مقاله کامل بهره وری آب و روشهای بهبود آن

بهرهوری آب و روشهای بهبود آن
تاكنون عمده سیاستگذاری‌ها در حوزه آب محدود به استحصال و مدیریت آبهای جاری (جریانهای سطحیرودخانه‌هایا منابع زیرزمینی) متمركز بوده است. اكنون در تمامقاره‌ها پیوسته نیاز شهرها و صنایع به آب چند برابر میشود و در نتیجه اختصاص آبآبیاری به مصارف غیركشاورزی فراگیرترشدهاست. بسیاری از دولتها با پرداخت یارانهبرای آب آبیاری آن را به قیمت ارزان و غیر واقعی دراختیار كشاورزان قرارمیدهند و اینمسئله منجر به استفاده بی رویه از آب می‌شود. یكی از راه حل‌های مهم برای كاهش وتعدیل آثار زیانبار فقر و ثابت نگهداشتن سطح قبلی تولید،افزایش بهره وری آب به میزان افزایش تقاضا برای غذاست. با افزایش بهره وری آب ضمن حفظ تولید پایدار و كاهشمصرف آب،احداث منابع ذخیره آب و سرمایه گذاری در این زمینه كه مسایل زیستمحیطی در برخواهدداشت،ضرورت پیدا نخواهد کرد. در زمینه مدیریت آبیاری و برنامهریزی آن جهت ارتقاء راندمان آبیاری در داخل مزرعه پتانسیل فراوانی برای كاروجود دارد. تمام ی رویكردهای گذشته برای كاهش آثار خشكسالی و كمآبی مزارع در جهت تأمین منابع آب معطوف بود. امكانات،منابع و زمانهای متعددی در حوزه‌های مختلفتصمیم گیری،تصمیم‌سازی و كارشناسی مصروف این مورد شد،ولی كمتر به نوعبهره وری از آب تأمین شده پرداخت
هشده است. شاید اولین و البته سادهترین راه حل برای رفعمشكل كمآبی و تنش‌های ناشی از آن،تأمین آب به نظر برسد،اما مشكل کم آبی درشرایط كشور یك راه حل ندارد،اگرچه تأمین آب به عنوان اولین قدم قابل قبول است، البته ساده انگاری است كه تصور شود همه راه حل است. مهمترین قسمت این چرخهپیچیده همان مدیریت آب در داخل مزرعه (هدف نهایی تأمین آب) است. به عبارت دیگربهبود بهره وری آب در شرایط كنونی كه عمده منابع آبی در كشور در حال مصرف استكلیدیترین شاخص برای رفع تنگناهای خشكسالی و کم آبی و مسائل متأثر از آنها (فقر، گرسنگی،ناامنی غذایی) است. در دراز مدت،افزایش بهره وریآب برای گسترشزمین‌های آبی و افزایش بهره وری بارش جهت تولید بیشتر غذا عامل كلیدی برای مبارزه باگرسنگی و كاهش فقر است.
1-تعاریف
در مقایسهسیستم‌های آبیاری با یكدیگر و ارزیابی‌های مربوط به تأثیر مقدار آبیاری بر افزایش محصول بیشتر از واژه‌هایی مانند راندمان آبیاری،كارایی مصرف آب،بهره وری آب و یا امثال آن استفاده می شود كه در این قسمت به تعریف هر كدام از این واژه‌ها پرداخته می شود.
