چکیده :
چالشی بزرگ در بخش کشاورزی، تولید غذای بیشتر از آب کمتر است که می تواند با افزایش بهره وری آب گیاهان (CWP) بدست می آید. بر اساس مرور چندین منبع علمی همراه با نتایج تحقیقاتی که قدمت آنها بیش از 30 سال نیست، مشخص شد که دامنه ای برای CWP گندم، برنج ، پنبه و ذرت که قبلاً توسط FAO گزارش شده بود، وجود دارد. کلاً میانگین ارزش CWP اندازه گیری شده در هر واحد کاهش آب به ترتیب عبارتست از 09/1 ، 09/1، 65/0، 23/0 ، 80/1 برای گندم، برنج ، پنبه دانه ، پنبه (Lint) و ذرت. دامنه CWP بسیار گسترده است ( گندم ، 6/0 تا 7/1 ؛ برنج 6/0 تا 6/1 ؛ پنبه دانه 41/0 تا 95/0 ؛ پنبه (Lint) 14/0 تا 33/0 و ذرت 1/1 تا 7/2 ) و بنابراین فرصت های فوق العاده ای برای حفظ یا افزایش تولیدات کشاورزی با 20-40% منابع آبی کمتر را بدست می دهد . تنوع CWP را می توان به :
(1) آب و هوا
(2) مدیریت آب در آبیاری
(3) مدیریت خاک ( مواد معدنی ) نسبت داد.
کمبود فشار بخار آب با CWP رابطه معکوس دارد . کمبود فشار بخار ، همراه با عرض جغرافیایی ، کاهش می یابد و بنابراین نواحی مناسب برای کشاورزی با آبیاری مدبرانه ، در عرضهای جغرافیایی بالاتر قرار می گیرند . نتیجۀ بسیار مهم آنست که CWP ممکن است به طرز چشمگیری افزایش یابد اگر آبیاری کاهش و مخصوصاً کمبود آب زراعی مرتفع گردد.
لغات کلیدی : بهره وری آب زراعی ، کمبود آب ، گندم ، برنج ، پنبه و ذرت
1- مقدمه :
با افزایش سریع جمعیت جهان ، فشار بر منابع محدود آب شیرین ، افزایش می یابد . کشت آبی ، بزرگترین بخش مصرف کنندۀ آب است و با نیازهای متناقص دیگر بخشها مانند بخش های صنعتی و خانگی ، مواجه می شود. با جمعیت فزاینده و آب کمتری که برای تولیدات کشاورزی در دسترس است ، تضمین امنیت غذایی برای نسل های آینده ، مبهم است.
بخش کشاورزی با چالشهایی برای تولید بیش غذا با آب کمتر بواسطه افزایش بهره وری آب زراعی (CWP) مواجه است (Kijneetal .2003a) . CWP بالاتر ، هم از تولیدات با منابع آب کمتر یا از تولیدات بیشتر با منابع آب یکسان ناشی می شود و این بخاطر برخورداری مستقیم برای سایر استفاده کنندگان از منابع آب می باشد.
CWP معمولاً در منابع به کارآیی مصرف آب (WUE) منسوب است . اما در این بحث بعنوان عملکرد محصولات تجاری که عمدتاً تحت تاثیر تبخیر و تعرق می باشد، تعریف می گردد.
(1)
در اینجا Yact عملکرد واقعی محصول تجاری است و Etact میزان آب زراعتی است که بصورت تبخیر و تعرق مصرف می شود . هنگام بررسی این رابطه ، از نقطه نظرفیزیکی ، باید صرفاً تعرق را بررسی کرد.
جدا سازی فرآیند تبخیر- تعرق به تبخیر و تعرق در آزمایشات مزرعه ای ، مشکل است و بنابراین راه حل عملی نیست . علاوه بر این ،تبخیر ، مولفه ای است که همیشه به رشد اختصاصی محصول ، زمین زیر کشت و شیوه های مدیریت آب وابسته است و این آب مدت زیادی برای سایر مصرف کنندگان یا استفاده مجدد ، در دسترس نیست . تا زمانیکه تبخیر و تعرق بر مبنای جذب آب از ریشه، جذب از طریق بارش باران ، آبیاری و خاصیت مویینگی باشد در هماهنگی هستند. علی رغم اینکه CWP عامل کلیدی در برنامه ریزی دراز مدت و استراتژیک منابع آب است ، عناصر عمده و ممکن از نظر عملی ، به ندرت شناخته شده اند. کاملترین کار بین المللی ، خیلی پیش تر توسط Doorenbos و Kassam (1979) که فاکتورهای واکنش عملکرد گیاه زراعی (ky) برای نسبت ETact به Yact را استفاده کردند ، گرد آوری شد. مشکل موجود در روش کار این است که بایستی عملکرد ماکزیمم مشخص شود , که با روشهای کشت و زرع موجود در تضاد است.
(2003b)Kijnetal ، استراتژیهای متعددی برای افزایش CWP از طریق یکسان سازی ( هماهنگ کردن ) اصلاح نژاد و مدیریت بهتر منابع در سطح گیاه ، سطح مزرعه و سطح agro-climatic ارائه دادند . مثالهایی از راهها و شیوه های انجام شده عبارتست از: افزایش شاخص برداشت ، بهبود مقاومت به خشکی و شوری ( سطح گیاه ), بکار بردن کم آبیاری ، تنظیم تاریخ های کاشت و شخم حداقل برای کاهش تبخیر و افزایش نفوذ ( سطح مزرعه ) ، استفاده مجدد آب و آنالیز فضایی برای تولید ماکزیمم و ETact مینیمم ( سطح agro-ecological).
با افزایش تحقیقات در زمینۀ زراعت محصولات مختلف و شیوه های بهبود یافته مدیریت زمین و آب ، CWP در طی سالها ، افزایش یافته است . بعنوان مثال ، Grismer (2002) تحقیقی بر روی ارزش CWP برای پنبه آبیاری شده در آریزونا و کالیفرنیا انجام داد و نتیجه گرفت که دامنه CWP از دامنه ای که توسط Doorenbos و Kassam (1979) ارائه شده بود ، در بسیاری موارد فراتر می رود. در تولید برنج ، CWP در اثر دوره های کوتاهتر رشد (TUong, 1999) و در اثر افزایش نسبت فتوسنتز به تعرق (Pengetal , 1998) افزایش دارد . این امیدوار کننده است که CWP برای سایر محصولات به صورت بسیار معنی داری تغییر کرده است . تحقیقات متنوعی ، رابطه بین کاربرد آب و عملکرد را در محصولات و غیره در شرایط مشخص با شیوه های مدیریت آبی و کشت ویژه بررسی کرده اند . بحث حاضر ، نتایج آزمایشات مزرعه ای که در چند سال اخیر اجرا شده است را جمع آوری نموده و سعی دارد که دامنه ای قابل قبول برای چهار محصول عمده اصلی :
گندم (Triticum aestivum L.) ، برنج (oryza sativa L.) ، پنبه (Gossypium spp) و ذرت (zea mays L.) را پیدا کند.
