آلودگی آب های زیر زمینی به وسیله ی نیترات به واسطه عملیات کوددهی یکی از موضوعات فراگیر محیط زیست و نگرانی های مهم جهانی است. تحقیقات زیادی در مورد اثر گذاری فاکتورهای اقلیم، خاک، توپوگرافی، کاربری زمین و نیتروژن روی خطر آبشویی نیترات انجام شده است.

مقدار آب و مواد وارد شده به آب های زیر زمینی به راندمان آبیاری، مصرف آب توسط گیاه و مقادیر کود، تجزیه مواد آلی افزودنی به خاک و جذب توسط گیاهان بستگی دارد. تلاش های زیادی برای مطالعه میزان تغذیه و اندازه گیری های لازم جهت کاهش نفوذ مواد محلول از مناطق کشاورزی به سوی سفره های زیرزمینی انجام شده است [15] ، اما داده های کمی از انتقال نیتروژن تحت مقادیر مختلف کاربرد کودهای شیمیایی به آب های زیر زمینی در دسترس است.

استفاده از کودها، سموم و مواد اصلاح کننده آب و برای خاک (گچ) ممکن است تأثیر بسزایی بر کیفیت زهاب داشته باشد. مقادیر و زمان استفاده از این پارامتر ها در مراحل مختلف رشد گیاهان، زمان آبیاری، زهکشی و اقدامات حفاظتی خاک بر کیفیت زهاب مؤثر هستند. علاوه بر این، خصوصیات خود کودها هم بر آلودگی زهاب ها نقش اساسی دارند. اکثر کودهای نیتروژن به شدت حل شدنی و تحرک پذیرند. به طوری که نیترات به راحتی از طریق آب شویی وارد زهاب می شود. بخشی از کودهای نیتروژن که از آمونیوم یا آمونیاک خشک[1] ساخته شده ابتدا جذب کمپلکس خاک می شوند، اما یون های آمونیوم به راحتی اکسیده شده و به نیترات تبدیل می شوند. این مسئله در مورد اوره نیز صادق است که سرانجام اکسیده شده و به نیترات تبدیل می شود.

در مناطق خشک، مدیریت آبیاری و زهکشی از عوامل اساسی مؤثر بر جریانات سطحی و جریان آب در درون خاک است. از آن جا که جابجایی املاح عموماً از طریق جریانات آب خاک صورت می پذیرد، مدیریت آبیاری و زهکشی تا حدود زیادی بر روی شسته شدن کود و سم و حرکت آن ها به زیر منطقه ریشه و ورود آن ها به لوله های زهکش مؤثر می باشد. زمان آبیاری هم چنین بر خیز موئینه ای در منطقه ریشه تأثیر می گذارد. خیزش موئینه ای سبب تجمع نمک در منطقه ریشه می شود. اما در عین حال نیاز به آبیاری را کم می کند. مقدار و عمق یک آبیاری نیز به اندازه زمان آبیاری اهمیت دارد. آب اضافی ( شامل باران نفوذ یافته)  به لایه های زیرین خاک نفوذ می کند و همراه خود نمک ها را به پایین می برد.

آب و مواد معدنی که برای رشد گیاه و میزان محصول حیاتی اند، از طریق پروفیل سطحی خاک جریان پیدا می کنند. به علاوه به خاطر وجود منابع آب های زیر زمینی، جریان محلول های شیمیایی درون خاک نگرانی های زیادی را ایجاد کرده است [34]. نگرانی ها به خاطر آلودگی آب های زیر زمینی به خصوص از طریق آفت کش ها و آب شویی نیترات در زمین های کشاورزی به شدت در سال های اخیر افزایش یافته است [33]. پرسش اصلی ما این است که نیتروژن از دست رفته به کجا می رود و به کدام شکل می رود؟ کدام قسمت محیط زیست  نیتروژن را  دریافت می کند و چه آسیبی می بیند؟ 

نیتروژن ممکن است به صورت آمونیوم یا نیترات از اراضی قابل کشت خارج شود. از دست رفتن آمونیوم از خاک با تصعید آمونیاک اتفاق می افتد. هم چنین آمونیاک ممکن است در طول عمر گیاهان از دست رود .

اگرچه به کار بردن کودهای شیمیایی به طور چشم گیری محصولات کشاورزی را افزایش می دهد ولی فعالیت های کشاورزی با آلودگی جدی منابع آب زیر زمینی در مناطق کشاورزی همراه بوده است.

