یکی از بزرگترین چالش‌هایی که امروزه کشاورزان با آن مواجه هستند کاهش شدید منابع آبی در دسترس جهت تامین آب مورد نیاز محصولات است. در گذشته آبیاری محصـولات کشاورزی بدون هیچگونه محدودیتی از نظر تامین منابع آبی انجام می‌شد. اما رفته رفته با افزایش جمعیت و صنعتی شدن جوامع، تقاضا برای مصرف آب افزایش یافت. از این رو کشاورزان در تامین منابع آبی مورد نیاز برای پرورش محصولات کشاورزی با مشکلات متعددی مواجه شدند. در چنین شرایطی کشاورزان روش‌های مختلفی را برای جلوگیری از اتلاف منابع محدود آب به کار گرفتند. روش‌هایی از قبیل خاک‌ورزی، مالچ پاشی و استفاده از مواد ضد تعریق برای محصولات کشاورزی، که برای کاهش و بهینه‌سازی مصرف آب بدون تاثیر منفی در راندمان محصول مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین روش‌های نوین آبیاری مثل آبیاری قطره‌ای، بارانی و… که اگر با برنامه‌ریزی و به صورت زمانبندی شده انجام شوند می‌توانند موجب مصرف بهینه آب با راندمان بالا گردند.
از دیگر روش‌هایی که در زمینه کاهش مصرف آب جهت رشد محصولات استفاده میشود کم آبیاری یا Deficit Irrigation است. کم آبیاری روشی است که در آن، آبی که تاثیر معنا داری در افزایش عملکرد گیاه ندارد حذف میشود. چنین روشی علاوه بر استفاده بهینه از منابع آب، کمک میکند تا گیاه کیفیت قابل قبول خود را حفظ کند.
ضرورت کم آبیاری
همانطورکه در بالا گفته شد با توجه به بحران کم آبی در سراسر دنیا، به ویژه در مناطقی که در تنش شدید خشکی قرار دارند، کم آبیاری میتواند یک راهکار مدیریتی برای رفع چالش‌های کمبود آب کشاورزی باشد.
استراتژی های مورد استفاده در کم آبیاری شامل:
- اصلاح برنامه‌های آبیاری
- متمرکز کردن آبیاری به مراحل بحرانی رشد محصول
- کاهش نرخ آبیاری
- پایان زودهنگام آبیاری
- افزایش راندمان آبیاری به روش های مختلف
مهمترین اصول مدیریت کم آبیاری
کم آبیاری با سایر روش‌های آبیاری تفاوت‌های زیادی دارد. دانستن میزان تعرق مجاز برای محصول، بدون کاهش قابل توجه عملکرد، از ابتدایی‌ترین اطلاعاتی است که هر کشاورز باید در این روش بداند. در کم آبیاری هدف اصلی، حذف آبیاری‌هایی است که تاثیر کمی بر عملکرد محصول دارند. کاهش اندک عملکرد محصول در برابر ارزش آبی که در این روش ذخیره میشود قابل قیاس نیست.
یکی دیگر از اطلاعات مورد نیاز قبل از به اجرا درآوردن کم آبیاری تعیین میزان تنش‌آبی است که محصول میتواند طی دوره‌های مختلف رشد و یا در فصول متفاوت سال تحمل کند. در رقم‌های مختلف از یک محصول، ارقامی که بار بیشتری می‌دهند نسبت به ارقامی که بار کمتری دارند به تنش‌های آبی حساس‌تر هستند.
همچنین اجرای کم آبیاری برای ارقامی که فصل رشد کوتاهی دارند و در برابر شرایط آب و هوایی خشک مقاوم هستند بیشتر پیشنهاد میشود.
