علاقات الماء بالتربة والنبات Soil-Plant-Water Relationships
في عملية الري نقوم بإضافة المياه للتربة وتقوم التربة بتزويد النبات بهذا الماء ولهذا تعتبر التربة هي المستودع أو المخزن لمياه الري التي يستهلكها النبات وعلى ذلك يتضح أهمية دراسة خواص التربة الطبيعية المتعلقة بتخزين المياه وتسربها داخل التربة. ويمكن تلخيص العوامل الهامة التي تؤثر في تخطيط وإدارة نظام الري بكفاءة فيما يلي:
1- الاستهلاك المائي للمحصول Amount of water that crop uses
2- السعة التخزينية للتربة Water holding capacity
3- معدل تسرب المياه في التربة Water intake or infiltration rate
4- المجموع الجذري للمحصول Root system of crop
أولا: الاستهلاك المائي Evapotranspiration
ويعرف الاستهلاك المائي للمحصول بأنه كمية الماء التي يفقدها بواسطة النتح أساساً هذا بالإضافة إلى تلك التي تفقد بعمليات البخر من سطح التربة أو سطح النباتات ذاته (بخر-نتح) كما هو مبين بالشكل .
وتتغير كمية الاستهلاك المائي تبعاً لتغير العوامل التي تؤثر على مكوناته وهى النتح والبخر وبذلك نجد أن الاستهلاك المائي اليومي لنبات معين يكون قليلاً مع بدء زراعته، ويتزايد مع تقدم نموه أو مع زيادة حرارة الجو وزيادة ساعات النهار (ساعات الضوء) حتى يصل إلى أقصى مدى له خلال فترة الإزهار وواضح أن البخر من سطح التربة يكون العامل الأهم بل والوحيد في الاستهلاك المائي أثناء المرحلة الأولى في زراعة النبات (البذر وتكوين البادرة) لعدم وجود نتح وقتئذ، وبتزايد النمو الخضري للنبات يزداد النتح ويكون حينئذ هو العامل الأكثر تأثيرا في الاستهلاك المائي.
وتصمم نظم الري المختلفة على أقصى استهلاك مائي يومي Peak daily water use ويحسب من متوسط أقصى 6 إلى 10 أيام يصل فيها الاستهلاك المائي إلى معدلات عالية وتتراوح قيمته غالباً من 6 إلى 10 مم /يوم ويعبر عنه بوحدة العمق للمياه وهي عبارة عن كمية المياه لوحدة المساحة. وقد يعبر عن الاستهلاك المائي أيضاً بالمتر المكعب للفدان أو المتر المكعب للهكتار حيث يمكن استنتاج العلاقات المفيدة الآتية:
وحدات الاستهلاك المائي
مم / يوم أو م3 / فدان . يوم
مم = 4.2 م3/ ف
تحويل الاحتياجات المائية بوحدات مم الى م3 / ف
1 مم × (م / 1000 مم) × (4200 م2 / ف) = 4.2 م3 / ف
مثال:
أوجد الاستهلاك المائي بوحدات م3 / ف المقابلة للاستهلاك المائي 6 مم
الحل
الاستهلاك المائي = 6مم × 4.2 = 25.2 م3/ ف
مما تقدم يتضح أن الاستهلاك المائي هو عبارة عن مجمل البخر نتح وهو يعتمد على عوامل خاصة بالمناخ (درجة الحرارة والرطوبة والرياح والإشعاع الشمسي) وعوامل خاصة بالمحصول مثل نوعه ومرحلة نموه ويتغير الاستهلاك المائي تبعا لمرحلة النمو كما بالشكل.
تنقسم طرق تقدير الاستهلاك المائي إلى طرق حسابية تعتمد على بيانات الأرصاد الجوية واستخدام المعادلات وطرق القياس المباشر للاستهلاك المائي مثل الاتزان المائي واستعمال الليسيمترات وأحواض البخر.
الطرق الحسابية غير المباشرة لتقدير الاستهلاك المائي باستخدام بيانات الأرصاد الجوية.
