بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مشکلات عمده زهآب های کشاورزی و پساب های صنعتی، غلظت زیاد نیترات و مجاز نبودن تخلیه آنها به آبهای سطحی و زیرزمینی میباشد. در چنین شرایطی، یکی از گزینههای موجود برای مدیریت زهآبها، استفاده مجدد از آنها در بخش کشاورزی است. سامانههای مدیریت سطح ایستابی در عملی کردن اهداف زیست محیطی پیشرو هستند و ضمن کاستن از حجم زهآب، فرصت بیشتری برای استفاده از آب و کود در اختیار گیاه قرار میدهند. هدف از این تحقیق بررسی اثر استفاده از منابع آلوده به نیترات در سامانههای مدیریت سطح ایستابی، بر غلظت نهایی این آلاینده است. بدین منظور در یک مطالعه لایسیمتری در کرج، سه تیمار آبیاری زیرزمینی، زهکشی کنترل شده و زهکشی آزاد در نظر گرفته شد.
برای شبیه سازی شرایط مزرعه، گیاه ذرت کشت شده و از آب حاوی نیترات با غلظت 50 میلی گرم در لیتر برای آبیاری استفاده شد. نتایج نشان داد غلظت نیترات در زهآب خروجی نسبت به غلظت آن در آب آبیاری برای تیمار زهکشی آزاد %50 و برای سامانههای مدیریت سطح ایستابی به طور متوسط %80 کاهش یافته است. همچنین حجم زهآب در تیمار زهکشی کنترل شده، نسبت به زهکشی آزاد، %50 کاهش یافته است. بنابراین استفاده ار پسابهای آلوده به نیترات در سامانههای مدیریت سطح ایستابی ضمن کاهش بار آلودگی نیترات میتواند نیاز گیاه به کودهای نیتراته را تأمین نماید.
مقدمه
نیتروژن عنصری مهم در تغذیه گیاه است و حیات گیاه بدون وجود این عنصر امکانپذیر نیست. نیتروژن به صورت نیترات و آمونیوم و از طریق مصرف کودهای شیمیایی نیتروژنه در زمین و تجزیه مواد آلی و بقایای گیاهی و جانوری در خاک، در اختیار گیاه قرار می گیرد. یون نیترات به دلیل دارا بودن بار منفی، حداقل جذب در سطوح خاک را دارد و به همین دلیل مستعد آبشویی است. کشاورزی در سطح گسترده به همراه مصرف بیش از اندازه کود، اصلی ترین منبع آلودگی خاک و آبهای زیرزمینی به وسیله نیترات است
راهیابی ترکیبات نیتروژن به دریاها و دریاچه ها باعث ایجاد پدیده غنی شدن آب و در نتیجه رشد بیرویه گیاهان آبزی و در نهایت مرگ موجودات آبزی به دلیل کمبود اکسیژن میشود. از سوی دیگر، با توجه به تأمین آب آشامیدنی انسان و دام از منابع آب سطحی و زیرزمینی، وجود نیترات بیش از حد مجاز منجر به بروز بیماری در انسان و حیوان میگردد. بنابراین مدیریت و بهینه سازی مصرف آب و کودهای نیتروژندار به منظور افزایش راندمان مصرف کود و کاهش انتقال نیترات به زیر منطقه توسعه ریشه و جلوگیری از آلودگی آبهای سطحی و زیرزمینی مسئله مهمی است.
نقش زهکشی به عنوان مکمل آبیاری، تنظیم و مهار شوری خاک و جلوگیری از ماندابی شدن خاک است. برآورده شدن این اهداف موجب افزایش بازدهی محصولات و سودآوری زراعت میشود. اما در بسیاری از سامانههای متداول، زهکشی بیشتر از حد مورد نیاز انجام شده که منجر به هدررفت آب و کود و تولید زهآب میشود. زه آبها علاوه بر حجم بسیار زیاد، کیفیت نامطلوبی دارند. غلظت نمکها، آفتکشها، کودها و سموم در بیشتر زهآبها چشمگیر است. کنترل، دفع و تصفیه زهآبها نیز هزینههای زیادی به دنبال دارد.
آلودگی نیترات در آبهای زیرزمینی را می توان از طریق کاربرد بهینه کودهای شیمیایی حاوی نیتروژن به همراه استفاده از یک سامانه مناسب مدیریت آب کاهش داد. در این راستا تلاشهایی برای کاهش مقدار زهآب و غلظت نیترات آن به وسیله بالا بردن سطح ایستابی انجام شده است. صعود سطح ایستابی در خاک باعث کاهش غلظت نیترات در زهآب خروجی میگردد - مادراموتو و همکاران، . - 1993 این عمل موجب فراهم آمدن محیط مساعد برای فعالیت باکتریهای بیهوازی و در نتیجه افزایش دنیتریفیکاسیون میشود .
