الري الناقص لتقليل استخدام المياه للزراعة

في الوقت الحاضر وأكثر من ذلك في المستقبل ستتم الزراعة المروية في ظل ندرة المياه وسيكون عدم كفاية إمدادات المياه للري هو القاعدة وليس الاستثناء، وستتحول إدارة الري من التركيز على الإنتاج لكل وحدة مساحة إلى تعظيم الإنتاج لكل وحدة من المياه المستهلكة وإنتاجية المياه.

تابعونا على قناة الفلاح اليوم

تابعونا على صفحة الفلاح اليوم على فيس بوك

للتعامل مع الإمدادات النادرة، يعتبر الري الناقص الذي يُعرَّف على أنه استخدام المياه دون متطلبات المحاصيل والمياه الكاملة (البخر النتح)، أداة مهمة لتحقيق الهدف المتمثل في تقليل استخدام مياه الري، في حين أن الري الناقص يُمارس على نطاق واسع على مساحة ملايين الهكتارات لعدد من الأسباب من عدم كفاية تصميم الشبكة إلى التوسع المفرط للري بالنسبة لإمدادات مستجمعات المياه.

اقرأ المزيد: تحسين إدارة الري الحقلي

تسلط هذه المقالة الضوء على مراجعة للري الناقص المنظم (RDI) واستخدامه في تقليل استهلاك المياه لإنتاج الكتلة الحيوية لري المحاصيل السنوية والدائمة، وأيضا على الجوانب الاتية: اولا: علاقة البخر النتح (ET) والري الناقص المنظم (RDI), ثانيا: ملامح الري الناقص, ثالثا: نقص الري وإنتاجية المياه.

أولا: علاقة البخر النتح (ET) والري الناقص المنظم (RDI)

هناك إمكانية لتحسين إنتاجية المياه في العديد من المحاصيل الحقلية وهناك معلومات كافية لتحديد أفضل استراتيجية للري بالنقص في العديد من المواقف. أحد الاستنتاجات هو أن مستوى امدادات الري في ظل الري الناقص يجب أن يكون مرتفعا نسبيا في معظم الحالات وهو ما يسمح بتحقيق 60% ـ 100% من التبخر الكامل.

تمت مراجعة العديد من الحالات حول الاستخدام الناجح للري الناقص المنظم (RDI) في أشجار الفاكهة والكروم، مما يدل على أن RDI لا يزيد فقط من إنتاجية المياه، ولكن أيضا أرباح المزارعين، حيث من المرجح أن يكون للبحث الذي يربط الأساس الفسيولوجي لهذه الاستجابات بتصميم استراتيجيات RDI تأثير كبير في زيادة اعتماده في المناطق محدودة المياه.

اقرأ المزيد: إدارة الري لتجنب الإجهاد

توقعات سحب المياه على نطاق عالمي تنبىء بزيادات حادة في الطلب المستقبلي لتلبية احتياجات القطاعات الحضرية والصناعية والبيئية، ويرجع ذلك إلى حقيقة أن أكثر من مليار شخص ليس لديهم حتى الآن إمكانية الوصول إلى المياه الجارية أو المرافق الصحية، وأيضا إلى الاهتمام غير الكافي حتى الآن لتلبية الاحتياجات المائية للنظم البيئية الطبيعية.

بالنظر إلى أن الندرة هي أكبر مشكلة مائية في العالم، فهناك قدر كبير من عدم اليقين بشأن مستوى إمدادات المياه للأجيال القادمة.

شاهد: فوائد تحويل الري بالغمر في الأراضي القديمة إلى نظم الري الحديثة

تعتبر الزراعة المروية المستخدم الرئيسي للمياه عالميا، حيث تصل إلى نسبة تتجاوز 70% ـ 80٪ من الإجمالي في المناطق القاحلة وشبه القاحلة، لذلك ليس من المستغرب أن يُنظر إلى الزراعة المروية في تلك المناطق على أنها المصدر الأساسي للمياه، خاصة في حالات الجفاف الطارئة.

