تحقیق پیشگیری از اتلاف آب

تحقیق پیشگیری از اتلاف آب

استفاده از پلیمر فرا جاذب آبPR 3005 A جهت موفقیت برنامه های آبیاری در مناطق خشک و نیمه خشک
چکیده
پلیمرهای فرا جاذب آب (Water Superabsorbent) می توانند مقادیر زیادی آب یا محلول آبی را جذب نموده و متورم شوند. این مخازن ذخیره ای کوچک وقتی که در داخل خاک قرار می گیرند، آب حاصل از آبیاری و بارندگی را به خود جذب نموده و از فرو نشت آن جلوگیری می نماید. پس از عمل جذب و در اثر خشک شدن محیط آب داخل پلیمر به تدریج تخلیه می گردد و بدین ترتیب خاک به مدت طولانی و بدون نیاز به آبیاری مجدد مرطوب می ماند. بررسی خواص پلیمرهای فرا جاذب آب در شرایط مشابه درون خاک مطمئن ترین روش برای درک و پیش بینی رفتار آنها در سیستمهای واقعی آب، خاک و گیاه می باشد.
یکی از این پلیمرهای فرا جاذب آب ماده مصنوعی PR3005A (بلور آب) می باشد که می توان از آن به منظور بهبود شرایط فیزیکی خاک استفاده نمود. در مرحله اول این تحقیق ابتدا منحنی رطوبتی پلیمر و همچنین میزان تورم آن در مجاورت آب آبیاری و عصاره اشباع خاکهای مورد نظر بدست آمد. در بخش دوم پارامترهای ظرفیت نگهداری آب در خاک، تخلخل و ضریب آبگذری در دو نوع خاک با بافتهای لوم و لوم شنی مورد مطالعه قرار گرفت و در مرحله پایانی تغییرات رطوبت خاک با زمان و تاثیر پلیمر فرا جاذب آب بر روی خاکهای مورد آزمون ارزیابی گردید.
نتایج نشان داد که ماده مورد نظر در این تحقیق می تواند میزان نگهداری رطوبت در خاکهای سبک را افزایش داده و همچنین مشکل نفوذ پذیری خاکهای سنگین را مرتفع نماید و به طور کلی با بهبود شرایط فیزیکی خاک مانع از تنشهای رطوبتی و نهایتا باعث موفقیت برنامه های آبیاری در مناطق خشک و نیمه خشک گردد. از سوی دیگر، قیمت بالای این مواد مصرف انها را در کشت گیاهان زراعی از نظر اقتصادی غیر قابل توجیه نموده و تنها می تواند برای مصرف در کنار درختان در مناطق کم آب که آبیاری آنها هزینه سنگینی را در بر دارد و یا همراه با گیاهان گرانقیمت گلخانه ای مورد توصیه قرار گیرد.

