رفع مشکل سختی آب در کشاورزی

سختی آب یکی از مشکلات عمده در بحث کیفیت آب آبیاری است که بسیاری از کشاورزان در ایران با آن دست و پنجه نرم می‌کنند. آبیاری با آب سخت علاوه بر تاثیر مستقیم بر سیستم آبیاری، بر کیفیت خاک و نهایتا سلامت گیاه تاثیرگذار است و می‌تواند خساراتی را به کشاورزان تحمیل کند. در این مقاله به مطالعه سختی آب و تاثیر آن بر کشاورزی خواهیم پرداخت.

آب سخت چیست؟

آب سخت (Hard water) به آبی گفته می‌شود که دارای غلظت بالایی از مواد معدنی به ویژه کلسیم، منیزیم، منگنز و کاتیون‌های دیگر می‌باشد. در واقع سختی آب به میزان کلسیم و منیزیم آن بستگی دارد که سبب افزایش PH آب و قلیایی شدن آن می‌گردد.
آب سخت به طور طبیعی زمانی تشکیل می‌شود که آب از میان سنگ‌هایی مانند سنگ آهک و گچ که حاوی مواد معدنی مانند کربنات کلسیم و کربنات منیزیم است عبور کند. آب یک حلال عالی برای کلسیم و منیزیم است، بنابراین با گذر میان این مسیرها حاوی چنین مواد معدنی خواهد شد.

تفاوت آب سخت و سبک در چیست؟

آب نرم یا آب سبک بر خلاف آب‌های سخت دارای محتوای یونی کمتر به ویژه کلسیم و منیزیم است. در عوض مقادیر بیشتری سدیم یا نمک دارد. آب نرم بیشتر آب‌های سطحی دریاچه‌ها، رودخانه ها و یا آب باران را شامل می‌شود. محبوب‌ترین و کم هزینه‌ترین راه برای سبک کردن آب، استفاده از نمک برای کاهش مواد معدنی موجود است. آب سختی که فرآیند نرم شدن را طی می‌کند، تنها به یک یون در آب می‌رسد و آن یون نمک است.

سختی آب معمولاً بر حسب ppm یا میلی‌گرم در لیتر (mg/L) اندازه‌گیری می‌شود. هرچه این عدد بیشتر باشد، آب سخت‌تر خواهد بود (و مواد معدنی بیشتری در آن حل می‌شود). طبق دستورالعمل‌ سازمان جهانی بهداشت (WHO)، در جایی که سطح کربنات کلسیم بالاتر از 200 میلی‌گرم در لیتر باشد آب «سخت» در نظر گرفته می‌شود.

جدول کلی برای طبقه‌بندی آب‌ها عبارتند از:

تفاوت سختی و TDS چیست؟

زمانی که میزان یون‌های کلسیم و منیزیم در آب اندازه‌گیری می‌شود در واقع سختی آن اندازه‌گیری شده است، در حالی که TDS میزان سختی کل (Total dissolved solids) را بیان می‌کند.

تاثیر سختی آب در کشاورزی

آب آبیاری در کشاورزی اغلب از طریق چاه‌ها و منابع آب زیرزمینی تامین می‌شوند. باران، برف یا آب‌های سطحی در طی مسیر خود برای پیوستن به سفره‌های آب زیرزمینی، از کنار خاک و سنگ‌ها عبور کرده و فرصت کافی برای جذب طبیعی مواد معدنی مختلف در طول مسیر را دارند. در این مسیر مواد معدنی در واقع جذب آب می‌شوند. با شروع فرآیند اکسیداسیون (که می‌تواند به محض ورود آب به چاه باشد)، مواد معدنی از آب خارج شده و شروع به اتصال به هرآنچه با آن در تماس‌اند می‌شود و فرآیند رسوب گذاری را آغاز می‌کند. با گذشت زمان، رسوبات آب سخت در محل ورودی آب به چاه جمع شده و با مسدود کردن آن، عملکرد چاه و میزان آبدهی آن را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. در چنین شرایطی گاه نیاز به بازسازی چاه وجود داشته و یا رفع رسوبات توسط مواد شیمیایی یا سایر روش‌ها برای بازگرداندن چاه به عملکرد اولیه انجام می‌شود.

آب سخت همچنین با عبور از سیستم‌های آبیاری اعم از آبیاری بارانی یا آبیاری قطره ای در شیرآلات، لوله‌ها، پمپ‌ها و… نیز سبب ایجاد رسوب شده و خروجی‌ها را مسدود می‌کند. انسداد لوله‌ها در آبدهی و نهایتا میزان آبیاری مناسب گیاهان مشکل ایجاد کرده و بازدهی سیستم و محصول را کاهش خواهد داد. کشاورزان باید جهت رفع مستمر گرفتگی قطره چکان ها و سایر اجزای سیستم‌های آبیاری اقدام کنند. متاسفانه کشاورزان اغلب پس از شروع زرد شدن و پژمرده شدن گیاهان متوجه این مشکل شده که آسیب‌های جبران‌ناپذیری را متحمل می‌شوند.

