مقاله زهکشی زیستی

  

کشاورزی پایدار در اراضی فاریاب به وجود سیستم زهکشی طبیعی یا مصنوعی که نمک و آب اضافی رااز خاک خارج می سازد، وابسته است . در بسیاری از مناطق زهکشی طبیعی ناکافی است و ایجاد زهکشی مصنوعی به صورت روباز یا زیرزمینی علاوه بر بروز مسایل زیست محیطی خیلی گران تمام می شود.

مقدمه

•         روش های زهکشی قائم ، افقی و حایل سال هاست که به عنوان روش های مرسوم و متعارف کنترل سطح ایستابی و شوری مورد استفاده قرار می گیرند. این روش ها با وجود مزایای زیادی که برای بهره برداران دارند، دارای اشکالاتی نیز هستند.

 

 

 

•               روشهای نوین در زهکشی شامل زهکشی زیستی، زهکشی خشک و اگروفورستری هستند.

 

•               زهکشی زیستی: هدف اصلی این روش ، استفاده پایدار و بهینه از اراضی فاریاب و جلوگیری از زهدار شدن و شوری اراضی حاصلخیز است. بر خلاف زهکشی مصنوعی که وابسته به وسایل مکانیکی است، زهکشی زیستی با کمک گیاهان در کنترل شوری و سطح ایستابی نقش دارند . گیاهان با نیروی محرکه کشش تعرقی، آب زیرزمینی را به اتمسفر پمپ می نمایند . این روش به عنوان یک روش کم هزینه ودر عین حال مطمئن برای حل مشکلات زهکشی مطرح است.

 

•         این سیستم ها عموما مقرون به صرفه تر و از نظر زیست محیطی نیز سالم تر هستند. نظر بر این که فن آوری زهکشی زیستی در صورت اجرای صحیح، قادر به پایین آوردن سطح آب زیرزمینی می باشد، همچنین مسائل مربوط به مناطق غرقاب و نیز نشت از کانال ها را مرتفع نماید.

                          گونه های گیاهی متداول در زهکشی زیستی

         •انتخاب گونه ها در زهکشی زیستی بستگی به شرایط محیطی دارد . برای مثال گونه های مقاوم به شوری برای شرایط شور و گونه های پرمصرف آب برای کنترل آبهای نفوذ یافته با شوری کم و نشت از کانال موثر می باشند.

•         گز   Tamarix troupii

•         آکاسیا Acasia nilotica    و Acasia tortilis

•         اکالیپتوس ها و به ویژه گونه   Eucalyptus camaldulensis

 

                          گونه های گیاهی متداول در زهکشی زیستی

گز   : گـَز یا گِز درختی است کهن سال، این درخت به علت رسیدن ریشه‌اش به آب سطحی زمین عمر طولانی می‌آورد، گویند که در بعضی مناطق گرمسیر بیش از هزار سال عمر کرده‌است. غالباً بیشترین ارتفاع این درخت به ۱۰ تا ۱۵ متر می‌رسد. درخت گز از خانوادهٔ Tamarix است و در نقاط مختلفی از دنیا از جمله ایران می‌روید.

 

                          گونه های گیاهی متداول در زهکشی زیستی

اوکالیپتوس درختی از تیره موردی ها که اصلش از استرالیا است و در آن سرزمین تشکیل جنگل‌های انبوهی می‌دهد و ارتفاع آن به ۱۴۵ متر و محیط تنه آن به ۲۵ متر می‌رسد.

گروهی از پژوهشگران استرالیایی در مقاله‌ای که تحت عنوان «ذرات طلای طبیعی در برگ اوکالیپتوس و ارتباط آن با اکتشاف ذخایر زیرزمینی طلا» در نشریه علمی نیچر منتشر کرده‌اند، مدعی شده‌اند که درخت اوکالیپتوس می‌تواند طلای موجود در عمق زمین را جذب و به سطح زمین منتقل کند و به این ترتیب، اکتشاف معدن از این طریق را امکان‌پذیر کند!!!!!!!!!

