مروری بر سیستم های بهبود دهنده خاک برای کشت در خاکهای شور
چکیده:
سیستم های بهبود دهنده خاک :یکی از چالش‌های اصلی توسعه پایدار مرتبط با کشاورزی، امنیت غذایی، تحت الگوی فعلی جهانی تولید محصول، این است که افزایش عملکرد محصول اغلب اثرات منفی زیست‌محیطی دارد. بنابراین، توسعه دستگاه‌های مناسب بهبوددهنده خاک (SICS)، ضروری است. شوری خاک یک خطر بزرگ زیست‌محیطی است که پتانسیل کشاورزی را محدود می‌کند و ارتباط نزدیکی با سوء مدیریت کشاورزی و بهره‌برداری بیش‌ازحد از منابع آب به‌ویژه در اقلیم‌های خشک دارد. در اینجا ما به دنبال کاهش اثر منفی شور شدن خاک بر عملکرد محصول هستیم. پژوهش‌های علمی نشان می‌دهد که علاوه بر بهینه‌سازی مدیریت آبیاری و زهکشی، ترکیبی از اصلاح‌کننده‌های خاک، تهویه‌کننده ها و مدیریت خاک می‌تواند در کاهش قابل‌توجه شوری خاک و درعین‌حال افزایش قابل‌توجه عملکرد محصول کمک کند. این نتایج نشان می‌دهد که کشاورزی حفاظتی همچنین می‌تواند به بازده بالاتر موردنیاز برای ارتقاء کیفیت و حفظ تولید محصول دست یابد.
شکل 1: نتیجه عدم توجه به شوری خاک
مقدمه
تولید جهانی محصولات زراعی با چالش افزایش اثرات زیست‌محیطی به ازای تولید محصول مواجه است. این‌یک تغییر عمده در بسیاری از دستگاه‌های کشاورزی است، که در آن تلفات بهره‌وری به دلیل کاهش کیفیت خاک با افزایش نهاده‌های کشاورزی، نیروی کار یا فناوری جبران می‌شود. بااین‌حال، چنین استفاده فزاینده‌ای از نهاده‌های کشاورزی ممکن است سود کشاورزان را به دلیل هزینه‌های نامتناسب کاهش دهد و درعین‌حال اثرات منفی جدیدی بر محیط‌زیست به دلیل استفاده ناپایدار از انرژی و منابع در تولید نهاده‌ها و درنتیجه کاربرد آن‌ها داشته باشد. نتایج اغلب محسوس هستند و تخریب تدریجی، فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی را نشان می‌دهند. از سوی دیگر، کشاورزی حفاظتی با محدودیت‌های شدیدی در خصوص افزایش و حفظ عملکرد محصول مواجه است. ازآنجایی‌که به‌طور متوسط، افزایش مقدار آبیاری، عملکرد در واحد سطح را دو برابر می‌کند، با توجه به افزایش نیاز جهانی به غذا و علوفه، بعید به نظر می‌رسد که میزان اراضی آبی در آینده کاهش یابد.