به طور كلی هر گیاه را میتوان به یك رآكتور تشبیه كرد كه انرژی خورشیدی را دریافت و آن را به ماده یا محصول تبدیل می‌كند. در این فرایند مقداری آب مصرف می شود كه بخش زیادی از آن از ریشه وارد شده و پس از انجام وظایف خود كه از جمله خنك كردن این رآكتور است از برگ‌ها خارج می شود. بخشی از آب نیزكه نسبت به كل آب مصرفی بسیار اندك است،در داخل اندام‌های گیاهی و از جمله محصول تولیدی باقی می ماند. از دیدگاه یك متخصص آبیاری سوال این است كه در سیستمی كه ورودی آن آب و خروجی آن محصول
است چگونه درجه موثر بودن آب را ارزیابی كند. راندمان یا كارائی،زمانی معنی پیدا می كند كه نوع ورودی به یك سیستم و خروجی آن از یك جنس باشند. در واقع در راندمان،مساله جابجایییا انتقال یك ماده و تلفات آن طی انتقال مطرح است. به عنوان مثال آب ورودی به یك كانال در ابتدا و انتها اندازه گیری شود و در نهایت با تقسیم مقدارآب خروجی از كانال بر مقدار آب ورودی به كانال،راندمان یا بازده آن سیستم در انتقال آب ارزیابی میشود. بنابراین راندمان به زبان ساده نسبت خروجی به ورودی سیستم تعریف می شود. خروجی همواره كمتر از ورودی و یا حداكثر مساوی آن خواهد بود و در نتیجه نسبت فوق كوچكتر از یك است. اما این امكان وجود دارد كه خروجی و ورودی به یك سیستم از یك جنس نباشند،مانند گیاه كه ورودی آن آب و خروجی آن محصول است. اگر انرژی خورشید در نظر گرفته نشود،آب مصرفی توسط گیاه به عنوان ورودی سیستم و محصول به عنوان خروجی سیستم است (گیاه آب را به محصول تبدیل میكند) كه این دو از یك جنس نیستند.
از طرف دیگر زارع آب را مستقیما به گیاه نمی دهد بلكه آن را از محلی برداشت كرده و پس از انتقال به مزرعه زمین را آبیاری می كند و گیاه پس از دریافت آب از خاك،آن را به محصول تبدیل می كند. لذا در آبیاری و تبدیل آب به محصول هم بحث انتقال آب مطرح است و هم بحث تبدیل آب به یك ماده دیگر و در نتیجه در توصیف درجه مؤثر بودن آب برای افزایش محصول باید این دو به صورت تؤام درنظر گرفته شوند.
در تلفیق فرآیندهای انتقال آب و تبدیل آن به محصول یك سیستم،آبیاری و زراعت را می توان به سه زیرسیستم تقسیم كردكه عبارتند از:
زیرسیستم هیدرولیكی،سطح حوضه
زیرسیستم خاك-گیاه،سطح مزرعه
زیرسیستم فیزیولوژیك گیاه،سطح گیاه
همگی این زیرسیستمها در تولید محصول دخالت دارند. در زیر سیستم هیدرولیكی تنهابحث انتقال و جابجایی آب مطرح است كه میتوان آن را با راندمان توصیف كرد. زیرسیستم هیدرولیكی به همین جا خاتمه پیدا میكند و از این به بعد زیر سیستم خاك گیاهمطرح میشود. از آب ذخیره شده در منطقه ریشه‌ها بخشی صرف تبخیر و تعرق شده كهمنجر به تولید محصول میشود. برای توصیف درجه كارائی این زیرسیستم از واژه كارایی مصرفآب توسط گیاه استفاده میشود. بنابراین كارایی مصرف آب به صورت نسبتمقدار آب تعرق شده به مقدار آب ذخیره شده در منطقه ریشه تعریف میشود و دامنه آنبین 5/0 تا 9/0است. بعد از این فرآیند،سومین زیرسیستم كه مرتبط با فیزیولوژی گیاهاست وارد كار میشود. بخشی از آب مصرفی كه به صورت تعرق در میآید فرآیند جذبو ساخت را شكل میدهد كه طی آن آب به ماده تبدیل میشود. از آنجا كه این دو (آب و تولید) از یك جنس نیستند،به جای واژه راندمان از واژه بهره وریاستفاده می‌شود. بنابراین در مرحله بهره وریفتوسنتز تعریف میشود،نه راندمان فتوسنتز. در نتیجه بهره وری فتوسنتزیبه صورت نسبت مقدار كیلوگرم مادهای كه توسط گیاه جذب و ساخته میشود، به آب تعرق شده بر حسب مترمكعب،تعریف میشود. مسلم است كه تمام آنچه در گیاهجذب و ساخته میشود،به تولیدات گیاهییا زیست توده (بیوماس) منجر نمیشود و اینب ستگیبه ك ارائی ت نفس گی اه دار د. از آنجا ك ه،ه م مق دار ج ذب وساخت وهم تولید گیاهی از یك جنس هستندمیتوان راندمان تنفس را مطرح کرد.
