تحقیق مقاله سرمازدگی

پیش گفتار

سرمازدگی یکی از پدیده های جوی است که علی رغم پیش بینی بودن، در ردیف حوادث غیر مترقبه تعریف می شود.

افت شدید و ناگهانی دما بویژه در اوایل فصل بهار، سرما و یخ زدگی محصولات کشاورزی را به دنبال دارد. حادثه ای که متأسفانه در اکثر سال ها باعث بروز خسارت های سنگین به محصولات زراعی و باغی کشور می گردد. این خسارت ها در مناطق حاشیه کویر دارای فراوانی و شدت بیشتر می باشد. سرمازدگی علاوه بر ایجاد ضرر و زیان اقتصادی به بخش کشاورزی و منابع طبیعی، موجب توسعه فقر در سطح خانوارهای روستایی می گردد.

این در حالی است که علاوه بر وجود دانش بومی و شیوه های سنتی برای کاهش آثار سوء سرمازدگی و یخبندان، دستاوردهای علمی و تحقیقاتی پژوهشگران داخلی و خارجی نیز فرا روی ماست و می توان با شناسایی، بومی سازی و فرهنگ سازی، شیوه های موثر و عملی را در مناطق حادثه خیز ترویج و مانع از بروز خسارت های سنگین و جبران نا پذیر سرمازدگی گردید.

                                                                     فصل اول:

سرما زدگی درختان

مقدمه

رشد و عملکرد گیاهان زراعی، تابعی از کلیه ی عوامل محیطی و آثار متقابل آنهاست. این عوامل شامل عوامل آب و هوایی، رطوبت خاک، مواد غذایی و گازها می باشند که بسته به مقدار آنها در محیط، رشد و نمو گیاه را افزایش یا کاهش می دهند.

از میان این عوامل از عرض جغرافیایی، ارتفاع از سطح دریا، دوری و تردیکی به دریا و شیب به عنوان مهمترین فاکتورهای اقلیمی و از بارندگی، تابش خورشیدی (شامل طول دوره روشنایی)، دمای هوا، رطوبت هوا، رطوبت خاک، دمای خاک و باد می توان به عنوان مهمترین متغیرهای هوا شناسی که بیشترین تأثیر را بر کشاورزی دارند نام برد.

1-1) دما و آثار حیاتی آن روی گیاه

دمای گیاهان ثابت نبوده و تحت تأثیر تغییرات دمای محیط اطراف تغییر می کند. در فصل پاییز و بهار دمای محیط تغییرات زیادی دارد به گونه ای که گاهی دما حتی به کمتر از صفر درجه نیز کاهش می یابد.

در این شرایط بیشتر واکنش های حیاتی گیاهان که مستلزم انجام فرایندهای فیزیکی و شیمیایی هستند و به وسیله دما کنترل می گردند، دچار مشکل می شوند.

کلیه ی فعالیت های حیاتی گیاهان در محدوده دمای صفر تا 50 درجه سانتی گراد که نقطه انعقاد پروتئین ها است، انجام می شود. در ورای این دماها ساختمان شیمیایی پروتئین ها (آنزیم ها) دچار تغییر می شود و در نتیجه فعالیت های بیولوژیکی گیاهان متوقف، یا شروع به توقف می کند.

دمای که در آن رشد مطلوب گیاه انجام می شود به گونه گیاه، مرحله نموی و مرحله فیزیولوژیکی ویژه فرآیند رشد آن گیاه بستگی دارد و در گیاهان مختلف متفاوت است. دمای متوسط 10 تا 30 درجه سانتی گراد برای اکثر گیاهان زراعی، دمای مناسب می باشد.

بعنوان مثال رشد گیاهان سرما دوست (مانند گندم، جو، سیب زمینی، نخود، باقلا، چغندر قند، بزرک و ...) در هوای خنک بهتر می باشد و در دمای بالا آسیب می بینند. این گیاهان بطور طبیعی روز بلند هستند و قادرند دمای 2- درجه سانتی گراد یا کمتر را تحمل کنند.

1-2) وارونگی دمایی

در روز هوای سطح زمین در اثر عمل هدایت گرم می شود و به دلیل سبک بودنش به بالا صعود می کند. هوای گرم صعود کرده با هوای سردتر طبقات فوقانی هوا مخلوط می شود، به طوری که ابتدا دمای هوا در چندین متری بالای سطح زمین سریعاً کاهش یافته و سپس با افزایش ارتفاع با یک آهنگ کندتری کاهش می یابد و یک نمایه دمایی وابسته به ارتفاع در طول روز تشکیل می شود، در حالی که در شب، همواره تشعشعات طول موج بلند از سطح زمین به آسمان می روند.

