التحكم في ملوحة التربة

يشير التحكم في ملوحة التربة إلى ضبط عملية وتطور ملوحة التربة لمنع تدهورها الناتج عن التملح، واستصلاح التربة المالحة. ويُعرف استصلاح التربة أيضاً بتحسينها، أو إعادة تأهيلها، أو معالجتها ، أو ترميمها، أو تحسينها.

إن السبب الرئيسي لتملح التربة الناتج عن النشاط البشري هو الري . فمياه الأنهار أو المياه الجوفية المستخدمة في الري تحتوي على أملاح تبقى في التربة بعد تبخر الماء .

تتمثل الطريقة الأساسية للتحكم في ملوحة التربة في السماح بتسرب ما بين 10% و20% من مياه الري إلى التربة، ليتم تصريفها عبر نظام تصريف مناسب . عادةً ما يكون تركيز الملح في مياه التصريف أعلى بخمس إلى عشر مرات من تركيزه في مياه الري، مما يعني أن كمية الملح المتسربة ستكون أقرب إلى كمية الملح المتدفقة، ولن تتراكم.

تتميز التربة المالحة بمحتوى ملحي عالٍ . ويكون الملح السائد عادةً هو كلوريد الصوديوم (NaCl، "ملح الطعام"). لذا، تُعتبر التربة المالحة أيضاً تربة قلوية ، ولكن قد توجد تربة قلوية ليست مالحة، بل قلوية .

بحسب دراسة أجرتها جامعة الأمم المتحدة ، تأثرت حوالي 62 مليون هكتار (240 ألف ميل مربع؛ 150 مليون فدان) ، أي ما يعادل 20% من الأراضي المروية في العالم، مقارنةً بـ 45 مليون هكتار (170 ألف ميل مربع ؛ 110 ملايين فدان) في أوائل التسعينيات. ^{[ 1 ]} وفي سهل الغانج ، الذي يقطنه أكثر من 10% من سكان العالم ، قد تصل خسائر غلة المحاصيل للقمح والأرز وقصب السكر والقطن المزروعة في الأراضي المتأثرة بالملوحة إلى 40 ^% و45% و48% و63% على التوالي . [ ^{1 ]}         

تُعدّ التربة المالحة سمة شائعة ومشكلة بيئية في الأراضي المروية بالمناطق القاحلة وشبه القاحلة ، مما يؤدي إلى ضعف إنتاج المحاصيل أو انخفاضه. ^{[ 2 ]} غالبًا ما ترتبط أسباب ملوحة التربة بارتفاع منسوب المياه الجوفية ، والذي ينتج عن نقص التصريف الطبيعي للمياه الجوفية. وقد يكون ضعف التصريف الجوفي ناتجًا عن عدم كفاية قدرة الخزان الجوفي على نقل المياه ، أو عن عدم قدرة المياه على الخروج منه، كما في حالة وجود الخزان الجوفي في منخفض طوبوغرافي .

على مستوى العالم، يُعدّ نقص هطول الأمطار العامل الرئيسي في تكوين التربة المالحة . وتوجد معظم التربة المالحة طبيعياً في المناطق شبه القاحلة والمناطق ذات المناخ الجاف على سطح الأرض.

السبب الرئيسي

يُعزى التملح الناتج عن الأنشطة البشرية في المقام الأول إلى الأملاح الموجودة في مياه الري. فجميع مياه الري المستمدة من الأنهار أو المياه الجوفية، بغض النظر عن درجة نقائها، تحتوي على أملاح تبقى في التربة بعد تبخرها.

على سبيل المثال، بافتراض استخدام مياه ري ذات تركيز ملحي منخفض يبلغ 0.3 غ/لتر (أي ما يعادل 0.3  كغ/م³ ^، ما يُقابل موصلية كهربائية تبلغ حوالي 0.5 فاراد/م)، وبكمية ري سنوية معتدلة تبلغ 10,000 م³ ^/ هكتار (ما يقارب 3  مم/يوم)، ينتج عن ذلك 3,000  كغ من الملح/هكتار سنويًا. في حال غياب تصريف طبيعي كافٍ (كما هو الحال في التربة المشبعة بالمياه)، وعدم وجود برنامج مناسب لغسل التربة وتصريفها لإزالة الأملاح، سيؤدي ذلك إلى ارتفاع ملوحة التربة وانخفاض غلة المحاصيل على المدى الطويل.

