النظام المائي للتربة وسبل التحكم به

إن احتياطي التربة من المياه يتغير باستمرار؛ إذ تهطل الأمطار وتجري المياه السطحية والجوفية إلى المساحة المدروسة ويتكاثر بخار الماء عليها. ويحدد الفرق بين عناصر الورود والصرف المائي التوازن المائي للمساحة المدروسة، وتتغير عناصر هـذا التوازن حسب الزمان والمكان ولا بد من معرفة هذه العناصر للحكم على نوع النظام المائي. ويحدد تغير رطوبة التربة على مدار السنة نوع النظام المائي؛ الذي يتعلق بعوامل المناخ والتضاريس والظروف الهيدروجيولوجية والنبات والخواص المائية للتربة ونشاط الإنسان. إن أي تأثير في النظام المائي للتربة يتبعه تغير في الأنظمة الغذائية والحرارية والملحية للتربة، ومن ثمَّ تغير في خصوبة التربة ونمو النبات ومواعيد نضجه. فمن الواجب معرفة النظام المائي الضروري تأمينه للتربة في كل مراحل نمو النبات للوصول إلى الاستثمار الأمثل للأرض والحصول على إنتاج جيد للمحاصيل. فإذا كان النظام المائي المطلوب تأمينه في الطبقة الفعالة من التربة لنبات معين في مراحل نموه يتغير حسب المستقيم (Wo) ، وأن النظام المائي الطبيعي لهذه الطبقة وفق المنحني (E) .

من الشكل التالي نرى انه يوجد عجز ثابت مع الزمن في كمية المياه اللازمة للنبات؛ ولا بدَّ من تعويض هذا العجز عن طريق الري، وذلك بتقديم سقايات إلى التربة في أوقات محددة لتخزينها في التربة ويستعملها النبات بين السقايات على النتح والتبخر. وعدد السقايات الضرورية في مرحلة النمو وأوقاتها يتبع كمية الرطوبة الموجودة في الطبقة الفعالة من التربة في بداية موسم النمو، وفي حال ازدياد هذه الكمية فإن عدد السقايات قد ينقص خلال فترة النمو ؛ ويمكن زيادة احتياطي التربة من المياه بتقديم سقاية احتياطية قبل الزراعة. وهذا يعني أن تقديم السقايات لا يقتصر على مرحلة النمو بل يمكن تقديمها قبل الزراعة.

ومن الملاحظ أن النظام المائي الجديد الناتج عن تقديم السقايات الدورية يتغير وفق المنحني المتدرج (R) حول الخط (Wo)، وتكون النهايات العظمى له أعلى من قيم (Wo)، في حين تكون النهايات الصغرى أقل من (Wo) . ويتم اختيار كميات السقايات وتواريخها حتى يقترب النظام الجديد من النظام المطلوب تأمينه (Wo) وحتى لا تتعدى النهايات العظمى والصغرى لمنحني النظام الجديد قيماً معينة تحددها المواصفات المائية للتربة والطبيعة الفيزيولوجية للنبات.

شكل يبين نظام الرطوبة في التربة

إن الحدود المسموح بها لتغير النظام المائي في التربة تتبع لعوامل عديدة؛ ففي حالة الرطوبة الأعظمية للتربة يجب أن تبقى في التربة كمية من الهواء ضرورية لتنفس الجذور ولحياة البكتريا. والقيمة الأعظمية من المياه الممكن الاحتفاظ بها في التربة تتعلق بطبيعة التربة وندعوها بالسعة الحقلية الحدية وتساوي بالنسبة إلى الأتربة المختلفة (80 % - 60 %) من مسامية التربة.

إن حجم المياه الأعظمي في طبقة من التربة سماكتها (H) ومساحتها هكتار واحد، والسعة الحدية (% ϖ_max) من المسامية يساوي:

والحد الأدنى لكمية المياه في طبقة سماكتها (H) ومساحتها هكتار واحد، والسعة الدنيا (% ϖ_%zmin) من مسامية التربة تحدد من العلاقة:

حيث (n) - مسامية التربة %،

(x) - ثابت يتغير حسب خواص التربة وسرعة تغلغل الماء ويساوي (1) عندما لا يتجاوز العمق (1m)

مثال:

لدينا (%80 = % ϖ_max) ، ومسامية التربة الرملية (% 30 = %n) ؛ احسب السعة الحقلية الحدية لهذه التربة، ثم احسب الزيادة في السعة الحقلية لتربة رملية غضارية  (n=55%).

