کیفیت آب آبیاری

از عوامل پایین بودن کیفیت آب آبیاری می توان به pH  بالا و زیادی  یون بی کربنات در آب آبیاری اشاره نمود. بدیهی است آبیاری واحدهای تولید با این قبیل آبها سبب افزایش pH  شیره سلولی و غیر فعال شدن عناصری مانند فسفر، آهن، روی و منگنز می شود.

لذا ارزیابی کیفیت آب آبیاری یکی از پارامترهای مهم در کشاورزی است. از آن جا که انواع مختلف آب جهت آبیاری مورد استفاده قرار می­گیرد، پس لازم است که سیستم خاصی از استاندارد کیفیت آب برقرار ‌شود. برای ارزیابی کیفیت آب آبیاری بایستی موارد زیر را در نظر گرفت:

 

شوری (غلظت کل املاح محلول)

غلظت سدیم به سایر کاتیون­ها

‏غلظت کربنات و بی کربنات

غلطت بر، کلر و سایر عناصر سمی

 

شوری (غلظت کل املاح محلول)

جامدات محلول در آب (TDS) ترکیبات موجود در آب هستند که توسط صافی های معمولی حذف نمی شوند. جامدات محلول آب در واقع نمک ها و ترکیبات آب هستند که تجزیه شده و تشکیل یون ها را می دهند. شوری با پارامتر هدایت الکتریکی (EC) اندازه گیری می شود. این اندازه گیری نسبی تعداد کل نمک های محلول در آب است. آب خالص یک هادی ضعیف است، در حالی که آب شور یک هادی خوب است.واحد متداول اندازه گیری  EC (dS / m ) دسی زیمنس برمترمی باشد. محصولات کشاورزی در حساسیت به شوری با توجه به  گونه و مرحله رشد، متفاوت هستند. به طور کلی، گیاهان بالغ نسبت به شوری متحمل ترند.

 

غلظت سدیم به سایر کاتیون­ها

رایج ترین روش اندازه گیری  سدیم در آب و خاک محاسبه  جذب سدیم (SAR) است. SAR  نسبت غلظت سدیم به مجموع غلظت کلسیم (Ca) و منیزیم )  (Mgدر یک نمونه تعریف می شود.SAR در واقع  ارزیابی پتانسیل مشکلات نفوذ به علت عدم تعادل سدیم در آب آبیاری می باشد.

 

خطر بی کربنات و شوری آب

یکی از پارامترهای مهمی که برای سنجش کیفیت آب آبیاری  بایستی اندازه گیری شود آنیون بی کربنات است؛ چرا که بی کربنات باعث رسوب کلسیم و به مقدار کمتری رسوب منیزیم می شود. این عمل باعث افزایش SAR محلول خاک و به دنبال آن باعث بالا رفتن ESP خاک می شود. گرچه رسوب کربنات ها در آب های سطحی معمول است، ولی این عمل در آب های زیرزمینی از شدت بیشتری برخوردار است. آب های زیر زمینی با CO_۲  موجود در خود و غلظت زیاد بی کربنات در حالت تعادل هستند و به محض استخراج این آب ها و قرار گرفتن در معرض هوای آزاد، CO_۲  آن ها متصاعد می شود و کلسیم و منیزیم موجود به صورت کربنات ها رسوب می کنند.

به فرض این که کلیه کلسیم و منیزیم ها به صورت کربنات رسوب کنند، بنابر نظر ایتون ‏(Eaton)  در سال ۱۹۵۰، کربنات سدیم باقی مانده را می توان مطابق معادله زیر محاسبه کرد:

‏

‏غلظت یون ها بر حسب میلی اکی والان بر لیتر می باشد.

غلطت بر، کلر و سایر عناصر سمی

عامل مهم دیگر در ارزیابی کیفیت آب، عناصر سمی است. در آب‌های مناطق خشک، ممکن است عناصری مثل کلر، سدیم و بُر به مقدار زیاد وجود داشته و باعث مسمومیت گیاه شوند. علاوه بر آن، آب‌های آلوده مانند پس آب های صنعتی دارای عناصر سمی مانند: کادمیومCd ، سربPb  و نیکلNi  می‌باشند. به نحوی که غلظت این عناصر در آب فراوان است و برای گیاه ایجاد مسمومیت می‌کند. حد مجاز عناصری مانند آلومینیوم Al، بریلیومBe ، سلنیومSe  و نیکل در آب بسیار کم است و اگر از این حد مجاز بیشتر شوند برای گیاه ایجاد مسمومیت می‌کنند.