في الوقت الحالي تقع الزراعة المروية بين مفهومين متناقضين؛ حيث يرى البعض أن الزراعة غير فعالة إلى حد كبير من خلال زراعة المحاصيل التي تستهلك الكثير من المياه، بينما يرى البعض الآخر التأكيد على أن الري ضروري لإنتاج غذاء كافٍ في المستقبل، بالنظر إلى الزيادات المتوقعة في الطلب على الغذاء بسبب النمو السكاني العالمي والتغيرات في النظم الغذائية.

اقرأ المزيد: مراحل نمو المحصول وجدولة الري

على الصعيد العالمي يمثل إنتاج الغذاء من الري أكثر من 40٪ من الإجمالي ويستخدم فقط حوالي 17٪ من مساحة الأرض المخصصة لإنتاج الغذاء.

ومع ذلك، لا تزال الزراعة المروية تمارس في العديد من المناطق في العالم مع تجاهل تام للمبادئ الأساسية للحفاظ على الموارد واستدامتها، لذلك، فإن إدارة مياه الري في عصر ندرة المياه يجب أن تتم بكفاءة أكبر بهدف توفير المياه وزيادة إنتاجيتها.

يتم تطبيق الري لتجنب نقص المياه الذي يقلل من إنتاج المحاصيل تتكون عملية استخدام مياه المحاصيل من عنصرين رئيسيين: أحدهما بسبب التبخر من التربة والمحصول، وعادة ما يسمى البخر النتح (ET)، والآخر يشمل جميع الخسائر الناتجة عن توزيع المياه على الأرض.

تحتوي جميع مياه الري على أملاح وكمياه يتبخر وتتركز الأملاح في ملف التربة ويجب أن يتم إزاحتها أسفل منطقة الجذر قبل أن تصل إلى التركيز الذي يحد من إنتاج المحاصيل، ويتم ترشيح الملح عن طريق حركة الماء المطبق بما يزيد عن ET.

وبالتالي، فإن بعض خسائر المياه لا مفر منها وهي ضرورية للحفاظ على توازن الملح؛ ويمكن تقليلها من خلال طرق الري الفعالة والإدارة المناسبة، ومع ذلك فإن الحد من ET بدون عقوبة في إنتاج المحاصيل هو أكثر صعوبة لأن التبخر من مظلات المحاصيل يرتبط بإحكام بامتصاص الكربون.

يقابل قيود إمدادات المياه التي تقلل النتح إلى أقل من المعدل الذي يمليه الطلب التبخيري للبيئة انخفاض في إنتاج الكتلة الحيوية، نظرا لارتفاع تكاليف تطوير الري كانت استراتيجية الري النموذجية حتى الآن هي تزويد المساحات المروية بمياه كافية بحيث يتم ترشيح المحاصيل بأقصى إمكاناتها، ويتم تلبية متطلبات ET الكاملة طوال الموسم.

اقرأ المزيد: تأثير تحمل المحصول للإجهاد والنقص المائي من الماء الميسر على موعد الري

يواجه هذا النهج تحديا متزايدا من قبل شرائح المجتمع في المناطق التي تندر فيها المياه بسبب الكميات الكبيرة من المياه التي يتطلبها الري والآثار السلبية لهذا التحويل والاستخدام على الطبيعة.

وبالتالي، يحدث تغيير استراتيجي في إدارة الري وهو تغيير يحد من العرض المتاح للري إلى ما تبقى بعد أن تلبي جميع القطاعات الأخرى ذات الأولوية العليا احتياجاتها، وفي ظل هذه الحالات غالبا ما يتلقى المزارعون مخصصات من المياه أقل من الحد الأقصى لاحتياجات ET، ويتعين عليهم إما تركيز الإمداد على مساحة أرض أصغر أو يضطرون إلى ري المساحة الإجمالية بمستويات أقل من ET الكامل.

يُطلق على استخدام المياه التي تقل عن متطلبات ET تسمى الري الناقص (DI)، ويتم تقليل إمدادات الري في إطار DI مقارنةً بالمتطلبات اللازمة لتلبية الحد الأقصى من ET. لذلك يمكن تقليل الطلب على المياه لأغراض الري ويمكن تحويل المياه التي يتم توفيرها لاستخدامات بديلة.

على الرغم من أن تقنية DI هي مجرد تقنية تهدف إلى تحسين الإنتاج الاقتصادي عندما تكون المياه محدودة، فإن انخفاض العرض للري في منطقة ما يفرض العديد من التعديلات في النظام الزراعي، وبالتالي فإن ممارسات DI متعددة الأوجه وتحدث تغييرات على المستويات الفنية والاجتماعية والاقتصادية والمؤسسية.

