دانشنامه جامع جهانی خشکسالی،کم آبی1
دانشنامه جامع جهانی خشکسالی، کمآبی، شوری و بیابانزدایی
بررسی تجربه کشورهای جهان در مدیریت آب کشاورزی، سوپرجاذبها، پلیاکریلات، آبیاری زیرسطحی و اصلاح خاکهای شور
فهرست
مقدمه
فصل1:خشکسالی، کمآبی و بیابانزایی در جهان
فصل ۲: تجربه کشورهای جهان در مقابله با خشکسالی و کمآبی
فصل ۳: پلیاکریلات و سوپرجاذب کشاورزی؛ ساختار، انواع و مکانیسم جذب آب
فصل ۴: تجربه کشورهای جهان در استفاده از سوپرجاذبهای کشاورزی
فصل ۵: روش صحیح مصرف سوپرجاذب در باغ، مزرعه و نهالکاری
فصل ۶: آبیاری زیرسطحی و تجربه کشورهای جهان
فصل ۷: ترکیب آبیاری زیرسطحی و سوپرجاذب
فصل ۸: فناوریهای نوین کاهش مصرف آب کشاورزی
فصل ۹: شوری آب و خاک؛ EC، TDS، SAR و مبانی علمی
فصل ۱۰: تجربه کشورهای جهان در مقابله با شوری
فصل ۱۱: روشهای علمی کاهش اثر شوری
فصل ۱۲: محلولهای مایع ضدشوری
فصل ۱۳: پودرهای ضدشوری و اصلاحکنندههای خاک
فصل ۱۴: تجربه کشورهای جهان در بیابانزدایی
فصل ۱۵: پلیمرها، سوپرجاذبها و اصلاحکنندهها در بیابانزدایی
فصل ۱۶: راهکار عملی مقابله با خشکسالی برای باغداران و کشاورزان
فصل ۱۷: طراحی برنامه جامع مدیریت آب و شوری برای مزرعه و باغ
فصل ۱۸: مقایسه جامع فناوریها و آینده مدیریت آب و خاک
—
مقدمه
آب یکی از اساسیترین عوامل ادامه حیات، تولید غذا، توسعه اقتصادی و پایداری محیط زیست است. با این حال، بخش بزرگی از جهان با کاهش منابع آب، خشکسالیهای طولانیتر، افت سطح آبهای زیرزمینی، شور شدن منابع آب و خاک و گسترش مناطق خشک و بیابانی روبهرو است. این مشکلات فقط به مناطق بیابانی محدود نمیشوند. حتی مناطقی که در گذشته بارندگی مناسبی داشتهاند، ممکن است بر اثر تغییر الگوی بارش، افزایش دما، برداشت بیش از حد از منابع آب و تغییر کاربری زمین، با کمآبی مواجه شوند. در چنین شرایطی، مسئله اصلی فقط تأمین آب بیشتر نیست؛ بلکه باید بتوانیم آب موجود را بهتر ذخیره، منتقل و در اختیار ریشه گیاه قرار دهیم و از هدررفت آن جلوگیری کنیم. به همین دلیل، در دهههای اخیر مجموعهای از فناوریها و روشهای مدیریتی مورد توجه قرار گرفتهاند؛ از جمله:
آبیاری قطرهای
آبیاری زیرسطحی
ذخیره و جمعآوری آب باران
مالچ و پوشش خاک
اصلاح خاک
استفاده از مواد آلی
سوپرجاذبهای کشاورزی
پلیمرهای جاذب آب
مدیریت شوری
استفاده مجدد از آب
کشاورزی دقیق و هوشمند
انتخاب گیاهان مقاوم به خشکی و شوری
روشهای نوین بیابانزدایی
هدف این دانشنامه بررسی تجربه کشورهای مختلف جهان در استفاده از این روشها و بررسی علمی مزایا، محدودیتها و شرایط مناسب استفاده از آنهاست.
—
فصل اول: خشکسالی، کمآبی و بیابانزایی در جهان
از بحران آب تا راهکارهای نوین مدیریت رطوبت خاک
۱. خشکسالی چیست؟
خشکسالی را نباید صرفاً «نبود باران» تعریف کرد. خشکسالی یک وضعیت غیرعادی و نسبتاً طولانی است که در آن میزان دسترسی به آب، نسبت به شرایط معمول یک منطقه کاهش پیدا میکند.
