مدیریت خاک برای بهبود ظرفیت نگهداری آب

میزان آب درون خاک پارامتری دینامیک است. در مقیاس مزرعه این میزان آب از تعادل بین "آب دریافتی" (بارش، آبیاری، آب جاری و آب حاصل از خاصیت مویینگی خاک) و "آبی که زمین از دست می‌دهد" (تبخیر، آب مازاد جاری و آبی که جذب سطوح مختلف می‌شود) حاصل می‌شود.

خلاصه مشکل و راه‌حل

میزان آب درون خاک پارامتری دینامیک است. در مقیاس مزرعه این میزان آب از تعادل بین "آب دریافتی" (بارش، آبیاری، آب جاری و آب حاصل از خاصیت مویینگی خاک) و "آبی که زمین از دست می‌دهد" (تبخیر، آب مازاد جاری و آبی که جذب سطوح مختلف می‌شود) حاصل می‌شود. ظرفیت نگهداری آب درون خاک در نهایت تابعی از عمق و بافت خاک است، اما مشکلاتی مانند ساختار ضعیف هم این ظرفیت را کاهش می‌دهد. البته ظرفیت خاک برای نگهداری آب برای یک محصول به عمق سیستم ریشه آن محصول و تخلخل خاک بستگی دارد و هر دو این پارامترها در مقیاس مزرعه تغییر می‌کنند. اگر روش‌های مناسب مدیریت خاک اعمال شود، امکان افزایش میزان آبی که در خاک ذخیره می‌شود و کاهش آبی که زمین از دست می‌دهد وجود دارد. مشکل اصلی تخلخل خاک است: اندازه و شکل منافذ در خاک. راه‌حل اصلی این مشکل به کارگیری عملیات مدیریت خاکی است که ساختار خاک را بهبود می‌بخشد، فشردگی را کاهش می‌دهد و ماده آلی خاک را تولید و از آن محافظت می‌کند.

بررسی آخرین روش‌ها

گزینه‌های زیادی برای بهبود ظرفیت نگهداری آب درون خاک برای رشد محصولات در دسترس است. با وجود محدودیت‌هایی که در هر شرایط محیطی وجود دارد (مشخصات خاک و ویژگی‌های آب و هوایی محدودیت‌های فیزیکی اصلی هستند) روش‌های درست کشاورزی ابزارهای مناسبی برای بهبود ظرفیت ذخیره آب درون خاک برای سیراب کردن محصولات کشاورزی هستند.‌ هدف از این روش‌ها افزایش نفوذ آب و کاهش آب مازاد جاری، تبخیر و زهکشی خاک و بهینه‌کردن تعرق سطحی گیاهان است. با به‌کارگیری روش‌های درست کشاورزی کشاورزان پارامترهایی را که بر میزان آب موجود در خاک اثر می‌گذارند اصلاح می‌کنند.

توسعه چشم اندازهای جدید

به‌جز استفاده از تاج‌پوش(۱) روش مدیریت خاک عامل تأثیرگذاری روی فرآیندی است که هم ریزش آب را در یک حوضه آبریز یا زمین و هم پارامترها یا فرآیندهایی را که روی آب موجود در خاک تأثیر می‌گذارند، کنترل و تنظیم می‌کند. هرچند که دست بردن در آب ورودی به زمین از رودخانه‌ها که برای آبیاری استفاده می‌شود (Bluewater) یا در خارج‌کردن آب اضافی از زمین‌های کشاورزی از دیدگاه حفظ و نگهداری از آب مطلوب نیست. بنابراین هدف از مدیریت خاک باید بهبود سرعت نفوذ آب باشد. برای رسیدن به این هدف لازم است تشخیص دهیم که آیا نفوذ آب با سطح خاک کنترل می‌شود یا با بافت خاک. اگر آب با سیستم آبیاری (با مقدار و شدت ثابت) تأمین شود، کنترل نفوذ آب در سطح خاک ممکن است. در شرایط دیم نفوذ آب با هدایت هیدرولیکی بافت خاک کنترل می‌شود که می‌توان با روش‌های مدیریت خاک این پارامتر را اصلاح کرد.