تعتمد الطرق الحسابية على استخدام بيانات الأرصاد الجوية في حساب تأثير العوامل المناخية على الاستهلاك المائي ثم معامل المحصول الذي يعتمد على نوع المحصول ومرحلة نموه وذلك بتطبيق المعادلة الآتية:
ETC = KC . ETo
حيث ETC الاستهلاك المائي للمحصول (مجمل البخرنتح للمحصول)
KC معامل المحصول يعتمد على نوع المحصول ومرحلة نموه وتتراوح قيمته من 0.3 عند بداية النمو الي قيمته القصوى 1.15 عند الإزهار وتكوين الثمار.
ETo جهد البخرنتح Reference evapotranspiration أو البخر نتح المطلق.
ويعرف جهد البخرنتح بأنه معدل البخر نتج من سطح نباتي أخضر متجانس عند ارتفاع 8 إلى 15 سم في حالة نمو نشط ويغطى سطح التربة تماماً تحت ظروف لا ينقصها الماء، ويستخدم لحساب جهد البخرنتح معادلات وطرق عديدة تستخدم بيانات الأرصاد الجوية المختلفة وأشهرها معادلة بنمان.
العوامل التي تؤثر على الاستهلاك المائي للمحصول
Factors influencing crop evapotranspiration
الكثافة الحقيقية والظاهرية والنسبية للتربة
للتربة حجمان أحدهما حقيقي وهو عبارة عن مجموع الحجوم الحقيقية لحبيبات التربة وآخر ظاهري وهو عبارة عن حجم الحبيبات مضافا اليها المسامات. حجم ونتيجة لذلك فيتكون للتربة كثافتان أحدهما يسمي بالكثافة الحقيقية Particale Density وهو يساوي 2.65 جم / سم3 والآخر الكثافة الظاهرية Bulck Density.
الكثافة الظاهرية = وزن التربة الجافة تماما / الحجم الظاهري للتربة
وتتأثر قيمة الكثافة الظاهرية حسب قوام التربة فتتراوح في التربة الطينية من 1.2 الي 1.3 جم / سم3 وفي التربة الرملية من 1.6 - 1.8 جم / سم3 وذلك لأن المسامية في التربة الطينية أكبر منها في الرملية إلا أن سرعة حركة المياه في الرملية أعلى وذلك لاحتوائها على نسبة أعلى من المسامات الكبيرة التي تساعد علي زيادة حركة المياه بينما تزداد نسبة المسافات الدقيقة في الأراضي الطينية. وشغل الماء والهواء هذه المسافات وتكون زيادة أحدهما على حساب الأخر.
أما الكثافة النسبية Relative Density فتساوي عدديا الكثافة الظاهرية وذلك لأن كثافة الماء = 1 جم / سم3 والكثافة النسبية تعرف بأنها الكثافة الظاهرية مقسومة علي كثافة الماء.
السعة الحقلية ونقطة الذبول والماء المتاح أو الميسر
عند إضافة الماء الي التربة حتى درجة التشيع أي عندما تمتلئ جميع المسامات بالماء فإن قدرة التربة علي الاحتفاظ بكل هذا الماء تكون ضعيفة. فيبدأ الماء بالتحرك الي أسفل بفعل الجاذبية الأرضية فيسمي هذا الماء بماء الجاذبية أو الماء الحر أو ماء الصرف وتكون قوة مسك الحبيبات له عادة من 0 - 0.3 بار وبعد أن يصرف الماء هذا تكون التربة قد وصلت الي ما يسمي بالسعة الحقلية ويكون ممسوك بقوة تساوي حوالي 0.3 بار والماء عند هذا الحد لا يتحرك حسب الجاذبية الأرضية. وعندما يبدأ النبات في امتصاص هذا الماء فتقل كمية المياه في التربة تدريجيا إلي الحد الذي لا يستطيع النبات من بعده من امتصاص أية كمية أخري من المياه وعند هذه النقطة يسمي المحتوي الرطوبي للتربة بنقطة الذبول الدائم ويكون الشد الرطوبي عند هذه النقطة يساوي تقريبا 15 بار.
ويكون الماء المتاح أو الميسر Available Water هو الماء الذي يقع ما بين السعة الحقلية Field capacity ونقطة الذبول Wilting Point.
ويعبر عن مستوى الرطوبة بالتربة بالنسبة المئوية لوزن الماء بالتربة إلى وزن التربة الجافة.