2- پایگاه داده ها و کاربرد اصطلاحات
پایگاه داده ها توسط اطلاعات CWP جمع آوری شده از آزمایشات مزرعه ای گزارش شده در مقالات بین المللی ، صورتجلسات همایش ها و گزارشات فنی حاصل می شود . اکثر آزمایشات مزرعه ای ، در ایستگاههای آزمایشی تحت شرایط متنوع رشد ، شامل تنوع در آب و هوا ، آبیاری ، حاصلخیزی ، خاکها ، شیوه های کشت و غیره اجرا شده است . از آنجا که هدف این بحث ، یافتن دامنه های قابل قبول CWP طبق شرایط مدیریت کشاورزی است ، تمام ارزشهای CWP اندازه گیری شده در آزمایشات در پایگاه داده گنجانده شده است . برای آنکه داده ها در پایگاه گنجانده شوند ، نتایج آزمایشات بایستی به طور مختصر تبخیر – تعرق واقعی اندازه گیری شده فصلی (ETact) و روشهای بکار رفته در تعیین (ETpot) و عملکرد محصول Yact را ارائه دهند. اغلب مطالعات، ETact را اندازه گیری نمی کنند و بجای آن تبخیر – تعرق بالقوه (ETpot) را بکار می برند.این مطالعات معمولاً در پایگاه داده ها ثبت نمی شود و به این دلیل ، در این بحث استفاده نمی شود. نتایج حاصل از آزمایشات گلخانه ای ، آزمایشات گلدانی و مدلهای شبیه سازی بالانس آب ، در نظر گرفته نشد. همچنین آزمایشاتی که بر مبنای روشهای تبخیر – تعرق (Allen et al , 1998) بود ، در این بررسی ، مناسب تشخیص داده نشد؛ در واقع تبخیر – تعرق اندازه گیری نشد, اما تخمین زده شد. لیزیمتر یک ابزار مناسب و متداول در تعیین ETact است. روشهای متوازن کردن آب خاک که محتوی آب خاک را در هنگام فصل رشد از طریق تعیین رطوبت خاک تعیین می کند یا از طریق دستگاههای شکافت هسته ( کاوش هسته ای ) یاتوسط روش (TDR) ,
Time – domain – reflectometry اغلب کاربرد دارد . تکنیکهای اندازه گیری میکروهواشناسی ، مثل ضریب Bowen و روشهای eddy – correlation اغلب در اینگونه مطالعات معمول نیست ( آنها عمدتاً برای مطالعات میکروهواشناسی و اقلیمی کاربرد دارد و گزارشی از نقش آنها در عملکرد محصولات گزارش نشده است ) . عملکرد ، بعنوان بخش تجاری تولید بیوماس نهایی در سطح زمین تعیین می شود ، برای گندم ، ذرت و برنج ، مجموع عملکرد دانه و برای پنبه مجموع عملکرد Lint و یا مجموع عملکرد بذر آن بررسی شده است .
متاسفانه منابع بسیار کمی محتوی رطوبتی را که در آن عملکرد اندازه گیری شده باشد را ارائه می دهند ، که بصورت مشخصی ، نشانۀ وجود خطا در نتایج نهایی است . siddique et al (1990) ، CWP واریته های قدیمی و جدید گندم را بررسی کرد و نشان داد که واریته های قدیمی تر ، بعلت شاخص برداشت پایین تر ، ارزش CWP کمتری دارند.
در واقع تفاوت معنی داری در مجموع بیوماس تولیدی بین واریته های قدیمی و جدید گندم پیدا کرد. بعنوان مثال در تولید برنج، CWP بعلت تکامل در انواع گیاهان جدید با ضریب بالای نسبت فتوسنتز به تعرق و بعلت کاهش دورۀ رشد ، افزایش یافت Peng et al . 1998; Tung , 1999) . بدین منظور از نتایج آزمایشات خیلی قدیمی به منظور کم کردن تاثیر واریته های قدیمی تر با شاخص برداشت پایین تر و دورۀ رشد بالاتر استفاده نمی شود . در واقع نتایج آزمایشات ، برای پایگاه داده های گیاهان سازماندهی شدند که شامل طول و عرض جغرافیایی کشور منطقه ETact و Yact تولید بیوماس ، شاخص برداشت ، سالهای آزمایشات و منابع می شوند . برخی منابع که به آن استفاده شده ، نتایج هر یک از آزمایشات مزرعه ای را ارائه می دهند ، در حالی که سایر آنها میانگین ارائه می کنند ، در واقع استراتژی مدیریتی اعمال شده در آن سال آزمایش را بیان می کند.
در واقع هر نتیجه ای چه بعنوان میانگین آزمایشات یا یک نتیجه مجزا برای آزمایش گزارش شده باشد، در پایگاه داده ها ، بعنوان یک نتیجه ارزشمند در نظر گرفته می شود.
3- نتایج
1-3- پایگاه داده ها
محتوای پایگاه داده ها بصورت اجمالی ، در جدول (1) نشان داده شده است . اما در ضمیمۀ A تمام نتایج را با محصول و منبع نشان می دهد . در این مطالعه 84 مقاله معتبر از لحاظ علمی مد نظر قرار گرفت. برای گندم ، 28 منبع اطلاعاتی از 13 کشور در 5 قاره آنالیز شد . داده ها در مورد برنج با 13 منبع معتبر در 8 کشور بررسی شد. مطالعات بسیاری روی تولید برنج و استفاده آب ، برای تمرکز بر روی میزان آب ورودی به سیستم وجود دارد ، در حالیکه تعداد کمی از مطالعات ، تبخیر – تعرق واقعی (ETact) را بررسی می کنند. در مورد پنبه ، 16 آزمایش انجام شده در 9 کشور متفاوت و برای ذرت 27 منبع در 10 کشور مختلف در 4 قاره بررسی گردید. بررسی روی CWP ذرت ، به طور عمده در آمریکا ( 9 منبع ) و چین ( 7 منبع ) متمرکز شده است . اکثر منابع علمی در این مورد به زبانهای فرانسوی و اسپانیولی می باشد. بیشترین منابع چاپ شده که حداقل نیازهای اطلاعاتی را در مورد این 4 محصول
ارائه دهند در قاره های آفریقا ، آمریکای لاتین و اروپا یافت می شوند. متاسفانه بسیاری از منابع چاپ شده ، روی تعیین کارآیی آب محصولات یا عملکرد محصولات متمرکز هستند ، در حالیکه بقیه ، صرفاً کاربرد آب آبیاری را بررسی می کنند.
2-3- بهره وری آب زراعی (CWP)
شکل d-a1 : هیستوگرامهای توزیع فراوانی گندم، برنج، پنبه و ذرت را نشان می دهد . به منظور صرف نظر از افزایش افراطی ارزشها ، دامنۀ CWP توسط گرفتن ملاکهای 5 و 95 توزیع فراوانی فزاینده ، تخمین زده شد . نتایج در جدول 2 ارائه شده اند . گندم ، بیشترین تعداد نقاط تحقیقاتی را دارد (412 = n) و دامنه CWP آن بین 6/0 و 7/1 است.
Kassam , Doorenbos (1979) دامنۀ پایین تری از 8/0 تا 0/1 را ارائه می دهند.
حداکثر ارزش، توسط (1999) . Jintet al در چین پیدا شد: استفاده از کود دامی منجر به تولید بیشتر شد و مالچ کاه ، آب خاک و وضعیت درجه حرارت خاک را بهبود بخشید. CWP برای آزمایش با مالچ کاه ، 67/2 بود و برای ترکیب مالچ و کود ، 41/2 بود. در فصل زمستان میزان ETact به 268 و 236 تعدیل شد و به ترتیب عملکردها بالا رفت و بین 7150 و 5707 بود. ( شکل 2a) . CWP برنج ، دامنه ای بین 6/0 و 6/1 دارد ( شکل 1b) . TUong و Bouman (2003) دامنه مشابهی از 4/0 تا 6/1 برای زمین های برنج ارائه کردند. ارزشی ماکزیمم CWP از 1/1 برای برنج، که توسط Doobrenbos و Kassam (1979) ( جدول 2) ارائه شد، به فراتر از 6 در 13 منبع عملی رسید. دامنه CWP برنج ، مشابه گندم است؛ شکل توزیع فراوانی در برنج، به همواری ( ملایمت) گندم نیست زیرا نقاط کمتری موجود است. ارزش ماکزیمم آن به بالاتر از 20/2 رسید و در چین بر روی زمین های برنج با تناوب خشکی و رطوبت ، اندازه گیری شد ( 2001 ، Dong etal) . عملکرد دانه برنج بالای 10 یکی از بالاترین موارد اندازه گیری بود. در حالیکه Etact آن به سمت پایین تر با mm465 بود ( شکل2.b).