هوای بالای زمین در اثر تماس با هوای سرد سطح زمین، سرد می شود و چون از هوای گرم صعود کرده در طول روز، سنگین تر می باشد در نزدیکی سطح زمین باقی می ماند. این مسئله باعث می شود که در شب دمای زمین در مقایسه با دمای هوای بالای آن کمتر باشد. به این حالت که با افزایش ارتفاع از سطح زمین دما بیشتر می شود وارونگی دمایی در نزدیکی زمین اطلاق می شود. در چنین شرایطی هوای سردتر در زیر هوای گرم تر قرار می گیرد.

در نتیجه ایجاد وارونگی دمایی، دمای هوا در چند متری بالای سطح زمین برعکس قاعده کلی (افزایش ارتفاع سبب کاهش دما می گردد) افزایش یافته و در بالاتر از این ارتفاع ویژه، دمای هوا مانند نمایه (پروفیل) روزانه به کندی کاهش می یابد که به نمایه شبانه یا نمایه اینورژن (inversion) معروف است.

بطور کلی ارتفاع اینورژن در مرازع حدود 8 تا 15 متر می باشد.

1-3) وضعیت گرمایی گیاه و بیلان انرژی تشعشعی

زمین در نتیجه وجود بیلان انرژی مثبت در طول روز (گرمای گرفته شده بیش از گرمای از دست رفته می باشد.) و توسط قسمتی از انرژی خورشیدی که به سطح خاک می رسد، گرم می شود و مقداری گرما نیز از این طریق به اعماق خاک هدایت می شود. اما در موقع غروب خورشید و نزدیک شدن شب، انتشار تشعشع گرمایی یا از دست رفتن گرما از سطح زمین (از سطح خاک، آب، پوشش گیاهی و ...) از طریق تشعشع (موج بلند) سبب سرد شدن آن و باعث سرد شدن لایه هوای مجاور خود و لایه های بالاتر از خود می شود و موجب تولید لایه های سرد و وقوع سرد شدن تشعشعی می شود و حتی ممکن است منجر به وقوع یخ زدگی شود.

دلیل این امر این است دمای خاک کمتر از هوای مجاور آن بوده، انرژی از طریق جابجایی از خاک گرم به هوای نسبتاً سرد مجاور آن منتقل می شود. بدین ترتیب هوای مجاور سطح زمین گرم شده و همزمان به لایه های بالاتر صعود می کند و هوای سرد جای آن را می گیرد. این فرآیند به طور مداوم در سطوح پایینی جو زمین تکرار می شود.

به هنگام شب، گرما به صورت تشعشع طول موج بلند از زمین به فضا منعکس می شود و کسری از انرژی دریافتی از خورشید به صورت طول موج بلند (مادون قرمز) از آن خارج می شود. از طرفی در هنگام شب، میزان تابش ورودی به سطح زمین کم است، بنابراین به دلیل بیشتر بودن میزان هدر رفت گرما و ادامه این وضعیت تا طلوع آفتاب، در شب به تدریج زمین سرد شده و در نزدیکی های صبح با وقوع حداکثر کاهش دما، حداقل دمای لازم برای بروز تنش سرما، ایجاد می شود. به همین دلیل است که دماهای حداقل، معمولاً صبح اتفاق می افتد.

وجود پوشش ابر باعث کاهش سرد شدن در شب می شود، زیرا ابرها قسمتی از تشعشعات نامرئی باز تابیده شده از سطح زمین را جذب می کنند و بخشی از آن را مجدداً به زمین باز می گردانند.

بروز سرمای تشعشعی به ویژه در فصل سرد، سبب وقوع دمای بحرانی و بروز یخ بندان در منطقه می شود که از آن به یخ بندان تشعشعی یاد می کنند.          

1-4) بیلان انرژی در یک شب یخبندان

در شرایط وقوع یخبندان های تشعشعی، انرژی از طریق تشعشع از سطح خاک به هدر می رود. انرژی از سه طریق تشعشع رو به پایان آسمان، هدایت گرما به بالا در لایه های خاک و جابجایی هوای گرم به گیاهان سرد، برای گیاهان تأمین می شود. در شرایط صاف بودن آسمان، مقدار گرمایی که هدر می رود بیش از گرمایی است که از طریق این فرآیندها تأمین می شود.

