طرق الري للمحافظة على التربة والمياه والبدائل

صورة الغلاف: الري عن طريق الحفاظ على المياه لزراعة الأرز. يمكن الجمع بين الحفاظ على التربة ومياه الري، على سبيل المثال الري بالغمر للأرز في فيتنام (أعلاه). يمكن أيضًا الحفاظ على المياه من خلال تعزيز التسرب إلى التربة، أو التخزين في الخزانات أو السدود، أو استخدام مياه الري بشكل أكثر كفاءة.

الحفاظ على المياه

كما ذكر سابقًا، يمكن توفير الماء عن طريق مكافحة تآكل التربة الذى يحدث بفعل الرياح والمياه،و أيضًا من خلال تحسين كفاءة استخدام الماء عن طريق توفير التغذية والري المناسبين للمحاصيل. 

باختصار، تمت مناقشة العديد من الاستراتيجيات الأساسية لتحسين توازن الماء في الحقول. تشمل هذه الاستراتيجيات تقليل سرعة الرياح للحد من التبخر وتعزيز اختراق الماء في التربة، وزيادة محتوى المادة العضوية، و قوام التربة، ونمو الجذور في أعماق الأرض. أيضًا، يمكن في بعض الأحيان الجمع بين زراعة المحاصيل المتباينة والزراعة الغابية للحد من المخاطر الاقتصادية للمزارعين فيما يتعلق بمشكلات الجفاف، وتوفير قوام تربه جيد يحافظ على الماء والتربة. )راجع الشكل ١ أدناه.(

كفاءة استخدام الماء: كفاءه استخدام الماء هي عباره عن محصول الغلة الناتج لكل وحدة من الماء المستخدمة. يمكن تحسينها عن طريق تقليل مشاكل أخرى مثل خصوبة التربة أو إدارة الآفات المتكاملة أو عن طريق الري الفعال. 

تقييد عوامل النمو: توفر المياه وخصوبة التربة هما التحديات الأكثر شيوعًا للمحاصيل. الاستثمار في إحداهما من دون الآخر قد لا يكون فعالًا، على الأقل في السنوات غير المواتية. على غرار التسميد، يمكن أن يكون الري مفيدًا إذا تم تطبيقه بشكل صحيح ويمكن أن يسبب الضرر إذا تم تنفيذه بشكل خاطئ. التغذية النباتية ليست فقط بشأن إزالة قيد آخر لنمو المحصول، ولكن أيضًا تؤثر على قدره النبات لمقاومة الجفاف.

في بعض الأحيان، يمكن أيضًا توفير الماء مباشرةً من خلال تحسين التغذية النباتية. على سبيل المثال نقص البوتاسيوم (العنصر ك) قد يضعف قدرة الأجزاء الخضراء على إغلاق المسام (البثور) وبالتالي إيقاف التبخر عند الحاجة. يعطي نقص البوتاسيوم غالبًا هوامشاً صفراء أو متعفنة للأوراق الناضجة قبل أن تكبر. يؤخر نقص الفوسفور (P) نمو جميع الأجزاء والنضج. يؤدي النقص الحاد في العناصر الغذائية بشكل عام إلى أن القمم الصغيرة تنتج السكر فقط لنظام جذر صغير وضحل. على سبيل المثال، في بعض المزارع الاستوائية الصغيرة

ومع ذلك، يمكن أن يجعل مستوى عال جدًا من العناصر المغذية مع كمية كافية من الماء في الطبقة العلوية من التربة جذور النبات أقصر وأكثر سطحية. يحدث ذلك لأن الأجزاء العلوية المزودة جيدًا يمكنها استخدام تقريبًا كل سكرها للنمو الجديد مما يترك القليل للجذور. هذا أيضًا موثق في حالة الفوسفات على الرغم من الآراء المتعارضة في المراجع.

كميات الري: تستطيع كميات الري أن تكون أكثر فعالية عند الري المنضبط. هناك صيغ رياضية يمكن استخدامها لحساب ذلك. وعلاوة على ذلك، يمكن ملاحظة رطوبة التربة )من خلال اللون والملمس(، وقد تظهر النباتات الحساسة للجفاف علامات واضحة للتوتر الجفافي قبل توقف المحصول عن النمو. يمكن أن تستند الحسابات إلى درجة الحرارة اليومية وسرعة الرياح والمحاصيل وخصائص التربة وكفاءة الري والأمطار، على سبيل المثال باستخدام تطبيق منظمة الأغذية والزراعة (www.fao.org/3/S2022E/s2022e08.htm) أو تطبيقات مناسبة. يمكن تجاهل حدوث هطول أمطار دون ٢ مم كونها غير فعالة لنمو النباتات. أيضًا، يزداد حرارة الأوراق عندما يتوقف النبات عن التنقية بإغلاق خلايا الشفة (الثغور). يمكن أن يساعد طائرة بدون طيار أو بالون أو طائرة ورقية مع كاميرا تحسس الأشعة تحت الحمراء.

