مقاله فارسی تعيين نياز آبي گياه چغندر قند در شرايط مشهد در طول فصل رشد

دانشگاه فردوسي
دانشكده كشاورزي
گروه مهندسي آب
پروژه:
تعيين نياز آبي گياه چغندر قند در شرايط مشهد در طول فصل رشد
گردآورنده:
سيد محمد سيدي
استاد راهنما:
مهندس مشيري
رابطه بين آب، خاك، گياه و اتمسفر را مي‌‌توان به اين صورت توصيف كرد كه گياه براي زنده ماندن نياز به آب دارد و آب به صورت ذخيره در خاك موجود است. اتمسفر انرژي لازم براي گياه را تامين مي‌‌كند تا بتواند آب مورد نياز خود را از خاك دريافت كند. اين فرآيند به ظاهر ساده در يك سيستم بسيار پيچيده و مرتبط به هم صورت مي‌‌گيرد كه به آن زنجيره آب – خاك – گياه – اتمسفر گفته مي‌‌شود. هر يك از عناصر اين زنجيره متاثر از اجزاي ديگر بوده و بر ساير عناصر نيز اثر مي‌‌گذارند. به طوري كه هيچ فرآيندي از آن رانمي توان به صورت ساده و مستقل در نظر گرفت و اگر عملا گاهي اوقات از فرآيندهاي جداگانه اي مانند تعرق، جذب، تبخير و يا امثال آن بحث مي‌‌شود فقط از نظر ساده كردن موضوع و تبيين آن مي‌‌باشد.
گياه، در مناطق خشك و نيمه خشك كه مساله كمبود آب يكي از معضلات كشاورزي مي‌‌باشد، تعرق يكي از اساسي ترين فرآيندي است كه در زنجيره آب – خاك – گياه – اتمسفر صورت مي‌‌گيرد. حدود 90% اجزاء فعال گياه از آب تشكيل شده و بيش از 99% آب معرفي گياه صرف تعرق مي‌‌شود. تعرق فرآيندي است كه طي آن آب از طريق روزنه هاي گياه تبديل به بخار شده و از آن خارج مي‌‌شود. تعرق زماني انجام مي‌شود كه فشار بخار آب در داخل روزنه گياه بيشتر از فشار بخار آب در هواي مجاور بوده و روزنه ها نيز باز باشند تا دي اكسيد كربن بتواند براي انجام عمل فتوسنتز وارد گياه شود. بنابراين هرزمان كه روزنه ها باز باشند ولو اين كه در داخل خود برگ و يا در حد فواصل برگ و هواي مجاور مقاومت هايي صورت بگيرد، عمل تعرق انجام مي‌‌پذيرد.
خاك: در زنجيره آب – خاك – گياه – اتمسفر، خاك را مي‌‌توان مخزني دانست كه آب را موقتا در خود ذخيره كرده و سپس به تدريج در اختيار گياه قرار مي‌‌دهد. نيروهاي موئينه اي و جاذب خاك كه به نام نيروهاي ماتريك (matric) معروفند مقدار قابل توجهي
آب را در داخل منافذ خاك نگهداري مي‌‌كنند. نيروي موئينه اي به دليل چسبندگي ذرات خاك با آب واكنش سطحي مولكولهاي آب به وجود مي‌‌آيد و نيروي جاذبه اي به دليل بار منفي سطح ذرات رس است كه بخش مثبت مولكولهاي قطب قطبي آب را به خود بچسباند. براي اين كه آب بتواند در خاك جريان پيدا كند بايد نيرويي كه آب را به طرف ريشه كشاند به اين نيروها غلبه نمايد. حداقل نيروي لازم براي استخراج آب بستگي به رطوبت و نوع خاك دارد. منحني مشخصه رطوبتي خاك كه رابطه بين درصد رطوبت خاك و پتانسيل آب مي‌‌باشد، نشان دهنده آن است كه با يك نيروي معين چه مقدار آب مي‌‌توان از خاك استخراج كرد.
