Evaluation of Integrated (Irrigation-Fertigation) Measures Taken Against Drought in Potatoes in Terms of Mathematical Modeling of Crop Water Production Functions (CWPF)

مع ارتفاع حرارة الكوكب، بدأت أنماط الأمطار والحرارة التي اعتمد عليها المزارعون لأجيال في التغير، مما أدى إلى فترات جفاف أطول وموجات جفاف أكثر حدة. وبالنسبة لمحاصيل مثل البطاطس، التي تُعد حيوية للأمن الغذائي العالمي، تشكل هذه التغييرات تهديداً خطيراً. ولا يقتصر التحدي على إبقاء النباتات على قيد الحياة فحسب، بل في معرفة متى تحتاج النباتات بالضبط إلى الماء والمغذيات لتبقى حية دون هدر الموارد الثمينة. لطالما عرف العلماء أن النباتات تمر بمراحل حياة متميزة، من الإنبات إلى التزهير وأخيراً إلى إنتاج الدرنات التي نأكلها. والفكرة الجوهرية التي تقود الأبحاث الحديثة هي أن حاجة النبات للماء ليست ثابتة؛ فهي تتغير بناءً على المرحلة التي يمر بها في دورة حياته. فإذا قام المزارع بري النبات أكثر أو أقل من اللازم في الوقت الخطأ، فقد ينجو المحصول لكنه سينتج غذاءً أقل أو بطاطس ذات جودة أقل. ولحل هذه المشكلة، يستخدم الباحثون نماذج رياضية لرسم خريطة توضح بالضبط كمية المياه التي يحتاجها النبات في كل مرحلة لإنتاج أفضل حصاد. وتعمل هذه النماذج كدليل إرشادي، يساعد المزارعين في تحديد متى يقومون بالري ومتى يتوقفون، خاصة عندما تكون المياه شحيحة.

في دراسة حديثة أجريت في منطقة مرمرة بتركيا، شرع باحث في اختبار هذه الأفكار على محاصيل البطاطس التي تواجه ظروف جفاف واقعية. حيث عمل في حقل أبحاث بالقرب من بورصة، وزرع صنفاً شهيراً من البطاطس الصناعية يُعرف باسم "هيرميس"، والذي يُستخدم غالباً في صناعة رقائق البطاطس (الشيبس). وعلى مدار موسمين زراعيين، من عام 2019 إلى 2020، جرب الباحث استراتيجيات مختلفة. وقام بتقسيم قطع أراضي البطاطس إلى مجموعات، وطبق الري على فترات مدتها ستة أيام. كما تم تطبيق مغذيات نباتية محددة — الفوسفور، والبوتاسيوم، والكالسيوم، والكبريت — عبر الري بالتنقيط في أوقات تتوافق مع مراحل حياة البطاطس الأربع الرئيسية: النمو الخضري الأولي، والتزهير، وتكوين الدرنات، وفترة النضج النهائية. وكان الهدف هو معرفة أي مزيج من الماء والمغذيات ينتج أكبر كمية من البطاطس وأعلى جودة، والتي تم قياسها بمقدار المادة الصلبة (الجافة) داخل الدرنة. وتعتبر المادة الجافة العالية أمراً بالغ الأهمية للبطاطس لأنها تعني قواماً ونكهة أفضل، خاصة عند معالجتها لصناعة الرقائق. كما تتبع الباحث أيضاً كمية المياه التي استهلكتها النباتات فعلياً من خلال قياس المياه المفقودة في الهواء عبر الأوراق والتربة، وهي عملية تُعرف بالنتح التبخري.