مراحل النباتات الحساسة للجفاف. يمكن تركيز الري على مراحل النباتات الحساسة للجفاف مثل التأجير والتلقيح وملء الحبوب / الأثمار. بالنسبة لأصناف الأرز الرطب الصغيرة، يمكن التحكم في الأعشاب الضارة عن طريق الري بالغمر، ولعدة مرات كافية. يمكن أن يوفر هذا الأمر الكثير من الماء مقارنةً بالري بالغمر المستمر. يمكن الجمع بين ذلك وبين زراعة الأرز في صفوف واستخدام أنواع حديثة من أدوات إزالة الأعشاب الضارة البسيطة. ابحث في جوجل عن: نظام زراعة الأرز المكثف. (SRI) ومع ذلك، قد يؤدي الري في الأحوال الجوية الحارة المشمسة أيضًا إلى نقل الحرارة من السطح إلى البذرة، في حين أن التربة الجافة تكون أكثر عزلًا. بالمجمل، يمكن أن يكون الري في الأحوال الجوية الحارة أقل فعالية.

كفاءة الري: يمكن تحسين كفاءة الري باستخدام الري بالرش مقارنةً بالري بالغمر (في معظم الحقول). الميل المناسب ونفاذية التربة أمران مهمان للري بالغمر. الري بالتنقيط والري بالتنقيط المماثل هما الأكثر فعالية، ولكنهما يتطلبان استثمارات نسبية عالية. ومع ذلك، يمكن للمزارع استخدام خراطيم قابلة للتحريك. قد تصبح المياه ساخنة في الأنابيب العلوية، ولكن انسداد الفتحات في الأنابيب الأرضية قد يكون أكثر تحديًا. يمكن تجميع أنظمة صغيرة الحجم بالقرب من حاوية مرتفعة مع مرشحات. يمكن رؤية الصور المقدمة هنا: الري بالتنقيط.

الري السطحي المتكرر يكون مطلوبًا بشكل أساسي عند إنشاء النباتات، مثل استخدام بذور صغيرة أو نباتات صغيرة. إمدادات كميات كبيرة من الماء وقطرات كبيرة سريعة يمكن أن تتسبب في تلف تركيبة التربة. ومع ذلك، يقل الري الأقل تكرارًا من تبخر الماء من سطح التربة. يمكن أن يؤدي رطوبة عمق التربة إلى تعزيز نمو الجذور بشكل أعمق. يمكن للجذور استيعاب الماء والعناصر الغذائية المتحركة مثل النيترات النيتروجينية (NO^3-) والبوتاسيوم (K⁺) التي يمكن أن تكون قد غسلت (تسربت) في طبقات التربة العميقة بسبب هطول أمطار مكثفة على الأرض. يمكن أيضًا أن تساعد الجذور الضحلة على امتصاص العناصر الغذائية في طبقة التربة العلوية. علاوة على ذلك، يعتبر نظام الجذور الطويلة (غير العميقة) مع الفطريات التكافلية الشائعة والرطوبة أمرًا مهمًا لامتصاص الفوسفات. يحتاج النباتات الصغيرة إلى درجة أعلى من التوافر. إذا كان هناك حاجة لتطبيق الكثير من الماء في وقت واحد، فإن التعرض للتعرية والتصريف والضغط وإغلاق سطح المسام يمكن أن يكون مشكلة. لذا، تحتاج الأصص المروية إلى خليط تربة رملية أو ليفية. يمكن أن تتسرب المياه ببطء من خرطوم مناسب أو كيس أو حاوية أخرى أو تصب في حفرة حيث قد يغلق سطح التربة ويطلق الماء ببطء. الرمل يحتفظ بكمية قليلة من الماء ويتحرك بسرعة. تحتفظ الطين بكمية كبيرة من الماء وتترك القليل للنباتات لامتصاصه، وسوف تصل نقطة يبس التربة أولًا. التربة متوسطة النسيج، السيلت، تحتفظ بمعظم الماء المتاح للنباتات ولكنها قابلة للتآكل وتعطي تربة غير مستقر. الملمس المختلط والمادة العضوية يحسنان قدرة التربة على الاحتفاظ بالماء المتاح للنباتات وتقليل مشاكل تركيبة التربة. يمكن أيضًا زيادة قدرة احتفاظ الماء باستخدام مواد اصطناعية، ولكن يُشتبه أن نوعًا شائعًا مثل البولي أكريليك أميد يسبب خطر الإصابة بالسرطان.