تحتوي معظم المياه المستخدمة في الري على نسبة ملح أعلى من 0.3  غ/لتر، ويتفاقم هذا الوضع بسبب مشاريع الري التي تستهلك كميات أكبر بكثير من المياه سنوياً. فعلى سبيل المثال، يحتاج قصب السكر إلى حوالي 20,000 متر ^مكعب من الماء للهكتار الواحد سنوياً. ونتيجة لذلك، غالباً ما تتلقى المناطق المروية أكثر من 3,000  كيلوغرام من الملح للهكتار الواحد سنوياً، وقد تصل هذه الكمية في بعض المناطق إلى 10,000  كيلوغرام للهكتار الواحد سنوياً.

منطقة متأثرة بالملح

عادةً ما تؤثر ملوحة الأراضي الزراعية على مساحة كبيرة تتراوح بين 20% و30% من مشاريع الري. وعندما تُهجر الزراعة في هذه النسبة من الأراضي، يتحقق توازن جديد بين الأملاح والماء ، ويستقر الوضع.

في الهند وحدها، تضررت آلاف الكيلومترات المربعة بشدة من التملح. ولا تتخلف الصين وباكستان كثيراً عنهما (بل ربما تمتلك الصين أراضي متأثرة بالملوحة أكثر من الهند). يوضح الجدول التالي، المستمد من خريطة التربة العالمية الصادرة عن منظمة الأغذية والزراعة/اليونسكو، التوزيع الإقليمي للأراضي المالحة التي تبلغ مساحتها 3,230,000 كيلومتر مربع حول  العالم ^{. [ 4 ]}

منطقة	المساحة (106 هكتار )
أستراليا	84.7
أفريقيا	69.5
أمريكا اللاتينية	59.4
الشرق الأدنى والأوسط	53.1
أوروبا	20.7
آسيا والشرق الأقصى	19.5
أمريكا الشمالية	16.0

يُعدّ الصرف الطريقة الأساسية للتحكم في ملوحة التربة. ينبغي أن يسمح النظام بتصريف جزء صغير من مياه الري (حوالي 10 إلى 20 بالمائة، وهو جزء الصرف أو الترشيح) وإخراجه من مشروع الري. ^{[ 12 ]}

في المناطق المروية ذات الملوحة المستقرة، يكون تركيز الملح في مياه الصرف عادةً أعلى بخمس إلى عشر مرات من تركيزه في مياه الري. يتساوى تصدير الملح مع استيراده، فلا يتراكم الملح.

عند استصلاح الأراضي المالحة، يكون تركيز الأملاح في مياه الصرف أعلى بكثير من تركيزها في مياه الري (على سبيل المثال، 50 ضعفًا). يفوق تصدير الأملاح استيرادها بكثير، مما يؤدي إلى إزالة الملوحة بسرعة مع نفس نسبة مياه الصرف. بعد عام أو عامين، تنخفض ملوحة التربة بشكل كبير، بحيث تعود ملوحة مياه الصرف إلى قيمتها الطبيعية، ويتحقق توازن جديد ملائم.

في المناطق ذات المواسم الجافة والرطبة الواضحة ، قد يتم تشغيل نظام الصرف خلال موسم الأمطار فقط، وإغلاقه خلال موسم الجفاف. هذه الممارسة المتمثلة في الصرف المُتحكم به أو المُراقب تُوفر مياه الري.