اتمسفر: انرژي لازم براي گياه به منظور تامين آب مورد نياز از خاك توسط اتمسفر تامين مي‌‌شود. چنانچه روزنه ها باز باشند و آب نيز محدود نباشد وضعيت اتمسفر عامل كنترل كننده سرعت تعرق است. مهمترين پارامتر در اين مورد دما و رطوبت است. بالا بودن دما باعث مي‌‌شود بخار آب تجمع يافته در سطح برگها از محيط خارج شده و اختلاف فشار بخار بين گياه و هوا را تشديد نمايد. البته بايد توجه داشت كه اتمسفر خود فاقد انرژي است و كليه انرژي هاي آن توسط تابش خورشيد تامين مي‌‌شود كه از طريق اتمسفر به گياه اعمال مي‌‌گردد.
تبخير و تعرق: در زنجيره آب – خاك – گياه – اتمسفر، آب مستقيما از سطح خاك و يا توسط گياه به داخل اتمسفر وارد مي‌‌شود. انتقال آب از سطح خاك به هوا را تبخير (evaporation) و خارج شدن آن از گياه را تعرق (transpiration) گويند. اين دو پديده هر دو ماهيت تبخيري داشته و چون تفكيك آنها از يكديگر امكان پذير نمي‌‌باشد مجموعا به نام تبخير – تعرق evapo-transpiration در نظر گرفته شده و با علامت ET نشان داده مي‌‌شود. در كشاورزي آب مورد استفاده زراعت (consumptive use, cu) به مجموع مقدار
تبخير از سطح خاك و مقدار آبي گفته مي‌‌شود كه توسط ريشه هاي گياه از خاك جذب مي‌‌شود بنابراين اختلاف ET و CU تنها در مقدار آبي است كه صرف فتوسنتز و انتقال مواد در داخل گياه مي‌‌شود و در ساختمان اسكلت گياه بكار رفته است چون اين مقدار در قياس با تعرق بسيار ناچيز است عملا تبخير و تعرق با آب مورد مصرف در زراعت برابر در نظر گرفته مي‌‌شود.
منظور از تعيين تبخير – تعرق به آمرد مقدار آبي است كه بايد با يك پوشش زراعي داده شود تا در طول دوره رويش صرف تبخير و تعريق نموده و بدون آنكه با تنش آبي مواجه شود رشد خود را تكميل نموده و حداكثر مقدار محصول را توليد كند. از جايي كه عوامل بسيار زيادي در تبخير – تعرق دخالت دارند به آورد دقيق تبخير – تعرق اگر نتوان كه غير ممكن است كاري است بسيارمشكل. روشهايي كه براي تخمين تبخير – تعرق بكار برده مي‌‌شود دردو گروه اصلي قرار مي‌‌گيرند كه عبارتند از : روشهاي مستقيم و روشهاي محاسبه اي. در روشهاي مستقيم بخش كوچك و كنترل شده اي از مزرعه اي مجزا كرده و مقدار تبخير و تعرق در يك دوره زماني مستقيما از اندازه گيري استفاده مي‌‌شود. حال آنكه در روشهاي محاسبه اي كه مي‌‌توان آنها را روشهاي غير مستقيم دانست از عوامل مختلف اقليمي گياهي استفاده شده و از روي ارتباط آنها با تبخير – تعرق و معادله هايي كه قبلا با روشهاي مستقيم و اسفنجي شده اند تبخير – تعرق پوشش گياهي مورد نظر تخمين زده مي‌‌شود و همانطور كه گفته شد هيچ كدام ازاين روشها نمي‌‌تواند تبخير – تعرق را بطور دقيق برآورد نمايند ولي برخي ازآنها در بعضي مناطق نتايجي را بدست مي‌‌دهند كه بيشتر با واقعيت مطابقت دارد. از نظر عملي روشهايي مطلوب است كه اولا آسان بوده و ثانيا نتايج حاصل از آن واقعي تر باشد.
