مقاله استفاده مجدد از زهاب در کشاورزی

بخشی از مقاله

چکیده

در مناطقی که با کمبود آب آبیاری مواجه هستند، استفاده از زهاب برای تکمیل منابع آب از اهمیت خاصی برخوردار است. علاوه بر این، استفاده مجدد از زهاب مشکلات ناشی از تخلیه زهابها را به حداقل می رساند. استفاده مجدد از زهاب برای مصارف آبیاری محصولات کشاورزی، مشکلات کلی آلودگی آب را نیز کاهش می دهد. موارد استفاده مجدد از زهاب عبارتند از: کشاورزی سنتی، پرورش گیاهان مقاوم به شوری، زیستگاه های حیات وحش، تالاب ها و آبشویی اولیه اراضی شور. در این مقاله صرفا مواردی که مرتبط با استفاده مجدد زهاب در محصولات کشاورزی میباشند، مورد بحث قرار می گیرند.

واژه های کلیدی: کشاورزی، زهاب، محیط زیست، استفاده ی مجدد، آب شور

مقدمه

با توجه به جمعیت در حال تزاید جهان و رشد اقتصادی، برداشت های آب برای مصارف بشری افزایش یافته، بنابراین رقابت بر سر آب مابین مصارف شهری، صنعتی، کشاورزی، زیست محیطی و تفریحی نیز بالا گرفته است. اگر روند های فعلی برداشت آب با شیوهها و سیاستهای حاضر ادامه یابد، برآورد می شود که در سال 2025 تنش آبی به بیش از 60 درصد جهان گسترش یابد. در این صورت تدارک دیدن غذا برای جمعیت در حال رشد چالشی بزرگ و اساسی است، زیرا به جز در آمریکای شمالی و اروپا ، کشاورزی هنوز هم بزرگترین مصرف کننده آب در اغلب مناطق دنیاست. بر طبق آمارهای ارائه شده توسط فائو و در مبنای جهانی، کشاورزی 69 درصد از کل برداشتهای آبی را به خود اختصاص داده است. اگرچه منابع آب کشاورزی اغلب به میزان بیش از حد و نادرست مورد بهره برداری قرار می گیرند، لیکن باور عمومی بر آن است که جهت تولید غذای کافی برای جمعیت در حال رشد جهان، تا سال 2025 بایستی به میزان 20-30 درصد بر مساحت اراضی کشاورزی آبی افزوده شود. به منظور اجتناب از تشدید بحران آب و جلوگیری از کمبود های قابل توجه مواد غذایی، بهرهوری مصرف آب بایستی افزایش یابد. به بیان دیگر لازم است بر مقدار غذای تولید شده با یک میزان معین آب افزوده شود. این امر از طریق حفاظت و استفاده مجدد از منابع آبی موجود در بخش کشاورزی، ازقبیل آبهای زهکشی شده و قابل بهرهبرداری ممکن می باشد.

استفاده نامناسب از آب در کشاورزی فاریاب نه تنها منجر به ماندابی شدن و مشکلات شوری در مقیاس وسیع و برداشت بیش از اندازه از منابع آب زیرزمینی می شود، بلکه موجبات محروم شدن بهره وران پایین دست از آب کافی و آلوده شدن منابع آب مناسب با جریان آلوده برگشتی از آبیاری و تلفات نفوذ عمقی را فراهم میسازد. چون در نتیجه آلودگی آب، کیفیت آن برای دیگر مصارف بالقوه سودمند در پایین دست تقلیل مییابد، بنابراین به رقابت بر سر منابع آب مناسب دامن زده می شود.

به سوی مدیریت زه آب ها

تا چندی پیش مدیریت زهابها کمتر مورد توجه قرار میگرفت. تحقیقات زهکشی عموما بر مسائل طراحی متمرکز بود، در صورتی که ارزیابیها به طور عمده با عملکرد سیستمهای نصب شده و موارد مرتبط با ضوابط طراحی آنها سر و کار داشت. پس از کنفرانس سران جهان در سال 1992، کمیته بین المللی آبیاری و زهکشی توجه کامل خود را بر مدیریت زه آب ها متمرکز نمود. نتیجه اینکه نه تنها بر نیاز به زهکشی به عنوان مکملی اساسی جهت توسعه آبیاری در نواحی خشک و نیمه خشک تاکید شد، بلکه به طور همزمان بر حفاظت و استفاده مجدد از منابع آب شیرین در مفهوم مدیریت جامع منابع اصرار گردید. در بسیاری از کشورها این نگرانیها و به ویژه نگرانی در خصوص تنزل کیفیت آب، به وضع قوانین دفع زهاب ها درجهت حفظ استانداردهای کیفی منابع آب شیرین برای مصارفی دیگر نظیر کشاورزی، مصرف خانگی، صنعتی، زیست محیطی و تفریحی منجر شده است.