قد يُسبب تصريف مياه الصرف المالحة مشاكل بيئية للمناطق الواقعة أسفل مجرى النهر. لذا، يجب دراسة المخاطر البيئية بعناية فائقة، واتخاذ التدابير اللازمة للتخفيف من آثارها عند الضرورة. ويُفضّل، إن أمكن، حصر عملية التصريف في مواسم الأمطار فقط، حيث يكون تأثير المياه المالحة أقل ضرراً.

عادة ما يتم تصريف المياه من أجل التحكم في ملوحة التربة عن طريق نظام تصريف أفقي (الشكل على اليسار)، ولكن يتم أيضًا استخدام الأنظمة الرأسية (الشكل على اليمين).

يؤدي نظام الصرف المصمم لتصريف المياه المالحة إلى خفض منسوب المياه الجوفية. ولتقليل تكلفة النظام، يجب تقليل هذا الانخفاض إلى أدنى حد ممكن. ويعتمد أعلى مستوى مسموح به لمنسوب المياه الجوفية (أو أدنى عمق مسموح به) على ممارسات الري والزراعة ونوع المحاصيل.

في كثير من الحالات، يكون متوسط ​​عمق منسوب المياه الجوفية الموسمي بين 0.6 و 0.8 متر كافيًا. وهذا يعني أن منسوب المياه الجوفية قد يكون أحيانًا أقل من 0.6 متر (مثلاً 0.2 متر بعد الري أو هطول الأمطار). وهذا يعني تلقائيًا أنه في أوقات أخرى، سيكون منسوب المياه الجوفية أعمق من 0.8 متر (مثلاً 1.2 متر). يساعد تذبذب منسوب المياه الجوفية في عملية تنفس التربة، حيث يعزز طرد ثاني أكسيد الكربون (CO₂ ₎ الناتج عن جذور النباتات واستنشاق الأكسجين النقي (O₂ ₎ .

إن إنشاء مستوى مياه جوفية ليس عميقًا جدًا يوفر ميزة إضافية تتمثل في تثبيط الري المفرط للحقول، حيث أن محصول المحاصيل سيتأثر سلبًا بارتفاع مستوى المياه الجوفية الناتج، ويمكن توفير مياه الري.

إنّ البيانات المذكورة أعلاه بشأن العمق الأمثل لمستوى المياه الجوفية عامة جدًا، لأنه في بعض الحالات قد يكون مستوى المياه الجوفية المطلوب أقل من المذكور (كما هو الحال في حقول الأرز)، بينما في حالات أخرى يجب أن يكون أعمق بكثير (كما هو الحال في بعض البساتين ). ويُعدّ تحديد العمق الأمثل لمستوى المياه الجوفية من اختصاص معايير الصرف الزراعي . ^{[ 13 ]}

تخضع منطقة التهوية في التربة أسفل سطح التربة ومستوى المياه الجوفية لأربعة عوامل رئيسية للتدفق الهيدرولوجي الداخل والخارج: ^{[ 3 ]}

• تسرب مياه الأمطار ومياه الري (Irr) إلى التربة من خلال سطح التربة (Inf)  :
• Inf = Rain + Irr
• تبخر ماء التربة من خلال النباتات ومباشرة إلى الهواء عبر سطح التربة (التبخر)
• تسرب المياه من تربة المنطقة غير المشبعة إلى المياه الجوفية عبر مستوى المياه الجوفية (Perc)
• ارتفاع المياه الجوفية بفعل الخاصية الشعرية، حيث تتحرك المياه الجوفية بفعل قوى الشفط الشعري إلى المنطقة غير المشبعة (Cap).

