إن مصادر الماء بالنسبة للفلاحة في المناطق القاحلة وشبه القاحلة محدودة، خصوصا إذا ما قارناها مع حاجيات الساكنة المحلية. ففي هذه المناطق، يتطلب توسيع وتنمية الفلاحة تطوير الزراعات المسقية. غير أنه، إذا كان السقي يساهم بكيفية عامة وسريعة في رفع الإنتاج الفلاحي، وتحسين ظروف عيش الساكنة القروية للدول السائرة في طريق النمو، فإن توسيعه غالبا ما يكون مصحوبا بمخاطر كبيرة تهدد الحفاظ على البيئة وخصوصا جودة التربة.
تحميل
في المناطق القاحلة، يكتنف الانتقال إلى السقي خطر ملوحة و/أو تقلية التربة، التي تمّ تحديد مظاهرها في عدة أماكن مسقية في العالم. تتمثل النتيجة الرئيسية في تراجع الخصوبة، وإتلاف العديد من التربات على الأمدين القصير والمتوسط، مما يشكل خطرا على تنمية هذه المناطق.
في المغرب، أظهرت معظم الدراسات التي أجريت في مختلف الدوائر المسقية بعد إنجاز المشروع، بأن التربة غير الملحة في الأصل أصبحت ملحة بعد عملية السقي. تقدّر حاليا، مساحة التربة الملحة بالمغرب ب 350000 هكتار، أي ما يناهز 35% من مجموع الأراضي المسقية حاليا.
يتمثل تحسين الخاصيات الطبيعية والكيميائية لتربة مصابة بأملاح قابلة للذوبان و/أو بتراكم انتقائي للصوديوم، في تخليص مركب ومحلول التربة من الأيونات المقلّية. بالنسبة للتربة الكلسية، كما هو الحال بالنسبة لمعظم الأراضي المغربية، يبقى حمض الكبريتيك أنجع وسيلة لاستصلاح هذه الأراضي.غير أن المشاكل المرتبطة بالمعالجة بهذا السماد، تحدّ من استعماله في المغرب.
لقد طوّر سويت واتر فارمينك (Sweet Water Farming يوطا، و.م.أ Utah، USA) تكنولوجية جديدة لتجاوز هذه الصعوبات.يتعلق الأمر بمعالجة ماء السقي في عين المكان بواسطة مولد حمض الكبريتيك.
جرّب معهد الحسن الثاني للزراعة والبيطرة هذه التكنولوجية على زراعات مختلفة (الذرة، الحوامض، الخوخ، والطماطم) في مناطق تادلة، والحوز، وسوس ماسة عن طريق استخدام أنظمة مختلفة للسقي (محوري أو بالتنقيط).
يتمثل الهدف من هذه النشرة في تقديم نتائج تجربة هذه التكنولوجية لاستصلاح تربة مالحة صودية في ضيعة فلاحية بمنطقة السويهلة. كما تتمثل الأهداف النوعية في:
- تأثير حمض الكبريتيك على جودة الماء.
- إزالة ملح الصوديوم من تربة السويهلة بواسطة حمض الكبريتيك، و
- تحسين الخاصيات الطبيعية للتربة الصودية عن طريق معالجة ماء السقي.
تقديم مولّد حمض الكبريتيك
يعتبر مولد حمض الكبريتيك آلة تمّ تطويرها من طرف سويت واتر فارمينك (SweetWater Farming Incorporation de Utah USA).
وقد منحت هذه الشركة أنموذجا منه لمعهد الحسن الثاني للزراعة والبيطرة من أجل اختبار استعماله بالمغرب لمعالجة ماء السقي القلائي، بغية استصلاح التربة القلائية.يتضمن الرسم 1 صورة للآلة وبيانات لطريقة تشغيلها.
كيفية اشتغال مولد حمض الكبريتيك
إنطلاقا من حاوية (أ) (الرسم1) يصل الكبريت الأولي عن طريق الجاذبية إلى حجرة الاحتراق (ب). وفي درجة حرارة تفوق 205 درجة، يؤكسد الكبريت الأولي ليعطي ثاني أوكسيد الكبريت (SO2)، ينقل هذا الغاز إلى حجرة ثانية (ج1) حيث يتمّ مزجه بماء السقي. يعتبر ثاني أوكسيد الكبريت غازا قابلا للذوبان في الماء، وينتج عن تذويبه الحمض الكبريت (H2SO3) وهو حمض قويّ.