وهناك تقسيم مقابل لهذا التصنيف لحالات الرطوبة بالتربة كما يلى:
1- الماء الهيجروسكوبي Hygroscopic Water : وهو الماء الممسوك على حبيبات التربة ولا يمكن إزالته بواسطة قوى الجاذبية gravity أو القوى الشعرية capillarity ولكن يزال بالتجفيف داخل الفرن يعتمد الماء الهيجروسكوبي على المساحة السطحية لحبيبات التربة. المساحة السطحية للتربة الطينية أكبر بآلاف المرات من المساحة السطحية للتربة الرملية. ولهذا السبب فإن نقطة الذبول الدائمة للتربة الطينية أعلى منها في التربة الرملية.
2- الماء الشعري capillary water: هو ذلك الماء الممسوك ضد الجاذبية بالقوى الشعرية والذي يزيد عن الماء الهيجروسكوبى بالتربة وهذا الماء يوجد في الفراغات الشعرية. يعتمد الماء الشعري على حجم الفراعات بين حبيبات التربة. فكلما قل حجم هذه الفراغات زاد الماء الشعري بالتربة وعلى ذلك فالتربة الثقيلة (الطينية) يكون الماء الشعري بها أكبر من التربة الخفيفة (الرملية).
3- ماء الجاذبية Gravitational water : وهو الماء الزائد عن الماء الهيجروسكوبى والماء الشعري والموجود في الفراغات الكبيرة والذي ينزح لأسفل بالجاذبية.
ويمكن تمثيل تقسيم الرطوبة الأرضية في كلا التصنيفين بالرسم التخطيط التالي:
عمق الماء المتاح Available Water AW
يعرف عمق الماء المتاح في قطاع التربة بإنه الجزء من الرطوبة الأرضية الواقعة بين السعة الحقلية ونقطة الذبول الدائم ويعبر عنه كما يلي:
عمق الماء المتاح ( مم / متر) = (السعة الحقلية - نقطة الذبول ) كثافة التربة الظاهرية × 1000 مم من عمق التربة.
حيث AW: عمق الماء المتاح بالمم لكل 1 متر من عمق قطاع التربة
f.cϴ : المحتوى الرطوبي للتربة على أساس وزنى عند السعة الحقلية ، كنسبة كسرية.
PWPϴ : المحتوى الرطوبي للتربة على أساس وزنى عند نقطة الذبول الدائم كنسبة كسرية
يتوقف عمق الماء المتاح على قوام التربة
وهذه بعض القيم التقريبية الإسترشادية :
التربة الرملية الخفيفة = 60 - 80 مم/م
التربة المتوسطة القوام = 120 مم /م
التربة الطينية الثقيلة القوام = 160 - 180 مم / م
عمق ماء الري الصافي (Net application depth (dn
هو كمية مياه الري الصافية المطلوب إضافتها للتربة للوصول بعمق منطقة الجذور إلى الرطوبة عند السعة الحقلية أو بمعنى آخر تعويض الرطوبة المستنفذة في منقطة الجذور خلال الفترة بين الريات
dn=AWxDxP (mm)
حيث dn عمق ماء الري الصافي بالمم.
AW: عمق الماء المتاح بالمم / متر.
P: نسبة استنفاذ الرطوبة المسموح بها Allowable depletion والتي لا تؤثر على استهلاك النبات من الماء وإنتاجية المحصول ويعبر عنها كنسبة كسرية من الرطوبة الكلية المتاحة وهي عادة تقع بين 0.4 إلى 0.6 حيث رقم 0.4 يؤخذ للمحاصيل الحساسة ذات الجذور السطحية ورقم 0.6 يؤخذ للمحاصيل ذات الجذور العميقة ومعدل الاستهلاك المائي المنخفض.
D: العمق الفعال للجذور بالمتر.
وعمق منطقة الجذور في مرحلة بداية النمو للمحصول وهي فترة الانبات والتكشف للبادرات تؤخذ عادة 25 - 30 سم والتي تمثل العمق الفعال للتربة والذي تستخلص البادرات منه الرطوبة وعمق منطقة الجذور في المرحلة الثانية وهي مرحلة تطور النمو للمحصول والتي تستمر حتى تمام النمو الخضري تنمو فيها الجذور بطريقة خطية تقريباً من 25 - 30 سم إلى أقصى عمق تصل إلية الجذور وقد تؤخذ هذه العلاقة بطريقة مبسطة وهى تعمق الجذور بمعدل 1 سم لكل يوم وأقصى عمق تصل إلية الجذور يمكن إيجاده إما بالخبرة العملية وهي بالتقريب 60 سم للخضراوات، 100 سم للمحاصيل الحقلية الفاكهة.
