-248506-481

5311045-442442

نشریه حفاظت منابع آب و خاك، سال چهارم، شماره اول، پاییز 1393

بهبود یکنواختی توزیع بده هواي خروجی از قطره چکان ها در سامانه هاي اکسیژن- آبیاري

منوچهر ترابی 1*، دیوید جی. میدمور 2 ، کري بی. والش3 و سوریا پی. باتراي 4

1*) عضو هیات علمی مرکز تحقیقات کشاورزي و منابع طبیعی استان اصفهان؛ اصفهان؛ ایران
*نویسنده مسئول مکاتبات: [email protected]
استاد مرکز علوم آب و گیاه در دانشگاه کوئینزلند مرکزي، استرالیا
استاد مرکز علوم آب و گیاه در دانشگاه کوئینزلند مرکزي، استرالیا
مدرس و پژوهشگر مرکز علوم آب و گیاه، دانشگاه کوئینزلند مرکزي، استرالیا
19673894393

تاریخ دریافت: 18/07/1392 تاریخ پذیرش: 13/11/93

چکیده
تحقیقاتی که تاکنون انجام شده نشان می دهد که استفاده از اکسیژن- آبیاري به دلیل تأمین اکسیژن کافی در محیط ریشه، می تواند به نحو مؤثري موجب افزایش عملکرد گیاهان شود. با این حال، غیریکنواختی شدید در توزیع بده هواي خروجی از قطره چکان ها در امتداد لوله هاي آبده نقص مهمی به شمار می رود. در این پژوهش ،تأثیر مستقل و یا هم زمان افزودن سرفکتنت با غلظت نهایی ppm 32 و نصب عوامل آشفته گر موضعی جریان قبل از بست هاي ابتدایی، بر یکنواختی بده هواي قطره چکان ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در بست هاي 5/9 میلی متري نامتقارن و متقارن، افزودن سرفکتنت به آب آبیاري باعث افزایش ضریب یکنواختی توزیع کریستیانسن( CUC) بده هواي قطره چکان ها به ترتیب از 82%- به 37% و از 1% به 23% در مقایسه با تیمار شاهد (یعنی آب تهویه شده فاقد سرفکتنت) می گردد. همچنین، اضافه نمودن سرفکتنت در آب سامانه هاي اکسیژن- آبیاري با بست هاي متقارن 5/9 و 7 میلی متري منجر به افرایش CUC به ترتیب از 1% به 23% و از 41%- به 39% می شود. نتایج همچنین نشان داد که کاربرد همزمان سرفکتنت و عوامل آشفته گر موضعی در یک سامانه اکسیژن-آبیاري با بست هاي ابتدایی به طول 5/9 میلی متر از نوع متقارن و نامتقارن، با افزایش CUC به ترتیب از 82%- به 48% و از 1% به 53% نسبت به شرایط شاهد (یعنی آب تهویه شده بدون سرفکتنت و عوامل آشفته گر جریان) بهبود پیدا می کند.
کلید واژه ها: اکسیژن- آبیاري؛ حباب هوا؛ سرفکتنت؛ ضریب یکنواختی کریستیانسن
مقدمه
در هر آبیاري، صرف نظر از روش مورد استفاده ،با نفوذ آب به درون خاك، هواي موجود در منافذ خاك خارج شده و به تدریج شرایط غیر هوازي در اطراف ریشه شکل می گیرد ( Blokhina et al., 2003; Su and
2005Midmore, ). کمبود یا فقدان اکسیژن در محیط ریشه، تاثیر بسیار نامطلوبی بر رشد ریشه دارد و باعث کاهش رشد طولی ریشه و در نتیجه اختلال در جذب آب و مواد غذایی و نهایتا کاهش عملکرد گیاه خواهد شد
(2003 ,Aguilar et al., 2003; Visser et al.). تحقیقات نشان می دهد که تهویه مصنوعی محیط ریشه باعث بهبود نسبی عملکرد گیاهان کاشته شده در محیط آب کشت و نیز در بستر هاي خاکی می گردد( Hassanzadeh Mobini 2012 ,et al., 2009; Niu et al.). با این حال، تزریق مستقیم هواي فشرده به خاك، بویژه در شرایط مزرعه امکان پذیر نمی باشد زیرا علاوه بر هزینه بر بودن این روش، هواي تزریق شده به سهولت در اثر پدیده موسوم به دودکش بخاري1 از محیط خاك خارج می شود بدون آن که فرصت کافی داشته باشد تا جذب ریشه بشود و تاثیر مثبت خود را به جا گذارد( Bhattarai and 2009Midmore, ). تحقیقات جدید بیانگر آنست که با نصب یک ونتوري روي لوله اصلی سامانه آبیاري قطره اي زیر سطحی می توان هم زمان با آبیاري، اکسیژن هوا را نیز به محیط ریشه انتقال داد بدون آن که پدیده “دودکش بخاري” باعث فرار اکسیژن گازي از نیمرخ خاك شود (2002 ,Goorahoo et al.). این شیوه تهویه مصنوعی محیط ریشه که می توان آن را اکسیژن-آبیاري نامید، در منابع خارجی به نام “AirJection Irrigation” (2006 ,Goorahoo et al.) و یا Bhattarai ) “Oxygation”
2005 ,et al.) موسوم است. در اکسیژن-آبیاري، ورود هوا از طریق ونتوري به درون سامانه آبیاري بر پایه اصل برنولی صورت می گیرد ( 2005Bhattarai et al., ). پژوهش هاي اخیر حاکی از آن است که اکسیژن-آبیاري با استفاده از سامانه آبیاري قطره اي زیرسطحی باعث افزایش در وزن عملکرد گیاهانی مانند سویا( 43 درصد) ،نخود( 11 درصد) و کدو تنبل( 15 درصد) شده است (2008 ,.Bhattarai et al). اکسیژن-آبیاري گیاه سیب زمینی منجر به 14% افزایش در وزن غده گردید( Essah 2009 ,.et al). علاوه بر این، شاخص سطح برگ در مرحله حجیم شدن غده2 در تیماري که آب تهویه شده دریافت کرده بود، تقریبا دو برابر بزرگتر از تیمار شاهد بود. اکسیژن-آبیاري گیاهان پنبه کاشته شده در یک خاك سنگین رسی منجر به افزایش 27% وزن الیاف پنبه و 26% کارآیی مصرف آب شد( Pendergast and Midmore,
2006). علیرغم اثرات مثبتی که اکسیژن- آبیاري بر عملکرد

