دانلود تحقیق تبخیر – تعرق و نیاز آبیاری

تبخیر – تعرق و نیاز آبیاری
سیستم آب – خاک – گیاه – اتمسفر
رابطه بین آب و خاک و گیاه و اتمسفر را می‌توان به این صورت توصیف کرد که گیاه برای زنده ماندن نیاز به آب دارد و آب به صورت ذخیره در خاک موجود است. اتمسفر انرژی لازم برای گیاه را تأمین می‌کند تا بتواند آب مورد نیاز خود را از خاک دریافت کند. این فرایندهای به ظاهر ساده در یک سیستم بسیار پیچیده و مرتبط صورت می‌گیرد که به آن زنجیره آب – خاک – گیاه – اتمسفر گفته می‌شود. هر یک از عناصر این زنجیره متأثر از اجزاء دیگر بوده و بر سایر عناصر نیز اثر می‌گذارد. بطوری که هیچ فرایندی از آن را نمی توان به صورت ساده و مستقل در نظر گرفت و اگر عملا گاهی اوقات از فرایندهای جداگانه ای مانند تعرق، جذب، تبخیر و یا امثال آن بحث می‌شود فقط از نظر ساده کردن موضوع و تبیین آن می‌باشد.
گیاه در مناطق خشک و نیمه خشک که مسأله کمبود آب یکی از معضلات کشاورزی می‌باشد تعرق اساسی ترین فرایندی است که در زنجیره آب – خاک – گیاه – اتمسفر صورت می‌گیرد. حدود 90درصد اجزاء فعال گیاه از آب تشکیل شده و بیش از 99درصد مصرفی گیاه مصرف تعرق و تبخیر می‌شود. تعرق فرایندی است که طی آن آب از طریق روزنه های گیاه تبدیل به بخار شده و از آن خارج می‌شود. تعرق زمانی انجام می‌شود که فشار بخار آب در داخل گیاه بیشتر از فشار بخار آب در هوای مجاور بوده و روزنه ها نیز باز باشند تا دی اکسیدکربن بتواند برای انجام فتوسنتز وارد گیاه شود. بنابراین هر زمان که روزنه ها باز باشند ولو این که در داخل خود برگ و یا در حد فاصل برگ و هوای مجاور مقاومت هایی صورت بگیرد، عمل تعرق انجام می‌پذیرد. مگر این که مقدار این مقاومت ها بسیار زیاد باشد.
اگر فشار بخار آب در داخل برگ را با علامت eleaf، فشار بخار آب در هوای مجاور برگ را با eair، مقاومت در برابر حرکت بخار آب در داخل روزنه ها را با rair نشان دهیم در این صورت سرعت یا میثزان تعرق (T) برابر خواهد بود با:
مقاومت هوا در برابر خروج بخار آب عمدتا بستگی به حرکت هوا در لایه مجاور برگ داشته و اگر هوای مجاور برگ ساکن باشد این مقاومت به دلیل اشباع شدن سریع از بخار آب زیاد شده و تعرق یکباره کاهش می‌یابد. به همین دلیل یکی از سازگاری های گیاه با کم آبی کرک دار شدن سطح برگهاست تا بدین وسیله هوا در بین کرکها محبوس و ساکن شود اما هنگامی که هوا به سادگی در حد فاصل برگ و هوا جریان داشته باشد تعرق نیز جریان پیدا می‌کند. اما مقاومت روزنه ها (rleaf) در برابر جریان بخار آب یک خصوصیت فیزیولوژیکی است که توسط خود گیاه کنترل می‌شود. مثلا برخی از گیاهان بر سلولهای روزنه کنترل داشته و در مواقع لزوم آن را باز و بسته می‌کنند.
همزمان با خروج آب از برگها، گیاه آب را از طریق ریشه ها جذب می‌کند تا آبی که در اثر تعرق از دست رفته است جبران شود. برای این منظور آب در داخل خاک به سمت ریشه ها حرکت نموده و پس از وارد شدن به داخل گیاه از طریق آوندها به برگها می‌رسد. حرکت آب از خاک به داخل ریشه و سپس از ریشه به برگ در اثر اختلاف پتانسیل بین خاک و برگ است. میزان جریان آب طی این فرایند عبارت است از:
که در آن
Q = سرعت جریان آب از خاک بطرف برگها
= پتانسیل کل آب در داخل برگ که مجموع پتانسیل آماس (فشاری) سلولهای برگ ( ) و پتانسیل اسمزی ( ) در برگ است.
= پتانسیل کل آب در خاک، شامل ماتریک و اسمزی
rplant = مقاومت در برابر جریان آب در داخل گیاه مشتمل بر مقاومت در داخل ریشه ها، مقاومت درداخل آوندها و مقاومت در برگها.
rsoil = مقاومت در برابر جریان آب در داخل خاک.
با خارج شدن آب از خاک، رطوبت کاهش یافته و پتانسیل کل آن ( ) کاهش پیدا می‌کند. در این وضعیت ضریب هدایت موئینگی خاک با درصد رطوبت رابطه مستقیم دارد کاهش یافته و در نتیجه مقاومت خاک (rsoil) افزایش پیدا می‌کند. کاهش و افزایش rsoil باعث می‌شود که آب کمتری داخل گیاه شده و با کم شدن آماس سلولها، پتانسیل آب برگ ( ) نیز کاهش یابد. با کم شدن سرانجام روزنه ها بسته شده و مقاومت در برابر خروج آب در برگ (rleaf) افزایش و نهایتا براساس معادله 8-1 سرعت تعرق کاهش پیدا می‌کند. چون گازکربنیک نیز از همان مسیر وارد گیاه می‌شود این عمل باعث کاهش ورود آن نیز شده و مقدار فتوسنتز که در.اقع کمیت و کیفیت محصول است تقلیل پیدا می‌کند.