بنابراین راندمان تنفس عبارت است از نسبت زیست توده به مقدار ماده تثبیت شده درگیاه در مرحله جذب و ساخت.
میزان راندمان تنفس در گیاهان زراعی بین 5/0 تا 65/0 است. به عبارت دیگر حدود نیمی از مقدار جذب و ساخت به تولیدات گیاهی (بیوما س) منجر می شود.
البته تمام تولیدات گیاهی ممكن است قابل استفاده نباشند. مثلا در گندم ممكن است میزان تولید دانه آن در هر هكتار 5 تن باشد در حالی كه مجموع تولیدات گندم اعم از دانه،ساقه و برگ به نُه تن در هكتار برسد. نمایه ای كه برای بخش قابل استفاده محصول به كار می رود شاخص برداشت نامیده میشود. شاخص برداشت عبارت است از نسبت مقدار محصول قابل استفاده به مقدار زیست توده گیاه. میزان شاخص برداشت در گیاهان زراعی حدودا 3/0 تا 5/0 است. در تعیین بهره وری گیاه از آب،كه نسبت مقدار محصول قابل استفاده به مقدار آب تعرق شده توسط گیاه تعریف می شود از حاصل ضرب سه شاخص بهره وری فتوسنتز،راندمان تنفس و شاخص برداشت به دست می آید و واحد آن بر حسب كیلوگرم در مترمكعب است.
جمع بندی تعاریف
براساس تعاریف فوق كارایی مصرف آب از حاصل ضرب كارایی مصرف آب توسطگیاه در شاخص برداشت به دست میآید. به عبارت دیگر كارایی مصرف آب عبارتاست از نسبت مقدار آب تعرق یافته توسط گیاه به مقدار آبی كه از منبع اصلی برداشتمی شود و بدون واحد و به صورت درصد یا اعشاری بیان شود.
بهره وری آ ب،عملكرد هرسه زیر سیستم (هیدرولیكی،خاك-گیاه و فیزیولوژی) را در نظر میگیرد كه در نتیجه از حاصلضرب كارایی مصرف آب توسط گیاه بر حسبدرصد،شاخص برداشت به صورت اعشاری و بهره وری آب توسط گیاه (كیلوگرم بهمترمكعب) به دست میآی د. به عبارتی حاصلضرب
دو شاخص كارایی مصرف آب(درصد) و بهره وری آب توسط گیاه (كیلوگرم بر مترمكعب) همان بهره وریآب است.
در نتیجه تعریف خلاصه شدهبهره وری آب نسبت عملكرد به مقدار آب به كاربرده شدهبرای گیاه است.
3-ضرورت و اهمیت افزایش بهره وری آب
كاهش منابع آبی،تغییر تدریجی سهم مصارف آب در بخش كشاورزی به دیگربخش‌های مصرف و جایگزینی كشت گیاهان با ارزشِ بالاتر نسبت به گیاهان راهبردی، شرایط را به سمت ناامنی غذایی سوق میدهد. عدم بهره وری مناسب از آب و افزایشسرانه آب برای هر نفر به مرور زمان منجر به خشك شدن رودخانه‌ها،دریاچه‌ها و همچنین افت سطح آب زیرزمینی شده است. در حال حاضر بسیاری از كشورهای جهان برای تولیدغذا از منابع آب محدود با چالش بزرگی روبرو هستند. كمبود آب همراه با بهرهبردارینادرست از منابع با ارزش آب جوابگوی تقاضای رو به رشد جمعیت كنونی برای غذانیست (شكل1). گرچه استحصال آبهای زیرزمینی در كوتاه مدت در تولید غذا مؤثرواقع میشود،اما ادامة آن در دراز مدت پایدار نخواهد بود. امروزه افت سفره‌های آبزیرزمینی در بسیاری از نقاط جهان،كشت آبی را غیر اقتصادی كرده است.به طور كلیمساحت زمین قابل كشت و افزایش بهره‌وری اراضی از منابع كلیدی برای تأمین غذامحسوب میشوند. بر اساس مستندات تاریخی،به دلیل روند كاهشی سطح زیر كشت،افزایش تولید غذا از طریق افزایش سطح زیر كشت میسر نخواهد بود.