يخرج الماء المحمل بالحمض الكبريتي من المنفذ (S1). ويتحول الحمض الكبريتـــي إلى (H2SO4) بمجرد اتصاله بالأوكسجين الموجود في الهواء. ويذهب فائض الحمض الكبريتي إلى الحجرة (ج1). يتصل المنفذان S1 وS2 بشبكة السقي التي يمكن أن تكون محورية أو راشة أو موضعية (بالتنقيط). يتمّ السقي بالتنقيط في ضيعة السويهلة، ويمكن أن تعدل حموضة ماء السقي المرغوب فيها عن طريق التأثير في نسبة المزج بين الماء المعالج (أعلى صبيب للآلة هو6 ل/ث) والماء غير المعالج.
تأثير مولد حمض الكبريتيك على الماء والتربة
نسجل أن ثاني الكربونات وكالسيوم التربة تميلان إلى تكوين كربونات الكالسيوم في ماء السقي القلائي بصفة عامة. وهكذا، وتبعا لتساقطات CaCO3، تتزايد نسبة Na/Ca في محلول التربة، مما يجسد تراكم Na (الصوديوم) في مركب تبديل التربة. يتسبب هذا في تقليص مسامية وقابلية الرشح وكذا في ميل إلى تراكم الأملاح في التربة.
يسمح مولد حمض الكبريتيك للكالسيوم المتساقط بالعودة إلى محلول التربة على إثر ذوبان الكربونات. يؤثر مولد حمض الكبريتيك في اتجاهين:
- يساعد ماء السقي المعالج على إزالة راسب كربونات الكالسيوم التي يمكن أن تسد فوهات أنابيب السقي.
- يحسن ماء السقي المعالج مفعوله بتقليص الأثر الضار للصوديوم، مما يسمح بتحسين تهوية التربة ونسبة رشح الماء. ويتضح تأثير الماء المعالج بواسطة مولد حمض الكبريتيك على الماء والتربة من خلال ردود الفعل التالية:
H2SO4 + 2NaHCO3 —NaSO4 + 2H2O +CO2
H2SO4 + Na2CO3 —Na2SO4 + H2O +CO2
بالنسبة للتربة الكلسية:
H2SO4 + CaCO3 —CaSO4 + H2O +CO2
CaSO4 +2Na-sol—Ca-sol+ Na2SO4
بالنسبة للتربة غير الكلسية:
H2SO4 +2Na-sol—H-sol+ Na2SO4
اختبار مولد حمض الكبريتيك على الحوامض في منطقة الحوز
الأشغال الميدانية
انطلقت الأشغال الميدانية باختيار موقع وضع مولد حمض الكبريتيك. وقد اخترنا حقلا تجريبيا يقع على صعيد ضيعة شركة سويهلة بالحوز المركزي. يزرع هذا الحقل بالحوامض (نوع نور).
تمّ أخذ عينات التربة (القليلة التطور من حيث الإسهام الغريني) من الضيعة لتحديد أولي بواسطة مثقب على خمس مستويات من العمق:
0ـ20، 20ـ40، 40 ـ60100-80 ، 80-60، سنتم
لقد أنجز أخذ عينات الماء قبل وبعد المعالجة بمولد حمض الكبريتيك. يسقى الحقل يوميا بنظام التنقيط. تعرض تواريخ أخذ عينات التربة في الجدول رقم 1، وكمية الماء المستعملة يوميا في الجدو ل رقم2.
لقد تمّ قياس النفوذية العمودية في الطبقات السطحية للتربة والتوصيلية المائية لعمق التربة. كما أنجزت ثلاث محطات لقياس نفوذية « موتز » والتوصيلية المائية « بورشي » في الوضعية الأصلية والنهائية.