 

                 مبانی علمی زهکشی زیستی

•         نیروی محرکه در زهکشی زیستی مصرف آب توسط گیاهان می باشد . بنابراین کاشت گونه های درختی سریع الرشد نظیر اکالیپتوس در هنگام تغذیه (آبیاری یا بارندگی )، میزان نفوذ آب به سطح سفره را کاهش داده و در هنگام قطع آبیاری یا بارندگی، تخلیه و پایین رفتن سطح ایستابی را سبب می شود.

         •مطالعات اولیه در استرالیا نشان داده که میزان تعرق و برداشت آب زیر زمینی توسط درختانی که در اراضی با سطح ایستابی کم عمق( 5 الی 8 متر زیر سطح زمین ) قرار دارند بسیار زیاد و 3 تا 6 برابر( 1200-2300 ) بیشتر از تعرق سالانه گیاهان مرتعی mm/yr)400 ) می باشد.

                                   زهکشی زیستی در اراضی دیم

•         مشکل اساسی با زهکشی زیستی در مناطق دیم یا مرطوب این است که نیاز آبی گیاهان در فصل زمستان یا فصل بارندگی معمولاٌ کم است . در نتیجه زهکشی در زمستان با تأخیر همراه است، بطوری که خاک در زمستان اشباع و در تابستان تخلیه می شود . زهکشی زیستی در اراضی دیم با توجه به اهداف مختلف زیر طراحی می گردد.

         •1-کنترل تغذیه

         •2-جلوگیری یا قطع جریان آب زیرزمینی

•         3-افزایش تخلیه

                                  کنترل تغذیه

در مناطق دیم و مرتفع معمولاً جریان آب ورودی به زیر منطقه ریشه در مناطق بالادست به سمت پایین حرکت کرده و به سفره آب زیرزمینی در اراضی پایین دست تخلیه می گردد . این مسئله سبب ماندابی و شور شدن اراضی پایین دست می شود.

کاشت درختان در اراضی بالادست

اگر قدرت تبخیری گیاهان جدید خیلی زیاد باشد ممکن است

باعث خشک شدن منطقه، کاهش جریان رودخانه وچشمه ها

 و خشک شدن چاهها بشود.

 

 

 

 

 

 

                                 جلوگیری یا قطع جریان آب زیرزمینی

•         توسط درختکاری در چند نقطه پایین شیب، جائیکه کیفیت آب نسبتاً خوب است، جریان آب زیرزمینی به پائین دست تقلیل یافته و مشکل زهکشی پائین دست تا اندازه ای کاهش می یابد . محل درختکاری در این سیستم بسیار مهم است که بستگی به وضع و ساختمان لایه ها، شیب بالادست، میزان تغذیه ، کیفیت آب زیر زمینی و عمق سطح ایستابی دارد.

                               افزایش تخلیه

 

اراضی پست با سطح ایستابی کم عمق غالباً محل تخلیه آب زیر زمینی هستند اگر این اراضی دارای خروجی باشند و زه آب آنها به رودخانه تخلیه شود تعادل نمک بر قرار است . لیکن اگر اراضی فاقد خروجی باشند و نفوذ آب زیر زمینی به اعماق پائین تر نیز وجود نداشته باشد، شور شدن اراضی اجتناب ناپذیر است . در چنین شرایطی، پایداری سیستم زهکش زیستی در دراز مدت مورد تردید است. هم اکنون، عقیده عمومی در استرالیا بر این است که زهکش زیستی در اراضی پست و ماندابی نهایتاً به شوری ختم می شود، مگر اینکه از سیستم های زهکشی متداول برای کنترل شوری استفاده گردد.

 

 

                     زهکشی زیستی در اراضی آبی

•         اراضی آبی در هنگام آبیاری و نفوذ آب به خاک به عنوان سطوح تغذیه و در فاصله بین آبیاری که تبخیر -تعرق اتفاق می افتد به عنوان سطوح تخلیه عمل می کنند . زهکشی زیستی در اراضی آبی با توجه به اهداف زیر طراحی می گردد.

