یکی از مهم‌ترین پارامترهایی که برای ارزیابی کیفیت آب آبیاری و خاک در کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرد، میزان بی‌کربنات موجود در آن است. بی‌کربنات یکی از یون‌های مضر برای رشد و تولید در گیاهان است که باید توجه ویژه به میزان غلظت آن در آب آبیاری و خاک داشت.
آنچه در این مقاله می‌خوانید!
در این مقاله از آزمایشگاه جامع اگرویار به تاثیر بی‌کربنات‌ها بر کیفیت آب آبیاری و خاک و روش‌های کاهش آن پرداختیم.
بی‌کربنات چیست و چگونه تولید می‌شود؟
بی کربنات‌ها، یون‌های بی‌کربنات محلول (HCO−3) موجود در آب و خاک هستند. این ترکیبات شکلی از دی‌اکسیدکربن محلول (CO2) و یکی از آنیون‌های رایجِ در منابع آبی هستند و غلظت آنها بسته به عواملی مانند منبع آب، ترکیب خاک و ویژگی‌های زمین‌شناسی منطقه می‌تواند متفاوت باشد.
اثر بی‌کربنات‌ها بر رشد گیاهان
بی‌کربنات‌ها بطور طبیعی در آب و خاک وجود دارند و افزایش غلظت آنها باعث ایجاد محدودیت رشد و نمو گیاهان می‌شود. در ادامه برخی از اثرات مخرب افزایش سطح بی‌کربنات آب و خاک بر گیاهان آورده شده است:
افزایش pH خاک
حضور بی‌کربنات‌ها به دلیل ماهیت قلیایی آنها، باعث افزایش pH و قلیایی شدن محیط خاک می‌شوند. جذب عناصر غذایی در خاک‌های قلیایی محدود بوده و این موضوع باعث کاهش عملکرد محصول می‌شود.
عدم تعادل عناصر غذایی
افزایش سطح بی‌کربنات در آب می‌تواند در دسترس بودن و جذب مواد غذایی ضروری توسط گیاهان را مختل کند. شرایط قلیایی ناشی از بی‌کربنات‌ها می تواند حلالیت عناصر غذایی را کاهش دهد. این موضوع باعث کمبود عناصر غذایی شده و عملکرد را کاهش دهد.
یکی از علائم بارز بی‌کربنات بالا در آب آبیاری و خاک، کلروز برگی ناشی از کمبود آهن است که می‌تواند به شدت بر ظرفیت فتوسنتزی گیاهان تاثیر منفی گذاشته و منجر به محدودیت رشد و کاهش عملکرد شود.
ایجاد محدودیت برای رشد ریشه
شرایط قلیایی ناشی از بی‌کربنات‌های آب ممکن است به ساختار و عملکرد ریشه گیاهان آسیب بزند. تغییر pH خاک می‌تواند بر رشد ریشه تأثیر منفی گذاشته و توانایی گیاه در جذب آب و مواد غذایی را محدود کند که در ادامه، کاهش و یا توقف رشد و تولید اتفاق خواهد افتاد.
افزایش شوری خاک
سطوح بالای بی‌کربنات در آب می‌تواند منجر به افزایش شوری خاک شود. خاک‌های قلیایی معمولا پتانسیل شوری بالاتری نیز دارند که این موضوع باعث ایجاد محدودیت برای رشد و تولید گیاهان می‌شود.
بی‌کربنات‌ها به طور مستقیم شوری خاک را افزایش نمی‌دهند. بلکه محصولات جانبی واکنش آنها با خاک و آب باعث افزایش شوری خاک می‌شود. این فرآیند شامل تبدیل بی‌کربنات‌ها به کربنات است که این کربنات‌ها با کاتیون‌هایی مثل کلسیم و منیزیم واکنش داده و باعث رسوب ترکیبات نامحلول مثل کربنات کلسیم و کربنات منیزیم می‌شوند.
کاهش جمعیت میکروبی خاک
میکروارگانیسم‌های خاک نقش مهمی در چرخه عناصر غذایی و ارتقای سلامت اکوسیتم گیاه-خاک دارند. افزایش سطوح بی‌کربنات می‌تواند بر جمعیت میکروبی خاک تأثیر منفی بگذارد و فعالیت آنها را کاهش دهد و روابط همزیستی بین گیاهان و میکروارگانیسم‌های مفید را تغییر دهد.
کاهش عملکرد محصول
همه مواردی که در بالا گفته شد، عدم تعادل عناصر غذایی، محدودیت رشد ریشه و تنش شوری که از اثرات بی‌کربنات‌ها هستند، همه باعث کاهش رشد و عملکرد نهایی هم در گیاهان زراعی و هم باغی می‌شوند.