شوری ثانویه خاک، که معمولاً به تجمع نمک‌های محلول در آب به دلیل فعالیت‌های انسانی اشاره دارد، منجر به از بین رفتن یک یا چند عملکرد خاک می‌شود. همواره شوری خاک به‌عنوان یک محدودیت اصلی محیطی ظاهر می‌شود که مانع بهره‌وری خاک، پایداری کشاورزی و امنیت غذایی، به‌ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک جهان می‌شود. در حال حاضر، خاکهای شور حداقل در 100 کشور، درمجموع 932.2 میلیون هکتار، در پاکستان، چین، ایالات‌متحده، هند، آرژانتین، سودان و بسیاری از کشورهای آسیای مرکزی و غربی و همچنین در خط ساحلی مدیترانه وجود دارد. شوری تأثیر زیادی بر تولید جهانی غذا و علوفه دارد. قادر و همکاران زیان سالانه بخش کشاورزی را 27.3 میلیون دلار آمریکا محاسبه کردند که به دلیل کاهش تدریجی بهره‌وری زمین‌های شور شده و یا رها شدن آن‌ها به دلیل شوری زیاد است. برج و اول دمن تخمین می‌زنند که در مقیاس جهانی، در هر دقیقه، 3 هکتار از زمین‌های زراعی به دلیل شور شدن ثانویه، می‌شوند، بنابراین سالانه بین 10 تا 20 میلیون هکتار از زمین‌های آبی را نابود می‌کند. درنتیجه، شوری خاک به‌عنوان یکی از چالش‌های کلیدی برای تولید مواد غذایی و تأمین نیازهای جمعیت جهان باقی خواهد ماند که اکنون انتظار می‌رود تا سال 2050 به 9 میلیارد نفر برسد.
شوری ثانویه خاک معمولاً به دلیل عدم تعادل بین تعرق و ورودی آب حاصل از بارندگی و آبیاری ایجاد می‌شود. این عدم تعادل همراه با ویژگی‌های خاک است که مانع یا مشکل شسته شدن می‌شوند. این ترکیب از عوامل باعث تخریب خاک می‌شود که می‌تواند منجر به بیابان‌زایی شود. شیوه‌های آبیاری نادرست (مانند غرق آبی) و برنامه‌ریزی نادرست (مثلاً آبیاری بیش‌ازحد نیاز آبی گیاه) محرک‌های اصلی شوری خاک هستند. عوامل دیگر عبارت‌اند از استفاده از کانال‌ها و مخازن بدون پوشش و پاک‌سازی پوشش گیاهی، در ترکیب با زهکشی ناکافی که نمک‌ها را به داخل آب‌های زیرزمینی منتقل می‌کند، از جایی که نمک‌های محلول می‌توانند با استفاده از جریان آب به سمت بالا در طول دوره‌های خشک به لایه‌های بالایی خاک منتقل شوند. کیفیت آب آبیاری نیز بسیار مهم است. بااین‌وجود، هنگامی‌که استراتژی‌های کشاورزی و آبیاری مناسب دنبال می‌شود، ممکن است از آب نسبتاً شور برای آبیاری محصولات مقاوم در برابر شوری استفاده شود و ممکن است در برخی موارد برای کیفیت میوه مفید باشد و در عملکرد کمتر مؤثر باشد.
بر اساس موارد فوق، شوری ثانویه خاک ارتباط نزدیکی با استفاده از دستگاه‌های زراعی ناکارآمد دارد (به‌عنوان‌مثال، انتخاب محصول، تناوب کشت، عملیات خاک‌ورزی، آبیاری و مدیریت مواد مغذی و آفات اعمال‌شده در یک مزرعه خاص در یک دوره خاص). بهبود خاک برای جلوگیری از تخریب خاک، افزایش نهاده‌ها، افزایش هزینه‌ها و آسیب به محیط‌زیست ضروری است و درعین‌حال به دنبال توسعه پایدار و سودآور کردن دستگاه‌های کشاورزی است. برای امکان‌پذیر شدن این امر، دستگاه‌های بهبوددهنده خاک (SICS) باید استفاده شوند تا به افزایش بادوام توانایی خاک برای انجام وظایف خود، ازجمله تولید مواد غذایی و زیست‌توده و ارائه سایر خدمات اکوسیستم منجر شود. دستگاه‌های بهبوددهنده خاک (SICS) همچنین باید از بازده بالاتر یا ارزش‌افزوده رقابتی دیگری برخوردار شوند، بنابراین بر سودآوری و همچنین پایداری دستگاه‌های تولید محصول تأثیر می‌گذارند.