نفوذ آب هم با افزایش سرعت نفوذ بهبود می‌یابد و هم با افزایش زمانی که آب برای نفوذ به خاک دارد. روش نخست در صورت وجود منافذ درشت (منافذی که از فعالیت جانوران ماکروسکوپی و کانال‌های ریشه گیاهان قبلی ایجاد شده‌اند) کارآمد است و روش دوم به سختی سطح خاک و شیب زمین بستگی دارد. سختی سطح خاک معمولاً به‌صورت غیرعمدی طی هر شکلی از شخم‌‌کاری افزایش می‌یابد یا تعمداً حاصل شخم زدن زمین‌های شیب‌دار برای ایجاد سطح صاف قابل کشت (تراس) است. هرچند که بهبود سرعت نفوذ فقط در مکان‌هایی امکان‌پذیر است که مدیریت خاک در موارد زیر نقش داشته باشد:

الف) پایداری تراکم سطح خاک: باید از خراب‌شدن و تغییر شکل‌دادن ریزدانه‌ها به دلیل اثرات جنبشی بارش باران (یا بار بالاسری روی خاک یا آب بین کرت‌ها) یا اثرات مکانیکی شخم زدن زمین که منجر به از هم گسیختگی، به هم چسبیدگی و خشک‌شدن ذرات خاک می‌شود پرهیز کرد.

ب) تأمین پوشش دائمی برای خاک که انرژی وزن دانه‌های باران را قبل از آن که به سطح خاک برسند کم می‌کند.

بنابراین هدف روش‌های مدیریتی که در بهبود نفوذ آب نقش دارند (شکل ۱) عبارت است از:

- کاهش از هم‌گسیختگی خاک

- افزایش ماده آلی خاک

- اصلاح خاک برای رسیدن به پایداری تراکم خاک

- استفاده از باقی‌مانده محصولات برای پوشش خاک

برای مقابله با محدودیت‌های نفوذ آب به دلیل بافت خاک زمین را تا عمقی بیشتر از عمق معمول شخم می‌زنند (در خاک‌های لایه‌ای یا در صورت وجود لایه خاک فشرده). این کار لایه‌های سفت و سخت خاک را که مانع نفوذ آب هستند می‌شکند (شکل ۲). استراتژی بلندمدت بهبود سرعت نفوذ آب در برابر محدودیت‌های حاصل از بافت خاک شامل دو راه است، نخست افزایش منافذ ماکروسکوپی که به صورت عمودی در خاک قرار دارند با استفاده از کرم‌های زمین و فعالیت دیگر جانوران ماکروسکوپی و دوم نگهداری و حفظ کانال‌های ریشه قبلی که هر دو این راه‌ها در صورت انسجام خاک مؤثر هستند.

بعد از این که آب به خاک نفوذ کرد، حرکت آن در خاک بیشتر به نیروهای گرانشی و کشش شیب بستگی دارد. میزان آب درون خاک که در دسترس گیاه است به تخلخل خاک (مقدار و ابعاد منافذ در اینجا نقش دارند) و حجم خاکی که ریشه گیاه به آن می‌رسد بستگی دارد. در حالی که نقش ابعاد منافذ خاک به‌شدت متاثر از ویژگی‌های خاک مانند بافت، ساختار و ماده آلی آن است، حجم کلی منافذ که گیاه از آن آب جذب می‌کند به عمق موثر رشد ریشه بستگی دارد. بنابراین برای افزایش آب در دسترس گیاه می‌توان روش های مدیریتی مشخصی با هدف افزایش موارد زیر انجام داد:

۱- عمق ریشه‌دوانی. شخم زدن عمودی قادر به شکستن لایه‌های فشرده خاک است. برای شخم زدن غالباً از ماشین‌های سنگین بر روی خاک خیس یا روی خاکی که قبلاً شخم‌کاری شده است استفاده می‌کنند (شکل۳). اگرچه این روش برای از بین‌بردن محدودیت‌های فیزیکی لایه‌های زیرین خاک موثر است، اما اثرات شل‌کردن عمق خاک معمولاً کوتاه‌مدت است. مخصوصاً اگر اقدامات اضافی بعدی مانند استفاده از نرم‌کننده خاک (مثل گچ) یا قراردادن محصولات قبلی روی خاک یا کاهش و کنترل رفت‌وآمد روی خاک انجام نشود.