فعالیت های کشاورزی با افزایش غلظت نیترات در زهکشی سطحی و زیر سطحی مرتبط بوده و در اکثر موارد غلظت نیترات از محدودیت های تعیین شده ( معیارهای ) آب شرب فراتر می رود. هوبارد و شریدان ( 1989) گزارش دادند که در بسیاری از مناطق کشاورزی، سطح نیترات در آب های شرب به طور قابل توجهی از مقدار ماکزیمم تعیین شده توسط آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا (EPA)  ( 10 میلی گرم نیترات در لیتر ) بیشتر است. آب شرب که به وسیله نیترات آلوده می شود ممکن است برای نوزادان کشنده باشد، نیترات رسیدن اکسیژن به مغز را محدود می کند و باعث بروز بیماری سندرم آبی کودکان(Blue Baby ) می گردد. هم چنین می تواند به سرطان دستگاه گوارش نیز مرتبط باشد [50]. به علاوه آبشویی نیتروژن از مناطق کشاورزی می تواند به شدت برای کشاورزان هزینه بر باشد اما راه های موثر و ساده برای تخمین مقادیر آبشویی بسیار کمیاب و محدود هستند [ 53]. پیش بینی حرکت مواد محلول در خاک از پیش بینی وضعیت آب خاک پر چالش تر است [24]. علاوه بر این طبیعت ناهمگن خاک اندازه گیری آبشویی نیتروژن تلف شده را مشکل می سازد [11].

 انتخاب فناوری مناسب و طراحی درست زهکشی، اثر قابل توجهی بر کیفیت زهاب دارد. در گذشته سیستم های زهکشی به منظور جمع آوری نفوذ عمقی از اراضی فاریاب و جریانات جانبی طراحی می شدند . در مناطق با آب زیرزمینی شور، عمق و فاصله زهکش ها نیز با هدف به حداقل رساندن خیز موئینگی از سفره آب زیر زمینی به منطقه ریشه تعیین می شد. اما امروزه، اثر متقابل مدیریت آبیاری و سهم آب زیر زمینی که توسط گیاه مصرف می شود و طراحی آبیاری و مدیریت فعال سیستم های زهکشی باید مورد مطالعه قرار گیرد. پژوهش های انجام شده در زمینه مدیریت سیستم های زهکشی در مناطق خشک  و نیمه خشک اندک است ( آیرز[2]1996 ). موضوع زهکشی کنترل شده اولین بار در مناطق مرطوب مطرح شد. زهکشی کنترل شده به منظور کاهش حجم زهاب ها استفاده میشود.این روش جذب آب توسط ریشه را افزایش می دهد. در هنگام بهره برداری از زهکشی کنترل شده نگه داشتن سطح ایستایی در عمق نسبتاً ثابت اهمیت دارد. در مناطقی که سطح ایستایی کم عمق توسط زهکش کنترل می شود. میزان زهاب و نمک خارج شده کاهش می یابد. زهکش کنترل شده هم چنین از خارج شدن عناصر غذایی و دیگر آلاینده های موجود در زهاب جلوگیری می کند ( اسکلگز [3]1999 ، زاکر و برون [4] 1998). بالا نگه داشتن سطح ایستایی، غلظت نیترات در آب زهکشی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. این کاهش ناشی از کاهش حجم زهاب خروجی و افزایش دنیتریفیکاسیون است [ 4].

بنابراین برای اندازه گیری مقادیر آبشویی نیترات در زمین های کشاورزی و مدیریت آن جهت کاهش آلودگی آب های زیر زمینی، مطالعه کافی در زمینه شیمی – زراعت[5] به خصوص در محدوده توسعه ریشه گیاهان ضروری می باشد. زهکشی کنترل شده می تواند تلفات نیترات را در جریان زیر سطحی کاهش دهد اما تأثیر آن ممکن است با کاربرد مقادیر متفاوت نیتروژن و شرایط مختلف آب و هوایی متفاوت باشد. تحقیقات زیادی برای بررسی تأثیر مدیریت کشاورزی ( کود نیتروژن، سیستم کشت و … ) بر تلفات نیتروژن در زهکشی زیر زمینی انجام شده است  [47]. در کشور سوئد تحقیقات بر روی نحوه کشت و مدیریت خاک برای کاهش تلفات نیتروژن آبشویی شده در شرایط زهکشی زیر زمینی متمرکز شده است [ 20]. پدیده تکنیکی مدیریت سطح ایستایی ( زهکشی کنترل شده ) در کشورهایی مثل ایالات متحده آمریکا، استرالیا، کانادا، سوئد به کار برده شده است. در این تکنیک از کنترل قسمت خروجی زهکشی زیر زمینی برای تغییر عمق زه آب خروجی استفاده می گردد که با کاهش تلفات نیتروژن باعث بهبود در برداشت محصول و حفاظت محیط زیست می شود. دنیس[6] و همکاران ( 2002) نشان دادند زهکشی کنترل شده می تواند مقدار تلفات نیترات را در محیط زیست با افزایش دنیتریفیکاسیون و افزایش فعالیت های غیر هوازی در خاک و هم چنین کاهش جریان های زیر سطحی در عمق خاک، کاهش