برای سامانه های زهکشی موجود ، شماری از گزینه های در دسترس مدیریتی زه آب ها جهت نیل به اهداف توسعه در اختیار است . این گزینه ها را می توان به چهار گروه عمده (حفاظت از آب، استفاده مجدد از زهابها، دفع زهابها و تصفیه زهابها) تقسیم نمود. هر یک از این گزینهها دارای اثرات بالقوه معینی بر هیدرولوژی و کیفیت آب منطقه میباشند و در جایی که بیش از یک گزینه در یک منطقه به کار گرفته شود، اثرات متقابل و موافق اتفاق میافتد. در این مقاله بر مدیریت زهابهای حاصل از سیستمهای زهکشی موجود در اراضی فاریاب مناطق خشک و نیمه خشک و نحوه استفاده مجدد از آن تمرکز می نماید.

گزینه های استفاده مجدد از زهاب، فعالیت ها و ملاحظات

استفاده از زهاب در کشاورزی سنتی

زهاب کشاورزی جمعآوری و بین کشاورزان توزیع میگردد. زهاب ممکن است مستقیما یا با منابع دیگر تلفیق شده استفاده گردد . استفاده تلفیقی ممکن است به صورت اختلاط یا استفاده متناوبی باشد. وسعت و میزان استفاده از زهاب به کیفیت آن، زمان دسترسی، مقاومت گیاهان و غیره بستگی دارد. برای جلوگیری از تخریب خاک و ضررهای حاصله، مصرف زهاب را باید کم کرد. زهاب باقیمانده که غالبا شور و کم حجم است باید مدیریت شود .

استفاده از زهاب در اراضی شور

زهاب با شوری متوسط تا زیاد جمعآوری و برای کشت علف ها، درختان و گیاهان شور پسند به کار می رود. کشاورزی در شرایط شور و با زهابهای خیلی آلوده باید پایدار و تضمین شده باشد.

استفاده از زهاب در سیستم IFDM1

استفاده متوالی از زهاب برای آبیاری محصولات، درختان و گیاهان نمک دوست که به ترتیب، تحمل آنها به شوری بیشتر است. در این سیستم در هر بار استفاده مجدد از زهاب، حجم آن کاهش ولی شوری آن افزایش می یابد. در نهایت زهاب بسیار شور وارد حوضچههای تبخیری می شود. بهره برداری نمک از حوضچه ها نیز ممکن است صورت گیرد. کسر آبشویی برای کنترل شوری و سدیم خاک و جلوگیری از افزایش عناصر سمی باید کافی باشد. حوضچههای تبخیری باید به گونهای طراحی شوند که آبزیان و پرندگان را جذب نکنند. نمکها باید به طور دائم و مطمئن تخلیه شوند.

استفاده از زهاب در حیات وحش و تالاب ها

در مناطقی که کیفیت زهاب بالاست، ممکن است آن را برای رفع نیاز های حیات وحش شامل پرندگان آبی، ماهیان، پستانداران و گیاهان آبزی که به عنوان بخشی از زنجیره غذایی محسوب می شوند به کار برد. نگرانی اساسی، وجود احتمالی

عناصر کمیاب( مانند سلنیم، مولیبدن ومس) است که از طریق زنجیره غذایی ممکن است وارد بدن شده و مسمومیت ایجاد کند.

استفاده از زهاب برای اصلاح خاک های شور

استفاده از زهاب با شوری متوسط برای آبشویی اولیه خاک های شور، خاک های شور- سدیمی و خاکهای سدیمی ممکن است به کار رود. استفاده از آب شور در خاک های سدیمی ممکن است از پراکندگی ذرات خاک و تخریب ساختمان خاک جلوگیری کند. پس از احیای اولیه، آب کافی و با کیفیت برای کاربری مطلوب از زمین مورد نیاز است. زه آب اولیه بسیار شور و سدیمی خواهد بود که تخلیه آن بدون هیچ خطری برای سیستمهای دیگر باید صورت گیرد.

حال به بررسی جوانب وشرایط لازم برای استفاده مجدد از آب زهکشی می پردازیم:

حفظ ساختمان خاک

خطر سدیم درآب آبیاری ناشی از سدیم زیاد یا شوری خیلی کم است که باعث تخریب خاک می شود. تورم و پراکندگی ذرات رس مهمترین فرایندهایی هستند که باعث تخریب خاک می شوند. درصد سدیم قابل تبادل خاک به شوری محلول خاک در شرایط پایدار و ناپایدار از یک خاک به خاک دیگر متفاوت بوده و بستگی به نوع رس، PH، بافت خاک، میزان رس و میزان ماده آلی دارد.