أظهرت المعطيات المناخية الصادرة عن محطة شركة السويهلة انعدام التساقطات خلال الفترة التجريبية من 21 أبريل إلى 26 مايو 1999. وقد سجلت تساقطات ضعيفة (2 مم في 6 أبريل) قبل القيام بالتجربة.
سجلت درجات الحرارة المتوسطة خلال أشهر أبريل إلى مايـو عـلى التـــوالـي 18,8 و22,4 درجة. وتتراوح درجات الحرارة ما بين 5,5 كدرجة دنيا و36 كدرجة عليا لشهر أبريل، و7,5 كدرجة دنيا و 41 كدرجة عليا لشهر مايو.
التحاليل المختبرية
أنجزت التحاليل التالية، من أجل تقييم جودة ماء السقي:
- الحموضة: قيست بواسطة مقياس الحموضة ذي الإلكترود الزجاجي.(ph)
- التوصيلية الكهربائية: تمّ قياسها بواسطة مقياس التوصيل.(CE)
- أملاح قابلة للذوبان: الأيونات المحددة هي *Na ، K، Ca، Mg، CL، HCO3 SO4 .
أنجزت التحاليل التالية ، لتحديد الخصائص الفيزيائية الكيميائية للتربة المدروسة:
الحموضة، التوصيلية الكهربائية من مستخرج العجينة المشبعة، الكلس التام، قابلية التبديل الكايتوني، قواعد قابلة للتبديل، حصيلة أيونية لمستخرج العجينة المشبعة، قياس الحبيبات والاحتياطي النافع. تم ّتحديد تطور جودة تربة الحقل المسقي بالماءالمعالج عن طريق قياس الحموضة، والتوصيلية الكهربائية للعجينة المشبعة، ونسبة امتصاص صوديوم العجينة المشبعة، ونسبة الصوديوم القابل للتبديل.
جودة ماء السقي
يعرض الجدول رقم 3 جودة ماء السد المستعملة في السقي.
نستخلص انطلاقا من هذا الجدول ما يلي:
- حسب تصنيف المختبرالأمريكي للملوحة على ضفة النهر (1954)، يصنف الماء المستعمل في السقي فيCE .S1 . يكون هذا الماء جيدا في الظروف الملائمة (نفوذية وصرف جيد)، لأنها تشكل خطر تقلية ضئيلة وملوحة متوسطة.
- يجب القضاء على المشاكل المتعلقة بثاني الكربونات والكلور.
الجودة الأصلية للتربة
تبرز تربة الحقل الخاضع للتجربة تركيبة متوازنة إلى دقيقة وقابلية التبديل الكايتوني مــتوسطة (تفوق 11، 5 وتقل عن 14,0)، ومحــتـوى ضعـيف من الكـلـس (أقـــل من 5%)، وقاعدة متوسطة وتغيّر بسيط في العمق.
تعتبر نفوذية الحقل ضعيفة إلى ضعيفة جدا (K :0,37 إلى 0,63 سنتم/هـ) بسبب المحتوى المرتفع من Na القابل للتبديل (نسبة الصوديوم القابل للتبديل تفوق 15% على السطح). لذا يعود تراكم الأملاح في هذا الحقل أساساإلى بروز الأملاح عن طريق التبخر وإلى ضعف نفوذية هذه التربة.
لا تظهر الوضعية الأصلية المعروضة أعلاه، الوضعية الحقيقية للملوحة والصودية في الضيعة. تم ّأخذ العينة المستعملة لتحديد الوضعية الأصلية قبل السقي تحت منقطات، أي في وسط أنبوب السقي. يبين أخذ العينات خارج البصلة تمركزا مرتفعا من حيث الأملاح واتفاع في نسبة الصوديوم القابل للتبديل (الجدول 4) في نفس الحقل.
وبالفعل، يتراوح تغيّر التوصيلية الكهربائية مابين 6,2 وحدة قياس الملوحة على السطح و2,7 وحدة قياس الملوحة في العمق. تتراوح نسبة الصوديوم القابل للتبديل مابين 31% في 60 سنتمترات الأولى و18,4 % مابين 80 و100 سنتم في العمق.