یکی از گزینههای فیزیکی مدیریت زه آبها، استفاده مجدد از آنها به عنوان آب آبیاری است. زهآبها به دلیل دارا بودن مقادیر زیاد کود و مواد مغذی میتوانند منبع خوبی برای تأمین نیازهای گیاهان باشند. اما استفاده مجدد از زهآبها با محدودیتهایی مواجه است. زیاد بودن شوری زهآبها باعث تخریب ساختمان خاک و محدود شدن رشد و یا از بین رفتن گیاهان حساس به شوری میشود. در صورتی که شوری عامل محدود کننده نباشد، میتوان با کنترل سایر فاکتورهای زیست محیطی، از زهآبها استفاده نمود. نیتروژن - به صورت یون نیترات - به دلیل سهولت آبشویی، غلظت بسیار زیادی در زهآبها دارد. در صورتی که بتوان از این منابع آب حاوی نیترات برای آبیاری استفاده کرد، علاوه بر کنترل حجم زهآب و برآورده ساختن نیاز گیاهان، پیامدهای زیست محیطی حاصل از رها سازی آنها نیز کاهش می یابد.
نتایج تحقیقات زادهوش - 1375 - نشان داد که استفاده 9 ساله از پساب شمال شهر اصفهان به عنوان آب آبیاری، باعث کاهش وزن مخصوص ظاهری، نفوذپذیری و افزایش درصد رطوبت در ظرفیت زراعی، عملکرد و کیفیت محصول نسبت به مزرعه آبیاری نشده با پساب گردیده است.
بر اساس تحقیقات علیزاده و همکاران - 1377 - استفاده از پساب، باعث افزایش عملکرد و همچنین افزایش میزان تجمع مواد غذایی ماکرو و میکرو در اندامهای هوایی خیار و هویج و همچنین باعث افزایش میزان غلظت عناصر ماکرو و میکرو در خاک گردیده است.
استفاده از این منابع نامتعارف آب میتواند به صورت سطحی و یا از طریق روش های مدیریت سطح ایستابی باشد. در صورت مدیریت و کنترل سطح ایستابی، آب آبیاری مدت بیشتری در خاک میماند و به تبع آن، گیاه فرصت بیشتری برای جذب آب و کود خواهد داشت.
روشهای مدیریت سطح ایستابی شامل زهکشی کنترل شده و آبیاری زیرزمینی است. در زهکشی کنترل شده، آبیاری از سطح خاک و مانند روشهای معمول انجام میشود. اما خروجی زهکشها بسته شده و یا در ارتفاعی بالاتر از سطح لولههای زهکش قرار میگیرد. به این ترتیب سطح ایستابی در خاک بالا آمده و به منطقه ریشه نزدیکتر میشود. سپس صعود موئینه موجب برآورده شدن نیاز گیاه میشود. عمق سطح ایستابی نقش تعیین کنندهای در میزان تأثیر این روش دارد.
در آبیاری زیرزمینی، جریان ورود و خروج آب بر خلاف روشهای معمول آبیاری است و از طریق لولههای زهکش وارد خاک شده و با ایجاد یک سطح ایستابی از طریق صعود موئینه در اختیار گیاه قرار می گیرد. عمق تثبیت سطح ایستابی نیز در این روش مهم است. کاربرد روشهای مدیریت سطح ایستابی در مناطق خشک و نیمهخشک با محدودیتهایی روبرو است. علاوه بر کمبود آب به منظور تثبیت عمق سطح ایستابی در سامانه آبیاری زیرزمینی، صعود املاح به همراه جبهه رطوبت و سپس تجمع نمک در لایه های فوقانی مشکل ساز خواهد بود. بنابراین کنترل بیلان نمک در پروفیل خاک، در کارآیی این روشها در مناطق خشک و نیمه خشک اجتناب ناپذیر است.
فواید استفاده از سامانه زهکش کنترل شده و آبیاری زیرزمینی عبارتند از افزایش راندمان مصرف کود و آب، افزایش یکنواختی توزیع آب در مزرعه، افزایش محصول و کاهش شستشوی عناصر غذایی خاک و کودها. این مزایا به طور عمده ناشی از کاهش حجم زهآب خروجی می باشد - وستروم و مسینگ، . - 2007 سامانههای مدیریت سطح ایستابی مانند آبیاری زیرزمینی با کنترل آبشویی از طریق ایجاد سطح ایستابی کم عمق فرصت دوبارهای برای مصرف نیترات فراهم می سازند.