۲- درصد منافذ درشت و نیمه درشت. شخم زدن خاک خیس نخستین علت فشردگی و انسجام خاک و از بین‌رفتن منافذ درشت و نیمه درشت است. در سیستم کشاورزی بدون شخم‌کاری منافذ بیولوژیکی، کرم‌های زمین، کانال‌های ریشه قبلی و حفره‌های درون ساختار خاک حفظ می‌شوند. در این شرایط حرکت موثر آب در عمق خاک و جذب آن امکان‌پذیر است. هرچند که شخم زدن تنها در زهکشی خاک تفاوت کوچکی ایجاد می‌کند، اما نگه‌داشتن باقیمانده محصولات کشاورزی روی سطح خاک را می‌توان علت اصلی کاهش خروج آب از خاک در سیستم حفاظت از خاک دانست.

از دست‌رفتن آب درون خاک به خاطر تبخیر می‌تواند روی آب در دسترس محصول به‌شدت تاثیر بگذارد، به‌ویژه در شرایطی که تبخیر زیاد رخ می‌دهد. تبخیر آب بلافاصله بعد از هرنوع آماده‌سازی زمین (شخم‌کاری) برای کشت رخ می‌دهد. هرچند که در مراحل بعدی خاک سطحی خشک‌شده مانعی ایجاد می‌کند (مالچ خاک) که از تبخیر آب لایه‌های زیرین جلوگیری می‌کند. در شرایط کشاورزی بدون شخم کاری فرآیند تبخیر آب متوقف نمی‌شود مگر این که پوشش خشک روی خاک این مانع را برای تبخیر ایجاد کند.

به‌طور خلاصه هدف از مدیریت خاک برای بهبود ظرفیت نگهداری آب، به روش آبیاری دیمی یا غیردیمی، باید کاهش تبخیر و آب مازاد جاری و بهبود حجم آب در دسترس گیاه با ریشه‌دوانی عمیق و ابعاد منافذ باشد. جدای از مکمل‌های شیمیایی که ظرفیت نفوذ و نگهداری آب را در خاک افزایش می‌دهند، شخم زدن زمین، یا برای نگه‌داری طولانی‌مدت‌تر آب باران و آب حاصل از آبیاری زمین در سطح زمین و یا برای شکستن سطح خشک خاک و لایه‌های زیرین فشرده استفاده گسترده‌ای در کاهش آب‌هایی دارد که از دست می‌روند و اجازه می‌دهد که ریشه‌ها به لایه‌های عمیق‌تر خاک برسند. با مقایسه گزینه‌های مختلف به نظر می‌رسد راهکار کشت محافظتی از نظر اقتصادی به صرفه‌ترین راه مدیریت خاک برای بهبود ظرفیت نگهداری آب در مقیاس مزرعه است.

مثال‌هایی از روش‌های مناسب

این مثال‌ها در دو دسته طبقه‌بندی می‌شوند:

الف) روش‌هایی برای افزایش حجم آب ذخیره‌شده در بافت خاک

- از هم بازکردن لایه‌های زیرین خاک. شخم‌ کاری عمیق (شکل ۲) برای شکستن لایه‌های سخت و افزایش عمق در دسترس خاک با بریدن عمودی تخته خاک با تیغه، بلندکردن خاک و مجددآً ریختن آن به زمین. این روش به ریشه‌ها امکان رشد در لایه‌های عمیق‌تر را می‌دهد. اما این روش برای جایی که درخت هست مناسب نبوده و عملیاتی پرهزینه است (انرژی زیاد و ماشین‌آلات خاصی برای آن لازم است). همچنین این عملیات باید هر بار که لایه‌های سخت در خاک ایجاد شدند تکرار شود.

