استراتيجيات الري في الإنتاج البستاني

تعتبر المياه والطاقة والأمن الغذائي ضرورة لاقتصاد مستدام طويل الأجل، حيث تؤدي الزراعة المروية دورا حاسما في جميع العوامل الرئيسية، وتعد المحاصيل المروية هى الوحيدة التي تضمن إنتاجا آمنا للغذاء على مدار العام. من ناحية أخرى، فإنها تتطلب مدخلات عالية من المياه والطاقة (الأسمدة والمبيدات الحشرية والوقود، إلخ)، والزراعة المروية في منافسة مستمرة ومتنامية مع القطاعات الإنتاجية المدنية والصناعية الأخرى.

تابعونا على قناة الفلاح اليوم

تابعونا على صفحة الفلاح اليوم على فيس بوك

من الضروري أكثر من أي وقت مضى فهم الروابط بين ندرة المياه، وإنتاج الغذاء، والأمن الغذائي، والاستدامة البيئية، لا سيما في عالم متغير وفي سياق الاحتباس الحراري. إن الإزالة المفرطة للمياه الجوفية غالباً ما تفرض التكيف مع الملوحة.

من المرجح أن تؤدي تأثيرات تغير المناخ المتوقعة على الرطوبة ودرجة الحرارة وكذلك على أنماط هطول الأمطار إلى زيادة ندرة المياه في العديد من مناطق العالم، مع ما يترتب على ذلك من انخفاض جذري في القدرة الإنتاجية للنظم الإيكولوجية الزراعية والطبيعية.

في العديد من النظم الإيكولوجية الزراعية، يمكن استبدال الزراعة الإنتاجية عالية المدخلات بزراعة الأراضي الجافة، مع ما يترتب على ذلك من تهميش للزراعة وأنظمة المحاصيل المختلفة التي تتميز بانخفاض الإنتاجية والدخل ومستويات التوظيف. نظرا لأن الزراعة تمثل ما يقرب من 70٪ من عمليات سحب المياه العالمية، يجب تشجيع الدراسات لإيجاد حلول في مختلف مجالات العلوم والتكنولوجيا.

يعتبر الري معقدا لأنه يربط بين التربة والنبات وقضايا الغلاف الجوي التي يجب فهمها ومراقبتها وقياسها، وإن كانت تدار كسلسلة متصلة، فضلاً عن القيود التقنية واللوجستية والاجتماعية. تظل الأسئلة القديمة حول مقدار الري ومتى وكيف يتم الري كما هي؟. يركز هذا النظام الدولي في الغالب على الإجابات عن متى ومقدارها، مع الاخذ فى في الاعتبار التحسينات الجينية للنباتات المستخدمة.

تسلط هذه المقالة الضوء على مساهمات الابحاث فى استراتيجيات الري في الإنتاج البستاني كما يلي: 1.مؤشرات حالة المياه لجدولة الري. 2.الاستشعار عن بعد لري المحاصيل البستانية. 3.الاتجاهات الجديدة في إدارة التسميد لمحاصيل الخضر المروية. 4.الأساليب المعتمدة على النباتات لجدولة ري المحاصيل. 5.تحسين كفاءة استخدام المياه النباتية من خلال علم الوراثة. 6.ملوحة التربة. 7.مناهج جديدة لجدولة ري الخضراوات. 8.آثار تغير المناخ على استخدام المياه في البستنة. 9.التلوث الناتج عن انتشار النيتروجين فى إنتاج البستنة. 10.معاملات الإجهاد لجدولة ري المحاصيل.

وإلى التفاصيل:

1ـ مؤشرات حالة المياه لجدولة الري

في ظل الظروف البيئية التي تم النظر فيها تصرف الكرمة والبرقوق على أنهما متبايني الماء أو متساوي الهيدرات. بعد تقديم المثالين المتناقضين أنه في حالات السلوك المتساوي الهيدرات، من المرجح أن Ypd (إمكانات مياه الأوراق قبل الفجر) قد تم تفضيله بشكل عام على Yst (إمكانات المياه الجذعية) كمؤشر لإجهاد النبات، كونه اختيار أكثر أمانا أيضا في حالات عدم اليقين، بينما يمكن التوصية بهذا الأخير وغالبا ما يستخدم في حالات السلوك متباين الهيدرات ولكن لا ينصح به في حالة عدم اليقين.