از دیدگاه علمی، معمولاً چند نوع خشکسالی از یکدیگر تفکیک میشوند:
۱-۱. خشکسالی هواشناسی
وقتی میزان بارندگی در یک دوره مشخص، بهطور قابل توجهی کمتر از میانگین معمول منطقه باشد. مثلاً اگر یک منطقه معمولاً سالانه ۳۰۰ میلیمتر بارندگی داشته باشد ولی طی چند سال متوالی میزان بارندگی به شکل قابل توجهی کاهش پیدا کند، میتوان از خشکسالی هواشناسی صحبت کرد.
۱-۲. خشکسالی کشاورزی
خشکسالی کشاورزی زمانی اهمیت پیدا میکند که رطوبت موجود در خاک برای تأمین نیاز گیاه کافی نباشد. ممکن است بارندگی یک منطقه چندان کم نشده باشد، اما اگر: دما افزایش یابد، تبخیر بیشتر شود، خاک ظرفیت نگهداری آب کمی داشته باشد، ریشه گیاه به آب دسترسی کافی نداشته باشد، کشاورزی همچنان میتواند با خشکسالی مواجه شود. بنابراین: خشکسالی کشاورزی فقط به مقدار بارندگی وابسته نیست؛ بلکه به مقدار آب قابل دسترس برای گیاه نیز وابسته است.
۱-۳. خشکسالی هیدرولوژیک
زمانی اتفاق میافتد که ذخایر آب سطحی و زیرزمینی کاهش پیدا کنند. برای مثال: کاهش حجم سدها، کاهش جریان رودخانهها، پایین رفتن سطح آب زیرزمینی، خشک شدن چاهها، کاهش آب تالابها از نشانههای خشکسالی هیدرولوژیک هستند.
۱-۴. خشکسالی اقتصادی و اجتماعی
اگر کاهش منابع آب باعث کاهش تولید کشاورزی، افزایش قیمت مواد غذایی، مهاجرت، بیکاری یا ایجاد مشکلات اجتماعی شود، اثرات اقتصادی و اجتماعی خشکسالی آشکار میشود. بنابراین خشکسالی فقط یک مسئله محیط زیستی نیست؛ بلکه میتواند به یک بحران اقتصادی و اجتماعی تبدیل شود.
۲. کمآبی چیست؟
کمآبی با خشکسالی یکسان نیست. خشکسالی معمولاً یک پدیده اقلیمی یا هیدرولوژیک است، اما کمآبی میتواند نتیجه ترکیبی از عوامل طبیعی و انسانی باشد. برای مثال، ممکن است منطقهای بارندگی متوسطی داشته باشد اما به دلیل: جمعیت زیاد، کشاورزی پرمصرف، صنایع آببر، برداشت بیش از حد از سفرههای زیرزمینی، مدیریت نامناسب منابع آب، با کمآبی مواجه شود. بنابراین ممکن است: یک منطقه خشک باشد اما کمآبی شدیدی نداشته باشد، و یک منطقه نسبتاً پرباران نیز به دلیل مصرف زیاد آب دچار بحران آب شود. این تفاوت در برنامهریزی منابع آب اهمیت بسیار زیادی دارد.
۳. چرا کشاورزی در مرکز بحران آب قرار دارد؟
کشاورزی در بسیاری از کشورهای جهان یکی از بزرگترین مصرفکنندگان آب شیرین است. اما مسئله فقط مقدار آب مصرفشده نیست. مقداری از آب آبیاری ممکن است به علت: تبخیر، رواناب، نفوذ خارج از محدوده ریشه ، توزیع نامناسب، آبیاری بیش از نیاز، زهکشی نامناسب عملاً به مصرف مفید گیاه نرسد. از این رو هدف کشاورزی مدرن صرفاً «آب کمتر» نیست. هدف اصلی این است:
«بیشترین تولید با کمترین مقدار آب قابل استفاده.» این مفهوم در ادبیات علمی با موضوعاتی مانند بهرهوری آب و Water Productivity ارتباط دارد.
—
۴. تبخیر؛ یکی از دشمنان اصلی آب کشاورزی
وقتی آب روی سطح خاک قرار میگیرد، بخشی از آن مستقیماً تبخیر میشود. در مناطق گرم و خشک، این مسئله اهمیت بیشتری پیدا میکند. فرض کنیم آب آبیاری روی سطح خاک پخش شود.