جدول(1-1) بیلان انرژی شبانه را در یک باغ مرکبات به عنوان نمونه نشان می دهد که مقادیر عددی آن در سایر گیاهان هم، مشابه با همین مقادیر است. هدر رفت گرما در جدول(1-1) نشان دهنده کاهش دما در باغ است.

جدول(1-1): بیلان گرمایی باغ مرکبات در یک شب یخ بندان

(جدول در فایل اصلی موجود است)

در صورت عدم وقوع تراکم، انجماد و یا تبخیر در باغ میزان بیلان تشعشعی به مقدار 18- وات بر متر مربع می رسد، در حالی که اگر هوای باغ ابری و یا مه آلود باشد، بسته به میزان ذخیره گرمایی خاک و سرعت جریان باد، میزان انتقال گرما و اجزائ بیلان انرژی تغییر می کند.

در شرایط ابری یا مه آلود بودن هوا، تشعشع روبه پایان، بسته به دمای ابرها و مه، افزایش می یابد و هدر رفت انرژی کاهش می یابد یا به صفر می رسد.

در این شرایط به دلیل افزایش انرژی ورودی به باغ به میزان حدود 230 (وات بر متر مربع) همواره دمای هوا از شرایط هوای صاف بیشتر است.

بنابراین با ایجاد مه مصنوعی در باغ می توان میزان انرژی ورودی به باغ را افزایش داد و از کاهش یا تغییر میزان انرژی خالص از دست رفته (18- وات بر متر مربع) جلوگیری نمود. در جریان یخ بندانهای تشعشعی، هنگامی که سرعت باد به بیش از 2 متر بر ثانیه (5 مایل بر ساعت) برسد، انتقال گرما از طریق جابجایی به اندازه کافی افزایش می یابد که برای جبران گرمای از دست رفته، کافی است.

گرمای نهان هم عاملی است که فقط در شرایط وجود آب اهمیت پیدا می کند و عموماً نقش آن بجز در مواردی که از آبیاری برای حفاظت در برابر یخ بندان استفاده می شود، در سایر موارد نادیده گرفته می شود.

1-2) پیش بینی تاریخ وقوع یخبندان

روش های مختلفی برای کنترل دما در گیاهان زراعی و باغی وجود دارد. بسیاری از روش ها و تجربیات مبتنی بر پیش بینی های هواشناسی کشاورزی در مناطق سرد می باشد. این پیش بینی ها با هدف حفاظت گیاه در طول دوره رویش از مرحله کاشت تا برداشت و نهایتاً افزایش تولیدات کشاورزی انجام می شود.

بررسی روابط موجود بین پدیده های مختلف هواشناسی کشاورزی می تواند معیار اصلی پیش بینی های دراز مدت باشد. برای پیش بینی شرایط رویشی گیاهان در آینده در یک منطقه خاص باید ویژگی عوامل جوی در دراز مدت در این مناطق تجزیه و تحلیل شود. برای این منظور باید از اطلاعات دیده بانی هواشناسی و تجزیه و تحلیل های بعدی آن آگاه بود.

دیده بانی های هواشناسی معمولاً به صورت قسمتی از یک شبکه عظیم کشوری یا ناحیه ای و در شرایطی استاندارد تهیه و بیان می شوند. این وظیفه سنگین توسط سازمان جهانی کشاورزی (WMO)، در دنیا نظارت و پیگیری می شود. در زمینه کشاورزی نیز به منظور انجام مشاهدات منطق با استانداردها، متخصصین این سازمان جزئیات مفصلی از مکان و چگونگی نصب ابزارهای مربوط به عملیات هواشناسی کشاورزی در قالب بولتن ها و کتابچه ها ارائه نموده اند. امروزه روش های مختلفی برای تعیین دماهای بحرانی و محاسبه احتمال تاریخ وقوع آنها وجود دارد، که از جمله آنها به نمودارها، فرمول های تجربی و علمی و جداول مختلف اشاره کرد. 

به عنوان نمونه در جدول (1-2) مقادیر دماهای بحرانی برای گیاهان مختلف نشان داده شده است.