خرید اینترنتی فایل متن کامل :

 

 

 دهد. به طور کلی زهکشی کنترل شده می تواند حجم جریان زهکشی را 25 تا 44 درصد در مقایسه با زهکشی آزاد کاهش بدهد.

کاهش مقدار تلفات نیترات در زهکشی کنترل شده بر اساس فاکتورهای نوع خاک، اقلیم (شرایط بارندگی ) سیستم کشت و دیگر فعالیت های کشاورزی متغیر بوده و بین 13 تا 95 درصد است [ 32]. عمق سطح ایستایی، فاصله زهکش ها، زمان و دوره اجرای زهکشی کنترل شده تأثیر زیادی بر تلفات نیترات در زهکشی و تولید محصول دارد [ 25]. زهکشی کنترل شده یعنی کنترل آب در بخش های اصلی، نیمه اصلی و فرعی در زهکشی زیر زمینی که با تغییر زهکشی خروجی انجام می گیرد [ 49]. با زهکشی کنترل شده سطح آب ایستایی باید بالاتر از عمق خروجی زهکش قرار بگیرد. بعد از برداشت محصول برای محدود کردن جریان خروجی و کاهش تلفات نیترات به کانال های زهکش و جریان های  زیر سطحی  در خارج از فصل کشت عمق آب خروجی به وسیله ی یک سازه کنترل، بالاتر قرار می گیرد ولی در اوایل بهار و در فصل پاییز که جریان زهکشی می تواند آزادانه جریان پیدا کند ( البته قبل از عملیات مزرعه مانند کاشت یا برداشت) عمق آب خروجی پایین آورده شده و دوباره بعد از کاشت و برای ذخیره آب برای گیاه و استفاده گیاه در نیمه تابستان بالا نگه داشته می شود.

1-2- هدف

هدف از این تحقیق بررسی تأثیر زهکشی کنترل شده در اعماق 90 و 120 سانتی متر و زهکشی آزاد بر عملکرد محصول ذرت، آبشویی نیترات و حجم زهکشی شده با اعمال تیمار کود در سه مقدار صفر ( شاهد)، 200 و 400 کیلوگرم در هکتار و مقایسه آن ها در تیمارهای زهکشی مختلف بود.

1-3- تعاریف و کلیات

1-3-1- تاریخچه زهکشی

 زهکشی نقش ضروری را در تولید غذا بازی می کند ضمن این که باعث حفظ سرمایه در آبیاری و منابع غذایی زمین نیز می گردد. در طول نیمه دوم قرن بیستم،   زهکشی تقریباً در 150 میلیون هکتار از زمین های شور و باتلاقی طبیعی اجرا گردیده است. این توسعه مهم، افزایش چشمگیری در تولید غذا را منجر شد. البته در مقیاس جهانی، زهکشی در کشورهای توسعه یافته هنوز به اندازه کافی و بایسته وجود ندارد.

از نزدیک به 1500 میلیون هکتار از زمین های آبی و دیم در جهان، تنها 14% با انواع سیستم های زهکشی تولید محصول می کنند. کل مناطق نیازمند به زهکشی مصنوعی تقریباً می تواند 300  میلیون هکتار برآورد شود، که بیشتر در مناطق  خشک و نواحی استوایی کشورهای در حال توسعه وجود دارند.

پروژه های تولید محصول به منظور تهیه غذای مورد نیاز جهان در طول 25 سال آینده نشان می دهد که زهکشی  حداقل 10  تا 15  میلیون هکتار باید افزایش  پیدا کند. پیش بینی می گردد که یک سوم این منطقه با سیستم زهکشی سطحی انجام پذیرد [ 27].