مع ذلك، فإن تركيز هذه المقالة ينصب على توفير مزيد من الفهم لمفهوم DI للعلماء البيولوجيين المهتمين بالعلاقات بين النباتات والمياه، مما يؤدي إلى القضايا الأوسع التي تحكم الاستغلال الأمثل لإمدادات محدودة من المياه في إنتاج المحاصيل.

ثانيا: ملامح الري الناقص

في المناطق الرطبة وشبه الرطبة تم استخدام الري لبعض الوقت لتكملة هطول الأمطار كإجراء تكتيكي خلال فترات الجفاف لتثبيت الإنتاج، وسميت هذه الممارسة بالري التكميلي، وعلى الرغم من أنها تستخدم كميات محدودة من المياه بسبب مستويات هطول الأمطار المرتفعة نسبيا، فإن الهدف هو تحقيق أقصى قدر من الغلات والقضاء على تقلبات الغلة الناجمة عن نقص المياه. علاوة على ذلك غالبا ما تم الدعوة إلى الري التكميلي في المناخات الرطبة على أنه أكثر كفاءة من الري في المناطق القاحلة لأن نقص بخار الماء في المناطق الرطبة يؤدي إلى كفاءة نتح أعلى من المناطق القاحلة.

اقرأ المزيد: أعراض نقص مياه الري وزيادتها على النباتات

في الآونة الأخيرة تم استخدام مصطلح الري التكميلي في المناطق القاحلة لتعريف ممارسة استخدام كميات صغيرة من مياه الري على المحاصيل الشتوية التي تزرع عادة في ظروف الزراعة البعلية، وفي هذه الحالة يعد هذا أحد أشكال DI، حيث لا يتم البحث عن الحد الأقصى من العائدات.

بالتالي، فإن المصطلحين “نقص” أو “ري تكميلي” غير قابلين للتبادل، ويجب تحديد كل حالة من حالات الري التكميلي من حيث مستوى الإمداد بالمياه فيما يتعلق بأقصى محصول ET، حيث تتمثل إحدى نتائج تقليل استخدام شركة DI لمياه الري في زيادة مخاطر زيادة ملوحة التربة بسبب انخفاض الترشيح، وتأثيره على استدامة الري.

لتحديد مستوى DI من الضروري أولاً تحديد متطلبات ET الكاملة للمحاصيل، ولحسن الحظ منذ أن طور Penman النهج المركب لحساب ET أنتج البحث حول متطلبات المياه للمحاصيل عدة طرق موثوقة لحسابه.

في الوقت الحاضر معادلة بينمان مونتيث هي الطريقة الراسخة لتحديد ET للمحاصيل العشبية الرئيسية بدقة كافية لأغراض الإدارة، ومع ذلك هناك المزيد من عدم اليقين عند استخدام نفس النهج لتحديد متطلبات ET لمحاصيل الأشجار والكروم.

عندما يتم تطبيق الري بمعدلات أقل من ET يستخرج المحصول الماء من خزان التربة لتعويض النقص، وقد تتطور حالتان بعد ذلك في حالة واحدة إذا تم تخزين كمية كافية من المياه في التربة ولم يكن النتح مقيدا بمياه التربة، وعلى الرغم من انخفاض حجم مياه الري فإن الاستخدام الاستهلاكي (ET) لا يتأثر.

مع ذلك، إذا كانت إمدادات مياه التربة غير كافية لتلبية الطلب على المحاصيل ويتم تقليل النمو والنتح، ويؤدي DI إلى خفض ET إلى أقل من الحد الأقصى المحتمل، وللفرق بين الحالتين آثار مهمة على مقياس الحوض.

في الحالة الأولى، لا تحث شركة DI على توفير المياه الصافية ولا ينبغي أن تتأثر الغلة إذا تم تجديد مياه التربة المخزنة التي تم استخراجها من خلال هطول الأمطار الموسمية فإن ممارسة DI تكون مستدامة وتتمتع بميزة تقليل استخدام مياه الري.