در این مطالعه، ما روش‌های مربوط به اینSICS را بررسی می‌کنیم که هدف آن حذف، کاهش یا اصلاح اثرات منفی شوری خاک و بهبود عملکردهای خاک مرتبط و خدمات اکوسیستم مربوط به تولید کشاورزی است. به دنبال راه‌حل هستیم نه شرح مشکل. بر این اساس، مطالعات مرتبط در 11 کشور (استرالیا، چین، هند، پاکستان، ازبکستان، نیجر، عمان، تونس، مصر، اسپانیا و ایتالیا) در خصوص کیفیت و عملکرد خاک با توجه به SICSبررسی‌شده است. هدف اصلی بررسی روش‌های زراعی است که قصد توقف و در صورت امکان، معکوس کردن شوری ثانویه را با تمرکز بر اقدامات اصلاحی دارند.
شکل 2: نقشه تهدیدات جهانی برای تنوع زیستی خاک
استراتژی‌های دستگاه‌های کشت بهبود دهنده خاک (SICS)
از دیدگاه یک کشاورز، وضعیت ایدئال در دسترس بودن آب آبیاری باکیفیت خوب و قیمت مقرون‌به‌صرفه است. اگر این شرایط مساعد نباشد و کشاورزان مجبور باشند با مشکل شور شدن دست‌وپنجه نرم کنند، دستگاه‌های کشت متفاوتی را اتخاذ می‌کنند تا تأثیر اقتصادی شوری را بر محصولات به حداقل برسانند. هنگامی‌که مشکل شور شدن پس از چندین سال بهره‌برداری تثبیت شد، آن‌ها یا زمین را رها می‌کنند یا سعی می‌کنند اقداماتی را برای به حداقل رساندن اثرات منفی اجرا کنند. در این گروه از اقدامات، بیوتکنولوژی می‌تواند کمک‌کننده باشد.
مدیریت شوری خاک ممکن است شامل رویکردهایی برای بهبود مدیریت تغذیه یا تخلیه باشد. مدیریت تغذیه شامل به حداقل رساندن شوری با کاهش تغذیه خالص به آب‌های زیرزمینی است. از سوی دیگر، مدیریت راه‌حل‌های طراحی تخلیه برای کاهش نمک ورودی به مخازن آب یا با فرض شوری خاک و انطباق سناریوهایی مانند کاشت محصولات مقاوم به نمک است.
چهار راهبرد توسط قدیر و همکاران ارائه‌شده است، هر یک از این راهبردها شامل اقدامات مختلف به‌عنوان درمانی برای توقف شور شدن ثانویه زمین‌های کشاورزی است.
- استراتژی اول: فن‌های مختلف زراعی را ترکیب می‌کند و هدف آن به حداقل رساندن تأثیر منفی شوری بر عملکرد و کیفیت محصول است.
- استراتژی دوم: استفاده از آب آبیاری باکیفیت بهتر و جلوگیری از شور شدن بیشتر با بهبود زهکشی را دنبال می‌کند.
- استراتژی سوم: کاشت گیاهان مقاوم به نمک به‌منظور استخراج نمک از سیستم است.
- استراتژی چهارم: حذف مکانیکی نمک از خاک است.
بهترین راه‌حل برای مقابله با تهدید دوگانه شوری و اشباع آب، زهکشی یک جریان خالص نمک از ناحیه ریشه است، بنابراین ارتفاع سطح آب کنترل می‌شود. آبیاری با مقدار کافی آب باکیفیت خوب به‌عنوان کسر آبشویی و نصب یک شبکه زهکشی مناسب به‌عنوان پایدارترین و مقرون‌به‌صرفه تریم راه‌حل برای جلوگیری از شور شدن زمانی که منابع آب باکیفیت خوب در دسترس باشد، پیشنهاد می‌شود. استفاده از آب‌نمک زدایی شده یک راه‌حل مؤثر است، اما هزینه‌ها برای بسیاری از کشاورزان بسیار زیاد است. درخواست‌ها برای کاهش قیمت از طریق معافیت‌های مالیاتی یا یارانه‌های دولتی در جنوب شرقی اسپانیا افزایش یافت زیرا کیفیت آب بدتر می‌شود و کشاورزان مجبور می‌شوند بیشتر و بیشتر به آب‌زدایی شده تکیه کنند. مخلوط کردن آب از منابع مختلف (آب‌نمک زدایی شده و آب چاه) می‌تواند راه‌حلی برای محصولات نسبتاً مقاوم به نمک باشد.