روشهاي غير مستقيم تعيين تبخير – تعرق
در عمليات طراحي سيستم هاي آبياري براي تعين تبخير – تعرق عملا از روشهاي غير مستقيم يا روشهاي محاسبه اي استفاده مي‌‌شود. اين روشها براساس فرمول زير استوارند:
ET=KC*ET0
كه درآن
ET تبخير – تعرق گياه مورد نظر
ET0 تبخير – تعرق پتانسيل (تبخير – تعرق گياه مورد مرجع)
Kc ضريب گياهي
درفرمول فوق ET0 ممكن است تبخير – تعرق پتانسيل و يا تبخير تعرق گياه مرجع باشد. تبخير – تعرق پتانسيل (potential ET )حداكثر مقدار آبي است كه اگر بدون محدوديت وجود داشته باشد مي‌‌توان توسط سطوح آب و گياه از خاك خارج شود. تبخير – تعرق پتانسيل بستگي به مقدار انرژي موجود براي عمل تبخير داشته و از روزي به روز ديگر متغير است تبخير – تعرق گياه مرجع (reference ET )همان تبخير – تعرق پتانسيل براي يك پوشش گياهي به خصوص است كه معمولا چمن يا يونجه انتخاب مي‌‌شود. تعريفي كه براي گياه مرجع چمن شده است اين است كه ارتفاع اين گياه 8تا15سانتي متر بوده سطح وسيعي را دربر گرفته و بطور كامل و يك نواخت زمين راپوشش داده باشد سبز و شاداب بوده و بدون محدوديت آب تبخير – تعرق آن صورت گيرد. براي گياه مرجه يونجه نيز تعريف مشابهي شده است. بدين معني كه به طور يكنواخت مساحت وسيعي را در بر گرفته بوته ها سبز و شاداب باشند و قائم با ارتفاع 20 سانتي متر باشند و بدون محدوديت آب تبخير و تعرق نمايند. بنابراين تبخير تعرقي كه ازيك سطح پوشيده از گياه فرضي فوق صورت مي‌‌گيرد، به نام تبخير – تعرق گياه مرجع معروف است. گرچه انتخاب
يونجه از نظر مشابهت با گياهان زراعي بيشتر مورد علاقه دانشمندان است. اما در عمل هنوز هم چمن بعنوان گياه مرجع كاربرد بيشتري دارد. كاربري گياه مرجع براي تبخير – تعرق پتانسيل اين است كه تبخير – تعرق پتانسيل به دليل متفاوت بودن گياهان مختلف از نظر زبري سطح پوشش و ضريب بازتاب انرژي و يا متغير بودن مكانهاي مختلف ازنظر انرژي دريافتي از خورشيد و گرماي نهان و محسوسي كه از اطراف مي‌‌رسد متفاوت است و درصورتي كه گياه مرجع نوع گياه و شرايط محيطي آن ثابت در نظر گرفته شده است.
روشهايي كه براي محاسبه ET0 پيشنهاد شده است هر كدام از نظر داده هاي مورد لزوم نيازهاي متفاوتي دارند. در برخي از آنها لازم است آمار روزانه وجود داشته باشد حال آنكه براي تعدادي از روشها داشته آمار ماهانه هواشناسي كفايت مي‌‌كند.برخي از روشها علاوه بر دما به آمار رطوبت نسبي و سرعت باد نيز نياز دارند و برخي از روشها بايد آمار تابش نور خورشد يا ساعات آفتابي روز هم وجودداشته باشد. به طور خلاصه تعدادي از روشها اساس فيزيكي دارند و تعدادي فقط از روي تجربه به دست آمده اند اين روشها را مي‌‌توان كلا در 4 گروه تقسيم كرد كه عبارتند از:
روشهاي موسوم به آيروديناميك
روشهاي موسوم به توازن انرژي
روشهايي كه از تركيب دو روش فوق حاصل شده و به نام روشهاي تركيبي معروفند.
روشهاي تجربي
پس از آنكه ET0 با يكي از روشهاي فوق محاسبه شد لازم است براي هر دوره اي كه ET0 محاسبه شده است ضريب گياهي نيز محاسبه شده و با ضرب كردن آنها در يكديگر ET براي گياه مورد نظر مجاسبه شود.
پيش از آنكه در مورد روش تجربي كه از جمله روشهاي غير مستقيم تعيين تبخير و تعرق است بپردازيم مختصري از گياه زراعي چغندر (كه بحث تامين نياز آبي اين گياه در پروژه مد نظر است) مي‌‌پردازيم.