مقدمه
آب عنصری حیاتی است که کمبود آن در مناطق خشک و نیمه خشک گسترش کشت در اراضی مستعد را با محدودیت مواجه می سازد. طبق آمار موجود بیش از ۹۵ درصد از آبی که در کشور مصرف می شود در بخش کشاورزی مورد استفاده قرارمی گیرد در نتیجه بیشترین حجم تلفات آب نیز در این بخش رخ می دهد )بی نام، ۱۳۸۲).
محدودیت منابع آب کشور ضرورت صرفه جویی در مصرف آب را روشن می سازد. اعمال مدیریت صحیح و بکارگیری تکنیکهای پیشرفته به منظور حفظ ذخیره رطوبتی خاک و افزایش ظرفیت نگهداری آب در خاک از جمله اقدامات موثر برای افزایش راندمان آبیاری و در نتیجه بهبود بهره برداری از منابع محدود آب کشور می باشد. دستیابی به اهداف فوق الذکر (حفظ ذخیره رطوبتی، افزایش ظرفیت نگهداری آب در خاک و … ) با انجام اقداماتی نظیر استفاده از کود سبز و آلی، مالچ گیاهی و مصنوعی، ایجاد پوشش گیاهی و یا استفاده از مواد اصلاح کننده نظیر تورب، پرلیت و پلیمرها میسر می باشد.
با توجه به اینکه خاکهای سبک توانایی ذخیره و نگهداری رطوبت کمی را دارند و خاکهای سنگین میزان رطوبت بالایی را در خود نگهداری می کنند اما مقدار رطوبت قابل استفاده گیاه در حد فاصل بین ظرفیت زراعی (F.C)نقطه پژمردگی دائم (P.W.P) نسبتا کم می باشد، با افزودن این ماده به خاک علاوه بر اینکه ظرفیت نگهداری خاک افزایش می یابد نفوذ پذیری آب نیز در خاکهای سنگین اصلاح شده و از میزان تبخیر آب در خاک کاسته می شود و در نهایت کارایی مصرف آب آبیاری افزایش یافته و در مصرف آب صرفه جویی می گردد.
با توجه به تولید و عرضه مواد جاذب رطوبت به عنوان اصلاح کننده خاک و اینکه این مواد می توانند موجب جذب رطوبت ناشی از بارشهای ناچیز در مناطق خشک و نگهداشت آنها در خاک شده و از این طریق مانع از تنشهای رطوبتی و عدم موفقیت برنامه های آبیاری در اینگونه مناطق شوند لازم است پژوهشهایی از جنبه های مختلف شامل مقدار مواد افزوده، روش استفاده، میزان موفقیت و شدت تاثیر و پیامدهای مثبت و منفی ناشی از استفاده مواد جاذب رطوبت به عمل آید.
بدیهی است به دستیابی به موارد ذکر شده افزون بر امکان استفاده بهینه از آبهای موجود و افزایش درصد موفقیت برنامه های آبیاری و بهبود شرایط زیست محیطی می توان گام اساسی در کاهش هزینه های آبیاری افزایش تولید برداشت. استفاده از مواد جاذب رطوبت به عنوان مواد افزوده به خاک در ایران دارای سابقه چندانی نمی باشد.
از بین پژوهش های انجام شده به صورت آزمایشگاهی تا قبل از این تحقیق، منسجم ترین آنها مقاله تحقیقاتی انجام شده در گروه خاکشناسی دانشکده کشاورزی دانشگاه تهران است. کریمی در مقاله خود بر روی تخلخل، ظرفیت نگهداری رطوبت ، آبگذری و همچنین تأثیر آن در رشد و نمو نباتات سویا و آفتابگردان کار کرده و به این نتیجه رسیده است که افزودن ماده اصلاحی ایگیتا به خاک باعث بهبود شرایط فیزیکی خاک می گردد و به طور غیر مستقیم در رشد و نمو گیاهان موثر می باشد (کریمی، ۱۳۷۲). در پژوهشی دیگر که در دانشکده شیمی دانشگاه تربیت مدرس انجام پذیرفت، در بخشی از تحقیق رفتار تورمی پلیمرPR 3005 A به طور کامل مورد بررسی قرار گرفت. به این ترتیب که یونهای موجود در خاکهای نمونه شناسایی و اثرات آنها بعلاوه اثر PH و شوری خاک بر درجه تورم پلیمر بررسی گردید (نادری، ۱۳۷۵).
تنها مقاله تحقیقاتی که استفاده از پلیمر فرا جاذب آب را به طور صحرایی و با کاربرد گیاه مورد استفاده قرار داده است، توسط کیخایی در دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس انجام پذیرفت. محقق در کار خود با استفاده از ماده مصنوعی PR 3005 A شرایط فیزیکی خاک را بهبود بخشیده و اثر این ماده را بر خصوصیات رشد و نمو گیاه دارویی کتان روغنی بررسی نموده است، همچنین با ایجاد تنش آبی و بررسی نتایج، استفاده از آن راجهت صرفه جویی آب و بالا بردن بازده مصرف توصیه نموده و در پایان نتیجه گیری کرده است که کاربرد مقادیر توصیه شده از پلیمر فرا جاذب آب می تواند تا حد زیادی مشکل نگهداری رطوبت خاکهای سبک را مرتفع نماید (کیخایی، ۱۳۸۰).
استفاده از مواد فرا جاذب آب در دیگر کشورهای جهان از جمله آلمان، آمریکا و استرالیا دارای دیرینه زیاد است. سابقه تحقیق در این مورد به سالهای ۱۹۶۰ باز می گردد. با توجه به اینکه این مواد فرا جاذب آب بر اساس شرایط اقلیمی کشورهای سازنده ساخته می شوند و به بازارهای ایران نیز را پیدا نموده اند لازم است که پژوهشهایی بر روی این مواد در داخل کشور انجام پذیرد (بی نام، ۱۳۷۷).
پلیمر مورد بررسی در این تحقیق به صورت پودر سفید است و اندازه آن از سه میلیمتر تا چند میکرون می باشد و این اندازه بستگی به درجه پلیمر دارد ( نوع A، B و C) و در صورت تماس با آب هیدراته گشته و به صورت یک ژله نگهدارنده آب در می آید. با این حال تمامی ذرات به صورت مجزا باقی مانده و می توانند تا چند صد برابر وزن خود آب را در خود ذخیره نمایند. آب جذب شده توسط پلیمر می تواند به وسیله عمل تبخیر و یا توسط ریشه های گیاه جذب و به حرکت در آید. ذرات پلیمر در طی عمل آبدهی به حالت اول خود بر می گردند و عملیات آبدهی و آبگیری می تواند مرتبا تکرار شود سازنده این مواد، مدت دوام آن را ۵ سال ذکر نموده است .(Anonymous, 1994)