جدول(1-2): میزان مقاومت برخی از گیاهان به دماهی پایین در اقلیم های مختلف

(جدول در فایل اصلی موجود است)

فصل دوم:

                                     راههای موجود مقابله با سرمازدگی درختان

مقدمه

تجارب و دستاوردهای عملی در مقابله با سرما و یخ زدگی را می توان به سه دسته کلی بر اساس ساز و کار اجتناب از نتایج مخرب سرما و یخ زدگی گیاهان ( به ویژه سرما و یخ زدگی بهاره) تقسیم نمود. این سه استراتژی عبارتند از:

الف) فرار

ب) کاهش هدر رفت گرما

ج) افزایش گرما

اکثر روشهای مؤثر فعال ( کوتاه مدت) و روش های غیرفعال ( دراز مدت) معرفی شده، بر اساس استراتژی کاهش هدر رفت گرما و افزایش گرما استوار می باشند. در شب های وقوع یخبندان، کشاورزان باید از عملیاتی که تولید و تشدید کننده انرژی است ( روش های فعال) برای جایگزینی انرژی طبیعی هدررفته استفاده نمایند.

در روش های فعال، کشاورزان در طول دوره یخ بندان از طریق جایگزینی روش های گرمایی، جلوگیری از افت پرتوهای گرمایی و یا با استفاده از انرژی خارجی، گیاهان خود را در برابر خطر سرمازدگی حفاظت می کنند.

برخی از روش های کوتاه مدت مبتنی بر استفاده از روش های افزایش گرما می باشند. افزایش گرما با استفاده از بخاری ها، غرقاب کردن، آبیاری بارانی، حرکت مصنوعی هوا به وسیله ماشین باد و یا پرواز بالگردها بر فراز مزارع و باغ ها انجام می شود. با استفاده از بخاری ها، ماشین های مولد باد و یا آبیاری می توان در شب یخ بندان انرژی تلف شده در مزرعه و یا باغ را از طریق صرف انرژی، جایگزین نمود. روشهای حفاظت فعال در بعضی مواقع بازدهی اقتصادی کافی ندارند.

برخی دیگر از این روش ها مبتنی بر کاهش هدر رفت گرما با استفاده از پوشش مناسب می باشند.

بازدهی هزینه صرف شده جهت حفاظت گیاهان در برابر سرما و یخ زدگی، به فراوانی دفعات وقوع سرما و یخ بندان، هزینه روش مورد استفاده برای تولید گیاه و ارزش اقتصادی محصول، بستگی دارد.

2-1) روش های کوتاه مدت

2-1-1) بخاری ها:

از بخاری ها یا شعله های آتش می توان جهت جبران گرمایی که از طریق تشعشع از دست می رود استفاده نمود. سالهاست از بخاری به منظور حفاظت گیاهان زراعی و باغی در مقابل صدمه حاصل از سرما و یخ زدگی تشعشعی استفاده می شود.

میزان استفاده از بخاری در سطح تجاری برای حفاظت از سرما و یخ زدگی بستگی به هزینه سوخت آن دارد. قبل از بکارگیری این دستگاه، بایدکلیه هزینه ها به دقت ارزیابی و محاسبه شود. بالا بودن هزینه سوخت آنها، این وسیله را به نوعی وسیله گران قیمت تبدیل کرده است. این وسیله بیشتر برای باغ هایی که در آنها درختان میوه، قرار دارند، استفاده می شود و کارآیی آن در مقایسه با استفاده در مزارعی که در آنها سبزی تولید می شود، بیشتر است. سوخت مورد استفاده آنها گازوئیل، پرویان، گاز طبیعی و یا نفت است. بهترین زمان استفاده از بخاری ها، هنگامی است که شرایط وارونگی دمایی حاکم باشد. اگر در باغ یا مزرعه وارونگی دمایی موجود باشد، پخش گرمای مستقیم می تواند زمین و گیاه را گرم کند. بخاری ها با ایجاد تشعشع مستقیم و از طریق به هم زدن هوا در لایه وارونگی دمایی، باعث حفاظت گیاهان موجود در باغ و یا مزرعه از خطر سرما و یخ زدگی می شوند. به گونه ای که وقتی بخاری ها در باغ روشن می گردند، هوای گرم و سبک آنقدر به طرف بالا ( تا ارتفاعی که دمای آن با محیط یکسان شود) صعود می کند که هوای گرم در حال صعود به تدریج خنک می گردد. پس از این حادثه هوای پخش شده به صورت چرخشی به سمت پایین کشیده می شود.