المناقشة :

فتكون الزيادة في السعة الحقلية للتربة الغضارية الرملية عن التربة الرملية:

(W_max)₂ - (W_min)= 3960-2160 = 1800..m³/hect

1- تأثير الري في النبات ومناخ الطبقة الملاصقة للتربة (المناخ الميكروي):

يؤثر الري تأثيراً جيداً في المناخ الميكروي للمساحة المروية؛ إذ يُخفض درجة حرارة الهواء الأعظمية نهاراً (6) درجات ويرفعها ليلاً بمقدار (3) درجات، وذلك على ارتفاع نصف متر، ولهذا فالري يُدفئ التربة في الطقس البارد ويحميها من الصقيع حتى (3-) درجة، كما يرفع الري رطوبة الهواء النسبية، ويُخفض درجة حرارة سطح التربة ويصل الفرق إلى حدود (% 25) ؛ كما يُخفض من مدى تغير هذه الحرارة مقارنة مع تربة جافة.

وباستعمال الري بالرش فإن التأثير الجيد في المناخ الميكروي يزداد، فتنخفض الفروق الحرارية وترتفع الرطوبة، خاصةً مع وجود مصدات رياح.

يُحسّن الري تزويد التربة بالماء والهواء مما يزيد خصوبة التربة ويؤثر تأثيراً إيجابياً في نمو النبات وتطوره. كما يُخفّض الري القوة الضرورية لامتصاص المياه بواسطة الجذور، ويزيد سطح الأوراق مما يؤدي إلى زيادة التمثيل اليخضوري، ويُحسن نظام تغذية النبات مما يؤدي إلى تحسن نمو النبات وزيادة الإنتاج. ففي المناطق الجافة يزداد الإنتاج (3-2) مرات، في حين يزداد بمقدار (3-6) مرات في المناطق الجافة جداً.

ولكن يجب الانتباه إلى أن النبات يحتاج إلى كميات محددة من المياه والغذاء والحرارة والهواء في التربة، وذلك بصورة مستمرة ولكل هذه العناصر مجتمعة، وفي كل مرحلة من مراحل النمو ليتمكن من النمو الجيد والحصول على إنتاج وفير.

لذلك فإن المحصول لا يُحدده عامل واحد مثل كمية المياه؛ بل مجموعة عناصر ضرورية لنمو النبات وتطوره. فإذا تمت في ظروف معينة زيادة المياه فقط فإن المحصول سيزداد في البداية ثم يتوقف عند حد معين؛ ولهذا يجب عدم زيادة المياه عن حد معين لأن هذه الزيادة ستؤدي إلى: - عدم زيادة المحصول، - هدر المياه والجهد، - رفع مستوى المياه الجوفية، - تأخر نضج المحصول.

2- علاقة الماء بالتربة:

يوجد الماء في التربة، ويشغل مساماتها البينية الفارغة من الهواء، ويؤثر الماء في صفات التربة الزراعية الطبيعية وعلى حالة التهوية فيها، والتي تؤثر في النمو والإنتاجية.

أما التربة الزراعية فإنها تعني الطبقة السطحية من القشرة الأرضية الصالحة لنمو النباتات على أن تتصف بما يأتي:

1. سمكها يكفي لتغطية الجذور.

2. لا تكون شديدة التماسك ليسهل خدمتها وحركة الماء والهواء فيها.

3. لها القدرة على الاحتفاظ بالرطوبة اللازمة لسد الاحتياجات المائية.

3- الخواص الطبيعية للتربة:

عند التخطيط لأي نظام ري ينبغي أن يكون المهندس أو المختص ملماً بالخصائص الطبيعية (الفيزيائية) للتربة الزراعية التي تؤثر في حركة الماء والاحتفاظ به، وفيما يأتي أهم خصائص التربة:

أ- قوام التربة: هي النسبة المئوية لكل من الرمل والسلت والطين الموجودة في التربة، أي إنها تعبر عن نسب تواجد كل مكونات حبيبات التربة. وهو مصطلح علمي يعكس مدى خشونة أو نعومة حبيبات التربة ككل، ويعطي صورة واضحة عن نوع التربة. ويتم تحديد النسب المئوية لمكونات التربة من واقع نتائج التحليل الميكانيكي للتربة معملياً، انظر مثلث قوام التربة الشكل التالي.