نحوه اجرای کم آبیاری
روش خشکی موضعی ریشه گیاه (PRD)
در این روش، آبیاری در قسمتی از ریشه انجام شده و قسمتی دیگر خشک باقی می‌ماند و این فرآیند به صورت متناوب تکرار میشود. با اجرای این تکنیک، قسمتی از ریشه که آبیاری نشده دچار تنش آبی شده که منجر به تولید ABA (آبسیزیک اسید) میشود. ABA یکی از مواد تنظیم کننده رشد گیاه است که نقش مهمی در بسیاری از جنبه‌های رشد و نمو گیاه از جمله رسیدگی، خواب بذر و سازگاری با تنش‌های محیطی مختلف ایفا میکند. افزایش ABA در ریشه گیاه که به دلیل تنش آبی ایجاد گردیده به برگ‌ها منتقل شده و باعث بسته شدن روزنه‌های برگ گیاه میشود و عامل کاهش میزان تبخیر و تعرق گیاه است. در چنین شرایطی از دست دهی آب از طریق تعرق کاهش می‌یابد.
کم آبیاری به روش خشکی موضعی ریشه
راه‌های ارتقا میزان رشد گیاه
در بیشتر تحقیقات انجام شده که با هدف بررسی کم آبیاری صورت پذیرفته است گیاه را یک مرتبه تحت تنش آبی ملایم قرار می‌دهند و پس از آن آبیاری کامل انجام میشود. در این شرایط رشد و نمو طبیعی گیاه از سرگرفته میشود و و گیاهان به سطحی همانند آبیاری کامل بازیابی می‌شوند. در نمونه‌هایی که کاملا آبیاری شده، یک دوره کوتاه کمبود خفیف آب با تاثیر مثبت بر گیاه باعث رشد آن میشود. به عنوان مثال در آبیاری ذرت رشد و نمو گیاه تحت تنش آبی تنها 3 روز پس از آبیاری مجدد، به سرعت به سطح کنترل بازمیگردد.
زمانبندی و میزان اعمال کم آبیاری دو مولفه مهم در اثرگذاری در عملکرد گیاه می‌باشد. به طور مثال در ذرت، اعمال کم آبیاری در مرحله رویشی عملکرد دانه گیاه را بین 10 تا 20 درصد در مقایسه با تنشی که در کل دوره بر گیاه اعمال میشود افزایش می‌دهد.
گیاهان ذرت تیمار شده با کمبود آب خفیف در مراحل رشد بوته اولیه و ساقه، اثر مثبتی را از انتقال مراحل رشد اولیه به مراحل بعد نشان داده‌اند.طبق تحقیقات انجام شده گیاهی که تنش آبی در مرحله رشد بوته بر آن اعمال شود در مراحل دیگر چرخه زندگی خود مقاومت بیشتری در برابر کمبود آب در خاک دارند.
تاثیر کم آبیاری بر ریشه گیاه
تعداد محدودی گزارش در متون علمی وجود دارد که تاثیرات کم آبیاری بر ریشه گیاه را بررسی نموده است. آخرین مقالات ارائه شده نشان می‌دهد کمآبیاری نسبت ریشه به ساقه را افزایش می‌دهد. در آزمایشی که با اعمال کم آبیاری تنظیم شده (RDI) را در ذرت مورد بررسی قرار داد مشخص گردید که ایجاد تنش آبی ملایم در رشد بخش پوششی گیاه تغییرات چندانی ایجاد نمیکند اما ریشه گیاه به میزان قابل توجهی رشد میکند. افزایش رشد نسبت ریشه به اندام هوایی برای جذب آب و مواد مغذی پس از شروع مجدد آبیاری کامل فراهم میکند.
به طور مشابه در پنبه، آبیاری جزئی ریشه باعث تحریک رشد ریشههای ثانویه آن میشود. افزایش نسبت ریشه به اندام هوایی برای بهبود جذب آب و مواد مغذی خاک مفید است که این پدیده معمولا با استفاده از روش PRD (آبیاری جزیی منطقه ریشه) مشاهده می‌گردد و با استفاده از مدل‌های شبیه سازی نیز مورد تایید قرار گرفته است.
