تربة كارهة للماء

التربة الكارهة للماء هي تربة تطرد جزيئاتها الماء. توجد طبقة كراهية الماء عادةً على سطح التربة أو على عمق بضعة سنتيمترات تحته، موازيةً لقطاع التربة. ^{[ 1 ]} قد تختلف هذه الطبقة في سمكها وكثافتها، وعادةً ما تكون مغطاة بطبقة من الرماد أو التربة المحروقة.

تتشكل التربة الكارهة للماء عادةً عندما تُشتت النيران أو الهواء الساخن المركبات الشمعية الموجودة في الطبقة السطحية من التربة العضوية. ^{[ 2 ]} بعد تشتت هذه المركبات، فإنها تُغطي بشكل أساسي جزيئات التربة الرملية القريبة من السطح في الطبقات العليا من التربة، مما يجعل التربة كارهة للماء. ومن العوامل الأخرى المُسببة للطلاءات الكارهة للماء التلوث والانسكابات الصناعية، بالإضافة إلى النشاط الميكروبي للتربة. ^{[ 2 ]} كما يُمكن اعتبار كراهية الماء خاصية طبيعية للتربة ناتجة عن تحلل النباتات الطبيعية، مثل الكافور، الذي يتميز بخصائص شمعية طبيعية. ^{[ 3 ]}

وُجد أن الطبقة الدهنية الشمعية في نوع معين من رمال نيوزيلندا تتكون أساسًا من هيدروكربونات وثلاثي غليسيريدات قاعدية، بالإضافة إلى نسبة أقل من الأحماض الدهنية طويلة السلسلة الحمضية. ^{[ 4 ]} يحدّ الغلاف الكاره للماء من اختراق جزيئات التربة للسطح الشعري، مما يؤدي إلى تنافر الماء في كل جزيء متأثر، حيث يلتصق الجزء المحب للماء من الدهون بجزيء الرمل، تاركًا الذيل الكاره للماء يحجب السطح الخارجي للجزيء. ^{[ 2 ]} ويمكن ملاحظة ذلك في الشكل 1 أدناه.

تشمل العوامل الأخرى المهمة التي تُعيق امتصاص الماء في التربة: نسيج التربة، والميكروبيولوجيا، وخشونة سطح التربة، ومحتوى المادة العضوية في التربة، والتركيب الكيميائي للتربة، والحموضة، ومحتوى الماء في التربة، ونوع التربة، والمعادن المكونة لجزيئات الطين، والتغيرات الموسمية في المنطقة. ^{[ 5 ]} يلعب نسيج التربة دورًا كبيرًا في التنبؤ بما إذا كانت التربة طاردة للماء، حيث أن الجزيئات الأكبر حجمًا في التربة، مثل الرمل، لها مساحات سطحية أصغر، مما يجعلها أكثر عرضة للتغطية الكاملة بالمركبات الكارهة للماء. من الصعب جدًا تغطية جزيئات الطمي أو الطين ذات المساحة السطحية الأكبر بالكامل، ولكن عندما يحدث ذلك، تكون خاصية طرد الماء الناتجة في التربة شديدة. ^{[ 6 ]} مع تحلل المادة العضوية في التربة على شكل كتلة حيوية نباتية أو ميكروبية، يمكن أن تؤدي التغيرات الفيزيائية والكيميائية إلى إطلاق هذه المركبات الكارهة للماء في التربة أيضًا. ^{[ 7 ]} ومع ذلك، يعتمد هذا على نوع النشاط الميكروبي الموجود في التربة، حيث يمكنه أيضًا أن يعيق تكوين المركبات الكارهة للماء. ^{[ 6 ]}

يُختبر طرد الماء من التربة عادةً باختبار زمن اختراق قطرة الماء (WDPT) أولًا نظرًا لبساطة هذا الاختبار. ^{[ 8 ]} يُجرى هذا الاختبار بتسجيل الزمن اللازم لقطرة ماء واحدة للتغلغل في تربة معينة، مما يدل على ثبات خاصية الطرد. ^{[ 2 ]} يُعبر عن تغلغل الماء بدخول الماء إلى التربة تلقائيًا، ويرتبط بزاوية تلامس الماء مع التربة. إذا كانت زاوية التلامس أكبر من 90 درجة، تُعتبر التربة كارهة للماء. كما لوحظ أنه عند وضع قطرة الاختبار على تربة كارهة للماء، فإنها تُكوّن طبقة رقيقة بسرعة قبل أن تختفي. ^{[ 2 ]}

نتائج اختبار WDPT: ^{[ 9 ]}

الجدول 1: تحديد درجة كراهية الماء في التربة بناءً على اختبار اختراق قطرات الماء.

