تبخیر و تعرق یکی از مهمترین عوامل محدود کننده توسعه کشاورزی در مناطق خشک و نیمه خشک می باشد. استفاده بی رویه از منابع آب و خشکسالی های اخیر باعث مشکلات زیادی در مدیریت منابع آب شده است.
یکی از پارامترهای مهم در این راستا، تعیین تبخیر-تعرق (ET) محصولات کشاورزی می باشد و برآورد دقیق تبخیر– تعرق یا آب مورد نیاز گیاهان نقش مهمی در بهبود مدیریت مصرف آب و در نهایت افزایش راندمان آب مصرفی دارد.
تبخیر و تعرق گیاه دقیقا چه چیزی است و چگونه اندازه گیری می شود؟
گیاه معمولی، از جمله هر گیاهی که در یک منظره یافت می شود، آب را از طریق ریشه های خود از خاک جذب می کند. سپس از آن آب برای عملکردهای متابولیک و فیزیولوژیکی استفاده می شود. آب در نهایت به صورت بخار از طریق روزنه های گیاه – ساختارهای ریز، قابل بسته شدن و منافذ مانند روی سطوح برگ ها در جو آزاد می شود. به طور کلی، این جذب آب از ریشه، انتقال آب از طریق بافت های گیاهی و آزاد شدن بخار توسط برگ ها به عنوان تعرق شناخته می شود.
تبخیر از گیاه
آب مستقیما از خاک در مجاورت گیاه به جو تبخیر می شود. هر شبنم یا قطرات آبی که روی ساقه و برگ گیاه وجود داشته باشد در نهایت نیز تبخیر می شود. محققان از ترکیب تبخیر و تعرق به عنوان تبخیر و تعرق با نام اختصاری ET یاد می کنند. این پارامتر به طور گسترده مورد استناد قرار می گیرد زیرا استفاده پر مصرف از گیاهان یک منظره را تقریب می زند.
تعرق از خاک
در واقع، آب مصرف شده توسط یک حوزه آبی برابر است با تبخیر و تعرق گیاهان مختلف به اضافه مقدار آب از دست رفته در اثر نفوذ عمیق و رواناب. با این حال، تخمین مقدار آبی که گیاهان تبخیر و تعرق می کنند، یک گام اولیه ضروری برای تعیین مقدار کل آب آبیاری مورد نیاز است.
به دلیل اینکه تبخیر از سطح مرطوب خاک و تعرق از سطح گیاهان جدا شدنی نیستند، به صورت توامان به این دو تبخیر -تعرق
( Evapotranspiration -ET) گفته می شود.
تبخیر-تعرق یکی از عوامل مهم در چرخه هیدرولوژی و از جمله عوامل تعیین کننده معادلات انرژی در سطح زمـین و تـوازن آب می باشد.
تبخیر و تعرق تابعی از ویژگیهای خاک، شرایط آب و هوایی، کاربری اراضی، وضعیت گیاهی و توپوگرافی منطقه است که تعدادی از این پارامترها در زمان و مکان متغیر هستند و تخمین و یا تعیین این پارامترها در یک منطقه مشکل می باشد. روشهای مرسوم اندازه گیری تبخیر و تعرق از سطح زمین (مانند: نسبت باون، همبستگی ادی و لایسیمتر) برای کاربرد پیوسته در فاصله های مناسب در منطقه، بسیار پرخرج و وقت گیر است. همچنین چون این اندازه گیری ها نقطه ای بوده، به خاطر شرایط متغیر آب و هوایی و طبیعت پویای فرآیند انتقال آب-گرما، قابل تعمیم به حوضه های بزرگ نمی باشد.
علاوه بر عوامل تعیین کننده ای که نام برده شد، ویژگی های مختلف بیوشیمیایی و مورفولوژیکی گیاهان نیز بر میزان ET تأثیر می گذارند:
- جهت گیری برگها
- سطح برگ و شکل
- ویژگی های سطح برگ مانند کوتیکول ضخیم و وجود مو
- نسبت ریشه به ساقه
- هورمون های برگ و ریشه
- سن گیاه
تبخیر و تعرق پتانسیل چیست؟ (ET0)
نرخ تبخیر و تعرق پتانسیل (PET یا ET0)، مقدار آبی که به طور بالقوه می تواند در اثر تبخیر روی سطح پوشش گیاهی با توجه به شرایط هواشناسی در آن زمان از دست برود، به شدت تابش خورشیدی، دمای هوا، رطوبت و سرعت باد بستگی دارد.
سه عامل (شدت تابش خورشیدی، دمای هوا و سرعت باد) با تبخیر و تعرق پتانسیل همبستگی مثبت دارند (یعنی هر چه شدت تابش خورشیدی بیشتر باشد، بیشتر است)، در حالی که با رطوبت رابطه منفی دارد (یعنی مقدار بیشتر بخار آب در حال حاضر در جو، کمتر می تواند تبخیر شود). همانطور که گفته شد تبخیر و تعرق همچنین به مقدار نوع محصول و سطح برگ آن، مرحله فنولوژیکی و میزان رطوبت خاک در دسترس گیاه در ناحیه ریشه زایی بستگی دارد.