ارزش CWP پنبه برای عملکرد Lint آن ، از 14/0 تا 33/0 گسترده است . ارزش ماکزیمم آن فراتر از 35/0 است و توسط Jin etal (1999) و Saranga etal (1998) به ترتیب در چین و اسرائیل ، ارائه شد.
Jin etal(1999)؛ آزمایشاتی انجام داد که در آن پنبه در شیارهایی کاشته شد و خاک توسط پلاستیک سوراخدار بمنظور نفوذ به پهلوی گیاه و کاهش تبخیر خاک و بهبود وضعیت آب خاک ناحیۀ ریشه، پوشانده شد.
Saranga etal (1998) ؛ مقدار میانگین عملکرد Lint را در یک آزمایش مزرعه ای با آبیاری محدود ، 1300 ارزیابی کردند. در حالیکه میزان ETact فصلی پایین در mm390 اندازه گیری شد ( شکل 2c).
Howel etal (1984)؛ مقدار مشابهی را ( 33/0) در یک آزمایش با فراوانی بالا آبیاری قطره ای و کاهش مدیریت کم آبیاری برای ردیف های کم عرض پنبه در کالیفرنیای آمریکا اندازه گیری کرد . عملکرد Lint بیشتر از 2000 بود. تا زمانیکه ETact فصلی نسبتاً پایین (mm617)بود. دامنه برای عملکرد پنبه دانه با 41/0-95/0 ، بیشتر از دامنه ای بود که در FA033 ارائه شده است . ( 6/0-4/0) . در آرژانتین مقدار ماکزیمم ، فراتر از 0/1 در آزمایشاتی که آب در طی دوره های بحرانی مثل قبل از دانه بندی و گلدهی بکار رفت، اندازه گیری شد ( 1999 ، Prieto and Angueira) .
عملکرد پنبه دانه، در قیاس با سایر عوامل تغییر نکرد، تا هنگامی که ETact پایین تر بود. (mm495-447 ، شکل 2c).
در نهایت ، مقدار CWP ذرت در دامنۀ 22/0 تا ماکزیمم 99/3 اندازه گیری شد ( شکل 1d). که دامنه 63/1 وسیعی از تنوع را نشان می دهد ( 38/0 = CV) . در 67 درصد مقالات چاپ شده ، مقدار ماکزیمم در منابع ، از مقدار که توسط FA033 تعیین شده فراتر می رود.
دامنۀ CWP از 1/1 تا 7/2 برای ذرت, ( گیاه C4) , به طور چشمگیری بالاتر از گندم ، برنج و پنبه می باشد که جزء گیاهان C3 اند. مقدار ماکزیمم توسط (b2000) . Kangetal در آزمایشات تلفیق آبیاری متناوب شیارها و کم آبیاری تحت شرایط کشور چین بدست آمد . مقدار کم آب آبیاری به طور متناوب به یکی از دو شیار مجاور می رسد. Etact با mm226 بسیار پایین بود. در حالیکه عملکرد دانه در حدود 9058 است.
4- بحث
در شکل 2a-d ، عملکرد چهار محصول ، در خلاف جهت Etact برای هر محصولی ، رسم می شود. تمام چهار نمودار ، نشان می دهد که رابطه Yact – Etact به سادگی آنچه اغلب به نظر می رسد نیست: مقدار مجذور r- پایین است؛ پنبه Lint بیشترین مجذوز ( 39/0= ) را داشت ، سپس گندم ( 35/0 = ) ، ذرت ( 33/0 = ) ، پنبه دانه (19/0= ) و برنج (09/0= ).
نتیجه ای که در اینجا گرفته می شود آنست که تابع Yact (ETact) صرفاً به صورت موضعی موثر است و نمی تواند در برنامه ریزی در مقیاس کلان مدیریت آب کشاورزی استفاده شود. محدودۀ وسیعی در مقدار CWP برای این چهار محصول ، موجود است ( جدول 2) ، که بواسطۀ فاکتورهای زیادی که در رابطۀ آب –خاک گیاه موثرند، ایجاد می شود. در این بررسی برای شرح مناسب از محدوده های گستردۀ CWP ، فقط سه موضوع ، اینجا بحث می شود : عوامل اقلیمی ( آب و هوا ) مدیریت آب آبیاری و مدیریت خاک.
Dewit (1958) از اولین افرادی بود که رابطۀ فتوسنتز – تعرق را تشریح کرد. Bierhuizen و slayter (1965) تاثیر پارامترهای جوی را بر روی این رابطه بررسی کردند و دریافتند که به طور نسبی ، رابطۀ معکوسی ( بازبینی و تایید توسط Tannr و Sinclair در 1983 بین کمبود فشار بخار در هوا و CWP وجود دارد. نتایج مشابهی توسط Stanhill (1960) بر روی مراتعی که در عرض ها جغرافیایی مختلف هستند ، پیدا شد. کمبود فشار بخار ، بطور کلی هنگامی که از خط استوا دور می شویم، کاهش می یابد، انتظار می رود که با افزایش عرض جغرافیایی ، مقدار CWP نیز افزایش یابد. این مسئله برای مجموعۀ اطلاعات متداول ، تست شده است. برای هر مکان تحقیقاتی ( که بعنوان منطقه جغرافیایی خاص تعریف شده است) ، ماکزیمم CWP هر محصول ، بر خلاف مقدار عرض جغرافیایی مکان آزمایش رسم می شود.
در واقع مقدار ماکزیمم با شرایط رشدی گیاه، مدیریت آب آبیاری و مدیریت حاصلخیزی خاک در هر منطقه مشخص می شود. نتایجی که در شکل 3 نشان داده شده است، اثبات می کند که CWP با کم شدن عرض جغرافیایی ، کاهش می یابد. همچنین نشان می دهد که بیشترین مقدار CWP بین عرضهای جغرافیایی 30 و 40 درجه ، جایی که تغییر فاکتور 3-2 در CWP گندم ، برنج و ذرت ، نسبت به عرضهای 10 و 20 درجه شناسایی شده وجود دارد.
مثالهای متعددی در مقالات علمی ، تاثیر مدیریت آب آبیاری را بر CWP توصیف کرده اند ( بعنوان مثال : oktemet al . 2003 ؛ zhang etal ; 1998 ؛ Yazar etal ; 2002 a؛ Kang etal ; 2000a ؛ sharma etal ; 1990؛ تاثیر شیوه های کم آبیاری به میزان محدودی روی عملکرد و پیدا کردن مقدار CWP بهینه بررسی شده است . در شکل 4a و 4b ، CWP گندم و ذرت بر خلاف مقدار خالص آب آبیاری که در آزمایشات متنوعی بکار رفته است، ترسیم می شود . مشخص شد که بدون ابیاری CWP در سیستمهای وابسته به نزولات آسمانی ( دیم ) ، پایین است. اما هنگامیکه آب آبیاری اندکی به سیستم اضافه شود CWP به سرعت افزایش می یابد . بر اساس اطلاعات داده ها، میزان بهینه CWP تقریباً در حدود 150 و 280 mm آب آبیاری بکار رفته به ترتیب برای گندم و ذرت بدست می آید. ( بعلاوه بارندگی ) . شکل 4 نشان می دهد که چگونه CWP توامان می توان با ذخیره آب و کاهش آبیاری ، افزایش یابد. حداکثر بهره وری آب گاهش ممکن است با خواسته های کشاورز که هدفش بهره وری حداکثر زمین و سود دهی اقتصادی است ، منطبق و هماهنگ نباشد.