بخشی از آب:
آب → خاک → ریشه → گیاه
خواهد شد.
اما بخشی دیگر ممکن است:
آب → سطح خاک → تبخیر → اتمسفر
شود.
به همین دلیل روشهایی که آب را به منطقه ریشه نزدیکتر میکنند، میتوانند در شرایط مناسب به افزایش بهرهوری آب کمک کنند. اینجاست که فناوریهایی مانند آبیاری قطرهای و آبیاری زیرسطحی اهمیت پیدا میکنند.
—
۵. چرا نگهداری آب در اطراف ریشه اهمیت دارد؟
ریشه گیاه به آب موجود در محیط ریشه دسترسی پیدا میکند. بنابراین یک سؤال مهم مطرح میشود: آیا میتوان آب را پس از آبیاری برای مدت بیشتری در محدوده ریشه نگه داشت؟
روشهای مختلفی برای این هدف وجود دارد. از جمله: روشهای فیزیکی، مالچ، پوشش سطح خاک، افزایش سایهاندازی، کاهش سطح تبخیر، روشهای مدیریتی، آبیاری در زمان مناسب، آبیاری قطرهای، آبیاری زیرسطحی، تنظیم حجم آبیاری، روشهای اصلاح خاک، افزایش ماده آلی، اصلاح ساختمان خاک، استفاده از برخی مواد معدنی، مواد جاذب آب، سوپرجاذبها، برخی پلیمرهای جاذب آب، پلیاکریلاتهای مورد استفاده در کشاورزی. اما نکته مهم این است که سوپرجاذب جایگزین آب، آبیاری یا بارندگی نیست. سوپرجاذب میتواند در شرایط مناسب، بخشی از آب موجود را جذب کرده و سپس در هنگام خشک شدن محیط، بخشی از آن را در اختیار ریشه قرار دهد.
—
۶. سوپرجاذب کشاورزی چگونه وارد این زنجیره میشود؟
سوپرجاذبهای کشاورزی گروهی از مواد پلیمری هستند که میتوانند مقدار قابل توجهی آب را در ساختار خود نگهداری کنند. یکی از خانوادههای مهم این مواد، پلیمرهای پایه آکریلات هستند.
در سادهترین تصویر:
آب آبیاری
⬇
سوپرجاذب
⬇
جذب و نگهداری آب
⬇
قرار گرفتن آب در محیط ریشه
⬇
آزادسازی تدریجی بخشی از آب
البته میزان جذب واقعی به عواملی مانند نوع پلیمر، اندازه ذرات، کیفیت آب، شوری، pH، خاک و شرایط محیطی بستگی دارد. به همین دلیل نباید یک عدد ثابت مانند «۱۰۰ برابر» یا «۱۵۰ برابر» را برای تمام سوپرجاذبها و تمام شرایط علمی فرض کرد.
—
۷. مشکل مهم: آب شور
خشکسالی تنها مشکل کشاورزی مناطق خشک نیست. در بسیاری از مناطق، کشاورز با مشکل دیگری نیز مواجه است: «آب وجود دارد، اما کیفیت آب مناسب نیست.»
آب آبیاری ممکن است حاوی مقادیر زیادی نمکهای محلول باشد. با ادامه آبیاری، اگر مدیریت مناسبی وجود نداشته باشد، نمکها میتوانند در خاک تجمع پیدا کنند. نتیجه ممکن است: کاهش جذب آب توسط ریشه، کاهش رشد گیاه، آسیب ریشه، کاهش جوانهزنی، کاهش عملکرد، زردی و سوختگی برگها، کاهش کیفیت محصول باشد. بنابراین: مدیریت آب بدون مدیریت شوری، در بسیاری از مناطق خشک کافی نیست.
—
۸. چرا شوری باعث میشود گیاه حتی با وجود آب دچار مشکل شود؟
یکی از نکات بسیار مهم در کشاورزی مناطق خشک همین موضوع است. ممکن است خاک ظاهراً مرطوب باشد، اما غلظت نمکهای محلول آن زیاد باشد. در چنین شرایطی گیاه برای جذب آب با مشکل مواجه میشود.
به زبان ساده: آب در خاک وجود دارد، اما بخشی از آن برای ریشه بهراحتی قابل استفاده نیست. این موضوع اهمیت اندازهگیری شاخصهایی مانند:
EC آب
EC خاک
TDS
SAR
را نشان میدهد.
