۱-۳-۱- 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 ۱۵۰ 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 ۱۵۰۰ میلیون هکتار از زمین های آبی و دیم در جهان، تنها ۱۴% با انواع سیستم های زهکشی تولید محصول می کنند. کل مناطق نیازمند به زهکشی مصنوعی تقریباً می تواند ۳۰۰ 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 ۲۵ سال آینده نشان می دهد که زهکشی حداقل ۱۰ تا ۱۵ میلیون هکتار باید افزایش پیدا کند. پیش بینی می گردد که یک سوم این منطقه با سیستم زهکشی سطحی انجام پذیرد [ ۲۷].
۱-۳-۲- 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.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

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.
۱-۳-۳- مدیریت و کنترل آب زهکشی
مفهوم مدیریت و کنترل آب زهشکی بر اساس نشریه فائو [۲۲] 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

۱-۳-۴- 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
۱-۳-۵-۱- زهکشی سطحی
زهکشی سطحی دفع کننده آب اضافی از سطح زمین می باشد. این هدف به وسیله ی راه آب های کم عمق حاصل می گردد که زهکشی باز هم نامیده می شود. راه آب های کم عمق به کلکتورهای عمیق تر و بزرگ تر تخلیه می شوند. به منظور تسهیل جریان آب اضافی به سوی زهکش ها، به زمین شیب های مصنوعی داده می شود.
۱-۳-۵-۲- زهکشی زیر زمینی
زهکشی زیر زمینی دفع کننده آب اضافی از منطقه توسعه ریشه است. این هدف به وسیله ی زهکشی عمیق باز یا به وسیله ی لوله های زهکشی دفن شده حاصل می گردد.
۱-۳-۵-۳- زهکش باز عمیق
آب اضافی از منطقه توسعه ریشه به زهکش باز جریان پیدا می کند. عیب این روش این است که استفاده از ماشین آلات را در زمین سخت و دشوار می کند.
۱-۳-۵-۴- لوله زهکش
لوله های زهکش، لوله های دفن شده با ورودی های باز هستند تا آب خاک بتواند به آن ها وارد شود. لوله ها آب را به کلکتورها انتقال می دهند. [۲۲].
۱-۳-۵-۵- زهکشی کنترل شده
زهکشی کنترل شده، تلفیق آبیاری و زهکشی است. با باز و بسته کردن خروجی زهکش، می توان سطح آب را داخل خاک در حدی مطلوب حفظ کرد به طوری که گیاه بتواند به کمک نیروی موئینه ای از آب استفاده کند و در عین حال به گیاه آسیبی از نظر ماندابی شدن وارد نگردد. زهکشی کنترل شده می تواند نقشی مهم در حفظ آب، بالا بردن راندمان آبیاری، حفظ مواد غذایی خاک و در نهایت حفظ آب پایین دست داشته باشد.
(الف )
(ب)
شکل ۱- الف -انواع سیستم های زهکشی زیر زمینی: الف- زهکشی آزاد، ب – زهکشی کنترل شده
۱-۶- فوائد زهکشی کنترل شده
سیستم های زهکشی به طور معمول برای بدترین شرایط طراحی می شوند . نتیجه این است که سیستم در اغلب اوقات، آبی بیش از مقدار بهینه را از خاک خارج می کند. مقداری بیش از آن چه که سطح ایستابی را در حد مورد نیاز تثبیت کند یا شوری را کنترل نماید. همین خود باعث می شود که زارعین بیش از حد نیاز آبیاری کنند تا رطوبت را در حد بهینه نگه دارند. زهکشی کنترل شده ، تلفیق آبیاری و زهکشی است. زهکشی کنترل شده، زه آب را کاهش می دهد، مصرف آب آبیاری را کم می کند. مانع شستشوی مواد مغذی موجود در خاک به خصوص کودهای اضافه شده می گردد و سرانجام عملکرد محصول را بالا می برد.
زهکشی کنترل شده می تواند با آبیاری زیر زمینی توام باشد و یا این که به تنهایی کار کند. چنانچه زهکشی کنترل شده با آبیاری زیرزمینی همراه باشد، می توان با معکوس کردن جریان زهکشی به آبیاری اراضی پرداخت. در زهکشی کنترل شده بدون آبیاری زیر زمینی، آبیاری به روش های سطحی صورت می گیرد و آب در درون خاک تنها از سمت بالا به پایین حرکت دارد [ ۵].
۱-۷- سطح ایستایی
قسمتی از آب به کار برده شده در سطح خاک در زیر منطقه توسعه ریشه زهکش می شود و لایه های عمیق تر خاک را که به طور همیشگی اشباع هستند تغذیه می کند. بالای لایه اشباع را سطح آب های زیر زمینی یا بعضی اوقات سطح ایستابی می نامند.
۱-۸- عمق سطح ایستایی