این مسئله نیازمند یک تغییر عظیم در علم آبیاری ، مدیریت آب آبیاری و توزیع آب حوضچه هاست، برای حرکت از استراتژی حداکثر آبیاری – حداکثر محصول به سوی سیاست ( آبیاری کمتر – CWP بالاتر ) در کنار مقدار کلی آب آبیاری بکار رفته ، تنظیم زمانبندی آبیاری نیز عاملی مهم است . تنش آب در طی مراحل مختلف رشد CWP را به طرق مختلفی تحت تاثیر قرار می دهد ؛ در ازمایشاتی که روی پنبه انجام شد، مشخص گردید که تنش آب هنگام رشد رویشی و دورۀ شکل گیری غوزه ها بر کاهش مقدار CWP موثر است . تنش ملایم در هنگام تشکیل محصول بر میزان عملکرد موثر نیست اما رشد رویشی گیاه را کاهش می دهد و بنابراین ممکن است، CWP را بهبود بخشد. (Prieto and Angueira , 1999)
ارتباط آبیاری و CWP در برنج مشابه آنچه که در گندم و ذرت یافت می شود ، نیست. در کشت برنج ، بجای آبگیری مداوم و رایج سایر استراتژیهای مدیریت آب ، مانند مرطوب و خشک کردن متناوب ( آبیاری تناوبی ) و خاک زراعی اشباع ، بررسی شدند. آنالیز آزمایشات مرطوب و خشک کردن متناوب در هندوستان توسط ، 1990 ، mishra etal نشان داد که اگر چه آب آبیاری ذخیره می شود. بهبود معنی دار و چشمگیری در CWP بین 8/0 و 99/0 (n,24)؛ برای تحقیق بخصوص در هند، ETact کاهش نیافت زیرا آبیاری انجام شده، مازاد بر ETact بود.
(2001)Dong etal؛ به نتایج مشابهی دست یافت و پی برد که تفاوت زیادی بین آبگیری مداوم و آزمایشات مرطوب و خشک کردن متناوب وجود ندارد ؛ میانگین 10 ساله ETact و CWP مقادیر 590 و 591 mm و 49/1 و 58/1 به ترتیب برای آبگیری مداوم و آزمایشات آبیاری تناوبی محاسبه شد. از سوی دیگر (20039 : shei etal در کار با لیزیمتر ، مقدار بیشتری از CWP را برای آزمایشات آبیاری تناوبی اندازه گیری کرد . ( 0/2) در مقایسه با ابگیری مداوم ( 6/1) در حالیکه ، عملکردها فقط 200 کمتر بود. علاوه بر این ، ETact در آزمایشات تناوبی (mm347) و در مقایسه با آبگیری مداوم ، 22 درصد کمتر بود . برای توضیح مطلب ( 1996) seckler ذخیرۀ آب ( خشک ) و ( مرطوب ) از هم متمایز ساخت . کاهش در ETcat ذخیرۀ مرطوب بواسطۀ تبخیر – تعرق آب بوده و قابلیت استفاده در آینده را ندارد . از طرف دیگر، ذخیرۀ آب آبیاری همانا ذخیرۀ خشک است ، زیرا آب ممکن است در حوضچه ها برای استفاده مجدد ، بازیافت شود ( قبل از آلوده شدن ) . همانطور که توسط نتایج بدست آمده توسط ( 1990) . mishra etal و (2001) و Dong etal نشان داده شد، آبیاری تناوبی ، صرفاً یک مثال ذخیره آب خشک است زیرا ETact به سختی توسط کاهش ذخایر ، تحت تاثیر قرار می گیرد.
(2001)؛ Hatfield etal ؛ تاثیرات مدیریت خاک را بر CWP از طریق اصلاح سطح خاک مانند شخم و مالچ باشی و بواسطه بهبود مواد معدنی خاک از طریق اضافه کردن نیتروژن و یا فسفات بررسی کردند. اصلاح سطح خاک ، روند ETact را تغییر می دهد و اغلب مشخص شده که رابطۀ مثبتی با CWP دارد. مواد معدنی ، بصورت غیر مستقیم برکارآیی فیزیولوژیکی گیاه موثر است . در شکل 5 مقدار نیتروژن بر خلاف CWP گندم طی تحقیقات در نیجریه ، سوریه و اروگوئه ترسیم شده است.
CWP هنگامی که نیتروژن بکار گرفته شد و به میزان بهینه در مقدار تقریبی 50 رسید، افزایش یافت.
از طرف دیگر (1998) . Corbeels etal و (1996) Fernandez etal تفاوت معنی داری را هنگامی که از نیتروژن تثبیت شده استفاده گردید، اندازه گیری نکردند . ترکیب مواد معدنی و سطوح آبیاری ، بسیار معمولی بررسی شدند ( بعنوان مثال ؛ Li etal ; 2001؛ Pandey etal ; 2001؛ oweis etal ; 2000؛ zimaszalokine and szaloki ; 2002) . مقدار بهینه برای میزان عناصر معدنی و کاربرد آب آبیاری می تواند در CWP ماکزیمم یافت شود.
5- جمع بندی
محدوده CWP برای چهار محصول مورد بررسی به اندازه ای که توسط CV بالا بین 28 و 40 درصد نشان داده شد، وسیع است و در واقع یک رابطه منطقی بین ETact و عملکرد گیاه برقرار کرده است ( 39/0 -09/0 = ).
این تنوع ، عمدتاً با : (1) اقلیم آب و هوا ؛ (2) مدیریت آب آبیاری ؛ (3) مدیریت ( حاصلخیزی ) خاک مرتبط است ، با این وجود ، متغیرهای توصیفی ، غالبند . ناحیۀ آب و هوایی بین عرضهای جغرافیایی 30 و 40 درجه بعلت CWP بالاتر و کمبود فشار بخار کمتر مناسب تشخیص داده شده است . در نواحی با خاکهای کم بازده ، استفاده از حاصلخیز کننده های خاک ، امکان بهبود در CWP را افزایش می دهد . حداکثر افزایش در CWP با کاربرد مقادیر کم نیتروژت همراه است.
روشهای کم آبیاری برای بهبود CWP به کار رفته است و گاهی تا بیش از 200 درصد تاثیر دارد . گیاهان زمانیکه در حضور آب تحت تاثیر تنش قرار می گیرند ، کارآیی بالاتری نشان می دهند . بنابراین با تردید نتیجه گیری می شود که در رسیدن به CWP بهینه در مناطق کم آب ، عاقلانه است که گندم و ذرت با آب کمتر آبیاری شود، همانطور که برای دستیابی به عملکردهای ماکزیمم بیان شد.
در کشت برنج ، افزایش CWP هنگام کاربرد آب کمتر ، نمی تواند توسط اطلاعات داده ها ، اثبات شود ؛ در خلال بسیاری از آزمایشات مرطوب و خشک کردن متناوب و آبگیری مداوم ، تفاوت چشمگیری ( معنی دار ) در CWP وجود نداشت . ذخیرۀ آب در برنج ، ( ذخیره خشک ) است ، زیرا کاربرد مصرفی تحت تاثیر قرار نگرفته یا اندکی متاثر می شود.
محدودۀ وسیعی در CWP موید آنست که روشهای جدید در مدیریت آب پشرفت کرده ؛ زیرا که تولیدات کشاورزی با منابع آبی در حدود 20-40 درصد به پایین همچنان با حفظ و حتی افزایش عملکردها همراه است.