آیا آب سخت بر رشد گیاه تاثیر دارد؟

آب سخت علاوه بر تاثیر بر سیستم‌های آبیاری بر خاک و گیاهان نیز اثرگذار خواهد بود. جذب و تجزیه آب سخت برای گیاهان دشوار است چرا که مواد معدنی با اتصال به مواد مغذی مورد نیاز گیاه، آن را از دسترس خارج کرده و رشد گیاه را دچار اختلال می‌کند. از طرفی اگر آبیاری با آب سخت انجام شود، تجمع نمک‌های معدنی محلول در آب مانند کربنات کلسیم، کربنات سدیم و بی‌کربنات‌های مختلف پیوسته افزایش یافته و سبب سخت شدن خاک می‌شود. در چنین شرایطی جذب آب و مواد غذایی توسط ریشه با مشکل مواجه شده و بازدهی گیاه به حداقل می‌رسد.

علائم گیاهان آبیاری شده با آب سخت

• کلروز: برگ‌ها شروع به زرد شدن و خشک شدن می‌کنند. کلروز سبب ایجاد بیماری در ریشه محصولات خواهد شد.
• ایجاد لایه سفید روی زمین: پوسته‌ای مایل به سفید، سطح خاک را پوشانده و نفوذپذیری آن را کاهش می دهد. در نتیجه ریشه گیاهان اکسیژن کافی دریافت نکرده و دچار مشکل می‌شود.

تاثیر آب سخت بر گیاهان

نحوه سختی زدایی آب آبیاری

فرآیند سبک شدن آب برای گیاهان را می‌توان از طریق روش‌های طبیعی، شیمیایی و یا استفاده از سیستم‌های فیلتراسیون انجام داد که در بخش بعد به بررسی هر یک خواهیم پرداخت:

• روش‌های طبیعی

روش‌های طبیعی مختلفی برای فیلتر کردن مواد معدنی موجود در آب‌های سخت وجود دارد. استفاده از سنگ‌های آتشفشانی یکی از آسان‌ترین این روش‌هاست. سنگ‌های آتشفشانی متخلخل بوده و با عبور جریان آب، مواد معدنی موجود در آن را تا حدودی فیلتر می‌کند. از دیگر روش‌های طبیعی برای سختی زدایی آب می‌توان به استفاده از پیت موس برای گیاهان آپارتمانی اشاره کرد. مخلوط کردن خاک با پیت موس، آن را به اصطلاح سبک کرده و هنگامی که آب از آن عبور می‌کند، ذرات معدنی موجود در آب به آن متصل می‌شوند. علاوه بر این پیت موس با داشتن اسید و تانن‌ها، با نمک و ذرات کربنات کلسیم مخلوط شده و در نهایت آب را نرم کرده و PH آن را پایین می‌آورد.

• افزودنی‌های خاک

بسیاری از گیاهان در آب‌های قلیایی (PH بالا) و دارای مواد معدنی عملکرد مطلوبی نداشته و قابلیت رشد و شکوفایی خود را از دست می‌دهند. مواد افزودنی متفاوتی وجود دارد که یا به صورت مایع و یا ترکیبات جامد با خاک مخلوط شده و تعادل مورد نیاز را در آب سخت ایجاد کند. هنگام استفاده از افزودنی‌های خاک، رعایت نسبت صحیح مواد افزودنی به خاک ضروری است. کمبود یا استفاده بیش از حد مواد افزودنی می‌تواند مانع رشد گیاه شود.

• سیستم‌های فیلتراسیون

از دیگر روش‌های سختی زدایی آب آبیاری استفاده از سیستم‌های فیلتراسیون است. در سیستم‌های آبیاری از فیلترهای مختلفی جهت تصفیه آب استفاده می‌شود که به جداسازی ناخالصی‌های آب آبیاری کمک می‌کند.

سیستم اسمز معکوس (RO) یکی از روش‌های موثر فیلتراسیون است که مواد معدنی و ناخالصی‌ها را از آب سخت حذف می‌کند. آب پس از گذر از فیلترهای موجود در شبکه آبیاری, درصدی از ناخالصی‌های خود را از دست می‌دهد. سپس وارد غشای نیمه تراوا در سیستم اسمز معکوس شده که به دلیل تفاوت غلظت در دو سمت آن، همانند یک فیلتر عمل کرده و آب را تصفیه می‌کند. این سیستم برای زمین‌هایی که تنوع گیاهی بالایی دارند بسیار مناسب است چرا که می‌تواند PH آب را نیز تغییر دهد. بنابراین گیاهان با نیازهای اسیدی یا قلیایی خاص به راحتی با این سیستم تطبیق‌پذیر هستند.