Beta volgaris عضوي از خانواده ؟ بسياري از اعضاي ديگر اين خانواده گياهي شور پسند است. چغندر قند گياهي دوساله است. در سال اول، به طريق برون زميني سبز شده و به فرم زرت تكوين مي‌‌يابد. گياه زرت شامل برگهاي كركدار، سبز تيره، براق، داراي رگبرگهاي مشخص و دمبرگ هاي فري ست. توليد برگ در سال اول انجام شده و در همان حال ريشه نيز حجيم شده و ساكارز در آن تجمع مي‌‌يابد. ريشه معمولا قبل از شروع يخبندان هاي زمستان برداشت مي‌‌شود و ممكن است عملكرد آن تا 83 و عملكرد قند تا 15 تن در هكتار برسد.
لازمه توليد گل در سال دوم عمل بهاره سازي است. بهاره سازي معمولا در زمستان در پايان سال اول و يا وقتي گياهچه ها بلافاصله بعد از استقرار يك سرماي ديررس را تجربه كنند، انجام مي‌‌شود. در چنين مواردي گياهان گلدار توليد مي‌‌شوند كه ريشه آنها ساكارز خود را از دست داده و به مقدار زيادي چوبي مي‌‌شوند. تعداد زياد گياهان گلدار در مزرعه راندمان برداشت و عملكرد قند را كاهش مي‌‌دهد.
به محض استقرار گياهچه، گياه وارد دوره تشكيل برگ مي‌‌شود. در خلال اين دوره رشد ريشه خيلي اندك است. بدين ترتيب، در سن شش هفته اي گياه 10-8 برگ ولي ريشه اي كوچك داردو تا مرحله 12 برگي، اندازه برگهاي بالغ تدريجا بزرگتر مي‌‌شود.اما برگهايي كه پس از آن تشكيل مي‌‌شود اندازه كوچكتري دارند. برگهاي اوليه گياه به ترتيبي كه توليد شده اند از بين مي‌‌روند و شاخص سطح برگ زماني كه برزگترين برگ به اندازه نهايي خود برسد به حداكثر مي‌‌رسد. پس از آن شاخص سطح برگ روبه نقصان مي‌‌گذارند. از مرحله
10-8 برگي به آن طرف، رشد برگ و ريشه به طور همزمان اتفاق افتاده ريشه بخش رو به افزايشي از كل وزن خشك گياه را تشكيل مي‌‌دهد.
معادله تجربي
متخصصان آب و خاك و گياه سعي كرده اند معادله هايي هرچند ساده به منظور تخمين ET0 ارائه كنند. ولي معادله ها رابطه بين ET0 و يك يا چند پارامتر اساس موثر بر تبخير و تعرق در نظر گرفته شده است. دماي هوا، تابش خورشيد، تبخير از تشت، رطوبت هوا و سرعت باد جزء اين پارامترها به شمار مي‌‌روند. اين روشها گرچه بسيار ساده مي‌‌باشند اما كاربرد آنها را براي دوره هاي 5 روزه و حتي روزانه نيز به كاربرده اند. در اين جا به شرح يكي از معادله هاي تجربي كه كاربرد زيادتري دارد پرداخته شده است.