عمق سطح ایستایی از جایی به جای دیگر متفاوت است که بیشتر به دلیل تغییرات توپوگرافی مناطق می باشد. در یک منطقه ویژه عمق سطح ایستایی ممکن است در زمان های مختلف تغییر کند. بارندگی های شدید پیوسته یا آبیاری باعث بالا آمدن سطح ایستایی می شود که حتی می تواند منطقه توسعه ریشه را نیز اشباع کند. اگر این اتفاق به مدت طولانی ادامه پیدا کند، شرایط برای گیاهان که نمی توانند برای مدت طولانی پایدار بمانند، فاجعه آور خواهد بود. در جاهایی که سطح ایستابی بر روی سطح زمین آشکار می گردد، سطح ایستایی^[۷] آزاد باز گفته می شود که این پدیده بیشتر در مناطق باتلاقی دیده می شود.
سطح ایستایی هم چنین می تواند بسیار عمیق باشد و از منطقه توسعه فاصله داشته باشد. به طور مثال در دوره های طولانی مدت خشکی که در این شرایط برای مرطوب نگه داشتن منطقه توسعه ریشه آبیاری ضروری است.
۱-۹- صعود کاپیلاری
همان طور که توضیح داده شد، آب می تواند هم به طرف پایین خاک حرکت کند و هم به صورت افقی یا جانبی. به علاوه آب می تواند به طرف بالا نیز حرکت کند. اگر یک تکه دستمال کاغذی در آب غوطه ور شود آب با حرکت بالا رونده آن را خیس می کند. همین فرایند مشابه در مورد سطح ایستایی و لایه خاک بالای آن اتفاق می افتد. سطح ایستایی می تواند از طریق منافذ بسیار ریز خاک که موئین نامیده می شوند خاک را به سمت بالا خیس کند. این عمل را صعود کاپیلاری می گویند. در خاک های با بافت رسی حرکت صعودی آب کند است اما وسعت بیشتری را شامل می شود . برعکس در خاک های با بافت شنی حرکت صعودی آب سریع اما کم وسعت است [ ۲۲].
۱-۱۰- کود و نقش آن در افزایش تولید محصول کشاورزی
یکی از مهم ترین دستاوردهای نیمه دوم قرن بیستم، افزایش تولید غذا به موازات افزایش جمعیت انسان از ۵۲/۲ میلیارد نفر در سال ۱۹۵۰ و ۷ میلیارد نفر در حال حاضر بوده است. افزایش جمعیت هنوز هم ادامه دارد و یکی از نگرانی های کنونی این است که شاید منابع غذایی فعلی برای تأمین نیازهای این جمعیت رو به رشد کافی نباشد [ ۳]. گیاهان مختلف نیازمند مقادیر مختلف از مواد مغذی هستند . به علاوه، مقدار نیاز به مواد مغذی به مقدار زیادی بستگی به بازده محصول دارد. هم چنین انواع گوناگون گیاهان در نیازمندی و میزان تأثیر پذیریشان به مواد غذایی متفاوتند. محصولات بومی به خوبی محصولات اصلاح شده به کود واکنش نشان نمی دهند. گونه های هیبریدی ذرت خوشه ای اغلب بهتر به کودهای شیمیایی واکنش می دهند و عملکرد آن ها بیشتر از گونه های بومی است. اگر چه نقش مواد مغذی بر روند افزایش عملکرد گیاهان مثبت است اما از دیگر فاکتورهای مهم مثل نگهداری مواد مغذی توسط خاک، عدم دسترسی به مواد غذایی به وسیله ی ریشه گیاه به خاطر تثبیت آب شویی و دیگر تلفات نمی توان چشم پوشی کرد [ ۲۳].
۱-۱۱- عناصر غذایی گیاهی و غذا
سرچشمه تمام غذای حیوانات و انسان از گیاهان است. چهارده عنصر موجود در خاک که عناصر غذایی گیاهی خوانده می شوند برای رشد ضروری هستند و چهار یا پنج عنصر دیگر نیز برای نمو مناسب برخی گیاهان سودمند می باشند. کودهای معدنی به عنوان مکمل عناصر غذایی که در داخل خاک در اختیار قرار دارند، استفاده می شوند. استفاده از این کودها بر پایه تجربه ای حدوداً ۱۵۰ ساله می باشد.
۱-۱۲- نیاز گیاه به عناصر غذایی
گیاهان ترکیب های پیچیده آلی خود را از دی اکسیدکربن(Co₂ ) جو، انرژی دریافت شده از خورشید و آب و عناصر غذایی غیر آلی که از خاک دریافت می کنند، می سازند. این عناصر غذایی باید در محلول خاک حل شوند تا در دسترس گیاه قرار بگیرند و مواد آلی که دارای عناصر غذایی می باشند، هم چون کود دامی، بقایای گیاهی، یا مواد آلی خاک، باید قبل از جذب و استفاده گیاه ، به مولکول های ساده تجزیه و معدنی شوند. گیاهان قادر به جداسازی عناصر غذایی حاصل از کودهای معدنی، کود دامی و یا مواد آلی خاک نیستند.
عناصر غذایی گیاه به سه دسته تقسیم می شوند:

1. عناصر غذایی اصلی یا نخستین : نیتروژن ، فسفر و پتاسیم