نشير إلى أن الحقل المعالج مهيئ على شكل أثلام من أجل صرف فائض الملح والصوديوم. يبرز الحقل الغير مهيئ، والغير مسقي قيما صودية وملحية أكثر خطرا(الجدول 4) وتعتبر نسبة الصوديوم القابل للتبديل مرتفعة جدا، إذ تتراوح ما بين 39,7 % على السطح و26 %في العمق. كما أن التوصيلية الكهربائية مرتفعة جدا إذ تتراوح ما بين 10,6 % وحدة قياس الملوحة على السطح و5,8 % وحدة قياس الملوحة في العمق.
تبين الملاحظات المتعلقة بالحقل بأن تسرب الماء ضعيف جدا في هذه المناطق. فمشكل الملوحة والصودية مهم جدا. يعتبر أسن الماء بعد التساقطات المطرية أو بعد السقي ظاهرة شائعة.
تأثير مولّد حمض الكبريتيك على جودة ماء السقي
يتعلق الأمر بمعالجة ماء السقي بآلة مولدة لحمض الكبريتيك انطلاقا من الكبريت المصعّد. تعالج الآلة صبيبا متوسطا يقارب 6 لترات/ ث. يتمّ ضخ الماء المعالج في القناة الرئيسية للسقي التي تؤمن الربط بين وحدة القمة وحاملة الرابية عن طريق مخرجين. المخرج 1 وهو الماء الرئيسي المعالج والمخرج 2 ويعتبرمكملا لاستغلال فائض الكبريت الغازي الذي لم يتم تحليله. تم عرض خصوصيات المياه المعالجة في الجدول رقم 5.
يتمّ مزج المياه التي تم ّضخها في القناة من طرف المخرجين 1 و2 بالماء الخام (غير المعالج) للحصول على صبيب تام يقارب 30 ل/ث. تقارب نسبة المزج 6 ل/ث من الماء المعالج، و24 ل/ث من الماء غير المعالج أي بنسبة تقارب ربع الحجم.
تمّ عرض المقارنة بين خصوصيات المياه الأصلية والمعالجة والممزوجة في الجدول 6.
يشكل تقلص حموضة ماء السقي، الهدف الرئيسي لاستعمال مولد حمض الكبريتيك. بالفعل نلاحظ من خلال النتائج المحصل عليها بأن الماء الذي كانت قاعدته متوسطة (8,4% من الحموضة)، قد أصبح ضعيف الحموضة (6,0 من الحموضة) بعد أن تمت معالجته ومزجه (الجدول 5). تستفيد المياه القاعدية من تخفيض نسبة الحموضة، لأنها تيسر حلحلة واستيعاب بعض العناصر المغذية وعلى الخصوص الضرورية منها. بالإضافة إلى ذلك يوصى باستعمال الماء القليل الحموضة في السقي التسميدي، الذي يشكل تحضير محلوله المغذي مرحلة أساسية. بالفعل تشكل المياه القليلة الحموضة بيئة مناسبة لحلحلة العناصر المضافة. يمكن أن تعدل حموضة ماء السقي عن طريق التحكم في نسبة المزج بين ماء معالج وماء غير معالج.
نستنتج من خلال الجدول 6 زيادة طفيفة في التوصيلية الكهربائية. بالفعل، يتسبب تغير التركيبة الأيونية للماء أثناء المعالجة في هذه الزيادة الضعيفة. تجدر الإشارة إلى أن المياه تنتمي إلى نفس صنف الملوحة (C2).
في الختام، تمكن معالجة ماء السقي، التي هي في الأصل قلائية (محتوى مرتفع من ثاني الكربونات ومن الحموضة 8,4)، من ضبط تقلية وتخفيض الحموضة. إلا أنه تمّ تسجيل ارتفاع طفيف بعد إضافة SO4. سيخلف هذا التغيير الذي طرأ على جودة الماء أثرا على التربة.
تأثير حمض الكبريتيك على جودة التربة
تمّ اعتماد خمسة وسائط لتتبع ومراقبة أثر معالجة ماء السقي على الخاصيات الفيزيائية والكيميائية للتربة.