/
شكل 1– روند تغییرات سهم اراضی كشاورزی برای هر نفر از 1950 تا 2025
استفاده از روشهای مختلف برای افزایش عملكرد در واحد سطح توانسته است بخشعمدهای از منابع غذایی را تأمین و خسارات ناشی از عدم افزایش سطح زیر كشت راجبران كند. برخلاف بهره وری نامناسب در بخش كشاورزی،بهره وری آب از سال 1961 الی2001 به میزان صد در صد افزایش داشته است. عامل اصلی این افزایش،بهبود عملكردگیاهان بدون افزایش مقدار مصرف آب در آنها بود. به طور مثال افزایش جهانی برای دوگیاه مهم برنج (پرمصرف ترین گیاه آبی) و گندم (بیشترین كشت دیم) به ترتیب در حدود 100 و 160 درصد بود.
در كشور ما تنها 40% اراضی زیركشت،آبیاریمیشود و ایران پنجمین كشور دنیا ازنظر اراضی فاریاب است. با این وجود قسمت عمده تولیدات كشاورزی از اراضی فوق استحصال میشود،زیرا بجز گندم و گیاهان مشابه كه نیاز آبی آنها تا انداز‌های منطبق برالگوی توزیع بارندگی در كشور است،امكان كشت دیم برای سایر محصولات زراعیوجود ندارد. بنابراین برای تغذیه جمعیت كنونی و رو به تزاید،كشور متكی به تولید در ایناراضی و زمی نهایی خواهد بود كه از این به بعد به صورت آبی زیر كشت قرار خواهندگرفت. با محدودیت منابع آبی،امنیت غذایی برای نسلهای آینده نیز به خطر میافت د.
بر اساس برنامه تدوین شده در سند چشم انداز در افق 1404،ایران باید در حدود 190 میلیون تن مواد غذایی تولید كند. برای رسیدن به این هدف باید دو برابر آب استحصالیكنونی و یا 5/1 برابر پتانسیل آبی كشور آب تولید شود. در كشور اگرچه زمین كشاورزیبرای افزایش تولید وجود دارد ولی منابع آبی برای این افزایش تولید كفایت نم یکند.
بنابراین در شرایط حاضر مهمترین چالش بخش كشاورزی برای رفع فقر و گرسنگی، راهبرد استفاده كاراتر از آب‌های موجود است. در دراز مدت افزایش بهره وری آب برایگسترش زمینهای آبی و افزایش بهره وری بارش جهت تولید بیشتر غذا،عامل كلیدیبرای مبارزه با گرسنگی و كاهش فقر است. بسیاری از دولتها با پرداخت یارانه برای آبآبیاری آن را به قیمت ارزان وغیر واقعی دراختیار كشاورزان قرار میدهند و این مسئلهمنجر به استفاده ب یرویه از آب میشود. هدر رفت آب باعث كاهش منابع آبی شده است واز طرف دیگر افزایش تقاضا برای آب مشكل كمبود آن را بسیار جدی كرده است (شكل 2).
یكی از راه حل‌های مهم برای كاهش و تعدیل آثار زیان بار فقر و گرسنگی ثابتنگه داشتن سطح قبلی تولید،افزایش بهره وری آب به میزان افزایش تقاضا برای غذاست. با افزایش بهره وری آب،ضمن حفظ تولید پایدار و كاهش مصرف آب،احداث منابع ذخیرهآب و سرمایهگذاری در این زمینه كه تبعات زیست محیطی را نیز در بر خواهد داشت، ضرورت پیدا نخواهد كرد. عمدهسیاست گذاری‌های مربوط به آب در بخش كشاورزی،تمركز روی استخراج بیشتر،تخصیص و مدیریت آب‌های جاری مانند جریان آبرودخانه‌ها و جریان آب زیرزمینی (آب آبی) است و بحران جهانی آب نیز در این دامنهقرار دارد و كمتر به مدیریت ذخایر موجود آب در نیمرخ خاك (آب سبز) پرداخته شدهاست. تحقیقات كاربردی در زمینه استفاده از آب خاكستری كه عمدتا آبهای دارایكیفیت پایین هستند نیز به صورت جدی صورت نمی گیرد.