اثرات کوتاه مدت آب آبیاری با غلظت بالای سدیم و غلظت کم املاح، اساسا روی نفوذ پذیری خاک نمایان میشود. کاهش نفوذ پذیری به علت پراکندگی ذرات رس، مسدود شدن منافذ خاک در اثر جا به جایی ذرات رس متورم شدن رس ها و تشکیل سله در سطح خاک است. ارزیابی نفوذ پذیری معمولا بر اساس شوری و SARآب آبیاری صورت می گیرد. کاهش هدایت هیدرولیکی در نیمرخ خاک یکی از اثرات بلند مدت استفاده از آب های سدیمی( ( Sodium است. به ویژه وجود کربنات ها و بی کربنات ها در آب موجب تخریب خاک در دراز مدت می شود، زیرا ته نشین شدن کربنات کلسیم باعث افزایش SARخاک میگردد. کلسیم به شکل کلسیت((Calcite یکی از اولین نمک هایی است که رسوب نموده و در درجه دوم، در صورت افزایش غلظت، نمک های منیزیمی ته نشین می شوند.

تنها در شرایطی نیاز به اجرای عملیاتی جهت افزایش نفوذپذیری و یا هدایت هیدرولیکی خاک است که آب مورد احتیاج گیاه یا نیاز آبشویی تامین نشده و یا مشکلات ثانویه، مقدار محصول را کاهش داده یا مانع از جوانه زنی گیاه می شود. گزینه های مدیریتی در جهت کاهش این نوع مشکلات به سه صورت بیولوژیکی، فیزیکی و شیمیایی است. در روش شیمیایی با اضافه کردن اصلاح کننده های شیمیایی، مشخصات آب و خاک تغییر می یابد. هدف از روش های بیولوژیکی، بهبود ساختمان خاک یا تاثیر بر شیمی خاک از طریق تجزیه مواد آلی است. روش های فیزیکی نیز شامل فعالیت های کشاورزی به منظور افزایش سرعت نفوذپذیری در زمان آبیاری و بارندگی یا اجتناب از غرقاب شدن ساقه ها، ریشه ها و بذرهای گیاه می باشد.

حفظ یون ها و عناصر کمیاب در سطح مطلوب

بالا رفتن غلظت عناصر کمیاب در خاک و زهاب می تواند در اثر شوری بالا یا فرآیندهایی مشابه ایجاد گردد. به منظور کنترل میزان یون ها و عناصر کمیاب در منطقه ریشه، ضروری است که فرآیند های موثر بر حرکت آنها شناسایی گردد. دورل و فوجی (1990) در تحقیقی، غلظت عناصر کمیاب را در خاک و آب زیر زمینی کم عمق مورد بررسی قرار دادند. دو فرآیندی که به طور موثر حرکت عناصر کمیاب را در آب خاک تحت کنترل قرار می دهند عبارتند از :

(1 واکنش های جذبی و دفع کننده (2 فرآیندهای ترسیب فاز جامد و انحلال آنها. این فرآیندها تحت تاثیر تغییرات PH، واکنش های اکسایش، ترکیبات شیمیایی و تغییرات فاز جامد در سطح اتمی می باشند (هینکل و پولتی ،. (1999

برای بررسی تغییراتی که در اثر مدیریت زهاب یا آبیاری در غلظت عناصر کمیاب به وجود می آید، مدل های ساده و معتبری وجود ندارد. همچنین معیاری برای کیفیت آب آبیاری از نظر عناصر کمیاب در دسترس نیست و تنها رهنمودهایی برای عناصر کمیاب تدوین شده که بر اساس مطالعات آزمایشگاهی در گلدان های پر شده از شن و استفاده از مواد محلول و همچنین مربوط به واکنش های شیمیایی در مزارع آزمایشی است. پرات و سوارز((1990 حداکثر غلظت مجاز را برای 15 عنصر کمیاب پیشنهاد نموده اند. این رهنمود جهت حفاظت از گیاهان حساس و حیوانات در برابر مسمومیت، در مناطقی ارائه شده است که بیشتر خاک های آن در معرض آلودگی و تحت آبیاری قرار دارند.