•         کنترل سطح ایستابی

•         جلوگیری از نشت کانال

•         سیستمهای مرکب (زهکش متداول + زهکش زیستی)

            سیستمهای مرکب (زهکش متداول + زهکش زیستی)

•         در شرایطی که تجمع نمک در منطقه ریشه، رشد گیاهان زهکش زیستی را محدود می سازد، راه حلهای مهندسی برای پایداری سیستم ضروری است . در چنین شرایطی ترکیبی از سیستم های زهکشی متداول و زهکشی زیستی می تواند کارساز باشد.

                                  اصول طراحی

         •در توسعه سیستم های زهکشی زیستی موارد زیر باید مورد توجه قرار گیرد:

         •بیلان آب : گیاهان زهکشی زیستی باید قادر به جذب آب زیرزمینی به اندازه تغذیه باشند تا سطح

ایستابی در زیر منطقه ریشه حفظ شود.

         •سطح کشت : سطح کشت زهکش زیستی باید حتی الامکان کوچک باشد . زیرا هدف اولیه کشاورزی(بخصوص در اراضی آبی ) تولید محصولات با ارزش است.

تحمل شوری : گیاهانی که به منظور زهکش استفاده می شوند باید از گیاهان مقاوم به شوری باشند زیرا آب زیرزمینی معمولاً از آب آبیاری شورتر است و مصرف آب توسط گونه های اکالیپتوس ، درختان و گیاهان با افزایش شوری به  ds/m 8 در شرایط شوری به نصف تقلیل می یابد.

 

                                  اصول طراحی

         •آرایش کاشت : کاشت گیاهان زیستی باید در بلوکها یا نوارهایی با فواصل معین صورت گیرد تا سطح

ایستابی در بین آنها و در اراضی آبی پایین تر از عمق ریشه گیاهان زراعی قرار گیرد . از آنجا که در کنارجاده ها و مرز اراضی امکان دسترسی و رسیدگی به درختان بیشتر است، این مکانها برای کشت درختان زهکشی زیستی توصیه می گردد.

بیلان نمک : توسعه پروژه های آبیاری بدون در نظر گرفتن زهکشی باعث شور شدن اراضی می شود برای برقراری تعادل نمک بدون استفاده از زهکشهای متداول، گیاهان کشت شده اصلی باید قادر به جمع آوری نمک بوده و پس از برداشت از منطقه خارج شوند . و این در شرایطی قابل تحقق است که شوری آب آبیاری بسیار کم باشد.

                                  اصول طراحی

جنبه های اقتصادی : مدیریت بهره برداری از درختان و گیاهان زهکشی زیستی متفاوت از گیاهان باارزش کشاورزی می باشد . در آمد حاصل از گیاهان زهکش زیستی چندین سال دیرتر از سرمایه گذاری اولیه (هزینه کاشت و نگهداری ) بدست می آید.

و مهم تر از همه :

پذیرش اجتماعی : کاشت گیاهان جدید نظیر درختان، وضع اجتماعی روستا را تحت تأثیر قرار می دهد بازار های جدید ممکن است بوجود آید، مراقبت های ایمنی درختان نسبت به گیاهان معمولی متفاوت است(هرس غیر قانونی یا قطع درختان برای هیزم ) و آتش سوزی می تواند نتیجه کار چندین ساله را در یک روز از بین ببرد . برای حل مسائل و اثبات اینکه منافع سیستم زهکشی زیستی تا حداکثر ممکن بدست می آید، شرکت فعال جوامع محلی در توسعه و کاشت درختان زهکشی زیستی، بی نهایت مهم است.

 

 

 

                  بیلان نمک مسئله ای مهم در زهکشی

هیچ سیستم بیولوژیکی بدون تعادل در بیلان نمک پایدار نخواهد بود بیلان نمک یکی از موضوعات بسیارمهم است که قبل از اینکه زهکشی زیستی به عنوان یک تکنیک مدیریتی مناسب مطرح شود باید موردبررسی قرار گیرد.

جذب نمک بوسیله گیاه در مقایسه با کل نمکی که از طریق آب آبیاری وارد محیط ریشه می شود بسیارناچیز است . مطالعات نشان داده است که فقط 1 تا 1.5 درصد از کل نمکی که وارد خاک می شود توسط گیاه از خاک خارج می شود!!!