في الحالة الثانية، يتم تقليل استخدام المياه واستهلاكها (ET) بواسطة DI ولكن قد تتأثر المحصول سلبا.

لا يزال التحدي المتمثل في قياس تخفيض ET المتأثر بـDI (صافي وفورات المياه) قائما، حيث أن القياسات المباشرة معقدة، والنماذج المستخدمة لتقدير ET الفعلي للستائر المجهدة لا تزال تجريبية تماما.

في العديد من مناطق العالم يكون تسليم الري عند منفذ المزرعة أقل مما هو مطلوب وتقدم التكاليف المرتفعة للري وفوائده مبررا لتوسيع الشبكات إلى ما بعد الحدود المعقولة من أجل الوصول إلى أكبر عدد ممكن من المزارعين، وتم استخدام هذا النهج في العديد من البلدان وأدى إلى DI المزمن.

في بعض الأحيان، تصبح الكثافة المحصولية المستخدمة في التصميم الأصلي متقادمة لأسباب تسويقية ويتم اعتماد كثافة أخرى أعلى كثافة، وبالتالي زيادة الطلب على المياه والتقدير غير الكافي للاحتياجات المائية للمحاصيل في تصميم المشروع هو سبب آخر لعدم كفاية سعة الشبكة.

 أخيرا، في فترات الجفاف تحظى الزراعة المروية بأدنى أولوية وقد يتقلص التوصيل من شبكات الري بشكل كبير، وفي معظم الحالات المذكورة أعلاه، يكون المزارعون تحت رحمة وكالات التوصيل وهناك هامش ضئيل للغاية بالنسبة لهم لإدارة العرض المحدود بكفاءة.

شاهد: طرق ترشيد استهلاك مياه الري

على وجه الخصوص تمثل فترات الجفاف تهديدا لاستدامة الري، ليس فقط بسبب تقييد إمدادات المياه ولكن أيضا بسبب عدم اليقين في تحديد متى سيكون متاحا بسبب ندرة المياه المزمنة وأصبحت إمدادات الري غير كافية في بعض المناطق هي القاعدة وليس الاستثناء، كما هو الحال في الأندلس وإسبانيا، حيث خلال الفترة بين 1980 و1995 في وادي Guadalquivir، في غضون أربع سنوات فقط كان هناك إمداد عادي للري.

عندما يتم تقييد العرض، غالبا ما يواجه المزارعون الاضطرار إلى استخدام DI لتحقيق أعلى عوائد ممكنة. على الرغم من أن اقتصاديات شركة DI واضحة نسبيا، إلا أن الحقيقة هي أن هناك العديد من القضايا الهندسية والاجتماعية والمؤسسية والثقافية التي تحدد توزيع مياه الري وإدارتها.

علاوة على ذلك، في أي محاولة لتحسين استخدام المياه للري وهناك قدر كبير من عدم اليقين في النتائج المتوقعة، وغالبا ما تنطوي البدائل التي تتوقع عوائد صافية أعلى أيضا على مخاطر أعلى، ولتقليل عدم اليقين والمخاطر يمكن لنماذج الكمبيوتر التي تحاكي أداء الري جنبا إلى جنب مع البحوث الاجتماعية أن تساعد في مساعدة مديري المياه على تحسين الإمداد المحدود لمياه الري.

اقرأ المزيد: الري خلال فترة الإزهار

مع ذلك حتى الآن كانت هناك مرونة قليلة أو معدومة في معظم الشبكات الجماعية لإدارة الري بدرجة الدقة المطلوبة في برامج DI المثلى، حيث يعد التحكم في توقيت التطبيق أمرا ضروريا لتجنب الآثار الضارة للإجهاد.

على عكس جداول التسليم الصارمة التي يواجهها المزارعون الموجودون في العديد من الشبكات الجماعية فإن أولئك الذين لديهم إمكانية الوصول إلى إمدادات المياه عند الطلب أو يمكنهم الري مباشرة من مصادر المياه الجوفية، لديهم القدرة على إدارة المياه بمزيد من المرونة. القدرة على ضبط توقيت وكمية الري تجعلها يمكن تصميمه أولا ثم إدارة أفضل برنامج DI والتحكم فيه عندما يكون العرض مقيدا.