في الواقع، كان هناك ميل للحصول على أداء أفضل باستخدام اختلافات قطر الساق (SDV) والفهارس المشتقة ذات التباين الهيدروجيني مقارنة بالسلوك المتساوي الهيدرات، وهو ما يتوافق مع ما سبق. من المهم التأكيد على أن صحة هذه المؤشرات لا تعتمد فقط على السلوك متساوي الهيدرات مقابل متباين الهيدرات، ولكن أيضا على مستوى الإجهاد الذي تتعرض له النباتات.

2ـ الاستشعار عن بعد لري المحاصيل البستانية

تساهم الدراسات في توفير أحدث الاتجاهات المتعلقة بالتطبيقات المختلفة للاستشعار عن بعد والتي يمكن استخدامها في مراقبة حالة التربة والمياه المحصولية لأغراض الري. تكشف الدراسات عن فجوات في النماذج المختلفة التي يستخدمها الباحثون، بما في ذلك كمية المياه للإمداد لاستراتيجيات الري المختلفة (تعظيم الغلة أو WUE)، والعلاقة بين حالة المحاصيل والمياه مقابل غلة المحاصيل. تصف المراجعة دور الاستشعار عن بعد فيما يتعلق بحالة المحاصيل والمياه، وتوازن الطاقة السطحية والعلاقة بين درجة حرارة السطح ومؤشرات الغطاء النباتي المستشعر عن بعد، وWUE والتبخر.

يقتصر الاستعراض على الدراسات الميدانية الرئيسية، ويقدم تطبيقات الاستشعار عن بعد لإدارة موارد الري والمياه لمواجهة التحديات الحالية والمستقبلية لإدارة موارد المياه الزراعية. تم تنظيم المراجعة في الأقسام الرئيسية التالية: (1) أجهزة الاستشعار والمنصات المطبقة على دراسات الري. (2) نهج الاستشعار عن بعد للري الدقيق لتقدير حالة مياه المحاصيل، والتبخر، والتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء، وخصائص التربة والمحاصيل. يؤكد على حدود RS التي قد تجيب على سؤال “متى يتم تطبيق الماء”، وليس كمية الماء المطلوبة.

3ـ الاتجاهات الجديدة في إدارة التسميد لمحاصيل الخضر المروية

تكشف الدراسة عن بعض الأساليب المبتكرة والحديثة فيما يتعلق بالإدارة المثلى للمغذيات لمحاصيل الخضر المزروعة في ظل أنظمة التسميد وتوفر طرقا للنباتات ومنطقة الجذور وأنظمة دعم القرار بناءً على تقنيات مراقبة لمحاصيل الخضر. يركز المؤلفون على الإدارة المثلى للمغذيات للمحاصيل المخصبة، والتي ستضمن دخلا مرتفعا للمزارعين فقط في ظل تقنيات الإدارة المثلى التي تتفاعل مع عملية الإخصاب.

من بين الأدوات العديدة التي حللها المؤلفون، تعد أنظمة دعم القرار (DSS) القائمة على نماذج المحاكاة وأساليب اختبار التربة هي الأكثر شيوعا. عنق الزجاجة الرئيسي يأتي من النقل السهل والفعال لـ المعرفة البحثية للمزارعين والمستشارين الفنيين.

4ـ الأساليب المعتمدة على النباتات لجدولة ري المحاصيل

نأخذ في الاعتبار القياسات الكلاسيكية والمتقدمة المعتمدة على النبات بشأن حالة المياه سواء أكانت مؤتمتة أم غير آلية، ويجب الاشارة إلى ما يسمى بالقياسات الفسيولوجية التقليدية (إمكانات ماء الأوراق، والتمثيل الضوئي، وتدفق النسغ، وتغير قطر الساق، وضغط تورغ الأوراق) المدمجة مع قراءات درجة حرارة المظلة لتقييم إجهاد المياه النباتية في مناطق المحاصيل ذات الظروف المختلفة.

أخيرا، يوصي بأهداف إنتاج حكيمة لتحقيق أقصى قدر من الربحية، خاصة في سياق الري الناقص في المناطق القاحلة وشبه القاحلة، عندما يتعين على المزارعين التحكم في النمو المفرط للمحاصيل.

5ـ تحسين كفاءة استخدام المياه النباتية من خلال علم الوراثة

تُظهر الدراسات ان العديد من شبكات الجينات المعقدة المشاركة في امتصاص المياه وفقدانها خصوصا فيما يتعلق بالفرص والاستراتيجيات الجديدة للتحسين الوراثي لـ WUE وتحمل الجفاف في المحاصيل المختلفة، حيث تهدف برامج التكاثر الجزيئي إلى تحديد وتوصيف الاستجابات الجينية والفسيولوجية الرئيسية التي تعمل على تطوير امتصاص المياه وخسائرها، بما في ذلك آليات نقل خلايا الحراسة، وتطور الثغور، وتطوير البشرة، ومورفولوجيا الجذر، وهندسة الجذر.

تمثل الدراسة أيضا نهجا أساسيا لتحديد وتوضيح الآليات الجزيئية المطورة المختلفة لتعزيز WUE. لقد تم تناول تحسين وميزت البستنة الجينات المتعلقة بالوراثة الجزيئية وحددت التحكم في امتصاص الماء وأنماط فقدانه.

يشدد المؤلفون أيضا على استخدام نهج متكامل لتنفيذ التوصيف الوظيفي لـ QTLs الواعدة، وطباعة الفينول عالية الإنتاجية، والتحقق من صحة الصفات الميدانية، وتكديس / هرمية السمات في WUE، للاستفادة الكاملة من معرفة هذه الجينات لتحسين WUE، ويوصون أن الجينات الجزيئية ستكون ضرورية في تحديد وتوصيف الجينات التي تلعب دورا مهما في زيادة WUE وتحمل الجفاف.

6ـ ملوحة التربة

بتحليل الآثار الإيجابية والسلبية للملح في التربة والتي كشفت عن التحمل والتأثيرات غير المناسبة على المحاصيل المختلفة في حين أن تحمل الملوحة لغالبية محاصيل الخضروات منخفضة أظهرت معظم محاصيل الخضر استجابة حساسة أو متوسطة الحساسية، في حين اعتبر الهليون، الرجلة والبنجر من أكثر محاصيل الخضروات مقاومة للملوحة.

كذلك بتحليل ممارسات الإدارة الرئيسية، بما في ذلك استصلاح التربة، والتسميد، والري، وممارسات ترشيح الصيانة. على وجه الخصوص، أن استراتيجيات إدارة التخصيب والري يجب أن تأخذ في الاعتبار التأثيرات المختلفة للملوحة على نمو الخضروات، وتحمل الملح للمحاصيل، وخصائص التربة، والتأثيرات على WUE وملوحة التربة.

يقترح أن استخدام الأسمدة من خلال مياه الري (الري) يمكن أن يقلل من تملح التربة ويخفف من آثار الإجهاد الملحي لأنه يحسن كفاءة استخدام الأسمدة ويزيد من توافر المغذيات وتوقيت التطبيق، ويمكن التحكم بسهولة في تركيز الأسمدة.

في المقابل، في حين أن الري بالتنقيط والري بالتنقيط تحت السطح يعزز كفاءة الري ويطور ملوحة مناسبة في منطقة الجذر، فإن التسميد يعزز كفاءة استخدام المغذيات (NUE)، مما يسمح أيضا باستخدام الأسمدة دون التسبب في زيادة ملوحة التربة بشكل مفرط.

7ـ مناهج جديدة لجدولة ري الخضروات

ان اتجاهات جدولة الري في مزارع الخضروات مهمة صعبة بسبب معاملات المحاصيل غير الدقيقة، والحسابات التي تستغرق وقتا طويلا            ، والحاجة إلى إدارة العديد من الحقول في وقت واحد. تاريخيا، كان اعتماد مراقبة رطوبة التربة في الخضروات مقيدا بدقة أجهزة الاستشعار وتكلفتها، فضلا عن العمالة المطلوبة للتركيب والإزالة وجمع القراءات.

يمكن أن يؤدي تحسين الكفاءات من خلال الجدولة الأكثر دقة للري إلى الحفاظ على المياه ومعالجة تأثيرات جودة المياه المرتبطة بعمليات الخضار التجارية. أنواع المحاصيل، والتناوب المكثف، وعدد الحقول التي يجب إدارتها، والعمليات الثقافية المتنافسة التي تنطوي على زراعة المحاصيل القابلة للتسويق هي بعض التحديات.

ان تواجد أداة استشارية قوية للري لمساعدة المزارعين على تحديد متطلبات الري بدقة وتلبية متطلباتها وتوصي بأنه من المحتمل أن تكون هناك حاجة للتعاون المستمر بين مؤسسات البحث العامة والجامعات ومجالس السلع والشركات التجارية لتطوير أدوات سهلة الاستخدام والتي ستكون مقبولة على نطاق واسع من قبل مزارعي الخضروات.

8ـ آثار تغير المناخ على استخدام المياه في البستنة

تصف الدراسات معادلات التبخر النتح مع مكوناته موضحة المتغيرات التي قد تزيد أو تنقص اعتمادا على حجم التغيرات الجوية على متغيرات الأرصاد الجوية ونتائجها على معاملات النبات. إن التغيرات الرئيسية في معدلات النتح غير مؤكدة للتأثيرات التالية التي تعارض تأثيرات زيادة درجة الحرارة: (1) زيادة محتوى بخار الهواء مع ارتفاع درجة حرارة الهواء، (2) انخفاض في توصيل مظلة نباتات C3 بسبب المتوقع من نمو ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي و(3) انخفاض طفيف في Kc، بسبب التغيرات في سلوك المظلة، لا سيما الستائر الأطول والأكثر خشونة (على سبيل المثال، الكرمة). وعلى العكس من ذلك، يبدو أن التغيرات المتوقعة في هطول الأمطار مهمة، وستصبح موارد المياه أقل موثوقية في العديد من المناطق.

9ـ التلوث الناتج عن انتشار النيتروجين فى إنتاج البستنة

تحلل الابحاث المتعلقة بممارسات التخفيف واستراتيجيات التقييم للتلوث المنتشر في أنظمة البستنة، وهي تركز على ممارسات التخفيف الأكثر شيوعا التي تفيد المحاصيل واستراتيجيات الري والإدارة الفعالة للتسميد. يقترحون استراتيجيات التخفيف الأكثر شيوعا المتعلقة بالمحاصيل وإدارة الري والتسميد ويكشفون أن طرق التقييم ضرورية لتقييم وقياس تأثير استراتيجيات التخفيف في أنظمة الإنتاج البستاني واختيار أكثرها واعدة.

أمثلة على ممارسات التخفيف واستراتيجيات التقييم على مستوى قطعة الأرض والمزرعة هي المصدر والتوقيت والنقل، ويجب مراعاة التهديدات ذات الصلة إلى ترشيح NO3 وانبعاثات NH3 وN2O بشكل منفصل. يجب أن يكون الجمع بين الإدارة المثلى للمياه وتطبيق معدلات التسميد الموصى بها هو الخيار الأكثر ربحية للمزارعين.

تنظر الدراسة كذلك في استخدامات الجذر سريعة النمو، ونباتات الفطريات الجذرية مع المزيد من الأسمدة الجاهزة للاستيعاب وتكشف عن الثغرات من خلال اقتراح المزيد من الدراسات لإنشاء قواعد بيانات مرجعية كاملة تتعلق بالبيانات المناخية، ومعايير التربة الفيزيائية والكيميائية، ومعايرة المحاصيل. عوامل المناطق الأوروبية المختلفة لتعزيز استخدام نماذج التنبؤ.

10ـ معاملات الإجهاد لجدولة ري المحاصيل

تكشف مراجعة الابحاث عن نظرة عامة على المبادئ العامة الأساسية لجدولة الري والافتراضات الأساسية: نماذج توازن المياه الكلاسيكية المستخدمة لتقدير استنفاد التربة والمياه وحساب أعماق الري، حيث يكون التبخر الفعلي للمحاصيل متغيرا. يقدم هذا مناقشة حول استخدامه في ظل الري الناقص (DI) وأسباب الفشل المحتمل.

يساهم من خلال تحديد طرق معالجة المشكلة في محاصيل DI الطويلة غير المتكافئة بشكل رئيسي من أنواع البحر الأبيض المتوسط، حيث تكون الجذور عميقة بشكل خاص بسبب ندرة المياه في الصيف في مناخات البحر الأبيض المتوسط.

تصف الابحاث الاختلافات في نهج التجربة والخطأ المتمثل في استخدام مؤشرات الإجهاد المائي فقط ونهج التعلم الذاتي الأكثر اكتمالا والمحتمل للجمع بين مؤشرات الإجهاد المائي واستخدام معادلة توازن الماء، بما في ذلك معاملات الإجهاد (Ks) المقدرة، على سبيل المثال، فيما يتعلق بتقدير حالة التربة والمياه.

علاوة على ذلك، فإن الجمع بين نمذجة ET والاستخدام المباشر لمؤشرات الإجهاد المائي تكون لديه القدرة على جمع الخبرة الذاتية التي يمكن نقلها إلى المزارعين والمستشارين الفنيين والمواقع، وسوف يطور استقلالية تدريجية لمختلف القياسات الخاضعة للرقابة لمختلف المناطق.

 المراجع

Blanco-Cipollone, F.; Lourenço, S.; Silvestre, J.; Conceição, N.; Moñino, M.J.; Vivas, A.; Ferreira, M.I. Plant Water Status Indicators for Irrigation Scheduling Associated with ISO and Anisohydric Behavior: Vine and Plum Trees. Horticulturae 2017, 3, 47.

1. Alvino, A.; Marino, S. Remote Sensing for Irrigation of Horticultural Crops. Horticulturae 2017, 3, 40. 3. Incrocci, L.; Massa, D.; Pardossi, A. New Trends in the Fertigation Management of Irrigated Vegetable Crops. Horticulturae 2017, 3, 37.
2. Fernández, J.E. Plant-Based Methods for Irrigation Scheduling of Woody Crops. Horticulturae 2017, 3, 35.
3. Ruggiero, A.; Punzo, P.; Landi, S.; Costa, A.; Van Oosten, M.J.; Grillo, S. Improving Plant Water Use Efficiency through Molecular Genetics. Horticulturae 2017, 3, 31.
4. Machado, R.M.A.; Serralheiro, R.P. Soil Salinity: Effect on Vegetable Crop Growth. Management Practices to Prevent and Mitigate Soil Salinization. Horticulturae 2017, 3, 30.
5. Cahn, M.D.; Johnson, L.F. New Approaches to Irrigation Scheduling of Vegetables. Horticulturae 2017, 3, 28.
6. Snyder, R.L. Climate Change Impacts onWater Use in Horticulture. Horticulturae 2017, 3, 27.
7. Cameira, M.D.R.; Mota, M. Nitrogen Related Diffuse Pollution from Horticulture Production—Mitigation Practices and Assessment Strategies. Horticulturae 2017, 3, 25.
8. Ferreira, M.I. Stress Coefficients for Soil Water Balance Combined with Water Stress Indicators for Irrigation Scheduling of Woody Crops. Horticulturae 2017, 3, 38.