شكل2 -نمایی از كمبود منابع آبی و افزایش تقاضا برای آب
4-روش‌های افزایش بهره وری آب
یكی از عوامل كلیدی برای افزایش تولید و تأمین امنیت غذایی ارتقاء بهره وری آباست. افزایش بهره وری آب به دو روش اصلاح ارقام یا انتخاب رقمی كه بتواند در مقابلکم آبی متحملتر باشد و هم با مدیریت آبیاری در مزرعه به منظور افزایش راندمان آبیاریقابل حصول است. اصول كلیدی برای بهبود بهره وری آب باید در سه سطح حوضه،مزرعهو گیاه صرفنظر از كشت آبییا دیم مورد كنكاش قرار گیرد. افزایش عملكرد (مقدار وارزش) در واحد آب تعرق شده،كاهش همه آبهای غیرمفید (خروجی از مزرعه،تبخیر یا فرونشت)،افزایش اثربخشی باران با حفظ و جمعآوری آب باران و استفاده از منابعآبهای جایگزین (آب‌های نامتعارف) عوامل كلی هستند كه منجر به افزایش بهره وری آبخواهند شد. در نتیجه به صورتجمعبند یشده دو روش عمده برای افزایش بهره وریعبارتند از : كاهش مصرف آب با حفظ تولید قبلی و افزایش تولید در واحد آب مصرفیكه با بهبود مدیریت تولید قابل حصول است.
4-1 كاهش مصرف آب با حفظ تولید قبلی
این شیوه همه فعالیتهایی را شامل میشود كه منجر به بهبود مدیریت آبیاری شوند.
به طوركلی روشهای افزایش بهره وریآب از دیدگاه ارتقاء مدیریت آبیاری را می توانبه شرح زیر خلاصه كرد:
افزایش بازده آبیاری
تخصیص بهینه منابع آبی
استفاده از مدیریت كم آبیاری
بهینهسازی مصرف آب با تعیین روابط آب – گیاه (توابع تولید)
استفاده از آبهای نامتعارف
كاهش تبخیر و مدیریت آب سبز
كشت در محیط‌های كنترل شده (كشت‌های گلخانه ای)
4 -1 -1 افزایش بازده آبیاری
از كل آبی كه برای آبیاری منتقل میشود،فقط قسمتی مورد استفاده گیاهان قرارمی گیرد. تلفات آب به طور كلی در سه بخش انتقال،توزیع و در سطح مزرعه اتفاقمیافتد. انتقال آب از یك نقطه به نقطه دیگر همواره تلفاتی به همراه دارد،میزان این تلفاتبه عواملی چون نفوذ عمقی و تبخیر بستگی دارد. چون نهرهای آبیاری به نوبت مورداستفاده قرار میگیرند و در زمانه ایی كه استفاده نمیشوند خشك شده(به خصوص كانال‌های خاكی و سنگین)،شكاف برمیدارند و تلفات در آنها زیاد میشوند. این دوبازده (نفوذ عمقی و تبخیر) در كشور بسادگی قابل افزایش است. در مزارعی كه از چاهبرای آبیاری استفاده میشوند،به دلیل نزدیكی منبع آب با زمینهای تحت آبیاری،تلفاتآب كم و در مزارعی كه از آب رودخانه‌ها و سدها استفاده میکنید،با پوشش انهار یا استفاده از لوله‌های انتقال آب میتوان سهم تلفات ناشی از نشت و تبخیر را كاهش داد.
مهمترین بخش تلفات آب،در سطح مزرعه به صورت رواناب،تلفات نفوذ عمقی،تبخیراز سطح مزرعه و عدم یكنواختی توزیع اتفاق میافتد. مقدار این تلفات تابع روش آبیاری ومدیریت آبیاری مزرعه است و در صورتیكه روش و مدیریت آبیاری بخوبی اجرا نشود مقادیر آن بسیار پایین خواهد بود. یكی از گام‌های مهم و عملی برای افزایش بهره وری آب،افزایش راندمان آبیاری با كاهش تلفات آب در مسیرهای انتقال،توزیع و در داخلمزرعه است. گزارشها نشان میدهند كه راندمان آبیاری در كشور در حدود 40 درصداست.تدوین قوانین،حجمی كردن آب چاه‌ها و كانال‌های

فایل : 56 صفحه

فرمت : Word