الفترة بين الريات F) Irrigation Frequency)
تحسب الفترة بين الريات كما يلي
F = dn / ETC
وحيث أن عمق الجذور (D) والاستهلاك المائي ETc تتغير على مدار موسم النمو للمحصول فإن كل من عمق ماء الري الصافي (dn) وكذلك الفترة بين الريات (F) تتغير أيضاً. وعند تصميم نظم الري يؤخذ في الاعتبار قيمة أقصى احتياج مائي يومي والذي عنده تكون أقصر فترة ري.
عمق ماء الري الإجمالي (Gross Application Depth (dg
dg = dn / Ea
كفاءة إضافة المياه Irrigation application efficiency Ea فتساوي ناتج قسمة (كمية المياه التي تصل منطقة الجذور ويستفيد منها المحصول) / (كمية المياه التي تضاف للحقل).
يتضح من هذا أن كفاءة إضافة المياه تعتمد على نوع نظام الري فهي تساوى حوالي 85-90% في الري بالتنقيط 70-75 % في الري بالرش 50 - 60% في الري السطحي.
زمن الري (Irrigation Time (t
يعتمد زمن الري على مقدار التصرف (q) والمساحة المطلوب ريها (A) ويمكن كتابة المعادلة الحجمية الأساسية في الري على النحو التالي.
q.t = dg. A
التصرف × الزمن = المساحة × العمق
وتنص هذه المعادلة على أن التصرف بالمتر المكعب / ساعة مضروباً في زمن الري بالساعات يعطى حجم أو كمية المياه المضافة للحقل وهذه الكمية تساوى عمق مياه الري المضافة للمساحة وهي تمثل حجم أيضاً وبالتعويض عن قيمة dg تنتج المعادلة التالية:
q x t = dn / Ea x A
حيث t : زمن الري بالساعة
q : التصرف م3 / س
dn : عمق ماء الري الصافي بالمم
A المساحة بالمتر المربع
Ea: كفاءة نظام الري كنسبة كسرية
المعادلة الأساسية في الري
كمية مياه الري المضافة = التصرف × الزمن
= المساحة x سمك مياه الري
مثال:
أحسب عمق الماء المتاح لتربة رملية، الرطوبة الوزنية لها عند السعة الحقلية وعند نقطة الذبول تساوي 9% - 4%
وكانت الكثافة الظاهرية 1.6 جم/سم3 ثم أحسب عمق ماء الري الصافي المطلوب لري منطقة جذور عمقها 60 سم
وكانت نسبة الاستنفاذ المسموح بها 50% . أحسب أيضا كمية مياه الري الصافية المطلوبة لري الفدان.
الحل
عمق الماء المتاح = (0.09 -0.04) × 1.6 × 100 = 80 مم /م
عمق ماء الري الصافي = 80 × 0.6 × 0.5 = 24 مم
كمية مياه الري الصافية المطلوبة للفدان = 24 مم × 4.2 = 101 م3 / فدان
مثال
أحسب كمية المياه اللازمة لري الفدان والفترة بين الريات إذا توافرت لديك المعلومات الآتية:
• الرطوبة الوزنية عند السعة الحقلية وعند نقطة الذبول 20 % - 8%
• الكثافة الظاهرية للتربة 1.3 جم / سم3
• عمق الجذور 80 سم
• الاستهلاك المائي للمحصول 5.2 مم / يوم
• نسبة الاستنفاذ رطوبة التربة المسموح بها للمحصول 50%
الحل:
عمق ماء الري الصافي = (السعة الحقلية - نقطة الذبول) × كثافة التربة الظاهرية × عمق الجذور × نسبة الاستنفاذ
= (0.20 – 0.08) × 1.3 × 800 مم × 0.50 = 62.4 مم
كمية المياه الصافية المطلوبة للفدان = 62.4 مم × 4.2 = 262 م3 / فدان الفترة بين الريات = عمق ماء الري الصافي ÷ الاستهلاك الماني اليومي
= 62.4 ÷ 5.2 = 12 يوم.
الاكثر قراءة في انظمة الري الحديثة
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة
