نیاز آبی و آستانه تحمل به خشکی برخی گونه‌های چوبی جهت مدیریت مصرف آب در جنگل¬کاری مناطق خشک و نیمه خشک

بیابان­زایی به عنوان یک معضل مهم، اراضی مناطق خشک و نیمه خشک را تهدید می­نماید. عوامل متعددی در بروز پدیده بیابان­زایی نقش دارند که از جمله می­توان به فقر پوشش گیاهی اشاره داشت. حفظ پوشش گیاهی موجود و بهبود پوشش گیاهی از طریق جنگل­کاری، ضمن کنترل بیابان­زایی، شرایط را برای بقا و سکونت در این مناطق فراهم می­نماید. در کنار انتخاب گونه مناسب برای جنگل­کاری، می­بایست به نیازهای بوم شناختی و بوم سازگاری آنها نیز توجه کرد. به دلیل عدم توجه به موضوع مورد اشاره، به­ویژه نیاز آبی یا تبخیر و تعرق واقعی و همچنین عدم توجه به آستانه تحمل به خشکی آنها، اغلب پروژه­های جنگل­کاری در این مناطق از پایداری مطلوبی برخوردار نبوده و ضمن هدر رفت آب کمیاب این مناطق، دستیابی به اهداف تعیین شده به خوبی محقق نمی­گردد. با افزایش سن گیاهان، نیاز آبی آنها افزایش یافته و در بسیاری از موارد رقابت در بین پایه­ها برای تامین نیاز رطوبتی تشدید و ضمن پایین آمدن کیفیت رشد، دیرزیستی آنها  نیز کاهش و پروژه­های بیابان­زدایی و یا جنگل­کاری را با شکست مواجه می­نماید.

ادامه چکیده:

بررسی­ها نشان داده است که اغلب گونه­های جنگلی در این مناطق از تبخیر و تعرق (ET) پایین­تری نسبت به تبخیر و تعرق بالقوه (ETo) برخوردار بوده و به عبارتی دارای ضریب گیاهی (Kc) کوچک­تری هستند. آنها می­توانند با سازوکارهای مختلف مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و اکوفیزیولوژیکی با تنش خشکی مقابله و یا از منابع آب در دسترس به خوبی استفاده نموده، ضمن بهبود تابع تولید، کارایی مصرف آب را نیز بهبود بخشند. برای اندازه­گیری تبخیر و تعرق روزانه این گیاهان از روش­های مستقیم و یا لایسیمتری و روش­های غیرمستقیم و یا محاسباتی استفاده می­گردد. در این مقاله نیاز آبی چند گونه جنگلی شامل گیاهان تاغ، گز، آتریپلکس، اسکنبیل، پده، سنجد و چند گونه اکالیپتوس (,Eucalyptus camaldulensis ,E. microtheca E. sarjentii, E. leucoxyloni, E, saligna  وE. floktoya) که از طریق آزمایش­های لایسیمتری و با انجام چندین طرح تحقیقاتی و طی یک دوره 15 ساله اندازه­گیری شده، مورد توجه قرار گرفته است. بیابان­زایی به عنوان یک معضل مهم، اراضی مناطق خشک و نیمه خشک را تهدید می­نماید. عوامل متعددی در بروز پدیده بیابان­زایی نقش دارند که از جمله می­توان به فقر پوشش گیاهی اشاره داشت. حفظ پوشش گیاهی موجود و بهبود پوشش گیاهی از طریق جنگل­کاری، ضمن کنترل بیابان­زایی، شرایط را برای بقا و سکونت در این مناطق فراهم می­نماید. در کنار انتخاب گونه مناسب برای جنگل­کاری، می­بایست به نیازهای بوم شناختی و بوم سازگاری آنها نیز توجه کرد. به دلیل عدم توجه به موضوع مورد اشاره، به­ویژه نیاز آبی یا تبخیر و تعرق واقعی و همچنین عدم توجه به آستانه تحمل به خشکی آنها، اغلب پروژه­های جنگل­کاری در این مناطق از پایداری مطلوبی برخوردار نبوده و ضمن هدر رفت آب کمیاب این مناطق، دستیابی به اهداف تعیین شده به خوبی محقق نمی­گردد. با افزایش سن گیاهان، نیاز آبی آنها افزایش یافته و در بسیاری از موارد رقابت در بین پایه­ها برای تامین نیاز رطوبتی تشدید و ضمن پایین آمدن کیفیت رشد، دیرزیستی آنها  نیز کاهش و پروژه­های بیابان­زدایی و یا جنگل­کاری را با شکست مواجه می­نماید. بررسی­ها نشان داده است که اغلب گونه­های جنگلی در این مناطق از تبخیر و تعرق (ET) پایین­تری نسبت به تبخیر و تعرق بالقوه (ETo) برخوردار بوده و به عبارتی دارای ضریب گیاهی (Kc) کوچک­تری هستند. آنها می­توانند با سازوکارهای مختلف مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و اکوفیزیولوژیکی با تنش خشکی مقابله و یا از منابع آب در دسترس به خوبی استفاده نموده، ضمن بهبود تابع تولید، کارایی مصرف آب را نیز بهبود بخشند. برای اندازه­گیری تبخیر و تعرق روزانه این گیاهان از روش­های مستقیم و یا لایسیمتری و روش­های غیرمستقیم و یا محاسباتی استفاده می­گردد. در این مقاله نیاز آبی چند گونه جنگلی شامل گیاهان تاغ، گز، آتریپلکس، اسکنبیل، پده، سنجد و چند گونه اکالیپتوس (,Eucalyptus camaldulensis ,E. microtheca E. sarjentii, E. leucoxyloni, E, saligna  وE. floktoya) که از طریق آزمایش­های لایسیمتری و با انجام چندین طرح تحقیقاتی و طی یک دوره 15 ساله اندازه­گیری شده، مورد توجه قرار گرفته است.

شرح تجربه:

میزان آب  وارد شده به منطقه ریشه به عنوان مهمترین شاخص رشد و استقرار طولانی مدت گیاهان در مناطق خشک و نیمه خشک مطرح است. برای استقرار اولیه گونه­های چوبی ضروری است تا از آبیاری­های مکمل استفاده و برای استقرار پایدار آنها نیز هدفمند، به نیاز آنها به آب توجه و برنامه­ریزی نمود. بر این اساس می­توان نیاز آبی روزانه گونه­های مورد استفاده در جنگل­کاری را به دو بخش مهم تقسیم کرد. بخش اول شامل میزان آب مصرف شده برای استقرار اولیه و بخش دوم شامل آب مصرف شده برای رشد پایدار و موثر در کارکرد تعریف شده (برداشت از طبیعت و یا آبیاری­های تکمیلی) می­باشد. در گونه­های غیر مثمر یا جنگلی نیز مشابه گونه­های مثمر مدیریت کم آبیاری نیز باید مورد توجه قرار گیرد. به همین دلیل امکان دارد با اعمال تنش خشکی ملایم در تمام دوره رویش گیاه و یا در مراحل خاصی از رشد و نمو گیاه، ضمن بهبود کارایی مصرف آب، از مصرف آب غیر ضرور نیز جلوگیری نمود.

زمان و موقعیت جغرافیایی:

از سایت تحقیقاتی آزمایش­های لایسیمتری ایستگاه تحقیقاتی بیابان زدایی شهید صدوقی یزد (شکل 1) با طول جغرافیایی :  "9 ' 11^o  54 و عرض جغرافیایی :" 30 ' 4^o  32 استفاده گردید.میانگین بارندگی سالانه 70 میلی‌متر، بیشینه سرعت وزش باد 120 کیلومتر در ساعت، میانگین سالانه ساعات آفتابی 3052  ساعت، میانگین سالانه تعداد روزهای یخبندان  73 روز، میانگین سالانه تبخیر از تشتک تبخیر کلاس A 4/3207 میلی‌متر، میانگین سالانه رطوبت نسبی در صبحگاه 57 درصد، میانگین  سالانه رطوبت نسبی در عصر 5/38 درصد، میانگین  دمای سالانه 18 درجه سانتی‌گراد، کمینه مطلق دمای سالانه 5/13- درجه سانتی‌گراد و بیشینه مطلق دمای سالانه 5/45 درجه سانتی‌‌گراد گزارش شده است. اقلیم منطقه براساس روش دومارتن اصلاح شده فراخشک سرد می­باشد.

شکل 1- دورنمایی از موقعیت و کیفیت لایسیمترهای مستقر در سایت تحقیقاتی آزمایش های لایسیمتری ایستگاه تحقیقات بیابان زدایی شهید صدوقی یزد

 

تبیین مسائل و چالش‌های پروژه:

آب به عنوان یک عنصر مهم در بقای گیاهان، کارکردهای گسترده­ای دارد. آب جزء جدایی ناپذیر فرایندهای بیوشیمیای گیاه است و همچنین از جهت حمل مواد مغذی در سراسر گیاه دارای نقش بسیار موثری است. آب به حفظ دمای گیاه و تعدیل آن نیز کمک می نماید. نتیجه تمام این نقش­های موثر، رشد و نمو گیاه و دستیابی انسان به اهداف مورد انتظار در کاربرد آنهاست.

اطلاع از مقدار آب مورد استفاده بوسیله گیاه و یا نیاز روزانه گیاه برای تبخیر و تعرق به عنوان اجزای سازنده برنامه­ریزی آبیاری و یا تامین نیاز آبی گیاه از اهمیت خاصی برخوردار است، زیرا میزان تبخیر و تعرق و عملکرد گیاه دارای رابطه خطی است. استقرار بلند مدت و کارایی موثر در اهداف کاشت گونه­های جنگلی، از اجزای مهم عملکردی این گیاهان محسوب می­شود. رابطه بین عملکرد و میزان تبخیر و تعرق، می‌تواند تابع تولید تبخیر و تعرق (Et production function ) را برای گیاه تعریف نماید. به عنوان مثال هنگامی که جنگل­کاری با هدف ترسیب کربن و یا تلطیف هوا صورت می­گیرد، تابع تولید را باید بر اساس توانایی گونه در مقدار ترسیب کربن به ازای مقدار آب مصرف شده، تعریف نمود. در صورتی که یک گونه جنگلی با هدف تثبیت شن در جنگل­کاری مورد استفاده قرار می­گیرد، باید تابع تولید بر اساس کارایی آن گونه در میزان تثبیت شن و یا خاک تعریف کرد. رطوبت خاک، غلظت نمک­ها، مواد غذایی و تنش­های ناشی از حمله آفات و بیماری­ها بر میزان تبخیر و تعرق تأثیر گذاشته و با وارد کردن تنش خشکی به گیاه موجب کاهش عملکرد و تغییر در تابع تولید آن خواهد شد. نتیجه تنش بیش از اندازه آب در گیاه، کاهش تعرق بوده که به دنبال آن در جذب CO₂ که از اهداف مهم جنگل­کاری در مناطق خشک و نیمه خشک است و همچنین سنتز مواد غذایی محدودیت ایجاد شده و منجر به کاهش رشد، عملکرد و افزایش مرگ و میر گیاه خواهد شد. گونه­های چوبی و بویژه گونه­های بومی مناطق خشک و نیمه خشک، می­توانند در شرایط کمبود آب، بقای خود را از طریق دریافت مقدار حداکثری آب از قبیل بهره­برداری مستمر از مخزن مناسب آب با توسعه ریشه و یا به حداقل رساندن اتلاف آب بافت­ها از طریق تغییر در ساختار مورفولو‍ژیکی خود (از قبیل بستن روزنه­ها، تغییر در ساختار ظاهری برگ، ریزش برگ­ها) حفظ نمایند. داشتن سلول­های کوچک­تر، سخت و یا قابل انعطاف بودن دیواره سلولی و یا تطابق اسمزی سلول و بهبود راندمان تعرق از راهکارهای دیگر تحمل و سازگاری به خشکی در گونه­های چوبی است که گیاه را قادر می­سازد تا با وجود کمبود آب، پتانسیل آبی خود را بالا نگه داشته و آن را قادر سازد تا با حفظ تورژسانس سلولی از اثرات ثانویه خشکی دوری گزیند. نسبت بالای ریشه به اندام هوایی و افزایش نسبت سطح ریشه به سطح برگ در گیاهان، سازگاری به شرایط خشک را بهبود می­بخشند. بر اساس این کارکردها است که می­بایست گونه­های چوبی مناسب را برای جنگل­کاری در مناطق خشک و نیمه خشک انتخاب کرد.

میزان آب  وارد شده به منطقه ریشه به عنوان مهمترین شاخص رشد و استقرار طولانی مدت گیاهان در مناطق خشک و نیمه خشک مطرح است. برای استقرار اولیه گونه­های چوبی ضروری است تا از آبیاری­های مکمل استفاده و برای استقرار پایدار آنها نیز هدفمند، به نیاز آنها به آب توجه و برنامه­ریزی نمود. بر این اساس می­توان نیاز آبی روزانه گونه­های مورد استفاده در جنگل­کاری را به دو بخش مهم تقسیم کرد. بخش اول شامل میزان آب مصرف شده برای استقرار اولیه و بخش دوم شامل آب مصرف شده برای رشد پایدار و موثر در کارکرد تعریف شده (برداشت از طبیعت و یا آبیاری­های تکمیلی) می­باشد. در گونه­های غیر مثمر یا جنگلی نیز مشابه گونه­های مثمر مدیریت کم آبیاری نیز باید مورد توجه قرار گیرد. به همین دلیل امکان دارد با اعمال تنش خشکی ملایم در تمام دوره رویش گیاه و یا در مراحل خاصی از رشد و نمو گیاه، ضمن بهبود کارایی مصرف آب، از مصرف آب غیر ضرور نیز جلوگیری نمود.

 

مراحل اجرا:

• ایجاد سایت تحقیقاتی آزمایش های لایسیمتری مشتمل بر 20 عدد لایسیمتر وزنی زهکش دار با ظرفیت 2 متر مکعب برای هر لایسیمتر
• پر نمودن لایسیمترها از خاک مناسب برای هر گیاه
• نصب ادوات و وسایل مورد نیاز اندازه­گیری رطوبت خاک و سایر شاخص­های مورد اندازه­گیری
• غرس نهال­ها در لایسیمترها و مراقبت های لازم برای استقرار مناسب
• اعمال تیمارهای کم آبیاری بر اساس نتایج حاصل از وضعیت رطوبت خاک
• آمار برداری از شاخص­های مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی
• مقایسه تیمارهای کم آبیاری و یا تنش خشکی با شاهد (ظرفیت زراعی) و محاسبه کارایی مصرف آب و تابع تولید

 

فرایندها و روش اجرا:

عوامل متعددی در تبخیر و تعرق دخالت دارند که بر‌آورد دقیق آنرا را با مشکل مواجه می‌سازند. روش‌هایی که برای تخمین تبخیر و تعرق به کار برده می‌شوند در دو گروه اصلی قرار می‌گیرند: روش‌های مستقیم یا لایسیمتری و روش‌های غیر مستقیم یا محاسباتی(صفاری، 1382). در روش­های مستقیم بخش کوچک و کنترل شده‌ای از مزرعه با پوشش گیاهی مورد نظر را مجزا کرده و مقدار تبخیر و تعرق آنرا در یک دوره زمانی، مستقیما^" اندازه‌گیری می­نمایند. در روشهای محاسبه‌ای از عوامل مختلف اقلیمی و گیاهی استفاده شده و از روی ارتباط آنها با تبخیر و تعرق و معادله­هایی که قبلا^" با روش­های مستقیم واسنجی شده‌اند، تبخیر و تعرق تخمین زده می‌شود. در روش‌های غیرمستقیم، میزان تبخیر و تعرق از رابطه 1 محاسبه می­گردد:

رابطه 1)

ET_C، ETo و Kc به ترتیب تبخیر و تعرق گیاه مورد نظر، تبخیر و تعرق بالقوه (تبخیر و تعرق گیاه مرجع) و ضریب گیاهی است.

در فرمول فوق ETo ممکن است تبخیر و تعرق بالقوه و یا تبخیر و تعرق گیاه مرجع باشد. روش‌هایی که برای محاسبه ETo پیشنهاد شده است، هر کدام از نظر داده‌های مورد لزوم نیازهای متفاوتی دارند که عمده آنها درجه حرارت روزانه یا ماهانه، میزان رطوبت نسبی، سرعت باد و ساعات آفتابی می­باشد. پس از آنکه ETo  با یکی از روش‌های مرسوم محاسبه شد، لازم است برای هر دوره‌ای که ETo محاسبه شده است، ضریب گیاهی نیز محاسبه شده و با ضرب کردن آنها در یکدیگر، ETc را محاسبه نمود.

در روش مستقیم که معمولی‌ترین روش تعیین تبخیر و تعرق می­باشد بر اساس استفاده از اصل بیلان جرمی در یک حجم کنترل شده از خاک پایه­گذاری شده است. بر اساس این اصل رابطه 2 را می‌توان بیان داشت (علیزاده، 1383):

رابطه 2)

جریان ورودی و خروجی= مقدار کل آبی که طی یک دوره زمانی مشخص (مثل یک ساعت، یک روز یا یک ماه) به حجم معینی از خاک وارد و یا از آن خارج می‌شود و معمولا^" بر حسب میلی‌متر توصیف می‌شوند.

تغییر رطوبت در حجم کنترل شده خاک در طی دوره زمانی مشخص که بر حسب سانتی‌متر یا میلی‌متر توصیف می‌شود.

عواملی که ممکن است بر مقادیر جریان ورودی و خروجی موثر باشند در روابط ریاضی 3 و 4 بیان شده‌اند.

رابطه 3)

رابطه 4)

I = مقدار آبیاری (میلی­متر)، P = مقدار بارندگی و یا بارش موثر (میلی­متر)، SFI  =جریان سطحی ورودی به سطح خاک (میلی­متر)، LI = جریان زیر سطحی که وارد حجم خاک می‌شود (میلی متر)،GW = مقدار آبی که از زیر زمین ممکن است وارد حجم خاک شود (میلی­متر)، ET = تبخیر و تعرق (میلی­متر)، RO = روانات سطحی که از زمین خارج می‌شود (میلی­متر)، LO= جریان آب زیر سطحی که از زمین خارج می‌شود (میلی‌متر)، L = نیاز آبشویی یا مقدار آبی که باید از زمین خارج شود تا شوری خاک از درصد مورد نظر افزایش نیابد و DP = نفوذ عمقی یا جریان خروجی که مازاد بر نیاز آبشویی صورت می‌گیرد (میلی‌متر).

در روابط فوق تمام عناصر دارای بعد طول بوده و در شرایط متعادل که جریان ورودی و خروجی برابر است از روی آنها می‌توان تبخیر و تعرق (ET) را به استناد رابطه 5 بدست آورد.

رابطه 5)

در معادله مذکور الزاما^" نباید برای هر کدام از عناصر، عدد مشخصی وجود داشته باشد و اگر برخی از پارامترها وجود نداشته باشد، به جای آن صفر منظور می‌شود. در روش مستقیم پس از بدست آوردن تبخیر و تعرق (ETc) گیاه مورد نظر و داشتن Etoمی­توان Kc گیاه مورد نظر را در طول مراحل رشد معرفی نمود.

معرفی سایت تحقیقاتی آزمایش­های لایسیمتری ایستگاه تحقیقات بیابان زدایی یزد

از سایت تحقیقاتی آزمایش­های لایسیمتری ایستگاه تحقیقات بیابان­زدایی شهید صدوقی یزد (طول جغرافیایی: 9 11 54 و عرض جغرافیایی: 30  4 32)  برای تعیین نیاز آبی و مطالعه روابط آبی تاغ (Haloxylon aphyllum)، و پنج گونه اکالیپتوس (E. flocktoniae, Eucalyptus camaldulensis E. leucoxylon, E. sarjentii, E. microtheca,) استفاده گردید. در تعیین نیاز آبی گونه­های درختی از لایسیمترهای بزرگ وزنی و زهکش­دار استفاده شد. این لایسیمترها از ارتفاع 170 سانتی‌متر و قطر 121 سانتی‌متر برخوردار هستند. جنس لایسیمتر‌ها از آهن گالوانیزه بوده و بدنه آنها بوسیله فایبر گلاس و پشم شیشه برای کاهش تبادلات حرارتی پوشانده شد. کف لایسیمترها از شیب دو سانتی‌متری برخوردار و آب اضافی به لوله‌ای که برای خروج آب در نظرگرفته شد، منتهی گردید. به منظور بهبود وضعیت زهکش لایسیمترها از ماسه درشت به ارتفاع 10 سانتی­متر و ماسه ریز به ارتفاع 5 سانتی­متر در کف آنها استفاده می­گردد. برای تعیین میزان تبخیر از سطح خاک یک عدد لایسیمتر و برای اندازه­گیری تبخیر و تعرق گیاه مرجع نیز یک عدد لایسیمتر در نظر گرفته می­شود. در مجاور لایسیمترها تشتک تبخیر کلاس A برای اندازه­گیری تبخیر از سطح آب آزاد نصب گردید. رطوبت خاک در لایسیمترها بوسیله توزین و همچنین دستگاه TDR (Time Domain Reflectometer) اندازه­گیری می­شود.

با هدف اندازه­گیری رطوبت خاک، وضعیت فیزیکی و شیمیایی خاک و وضعیت ریشه در اعماق مختلف خاک، دریچه­هایی در بدنه لایسیمترها در اعماق 30، 60، 90 و 120 سانتی­متری نصب گردید.

 

نتایج:

بررسی نیاز آبی و روابط آبی گونه­های جنگلی مناطق خشک و نیمه خشک که در شرایط لایسیمتری انجام شده است، نشان می­دهد که اغلب گونه­های جنگلی که برای کاشت در این مناطق مستعد هستند از تبخیر و تعرق کمتری نسبت به تبخیر و تعرق بالقوه (گیاه مرجع) برخوردار هستند (جدول 1). اگرچه گونه­های معرفی شده از سازوکارهای مختلفی برای مقابله با خشکی استفاده نموده و این امر باعث بقای آنها در شرایط اقلیمی خشک و نیمه خشک می­شود، با این وجود دو عامل تابع تولید تبخیر و تعرق و کارایی مصرف آب در آنها بسیار متفاوت می­باشد. گونه­هایی چون تاغ و اسکنبیل به دلیل مقاومت بسیار بالای آنها در مواجه با کمبود رطوبت موجود در خاک، توانایی زیادی در بهبود کارایی مصرف آب دارند. این گیاهان از سازوکارهای گسترده برای مقابله با تنش خشکی استفاده می­نمایند. افزایش پتانسیل آب، توسعه ریشه و تغییرات مورفولوژیکی برگ و ساقه­ها از جمله آنها است. گونه­های تند­رشد مثل گز شاهی و اکالیپتوس کامالدولنسیس به شدت تحت تاثیر رطوبت موجود در خاک قرار گرفته و در صورت رخداد تنش خشکی، سرعت رشد خود را به شدت کاهش داده و از بهبود کارایی مصرف آب باز می­مانند (راد و همکاران، 1388). آنها بیشترین تولید خود را زمانی خواهند داشت که دسترسی به آب کافی داشته باشند. به همین دلیل از سازو کار توسعه ریشه (Phreatophytes) برای دسترسی و برداشت آب بیشتر از منابع آبی زیرزمینی، استفاده می­نمایند (With et al., 2000). شکل 3 نمونه ای از توسعه ریشه را در گیاه فراتوفیت (آب یاب) اکالیپتوس کامالدولنسیس را در شرایط لایسیمتری نشان می دهد. در مورد برتری این یافته باید گفت؛ در مطالعات قبلی تخمین نیاز آبی بیشتر با استفاده از پارامترهای هواشناسی و به­کار بردن مدل­های تجربی، انجام گرفته است. این مدل­ها دارای ضرایبی هستند که معرف شرایط همان منطقه­ای هستند که مدل در آن منطقه، واسنجی شده است؛ از این رو در برخی از این پژوهش­ها مقادیر نیاز آبی و یا تبخیر و تعرق مرجع برآورد شده با مقادیر اندازه­گیری شده بوسیله آزمایش­های مستقیم تعیین نیاز آبی یا لایسیمتری به ویژه در مناطق خشک و بیابانی متفاوت است، موضوعی که بوسیله عنابی میلانی و نیشابوری (1397) نیز مورد تاکید واقع شده است. در تحقیق حاضر تعیین نیاز آبی گونه­های مورد بررسی با انجام آزمایش­های لایسیمتری صورت گرفته است و نسبت به روش­های تجربی دقیق­تر است، زیرا تقریباً بیانگر تمام عوامل تاثیر گذار بر نیاز آبی می­باشد. همچنین در این تحقیق سطوح مختلف تنش خشکی نیز مورد توجه واقع شده تا امکان القای تنش خشکی و چگونگی واکنش گیاهان مورد بررسی به بهبود کارایی مصرف آب در مواجه با تنش­های ملایم و احتمال کاهش مصرف آب برای مدیریت کم آبیاری نیز میسر گردد. شکل 3 نمونه­ای از لایسیمتر تحت کشت اکالیپتوس کامالدولنسیس را نشان می­دهد.

 

جدول1- میانگین تبخیر و تعرق روزانه، تبخیر و تعرق سالانه و ضریب گیاهی برآورد شده در شرایط لایسیمتری در برخی از گونه­های مناسب جنگل­کاری در شرایط اقلیمی خشک و نیمه خشک^*

ردیف	'گونه	میانگین تبخیر و تعرق روزانه (mm)	تبخیر و تعرق سالانه (m3/h)	میانگین ضریب گیاهی (Kc)
1	تاغ (Haloxylon aphyllum)	4/2	6480	35/0
2	گز (Tamarix aphylla)	0/4	10800	58/0
3	آتریپلکس (Atriplex sp.)	5/2	6750	37/0
4	اسکنبیل (Calligonum sp.)	2/2	5940	32/0
5	سنجد (Elaeagnus angustifolia)	5/4	12150	66/0
6	پده ( Poulus euphratica)	6/4	12420	67/0
7	اکالیپتوس(Eucalyptus camaldulensis)	10	27000	5/1
8	اکالیپتوس (E. microtheca)	1/3	8370	45/0
9	اکالیپتوس (E. leucoxylon)	5/3	9450	52/0
10	اکالیپتوس (E. sarjentii)	4/3	9180	50/0
11	اکالیپتوس (E. floktoya)	2/3	8640	47/0
12	اکالیپتوس(E. saligna)	5/5	14850	81/0

*(راد و همکاران، 1396؛ راد و همکاران،1392؛ راد و همکاران، 1390؛ راد و همکاران، 1388؛ Nagler et al., 2009; white et al., 2000; Xu et al., 2006; Xu et al., 1998)

 

 

شکل 2- حجم ریشه برای برداشت آب بیشتر در گیاه فراتوفیت اکالیپتوس کامالدولنسیس. خروج ریشه از زهکش لایسیمتر برای برداشت آب از مخزن جمع آوری زهشک در شکل سمت چپ مشهود است.

 

شکل3- نمونه ای از لایسیمتر تحت کشت اکالیپتوس کامالدولنسیس برای اعمال تیمارهای کم آبیاری و تعیین نیاز آبی در سایت تحقیقاتی آزمایش های لایسیمتری ایستگاه تحقیقات بیابان زدایی شهید صدوقی یزد

 

نتیجه گیری و جمع بندی:

در بهره­برداری از نتایج حاصل از پژوهش­های لایسیمتری گونه­های جنگلی که در جدول 1 آمده است، مواردی به شرح ذیل مورد توجه است.

• همانگونه که اشاره شد، در تعیین میزان تبخیر و تعرق پوشش گیاهی، بیشتر هدف دستیابی به مقدار آب مورد نیاز گیاه است که بدون تنش خشکی بتواند حداکثر عملکرد را به همراه داشته باشد. با این شرایط، اعدادی که به عنوان نیاز آبی گونه­های جنگلی و تحت عنوان ضرایب Kc اعلام می­گردد با گیاه مرجع مورد مقایسه قرار می­گیرد و در برگیرنده پوشش کامل سطح زمین از گیاه و یا به عبارتی به حداقل رسیدن تبخیر از سطح خاک می­باشد. اگرچه هدف اصلی از ایجاد جنگل­های دست کاشت در مناطق خشک و نیمه خشک، عمدتاً ایجاد فضای سبز و تثبیت شن­های روان و یا کنترل ریزگردها است، با این وجود در صورت فراهم بودن امکان لازم برای تولید چوب (وجود منابع آب نامتعارف)، می­توان از گونه­هایی که دارای نیاز آبی بیشتر بوده و به عبارتی تند­رشد می­باشند استفاده نمود. برخی از گونه­ها توانایی این را دارند که با برداشت آب بیشتر از خاک (با سازوکارهای متنوع)، سرعت رشد خود را افزایش چشمگیری داده و در مدت زمان کوتاه، چوب مناسب تولید نمایند. گونه­هایی از اکالیپتوس، گز و پده از بارزترین آنها است (جدول 1).

 با توسعه سطح تاج­پوشش، نیاز آبی گیاه بدلیل افزایش میزان تعرق، افزایش خواهد یافت. به عبارتی گیاهان چوبی که در شرایط گرم و خشک بیابان کشت می­شوند و در ابتدای امر از پوشش تاجی کمی برخوردار هستند، دارای تعرق کمی نسبت به تبخیر بوده و آب مصرف شده برای استقرار آنها بطور کامل از طریق تبخیر از سطح خاک خارج و هدر می­رود. با افزایش رشد و تقویت تاج پوشش، بگونه­ای که تمام سطح خاک پوشانده شود، مقدار تبخیر از سطح خاک به کمتر از 10 درصد کاهش خواهد یافت (احسانی و همکاران، 1391). شیوه کاشت نهال، نوع بافت خاک و شوری آب و خاک از عوامل موثر بر میزان تبخیر از سطح خاک بوده و نیاز آبی را تغییر می­دهند. در این مرحله توصیه می شود برای کاهش هدررفت آب مصرفی از طریق تبخیر از سطح خاک و توزیع متعادل رطوبت در خاک، حتماً از شیوه­های متداول مثل استفاده از مواد پوشاننده سطح خاک یا مالچ، بهره گرفت. رساندن آب به ریشه گیاه از طریق آبیاری­های زیر سطحی، ضمن کاهش میزان تبخیر از سطح خاک، به دلیل توزیع متعادل رطوبت در خاک و سهولت دسترسی گیاه به آب، در استقرار پایدار آن نیز موثر می­باشد. استفاده از موادی که بتوانند آب را در اطراف ریشه ذخیره و از خروج آن جلوگیری نمایند، نیز بسیار موثر است.