تُعدّ طريقة اختبار قطرات الإيثانول (MED) طريقة أخرى لتحديد خاصية طرد الماء في التربة. ^{[ 10 ]} يستخدم هذا الاختبار محاليل إيثانول ذات توتر سطحي متفاوت لمراقبة ترطيب التربة خلال 10 ثوانٍ. إذا لم يحدث ترطيب خلال هذه المدة، يُوضع محلول مائي من الإيثانول ذو توتر سطحي أقل على منطقة أخرى من العينة. تعتمد نتائج اختبار MED على تركيز محلول الإيثانول الذي امتصت قطراته خلال الثواني العشر المحددة. ^{[ 10 ]} يمكن تصنيف خاصية طرد الماء في التربة باستخدام مؤشر MED، حيث يكون مؤشر التربة غير الطاردة للماء أقل من أو يساوي 1، بينما يكون مؤشر التربة الطاردة للماء بشدة أكبر من أو يساوي 2.2. ^{[ 8 ]} يرتبط مؤشر MED، والتوتر السطحي بزاوية 90 درجة، وتركيز الإيثانول، والنسبة المئوية الحجمية ارتباطًا وثيقًا، ويمكن تحويل هذه القيم إلى بعضها البعض. ^{[ ٨ ]}  في هذا الاختبار، تُستخدم قيمة التوتر السطحي بين السائل والهواء لمحلول الإيثانول الممتص خلال هذه الفترة الزمنية كقيمة للتوتر السطحي للتربة عند زاوية ٩٠ درجة. ويُعد ضغط دخول الماء المرتبط بالتربة المختبرة مؤشرًا آخر على معدلات التسرب، إذ يرتبط بدرجة طرد الماء وحجم مسام التربة. ^{[ ٨ ]}

تؤثر التربة الكارهة للماء ونفورها منه على توافر الماء للنباتات، والعناصر الغذائية المتاحة لها، وعلى خصائصها الهيدرولوجية والجيومورفولوجية في المنطقة المتأثرة. ^{[ 5 ]} يؤدي انخفاض معدل تسرب المياه إلى تقليل مدة تكوّن الجريان السطحي، مما يزيد من تدفق المياه على سطح الأرض أثناء هطول الأمطار أو الري. ويؤدي الجريان السطحي المتزايد إلى زيادة التعرية، وتسبب أنماط ترطيب غير متساوية في التربة، وتسريع فقدان العناصر الغذائية، مما يقلل من خصوبة التربة، ويُحدث مسارات تدفق مختلفة في المنطقة، ويزيد من خطر تلوث التربة. ^{[ 5 ]}

يحدث تصريف العناصر الغذائية في المناطق الأقل مقاومة للماء في التربة الكارهة للماء، حيث يتسرب الماء بشكل تفضيلي إلى داخل التربة. ولأن الماء لا يستطيع التسرب إلى المناطق الأكثر مقاومة للماء، فإنه يجد مسارات تدفق تفضيلية تمكنه من التغلغل إلى أعماق التربة. وفي حال كانت كميات الري أو هطول الأمطار كبيرة، فقد يتدفق الماء أسفل منطقة الجذور، مما يجعله غير متاح لأي نبات، وغالبًا ما يحمل معه الأسمدة والعناصر الغذائية. ويؤدي هذا أيضًا إلى توزيع غير متساوٍ للعناصر الغذائية والمواد الكيميائية المستخدمة، مما ينتج عنه نمو نباتي متقطع. ^{[ 11 ]}

