تأثير ملوحة وصودية ماء الري وتداخلاتهما مع التربة في بعض الخصائص المائية لترب مختلفة النسجة
تأثير ملوحة وصودية ماء الري وتداخلاتهما مع
التربة في بعض الخصائص المائية لترب مختلفة النسجة
يؤدي التغير في التركيز الكلي للأملاح
ونسبة امتزاز الصوديوم (SAR) في مياه الري والمرتبط بالتأثير غير
المرغوب فيه للنسبة المئوية للصوديوم المتبادل في التربة (ESP)
الى حدوث مشاكل في الجريان تحددها نسجة التربة المروية. لذا فانه من الضروري دراسة
تأثير المياه المتباينة في الملوحة والصودية ولترب مختلفة في جريان الماء وتحت
ظروف جريان غير مشبع Unsaturated flow
لأهميته في انتقال الطاقة وحركة الماء في منطقة الجذور اذ يحدث تداخل بين الماء والسطوح
الصلبة لدقائق التربة مما يؤثر في الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبايولوجية
للتربة.
 |
| تأثير ملوحة وصودية ماء الري وتداخلاتهما مع التربة في بعض الخصائص المائية لترب مختلفة النسجة |
يعد
غيض الماء العمودي والافقي من أهم الصور لدراسة الجريان غير المشبع لتأثيره الكبير
في تحديد مدخولات الترب من الماء والحصول على معلومات كافية عن الدوال التي تدخل
في المعادلات الخاصة بحركة وانتشار الماء في التربة وذلك باتباع نماذج رياضية
ومعادلات ذات اساس فيزيائي Physically based
واخرى وضعية Empirical equation
لتقدير بعض الدوال والتوصل الى تقديرات كمية لمسك الماء في التربة.
و نظرا لكون جريان الماء غير المشبع عملية ديناميكية معقدة فمن الصعوبة وصفه بدالة
واحدة فقط ، فحلول مشاكل الجريان أمر يتطلب معرفة اكثر من دالة أو خاصية مائية .
وتعد
النفوذيةPenetrability λ) (،
والامتصاصية Sorptivity (S) والانتشارية Diffusivity
(D)،
بالاضافة الى الايصالية المائية Hydraulic
(K) Conductivity
من الخصائص المائية الاساسية في المعادلات التي تصف الجريان غير
المشبع، إذ تظهر أهمية هذه الدوال في أمكانيتها وصف حركة الماء وتوزيعه في أثناء
جريانه أفقياً وعمودياً وفي الترب غير المشبعة وربط ذلك بتغيرات المحتوى الرطوبي
الحجمي وعمود السحب الأمر الذي يمكننا من استعمالها كدالات لمعدل تحطم البناءdown
Structure break وتغير
حجم المسامات الذي يحدث خلال حركة الماء في التربة. وقد استعملت طرائق عددية
وتحليلية مختلفة وغير مباشرة وبرامج حاسوب متطورة لحل النماذج الرياضية والحصول
على قيم هذه الدوال.
ملوحة
وصودية مياه الري Salinity and
Sodicity of Irrigation Water
الملوحة Salinity
تحتوي مياه الري في المناطق الجافة
وشبه الجافة على مواد ذائبة تعرف بالاملاح، وتعد مياه الري اهم المصادر الرئيسية
لحالة التراكم الملحي في الترب المروية (Pearson،
2003)، وتشكل كلوريدات الكالسيوم والمغنيسيوم والصوديوم اغلب الاملاح الموجودة في
ترب المناطق الجافة وشبه الجافة(الزبيدي، 1989). اشارت كثير من البحوث الى وجود
علاقة خطية وثيقة بين ملوحة مياه الري وملوحة التربة (Ayers و Westcot ،1976)،
وان التكوين الكيميائي لمياه الري يكون عاملاً محدداً لنوعية الايونات في التربة
(عبد الامير واخرون، 1987) وذلك بسبب العلاقة المعنوية الموجبة بين تركيز الايونات
الموجبة والسالبة في مياه الري وتركيزها في مستخلص عجينة التربة المشبعة.
تعمل ملوحة مياه الري (ذات المحتوى
العالي من الايونات الثنائية) على تحسين بناء وثباتية تجمعات التربة ( Abu-Shararواخرون ، 1987) إلا
أن ذلك لاينفي التأثير السلبي لارتفاعها على نمو النبات وانتاج الحاصل، إذ أن
زيادة ملوحة ماء التربة تعمل على خفض الجهد الازموزي ومن ثم الجهد المائي الكلي
مسببه انخفاض في جاهزية الماء للنبات واجهاده، فقد وضح Richards (1954)
علاقة خطية وضعيةEmpirical بين الجهد الازموزي لمستخلص محلول التربة
وبين ايصاليته الكهربائية.
