پمپاژ طبیعی آب در دل خاک؛ چگونه ریشه درختان می‌تواند به گیاهان مجاور در مقابله با خشکی کمک کند؟

پژوهش‌های علمی نشان می‌دهد برخی گیاهان دارای ریشه‌های عمیق می‌توانند آب را از لایه‌های مرطوب‌تر خاک به بخش‌های خشک‌تر منتقل کنند؛ پدیده‌ای طبیعی که ممکن است در حفظ رطوبت خاک، کاهش تنش خشکی و افزایش تاب‌آوری سامانه‌های کشت مخلوط نقش داشته باشد.

در شرایطی که کمبود آب و افزایش تنش خشکی از چالش‌های اصلی کشاورزی به شمار می‌رود، شناخت سازوکارهای طبیعی انتقال آب در خاک می‌تواند به توسعه روش‌های نوآورانه مدیریت منابع آب کمک کند. یکی از این سازوکارها، پدیده «باز‌توزیع هیدرولیکی(Hydraulic Redistribution) » است؛ فرآیندی که در آن ریشه گیاهان، آب را به‌صورت غیرفعال میان بخش‌هایی از خاک با رطوبت متفاوت جابه‌جا می‌کند. این پدیده که در برخی شرایط با عنوان «بالاکشی هیدرولیکی (Hydraulic Lift)» نیز شناخته می‌شود، به‌ویژه زمانی اهمیت پیدا می‌کند که ریشه‌های یک گیاه به لایه‌های عمیق و مرطوب خاک دسترسی داشته باشند، درحالی‌که لایه‌های سطحی محل استقرار بخش مهمی از ریشه‌های فعال خشک شده‌اند.

چگونه ریشه‌ها آب را جابه‌جا می‌کنند؟

در طول روز، تعرق برگ‌ها معمولاً افزایش می‌یابد و گیاه آب بیشتری از خاک جذب می‌کند. اما در شب، با کاهش تعرق، شرایط برای حرکت آب از طریق ریشه‌ها میان لایه‌های خاک با پتانسیل آبی متفاوت فراهم می‌شود. در برخی گونه‌ها، آب جذب‌شده از لایه‌های عمیق‌تر می‌تواند از طریق ریشه‌ها به بخش‌های خشک‌تر و سطحی خاک بازگردد. در نتیجه، رطوبت لایه‌های بالایی خاک ممکن است تا حدودی حفظ شود و آب بیشتری در دسترس ریشه‌های سطحی قرار گیرد.

. این سازوکار لزوماً به معنای انتقال مستقیم و کامل آب از یک درخت به گیاه دیگر نیست؛ بلکه افزایش رطوبت خاک اطراف ریشه‌ها می‌تواند شرایط جذب آب را برای گیاهان مجاور بهبود دهد. پژوهشی کلاسیک که در سال ۱۹۸۷ در مجله علمی Oecologia منتشر شد، با بررسی تغییرات شبانه و روزانه پتانسیل آب خاک و انجام آزمایش‌های مرتبط با تعرق، شواهدی از انتقال شبانه آب از لایه‌های مرطوب‌تر به لایه‌های خشک‌تر خاک از طریق ریشه‌های گیاه Artemisia tridentata ارائه کرد.

شواهد علمی؛ از کاهش تنش خشکی تا کشت مخلوط

در یک مقاله مروری منتشرشده در مجله Plant and Soil، پژوهشگران نقش جذب و بازتوزیع آب توسط ریشه‌ها را در سامانه‌های جنگل‌زراعی بررسی کرده‌اند. نتایج این بررسی نشان می‌دهد گیاهان دارای ریشه عمیق، در شرایط مناسب، ممکن است با افزایش رطوبت لایه‌های بالایی خاک به بهبود وضعیت آبی و رشد گیاهان همراه کمک کنند. بااین‌حال، میزان آب منتقل‌شده و اهمیت واقعی آن برای محصول مجاور همچنان به بررسی‌های بیشتر در شرایط مزرعه نیاز دارد. همچنین، یک مطالعه تلفیقی جهانی منتشرشده در سال ۲۰۲۲ در مجله Frontiers in Plant Science، نتایج ۳۷ مقاله علمی شامل ۴۷ سایت پژوهشی را بررسی کرد. بر اساس این مطالعه، میانگین بازتوزیع هیدرولیکی آب حدود ۲۴۹/۰ میلی‌متر در روز برآورد شد؛ بااین‌حال، مقدار آن میان زیست‌بوم‌ها و شرایط مختلف تفاوت قابل‌توجهی داشت. بنابراین، این عدد را نمی‌توان به‌عنوان مقدار ثابت انتقال آب در همه خاک‌ها و سامانه‌های کشاورزی در نظر گرفت.

کاربرد احتمالی در کشاورزی ایران

این پدیده می‌تواند در طراحی سامانه‌های جنگل‌زراعی، کشت مخلوط درختان و محصولات زراعی و استقرار گیاهان پوششی مورد توجه قرار گیرد. برای مثال، ترکیب گونه‌های درختی دارای ریشه عمیق با گیاهان دارای ریشه سطحی، در صورت سازگاری اکولوژیک و نبود رقابت شدید برای آب و مواد غذایی، ممکن است به استفاده بهتر از منابع آب خاک کمک کند. البته ریشه‌های عمیق همیشه به نفع محصول مجاور عمل نمی‌کنند؛ در شرایط کم‌آبی شدید، درختان ممکن است با محصولات زراعی برای منابع آب رقابت کنند. ازاین‌رو، انتخاب گونه‌ها، فاصله کاشت، عمق ریشه‌ها، ویژگی‌های خاک و برنامه آبیاری باید پیش از توسعه این الگوها ارزیابی شود. در ایران، بررسی این سازوکار از طریق طرح‌های پژوهشی میدانی، اندازه‌گیری رطوبت در اعماق مختلف خاک و مقایسه عملکرد کشت مخلوط با کشت خالص می‌تواند به شناسایی گونه‌های مناسب و تعیین شرایط کاربردی آن کمک کند. بازتوزیع هیدرولیکی جایگزین آبیاری نیست، اما شناخت دقیق آن می‌تواند راهی برای بهره‌گیری بهتر از ظرفیت طبیعی خاک و گیاهان در مدیریت تنش خشکی باشد.