التأثير على الملوحة
انخفضت الملوحة الإجمالية بشكل كبير في مقطع التربة كلها (الرسم 2). انطلاقا من3 وحدات لقياس الملوحة في السطح، استقرت التوصيلية الكهربائية في حوالي وحدة واحدة لقياس الملوحة. تفسر هذه الانخفاضات في الملوحة بكون معالجة ماء السقي بحمض الكبريتيك يؤثر على التربة عن طريق تحسين نفوذيتها (أنظر التأثير على الملوحة). وبما أن التربة لازالت رطبة من جراء السقي الأخير، يمكن فائض الماء ذو الجودة العالية من إزالـة الملح من التربة وبالخصوص من الطبقتين الأوليين (0ـ20 و20 ـ40 سنتم).
التأثير على نسبة الصوديوم الموجودة في التربة
يتمثل الأثر الأكبر في انخفاض نسبة الصوديوم القابل للتبديل في 40 سنتم الأولى من التربة على الخصوص(الرسم 3). وبالفعل، لاحظنا في السطح (0 ـ 20 سنتم) بأن النسبة الأصلية للصوديوم القابل للتبديل جد منخفضة بكيفية ملحوظة بعد أسبوع واحد من السقي بالماء المعالج. فلقد انتــقلت قـيمة نسبة الصوديوم القابل للتــبديل من 17,4 % إلى 5,5 %. نتج هذا الانخفاض مباشرة عن تبديل Ca –Na وتأشين الصوديوم المتواجد في العمق إلى ما تحت 100 سنتم.
وبالنسبة لباقي المقطع، لا يمثل تغير نسبة الصوديوم القابل للتبديل دلالة قوية، لأن القيم المحصل عليها تتأرجح دائما حوالي 5. ويمكن تفسير تراجع نسبة الصوديوم القابل للتبديل في الحقل المسقي بالماء المعالج (مولد حمض الكبريتيك) بردود الفعل التالية:
H2SO4 + CaCO3 — CaSO4 + H2 + CO
CaSO4 + 2Na-sol —Ca-sol +NaSO4 (بالنسبة للتربة الكلسية)
وهكذا، يمكن أن نستخلص بأن تراجع نسبة الصوديوم القابل للتبديل يعود إلى الاستفادة المستمرة لمحلول التربة من الكالسيوم المحلحل انطلاقا من كلس التربة بفعل تأثير الماء القليل الحموضة.
التأثير على نسبة امتصاص الصوديوم للعجينة المشبعة للتربة
سجل تراجع هام في نسبة امتصاص التربة للصوديوم (الرسم 4) في كل مقطع التربة. وهذا التراجــع ناتج عـن انخفاض نسبي الأهمية ل Na+ مقارنة مع Ca++و Mg++
تترجم حلحلة CaCO3 (أنظر الوضعية النهائية، الرسم 6) بواسطة الماء المعالج باستفادة نسبية لمحلول التربة بأيونات الكالسيوم والمنغنيزيوم. وقد لاحظنا خلال التجربة على 20 سنتمترات الأولى تراجع نسبة امتصاص الصوديوم للعجينة المشبعة بشكل هام بعد الأسبوع الأول للسقي بالماء المعالج. بينما لم يكن هذا التغيير مهما في باقي المقطع. تمت ملاحظة هذه الظاهرة المؤقتة في العمق بعد الأسبوع الأول من السقي وهي ناتجة عن استفادة محلولة التربة من *Na الصادر عن مركب امتصاص طبقة السطح. ستؤدي متابعة السقي بالماء المعالج إلى تراجع نسبة امتصاص الصوديوم للعجينة المشبعة، حتى في العمق.
يمكننا أن نستخلص إذن بأن معالجة الماء بواسطة مولد حمض الكبريتيك، يسمح للكالسيوم المتساقط بالعودة إلى محلول التربة ومراقبة نسبة Ca/Na لهذا المحلول. ويمكنـنا أن نسجل كذلك بأن هـــذه النسبة، والتي كانت في الأصل تفــوق 1 (1,06) تقلصت إلى 0,61 بعد الأسبوع الأخير للسقي.