• اطلاعات در دسترس، مربوط به نیاز آبی گونه­های گیاهی ذکر شده با پوشش کامل سطح خاک است (برای جنگل­های دست کاشت متراکم، معمولاً 70 تا 80 درصد در نظر گرفته می­شود). این در حالی است که در عرصه­های بیابانی رساندن پوشش سطح خاک به 30 درصد، شرایط مناسبی را نشان داده و کاهش موثری بر برخاستن ریزگردها و یا شن­های روان از سطح عرصه را خواهد داشت (;Marshall, 1971 صداقت و همکاران، 1396). لذا می­توان بر اساس نیاز و اینکه چه سطحی از خاک قرار است از پوشش گیاهی برخوردار شود، اعداد و ضرایب ارایه شده را اصلاح نمود. به عنوان مثال نیاز آبی تاغ، برای پوشش کامل سطح زمین، معادل 6480 متر مکعب با میانگین تبخیر و تعرق روزانه 4/2 میلی­متر می­باشد که اگر 30 درصد از سطح خاک با کشت این گیاه پوشش یابد، 1933 متر مکعب در سال نیاز آبی یا تبخیر و تعرق آن خواهد بود (جدول 1). این در شرایطی است که گیاه بدون تنش بتواند به رشد خود ادامه داده و از کارایی مطلوب در تثبیت شن برخوردار باشد. در این خصوص توانایی برداشت آب از منابع آبی زیر زمینی از طریق توسعه ریشه و افزایش پتانسیل آبی تا 75- بار برای برداشت آب بیشتر، از مکانیسم های مقاومت به خشکی در این گیاه و رمز بقای آن در شرایط بسیار خشک می باشد (راد و همکاران، 1390).
• در برآورد آب مورد نیاز گیاهان در مراحل اولیه استقرار (بوسیله آبیاری)، بر حسب تراکم و نوع کاشت، حداکثر 5 درصد از سطح عرصه خیس خواهد شد (که به نوع گیاه، تراکم کاشت در واحد سطح و نوع آبیاری بستگی دارد). لذا نیاز آبی ذکر شده برای این مرحله که عمدتاً تبخیر می­گردد، را حداکثر معادل 5 درصد از نیاز آبی واقعی گیاه مد نظر قرار می­دهیم. به عنوان مثال اگر قرار است 250 اصله تاغ در هکتار کشت گردد و برای هر نهال چاله­ای به ابعاد 1×1 متر اختصاص یابد، فقط 5/2 درصد از عرصه در هر بار آبیاری، خیس خواهد شد.
• در صورت استفاده از مالچ­ها و یا هر روشی که میزان تبخیر را کاهش دهد، می­توان میزان صرفه­جویی در مصرف آب را از میزان آب برآورد شده کسر نمود. در مناطق خشک و در شرایطی که سطح خاک بدون پوشش باشد، تقریباً تمامی آب وارد شده به خاک از طریق تبخیر از دسترس خارج و هدر می­رود. با توسعه سطح تاج پوشش، میزان تبخیر کاهش یافته و میزان تعرق افزایش می­یابد (احسانی و همکاران، 1391).
• به­دلیل اینکه خاک عرصه­های بیابانی عموماً از شوری اولیه بالایی برخوردار هستند، آبیاری­ها (بویژه در شرایطی که شوری آب کمتر از شوری اولیه خاک باشد) می‌تواند با حل نمودن نمک موجود در خاک سطحی، منجر به تجمع نمک در پیرامون ریشه و در افق­های رویی خاک شده (بدلیل تبخیر شدید سطح خاک) و خسارت شدیدی را به گیاهان تازه کاشت شده وارد نماید. بنابراین باید کسر آبشویی بویژه در آبیاری­های اولیه، مد نظر قرار گرفته و آب مازاد بر نیاز تبخیر و تعرق به عنوان ضریب آبشویی، تامین شود. در این خصوص ضمن تاکید بر انجام آزمایش­های آب و خاک، بر محاسبه کسر
• آبشویی و لحاظ آن در آبیاری­های اولیه تاکید می­گردد، در این رابطه نیز استفاده از مالچ­ها می­تواند تا حدودی به دلیل کاهش تبخیر، این مشکل را رفع و گیاه را به شرایط جدید سازگار نماید. در شرایطی که شوری خاک دارای وضعیتی غیر طبیعی باشد (در شوری­های خیلی بالا)، استفاده از گونه­های شورزیست و یا مقاوم به شوری مثل تاغ، آتریپلکس و گز مناسب بوده و این امر به کاهش مصرف آب برای استقرار اولیه کمک می­نماید.