چالشی بزرگ در بخش کشاورزی، تولید غذای بیشتر از آب کمتر است که می تواند با افزایش بهره وری آب گیاهان (CWP) بدست می آید. بر اساس مرور چندین منبع علمی همراه با نتایج تحقیقاتی که قدمت آنها بیش از 30 سال نیست، مشخص شد که دامنه ای برای CWP گندم، برنج ، پنبه و ذرت که قبلاً توسط FAO گزارش شده بود، وجود دارد. کلاً میانگین ارزش CWP اندازه گیری شده در هر واحد کاهش آب به ترتیب عبارتست از 09/1 ، 09/1، 65/0، 23/0 ، 80/1 برای گندم، برنج ، پنبه دانه ، پنبه (Lint) و ذرت. دامنه CWP بسیار گسترده است ( گندم ، 6/0 تا 7/1 ؛ برنج 6/0 تا 6/1 ؛ پنبه دانه 41/0 تا 95/0 ؛ پنبه (Lint) 14/0 تا 33/0 و ذرت 1/1 تا 7/2 ) و بنابراین فرصت های فوق العاده ای برای حفظ یا افزایش تولیدات کشاورزی با 20-40% منابع آبی کمتر را بدست می دهد . تنوع CWP را می توان به :
(1) آب و هوا
(2) مدیریت آب در آبیاری
(3) مدیریت خاک ( مواد معدنی ) نسبت داد.
کمبود فشار بخار آب با CWP رابطه معکوس دارد . کمبود فشار بخار ، همراه با عرض جغرافیایی ، کاهش می یابد و بنابراین نواحی مناسب برای کشاورزی با آبیاری مدبرانه ، در عرضهای جغرافیایی بالاتر قرار می گیرند . نتیجۀ بسیار مهم آنست که CWP ممکن است به طرز چشمگیری افزایش یابد اگر آبیاری کاهش و مخصوصاً کمبود آب زراعی مرتفع گردد.
لغات کلیدی : بهره وری آب زراعی ، کمبود آب ، گندم ، برنج ، پنبه و ذرت
1- مقدمه :
با افزایش سریع جمعیت جهان ، فشار بر منابع محدود آب شیرین ، افزایش می یابد . کشت آبی ، بزرگترین بخش مصرف کنندۀ آب است و با نیازهای متناقص دیگر بخشها مانند بخش های صنعتی و خانگی ، مواجه می شود. با جمعیت فزاینده و آب کمتری که برای تولیدات کشاورزی در دسترس است ، تضمین امنیت غذایی برای نسل های آینده ، مبهم است.
بخش کشاورزی با چالشهایی برای تولید بیش غذا با آب کمتر بواسطه افزایش بهره وری آب زراعی (CWP) مواجه است (Kijneetal .2003a) . CWP بالاتر ، هم از تولیدات با منابع آب کمتر یا از تولیدات بیشتر با منابع آب یکسان ناشی می شود و این بخاطر برخورداری مستقیم برای سایر استفاده کنندگان از منابع آب می باشد.
CWP معمولاً در منابع به کارآیی مصرف آب (WUE) منسوب است . اما در این بحث بعنوان عملکرد محصولات تجاری که عمدتاً تحت تاثیر تبخیر و تعرق می باشد، تعریف می گردد.
(1)
در اینجا Yact عملکرد واقعی محصول تجاری است و Etact میزان آب زراعتی است که بصورت تبخیر و تعرق مصرف می شود . هنگام بررسی این رابطه ، از نقطه نظرفیزیکی ، باید صرفاً تعرق را بررسی کرد.
جدا سازی فرآیند تبخیر- تعرق به تبخیر و تعرق در آزمایشات مزرعه ای ، مشکل است و بنابراین راه حل عملی نیست . علاوه بر این ،تبخیر ، مولفه ای است که همیشه به رشد اختصاصی محصول ، زمین زیر کشت و شیوه های مدیریت آب وابسته است و این آب مدت زیادی برای سایر مصرف کنندگان یا استفاده مجدد ، در دسترس نیست . تا زمانیکه تبخیر و تعرق بر مبنای جذب آب از ریشه، جذب از طریق بارش باران ، آبیاری و خاصیت مویینگی باشد در هماهنگی هستند. علی رغم اینکه CWP عامل کلیدی در برنامه ریزی دراز مدت و استراتژیک منابع آب است ، عناصر عمده و ممکن از نظر عملی ، به ندرت شناخته شده اند. کاملترین کار بین المللی ، خیلی پیش تر توسط Doorenbos و Kassam (1979) که فاکتورهای واکنش عملکرد گیاه زراعی (ky) برای نسبت ETact به Yact را استفاده کردند ، گرد آوری شد. مشکل موجود در روش کار این است که بایستی عملکرد ماکزیمم مشخص شود , که با روشهای کشت و زرع موجود در تضاد است.
(2003b)Kijnetal ، استراتژیهای متعددی برای افزایش CWP از طریق یکسان سازی ( هماهنگ کردن ) اصلاح نژاد و مدیریت بهتر منابع در سطح گیاه ، سطح مزرعه و سطح agro-climatic ارائه دادند . مثالهایی از راهها و شیوه های انجام شده عبارتست از: افزایش شاخص برداشت ، بهبود مقاومت به خشکی و شوری ( سطح گیاه ), بکار بردن کم آبیاری ، تنظیم تاریخ های کاشت و شخم حداقل برای کاهش تبخیر و افزایش نفوذ ( سطح مزرعه ) ، استفاده مجدد آب و آنالیز فضایی برای تولید ماکزیمم و ETact مینیمم ( سطح agro-ecological).
با افزایش تحقیقات در زمینۀ زراعت محصولات مختلف و شیوه های بهبود یافته مدیریت زمین و آب ، CWP در طی سالها ، افزایش یافته است . بعنوان مثال ، Grismer (2002) تحقیقی بر روی ارزش CWP برای پنبه آبیاری شده در آریزونا و کالیفرنیا انجام داد و نتیجه گرفت که دامنه CWP از دامنه ای که توسط Doorenbos و Kassam (1979) ارائه شده بود ، در بسیاری موارد فراتر می رود. در تولید برنج ، CWP در اثر دوره های کوتاهتر رشد (TUong, 1999) و در اثر افزایش نسبت فتوسنتز به تعرق (Pengetal , 1998) افزایش دارد . این امیدوار کننده است که CWP برای سایر محصولات به صورت بسیار معنی داری تغییر کرده است . تحقیقات متنوعی ، رابطه بین کاربرد آب و عملکرد را در محصولات و غیره در شرایط مشخص با شیوه های مدیریت آبی و کشت ویژه بررسی کرده اند . بحث حاضر ، نتایج آزمایشات مزرعه ای که در چند سال اخیر اجرا شده است را جمع آوری نموده و سعی دارد که دامنه ای قابل قبول برای چهار محصول عمده اصلی :
گندم (Triticum aestivum L.) ، برنج (oryza sativa L.) ، پنبه (Gossypium spp) و ذرت (zea mays L.) را پیدا کند.