خاک در زنجیره « آب – خاک – گیاه – اتمسفر » خاک را می‌توان مخزنی دانست که آب را موقتا در خود ذخیره کرده و سپس به تدریج در اختیار گیاه قرار می‌دهد. نیروهای موئینه ای و جاذبه خاک که به نام نیروهای ماتریک (matric) معروفند مقدار قابل توجهی آب را در داخل منافذ خاک نگهداری می‌کنند.نیروهای موئینه ای به دلیل چسبندگی ذرات خاک با آب و کشش سطحی مولکولهای آب بوجود می‌آید و نیروهای جاذبه ای به دلیل بار منفی سطح ذرات رس است که بخش مثبت مولکولهای قطبی آب را بخود می‌چسباند. برای این که آب بتواند در خاک جریان پیدا کند باید نیرویی که آب را به طرف ریشه می‌کشاند بر این نیروها غلبه نماید. حداقل نیروی لازم برای استخراج آب بستگی به رطوبت خاک و نوع خاک دارد. منحنی مشخصه رطوبتی خاک که رابطه بین درصد رطوبت خاک و پتانسیل آب می‌باشد نشان دهنده آن است که با یک نیروی معین چه مقدار آب می‌توان از خاک استخراج کرد.
اتمسفر انرژی لازم برای گیاه به منظور تأمین آب مورد نیاز از خاک توسط اتمسفر تأمین می‌شود. چنانچه روزنه ها باز باشند و آب نیز محدود نباشد وضعیت اتمسفر عامل کنترل کننده سرعت تعرق است. مهمترین پارامتر در این مورد دما و رطوبت است. بالا بودن دما باعث افزایش تعرق و مرطوب بودن هوا موجب کاهش آن می‌شود. عامل مهم دیگر سرعت باد است که باعث می‌شود بخار آب تجمع یافته در سطح برگها از محیط خارج شده و اختلاف فشار بخار بین گیاه و هوا را تشدید نماید. البته باید توجه داشت که اتمسفر خود فاقد انرژی است و کلیه انرژی های آن توسط تابش خورشید تأمین می‌شود که از طریق اتمسفر برگیاه اعمال می‌گردد.
اگر یک دوره زمانی مشخص، مثلا یک شبانه روز، را در نظر بگیریم معادله بیلان انرژی خورشید در آن بصورت زیر خواهد بود.
Rn = (1-a)Rs + I1-I2
که در آن:
Rn = انرژی خالص وارد شده به سطح زمین
Rs = انرژی ورودی به سطح زمین بصورت طول موج کوتاه
I1 = انرژی ورودی به سطح زمین بصورت طول موج بلند
I2 = انرژی خارج شده از سطح زمین بصورت طول موج بلند
a = ضریب بازتاب تابش (albedo)
ضریب بازتاب تابش بستگی به خصوصیات فیزیکی سطح زمین و پوشش آن دارد. برای پوششهای گیاهی این مقدار معمولا 25/ در نظر گرفته می‌شود.
با توجه به معادله فوق که در آن انرژی خالص خورشید توصیف گردید، مقدار تابش خالصی که به سطح زمین می‌رسد به سه قسمت اساسی تقسیم می‌شود. بخشی از این انرژی در صورت وجود آب و پوشش گیاهی صرف تبخیر (یا تبخیر – تعرق)، بخشی صرف گرم کردن هوا و بخش دیگر بمصرف گرم کردن زمین می‌رسد.
Rn = E + H + G
که در این معادله
Rs = تابش خالص خورشیدی
E = تبخیر یا تبخیر – تعرق
H = گرمای محسوس که صرف گرم کردن هوا می‌شود
G = مقدار انرژی که صرف گرم کردن زمین می‌شود
این که چه مقدار از انرژی خالص بمصرف هر کدام از اجزاء سه گانه فوق گردد بستگی به شرایط آب و هوایی و موجودیت آب در سطح زمین دارد. در شکل 8-1 بیلان اندازه گیری شده انرژی در سه وضعیت آب و هوایی در طی یک شبانه روز، از طلوع خورشید تا طلوع روز دیگر، نشان داده شده است. در این جا مشاهده می‌شود که به دلیل وجود رطوبت برای تبخیر – تعرق، توزیع انرژی بین E ، H و G بطور متعادل صورت می‌گیرد. مقدار بیشتری صرف تبخیر – تعرق، مقداری صرف گرم کردن هوا و بخش کمتری بمصرف گرم شدن زمین می‌شود. در یک سطح پوشیده از چمن در آب و هوای گرم و خشک آریزونا نه تنها تمام انرژی صرف تبخیر – تعرق می‌گردد بلکه به دلیل اثر واحه ای (oasis effect) که باعث انتقال گرما از اطراف نیز می‌شود، انرژی صرف شده برای تبخیر حتی بیش از مقدار انرژی خالص خورشیدی در منطقه است. حال آنکه در یک منطقه بدون آب مانند سطح دریاچه خشک المیراژ در جنوب کالیفرنیا کل انرژی خورشید باعث گرم شدن هوا و سپس گرم کردن خاک می‌گردد. آنچه در ر.ابط آب و خاک و گیاه از نظر ما حائز اهمیت است مقدار انرژی است که فرایند تبخیر – تعرق را موجب می‌گردد.