הרכבי צמחיה שונים כפילטרים לשיפור איכות מי נגר משדות חקלאיים

בחינת היעילות של הרכבי צמחיה עשבונית שונים כפילטרים לשיפור איכות מי הנגר משדות חקלאיים, שימור קרקע והגנה על איכות מי הנחל

חוקרים ראשיים:
ד"ר אורה משה, התחנה לחקר הסחף
גב' טל רטנר, רשות ניקוז קישון
ד"ר נתיב דודאי, מרכז מחקר נווה יער

הוגש במסגרת תקצירים ליום עיון נקודת ח"ן 2019

תקציר

הרגישות של קרקע תחת פליחה אינטנסיבית גורמת לסחף קרקע תחת אירועי גשם, במיוחד בשטחים חקלאיים במדרונות משופעים. שטחים חקלאיים בכל רחבי העולם סובלים מהדרדרות הקרקע בעקבות סחף שפוגעת בפוריות וגורמת להפסקת הייצור. כימיקלים בשימוש חקלאי, כמו חומרי דישון והדברה, המהווים מקור זיהום לא נקודתי, מוסעים על ידי נגר עילי במהלך אירועי גשם. כימיקלים אלו, ביחד עם הסדימנטים הנסחפים מהשדות החקלאיים מהווים מקור זיהום באגני ניקוז חקלאיים ומרעים את איכות מי הנחלים בארץ אף רחוק ממקור מוצאם. זיהום ממקור חקלאי הוא המקור המוביל של זיהום בנהרות, נחלים ומי תהום המנוטרים בעולם כולו. מטרת פרויקט זה היא קידום פרקטיקת יישום מיטבי שתשמר קרקע חקלאית ותגן על איכות המים בנחלים בישראל מהשקעה של סדימנטים וכימיקלים.
השווינו את יכולתם של הרכבי מינים שונים לסנן נגר חקלאי, ללכוד משקעים וחומרי הזנה, להגן על הקרקע מסחיפה ולהגן על איכות מי הנחל ברצועות חיץ צמחיות (VBS). הקמנו עשרים וארבע רצועות חיץ שכאלה בגודל 7X10 מ' בשדה חקלאי הגובל בנחל נהלל, המתנקז לנחל קישון בצפון הארץ. החלקות הוקמו בסמוך לבסיס השיפוע של השדה החקלאי באיזור הסמוך לנחל. כל חלקה הוקצתה לאחד משישה טיפולים שהוצבו אקראית בשטח: 1) שעורה Hordeum vulgare)); 2) חיטה Triticum Aestivum)); 3) שיבולת שועל (Avena sativa) בשילוב עם בקיה Vicia Atropurpurae);) (4 יבלית Cross One (Cynodon dactylon); 5) וטיבר (Chrysopogon zizanioides); ו – 6) קרקע חשופה כביקורת. מדדנו את גובה הצמח, הכיסוי וביומסה מעל פני הקרקע. Vetiver היה הגבוה ביותר ובעל הביומסה הגדולה ביותר והיבלית הנמוכה ביותר בהשוואה למינים אחרים שנזרעו. טיפולים צמחיים המבוססים על דגנים לא היו שונים באופן משמעותי בין שעורה, חיטה ושיבולת שועל, עם זאת, בשיבולת שועל היה קצב הגידול הגבוה ביותר. טיפולי יבלית ושיבולת שועל / בקיה שמרו על הכיסוי הגבוה ביותר מבין המינים שנזרעו והייתה בטיפולים אלה פחות פלישה של עשבים. בחיטה התקבל הכיסוי הנמוך ביותר עם פלישת עשבים הגבוהה ביותר. מדדנו אובדן קרקע מערוץ שנוצר לאורך דרך הסמוכה לשדה והערכנו את אובדן האדמה נטו ב 84- 107 מ"ק. עיצבנו, הקמנו, התקנו ובחנו יחידות איסוף נגר פסיביות כדי לאסוף דגימות נגר עילי בזרימה משטחית במהלך אירועי סופות גשם. הצלחנו לתפוס בהצלחה דגימות מי נגר במהלך ארבעה אירועי סופה ומדדנו את כל המשקעים המרחפים וחומרי הזנה ((NPK בשלושה מיקומים לאורך המדרון, בהתאם לרוחב רצועת החיץ: מעלה הרצועה (0 מ '), אמצע הרצועה (5 מ') ומורד הרצועה (10 מ '). אנו רואים ירידה בריכוז ה- TSS של 11-17% לאחר 5 מ' במורד רצועת החיץ, בכך שאפילו רצועות חיץ צרות (5 מ') עשויות להניב תועלת סביבתית בשדות חקלאיים. הטיפול בשיבולת שועל / בקיה הגיע לרמת הכיסוי הטובה ביותר, סיפק את ההגנה הטובה ביותר על הקרקע ותפס סדימנטים בצורה היעילה ביותר. על כן הוא המתאים ביותר ליישום VBS בשטחים חקלאיים. יש לבצע אופטימיזציה של מיקום רצועות החיץ באופן ספציפי לכל אתר בכדי למקסם את יכולת סינון הסדימנטים. יש צורך במחקרים נוספים כדי לבחון כיצד יעילות לכידת הסדימנטים מושפעת מרוחבי רצועות חיץ שונים בתנאים שונים והתאמתם של צמחים רב שנתיים מקומיים בהם ניתן להשתמש כרצועות חיץ ושיתאימו לשיקום גדות הנחלים. הנדידה של אפיק הנחל שנצפתה במהלך המחקר מצביעה על הצורך לתכנן את פשטי ההצפה כך שיאפשרו לתהליך טבעי זה לקרות ולהשקעת הסחף להיעשות בפשט ההצפה ולא באפיק הנחל. דבר שיביא לצמצום נזקי השטפונות.