برای سادگی و بر اساس کنوانسیون بین‌المللی، نرخ تبخیر و تعرق پتانسیل معمولا برای مجموعه‌ای از شرایط خاص از جمله سطحی با ارتفاع 4 اینچ، بدون سایه و پوشیده از چمن و بدون محدودیت آب خاک، تخمین زده می‌شود. این مورد خاص به طور کلی به عنوان تبخیر و تعرق بالقوه مرجع نامیده می شود (گاهی اوقات با برچسب ET0 دیده می شود)، که می تواند از نظر آماری به یک نوع محصول خاص مرتبط باشد تا برآوردی ایده آل از نیاز آبی محصول ارائه شود.
ET0 یک متغیر ورودی اولیه برای اکثر سیستم های برنامه ریزی آبیاری است.
تبخیر و تعرق واقعی چیست؟ (ETA)
عامل مهم دیگر در این بحث میزان آب از دست رفته توسط سطح پوشش گیاهی است که به عنوان تبخیر و تعرق واقعی یا ET نامیده می شود. نرخ واقعی تبخیر و تعرق تنها زمانی به نرخ بالقوه می رسد که آب محدود نباشد. با این حال، هنگامی که مقدار آب قابل دسترس گیاه در خاک کاهش می یابد، نرخ واقعی ET به سرعت به کسری از ET0 کاهش می یابد. پس از مدت طولانی آب و هوای خشک، نسبت نرخ تبخیر و تعرق واقعی به بالقوه معمولاً به مقادیر زیر 0.50 می رسد و فراوانی انباشته این نسبت در طول یک فصل رشد به شدت با عملکرد بسیاری از انواع محصولات (زمین خشک) مرتبط است.
در حال حاضر ،روشهای سنجش از دور راه بسیار مناسبی برای به دست آوردن متغیرهای مختلف در مقیاس های زمانی و مکانی مورد نیاز به منظور برآورد تبخیر-تعرق هستند.
با توجه به تغییرات مکانی پارامترهای هواشناسی، استفاده از روش هایی از جمله روش های مبتنی بر سنجش از دور که این تغییرات را در نظر میگیرند مطلوب است.
روش های اندازه گیری تبخیر و تعرق گیاهان به چه صورت است؟
روش های مستقیم براورد ET:
اولین و ساده ترین روش براورد تبخیر و تعرق گیاهان استفاده از معادله بیلان انرژی است.
به کمک لایسیمتر وزنی نیز میتوان مقدا ET را محاسبه نمود.
روش های غیرمستقیم براورد ET:
استانداردترین روش محاسبه تبخیر و تعرق گیاه مرجع، روش فائو پنمن مانتیث (گیاه مرجع چمن) میباشد.
استفاده از تست تبخیر در اسیستگاه های هواشناسی یکی دیگر از راه های غیر مستقیم براورد میزان ET میباشد.
اما در ادامه به بروارد تیخیز و تعرق محصولات کشاورزی به کمک تکنیک های سنجش از دور می پردازیم….
براورد تبخیر و تعرق به کمک سنجش از دور
اگر چه الگوریتم های سنجش از دور بسیاری جهت برآورد تبخیر-تعرق وجود دارد اما الگوریتم های کلاسیک سنجش از دور برای مقیاس های متوسط و ماکرو مناسب نیستند. در نتیجه استفاده از الگوریتم های پیشرفته تری از قبیل SEBAL و غیره برای نواحی وسیع و ناهمگن کارایی دارد.
الگوریتم (SEBAL=Surface Energy Balance Algorithm for Land)، الگوریتم توازن انرژی سطحی برای زمین، مدلی مبتنی بر پردازش تصاویر ماهواره است که مشتمل بر بیست وپنج زیر مدل برای محاسبه تبخیر تعرق می باشد و از مهمترین و پرکاربردترین روشهای باقیمانده بیلان انرژی برای برآورد ET واقعی با استفاده از دادههای سنجش از دور میباشد.
این الگوریتم اولین بار توسط باستین سن در کشور هند معرفی شد. سپس در سال 2002 توسط آلن اصلاح گردید.
الگوریتم سبال روشی است که بر پایه روابط تجربی و فیزیکی، میزان تبخیر و تعرق واقعی را با حداقل داده های زمینی برآورد میکند.
محققان طی مطالعه ای در منطقه آیداهو ،نتـایج ET حاصـل از روش سبال را بـا نتـایج لایسـیمتری در دو منطقـه در آیـداهو مـورد مقایسه قرار دادند. نتایج مطالعات ایشان نشان داد که برآوردهـای ET حاصل از روش سبال با نتایج اندازه گیری شده توسط لایسیمتر بـرای محصولات کشاورزی در اقلیم های نیمـه خشـک بـه خـوبی منطبـق است.
روشهای توازن انرژی بر اساس محاسبه تبخیر-تعرق به عنوان یکی از اجزای معادله توازن انرژی می باشد.
به منظور صـحتیـابی الگـوریتم بیلان انرژی در سطح زمین، از اندازه گیری های مزرعه ای تبخیـر-تعـرق مزارع بزرگ در کشـورهای چـین، هنـد، اسـپانیا و پاکسـتان اسـتفاده نمودند و نتیجه را با نتایج حاصل از الگوریتم بـیلان انـرژی در سطح زمین (با استفاده از اطلاعات ماهواره ای) مقایسـه کردنـد.
نتـایج نشان داد که در 85 درصد مـوارد داده هـای حاصـل از ایـن الگـوریتم بدون هیچگونه واسنجی با داده های مزرعه ای مطابقت داشته است.
ممنون از مطلب کامل و عالیتون. براورد تبخیر و تعرق در کشاورزی واقعا اهمیت داره