نوری - 1385 - تأثیر آبیاری زیرزمینی و عمق سطح ایستابی بر عملکرد محصول یونجه و کاهش آلودگی نیترات در زهآبهای زهکشی در منطقه کرج را مورد بررسی قرار داد. نتایج حاکی از افزایش 40 درصدی محصول در تیمار آبیاری زیرزمینی در عمق 50 سانتیمتری نسبت به زهکشی آزاد بود. کیفیت زهآبهای خروجی - نیتروژن و فسفات - از تیمارهای آبیاری زیرزمینی نسبت به تیمار زهکشی آزاد بسیار کمتر بود و با کاهش عمق تنظیم سطح ایستابی بهبود یافت.
مواد و روشها
در این پژوهش از 18 لایسیمتر از جنس پلی اتیلن، با قطر 55 و ارتفاع 95 سانتیمتر استفاده شد. برای تسهیل زهکشی و کنترل سطح ایستابی درون لایسیمترها از لولههای پلیاتیلن به قطر 5 سانتیمتر استفاده شد. جهت ورود آب به لولهها سوراخهایی به قطر 2 میلیمتر و با فاصله 2 سانتیمتر روی آنها تعبیه شد و برای جلوگیری از ورود ذرات خاک، لولهها با ژئوتکستایل پوشانده شد . سپس بستر قرار گیری لوله در کف لایسیمتر با شن درشت و سنگریزه تثبیت شد و لوله در کف قرار گرفت و محل خروج آن از لایسیمتر آب بندی شد. سپس خاک زراعی با بافت لوم شنی رسی در چند مرحله درون لایسمترها ریخته، و با تراکم 1/4 گرم بر سانتیمتر مکعب کوبیده شد . برای ایجاد شرایط یکسان و شستشوی نیترات باقیمانده، لایسیمترها به مدت یک هفته تحت آبیاری سنگین قرار گرفتند.
این پژوهش در محل ایستگاه آب، خاک و هوای پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، واقع در کرج انجام شد. مجموع بارندگی در طول دوره کشت 51 میلیمتر و حداکثر دما در این دوره 40 درجه سانتیگراد بود. برای شبیه سازی اثر مدیریت سطح ایستابی در مزرعه، گیاه ذرت، رقم سینگل کراس704 ، کشت شد . جهت مقایسه شرایط همراه کشت با شرایط بدون کشت، تیمارهای بدون گیاه هم در نظر گرفته شد. در تاریخ 10 مرداد، در هر لایسیمتر 12 بذر در عمق 5 سانتیمتری کشت شد. در مراحل اولیه رشد، به دلیل سطحی بودن ریشهها و عدم توانایی در جذب آب از عمق تثبیت سطح ایستابی، تمامی لایسیمترها از بالا و به یک میزان آبیاری شدند.
تحقیق حاضر در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی و در شش تیمار زهکشی آزاد با گیاه - FD-P - ، زهکشی آزاد بدون گیاه - FD-N - ، زهکشی کنترل شده با گیاه در عمق 60 سانتیمتری - CD-P - ، زهکشی کنترل شده بدون گیاه در عمق 60 سانتی-متری - CD-N - ، آبیاری زیرزمینی با گیاه در عمق 60 سانتیمتری - SI-P - و آبیاری زیرزمینی بدون گیاه در عمق 60 سانتی-متری - SI-N - و در سه تکرار انجام شد. برای تثبیت و کنترل سطح ایستابی در عمق مورد نظر، در کنار هر یک از لایسیمترهای زهکشی کنترل شده و آبیاری زیرزمینی یک رایزر نصب و برای آبیاری زیرزمینی از سامانه شناور و مخزن میانی استفاده شد - شکل . - 1 پس از استقرار گیاه و توسعه ریشه و 19 روز پس از کشت، اعمال تیمارها صورت پذیرفت. در تیمارهای آبیاری زیرزمینی و زهکشی کنترل شده، آبیاری از بالا و در تیمار آبیاری زیرزمینی، آبیاری از پایین و از طریق پرکردن مخزن متصل به مخزن میانی انجام شد.
شکل : - 1 - نمای سامانههای زهکشی کنترل شده و آبیاری زیرزمینی اجرا شده
به منظور شبیه سازی شرایط استفاده از پساب کشاورزی حاوی نیترات، آبیاری در تمامی مراحل با آب حاوی نیترات با غلظت 50 میلی گرم در لیتر انجام شد. غلظت نیترات مورد نظر، بسته به غلظت نیترات در آب معمولی، از ترکیب مقدار مشخص کود نیترات آمونیوم در آب به دست آمد.