في حالة الاستقرار (أي أن كمية المياه المخزنة في المنطقة غير المشبعة لا تتغير على المدى الطويل)، يكون توازن المياه في المنطقة غير المشبعة كما يلي: التدفق الداخل = التدفق الخارج، وبالتالي:

• Inf + Cap = Evap + Perc أو:
• رطوبة + مطر + غطاء = تبخر + نفاذية

وتوازن الملح هو

• Irr.Ci + Cap.Cc = Evap.Fc.Ce + Perc.Cp + Ss

حيث Ci هو تركيز الملح في مياه الري، وCc هو تركيز الملح في المياه المتسربة عبر الخاصية الشعرية، وهو يساوي تركيز الملح في الجزء العلوي من طبقة المياه الجوفية، وFc هو نسبة التبخر الكلي الذي تقوم به النباتات، وCe هو تركيز الملح في الماء الذي تمتصه جذور النباتات، وCp هو تركيز الملح في مياه الترشيح ، وSs هو الزيادة في تخزين الملح في التربة غير المشبعة. يفترض هذا أن مياه الأمطار لا تحتوي على أملاح. قد لا يكون هذا صحيحًا إلا على طول الساحل. كما يُفترض عدم وجود جريان سطحي أو تصريف سطحي. عادةً ما تكون كمية الماء التي تزيلها النباتات (Evap.Fc.Ce) ضئيلة للغاية: Evap.Fc.Ce = 0

يمكن اعتبار تركيز الملح Cp جزءًا من تركيز الملح في التربة في المنطقة غير المشبعة (Cu)، ما يُعطي المعادلة التالية: Cp = Le.Cu، حيث Le هي كفاءة الترشيح . غالبًا ما تتراوح كفاءة الترشيح بين 0.7 و0.8، ^{[ 14 ]} ولكنها قد تكون أقل في التربة الطينية الثقيلة ذات البنية الضعيفة . في منطقة ليزيريا غراندي المستصلحة في دلتا نهر تاجة في البرتغال، وُجد أن كفاءة الترشيح تبلغ 0.15 فقط. ^{[ 15 ]} بافتراض الرغبة في تجنب زيادة ملوحة التربة والحفاظ على ملوحة التربة Cu عند المستوى المطلوب Cd، لدينا: Ss = 0، Cu = Cd، وCp = Le.Cd. وبالتالي، يمكن تبسيط معادلة توازن الملح إلى:

• نسبة الكادميوم = نسبة التسرب + السعة

بجعل كمية مياه الترشيح المطلوبة لتحقيق توازن الملح هذا مساوية لـ Lr ( متطلبات الترشيح )، نجد أن:

• Lr = (Irr.Ci + Cap.Cc) / Le.Cd .

بالتعويض هنا Irr = Evap + Perc − Rain − Cap وإعادة الترتيب نحصل على  :

• Lr = [ (Evap − Rain).Ci + Cap(Cc − Ci) ] / (Le.Cd − Ci) ^{[ 12 ]}

وبذلك، يمكن حساب متطلبات الري والصرف للتحكم في ملوحة التربة. في مشاريع الري في المناطق شبه القاحلة ، من المهم التحقق من متطلبات غسل التربة، مع مراعاة كفاءة الري الحقلي (التي تشير إلى نسبة مياه الري المتسربة إلى باطن الأرض). يعتمد مستوى ملوحة التربة المطلوب (Cd) على مدى تحمل المحاصيل للملوحة. وقد نشرت جامعة وايومنغ الأمريكية ^{[ 10 ]} وحكومة ألبرتا الكندية ^{[ 11 ]} بيانات عن مدى تحمل المحاصيل للملوحة.

في الأراضي المروية ذات الموارد المائية الشحيحة والتي تعاني من مشاكل الصرف (ارتفاع منسوب المياه الجوفية) وملوحة التربة، يتم أحيانًا ممارسة الزراعة الشريطية حيث يتم ري شريط واحد من كل شريطين بينما تُترك الأشرطة بينهما بورًا بشكل دائم . ^{[ 16 ]}

بفضل الريّ في المناطق المروية، يرتفع منسوب المياه الجوفية فيها ، مما يحفز تدفق المياه الجوفية إلى المناطق غير المروية. ويعمل هذا التدفق كصرف تحت سطحي للمناطق المروية، حيث يُحافظ على منسوب المياه الجوفية عند عمق مناسب، ويُتيح غسل التربة، ويُمكن التحكم في ملوحة التربة عند مستوى منخفض مقبول.