وقد
يصل النبات الى حالة الجفاف الفيسيولوجي، بسبب قلة قابلية النبات في التنافس على
الماء مع الايونات الموجودة في محلول التربة (Tanji،1990).
وعلىالرغم من ذلك اشارت العديد من الدراسات الى امكانية استعمال مياه ري ذات ملوحة
اعلى من الحدود الحرجة في زراعة بعض المحاصيل المتحملة للملوحة والحصول على
انتاجية جيدة كالشعير والبرسيم (Ayers،1977؛F.A.O،1992). فقد تمكن Yaron (1973) من
الحصول على انتاجية عالية ولمدة طويلة من الزمن باستعمال مياه ري ذات ملوحة اعلى
بكثير من الحدود الحرجة. كما استعملت مياه مالحة تصل ملوحتها الى 12000 جزء
بالمليون (ppm) في منطقة الزبير وتم الحصول على انتاجية
جيدة من محصول الطماطا (الزبيدي، 1989).
تصنف
مياه الري على أنها مالحة عندما تشكل خطراً على نمو الحاصل وانتاجيته، وتحتوي على
تراكيز عالية من الايونات الذائبة (Na+، Ca++، Mg++، Cl–، HCO3–، SO4=)
جميعها او بعض منها. تقدر ملوحة مياه الري بقياس الايصالية الكهربائية للماء Electrical
Conductivity (EC)
وبوحدة قياس ديسيسيمنز/م (مليموز/سم) إذ تعبرالايصالية الكهربائية (EC) عن تركيز كل الاملاح القابلة للذوبان .
الصودية Sodicity
تشير
الصودية الى كمية الصوديوم الموجودة في مياه الري Pearson)، (2003.
إن ارتفاع تركيز ايون الصوديوم في مياه الري نسبة الى الايونات الثنائية يؤثر بشكل
معاكس للملوحة على البناء وثباتية التجمعات وحركة الماء في التربة ويؤدي الى تحديد
نمو النبات. وعلى الرغم من اهمية جميع مكونات مياه الري في تحديد نوعيتها
وصلاحيتها الا ان التركيز جرى على ايونات الصوديوم إذ تعد مصدراً خطراً يرتبط
بالتأثير غير المرغوب فيه للنسبة المئوية للصوديوم المتبادل(ESP) Exchangeable
Sodium Percentageعلى بناء التربة.
لقد
اقترحت تعابير عديدة للتعبير عن مدى خطورة الصوديوم في مياه الري وكان افضلها نسبة امتزاز الصوديوم Sodium
Adsorption Ratio ( SAR ) و الذي اقترحه العاملون في مختبر الملوحة في الولايات المتحدة (Richards،1954)،
وهو مؤشر للتنبؤ بخطورة الصودية لمياه الري.
تعرف المياه بأنها صودية عندما تتجاوز SAR
قيمة 12 (Varvel
واخرون ،2003) وتعتبر قيمة SAR
اكثر القيم تطبيقاً في تقييم خطر الصودية لمياه الري وذلك لسببين:
1-
اشتقاقها من معادلة نظرية معروفة هي معادلة
كابون Gapon
equation:
2-
أمكانية التنبؤ بواسطة الـ
SAR عن مدى تطور الصودية في الترب المروية ويرجع ذلك
الى العلاقة الاحصائية بين قيمة SAR
والنسبة المئوية للصوديوم المتبادل ESP
تاثير الملوحة والصودية في صفات التربة الفيزيائية
تعمل
ملوحة مياه الري (ذات المحتوى العالي من الأيونات الثنائية) على تشجيع ربط دقائق
التربة في تجمعات (Abu-Sharar واخرون ، 1987) وهي مفيدة في تهوية التربة واختراق الجذور
ونموها ويعتمد ذلك على نوع النبات المزروع ومدى تحمله للملوحة. أما الصودية فلها
تأثير معاكس إذ أن العمليات الفيزيائية الاساسية تتاثر بوجود تركيز مرتفع مناسب
للصوديوم يعمل على تفرق التربة (Frenkel واخرون
، 1978) وتحطيم الروابط التي تربط بين صفائح الطين
وحدوث التمدد والانتفاخ وهذا يؤدي بدقائق الطين الى تضييق مسامات التربة وخفض
الايصالية المائية، وقد وضح Hanson واخرون
(1999)
تأثيرأيونات الصوديوم والكالسيوم وسلوكها على صفائح الطين .
