Effects of deep irrigation on root water uptake sources and production effects of citrus in red soil hilly regions

في التلال المتموجة في جنوب الصين، حيث التربة ذات لون أحمر مميز غني بالحديد، تواجه بساتين الحمضيات عملية توازن مستمرة. فالأشجار تحتاج إلى الماء لتنمو ثمارها، لكن المناظر الطبيعية عرضة لهطول أمطار غير منتظمة، والتربة نفسها تكافح للاحتفاظ بالرطوبة لفترة طويلة. لعقود من الزمن، عرف المزارعون أن إعطاء الشجرة القليل جداً من الماء يعيق نموها، بينما إعطاؤها الكثير قد يغسل المغذيات أو يؤدي إلى تعفن الجذور. كان التحدي دائماً هو إيجاد "النقطة المثالية": قدر كافٍ من الماء، في الوقت المناسب تماماً. ولكن هناك متغير ثانٍ غالباً ما يتم إغفاله في هذه المعادلة، وهو: العمق. فالماء الذي يُوضع على السطح قد يتبخر قبل أن تصل إليه الجذور المتعطشة، بينما الماء الذي يُوصل إلى أعماق الأرض قد يستقر في طبقة لا توجد فيها جذور. إن فهم كيفية اتخاذ الشجرة قراراً بشأن أي طبقة من التربة ستشرب منها، وكيف يتغير هذا الخيار مع تغير الفصول، هو المفتاح لإطعام هذه البساتين بكفاءة دون إهدار قطرة واحدة.

سعى الباحثون في مقاطعة جيانغشي لحل هذا اللغز في بستان يبلغ عمره خمسة عشر عاماً من برتقال "نانفنغ" ماندارين. أرادوا معرفة ما إذا كان بإمكانهم توجيه الأشجار للشرب من احتياطيات المياه الأعمق والأكثر موثوقية عن طريق تغيير مكان وضع الماء. وللقيام بذلك، صمموا تجربة ميدانية عاملت التربة كأنها كعكة ذات طبقات. قاموا بتركيب أنابيب يمكنها إيصال الماء مباشرة إلى باطن الأرض عند ثلاثة أعماق مختلفة: ضحل عند 25 سنتيمتراً، متوسط عند 50 سنتيمتراً، وعميق عند 100 سنتيمتر. وفي كل من هذه الأعماق، قاموا أيضاً بتغيير كمية الماء التي تتلقاها الأشجار، حيث أعطوا بعض الأشجار شربة كاملة، وبعضها رشفة معتدلة، وأخرى جفافاً شديداً. خلق هذا تسعة سيناريوهات مختلفة، مما سمح للفريق بمراقبة رد فعل الأشجار تجاه كل تركيبة ممكنة من العمق والحجم.

لم يكتفِ العلماء بالتخمين حول أين ذهب الماء؛ بل تتبعوه بدقة مذهلة. فقد قاسوا مدى رطوبة التربة في أعماق مختلفة طوال فصلي الصيف والخريف. وحفروا لاستخراج الجذور لوزنها ومعرفة مقدار الطاقة التي تبذلها الشجرة للنمو في التربة السطحية مقابل الأرض العميقة. والأهم من ذلك، استخدموا تقنية تعمل مثل "البصمة الكيميائية". فمن خلال تحليل التواقيع النظائرية الفريدة للهيدروجين والأكسجين في الماء داخل أغصان الشجرة، استطاعوا تحديد الطبقة التي تشرب منها الشجرة بالضبط في أي لحظة. سمح لهم ذلك بمعرفة ما إذا كانت الأشجار تلتزم بالماء الضحل سريع التبخر، أم أنها تمتد لتصل إلى الاحتياطيات الأعمق التي وفرها الباحثون.