يتيح استخدام أنظمة الري الدائمة والمضغوطة أيضا إمكانية تطبيق كميات صغيرة على فترات متكررة، مما يوفر أداة إضافية لإدارة الإجهاد، ولذلك من الممكن في حالات محدودية المياه إذا كانت هناك معرفة كافية بشأن إدارة DI على النحو الأمثل بهدف الحفاظ على أرباح المزارعين أو حتى زيادتها مع تقليل استخدام مياه الري.

ثالثا: نقص الري وإنتاجية المياه

عندما تكون إمدادات المياه محدودة يجب أن يكون هدف المزارع هو زيادة صافي الدخل لكل وحدة مياه مستخدمة بدلا من كل وحدة أرض. في الآونة الأخيرة تم التركيز على مفهوم إنتاجية المياه (WP)، والتي تم تعريفها هنا إما على أنها العائد أو الدخل الصافي لكل وحدة من المياه المستخدمة في ET.

هناك عدة أسباب للزيادة في WP تحت DI تزيد كميات الري الصغيرة من المحصول ET بشكل خطي إلى حد ما إلى درجة تصبح فيها العلاقة منحنية الخطية لأن جزءا من الماء المطبق لا يستخدم في ET ويتم فقده. عند نقطة ما يصل المحصول إلى قيمته القصوى ولا تزيده كميات إضافية من الري.

لا يتم تحديد موقع تلك النقطة بسهولة وبالتالي عندما لا تكون المياه محدودة أو رخيصة، حيث يتم استخدام الري بشكل زائد لتجنب مخاطر عقوبة الغلة. تعتمد كمية المياه اللازمة لضمان الحد الأقصى من الغلة على انتظام الري، وفي ظل التوحيد المنخفض تنخفض كفاءة الري وتكون خسائر المياه عالية نظرا لأنه لا يمكن استخدام الماء بتجانس تام، ويتم ترتيب الاختلافات في المياه المطبقة فوق الحقل ورسمها مقابل جزء المنطقة.

شاهد: تسهيلات وزارتي الزراعة والري لمساعدة المزارعين في تحويل الري بالغمر إلى الري الحديث

يجب أن يعتمد تصميم برنامج DI على معرفة هذه الاستجابة ولكن الخصائص الدقيقة لوظيفة الاستجابة غير معروفة مسبقا، وأيضا تختلف الاستجابة باختلاف الموقع وأنماط الإجهاد والصنف وتواريخ الزراعة وعوامل أخرى.

على وجه الخصوص، العديد من المحاصيل لديها حساسيات مختلفة للإجهاد المائي في مراحل مختلفة من التنمية ويجب تصميم برنامج DI لإدارة الإجهاد بحيث يتم تقليل انخفاض الغلة إلى الحد الأدنى. مع ذلك عندما يكون انخفاض الغلة من الناحية النسبية أقل من انخفاض ET، وتزداد WP تحت DI مقارنةً بالري الكامل.

مع ذلك، من وجهة نظر المزارع  الدخل الصافي، والمخاطر المنخفضة، والقضايا الأخرى المتعلقة باستدامة الري هي أكثر أهمية، حيث تعد معرفة استجابة المحاصيل لـDI أمرا ضروريا لتحقيق هذه الأهداف عندما تكون المياه محدودة.

 المراجع:

Stewart BA, Nielsen DR, Fereres E, Goldhamer DA. Deciduous fruit and nut trees. In: Stewart BA, Nielsen DR, editors. Irrigation of agricultural crops, Agronomy 30. Madison, WI: ASA, CSSA, SSSA; 1990. p. 987-1017.

Fereres E, Goldhamer DA, Parsons LR. Irrigation water management of horticultural crops. Historical review compiled for the American Society of Horticultural Science’s 100th Anniversary. HortScience 2003;38:1036-1042.

Buxton DR, Shibles R, Forsberg RA, Blad BL, Asay KH, Paulsen GM, Wilson RF, Fereres E, Orgaz F, Villalobos FJ. Water use efficiency in sustainable agricultural systems. In: Buxton DR, Shibles R, Forsberg RA, Blad BL, Asay KH, Paulsen GM, Wilson RF, editors. International crop science. Madison, WI: Crop Science Society of America; 1993. p. 83-89.

*للتواصل مع الكاتب: البريد الإلكتروني: [email protected]