سلوك أيونات الصوديوم والكالسيوم على صفائح
الطين(Hanson
واخرون، 1999)
يرجع
اختلاف سلوك أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم عن أيون الصوديوم الى كونهما أيونات
ثنائية الشحنة (Mg++, Ca++) تتميز
بدرجة تحلل واطئة من على سطوح معادن الطين مقارنة بأيون الصوديوم ، وميلهما الى
تجميع دقائق التربة وربط صفائح الطين مع بعضها وتقليل التفرقة الناتجة عن
الصوديوم.
ويمكن
القول إن هناك ثلاث مشاكل رئيسة ترافق الزراعة الاروائية تنتج عن تفرق التربة بسبب
الصوديوم:
1- انخفاض قيمة غيض الماء
2- انخفاض الايصالية المائية
3- تكوين القشرة Soil
crust
او السداد السطحي Surface seal
العلاقة بين الملوحة والصودية (EC,
SAR)
وخصائص التربة الفيزيائية
Relationship
between Salinity and Sodicity and Soil Physical Characteristics
اعتبرت
انظمة تصنيف مياه الري ان كلاً من التركيز الكلي للاملاح معبراً عنه بـEC
ونسبة امتزاز الصوديوم (SAR) المؤشرات الاساسية لتصنيف مياه الري لاهمية
تداخلهما وتأثيرهما في صفات التربة ومشاكل الري (Shainberg واخرون،1981)
.
إن
العلاقة بين ملوحة التربة وتأثيرها في تلبد الدقائق والصودية وتأثيرها في تفرق
الدقائق تحدد ثباتية تجمعات التربة او تشتتها تحت ظروف تداخل مستويات الملوحة
والصودية المختلفة (Pearson، 2003)
فتغير نسبة EC الى SAR في
مياه الري سيؤثر على الصفات والخصائص الفيزيائية للتربة.
تعد
الايصالية المائية واحدة من اهم الخصائص التي تراعى في الري والغسل وتعتمد على التركيب
الفيزيوكيميائي لكل من الماء والتربة وتركيب الايونات الموجبة القابلة للتبادل ( Quirk وSchofield، 1955؛Frenkel،
1984).
لقد
اجمعت عدد من الدراسات على ان الايصالية المائية المشبعة (Ks)
تقل مع قلة تركيزالاملاح الكلي وزيادة نسبة الصوديوم الممتز(SAR) في محلول التربة (Reeve وTaraadoni ،
1965؛ McNeal
واخرون ، 1968 ؛ Suarez
واخرون ، 1984 ؛Aoda
واخرون ، 1993 )، كما اشار Mclntyre (1979)
الى انخفاض الايصالية المائية بزيادة الـ ESP في
التربة وانخفاض التركيز الالكتروليتي لمحلول التربة، واكد Shainberg و (1984) Letey ذلك حين بينوا ان الانخفاض في الايصالية
المائية نتيجة التاثيرات الصودية يعتمد على تركيز محلول التربة الالكتروليتي.
تزداد الايصالية المائية المشبعة عند استعمال الماء المالح بالمقارنة مع
الماء المقطر وتنخفض لكلا المحلولين مع زيادة الصودية ( Osterواخرون ، 1980 ؛ El
Sayed
، 1990) و اكدت بعض الدراسات وجود علاقة ارتباط بين
الايصالية المائية المشبعة ونوعية مياه الري اذ بينت انخفاض الايصالية المائية
المشبعة مع انخفاض نوعية مياه الري بزيادة الـ
SAR(
Aly،1990
؛ Chaudhari،
2001 ) كما اشار Levy
واخرون (2005)
الى تناقص الايصالية المائية النسبية مع زيادة الصودية عند
مستويات الملوحة الواطئة (< 0.5 ديسيسيمنز/م) في تربة Loamy
Sand.
وظهرت مشاكل في الغيض بانخفاض الملوحة وزيادة صودية المياه المستعملة (Ayers وTanji،1981)
وتراوحت مستويات ملوحة المياه في تلك الدراسة (EC)
بين 0.2 و 5.6 ديسيسيمنز/م.