2- پایگاه داده ها و کاربرد اصطلاحات
پایگاه داده ها توسط اطلاعات CWP جمع آوری شده از آزمایشات مزرعه ای گزارش شده در مقالات بین المللی ، صورتجلسات همایش ها و گزارشات فنی حاصل می شود . اکثر آزمایشات مزرعه ای ، در ایستگاههای آزمایشی تحت شرایط متنوع رشد ، شامل تنوع در آب و هوا ، آبیاری ، حاصلخیزی ، خاکها ، شیوه های کشت و غیره اجرا شده است . از آنجا که هدف این بحث ، یافتن دامنه های قابل قبول CWP طبق شرایط مدیریت کشاورزی است ، تمام ارزشهای CWP اندازه گیری شده در آزمایشات در پایگاه داده گنجانده شده است . برای آنکه داده ها در پایگاه گنجانده شوند ، نتایج آزمایشات بایستی به طور مختصر تبخیر – تعرق واقعی اندازه گیری شده فصلی (ETact) و روشهای بکار رفته در تعیین (ETpot) و عملکرد محصول Yact را ارائه دهند. اغلب مطالعات، ETact را اندازه گیری نمی کنند و بجای آن تبخیر – تعرق بالقوه (ETpot) را بکار می برند.این مطالعات معمولاً در پایگاه داده ها ثبت نمی شود و به این دلیل ، در این بحث استفاده نمی شود. نتایج حاصل از آزمایشات گلخانه ای ، آزمایشات گلدانی و مدلهای شبیه سازی بالانس آب ، در نظر گرفته نشد. همچنین آزمایشاتی که بر مبنای روشهای تبخیر – تعرق (Allen et al , 1998) بود ، در این بررسی ، مناسب تشخیص داده نشد؛ در واقع تبخیر – تعرق اندازه گیری نشد, اما تخمین زده شد. لیزیمتر یک ابزار مناسب و متداول در تعیین ETact است. روشهای متوازن کردن آب خاک که محتوی آب خاک را در هنگام فصل رشد از طریق تعیین رطوبت خاک تعیین می کند یا از طریق دستگاههای شکافت هسته ( کاوش هسته ای ) یاتوسط روش (TDR) ,
Time – domain – reflectometry اغلب کاربرد دارد . تکنیکهای اندازه گیری میکروهواشناسی ، مثل ضریب Bowen و روشهای eddy – correlation اغلب در اینگونه مطالعات معمول نیست ( آنها عمدتاً برای مطالعات میکروهواشناسی و اقلیمی کاربرد دارد و گزارشی از نقش آنها در عملکرد محصولات گزارش نشده است ) . عملکرد ، بعنوان بخش تجاری تولید بیوماس نهایی در سطح زمین تعیین می شود ، برای گندم ، ذرت و برنج ، مجموع عملکرد دانه و برای پنبه مجموع عملکرد Lint و یا مجموع عملکرد بذر آن بررسی شده است .
متاسفانه منابع بسیار کمی محتوی رطوبتی را که در آن عملکرد اندازه گیری شده باشد را ارائه می دهند ، که بصورت مشخصی ، نشانۀ وجود خطا در نتایج نهایی است . siddique et al (1990) ، CWP واریته های قدیمی و جدید گندم را بررسی کرد و نشان داد که واریته های قدیمی تر ، بعلت شاخص برداشت پایین تر ، ارزش CWP کمتری دارند.
در واقع تفاوت معنی داری در مجموع بیوماس تولیدی بین واریته های قدیمی و جدید گندم پیدا کرد. بعنوان مثال در تولید برنج، CWP بعلت تکامل در انواع گیاهان جدید با ضریب بالای نسبت فتوسنتز به تعرق و بعلت کاهش دورۀ رشد ، افزایش یافت Peng et al . 1998; Tung , 1999) . بدین منظور از نتایج آزمایشات خیلی قدیمی به منظور کم کردن تاثیر واریته های قدیمی تر با شاخص برداشت پایین تر و دورۀ رشد بالاتر استفاده نمی شود . در واقع نتایج آزمایشات ، برای پایگاه داده های گیاهان سازماندهی شدند که شامل طول و عرض جغرافیایی کشور منطقه ETact و Yact تولید بیوماس ، شاخص برداشت ، سالهای آزمایشات و منابع می شوند . برخی منابع که به آن استفاده شده ، نتایج هر یک از آزمایشات مزرعه ای را ارائه می دهند ، در حالی که سایر آنها میانگین ارائه می کنند ، در واقع استراتژی مدیریتی اعمال شده در آن سال آزمایش را بیان می کند.
در واقع هر نتیجه ای چه بعنوان میانگین آزمایشات یا یک نتیجه مجزا برای آزمایش گزارش شده باشد، در پایگاه داده ها ، بعنوان یک نتیجه ارزشمند در نظر گرفته می شود.
3- نتایج
1-3- پایگاه داده ها
محتوای پایگاه داده ها بصورت اجمالی ، در جدول (1) نشان داده شده است . اما در ضمیمۀ A تمام نتایج را با محصول و منبع نشان می دهد . در این مطالعه 84 مقاله معتبر از لحاظ علمی مد نظر قرار گرفت. برای گندم ، 28 منبع اطلاعاتی از 13 کشور در 5 قاره آنالیز شد . داده ها در مورد برنج با 13 منبع معتبر در 8 کشور بررسی شد. مطالعات بسیاری روی تولید برنج و استفاده آب ، برای تمرکز بر روی میزان آب ورودی به سیستم وجود دارد ، در حالیکه تعداد کمی از مطالعات ، تبخیر – تعرق واقعی (ETact) را بررسی می کنند. در مورد پنبه ، 16 آزمایش انجام شده در 9 کشور متفاوت و برای ذرت 27 منبع در 10 کشور مختلف در 4 قاره بررسی گردید. بررسی روی CWP ذرت ، به طور عمده در آمریکا ( 9 منبع ) و چین ( 7 منبع ) متمرکز شده است . اکثر منابع علمی در این مورد به زبانهای فرانسوی و اسپانیولی می باشد. بیشترین منابع چاپ شده که حداقل نیازهای اطلاعاتی را در مورد این 4 محصول
ارائه دهند در قاره های آفریقا ، آمریکای لاتین و اروپا یافت می شوند. متاسفانه بسیاری از منابع چاپ شده ، روی تعیین کارآیی آب محصولات یا عملکرد محصولات متمرکز هستند ، در حالیکه بقیه ، صرفاً کاربرد آب آبیاری را بررسی می کنند.
2-3- بهره وری آب زراعی (CWP)
شکل d-a1 : هیستوگرامهای توزیع فراوانی گندم، برنج، پنبه و ذرت را نشان می دهد . به منظور صرف نظر از افزایش افراطی ارزشها ، دامنۀ CWP توسط گرفتن ملاکهای 5 و 95 توزیع فراوانی فزاینده ، تخمین زده شد . نتایج در جدول 2 ارائه شده اند . گندم ، بیشترین تعداد نقاط تحقیقاتی را دارد (412 = n) و دامنه CWP آن بین 6/0 و 7/1 است.
Kassam , Doorenbos (1979) دامنۀ پایین تری از 8/0 تا 0/1 را ارائه می دهند.
حداکثر ارزش، توسط (1999) . Jintet al در چین پیدا شد: استفاده از کود دامی منجر به تولید بیشتر شد و مالچ کاه ، آب خاک و وضعیت درجه حرارت خاک را بهبود بخشید. CWP برای آزمایش با مالچ کاه ، 67/2 بود و برای ترکیب مالچ و کود ، 41/2 بود. در فصل زمستان میزان ETact به 268 و 236 تعدیل شد و به ترتیب عملکردها بالا رفت و بین 7150 و 5707 بود. ( شکل 2a) . CWP برنج ، دامنه ای بین 6/0 و 6/1 دارد ( شکل 1b) . TUong و Bouman (2003) دامنه مشابهی از 4/0 تا 6/1 برای زمین های برنج ارائه کردند. ارزشی ماکزیمم CWP از 1/1 برای برنج، که توسط Doobrenbos و Kassam (1979) ( جدول 2) ارائه شد، به فراتر از 6 در 13 منبع عملی رسید. دامنه CWP برنج ، مشابه گندم است؛ شکل توزیع فراوانی در برنج، به همواری ( ملایمت) گندم نیست زیرا نقاط کمتری موجود است. ارزش ماکزیمم آن به بالاتر از 20/2 رسید و در چین بر روی زمین های برنج با تناوب خشکی و رطوبت ، اندازه گیری شد ( 2001 ، Dong etal) . عملکرد دانه برنج بالای 10 یکی از بالاترین موارد اندازه گیری بود. در حالیکه Etact آن به سمت پایین تر با mm465 بود ( شکل2.b).