در فصلهای بعدی این دانشنامه هرکدام از این شاخصها بهطور جداگانه بررسی خواهند شد.
—
۹. آیا «محلول ضدشوری» واقعاً میتواند آب شور را شیرین کند؟
این یکی از مهمترین پرسشهایی است که در بازار محصولات کشاورزی مطرح میشود. باید میان دو مفهوم تفاوت گذاشت:
مفهوم اول : کاهش شوری آب
یعنی واقعاً غلظت یونها و نمکهای محلول آب کاهش پیدا کند. این کار معمولاً نیازمند فرآیندهایی مانند: اسمز معکوس، تقطیر، برخی روشهای غشایی، یا سایر روشهای تصفیه است.
اما مفهوم دوم: کاهش اثرات شوری بر گیاه یا خاک
ممکن است با روشهایی مانند: اصلاح خاک، مدیریت آبیاری، آبشویی، زهکشی، تأمین کلسیم در خاکهای سدیمی، مدیریت تغذیه، انتخاب گیاه مقاوم، برخی اصلاحکنندهها امکانپذیر باشد.
بنابراین استفاده از عنوان «ضدشوری» باید با دقت انجام شود تا ادعای محصول با عملکرد واقعی آن اشتباه نشود.
—
۱۰. شوری خاک و بیابانزایی چه ارتباطی دارند؟
شوری یکی از عوامل مهم تخریب زمینهای کشاورزی در مناطق خشک و نیمهخشک است. وقتی: تبخیر زیاد + آبیاری + زهکشی نامناسب در کنار یکدیگر قرار گیرند، امکان تجمع نمک در خاک افزایش مییابد. اگر این روند ادامه پیدا کند:
زمین ضعیفتر میشود
⬇
عملکرد محصولات کاهش مییابد
⬇
پوشش گیاهی کاهش پیدا میکند
⬇
فرسایش خاک افزایش مییابد
⬇
زمین مستعد تخریب و بیابانزایی میشود.
بنابراین مبارزه با بیابانزایی فقط کاشت درخت نیست. مدیریت آب، خاک، شوری و پوشش گیاهی باید همزمان مورد توجه قرار گیرد.
—
۱۱. بیابانزایی چیست؟
بیابانزایی به معنای تبدیل شدن هر منطقهای به «کویر» نیست. این مفهوم بیشتر به تخریب سرزمین در مناطق خشک، نیمهخشک و خشک نیمهمرطوب در اثر مجموعهای از عوامل طبیعی و انسانی مربوط میشود. عوامل مهم عبارتاند از: خشکسالی، تغییرات اقلیمی، چرای بیش از ظرفیت، تخریب پوشش گیاهی، کشاورزی نامناسب، فرسایش خاک، شوری، مدیریت نامناسب آب، برداشت بیش از حد آب زیرزمینی، تخریب منابع طبیعی. بنابراین بیابانزدایی نیز یک راهکار تکبعدی ندارد.
—
۱۲. تجربه جهان؛ از «تأمین آب» به «مدیریت آب»
تجربه کشورهای مختلف نشان میدهد که مقابله با کمآبی معمولاً بر یک فناوری واحد متکی نیست. کشورها بسته به شرایط خود از ترکیبی از روشها استفاده کردهاند. برای مثال:
یک کشور ممکن است بر: آبشیرینکن + بازچرخانی آب تمرکز کند.
کشور دیگری بر: آبیاری قطرهای + مدیریت خاک
و کشور دیگری بر: جمعآوری آب باران + اصلاح خاک + احیای پوشش گیاهی تمرکز داشته باشد.
در مناطق کشاورزی نیز ترکیبی از: آبیاری دقیق + مدیریت شوری + سوپرجاذب + مالچ + اصلاح خاک، میتواند مورد بررسی قرار گیرد.
اما هیچکدام را نمیتوان بدون توجه به شرایط محلی، بهعنوان «راهحل جهانی» معرفی کرد.