اصلاح کننده های آب:

ژیپسیم, سولفور دی اکسید, پلی سولفید, آمونیوم تیو سولفات

اختلاط آب با گوگرد و چندین ماده شیمیایی می تواند در بهبود کیفیت آن بسیار مؤثر باشد و این مسئله به شرایط آب و خاک بستگی دارد. کیفیت آب به نمک های موجود در آن (EC_w)، نسبت جذب سدیم (SAR)، میزان یون های سمی موجود در آن بستگی دارد. اصلاح کننده های گوگردی سرعت نفوذپذیری آب های سبک را افزایش داده و SAR آب را ثابت نگه داشته و یا بهبود می بخشند. همچنین احتمالا به شستن خاک از یون های اضافی کمک می نماید. افزایش آمونیاک بدون آب، باعث افزایش pH آب شده و اصلاح کننده های گوگردی به طور مؤثری pH را پایین آورده و دسترسی کودهای ازته بکار رفته را بهبود می بخشند. در انتخاب اصلاح کننده آب، تفاوت اصلاح کننده ها، واکنش های آن ها، و شرایط آب و خاک و سیستم آبیاری باید بررسی و در نظر گرفته شود.  درست است که با بکار بردن مقدار زیادی از اصلاح کننده هایی مانند سولفوریک اسید، خاک های شور اصلاح شده و مواد غذایی موجود در خاک به راحتی در دسترس گیاه قرار می گیرند ولی معمولا این مقدار زیاد به علت خوردگی نهرهای بتونی و لوله های آبیاری، توصیه نمی شود. به دلیل حلالیت کم ژیپسم و SO_۲، این ترکیبات نیز اصلاحات مورد نیاز را ایجاد نمی نمایند.

اصلاح کننده آب بیشتر باعث اصلاح آب و سطح خاک می گردد تا اصلاح منطقه ریشه. بهبود ارتباط بین خاک- هوا- آب و افزایش عمق ریشه باعث بهبود راندمان جذب مواد غذایی و آب مورد استفاده می شود.

 

ژیپسم:

برای مدتی از ژیپسم برای اصلاح آب استفاده می شد. خاصیت اصلاح کنندگی این ماده برای اصلاح SAR آب، مربوط به کلسیم موجود در آن می باشد. حلالیت کم ژیپسم باعث می شود که کلسیم به حد مورد نیاز وارد آب نشود و ذرات ریز آن ممکن است مسیر وسایل توزیع آب را مسدود نمایند. یک راه ساده بکار بردن ژیپسم این است که قطعات درشت این ماده را در داخل نهر های آب قرار می دهند تا با عبور آب بتدریج در آب حل شوند. ژیپسم خرد شده به قطعات درشت ارزان تر بوده و بهتر است که در نهر های باز از این قطعات استفاده شود. ژیپسم نمک خنثی است که کلسیم مورد نیاز برای اصلاح SAR آب را فراهم می نماید.

 

سولفوریک اسید:

سولفوریک اسید برای اصلاح آب استفاده می شود. سولفوریک اسید نه تنها الکترولیت موجود در آب را افزایش می دهد بلکه کربنات و بی کربنات موجود در آن را نیز کاهش داده و یا از آن خارج می کند.

در نتیجه واکنش های فوق SAR آب کاهش می یابد این واکنش نشان می دهد که Ca تمایل خواهد داشت که در محلول باقی مانده و به صورت رسوبCaCO_۳   از محلول خارج نشود. کربنات و بی کربنات برای جذب مواد غذایی مضر هستند. خارج شدن بی کربنات از آب امکان جذب عناصر را بهبود می بخشد. همچنین کاهش کربنات در آب، میزان جذب سدیم یا سمیت آن را کاهش نمی دهد. از آن جایی که رسوبات CaCO_۳ در خاک مانند سیمان عمل می نمایند بنابراین خروج کربنات از خاک به از بین بردن سفتی خاک کمک می کند.

آب آبیاری که با اسید مخلوط شده می تواند به نهر های بتونی و لوله های فلزی صدمه بزند. با تنظیم pH آب در حدود ۷-۶ می توان این مشکل را تا حد زیادی حل نمود و این pH برای آب بسیار مناسب است. اندازه گیری مداوم pH آب و استفاده از دستگاه های اتوماتیک جهت قطع جریان آب به مقدار زیادی از خطراتی که با استفاده از این اصلاح کننده ها همراه است جلوگیری می نماید. در سیستم آبیاری قطره ای و یا پاشنده تحت فشار، ممکن است به منظور جلوگیری از تشکیل رسوبات کلسیت بر روی نازل و یا سیستم پاشنده مقداری اسید به آب اضافه شود. در مورد سیستم باز، CO_۲ وارد اتمسفر می شود. در سیستم تحت فشار، به دلیل CO_۲ به دام افتاده، اسید کمتری مورد نیاز می باشد. بنابراین اگر اسید بر اساس بی کربنات و آمونیاک موجود در آب اضافه نشود ممکن است که مشکل خوردگی بوجود آید.