في المجال الزراعي، تُشكل التربة الكارهة للماء عائقًا كبيرًا أمام إنتاجية المحاصيل. فعلى سبيل المثال، في أستراليا، سُجلت تقارير موثقة عن خسائر في الإنتاج تصل إلى 80% بسبب خاصية طرد الماء في التربة. ^{[ 6 ]} ويعود ذلك إلى انخفاض معدلات إنبات البذور في التربة، بالإضافة إلى انخفاض مستويات المياه المتاحة للنباتات. ^{[ 3 ]}

وُجدت التربة الكارهة للماء في جميع قارات العالم باستثناء القارة القطبية الجنوبية. ^{[ 5 ]} وتوجد في المناطق الجافة في الولايات المتحدة وجنوب أستراليا وحوض البحر الأبيض المتوسط، وفي المناطق الرطبة بما في ذلك السويد وهولندا وكولومبيا البريطانية وكولومبيا. ^{[ 6 ]} وعلى الرغم من أنها تظهر بشكل رئيسي في التربة الخشنة، مثل التربة الرملية، إلا أنها تؤثر على جميع أنواع التربة المختلفة، وقد تم الإبلاغ عنها في الغابات والمراعي والأراضي الزراعية والشجيرات. ^{[ 6 ]} وبشكل عام، تكون درجة كراهية الماء أشد في تربة مراعي البقوليات والأعشاب مقارنةً بالحقول الزراعية المزروعة. ^{[ 3 ]}

إحدى طرق معالجة التربة الرملية الطاردة للماء هي إضافة الطين. ويتم ذلك بإضافة مواد طينية مختارة ، مثل البنتونيت الكالسيومي ، لزيادة مساحة سطح التربة لكل وحدة حجم وتحسين تركيبها المعدني بما يدعم تماسكها . وقد أدى تحويل حقل شعير إلى حقل كاره للماء إلى زيادة محصوله من 1.7 إلى 3.4 طن/هكتار، كما زاد محصول حقل ترمس بمقدار طن/هكتار واحد خلال عامين من إضافة الطين. ^{[ 3 ]}

التكليس طريقة لتقليل خاصية طرد الماء في التربة الحمضية. ^{[ 3 ]} تتضمن عملية التكليس إضافة كربونات الكالسيوم، مما يزيد من درجة حموضة التربة لتصبح متعادلة. وبصرف النظر عن التربة الكارهة للماء، فإن زيادة الكالسيوم ودرجة الحموضة ترتبط بزيادة تسرب الماء نتيجة لتحسين بنية التربة وتماسكها في التربة النشطة بيولوجيًا .

تؤدي زيادة درجة حموضة التربة إلى تعزيز قدرة المواد الدبالية الموجودة طبيعيًا على تحسين نفاذية الماء في التربة الكارهة للماء. لا يذوب حمض الهيوميك في الماء إلا عند درجة حموضة أعلى من 6.5، بينما يذوب حمض الفولفيك في جميع نطاقات درجة الحموضة. يتميز كلا الحمضين بخاصية تمكنهما من خفض التوتر السطحي للماء عند ذوبانهما. في المقابل، أشارت التقارير إلى أن التربة التي تعاني من نقص حمض الفولفيك في المحلول تكون أكثر مقاومة للماء. ^{[ 3 ]}

تُقلل ممارسة حرث التربة من درجة طرد الماء فيها. إذ يُقلل حرث حقول المحاصيل من محتوى الكربون في التربة من خلال الخلط والتعدين، مما يُقلل من احتمالية تحلل المواد بواسطة الكائنات الدقيقة التي قد تؤدي إلى تشتت الطبقة الكارهة للماء التي تُحفز طرد الماء في التربة. ^{[ 3 ]}

تسمح الثقوب والشقوق المتكونة طبيعيًا في بقع التربة الكارهة للماء بتسرب الماء إلى السطح. وقد تتشكل هذه الثقوب والشقوق بفعل حفر الحيوانات، أو قنوات الجذور، أو المسامات الكبيرة الناتجة عن تحلل الجذور. ^{[ 12 ]} وقد تم تحديد هذه المسامات الكبيرة كمسارات أساسية في النظم البيئية الحرجية لاختراق الماء للتربة، لأنها تشكل ما يقرب من 35% من حجم التربة القريب من السطح. ^{[ 12 ]}