—
۱۳. مدل جامع مقابله با خشکسالی
یکی از اصول اساسی این دانشنامه این است که مسئله آب را به صورت یک زنجیره ببینیم:
مرحله اول: تأمین آب
منبع آب چیست؟
مرحله دوم : کیفیت آب
EC، SAR و سایر شاخصها چه وضعیتی دارند؟
مرحله سوم : انتقال آب
چه مقدار آب در مسیر از دست میرود؟
مرحله چهارم: روش آبیاری
سطحی، قطرهای یا زیرسطحی؟
مرحله پنجم: ذخیره آب در خاک
آیا خاک توان نگهداری آب را دارد؟
مرحله ششم : محیط ریشه
آیا آب و اکسیژن کافی در اختیار ریشه است؟
مرحله هفتم: شوری
آیا نمک در محدوده ریشه تجمع پیدا میکند؟
مرحله هشتم: گیاه
آیا گونه انتخابشده با اقلیم و کیفیت آب سازگار است؟
این نگاه جامع، پایه فصلهای بعدی دانشنامه خواهد بود.
—
۱۴. جایگاه پلیاکریلات در مدیریت خشکسالی
پلیاکریلاتها و سایر سوپرجاذبها را باید بهعنوان یکی از ابزارهای مدیریت آب در محیط ریشه بررسی کرد، نه بهعنوان جایگزین آبیاری. کاربرد بالقوه آنها بیشتر در شرایطی مطرح است که هدف، افزایش نگهداری آب در محدوده ریشه و کاهش دفعات یا شدت تنش آبی باشد. اما عملکرد آنها تحت تأثیر عوامل مختلف قرار دارد: نوع پلیمر، اندازه ذرات، کیفیت آب، شوری، نوع خاک، مقدار مصرف، نوع گیاه، دمای محیط ، روش کاربرد. بنابراین یک محصول ممکن است در آب مقطر ظرفیت جذب بسیار بالایی داشته باشد اما در آب شور یا محیط خاک، عملکرد متفاوتی نشان دهد. این مسئله در فصل سوم و چهارم با جزئیات بیشتری بررسی خواهد شد.
—
۱۵. چرا آبیاری زیرسطحی اهمیت دارد؟
در آبیاری سطحی، بخش قابل توجهی از آب ممکن است در معرض تبخیر قرار گیرد. در آبیاری زیرسطحی، آب مستقیماً در زیر سطح خاک و نزدیک محدوده ریشه توزیع میشود. هدف اصلی:
کاهش تلفات + رساندن آب به ناحیه ریشه است. اما آبیاری زیرسطحی نیز مشکلاتی دارد؛ از جمله: هزینه اولیه بیشتر، نیاز به طراحی صحیح، گرفتگی قطرهچکانها، مشکلات تعمیر و نگهداری، حساسیت به کیفیت آب، دشواری مشاهده مستقیم عملکرد سیستم. بنابراین این فناوری نیز باید متناسب با شرایط مزرعه انتخاب شود.
—
۱۶. ترکیب فناوریها؛ آینده مدیریت آب کشاورزی
یکی از موضوعات اصلی این دانشنامه بررسی این سؤال خواهد بود: آیا ترکیب چند فناوری میتواند از استفاده جداگانه آنها مؤثرتر باشد؟ برای مثال:آبیاری زیرسطحی آب را به محدوده ریشه میرساند. سوپرجاذب بخشی از آب موجود را در محیط ریشه نگه میدارد. مالچ تبخیر سطح خاک را کاهش میدهد. ماده آلی میتواند به بهبود برخی ویژگیهای فیزیکی و زیستی خاک کمک کند. اصلاحکننده مناسب میتواند در شرایط خاص به مدیریت شوری یا سدیمی بودن خاک کمک کند. در نتیجه یک سیستم میتواند به شکل زیر طراحی شود:
منبع آب → آبیاری زیرسطحی → خاک → سوپرجاذب → ریشه → گیاه
و همزمان: مالچ → کاهش تبخیر
و: اصلاح خاک → مدیریت شوری و ساختمان خاک
این رویکرد سیستمی یکی از محورهای اصلی فصلهای آینده خواهد بود.
—
۱۷. آیا یک فناوری میتواند بحران خشکسالی را حل کند؟
خیر.
این شاید مهمترین نتیجه فصل اول باشد. هیچ مادهای، از جمله پلیاکریلات یا سوپرجاذب، نمیتواند بهتنهایی جایگزین: بارندگی، منابع آب، آبیاری، زهکشی، اصلاح خاک، انتخاب گیاه مناسب، مدیریت صحیح کشاورزی شود. بهترین رویکرد معمولاً ترکیبی و متناسب با شرایط محلی است.