ذكرHanson واخرون(1999)
حصول تغير في معدل الغيض تحت مستويات مختلفة من الملوحة والصودية لمياه الري وكانت
حدود مستويات ملوحة المياه المدروسة (EC)
بين 0.2 و 6 ديسيسيمنز/م ، واشار الى حصول اختزال في معدل الغيض عند EC=1
ديسيسيمنز/م و SAR=15. وضح Gardner واخرون
(1959) انخفاض الانتشارية المائية بانخفاض التركيز
الملحي من 300 الى 3 مليمكافئ/لتر عندما كانت النسبة المئوية للصوديوم المتبادل في
التربة (ESP) بحدود 25% في حين اشارRusso وBresler (1977)
الى قلة التغير في الانتشارية المائية عندما يكون النظام مشبع بالكالسيوم.
اما
Mustafa
واخرون (1988) فبينوا أن انتشارية ماء التربة تعتمد على
نوعية مياه الري ووجد ان الانتفاخ يقلل كلاً من النفوذية ومعدل الانتشارية الموزون
]
[
. واكد Aoda
واخرون (1993) في دراسته لتقييم دوال حركة الماء في تربة
مزيجة زيادة الانتشارية المائية بزيادة التركيز الملحي وانخفاض الـSAR.
دور نسجة التربة The
Role of Soil Texture
تؤثر
نسجة التربة تأثيراً كبيراً في انتاجية النبات مهما كانت سمات الزراعة المروية
فهناك حقيقة مهمة لايمكن تجاهلها هي تأثير نسجة التربة وعلاقتها بملوحة وصودية
مياه الري وتأثير ذلك في خصائص التربة الفيزيائية، فنسجة التربة تحدد (Pearson، 2003):
1- كمية المياه الجارية خلال مقد
التربة.
2- كمية المياه المخزونة في مقد
التربة.
3- قدرة الصوديوم للارتـباط بالتربة.
تتكون
التربة الطينية من دقائق صغيرة الحجم مرتبطة مع بعضها في تجمعات لها قابلية عالية
للأحتفاظ بالماء وابطاء سرعة جريانه على العكس من الترب الرملية المتكونة من دقائق
كبيرة الحجم مكونة مسامات واسعة تسمح بمرور سريع للماء وقلة احتفاظها به، وهذا يمكن
الترب الرملية من مقاومة الملوحة العالية لمياه الري تحت ممارسات الري الطبيعية، إذ
أن كميات كبيرة من الاملاح المذابة سوف تزال من منطقة الجذور عن طريق الغسل
بالمقارنة مع الترب الطينية او ناعمة النسجة.
أما
السمة الاخرى لنسجة التربة فهي المساحة النوعية، فصغر دقائق الطين يجعلها ذات
مساحة نوعية اكبر بكثير من دقائق الرمل (Hillel، 1980a)
والذي يؤدي بالترب ناعمة النسجة بأن تكون في خطر اعظم من الترب خشنة النسجة عند
زيادة نسبة الـ SAR في مياه الري. ويرجع ذلك لزيادة فعاليتها في
العمليات الفيزيوكيميائية كالتفرق والانتفاخ ( Shainberg وLevy،1992)،
وهذا بالتأكيد سيؤدي الى ظهور مشاكل الصودية فيها(Sumner
وNaidu،
1998؛ Levy،2000).
دور نوع معادن الطين Role
of Clay Minerals
هناك
ثلاثة أنواع رئيسة من معادن الطين هي مجموعة السمكتايت )المونتموريلونايت (Montmorillonite،ومجموعة
المايكا )ألايت (Illite
ومجموعة الكاؤلينايت Kaolinite. ان كل نوع من هذه الاطيان لها تركيب بنائي
مختلف يؤثر في قدرة الصوديوم للارتباط بصفائح الطين (Saskatchewan،1987)،
وقابلية التربة على الانتفاخ وعليه لاتتأثر الخواص الفيزيائية لكل الترب بشكل
متساوي بزيادة ESP في التربة. أن طين مجموعة المونتموريلونايت
هو الاكثر تأثراً بالصوديوم بينما الكاؤلينايت اقل تأثراً، ويظهر تأثير مماثل على
معامل الانتفاخ Swelling Factor، وعليه فان الترب الحاوية على نسبة عالية من
المعدن الطيني المونتموريلونايت هي الاكثر عرضة للتفرقة والانتفاخ (Shainberg واخرون
،1971) وانخفاض الايصالية المائية للتربة ( McNealوColeman،1966 ). في حين اشار Emerson
وBakker (1973)
الى أن انتفاخ الاطيان لن يكون مؤثراً بدرجة كبيرة عند المستويات الواطئة للنسبة
المئوية للصوديوم المتبادل (ESP
أقل من 20 %) ولكن يظهر تأثيره بشكل واضح مع ارتفاع هذه النسبة.