                            بیلان نمک مسئله ای مهم

لامبرت (1981 ) میزان حذف نمک از خاک را توسط اکالیپتوس 400 کیلوگرم در هکتار برآورد نمود که معادل 1.3 درصد نمک وارد شده به خاک از طریق آب آبیاری است.

بنابراین توانایی گیاهان برای خروج نمک از منطقه ریشه امیدوارکننده نمی باشد و باید از تکنیک های دیگر مثل شستشوی نمک و روش های دیگر زهکشی نیز به صورت توام استفاده کرد.

                  عمر مفید سیستم های زهکشی زیستی

تجربه هایی که در زمینه زهکشی زیستی در نقاط مختلف دنیا وجود دارد، عمدتاً مربوط به سال های اخیر بوده و گزارشی مبنی بر عملکرد بلند مدت این سیستم ها مشاهده نشده است.

 

عمر این پروژه ها در تحقیق های اکرم (1385)، 10 و نهایتاً 15 سال تخمین زده می شود.

 

عمده مشکلی که باعث نا کارآمدی این سیستم ها پس از گذشت 10 سال می شود، مساٌله شوری است!!!!!

 

 

 

                             مواردی چند .........

در پروژه نهر گاندی در راجستان هند، کاشت درختان اکالیپتوس در اراضی ماندابی کنار نهر آبیاری، باعث پایین رفتن سطح آب زیرزمینی به انداره 15 متر در یک دوره 6 تا 7 ساله شد. حفاری های انجام شده تا عمق 10 متری در ناحیه درختکاری، توسعه ریشه درختان اکالیپتوس را حداقل تا عمق 10 متری نشان داد.

کاپور (2003)، زهکشی زیستی را برای آب با شوری کمتر از 12 ds/m  مجاز می داند.

اکرم(1385)، حداکثر شوری آب خاک که به روش زهکشی زیستی قابل کنترل است،ds/m 5 می داند.

روش های زهکشی دوستدار محیط زیست می تواند در شرایطی که لایه محدودکننده عمیق باشد، از عملکرد به مراتب بهتری بهره مند شود.

 

 

 

                                نتیجه گیری

1- زهکشی زیستی در حل مشکلات ماندابی در اراضی دیم و آبی بسیار مؤثر می باشد و در مناطقی که سطح ایستابی بالا بوده و شدت تبخیر نیز زیاد است عملکرد خوبی خواهد داشت.

2-توانایی گیاهان برای خروج نمک از منطقه ریشه خیلی رضایت بخش نیست، لیکن در به تأخیر انداختن انتقال نمک به منطقه ریشه یا در شرایطی که شوری آب آبیاری بسیار کم است مؤثر می باشند.

3-در شرایطی که تجمع نمک در منطقه ریشه رشد درختان را محدود می سازد، راه حلهای مهندسی برای پایداری سیستم ضروری است . در چنین شرایطی ترکیبی از سیستم های زهکشی متداول و زهکشی زیستی می تواند کارساز باشد.

4-- هرچه منطقه مرطوب تر و نیاز آبی کمتر باشد، زهکشی زیستی می تواند از کارآیی بیشتری برخوردار باشد.

 

منابع

- Biodrainage to combat waterlogging, increase farm productivity and sequester carbon in canal command areas of northwest India.

J. Ram1, J. C. Dagar, Khajanchi Lal, G. Singh, O. P. Toky, V. S. Tanwar1,S. R. Dar and M. K. Chauhan

•    ECO-FRIENDLY TECHNIQUE FOR COMBATING WATERLOGGING & SALINITY Jeet Ram, JC Dagar, Gurbachan Singh, Khajanchi Lal, VS Tanwar, SS Shoeran, MJ Kaledhonkar, SR Dar and Mukesh KumarTechnical Bulletin: CSSRI/Karnal/9/2008 CENTRAL SOIL SALINITY RESEARCH INSTITUTE, KARNAL (INDIA) &HARYANA FOREST DEPARTMENT, PANCHKULA (INDIA)

         •اینترنت و سایر سایت های زهکشی.