حد مجاز بی‌کربنات در آب آبیاری
سطوح بی‌کربنات اغلب بر حسب میلی‌اکی والان در لیتر (meq/L) یا میلی‌گرم در لیتر (mg/L) گزارش می‌شود. غلظت قابل قبول بی‌کربنات‌ها به نوع محصول و ویژگی‌های خاک بستگی دارد. بطور کلی، غلظت بی‌کربنات کمتر از 5 میلی‌اکی‌والان در لیتر برای اکثر محصولات مناسب در نظر گرفته می‌شود.
روش‌های کاهش بی‌کربنات‌ها در آب آبیاری
قبل از هرچیزی باید منبع ورود بی‌کربنات به خاک را بررسی کرد که عمدتا این بی‌کربنات‌ها از طریق آب آبیاری وارد خاک می‌شوند.
اسیدی کردن آب
یکی از رایج‌ترین روش‌های کاهش بی‌کربنات آب آبیاری، تزریق اسیدهایی مانند سولفوریک اسید به سیستم آبیاری است. این اسیدها با بی‌کربنات‌ها واکنش داده و دی‌اکسید کربن و آب تولید می‌کنند.
توجه: اصلاح شیمیایی آب آبیاری می‌تواند بر پارامترهای دیگر آن تأثیر منفی بگذارد. بنابراین این عملیات باید با دقت و با مشاوره متخصصان مربوطه انجام شود.
تصفیه به روش اُسمز معکوس (Reverse Osmosis)
اُسمز معکوس یک فرآیند تصفیه آب است که می‌تواند به طور موثر بی‌کربنات‌ها را همراه با سایر جامدات محلول حذف کند. این روش با عبور آب از یک غشای نیمه تراوا به طور انتخابی به مولکول‌های آب اجازه عبور می‌دهد و در عین حال یون‌ها و مولکول‌های بزرگتر را فیلتر می‌کند. سیستم‌های RO را می‌توان برای تصفیه آب در مقیاس بزرگتر نصب کرد. این سیستم‌ها گران‌قیمت بوده و هزینه تعمیر و نگهداری بالایی دارند.
هوادهی
هوادهی شامل قرار دادن آب در معرض هوا، اجازه خروج دی‌اکسیدکربن و تبدیل یون‌های بی‌کربنات به یون‌های کربنات است. این روش به اندازه روش‌های دیگر موثر نیست اما می‌تواند به کاهش بی‌کربنات آب کمک کند. برای اینکار می‌توان آب آبیاری را برای مدتی در استخر نگهداری کرد.
روش الکترودیالیز
الکترودیالیز یک تکنیک پیشرفته تصفیه آب است که از غشاهای تبادل یونی برای حذف انتخابی یون‌ها از جمله بی‌کربنات‌ها از آب استفاده می‌کند. این روش برای مقیاس بزرگ مناسب است.
روش‌های کاهش بی‌کربنات‌ها در خاک
در ادامه به چند راهکار برای کاهش بی‌کربنات‌ها در خاک می‌پردازیم.
استفاده از گوگرد
افزودن گوگرد خالص عنصری به خاک به تدریج باعث تولید اسید سولفوریک و کاهش pH و خنثی شدن بی‌کربنات‌ها می‌شود. توجه شود که برای اکسیداسیون گوگرد ضروری است که از باکتری‌های اکسیدکننده آن نیز باید استفاده کرد.
بهبود سیستم زهکشی
زهکشی مناسب، از تجمع نمک‌ها و بی‌کربنات‌ها در ناحیه ریشه جلوگیری کرده و تاثیر آنها را به حداقل می‌رساند.
آبشویی
آبشویی می‌تواند باعث تخلیه نمک‌های محلول از جمله بی‌کربنات‌ها از ناحیه ریشه شود. برای اینکار وجود زهکشی مناسب برای جلوگیری از غرقاب شدن ضروری است. آب مورد استفاده برای آبشویی نیز باید سالم و عاری از هرگونه بی‌کربنات باشد.
توجه به نوع کودهای مصرفی
کودهای حاوی یون آمونیوم در صورت استفاده از طریق آبیاری می‌توانند به اسیدی شدن خاک کمک کنند. فرآیند نیتریفیکاسیون، یون‌های هیدروژن را آزاد می‌کند و به کاهش سطح بی‌کربنات کمک می‌کند. برای اینکار کودهای مبتنی بر آمونیوم، مثل سولفات آمونیوم، می‌توانند در برنامه مدیریت کوددهی گنجانده شوند.