هنگامی‌که مشکل شوری تثبیت شد، کشاورزان ممکن است تصمیمات مدیریتی متفاوتی برای به حداقل رساندن تأثیر شوری اتخاذ کنند. در میان آن‌ها، مدیریت آبیاری و کود دهی به نظر می‌رسد یکی از مهم‌تریم فن‌ها برای توقف تخریب بیشتر خاک باشد. انتخاب محصولات مقاوم به سطوح متوسط نمک را می‌توان تا آنجا در نظر گرفت که هزینه حاصل از کشت آن‌ها سبب کاهش استقبال کشاورزان نشود. کشاورزی ارگانیک، آخرین راه‌حل به نظر می‌رسد زمانی که در خاک ناحیه ریشه مقادیر زیادی نمک انباشته می‌شود. اگرچه علاقه فزاینده‌ای به توسعه محصولاتی وجود دارد که بتوانند سطوح بالایی از شوری را تحمل کنند، تعداد بسیار کمی از این محصولات را می‌توان محصولات پربازده باعلاقه بالا برای تولیدکنندگان در نظر گرفت. در آینده نزدیک ممکن است انتظار کمکی از بیوتکنولوژی برای احیای زمین‌های شور شده داشته باشیم. غربالگری ژرم پلاسم گیاهان هالوفیت می‌تواند برای بازیابی زمین‌هایی که به‌شدت تحت تأثیر مشکل شوری قرارگرفته‌اند، موردتوجه باشد. استفاده از گیاهان مقاوم به نمک در سال‌های آینده به‌احتمال‌زیاد افزایش می‌یابد. محصولات ترا ریخته نیز به‌عنوان راه‌حلی برای مقابله با خاکهای شور شده پیشنهادشده است. همچنین پیشرفت قابل‌توجهی از اصلاح کلاسیک با استفاده از رویکردهای جدید برای غربالگری ژنو تیپ‌های مقاوم درحال‌توسعه است.
سه گروه از اثرات دستگاه‌های بهبوددهنده خاک (SICS) را می‌توان متمایز کرد:
- جلوگیری یا توقف شوری ثانویه،
- سنگ شویی (تصفیه به‌وسیله شستشو)،
- زه کشی،
- مدیریت جدول زمان‌بندی آبیاری.
- مقابله با شور شدن،
- مدیریت آبیاری،
- مدیریت مواد مغذی،
- مدیریت خاک،
- کشت گیاهان مقاوم به شوری،
- تناوب کشت.
- معکوس کردن شوری.
نتیجه‌گیری
دستگاه‌های بهبوددهنده خاک (SICS) از شور شدن و یا کاهش تجمع نمک‌های ناخواسته جلوگیری می‌کنند و به بهبود ساختار خاک کمک می‌کند. رویکرد دستگاه‌های بهبوددهنده خاک وابسته به مکان هستند و شامل سه مکانیسم است.
- مکانیسم اول: شامل بهبود زهکشی از طریق کنترل سطح آب زیرزمینی و کانال‌کشی، کاهش تبخیر، کودهای کمتر و آبیاری با آب دارای نمک کمتر است.
- مکانیسم دوم: شامل آبیاری موضعی با فرکانس بالا به‌جای آبیاری سطحی است.
- مکانیسم سوم: شامل لکه‌برداری، مالچ پاشی و رشد محصولات مقاوم است.