کم آبیاری چگونه عملکرد گیاه را افزایش می‌دهد؟
بررسی‌ها نشان می‌دهد که کم آبیاری در مراحل اولیه رشد به حفظ و افزایش عملکرد گیاه کمک میکند. در یکی از این تحقیقات که اثر کم آبیاری بر مزرعه کشت پنبه به روش آبیاری شیاری مورد بررسی قرار گرفته؛ با اعمال کمآبیاری به صورت آبیاری کامل یک کرت و قرار دادن کرت مجاور در معرض خشک شدن؛ میزان محصول برداشتی مزرعه را 13 تا 24 درصد افزایش داشت. در واقع اعمال کم آبیاری در مراحل اولیه رشد باعث مقاومت گیاه نسبت به کم‌آبی در مراحل بعدی از چرخه عمر محصول گردیده و یا حتی عملکرد محصول نیز افزایش یافته است.
سه عامل کلیدی کم آبیاری که در افزایش عملکرد محصول نقش دارند:
- کم آبیاری جزیی در مرحله جوانه زنی باعث تحریک ریشه گیاه شده و نسبت ریشه به اندام‌های هوایی گیاه را افزایش می‌دهد. در نتیجه گیاه در برابر خشکی‌های احتمالی در مراحل بعدی مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهد.
- کم آبیاری در مرحله رویشی، انتقال کربن ذخیره شده در بافت رویشی به دانه‌ها را افزایش می‌دهد.
- کمبود آب باعث کاهش رشد ساقه‌ای و برگی گیاه شده و مواد جذب شده فتوسنتزی بیشتری به محصول نهایی می‌رسند.
مقایسه کم آبیاری و آبیاری کامل یونجه
آیا کم آبیاری کیفیت محصولات را تغییر می‌دهد؟
تحقیقات در مورد اثر کم آبیاری بر کیفیت محصولات و گونه‌های مختلف آنان نتایج متفاوت، گوناگون و بعضا متناقضی دارد. به طور مثال در پرورش گوجه فرنگی که با استفاده از روش خشکی موضعی ریشه انجام شده است، گوجه‌ها گوشتی‌تر و با طعم بهتری نسبت به نمونه‌های بدون استفاده از کم آبیاری حاصل شده‌اند. این روش بروز و شدت پوسیدگی انتهای شکوفه را نیز کاهش می‌دهد (از دلایل مهم کاهش کیفیت گوجه فرنگی).
با این حال استفاده از کم آبیاری برای محصولی مثل کلزا، روغن دانه‌ها را به میزان قابل توجهی کاهش داده است.
در گیاهان درختی اثرات ناسازگاری استفاده از کمآبیاری مشاهده شده که کیفیت محصول کاهش پیدا کرده است. در تحقیقی که بر روی درخت پرتقال انجام شده اندازه میوه و درصد آب میوه کاهش داشته اما درصد اسید و غلظت آب میوه آن افزایش داشته است. در هلو اعمال کم آبیاری در اواخر دوره رشد گیاه عامل افزایش اسیدیته و افزایش قرمزی رنگ پوست آن بوده است که نشان دهنده بهبود کیفیت میوه است. در درخت توت اعمال کم آبیاری به طور قابل توجهی محتوای قندی و رنگ آن را کاهش داده است.
چنین مثال‌هایی نشان می‌دهند که کم آبیاری میتواند در برخی موارد به بهبود ویژگی‌های کیفی محصول کمک کرده و در برخی موارد اعمال این روش در آبیاری میتواند کیفیت نهایی محصول را کاهش دهد. کشاورزان و افراد متخصص در این حوزه باید تاثیراتی که کم آبیاری بر مزرعه و کیفیت محصولات می‌گذارد را ارزیابی کرده تا بتوانند کمترین میزان کاهش کیفیت را در محصولات خود داشته باشند.