21 – Chimney Effect
– Bulking Phase
69530978247939

سال

چهارم

/

شماره
1
/

پاییز

سال

چهارم

/

شماره

1

/

پاییز

بسیاري از گیاهان زراعی داشته است، مواردي دال بر رشد غیر یکنواخت گیاهان در امتداد لوله هاي آبده سامانه آبیاري قطره اي زیر سطحی نیز گزارش شده است. به عنوان مثال، آبیاري فلفل دلمه اي با آب تهویه شده به میزان 12% (بر پایه حجمی) باعث شد تعداد میوه 33 درصد و وزن میوه 39 درصد نسبت به بوته هایی که با آب تهویه نشده آبیاري شده بودند، افزایش در عملکرد نشان دهد. با این حال، بررسی هاي بیشتر نشان داد که افزایش هاي یاد شده در وزن و تعداد میوه، یک روند نزولی از قسمت بالادست لوله آبده به سمت پایین دست لوله نشان می دهند( 2002 ,.Goorahoo et al). مشابه همین روند، در اکسیژن-آبیاري گیاه گوجه فرنگی نیز گزارش شده است( 2007 ,.Goorahoo et al). به عبارت دیگر، میزان افزایش در عملکرد وزن میوه در تیماري که با آب تهویه شده آبیاري شده بود، در طول لوله آبده داراي روندي نزولی (از بالا دست به سمت پایین دست لوله آبده) بود. در تحقیقاتی که به آن ها اشاره شد، توجه و تلاش محققین بیشتر معطوف به تامین اکسیژن براي ریشه گیاهان بود تا از شدت عوارض منفی ناشی از شرایط موقت بی هوازي در محیط ریشه بکاهند. به نظر می رسد که در یک سامانه اکسیژن-آبیاري با توزیع غیر یکنواخت بده خروجی هوا از قطره چکان ها در امتداد لوله هاي آبده، گیاهان آبیاري شده با قطره چکان هایی که فاصله کمتري با ونتوري تزریق هوا دارند (یعنی قطره چکان هاي نصب شده در قسمت بالادست لوله آبده)، بیش از حد انتظار اکسیژن دریافت می کنند و بالعکس، گیاهانی که توسط قطره چکان هاي نصب شده در قسمت پایین دست لوله آبیاري می شوند، کمتر از حد انتظار اکسیژن دریافت می کنند( 2013 ,.Torabi et al). در این تحقیق ،تلاش شده است تا راه هایی براي بهبود یکنواختی بده هواي خروجی از قطره چکان ها در سامانه هاي اکسیژن-آبیاري جستجو شود تا در پی آن بتوان شاهد پاسخ یکنواخت تري از سوي گیاهان به تهویه ریشه بود .
به نظر می رسد یکی از راه هایی که ممکن است منجر به بهبود یکنواختی توزیع بده هواي قطره چکان ها شود ،استفاده از سرفکتنت1 در اکسیژن-آبیاري باشد. سرفکتنت ها موادي شیمیایی از نوع ترکیبات آلی هستند که مولکول هاي آن ها از دو بخش آب دوست و آبگریز تشکیل شدهاند. زمانی که این مواد به مخلوط آب و هوا اضافه میشوند، تمایل به تجمع در سطح حباب هاي هوا دارند و باعث بروز تغییراتی در فصل مشترك آب و هوا