وجد الباحث أن البطاطس لم تكن متساوية في حساسيتها لنقص المياه في كل مرحلة من مراحل حياتها. فقد كان الوقت الأكثر حرجاً للمياه هو عندما كانت الدرنات تتكون. فإذا لم تحصل النباتات على كفاية من الماء خلال هذه النافذة المحددة، ينخفض المحصول بشكل كبير. وكانت مرحلة التزهير والنمو الخضري المبكر مهمتين أيضاً، لكنهما أقل أهمية قليلاً من فترة تكوين الدرنات. ومن المثير للدهشة أن مرحلة النضج النهائية كانت الوقت الذي يمكن للبطاطس فيه تحمل أقل قدر من المياه دون التعرض لخسارة كبيرة في الوزن الإجمالي. وهذا يعني أنه يمكن للمزارع تقنياً توفير كمية كبيرة من المياه عن طريق تقليل الري خلال نهاية الموسم دون الإضرار بحجم الحصاد الإجمالي. ومع ذلك، كشفت الدراسة عن مقايضة معقدة فيما يتعلق بالجودة. فبينما أدى إعطاء النباتات الكثير من الماء طوال الموسم بأكلى إلى إنتاج أعلى وزن إجمالي للبطاطس، إلا أنه قلل من الجودة في الواقع. فكلما زادت كمية المياه التي تتلقاها النباتات، انخفض محتوى المادة الجافة، مما يؤدي إلى بطاطس أقل كثافة وقد تكون أقل ملاءمة للتصنيع.

ولفهم هذه النتائج، اختبر الباحث خمسة نماذج رياضية مختلفة لمعرفة أي منها يمكنه التنبؤ بشكل أفضل بالعلاقة بين استخدام المياه وإنتاج البطاطس. وهذه النماذج هي في الأساس طرق مختلفة لحساب كيفية استجابة نمو النبات للإجهاد المائي. وقارن الباحث التنبؤات من كل نموذج مقابل البيانات الفعلية التي جمعها من الحقل. واكتشف أن نموذجين محددين، وهما نموذجا "راو" و"ميناسا"، كانا أكثر دقة بكثير من غيرهما. فقد تنبأ هذان النموذجان بشكل صحيح بكيفية استجابة البطاطس لنقص المياه في كل مرحلة، مطابقتين الملاحظات الواقعية بدقة ملحوحة. أما النماذج الأخرى فكانت أقل موثوقية، حيث كانت إما تبالغ في تقدير أو تقلل من تقدير تأثير الإجهاد المائي. وهذا الاكتشاف مهم لأنه يمنح المخططين الزراعيين أداة أفضل لاتخاذ القرار. فمن خلال استخدام النماذج الأكثر دقة، يمكن للمزارعين وضع جداول ري تزيد من كمية الغذاء المنتجة مع تقليل كمية المياه المستخدمة.

كما سلطت الدراسة الضوء على أهمية التوقيت عندما يتعلق الأمر بالمغذيات. فقد طبق الباحث مغذيات محددة عبر الري بالتنقيط في أوقات تتوافق مع المراحل المظهرية الأربعة جنباً إلى جنب مع جدول المياه المنتظم لمساعدة النباتات على مقاومة الجفاف. ووجد أنه بينما ساعدت هذه المغذيات، إلا أن توقيت تطبيق المياه ظل العامل المهيمن في تحديد النتيجة النهائية. وأظهرت البيانات أنه في السنوات التي شهدت أمطاراً غزيرة، كانت النباتات أقل حساسية للإجهاد المائي، ولكن في السنوات الأكثر جفافاً، أصبحت الاختلافات بين استراتيجيات الري أكثر وضوحاً. وخلص الباحث إلى أنه بالنسبة لمنطقة مرمرة، وللمناخات المماثلة على الأرجح، فإن أفضل نهج هو تركيز موارد المياه على مرحلة تكوين الدرنات. كما أشار إلى أنه بينما تعد النماذج أدوات قوية، إلا أنها تحتاج إلى الاختبار والتعديل لتناسب الظروف المحلية المختلفة لضمان بقائها دقيقة. ويوفر هذا العمل مساراً واضحاً للمضي قدماً في إدارة محاصيل البطاطس في عالم دافئ، مما يوضح أن الإدارة المدروسة والمبنية على العلم للمياه يمكن أن تساعد المزارعين في الحفاظ على كل من الإنتاجية العالية والجودة العالية حتى عندما تكون الأمطار غير منتظمة.