روش بلافي – كريدل: يكياز قديمي ترين روشهاي تبخير – تعرق پتانسيل روش بلافي – كريدل است كه بعدا فرمول پيشنهادي آنها توسط پروت (Pruitt) از اساتيد دانشگاه كاليفرنيا مورد واسنجي قرار گرفت و براي تخمين تبخير – تعرق گياه مرجه چمن به صورت زير ارائه شد:
ET0 = C[P (0.46T+8.13)]
كه در آن:
ET0 = تبخير تعرق گياه مرجع (چمن) بر حسب ميلي متر در روز (mm/d)
P = ضريب مربوط به طول روز يا درصد سالانه تابش آفتاب ذر ماه كه به صورت روزانه توصيف شده است. (متوسط ساعات روشنايي هر روز در ماه مورد نظر تقسيم بر كل تعداد ساعات روشنايي سال ضرب در 100)
T = متوسط ماهانه درجه حرارت، c
ضريب C بستگي به رطوبت نسبي هوا ()، نسبت ساعاتواقعي آفتاب (n) به حداكثر ممكن ساعات آفتابي (N) يعني n/N و سرعت باد در روز () دارد. در ايستگاههاي هوا شناسي ار زوي دماسنج هاي تر و خشك تعيين مي‌‌گردد. ساعات واقعي آفتاب در طول روز (n) توسط آفتاب نگار اندازه گيري مي‌‌شود و مقدار N در هر نقطه بستگي به عرض جغرافيايي دارد. سرعت باد در ايستگاههاي هواشناسي معمولا در ارتفاعات مختلف اندازه گيري مي‌‌شود ولي آنچه به عنوان استاندارد مورد استفاده قرار مي‌‌گيرد، سرعت باد در ارتفاع 2 متري است.
ET0 را بدون در نظر گرفتن ضريب C‍‍‍‍‍ براي هر ماه از طول روز دوره رشد محاسبه نموده، سپس ضريب C را به روش گرافيكي به دست مي‌‌آوريم. در اين صورت فرمول ET به اين صورت به دست مي‌‌آيد.
F = P(0.46T+8.13)
ضريب گياهي
در تمام روشهايي كه توسط آنها تبخير – تعرق گياه مرجع (ET0) محاسبه مي‌‌شود، لازم است ضريب گياهي نيز محاسبه شود
محاسبه ضريب گياهي
براي آنكه بتوان نتايج حاصله را به سطوح پوشش گيهاي مورد نظر تعميم داد لازم است مقادير ET0 به دست آمده را در ضريب گياهي ضرب نمود. ضريب گياهي بستگي به عواملي مانند نوع گياه، مرحله رشد و شرايط آب و هوايي محل دارد.

ضريب گياهي يك مقدار ثابت نبوده و مقدار آن در طول دوره رويش گياه تغيير مي‌‌كند.
براي تعيين ضريب گياهي و استفاده آن جهت تبديل ET0 به تبخير – تعرق گياه مورد نظر براساس روش پيشنهادي FAO براي دوره رويش گياه منحني تغييرات ضريب گياهي رسم مي‌‌شود تادر هر مرحله از رشد ضريبي متناسب با همان مرحله اعمال شود.
در اين روش فرض شده است كه ضريب گياهي از ابتدا رشد گياه تا مرحله برداشت آن متغير است. هرچند اين تغييرات خطي نيست ولي كل دوره رويش به 4 بخش تقسيم شده است كه در هر قسمت تغييرات ضريب گياهي به صورت يك خط مشخص مي‌‌شود. بنابراين اولين قدم اين است كه دوره رشد گياه را به 4 بخش تقسيم كنيم. اساس تقسيم بندي به شرح زير است:
الف) مرحله ابتداي رشد: يعني از زمان كاشت تا هنگامي كه گياه 10 درصد سطح زمين را بپوشاند.
ب) مرحله رشد و توسعه گياه: از انتهاي مرحله ابتدايي تا زماني كه گياه به حداكثر رشد رسيده و حدود 70 تا 80 درصد سطح زمين را دربرگيرد.
ج) مرحله مياني: از انتهاي مرحله توسعه تا زماني كه گياه در حال كامل بودن مي‌‌باشد.
د) مرحله نهايي: از انتهاي مرحله مياني تا مرحله برداشت محصول.
مراحل مختلف رشد در هر منطقه بسته به شرايط آب و هوايي متفاوت است و اگر اطلاع دقيقي از آن در دست نباشد، مي‌‌بايست با مروجين مزارعين منطقه مذاكره و اطلاعات لازم را كسب كرد.
پس از آنكه دوره رشد گياه به 4 مرحله تقسيم شد، براي رسم منحني ضريب گياهي قدم بعدي آن است كه ضريب گياهي را براي مراحل مختلف به دست آوريم.
جدول كلي تعيين نياز آبي گياه (چغندر قند)

فایل : 12 صفحه

فرمت : Word