می شوند( 2001 ,Mulligan et al.). در حقیقت، جزء آب گریز سرفکتنت از طریق شکستن پیوند هاي هیدروژنی موجود در مولکول هاي آب و تشکیل ساختار مولکولی جدید اختلالاتی را در ساختار مولکولی آب ایجاد می کنند. در نتیجه این بهم ریختگی، برخی از مولکول هاي سرفکتنت به سوي فصل مشترك آب و هوا رانده می شوند در حالی که آرایش اجزاء آب گریز به نحوي سازمان دهی شده است که تماسشان با مولکول هاي آب به حداقل برسد. در این هنگام، سطح آب از یک لایه مولکول سرفکتنت به گونه اي پوشیده می شود که جزء آب گریز آن ها عمدتا به طرف خارج آب (یعنی به سمت هوا) قرار می گیرد. چون مولکول هاي هوا اساسا ماهیتی غیر قطبی دارند (هم چنان که جزء آب گریز سرفکتنت هم ماهیتی غیر قطبی دارد)، این کاهش ناهمسانی در ویژگی هاي آب و هوا در ناحیه فصل مشترکشان، منجر به کاهش کشش سطحی آب می گردد .همچنین، با توجه به این که کشش سطحی آب رابطه اي معکوس با کسینوس زاویه تماس دارد، هر گونه کاهش در کشش سطحی منجر به افزایش در مقدار کسینوس زاویه تماس و در نتیجه کاهش اندازه این زاویه خواهد شد (2012Rosen and Kunjappu, ). این ویژگی ها باعث شده است که امروزه از سرفکتنت ها در موارد متعددي از جمله علف کش ها، آفت کشها، قارچ کش ها، مواد افزودنی به خاك (جهت بهبود دسترسی ریشه به مواد عذایی، و در نتیجه افزایش عملکرد گیاه)، محافظت گیاهان از خطر یخبندان، و نیز به عنوان مواد تنظیم کننده رشد گیاهی در کشاورزي نوین استفاده شود( 1990Porter, ). تحقیقاتی که از چند دهه پیش انجام شده اند نشان می دهند که استفاده از سرفکتنت ها در خاك هاي آب گریز باعث افزایش نفوذ پذیري خاك، بهبود جوانه زنی بذر و استقرار نهال و کاهش فرسایش خاك شده است( ,Madsen et al.
202). همچنین، آبیاري با آب حاوي سرفکتنت در خاك هاي متراکم و ریز بافت افزایش معنی دار عملکرد
گیاهان زراعی را به همراه داشته است( Brumbaugh and 2001Petersen, ). در این پژوهش، تاثیر شکل هندسی بست هاي ابتدایی و طول آن ها، افزودن سرفکتنت به آب آبیاري، و عوامل آشفته گر موضعی جریان در یک سامانه اکسیژن- آبیاري بر میزان یکنواختی توزیع بده جریان خروجی از قطره چکان ها در طول لوله هاي آبده مورد بررسی قرار می گیرد.
مواد و روش ها
این آزمایش ها در دانشگاه سنترال کوئینزلند واقع در شهر راکهمپتون استرالیا انجام شد. سامانه اکسیژن-آبیاري این تحقیق از یک مخزن آب 200 لیتري، یک پمپ گریز از مرکز، دو عدد ونتوري، و یک لوله آبیاري از جنس پلی اتیلن به قطر داخلی 19 میلی متر و طول 200 متر تشکیل شده است. به علت عدم دسترسی به مکان مناسب، لوله آبیاري بجاي استقرار در مسیر مستقیم، به شکل حلزونی و متشکل از چهار حلقه نصب گردید (شکل 1). شعاع هر حلقه تقریبا 8 متر است. اندازه گیري بده هواي قطره چکان ها در 16 ایستگاه که به فاصله مساوي از هم در طول لوله آبیاري قرار داشتند، انجام شد .هر حلقه شامل چهار ایستگاه اندازه گیري بده هواي قطره چکان ها، و هر ایستگاه از سه قطره چکان متوالی تشکیل شده بود که در محاسبات از میانگین سه بده اندازه گیري شده در هر ایستگاه استفاده می شد. براي تزریق سرفکتنت
4273278208315

سال

چهارم

/

شماره

1
/

پاییز

سال



قیمت: تومان

دسته بندی : منابع آب خاک

دیدگاهتان را بنویسید