يُطلق عادة على الأراضي الطينية بأنها «ناعمة القوام»، وللأراضي الرملية «خشنة القوام»، أما الأراضي التي تحتوي على نسب متقاربة من الطين والطمي والرمل «متوسطة القوام». ولكن هذا التقسيم لا يعكس مدى خصوبة التربة أو مدى قدرتها الإنتاجية ولا درجة ملوحتها، ولكن قوام التربة يؤثر في سعة التربة للاحتفاظ بالماء وعلى حركة الهواء من التربة واليها.

شكل يبين مثلث قوام التربة

ب- بنية التربة: هي نظام ترتيب حبيبات التربة الأولية في وحدات بنائية معينة يطلق عليها المجاميع الشكل التالي، وتؤثر البنية في صفات التربة الآتية: حركة ماء التربة وتأثيرها في نفاذية التربة، وحركة هواء التربة وحرارة التربة.

ج- الكثافة الحقيقية للتربة (الوزن النوعي) _sɤ:

تعرف بأنها وزن وحدة حجم الأجزاء الصلبة للتربة، ويستبعد منها حجم الفراغات البينية من الحساب، أي إن حجم العينة هو حجم المادة الصلبة فقط، ويعبر عنها ( gr.f/cm³) . تراوح الكثافة الحقيقية للترب ما بين ( gr.f/cm³2.75-2.6)، وتتباين القيمة حسب نوع المعادن الموجودة فيها. بشكل عام وجود المواد العضوية في التربة يقلل من كثافتها الحقيقية.

شكل يبين أشكال بناء التربة المختلفة

د- الكثافة الظاهرية للتربة (الوزن الحجمي) _vɤ:

تعرف بأنها وزن وحدة حجم عينة التربة بحالتها الطبيعية بما فيها من فراغات، وتختلف قيمتها باختلاف قوام وبنية التربة. كما أن لها أهمية خاصة في تحديد المعاملات الرطوبية المختلفة واحتياجات الري، وتراوح قيم الكثافة الظاهرية للترب الطينية والسلتية ما بين (gr.f / cm³ 1.6 - 1)، وللترب الرملية ما بين (gr.f/cm³ 1.8 - 1.2).

هـ - مسامية التربة n: هي نسبة حجم الفراغات الموجودة بين حبيبات التربة، وتراوح ما بين (35-55 %) للترب الزراعية. مسامية الترب الرملية عادة تكون أقل من مسامية الترب الطينية.

و- نفاذية التربة k: تعد النفاذية من صفات التربة المهمة التي تبين سرعة حركة الماء خلال الفراغات البينية للتربة نتيجة لقوى الجاذبية الأرضية. وتتأثر النفاذية بقوام وبنية التربة وبعوامل كثيرة أخرى.

4- تصنيف ماء التربة

أ). المياه المتاحة الكلية: هي كمية مياه الرطوبة التي تحتفظ بها التربة بين السعة الحقلية ونقطة الذبول، ويستفيد النبات من جزء كبير من هذه المياه، شكل التالي.

المياه المتاحة الكلية = السعة الحقلية - نقطة الذبول

ب). المياه المتاحة بيسر: هي كمية المياه الموجودة في التربة التي يتمكن النبات من استنفاذها دون جهد، وتساوي:

المتاحة بيسر = المياه المتاحة الكلية × نسبة الاستنفاذ.

ملاحظة: نسبة الاستنفاذ تراوح بين (%75 - 35) .

ج). مياه فائضة: تمثل كمية المياه التي تزيد على السعة الحقلية والمتسربة إلى أعماق التربة خارج منطقة الجذور بفعل الجاذبية الأرضية.

5- المحتوى الرطوبي للتربة

أ). المحتوى الرطوبي الوزني الجاف (ϖ_wd) :

ب). المحتوى الرطوبي الوزني الرطب (ϖ_ww) :

ϖ_ww = ϖ_w / ϖ_s * 100

ج). المحتوى الرطوبي الحجمي (ϖ_v):

ϖ_v = Vw / V * 100

حيث ان:

W_w = وزن المياه في عينة التربة.

W_d = وزن عينة التربة بعد التجفيف.

Ws = وزن عينة التربة قبل التجفيف.

Vw = حجم المياه في عينة التربة.

V = حجم عينة التربة الكلي بما فيها من ماء وهواء.

شكل مقطع يبين مكونات التربة الرئيسية