في الشرائط غير المروية (التضحية)، تكون التربة جافة، وتصعد المياه الجوفية بفعل الخاصية الشعرية وتتبخر تاركةً الأملاح، مما يؤدي إلى تملح التربة. ومع ذلك، يمكن الاستفادة منها في تربية الماشية ، أو زراعة أعشاب أو نباتات مقاومة للملوحة . علاوة على ذلك، يمكن زراعة أشجار مفيدة مقاومة للملوحة مثل الكازوارينا ، والأوكالبتوس ، والأتريبلكس ، مع مراعاة أن هذه الأشجار ذات جذور عميقة وأن ملوحة التربة التحتية الرطبة أقل من ملوحة التربة السطحية . وبهذه الطرق، يمكن التحكم في التعرية بفعل الرياح . كما يمكن استخدام الشرائط غير المروية لاستخراج الملح .

تعتمد غالبية نماذج الكمبيوتر المتاحة لنقل الماء والمواد المذابة في التربة (مثل SWAP، ^{[ 17 ]} DrainMod-S، ^{[ 18 ]} UnSatChem، ^{[ 19 ]} و Hydrus ^{[ 20 ]} ) على معادلة ريتشارد التفاضلية لحركة الماء في التربة غير المشبعة بالإضافة إلى معادلة فيك التفاضلية للحمل والانتشار لنقل وتشتت الأملاح.

تتطلب النماذج إدخال خصائص التربة، مثل العلاقات بين محتوى رطوبة التربة غير المشبعة المتغير ، والتوتر المائي، ومنحنى احتفاظ التربة بالماء ، والتوصيل الهيدروليكي غير المشبع ، والتشتت ، والانتشار . وتختلف هذه العلاقات اختلافًا كبيرًا من مكان لآخر ومن وقت لآخر، ويصعب قياسها. علاوة على ذلك، يصعب معايرة النماذج في ظروف حقول المزارعين نظرًا للتفاوت المكاني الكبير في ملوحة التربة. تستخدم النماذج فترات زمنية قصيرة، وتحتاج إلى قاعدة بيانات يومية على الأقل، إن لم تكن ساعية، للظواهر الهيدرولوجية . وبناءً على ذلك، فإن تطبيق النموذج على مشروع كبير نسبيًا يتطلب فريقًا من المتخصصين ذوي الإمكانيات الكافية.

تتوفر أيضاً نماذج أبسط، مثل SaltMod [ ^{5 ] ،} تعتمد على موازنات المياه والتربة الشهرية أو الموسمية ودالة الارتفاع الشعري التجريبية. وهي مفيدة للتنبؤات طويلة الأجل بالملوحة فيما يتعلق بممارسات الري والصرف .

يساعد استخدام مبادئ SaltMod في تحليل ^{تجارب الترشيح التي تم فيها رصد ملوحة التربة في طبقات منطقة الجذور المختلفة ،} بينما يقوم النموذج بتحسين قيمة كفاءة الترشيح لكل طبقة بحيث يتم الحصول على تطابق بين قيم ملوحة التربة الملاحظة والمحاكاة ^.

يمكن محاكاة وتوقع الاختلافات المكانية الناتجة عن الاختلافات في التضاريس باستخدام نماذج الملوحة والمياه الجوفية ، مثل SahysMod .

• التربة القلوية – نوع التربة ذو درجة حموضة أعلى من 8.5. صفحات تعرض وصفًا موجزًا ​​لأهداف إعادة التوجيه. 
• الملوحة البيولوجية – استخدام المياه المالحة للري 
• مدى تحمل المحاصيل لمياه البحر – جودة المحاصيل 
• تحلية المياه – إزالة الأملاح من الماء 
• ملحية - نبات يتحمل الملوحة 
• تحمل الملوحة - تكيف الكائنات الحية مع ظروف الملوحة العالية 
• تحمل المحاصيل للملوحة
• الصوديوم في علم الأحياء

• منظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة بشأن ملوحة التربة
• مختبر الملوحة الأمريكي في ريفرسايد، كاليفورنيا