ارزش CWP پنبه برای عملکرد Lint آن ، از 14/0 تا 33/0 گسترده است . ارزش ماکزیمم آن فراتر از 35/0 است و توسط Jin etal (1999) و Saranga etal (1998) به ترتیب در چین و اسرائیل ، ارائه شد.
Jin etal(1999)؛ آزمایشاتی انجام داد که در آن پنبه در شیارهایی کاشته شد و خاک توسط پلاستیک سوراخدار بمنظور نفوذ به پهلوی گیاه و کاهش تبخیر خاک و بهبود وضعیت آب خاک ناحیۀ ریشه، پوشانده شد.
Saranga etal (1998) ؛ مقدار میانگین عملکرد Lint را در یک آزمایش مزرعه ای با آبیاری محدود ، 1300 ارزیابی کردند. در حالیکه میزان ETact فصلی پایین در mm390 اندازه گیری شد ( شکل 2c).
Howel etal (1984)؛ مقدار مشابهی را ( 33/0) در یک آزمایش با فراوانی بالا آبیاری قطره ای و کاهش مدیریت کم آبیاری برای ردیف های کم عرض پنبه در کالیفرنیای آمریکا اندازه گیری کرد . عملکرد Lint بیشتر از 2000 بود. تا زمانیکه ETact فصلی نسبتاً پایین (mm617)بود. دامنه برای عملکرد پنبه دانه با 41/0-95/0 ، بیشتر از دامنه ای بود که در FA033 ارائه شده است . ( 6/0-4/0) . در آرژانتین مقدار ماکزیمم ، فراتر از 0/1 در آزمایشاتی که آب در طی دوره های بحرانی مثل قبل از دانه بندی و گلدهی بکار رفت، اندازه گیری شد ( 1999 ، Prieto and Angueira) .
عملکرد پنبه دانه، در قیاس با سایر عوامل تغییر نکرد، تا هنگامی که ETact پایین تر بود. (mm495-447 ، شکل 2c).
در نهایت ، مقدار CWP ذرت در دامنۀ 22/0 تا ماکزیمم 99/3 اندازه گیری شد ( شکل 1d). که دامنه 63/1 وسیعی از تنوع را نشان می دهد ( 38/0 = CV) . در 67 درصد مقالات چاپ شده ، مقدار ماکزیمم در منابع ، از مقدار که توسط FA033 تعیین شده فراتر می رود.
دامنۀ CWP از 1/1 تا 7/2 برای ذرت, ( گیاه C4) , به طور چشمگیری بالاتر از گندم ، برنج و پنبه می باشد که جزء گیاهان C3 اند. مقدار ماکزیمم توسط (b2000) . Kangetal در آزمایشات تلفیق آبیاری متناوب شیارها و کم آبیاری تحت شرایط کشور چین بدست آمد . مقدار کم آب آبیاری به طور متناوب به یکی از دو شیار مجاور می رسد. Etact با mm226 بسیار پایین بود. در حالیکه عملکرد دانه در حدود 9058 است.
4- بحث
در شکل 2a-d ، عملکرد چهار محصول ، در خلاف جهت Etact برای هر محصولی ، رسم می شود. تمام چهار نمودار ، نشان می دهد که رابطه Yact – Etact به سادگی آنچه اغلب به نظر می رسد نیست: مقدار مجذور r- پایین است؛ پنبه Lint بیشترین مجذوز ( 39/0= ) را داشت ، سپس گندم ( 35/0 = ) ، ذرت ( 33/0 = ) ، پنبه دانه (19/0= ) و برنج (09/0= ).
نتیجه ای که در اینجا گرفته می شود آنست که تابع Yact (ETact) صرفاً به صورت موضعی موثر است و نمی تواند در برنامه ریزی در مقیاس کلان مدیریت آب کشاورزی استفاده شود. محدودۀ وسیعی در مقدار CWP برای این چهار محصول ، موجود است ( جدول 2) ، که بواسطۀ فاکتورهای زیادی که در رابطۀ آب –خاک گیاه موثرند، ایجاد می شود. در این بررسی برای شرح مناسب از محدوده های گستردۀ CWP ، فقط سه موضوع ، اینجا بحث می شود : عوامل اقلیمی ( آب و هوا ) مدیریت آب آبیاری و مدیریت خاک.
Dewit (1958) از اولین افرادی بود که رابطۀ فتوسنتز – تعرق را تشریح کرد. Bierhuizen و slayter (1965) تاثیر پارامترهای جوی را بر روی این رابطه بررسی کردند و دریافتند که به طور نسبی ، رابطۀ معکوسی ( بازبینی و تایید توسط Tannr و Sinclair در 1983 بین کمبود فشار بخار در هوا و CWP وجود دارد. نتایج مشابهی توسط Stanhill (1960) بر روی مراتعی که در عرض ها جغرافیایی مختلف هستند ، پیدا شد. کمبود فشار بخار ، بطور کلی هنگامی که از خط استوا دور می شویم، کاهش می یابد، انتظار می رود که با افزایش عرض جغرافیایی ، مقدار CWP نیز افزایش یابد. این مسئله برای مجموعۀ اطلاعات متداول ، تست شده است. برای هر مکان تحقیقاتی ( که بعنوان منطقه جغرافیایی خاص تعریف شده است) ، ماکزیمم CWP هر محصول ، بر خلاف مقدار عرض جغرافیایی مکان آزمایش رسم می شود.
در واقع مقدار ماکزیمم با شرایط رشدی گیاه، مدیریت آب آبیاری و مدیریت حاصلخیزی خاک در هر منطقه مشخص می شود. نتایجی که در شکل 3 نشان داده شده است، اثبات می کند که CWP با کم شدن عرض جغرافیایی ، کاهش می یابد. همچنین نشان می دهد که بیشترین مقدار CWP بین عرضهای جغرافیایی 30 و 40 درجه ، جایی که تغییر فاکتور 3-2 در CWP گندم ، برنج و ذرت ، نسبت به عرضهای 10 و 20 درجه شناسایی شده وجود دارد.
مثالهای متعددی در مقالات علمی ، تاثیر مدیریت آب آبیاری را بر CWP توصیف کرده اند ( بعنوان مثال : oktemet al . 2003 ؛ zhang etal ; 1998 ؛ Yazar etal ; 2002 a؛ Kang etal ; 2000a ؛ sharma etal ; 1990؛ تاثیر شیوه های کم آبیاری به میزان محدودی روی عملکرد و پیدا کردن مقدار CWP بهینه بررسی شده است . در شکل 4a و 4b ، CWP گندم و ذرت بر خلاف مقدار خالص آب آبیاری که در آزمایشات متنوعی بکار رفته است، ترسیم می شود . مشخص شد که بدون ابیاری CWP در سیستمهای وابسته به نزولات آسمانی ( دیم ) ، پایین است. اما هنگامیکه آب آبیاری اندکی به سیستم اضافه شود CWP به سرعت افزایش می یابد . بر اساس اطلاعات داده ها، میزان بهینه CWP تقریباً در حدود 150 و 280 mm آب آبیاری بکار رفته به ترتیب برای گندم و ذرت بدست می آید. ( بعلاوه بارندگی ) . شکل 4 نشان می دهد که چگونه CWP توامان می توان با ذخیره آب و کاهش آبیاری ، افزایش یابد. حداکثر بهره وری آب گاهش ممکن است با خواسته های کشاورز که هدفش بهره وری حداکثر زمین و سود دهی اقتصادی است ، منطبق و هماهنگ نباشد.