- افزایش ماده آلی خاک (شکل ۴). ظرفیت نگهداری آب درون خاک تابع مستقیمی از تخلخل خاک است که آن هم به ساختار خاک بستگی دارد و چگونگی ساختار خاک هم به میزان ماده آلی خاک برمی گردد. جدای از منابع سنتی (کود گیاهی و حیوانی)، کومپوست، کاور گیاهی، مالچ گیاهی، لجن فاضلاب و پسماندهای شهرداری مواد اورگانیک جایگزین هستند. حد استفاده از منابع خارجی ماده آلی خاک به میزان ماده مغذی موثر، نسبت کربن به نیتروژن و خطر آلودگی (فلزات سنگین، آلاینده‌های اورگانیک، حشره‌کش‌ها، آنتی‌بیوتیک‌ها) بستگی دارد. بیشتر مکمل‌های اورگانیک جایگزین باید به مقدار زیادی استفاده شوند از این رو هزینه حمل و نقل آن محدودیتی است که باید در این روش در نظر گرفته شود.

- حفظ و نگهداری ماده آلی خاک. استراتژی مدیریت خاک برای پرهیز از کانی‌شدن مواد ارگانیک موجود در خاک شامل کاهش زیر و رو کردن خاک (مشخصاً شخم‌نزدن) می‌شود. این تکنیک ماشین‌آلات و هزینه کارگر را کمتر می‌کند، اما به روشی جایگزین برای کنترل علف های هرز نیازمند است. همچنین شرایط اقلیمی خاک (شامل تاثیر ترکیبی دمای خاک، آب درون خاک و هوادهی خاک) فاکتور تعیین‌کننده‌ای است. آب اضافی نیز از تشکیل گیاخاک جلوگیری می‌کند و به پروسه پوسیدگی ناهوازی کمک می‌کند. خشکی و دمای زیاد تجزیه هوازی و آزادشدن کربن دی اکسید از خاک به جو را تسریع می‌کند. در عمل زمانی که شرایط برای کانی‌شدن وجود داشته باشد ماده اورگانیک خارجی اضافه‌شده به خاک (یا حداقل بخشی از آن) ممکن است با شخم زدن خاک در گرما و رطوبت بسوزد.

- رفت‌وآمد کنترل‌شده. ماشین‌آلات رد چرخ دائمی را در زمین ایجاد می‌کنند و تمام وسایل نقلیه که روی خاک می‌روند باید از روی آن رد چرخ عبور ‌کنند. در حالی که این کار خاک قسمت رد چرخ را فشرده می‌کند ساختار خاک در قسمت‌های دیگر را بهبود می‌دهد. در بیشتر سیستم‌ها هدف محدودکردن قسمت رد چرخ به ۲۰ درصد یا کمتر از سطح خاک است و بنابراین بیشتر از ۸۰ درصد زمین خاک غیرفشرده خواهد داشت. مزایای رفت و آمد کنترل‌شده مزرعه در طول زمان افزایش می‌یابد و بنابراین برای گسترش این مزایا به زمان نیاز است. مزایای گزارش‌شده عبارتند از بهبود و پیشرفت ساختار خاک، جذب بهتر مواد مغذی، فرسایش خاک کمتر و نهایتاً محصول بیشتر. برای رسیدن به فشردگی کمتر خاک- و آب ذخیره‌شده در خاک مورد نظر و رشد ریشه- باید از ماشین‌آلات زراعی استاندارد استفاده شود؛ بنابراین همه چرخ‌ها باید با رعایت این نکات روی رد چرخ حرکت کنند: همه ماشین‌آلات باید عرض و فاصله چرخ استاندارد داشته باشند و از جی‌پی‌اس استفاده کنند تا مطمئن شوند روی رد چرخ معین حرکت می‌کنند. این عملیات در مزارع انجام شده است و می‌تواند به صورت گسترده‌ای اجرایی شود. اگر به کشاورزان در بهینه‌سازی طراحی نقشه رفت‌وآمد و خرید ماشین‌آلات جدید یا منطبق‌ سازی ماشین‌آلات موجود کمک شوند.