رسمت النتائج صورة واضحة للحياة الخفية للبستان. وجد الباحثون أن جذور أشجار الحمضيات الناضجة هذه تتركز بكثافة في أول 40 سنتيمتراً من التربة، حيث تضم أكثر من نصف الكتلة الجذرية الإجمالية للشجرة. وهذا أمر منطقي، إذ أن الطبقة السطحية هي عادة الأكثر رطوبة. ومع ذلك، أظهرت التجربة أن مجرد صب الماء بعمق في الأرض لم يجبر الشجرة تلقائياً على الشرب من هناك. فعندما حصلت الأشجار على كمية قليلة جداً من الماء، ظلت متمسكة بعناد بالطبقة الضحلة، تشرب أي رطوبة قليلة تجدها بالقرب من السطح، بغض النظر عن مدى عمق الأنابيب المدفونة. ولم تبدأ الأشجار في تغيير عادات الشرب لديها إلا عندما كانت إمدادات المياه معتدلة. وتحت هذه الظروف، بدأت الأشجار كشاربة من الطبقة الضحلة في الصيف، ثم بدأت تتجه تدريجياً نحو العمق مع تقدم الموسم وجفاف التربة السطحية.

كان الاكتشاف الأكثر أهمية هو أن أفضل نتيجة للمزارع جاءت من مزيج محدد: ري الماء عند عمق متوسط يبلغ 50 سنتيمتراً مع توفير كمية معتدلة من الماء. هذا النهج، الذي أسماه الباحثون "العجز الطفيف"، أنتج أعلى عائد من الثمار. أنتجت الأشجار في هذه المجموعة 78.50 كيلوغراماً من الثمار لكل شجرة، وهو رقم تفوق على جميع المعاملات الأخرى. كما أنتجت ثماراً ذات مستويات أعلى من السكر وفيتامين (سي)، مما جعلها ألذ وأكثر غنى بالعناصر الغذائية. والأهم من ذلك، كانت هذه الطريقة هي الأكثر كفاءة أيضاً؛ فمقابل كل متر مكعب من الماء المستخدم، أنتجت هذه الأشجار كمية أكبر من الثمار مقارنة بأي مجموعة أخرى، محققة كفاءة بلغت 14.66 كيلوغراماً لكل متر مكعب.

في المقابل، كانت للاستراتيجيات الأخرى عيوب. فالري العميق جداً عند 100 سنتيمتر لم يساعد الأشجار على الوصول إلى ذلك الماء العميق إذا كانت كمية الماء قليلة جداً، ولم يحسن الإنتاج حتى عندما توفرت كميات وفيرة من الماء. ببساطة، لم يكن لدى الأشجار جذور كافية في تلك المنطقة العميقة للاستفادة منها. وبالمثل، فإن تعريض الأشجار لجفاف شديد، حتى عند العمق المناسب، جعلها تعاني، مما أدى إلى انخفاض كبير في إنتاج الثمار وجودتها. تشير الدراسة إلى أن سر النجاح في تلال التربة الحمراء ليس فقط في كمية الماء التي تعطيها، بل في مطابقة عمق هذا الماء مع المكان الذي تنمو فيه جذور الشجرة الأساسية بالفعل. فمن خلال وضع الماء عند 50 سنتيمتراً، خلق الباحثون منطقة تتداخل تماماً مع النظام الجذري النشط للشجرة، مما سمح للشجرة بالوصول إلى الماء بسهولة دون الحاجة إلى التمدد كثيراً أو محاربة التبخر.

يقدم هذا الاكتشاف دليلاً عملياً لمديري البساتح في مناخات مماثلة. فهو يوضح أن الطريقة الأكثر فعالية لإدارة المياه هي مقابلة الشجرة في منتصف الطريق. فمن خلال تقديم كمية معتدلة من الماء عند عمق يتوافق مع الهيكل الجذري الطبيعي للشجرة، يمكن للمزارعين تشجيع الأشجار على استخدام الماء بكفاءة، وإنتاج المزيد من الثمار، وصنع ثمار ماندارين أفضل مذاقاً. وتؤكد الدراسة أنه بينما تكون الأشجار قابلة للتكيف، إلا أنها تؤدي بشكل أفضل عندما يتم ضبط بيئتها لتناسب احتياجاتها الخاصة، بدلاً من إجبارها على التكيف مع نظام غير متوافق. وبالنسبة لمزارعي الحمضيات في تلال التربة الحمراء، فإن هذا يعني أن مستقبل حصادهم قد يعتمد على تعديل بسيط: نقل مصدر الماء أعمق قليلاً، ولكن ليس بعمق شديد، وإعطاء القدر الكافي فقط لإبقاء الشجرة سعيدة دون ملء الكأس فوق حدها.