري بالائي خاک در سيستم بدون خاک ورزي در مقايسه با ديگر روشهاي خاک ورزي موجود است .
Wang و همکاران (٢٠٠١) رابطه ميان آبياري ، تبخير و تعرق ، رشد گياه و کارآيي مصرف آب را در يک تناوب گندم - ذرت بررسي و گزارش نمودند با کاهش ميزان تبخير از طريق استفاده از مالچ ، آب آبياري به ميزان ٨٠٠ مترمکعب کاهش و در نتيجه کارآيي مصرف آب افزايش مي يابد. در واقع بقاياي گياهي باعث ايجاد يک سد و حفاظ خاک در مقابل تبخير آب از خاک شده و سطح خاک را از تغييرات و خرابيهاي ايجاد شده در اثر عملياتهاي خاک ورزي حفظ مي نمايند. همچنين بقاياي گياهي منجر به افزايش محبوس شدن (گير افتادن ) برف در آنها مي گردد. وجود بقاياي گياهي در سطح خاک بر ميزان انرژي مبادله شده بين سطح خاک و اتمسفر تأثير مي گذارد. بطورکلي وجود بقاياي گياهي موجود در سطح خاک موجب سايه اندازي بر سطح خاک شده و باعث کاهش درجه حرارت خاک و تبخير و تعرق شده و در نهايت باعث افزايش کارآيي مصرف آب مي گردند.
درجه حرارت
يکي ديگر از جنبه هاي مديريت بقاياي گياهي اثر آنها بر روي درجه حرارت خاک مي باشد. خاکهاي پوشيده شده از بقايايي گياهي از خاکهاي بدون پوشش سردتر مي باشند. Hatfieldو Prueger (١٩٩٦) گزارش نمودند متوسط درجه حرارت خاک تأثير کمي از بقاياي گياهي موجود در سطح خاک مي پذيرد. بيشترين تأثيررا در فصل پائيز زماني که بقاياي گياهي نپوسيده و تازه هستند در مقايسه با فصل بهار که پوسيده شده اند دارد. حتي تأثير بقاياي گياهي در خاکهاي مختلف تفاوت دارد. اين تفاوت ناشي از تفاوت در هدايت گرمائي بين خاکها و نيز اثر آب موجود در خاک بر خواص گرمائي آن مي باشد. اگرچه بقاياي گياهي بر درجه حرارت خاک مؤثر هستندليکن تأثير آنها بر روي ميزان آب خاک و روابط داخلي بين آنها با خواص گرمائي خاک بايستي در تفسير نتايج آزمايشهاي گوناگون مد نظر قرار گيرد.
رشد و عملکرد محصول
افزايش بقاياي گياهي در سطح خاک و يا انتخاب سيستم بدون خاک ورزي باعث افزايش ميزان آب موجود در خاک، رشد و عملکرد محصول مي گردد. تحقيقات Gibson و همکاران (١٩٩٢) در استراليا نشان مي دهد باقي گذاشتن ساقه هاي سورگوم درخاک باعث افزايش ٣٩٣ کيلوگرم عملکرد در واحد سطح شده که اين افزايش ناشي ازافزايش کارآيي مصرف آب مي باشد. زيرا مقدار بيشتري آب در پروفيل خاک در اين سيستم نسبت به سيستم خاک ورزي مرسوم ذخيره و استخراج مي گردد. همچنين گزارش نمودند کاهش عمليات خاک ورزي باعث افزايش آب استخراج شده مي گردد. Tompkins و همکاران (١٩٩١) در بررسيهاي خود گزارش نمودند عملکرد گندم زمستانه با افزايش ميزان بذر و کاهش فاصله بين رديفها افزايش مي يابد. کارآيي مصرف آب با کاهش فاصله بين رديفهاي از ٣٦ به ٩ سانتيمتر و با افزايش ميزان بذر از ٣٥ به ٤٠ کيلوگرم در هکتار افزايش مي يابد. عملکرد بذر (دانه ) از ١.٤٩ به ١.٦٨ کيلوگرم در مترمربع زماني که کارايي مصرف آب از ٩.٤ به ١٠.٣ کيلوگرم در هکتار در هر ميلي متر آب مصرفي تغييرمي کند، افزايش مي يابد. افزايش عملکرد اولين فاکتور مرتبط با افزايش کارآيي مصرف آب مي باشد. الگوي جذب آب در طول فصل رشد با مرحله رشد گياه فرق مي کند. اکثر تأثيرات بر روي عملکرد بخاطر الگوي استخراج آب در طول فصل رشد از اعماق مختلف خاک مي باشد.کم آبياري راهکار مفيد و موثر در بهينه سازي مصرف آب مي باشد، زيرا به گيا ه اين اجازه را مي دهد که مقداري تنش رطوبتي را در طول فصل رشد تحمل کند که هدف آن افزايش کارآيي مصرف آب با کاهش مقداري از آبياري است بدون آنکه تاثير معني داري در عملکرد داشته باشد. نتايج برخي از تحقيقات نشان مي دهد کم آبياري سبب افزايش درصد پروتئين گندم ، افزايش طول الياف در کتان و افزايش درصد قند در چغندر قند و انگور گرديده است (کشاورز و صادق زاده ۱۳۷۸ ).