ب) روش‌هایی برای تنظیم بالانس آب

- کشت حفاظتی. این روش حاصل مجموعه‌ای از عملیات است؛ کاهش زیر و رو کردن خاک، کاهش شخم‌ کاری یا حذف کلی آن، بذرکاری مناسب چمن‌زار و مراتع(۲)، نگهداری پسماند محصولات زراعی روی خاک(۳)، تعویض مرتب گیاه زراعی(۴). این عملیات نفوذ آب را بهبود می‌دهد (شکل ۱) و تبخیر و جاری‌شدن آب مازاد را کاهش می‌دهد. مزیت اصلی این روش برای کشاورزان ثبات تقریبی بازده محصول (تغییر کمتر طی سال‌ها) و هزینه‌های کمتر ماشین‌آلات و نیروی کار است. اگرچه انجمن کشاورزان این روش‌ها را به اطلاع کشاورزان می‌رسانند، اما گسترش این روش‌ها به دلیل نیاز به ماشین‌آلات مخصوص و مدیریت جامع علف‌های هرز به آهستگی صورت می‌گیرد. همچنین استفاده از این تکنیک در کاشت محصولات در خاک‌های رسی سنگین در شرایطی که خاک خیس است و مقدار پسماند‌های محصولات زیاد است مشکلاتی را ایجاد می‌کند. استفاده از این روش در باغ‌های زیتون و برای کشت حبوبات موفق بوده است.

- استفاده از مالچ روی خاک. این کار تبخیر آب از خاک را کاهش می‌دهد و سرعت اولین مرحله رشد گیاه را افزایش می‌دهد (به دلیل دمای بالاتر خاک و رطوبت زیر پوشش مالچ). اگر درآمد حاصله هزینه‌های بالای این روش را جبران کند، از مالچ‌های پلاستیکی در سیستم آبیاری محصولات (بیشتر برای گونه‌های گیاهان باغی) استفاده می‌کنند. این در حالی است که استفاده از مالچ‌هایی که از مواد گیاهی ساخته شده‌اند هم در حال افزایش است. هم می‌توان از مالچ‌های پلاستیکی بدون منفذ استفاده کرد که آب درون خاک را در خاک نگه می‌دارد و هم می‌توان از مالچ‌های شناور استفاده کرد که امکان عبور آب باران از آن‌ها وجود دارد.

- انتخاب گونه‌های زراعی. استفاده از محصولات زراعی که سیستم ریشه‌ای عمیقی دارند و به خاک بیشتری دست می‌یابند. مزیت اصلی این روش برای کشاورزان این است که به هزینه‌های اضافی بعد از کاشت محصول نیاز ندارد.

پی‌نوشت:

۱- سقف متشکل از تاج درختان. این سایه‌بان مانع از دست دادن زیاد آب در مقابل تابش شدید خورشید می‌شود.

۲- یک روش مدیریت منابع است. موفقیت در آن حاصل ایجاد تعادل ظریفی بین سطح رطوبت خاک، باروری خاک، نوع خاک، رقابت بذر جدید با گیاهان قبلی موجود در آن منطقه و کنترل آفات و کوشش در عملیات بذرکاری است.

۳- نگه‌داشتن پسماند محصولات کشاورزی روی سطح خاک باعث حفظ رطوبت در خاک زیر آن می‌شود.

۴- کشت مجموعه‌ای از گیاه‌هان از گونه‌های مختلف در یک منطقه در فصول متناسب. این کار باعث می‌شود که زمین زراعتی تنها از یک ماده مغذی استفاده نکند و به کاهش فرسایش خاک و افزایش باروری و رشد محصولات کمک می‌کند.

تهیه شده در گروه تمرکز کشاورزی - همکاری نوآوری اروپا (EIP-Agri)

ترجمه: صبا نائلی

 (ایانا)