کم آبیاری تنظیم شده انگور
چه خاکی برای کم آبیاری مناسب است؟
توجه به نوع خاک و ظرفیت ذخیره رطوبت آن، از دیگر عوامل مهم در استفاده از کم آبیاری است. به طور کلی خاکهای ماسهای می‌توانند به میزان کمتری رطوبت را در خود حفظ کنند. استفاده از کم آبیاری در این نوع خاکها با سرعت بیشتری برای گیاه تنش آبی ایجاد میکند اما در خاکهایی که خاصیت رسی آنها بیشتر است به دلیل این که رطوبت را به خوبی در خود حفظ میکنند کمآبیاری میتواند بهتر عمل کند. در استفاده از این روش برای آبیاری شاید نیاز باشد که شیوه‌های زراعی نظیر تراکم گیاهان، میزان مصرف کودهای شیمیایی، تاریخ کاشت منعطف‌تر، انتخاب ارقامی که فصل رشد کوتاهی دارند، مورد بررسی قرار بگیرد.
کم آبیاری برای چه محصولاتی مناسب است؟
محققین محصولات متفاوتی را جهت استفاده از روش کم آبیاری مورد بررسی قرار داده اند که در جدول زیر به آنها اشاره شده است.
محصولات بررسی شده از نظر قابلیت کم آبیاری | |||||
|---|---|---|---|---|---|
گیاهان بوته‌ای غیر درختی | گوجه | گندم | ذرت | کتان | کلزا |
سیب زمینی | سویا | لوبیا | ماش | آفتابگردان | |
گیاهان درختی | انگور سفید | سیب | زیتون | شلیل | |
بهترین روش برای زمانبندی کم آبیاری
بر اساس بررسی‌های انجام شده بر طیف وسیعی از محصولات (پنبه، گندم، چقندرقند، سویا، نیشکر، سیبزمینی و ذرت) می‌توان فرمول زیر را برای زمانبندی کم آبیاری استفاده نمود.
فرصت‌ها و چالش‌ها در کم آبیاری
همانطور که در ابتدا اشاره شد، با استفاده از روش کم آبیاری بین 20 تا 30 درصد در مصرف آب آبیاری صرفه جویی میشود، در شرایط مساعد تا 30 درصد راندمان مصرف آب افزایش پیدا کرده و در عین حال کمترین تاثیر در عملکرد محصول ایجاد خواهد شد. کم آبیاری را می‌توان با برخی از تکنیک‌های مدرن آبیاری مثل آبیاری بارانی، آبیاری قطره‌ای سطحی و زیر سطحی ترکیب کرد و با مدیریت مواد مغذی ناحیه ریشه از طریق کوددهی، کارایی را افزایش داد. این روش در کنار مزایای متعدد، چالش‌هایی نیز به همراه دارد.
-در وهله اول برای درک بهتر چالش‌های مرتبط با کم آبیاری لازم به یادآوری این موضوع است که کم آبیاری از نوع RDI (آبیاری تنظیم شده) یعنی ایجاد یک تنش آبی ملایم برای گیاه. این تنش آبی و خشکی ناحیه‌ای در ریشه، پیام‌هایی را از ریشه به اندام‌های هوایی گیاه ارسال میکند. این پیام‌ها عامل تغییر در شرایط شیمیایی و فیزیولوژیکی گیاه مثل بسته شدن روزنه‌های برگ‌ها و… هستند. در چنین حالتی مهمترین چالش، اندازه‌گیری کمی تغییرات به وجود آماده در شرایط فیزیولوژیکی و شیمیایی گیاه خواهد بود.
-چالش بعدی نیاز این روش به بررسی موارد متعددی است که بررسی همه آنها نیاز به صرف زمان و داشتن دانش فنی و تجربی بالایی دارد. از این موارد می‌توان به سطح رشد گیاه در زمان اعمال کم آبیاری، انتخاب مدل کم آبیاری مناسب، آگاهی از مراحل رشد غیر بحرانی گیاه و سایر شرایط محیطی (دما، رطوبت و…) که بر ایجاد تنش آبی در گیاه تاثیرگذارند اشاره نمود.
-اجرای این روش در شرایطی که محصول با تراکم بالایی کشت می‌شوند (ذرت) با دشواری‌های بیشتری مواجه است.
-برای اجرای کم آبیاری و همچنین افزایش راندمان نیاز به اجرای سیستم آبیاری استاندارد وجود دارد که میتواند هزینه اولیه بالایی داشته باشد.