1-3-2- نیاز به زهکشی

 در طول بارندگی یا آبیاری، زمین خیس می گردد آب به درون خاک نفوذ کرده و در داخل خلل و فرج آن ذخیره می گردد. وقتی تمام خلل و فرج خاک با آب  پر شد ،  گفته می شود که خاک اشباع گردیده است و آب دیگر نمی تواند در خاک جذب شود. اگر باران یا آبیاری ادامه پیدا کند، رواناب روی سطح خاک تشکیل می شود. قسمتی از آب موجود در لایه اشباع خاک زیر لایه عمیق تر جریان پیدا می کند و آب لایه سطحی جایگزین آب نفوذ کرده می گردد.

وقتی آب اضافی روی سطح خاک باقی نیست،  جریان آب به سمت پایین لایه خاک ادامه پیدا می کند ، تا زمانی که هوا دوباره به داخل خاک و منافذ  آن وارد شود . این خاک دیگر اشباع نخواهد بود. می دانیم که ریشه گیاه به هوا به همان اندازه آب نیازمند است و اکثر گیاهان شرایط اشباع خاک را تحمل نمی کنند. علاوه بر خسارت به گیاه، استفاده از ماشین آلات کشاورزی در زمین های بسیار خیس غیر ممکن است.

آب جریان یافته از خاک اشباع به سوی لایه های عمیق تر،  منابع آب های زیر زمینی را تغذیه می کند. در نتیجه، سطح آب زیر زمینی افزایش پیدا می کند. بارندگی های سنگین پی در پی یا ادامه آبیاری اضافی باعث می شود که سطح آب های زیر زمینی به منطقه ریشه برسد و حتی آن را اشباع کند و دوباره اگر این حالت اشباعی زیاد طول بکشد، گیاه صدمه می بیند. بنابراین کنترل صعود سطح آب زیرزمینی بسیار ضروری است.

خروج آب اضافی وارد شده از سطح خاک و یا از منطقه رشد گیاه، زهکشی نامیده می شود. آب اضافی حاصل از بارندگی یا بیش آبیاری است  اما ممکن است دلائل دیگری مثل رسوخ از کانال یا سیلاب نیز داشته باشد.

در مناطق بسیار خشک اغلب تجمع نمک در خاک وجود دارد. اغلب گیاهان در خاک های شور و نمکی رشد خوبی ندارند. نمک می تواند به وسیله ی نفوذ آبیاری از منطقه ریشه شسته شود. بنابراین برای شستشو  نمک خاک کشاورزان آب بیشتر از نیاز گیاه در مزرعه استفاده می کنند. اما آب نفوذ کرده شور باعث بالا آمدن سطح آب زیر زمینی می شود. زهکشی برای کنترل سطح آب زیر زمینی، همچنین باعث کنترل شوری خاک می شود.

1-3-3-  مدیریت و کنترل آب زهکشی

 مفهوم مدیریت و کنترل آب زهشکی بر اساس نشریه فائو [22]  به مدیریت کردن و کنترل کردن کیفی و کمی آب زهکشی شده ( زهکشی کشاورزی ) در مناطق خشک و نیمه خشک گفته می شود. مدیریت آب زهکشی در مزرعه، سیستم های آبیاری و سطح پایه رودخانه شامل تعدادی از فعالیت های زیر است:

• تنظیم سطح آب ایستایی در سیستم زهکشی برای اطمینان از نگهداری رطوبت بهینه مورد نیاز خاک برای رشد بهینه گیاه و کنترل کردن شوری خاک.
• توسعه راهبردی مدیریت آبیاری و زهکشی و اطمینان از قوانین وضع شده در خصوص مصرف آب و استانداردهای کیفیت آب و حل معضلات، مشکلات و ناسازگاری هایی که ممکن است اتفاق بیفتد.
• وضع اولویت های توزیع و ضوابط برای استفاده مجدد از آب در مناطق کم آب

1-3-4-  انواع مختلف زهکشی

 زهکشی می تواند به صورت طبیعی یا مصنوعی وجود داشته باشد. خیلی مناطق دارای زهکشی طبیعی اند. این بدین معناست که آب اضافی از مناطق کشاورزی به مناطق باتلاقی یا دریاچه ها و رودخانه ها جریان می یابد. زهکشی طبیعی اغلب ناکافی هستند و زهکشی مصنوعی و ساخته شده به دست بشر مورد نیاز است. دو نوع زهکشی مصنوعی وجود دارد: زهکشی سطحی و زهکشی زیر زمینی