 

سولفور دی اکسید:

سولفور دی اکسید به آسانی توسط خاک جذب شده و به H_۲SO_۴ تبدیل می شود. در صورتی که به داخل خاک تزریق شود گوگرد موجود در خاک به راحتی در دسترس گیاه قرار خواهد گرفت و دسترسی گیاه به Fe ،Zn، و P را در خاک های شور بهبود می بخشد. همچنین سولفور دی اکسید برای اصلاح آب مفید است و به مقدار زیادی به همین منظور مصرف می شود. گاز SO_۲ متراکم شده می تواند بدین منظور مصرف شود ولی اخیرا استفاده از دستگاه هایی که گوگرد را می سوزانند و SO_۲ تولید می نمایند متداول شده است. سولفور دی اکسید SO_۲ که در این دستگاه ها تولید می شوند به آب آبیاری اضافه می شوند. آب با SO_۲ اکنش داده و H_۲SO_۳ تشکیل شده و اکسید شده و به H_۲SO_۴ تبدیل می شود. بنابراین مواردی که برای اختلاط سولفوریک اسید بیان شد در مورد SO_۲نیز صدق می کند. با توجه به اینکه حلالیت سولفور دی اکسید در خاک بسیار کم است بنابراین استفاده از این ماده برای اصلاح خاک توصیه نمی شود.

 

پلی سولفیدها:

کلسیم پلی سولفید (CPS) یا آهک گوگردی و آمونیم پلی سولفید (APS) به طور گسترده ای به عنوان اصلاح کننده آب استفاده می شوند. این مواد به صورت مایع بوده و به شدت قلیایی هستند و زمانی که با آب مخلوط می شوند گوگرد کلوئیدی تولید می نماید. با افزایش پلی سولفیدها در آب pH آب به شدت افزایش می یابد. زمانی که پلی سولفید های قلیایی توسط آب رقیق می شوند pH آن ها به کمتر از ۱۰ کاهش یافته و گوگرد به صورت کلوئیدی از محلول جدا می شود و یون ها به رس ها متصل شده و جایگزینNa⁺ می شوند.

مقداری گوگرد کلوئیدی در نهر ها ترسیب می شوند ولی بیشتر آن ها به سمت مزارع حرکت می کنند و وارد خاک می شوند. در سیستم آبیاری جوی و پشته ای با اکسیداسیون گوگرد قابلیت دسترسی مواد مغذی موجود خاک در مناطقی که گوگرد کلوئیدی تجمع یافته اند، بهبود می یابد. این مناطق معمولا به دور از ریشه گیاهان هستند. نفوذپذیری در بسیاری موارد بهبود یافته است و عملکرد APS نسبت به H_۲SO_۴ و CPS بهتر است. متوجه شده اند که با افزایش مقدار ژیپسم و SO_۲ بکار برده شده، میزان نفوذپذیری نیز افزایش می یابد ولی در مورد بکار بردن CPS به مقدار کم و یا در حد متوسط حداکثر نفوذپذیری بدست می آید. کاهش نفوذپذیری خاک با افزایش مقدار پلی سولفید، مربوط به بسته شدن منافذ خاک توسط گوگرد کلوئیدی می باشد. مشخص شده است که راندمان محصول با استفاده از APS نسبت به CPS افزایش می یابد ولی CPS سرعت نفوذپذیری را نسبت به APS بیشتر افزایش می دهد. رسوبات گوگردی که با استفاده از پلی سولفیدها تولید می شود، استفاده از آن را در سیستم آبیاری تحت فشار و قطره ای محدود می کند.

 

آمونیم تیو سولفات:

آمونیم تیو سولفات (ATS) یک منبع مایع برای ازت مورد نیاز گیاه بوده و بسیار محلول است و برای استفاده در سیستم آبیاری تحت فشار و قطره ای بسیار مناسب است. بکار بردن این ماده در آب نه تنها به خوبی ازت مورد نیاز گیاه را تأمین می نماید بلکه این ماده، معادل سایر اصلاح کننده ها قادر به خارج کردن سدیم از آب می باشد. آمونیم تیوسولفات نسبت به آمونیم نیترات و سه ماده گوگردی دیگر (ABS ،APS، و CPS) که برای بهبود نفوذپذیری خاک بکار می روند، بسیار بهتر است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که ATS برای بهبود سرعت نفوذپذیری بسیار مؤثر است و در ضمن pH خاک را نیز کاهش می دهد. همچنین با استفاده از ATS مشکل از دست دادن ازت به صورت denitrification، وجود ندارد.