وضعيت عناصر غذائي
وضعيت عناصر غذائي تأثير مثبت بر کارآيي مصرف آب دارند. روابط بين مواد غذائي و کارآيي مصرف آب براي اولين بار توسط Viets در سال ١٩٦٢ تشريح گرديد. افزايش کارآيي مصرف آب متأثر از شرايط خوب رشد گياه و افزايش عملکرد ناشي از وضعيت بهينه عناصر غذائي مي باشد. Davis و Quick (١٩٩٨) گزارش نمود انتخاب ارقام بايد بر مبناي افزايش کارآيي مصرف آب و براساس نقش مديريت عناصر غذائي در ميزان فتوسنتز، عملکرد محصول ، خصوصيات ريشه زائي و تبخير و تعرق باشد. بررسيهاي Payne (١٩٩٧) نشان مي دهد کارآيي مصرف آب در ارزن باترکيبي از مديريت تغذيه ازت و تراکم گياه افزايش مي يابد. توازن مناسب عناصر غذائي منتهي به افزايش عملکرد گياه و کارآيي مصرف آب مي گردد. در واقع تفاوتهاي موجود در مطالعات مختلف به نقش مديريت عناصر غذائي بر مي گردد. جدول شماره (١)به بررسي نتايج برخي از تحقيقات انجام شده در اين خصوص مي پردازد.
ازت
نيتروژن يکي از بخشهاي پيچيده سيستم خاک مي باشد و ميزان آن در خاک از انواع خاک ورزي ، منبع ازت (کود حيواني يا شيميائي ) تناوب کشت و نزولات جوي تأثير مي پذيرد. بررسيهاي Oberle و Keeney (١٩٩٠) نشان مي دهد ميزان ازت براي عملکرد بهينه ذرت به نوع خاک وابسته است . در خاکهاي مناطق ديم ميزان بارندگي قبل از کشت گياه در ابتداي فصل رشد فاکتور مهمي در تشريح پاسخ هاي عملکردمي باشد. تحقيقات Reeves و همکاران (١٩٩٣) نشان مي دهد بيشترين عملکرد ذرت از مصرف ١٣٤-٩٣ کيلوگرم در هکتار ازت در طول ٣ سال آزمايش در آلاباما بدست آمد و گزارش نمودند، مناسب ترين زمان براي کاربرد ازت در اين محصول در سيستم خاک ورزي حفاظت شده در زمان کاشت ذرت مي باشد. بررسي هاي Jokela و Randall (١٩٨٩) نشان مي دهد عملکرد دانه و مادة خشک ذرت در ايالت مينوستا با مصرف ازت تا ٢٢٥ کيلوگرم در هکتار افزايش مي يابدو هيچ پاسخي در عملکرد دانه يا مادة خشک در تأخير مصرف ازت وجود ندارد. اين برخلاف نتايج حاصل از تحقيقات Wuest و Cassman (١٩٩٢) در گندم مي باشد. اين دو محقق گزارش نمودند مصرف ازت در مرحله گرده افشاني منجر به افزايش کارآيي مصرف ازت از ٨٠-٥٥ درصد در مقايسه با ٥٥-٣٠ درصد در مصرف قبل از کشت گياه مي گردد. کارآيي مصرف آب با مديريت ازت افزايش مي يابد. تأثيرات ازت ناشي از اثر آن بر روي تعداد دانه در واحد سطح مي باشد.
Halvorson و همکاران (١٩٩٩) در تحقيقات خود در مناطق ديم گزارش نمودند ازت تأثير مثبتي بر روي ميزان بقاياي برگشتي به خاک و کربن باقيمانده در زير خاک دارد. افزايش ميزان ازت باعث افزايش کربن آلي خاک و ازت کل مي گردد.Maskina و همکاران (١٩٩٣) گزارش نمودند رشد گياه و جذب ازت در ذرت با