التأثير على حمض التربة
لم يسجل الحمض تراجعا هاما بعد 5أسابيع من السقي بالماء المعالج (الرسم 5). أبطل ذوبان كربونات الكالسيوم مفعول البروتون المحمول عن طريق الماء. أظهرت هذه النتيجة أنه بالرغم من السقي بماء ذي حمض 6 طيلة 5أسابيع، فإن حمض التربة لم يتراجع بشكل ملحوظ. وتبطل الكربونات فائض البروتون H+ المجلوب بواسطة ماء السقي.
التأثير على نفوذية التربة
كان تأثير السقي بالماء المعالج مهما على النفوذية. فبالفعل، قدرت القيمة المتوسطة في الوضعية الأصلية ب 0,46 سنتم/س. وقد تزايدت هذه القيمة في الوضعية النهائية لتصل لمعدّل 21,5 سنتم/س. وبصيغة أخرى انتقلت النفوذية العمودية من وضعية ضعيفة جدا إلى وضعية مرتفعة (k تفوق 20سنتم/س). وأظهر تغيّر التوصيلية المائية تحسنا مهما. فقد انتقل من معدل 0,63 م/ي في الوضعية الأصلية إلى قيمة تصل إلى 2,38 م/ي في الوضعية النهائية بعد السقي بالماء المعالج.
وانطلاقا مما سبق، نلاحظ أن معالجة ماء السقي بمولد حمض الكبريتيك يؤثر كثيرا على الخاصيات الفيزيائية والكيميائية التالية للتربة:التوصيلية الكهربائية، ونسبة الصوديوم القابل للتبديل، والتركيب الأيوني لمحلول التربة (نسبة امتصاص الصوديوم للعجينة المشبعة) والنفوذية. ويرجع هذا التأثير بالأساس إلى جودة ماء السقي المعالج. وقد تسبب السقي بهذا الماء المعالج، مع مرور الوقت، في إزالة الأملاح والصوديوم من التربة، مع تحسين نفوذية التربة وتجمعها، مما سيسهل تأشين الأملاح.
إلا أن إزالة الأملاح والصوديوم تتم في الجزء المبلل فقط، في السقي بالتنقيط (الرسوم7 و8 و9). وتتراكم الأملاح خارج المناطق المبللة. ويصبح السقي بواسطة الغمر أو الأمطار القوية ضروريا لتأشين الأملاح والصوديوم المتراكمين في المناطق غير المسقية.
الملخص
يمثل مولّد حمض الكبريتيك طريقة عملية لمعالجة ماء السقي. وقد تمّ ابتكاره خصيصا لتحسين جودة المياه والتربة الملوّثة بالصوديوم. وبالفعل، يسمح تحليل النتائج التجريبية لهذه الدراسة باستنتاج الخلاصات المتعلقة بتأثير هذه المعالجة على تطور جودة الماء والتربة.
- تراجع نسبة الملوحة بعد أسبوع من السقي بالماء المعالج.
- تقلص مهم في نسبة الصوديوم القابل للتبديل بعد أسبوع واحد من السقي بالماء المعالج.
- في السطح تمّ تقليص وباستمرارنسبة امتصاص الصوديوم للعجينة المشبعة بعد كل أسبوع من السقي بالماء المعالج.
- لم يحدث السقي بالماء المعالج النسبي الحموضة أي تأثير على حموضة التربة.
- الاستفادة المستمرة لمحلول التربة من أيونات الكالسيوم الناتج عن حلحلة الكلس الموجود في التربة حسنت إلى حدّ كبير نفوذية التربة.
- أظهرت التغيرات المجالية للرطوبة في السقي بالتنقيط بأنه لا يمكن استصلاح إلا الجزء الموجود تحت المنقطات.
- خلاصة أخرى لم تحلل ولكن تم ّملاحظتها في الميدان، تتجلى في ارتفاع الصبيب بعد تسريح المنقطات. كما لاحظنا إزاحة الطحالب التي تنتشر على شبكة السقي المحوري.
م. بدراوي و ج. بوراخوادار
معهد الحسن الثاني للزراعة والبيطرة