 

تقدیر و تشکر:

مساعدت و همکاری مسئولین، اعضای هیئت علمی و کارشناسان محترم موسسه تحقیقات جنگل­ها و مراتع کشور و مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان یزد در طول بیش از 15 سال برای کسب نتایج ذکر شده قابل تقدیر است. تامین منابع مالی برای احداث سایت تحقیقاتی آزمایش های لایسیمتری در منابع طبیعی، تامین منابع مالی برای اجرای طرح­های تحقیقاتی متعدد و همکاری در اجرای طرح های تحقیقاتی از جمله این خدمات می­باشد.

 

منابع:

1. احسانی، ع.، ارزانی، ح.، فرحپور، م.، احمدی، ح.، جعفری، م.، اکبرزاده، م.، 1391، برآورد تبخیر و تعرق با استفاده از اطلاعات آب و هوایی، خصوصیات گیاه (مرتع) و خاک به کمک برنامه نرم افسزارCropwat, 8.0 (مطالعه موردی: منطقه استپی استان مرکزی ایران، ایستگاه رودشور(. مرتع و بیابان ایران، 19 (1): 16-1
2. خسرو شاهی، م.، 1395. قلمرو بیابان های ایران از دریچه تحقیقات. مجله طبیعت ایران، 1(1): 36-30.
3. راد، م.ه.، عصاره، م.ح. سلطانی، م.، 1396. نیاز آبی و کارایی مصرف آب در دو گونه اکالیپتوس (Eucalyptus flocktonia و E.leucoxylon). تحقیقات جنگل و صنوبر ایران، 25(3): 451-441.
4. راد، م.ه.، عصاره، م.ح.، سلطانی، م.، تجملیان، م.، 1392. تعیین نیاز آبی، ضریب گیاهی و کارایی مصرف آب در دو گونه اکالیپتوس در شرایط لایسیمتری. پژوهش آب ایران، 7(12): 78-71.
5. راد، م.ه.، مشکوه، م.ع.، سلطانی، م.، میرجلیلی، م.ر.، 1390. تعیین نیاز آبی تاغ (Haloxylon aphyllum) به روش آزمایش های لایسیمتری. مجله خشکبوم، 3(1): 23-14.
6. راد، م.ه.، عصاره، م.ح.، مشکوه، م.ع.، دشتکیان، ک.، سلطانی، م.، 1388. نیاز آبی و تابع تولید اکالیپتوس (Eucalyptus camaldulensis Dehnh) در شرایط اقلیمی خشک. مجله جنگل ایران، 2(1): 71-61.
7. علیزاده، ا.، 1383. رابطه آب و خاک و گیاه. چاپ چهارم. دانشگاه امام رضا، مشهد، 470 صفحه.
8. عُنّابی میلانی ، ا.، نیشابوری، م.ر.، 1397. مقایسه برخی روابط تجربی برآورد تبخیر تعرق مرجع برای دشت تبریز با استفاده از لایسیمتر و ارائه مدلی برای تعیین آن از روی داده­های هواشناسی، نشریه دانش آب و خاک، 28 (1): 54-41.
9. صداقت، م.، مهرنیا، س.ر.، برزگر، ص.، زنگی آبادی، م.، 1396. تاثیر مخاطره آمیز کاهش سطح تاغزارهای اطراف شهر کرمان بر تشکیل کانون­های ریز گرد. مدیریت مخاطرات محیطی، 3(3): 199-210.
10. صفاری، م.، ‌1382. بررسی و مقایسه محاسبات لایسیمتری تبخیر و تعرق بالقوه گیاهان مختلف در ایران. مجموعه مقالات اولین سمینار سراسری لایسیمتر. جهاد دانشگاهی استان کرمان، 88– 82.
11. Al-Jamal, M.S., Sammis, T.W., Mexal, J.G., Picchioni, G.A. and Zachritz, W.H., 2002. A growth-irrigation scheduling model for wastewater use in forest production. Agricultural Water Management, 56: 57-79.
12. Dahm, C.N., Cleverly, J.R., Allred Coonrod, J.E., Thibault, J.R., McDonnell, D.E. and Gilroy, D.J., 2002. Evapotranspiration at the land/water interface in a semi‐arid drainage basin. Freshwater Biology, 47: 831-843.
13. Marshall J.K., 1971. Drag measurements in roughness arrays of varying density and distribution. Agricultural Meteorology, 8: 269–292
14. Nagler, P.L., Morino, K., Didan, K., Erker, J., Osterberg, J., Hultine, K.R. and Glenn, E.P., 2009. Wide‐area estimates of saltcedar (Tamarix spp.) evapotranspiration on the lower Colorado River measured by heat balance and remote sensing methods. Ecohydrology, 2: 18-33.
15. White, D.A., Turner, N.C. & Galbraith, J.H. (2000). Leaf water relations and stomatal behavior of four allopatric Eucalyptus species planted in Mediterranean southwestern Australia. Tree Physiology, 20: 1157–1165.
16. Xu, H. and Li, Y., 2006. Water-use strategy of three central Asian desert shrubs and their responses to rain pulse events. Plant and Soil, 285: 5-17.
17. Xu, X., Zhang, R., Xue, X. and Zhao, M., 1998. Determination of evapotranspiration in the desert area using lysimeters. Communications in Soil Science & Plant Analysis, 29: 1-13.