کیفیت زهاب

یکی از موارد مهم در ارتباط با استفاده از زه آب، مخاطرات بهداشتی آن است که در این ارتباط کلیفرم مدفوعی یکی از شاخص های اصلی به شمار میرود و از آنجایی که در نشست متخصصین سازمان جهانی بهداشت در سال 1973 اعلام گردید که تولید پسابی با کیفیت 1000 کلیفرم در 100 میلی لیتر به راحتی امکان پذیر است، بنابراین رفع این محدودیت در استفاده از زه آب نیز قابل حل می باشد. حدود مجاز این پارامتر در ایران مقدار 400 کلیفرم در 100 میلی لیتر است که این موضوع بدلیل تماس مستقیم کشاورز با آب آبیاری به ویژه در شالیزارها می باشد.

اهمیت کیفیت آب در مدیریت زهاب ها

به طور کلی چندین عامل به منظور بررسی و تعیین محدودیت ها و موقعیت ها برای کاربرد، تصفیه و تخلیه مطمئن زهاب وجود دارد. داده ها و اطلاعات مورد نیاز در محل تولید زهاب، مواردی همچون میزان تولید زهاب در واحد سطح، غلظت مواد مهم شیمیایی و میزان پخش مواد را شامل می شود. با توجه به نگرانی هایی که در مورد حفظ محیط زیست وجود دارد، لذا باید با بهره گیری از داده ها و اطلاعات کافی در مورد کیفیت آب زهکشی و سایر نکات اشاره شده، مدیریت مناسبی را بر روی زهاب اعمال نمود. جدول زیر خلاصه ای از تغییرات مورد انتظار در کیفیت آب را در جریان آب برگشتی نسبت به آب آبیاری نشان می دهد.

جدول((1 امتیاز بندی پارامترهای کیفی جهت استفاده مجدد از زهاب برای آبیاری

تفاوتهای مورد انتظار در کیفیت آب برگشتی( نسبت به آب مصرفی ) به جهت تغییرات غلظت در آب مصرفی قابل توجیه است. کیفیت آب های سرریز شده( آب های میان بر ) از شبکه توزیع انتظار نمی رود که تفاوت زیادی با آب منبع داشته باشد، مگر در مواردی که رسوبات وارد آب شوند. برعکس، رواناب سطحی یا آب اضافه آبیاری حاوی مقدار قابل ملاحظهای رسوبات و مواد مغذی چسبیده به آنها( به خصوص فسفر )، به اضافه مواد شیمیایی مصرفی در کشاورزی مانند سموم دفع آفات و کودهای ازته ( مخصوصا آمونیاک غیر هیدراته ) میباشد. آب مازاد حاصل از آبیاری و آب مصرفی از لحاظ شوری و اکسیژن خواهی بیوشیمیایی شبیه به هم هستند. زهاب حاصل از زهکش زیرزمینی سرشار از ترکیبات محلول مانند نمک های معدنی محلول، نیترات ها و مقدار ناچیز رسوبات میباشند، در صورتی که سایر پارامتر های کیفی آن شبیه آب آبیاری می باشد. تغییرات ایجاد شده در کیفیت آب برگشتی به عواملی چون روش های آبیاری، خصوصیات و شرایط خاک، مواد شیمیایی مورد استفاده در کشاورزی، هیدرولوژی، سیستم زهکشی، اقلیم و مدیریت آب کشاورزان بستگی دارد.

به طور معمول زهاب ها در مقایسه با آب آبیاری از کیفیت پایین تری برخوردارند. برای به حداقل رساندن اثرات مخرب کوتاه مدت و بلند مدت زهاب ها بر تولیدات گیاهی، حاصلخیزی خاک و کیفیت آب، توجه به مسائل مدیریتی در پروژه ها و حوضههای آبریز حائز اهمیت است؛ بدین صورت که زهاب هایی با شوری بالا نمی توانند بری آبیاری گیاهان حساس به شوری مورد استفاده قرار گیرند؛ اما برای آبیاری گیاهان مقاوم به شوری، درختان و گیاهان علوفه ای مناسب می باشند. نگرانی اساسی در رابطه با استفاده مجدد، غلظت شدید زهاب حاصل از استفاده مجدد می باشد که به مدیریت دقیق نیازمند است.

بررسی روش های مختلف استفاده مجدد از زهاب در تولید محصولات متداول کشاورزی:

برای استفاده مجدد از آب های زهکشی راهبردهای مختلف به شرح زیر وجود دارند: -1 استفاده از آب زهکشی به عنوان تنها منبع تامین آب آبیاری.

-2 استفاده از اختلاط آب زهکشی و آب تازه.

-3 استفاده از دو منبع مجزای تامین آب تحت عنوان روش " تناوبی".

شکل((1 چارت استفاده از زهاب برای آبیاری