نمو الجذور العميق: يمكن أن يقلل نمو الجذور العميق من احتياجات الري عن طريق توفير وصول الماء وتمكين نمو الجذور العميقة للمحاصيل التالية. يمكن لبعض النباتات أن تفتح في التربة الكثيفة، على سبيل المثال الدلب الحمصي (Cajanus cajan) في المناطق شبه الجافة الاستوائية، واللوبين الأصفر أو الفجل العلفي في المناطق المعتدلة. يؤدي وجود المسام الكبيرة والعميقة بعد تحلل بعض الجذور الميتة إلى تسريب الماء بسرعة. يساعد ذلك في مكافحة التآكل، ولكن في بعض الأحيان يمكن أن يتحرك الماء بسرعة كبيرة جدًا إلى عمق الأرض مع العناصر المغذية، بما في ذلك الفوسفات والمبيدات الحشرية. يمكن الاعتماد على جذور الحشائش الدائمة في التربة، ولكن الجذور القاعدية غالبًا ما تكون الأفضل في الاختراق. قد تتوقف الجذور عند طبقات ثابتة من أكاسيد الحديد الحمراء، والطين المتماسك والتربة الحمضية – مع قيمة pH في الماء )التربة: الماء ١: ٢.٥(تقل عن ٥.٥ للنباتات الحساسة وتقل عن ٥.٠ للنباتات الأخرى. في التربة الحمضية التي تحتوي على نسبة عالية من الألومنيوم القابل للتبادل، لا يمكن للجذور أن تمتد جيدًا وتكون قصيرة الحجم للنباتات الحساسة. رفع درجة pH في التربة الاستوائية إلى قيمة pH أعلى من ٥.٥ في الماء في كثير من الأحيان يسبب نقصًا في المغذيات الدقيقة مما يؤثر على لون الأوراق الشابة وشكلها وثمارها. القيمة pH التي تم استخراجها باستخدام كلوريد الكالسيوم المخفف أو كلوريد البوتاسيوم ستكون أقل تقريبًا بمقدار ٠.٥ وحدة و ١.٠ وحدة على التوالي. انظر أيضًا الفصل المخطط له عن إدارة توافر العناصر المغذية المتكاملة في التربة.

التصريف: غالبًا ما يتم تجاهل التصريف عند إجراء عملية الري. يجب أن يتمكن الماء الزائد من التصريف. في المناطق الجافة وشبه الجافة، عادة ما تكون الأمطار غير كافية لغسل الملوحة من مياه الري خارج التربة. تتراكم الأملاح دون الرعاية اللازمة وتسبب سمية للنباتات (مثل الصوديوم والكلوريد والبيكربونات) المؤذية للنباتات الحساسة. وبالتالي، قد يكون في بعض الأحيان هناك حاجة للري الزائد مع التصريف. يتطلب الأمر اهتمامًا خاصًا إذا كان بإمكاننا تذوق الأملاح في مياه الري. يشير الكهربائية التوصيلية (EC) إلى تركيز الملوحة الكلية، ولكن الطريقة التحليلية (التركيز والوحدات) تلعب دورًا مهمًا، وتختلف قدرة التحمل لدى النباتات بشكل كبير. يشكل الصوديوم (Na⁺) أيضًا مشكلة لتركيبة التربة، خاصةً إذا كانت نسبة الكالسيوم والمغنيسيوم منخفضة. قد تصبح التربة قلوية جدًا وتنتشر المادة العضوية، مما يؤدي إلى تكوين تربة قلوية سوداء. كما تتأثر التربة القلوية البيضاء بالملح أيضًا. يمكن أن يساعد استخدام الجبس (CaSO₄) و / أو شجيرات الملح (Atriplex sppx). يتطلب الري، على الأقل في المناطق شبه القاحلة والجافة ، مزيدًا من البصيرة والخبرة مما يمكن تغطيته هنا.

تغطية المواد العضوية المتحللة يمكن أن تقلل أحيانًا من فقدان الماء من سطح التربة

التغطية العضوية هي تغطية طبقة على السطح تتكون من بقايا نباتية ميتة أو مواد أخرى. غالبًا ما يكون سطح التربة تحت المادة العضوية باردًا ورطبًا. ومع ذلك، قد تظل الأمطار الخفيفة على سطح المادة العضوية دون الوصول إلى الجذور، ويمكن أن توجد بها حشرات تتغذى على الشتول وتجذب الدجاج أو الثعابين. قد تنتشر النيران في المادة العضوية، وقد يتسرب النيتروجين إلى الهواء على شكل أمونيا من المادة العضوية الغنية بالنيتروجين. يجف سطح التربة المرئي ببطء إذا لم يكن هناك نباتات نشطة أو كتل كبيرة من التربة. يحدث هذا بسبب نقص الرطوبة التي تنتج عن قلة الحركة الشعاعية للماء في الأرض.

في بعض الأحيان، يتم إعادة استخدام جزء كبير من الماء المستخدم في الصوب الزراعية. ومع ذلك، يتطلب الحفاظ على مستويات ثاني أكسيد الكربون (CO₂) مرتفعة خلال فترة النهار مع توفر التهوية الكافية. في المملكة المتحدة، يتم إعادة استخدام ثاني أكسيد الكربون (CO₂) الناتج عن محطات الطاقة في الصوبات الزراعية الكبيرة القريبة، ولكن يتطلب ذلك رصد غازات العادم بشكل دقيق ومستمر (مثل أول أكسيد الكربون السام( (CO).

النباتات المتحملة للجفاف: النباتات المتحملة للجفاف يمكن أن تتميز بواحدة أو أكثر من القدرات أو الخصائص التالية: 

• يمكن للأجزاء العلوية والجذور أن تنمو بسرعة عندما تكون الأمطار قوية
• يمكن للأجزاء العلوية والجذور أن تبقى على قيد الحياة خلال فترات الجفاف (بوجود جينات مختلفة)
• يمكن أن تتكاثر وتنضج في وقت مبكر عندما يكون هناك ترطيب كافٍ في التربة وبالتالي يتمكن من “الهروب” من الجفاف
• لها طبقات شمعية / شعيرات وأوراق ملفوفة معًا.

حفظ الفواكه والخضروات

لتجنب تلون الفواكه أثناء التجفيف، يمكن في كثير من الأحيان استخدام التسخين إلى حوالي ٦٠-٨٠ درجة مئوية لمدة ٥-١٠ دقائق لتعطيل بعض الإنزيمات (الفينولاز) التي تسبب التلوين بواسطة التأكسد. كما يمكن أن تساعد مضادات الأكسدة، مثل عصير الليمون، لفترة مؤقتة) ١٠. (يمكن أيضًا أن توفر الزراعة الغابية الأخشاب المطلوبة للتجفيف الجيد وظروف التخزين المناسبة. 

طريقة إنشاء منخفضة التكلفة: يمكن أن تساعد طريقة البذر المباشر المحسنة ذات التكلفة المنخفضة في تحمل النباتات لنقص الماء من خلال تعزيز نمو الجذور في مرحلة مبكرة. يمكن أن تساعد في تجنب المرحلة الحساسة التي يتعين فيها على الجذور التالفة تزويد الأجزاء العلوية بالماء أو يمكن استعادة النباتات في حالة فشلها. ما يبدو كمشكلة جفاف أثناء الانبات في ضوء الشمس الحارة يمكن أن يكون بسبب حرارة سطح التربة. في بعض الحالات، على سبيل المثال يمكن للشتلات المروية توفير الماء إذا تم تنفيذ ذلك بشكل صحيح.

النهج المتكامل: زيادة الري ليست الحل الوحيد لنقص الماء أو الزراعة كما يدعي الكثيرون. ومع ذلك، إذا تم تطبيق النهج المتكامل بشكل صحيح يمكن أن يكون له تأثير كبير وإذا تم تطبيقه بطريقة خاطئة ، فقد يكون مدمرًا. بشكل عام، يمكن توفير الكثير من الماء من خلال نهج شامل لتوفير الماء للمحاصيل (وتوفير الظل وتغذية الماشية بأعلاف جيدة). ومع ذلك، توجد العديد من التفاصيل الهامة والتي غالبًا ما يتم تجاهلها. يمكن العثور على المزيد من التفاصيل حول بعض الجوانب في الأقسام الأخرى

الشكل ١. الحفاظ على الماء في الموقع (“in situ”). يمكن أن يشمل الحفاظ على الماء في حفر التسرب (إذا لم تكن الانهيارات الأرضية مشكلة). يمكن أن تساعد معظم أساليب حفظ التربة والماء في تقليل الرياح و/أو زيادة تسرب المياه من خلال سطح التربة والمادة العضوية في التربة. يمكن أيضًا أن يشمل الحفاظ على الماء طرق الري الفعالة – وحل مشاكل أخرى للنباتات حتى يمكنها استخدام الماء المتاح بفعالية. من موريوكي وماتشاريا (٢٠١١).

موريوكي، إي. جي، وماتشاريا، بي. (٢٠١١). حفظ المياه: أهمية حفظ المياه في الزراعة والمناظر الطبيعية. مجلة حفظ الموارد الطبيعية والزراعة، ٣٥(٢)، ٨٩-٩٦.

مراجع

Baumhardt RL, and Blanco-Canqui H 2014 Soil: Conservation Practices. In: Neal Van Alfen, editor-in-chief. Encyclopedia of Agriculture and Food Systems 5, Elsevier, 153-165.

Falkenmark M 1995, Water Linkages. ISRIC. https://www.isric.org/documents/document-type/green-water-credits-report-k12-inventory-and-analysis-existing-soil-and Open access.

Hudson W N 1987 Soil and water conservation in semi-arid areas. Silsoe Associates Ampthill, Bedford United Kingdom. Soil Resources, Management and Conservation Service. FAO Land and Water Development Division. Food and Agriculture Organization of the United Nations Rome, 1987 https://www.fao.org/3/t0321e/t0321e00.htm

Land and Water Division 2000 Manual on Integrated Soil Management and Conservation Practices. FAO land and water bulletin Series number: 1024-6703. 214 pp. ISBN: 9251044171 https://www.fao.org/publications/card/en/c/31f117c4-13e2-5631-bf16-ebaaa10b714f

Muriuki JP, Macharia PN 2011 Green Water Credits Report K12: Inventory and Analysis of Existing Soil and Water Conservation Practices in Upper Tana, Kenya. https://www.isric.org/documents/document-type/green-water-credits-report-k12-inventory-and-analysis-existing-soil-and Open access.

Mandal T. 2010. Low-cost soil and water conservation with many early benefits. Presentation Researchers’ Day: Climate Change Impact, Adaptation and Mitigation GEUS, Inst. of Geography, University of Copenhagen. 7 October 2010. Arranged by the Climate Change Task Force. https://www.yumpu.com/en/document/view/35209735/present-danish-water-forum

Plant and Soil Sciences eLibrary 2022. Irrigation Chapter 8 and 9.  Dept. of Agronomy and Horticulture, University of Nebraska. https://passel2.unl.edu/view/lesson/bda727eb8a5a/8

Thomas DB et al. 1997. Soil and water conservation manual. Soil and Water Conservation Branch, Min. Agric. Livestock Dev. and Marketing, Nairobi Kenya.

Watene G and others 2021 Water Erosion Risk Assessment in the Kenya Great Rift Valley Region Sustainability 2021, 13(2), 844; https://doi.org/10.3390/su13020844

Zawawi N A F et al. 2022 How Thermal, High Pressure, and Ultrasound Inactivation of Various Fruit Cultivars’ Polyphenol Oxidase: Kinetic Inactivation Models and Estimation of Treatment Energy Requirement. Appl. Sci. 2022, 12, 1864; https://doi.org/10.3390/app12041864

أسباب وتأثيرات انجراف التربة والجريان السريع للمياه

إستراتيجيات حفظ التربة والمياه

هياكل حفظ التربة والمياه

يمكن أن يساعد الحرث في بعض الأحيان ولكنه عادة ما يضر بالحفاظ على التربة والمياه

الغطاء النباتي والتربة – الحفاظ على المياه

الزراعة البينية لتحسين إدارة التربة والمياه

الحراجة الزراعية – الجمع بين الأشجار والزراعة لتحسين التربة – الحفاظ على المياه

نهج المناظر الطبيعية والإدارة المتكاملة لمستجمعات المياه

طرق الري المحافظة على التربة والمياه وبدائلها