این مسئله نیازمند یک تغییر عظیم در علم آبیاری ، مدیریت آب آبیاری و توزیع آب حوضچه هاست، برای حرکت از استراتژی حداکثر آبیاری – حداکثر محصول به سوی سیاست ( آبیاری کمتر – CWP بالاتر ) در کنار مقدار کلی آب آبیاری بکار رفته ، تنظیم زمانبندی آبیاری نیز عاملی مهم است . تنش آب در طی مراحل مختلف رشد CWP را به طرق مختلفی تحت تاثیر قرار می دهد ؛ در ازمایشاتی که روی پنبه انجام شد، مشخص گردید که تنش آب هنگام رشد رویشی و دورۀ شکل گیری غوزه ها بر کاهش مقدار CWP موثر است . تنش ملایم در هنگام تشکیل محصول بر میزان عملکرد موثر نیست اما رشد رویشی گیاه را کاهش می دهد و بنابراین ممکن است، CWP را بهبود بخشد. (Prieto and Angueira , 1999)
ارتباط آبیاری و CWP در برنج مشابه آنچه که در گندم و ذرت یافت می شود ، نیست. در کشت برنج ، بجای آبگیری مداوم و رایج سایر استراتژیهای مدیریت آب ، مانند مرطوب و خشک کردن متناوب ( آبیاری تناوبی ) و خاک زراعی اشباع ، بررسی شدند. آنالیز آزمایشات مرطوب و خشک کردن متناوب در هندوستان توسط ، 1990 ، mishra etal نشان داد که اگر چه آب آبیاری ذخیره می شود. بهبود معنی دار و چشمگیری در CWP بین 8/0 و 99/0 (n,24)؛ برای تحقیق بخصوص در هند، ETact کاهش نیافت زیرا آبیاری انجام شده، مازاد بر ETact بود.
(2001)Dong etal؛ به نتایج مشابهی دست یافت و پی برد که تفاوت زیادی بین آبگیری مداوم و آزمایشات مرطوب و خشک کردن متناوب وجود ندارد ؛ میانگین 10 ساله ETact و CWP مقادیر 590 و 591 mm و 49/1 و 58/1 به ترتیب برای آبگیری مداوم و آزمایشات آبیاری تناوبی محاسبه شد. از سوی دیگر (20039 : shei etal در کار با لیزیمتر ، مقدار بیشتری از CWP را برای آزمایشات آبیاری تناوبی اندازه گیری کرد . ( 0/2) در مقایسه با ابگیری مداوم ( 6/1) در حالیکه ، عملکردها فقط 200 کمتر بود. علاوه بر این ، ETact در آزمایشات تناوبی (mm347) و در مقایسه با آبگیری مداوم ، 22 درصد کمتر بود . برای توضیح مطلب ( 1996) seckler ذخیرۀ آب ( خشک ) و ( مرطوب ) از هم متمایز ساخت . کاهش در ETcat ذخیرۀ مرطوب بواسطۀ تبخیر – تعرق آب بوده و قابلیت استفاده در آینده را ندارد . از طرف دیگر، ذخیرۀ آب آبیاری همانا ذخیرۀ خشک است ، زیرا آب ممکن است در حوضچه ها برای استفاده مجدد ، بازیافت شود ( قبل از آلوده شدن ) . همانطور که توسط نتایج بدست آمده توسط ( 1990) . mishra etal و (2001) و Dong etal نشان داده شد، آبیاری تناوبی ، صرفاً یک مثال ذخیره آب خشک است زیرا ETact به سختی توسط کاهش ذخایر ، تحت تاثیر قرار می گیرد.
(2001)؛ Hatfield etal ؛ تاثیرات مدیریت خاک را بر CWP از طریق اصلاح سطح خاک مانند شخم و مالچ باشی و بواسطه بهبود مواد معدنی خاک از طریق اضافه کردن نیتروژن و یا فسفات بررسی کردند. اصلاح سطح خاک ، روند ETact را تغییر می دهد و اغلب مشخص شده که رابطۀ مثبتی با CWP دارد. مواد معدنی ، بصورت غیر مستقیم برکارآیی فیزیولوژیکی گیاه موثر است . در شکل 5 مقدار نیتروژن بر خلاف CWP گندم طی تحقیقات در نیجریه ، سوریه و اروگوئه ترسیم شده است.
CWP هنگامی که نیتروژن بکار گرفته شد و به میزان بهینه در مقدار تقریبی 50 رسید، افزایش یافت.
از طرف دیگر (1998) . Corbeels etal و (1996) Fernandez etal تفاوت معنی داری را هنگامی که از نیتروژن تثبیت شده استفاده گردید، اندازه گیری نکردند . ترکیب مواد معدنی و سطوح آبیاری ، بسیار معمولی بررسی شدند ( بعنوان مثال ؛ Li etal ; 2001؛ Pandey etal ; 2001؛ oweis etal ; 2000؛ zimaszalokine and szaloki ; 2002) . مقدار بهینه برای میزان عناصر معدنی و کاربرد آب آبیاری می تواند در CWP ماکزیمم یافت شود.
5- جمع بندی
محدوده CWP برای چهار محصول مورد بررسی به اندازه ای که توسط CV بالا بین 28 و 40 درصد نشان داده شد، وسیع است و در واقع یک رابطه منطقی بین ETact و عملکرد گیاه برقرار کرده است ( 39/0 -09/0 = ).
این تنوع ، عمدتاً با : (1) اقلیم آب و هوا ؛ (2) مدیریت آب آبیاری ؛ (3) مدیریت ( حاصلخیزی ) خاک مرتبط است ، با این وجود ، متغیرهای توصیفی ، غالبند . ناحیۀ آب و هوایی بین عرضهای جغرافیایی 30 و 40 درجه بعلت CWP بالاتر و کمبود فشار بخار کمتر مناسب تشخیص داده شده است . در نواحی با خاکهای کم بازده ، استفاده از حاصلخیز کننده های خاک ، امکان بهبود در CWP را افزایش می دهد . حداکثر افزایش در CWP با کاربرد مقادیر کم نیتروژت همراه است.
روشهای کم آبیاری برای بهبود CWP به کار رفته است و گاهی تا بیش از 200 درصد تاثیر دارد . گیاهان زمانیکه در حضور آب تحت تاثیر تنش قرار می گیرند ، کارآیی بالاتری نشان می دهند . بنابراین با تردید نتیجه گیری می شود که در رسیدن به CWP بهینه در مناطق کم آب ، عاقلانه است که گندم و ذرت با آب کمتر آبیاری شود، همانطور که برای دستیابی به عملکردهای ماکزیمم بیان شد.
در کشت برنج ، افزایش CWP هنگام کاربرد آب کمتر ، نمی تواند توسط اطلاعات داده ها ، اثبات شود ؛ در خلال بسیاری از آزمایشات مرطوب و خشک کردن متناوب و آبگیری مداوم ، تفاوت چشمگیری ( معنی دار ) در CWP وجود نداشت . ذخیرۀ آب در برنج ، ( ذخیره خشک ) است ، زیرا کاربرد مصرفی تحت تاثیر قرار نگرفته یا اندکی متاثر می شود.
محدودۀ وسیعی در CWP موید آنست که روشهای جدید در مدیریت آب پشرفت کرده ؛ زیرا که تولیدات کشاورزی با منابع آبی در حدود 20-40 درصد به پایین همچنان با حفظ و حتی افزایش عملکردها همراه است.
هیچ نظری موجود نیست:
ارسال یک نظر