מבוא:

סחף קרקע מתרחש במקרים רבים של חקלאות אינטנסיבית בעת אירועי גשם, במיוחד בשטחים חקלאיים במדרונות משופעים (Zhang et al,. 2008). שטחים חקלאיים בכל רחבי העולם סובלים מהתדלדלות קרקע בעקבות סחף, שפוגעת בפוריות הקרקע וגורמת לאובדן יכולת הייצור של הקרקע (EPA 2016; Scorpio et al., 2018). כימיקלים בשימוש חקלאי, כמו חומרי דישון והדברה, מהווים מקור זיהום לא נקודתי ומוסעים משדות חקלאיים על ידי נגר עילי במהלך אירועי גשם (Pimentel et al., 2006; Zhu et al., 2015; Zhang et al., 2016). כימיקלים אלה, וחלקיקי הקרקע המורחפים הנסחפים מהשדות החקלאיים, מהווים מקור זיהום באגני ניקוז חקלאיים ופוגעים באיכות מי הנחלים גם רחוק ממקור הסחיפה (Carpenter, 1998). זיהום ממקורות חקלאיים הוא המקור העיקרי של זיהום בנהרות, בנחלים ובמי התהום המנוטרים בעולם (Schwarzenbach et al., 2010).
בשנים האחרונות עולה ההכרה בקרב מקבלי החלטות כי מערכות אקולוגיות יציבות תורמות לשירותי המערכת האקולוגית, למשל בהפחתת נזקי שיטפונות, בשמירה על פוריות הקרקע, במזעור שחיקת הקרקע ובהדברת מזיקים(Eshel et al., 2015) .
אזורי חיץ צמחיים בתפר שבין הנחל לשטחים חקלאיים משמשים אף הם מערכת אקולוגית המספקת שירותי מערכת חיוניים. מחקרים רבים אודות האפקטיביות של רצועות צומח הדגימו כי ניתן בעזרתן להפחית סחף קרקע ומקורות זיהום לא נקודתיים שמקורם בחקלאות, וכך להגן על מקורות מים (Rein (Moshe), 2000). רצועות חיץ יכולות אף לספק שירותי מערכת נוספים, כגון בתי גידול לחיות בר ואזורי שיקום צומח מקומי, ולהוות מוקדי תיירות.
יעילות רצועות החיץ לסינון זיהום משדות חקלאיים תלויה במספר גורמים, ובהם מבנה הצמחייה, רוחב רצועת החיץ, שטח האגן החקלאי, כיסוי צמחי, שיפוע וטופוגרפיה, סוג ומבנה הקרקע, רטיבות הקרקע, כמות קוטלי העשבים וחומרי ההדברה המפוזרים בשדה, משך אירועי הגשם ועוצמתם (Rein et al., 2007). קיימים פערי ידע הנוגעים ליעילות רצועות חיץ בפעילות במדרונות עם נטייה לסחף (Lerch et al., 2017; Mtibaa et al., 2018).

קרקעות חשופות רגישות במיוחד לתהליכי סחף קרקע. לכן, באקלים ים תיכוני השיעור והקצב של התבססות המינים ברצועות החיץ הם מרכיבי קריטי בבחירת הרכב מיני צמחים לרצועת חיץ. היכולת של מיני הצמחים להתבסס וליצור כיסוי קרקע נרחב לפני עונת הגשמים חשובה לפעילות הרצויה של רצועת החיץ. בחירת הרכב המינים כוללת התייחסות לעומק בית השורשים של הצמח, למורפולוגיה של הצמח ולמחזור החיים.
ברבים מנחלי ישראל העיבוד החקלאי משתרע עד גדות הנחל, ועל כן קיים מחסור בצמחיית גדות, דבר המוביל לירידה באיכות המים בנחלים. בשנים האחרונות עולה ההכרה בחשיבות של ניהול גדות הנחלים בישראל, ונעשה מאמץ רב לאפיון ההיקף והעוצמה של השינויים שעברו על נחלי ישראל ולאיתור כלים לשיפור מצבם. לאחרונה הוחלט למקד את תשומת לב אל מספר נחלים שנעשה בהם מאמץ להרחבת מסדרון הנחל ולשיקום צמחיית הגדות (משרד החקלאות ופיתוח הכפר, 2018). לאור זאת, יש צורך במידע מדעי שיכול לתמוך בפיתוח המדיניות, לתת תובנות ליצירה בפועל של רצועות חיץ ולסייע בפיתוח כלים לאימוץ ממשקי רצועות החיץ על ידי חקלאים שיקדמו שימור קרקע ומים והגנה על נחלים באגני ניקוז המשלבים חקלאות.
במחקר זה בחנו את תפקיד הרכב המינים כמסנן נגר חקלאי על ידי השוואה בין יעילות לכידת המשקעים על ידי רצועות חיץ המורכבות ממיני צמחים שונים באירועי גשם מסוגים שונים. הערכנו את קצב הצימוח ושינויים מיקרו-טופוגרפיים לאורך החלק התחתון של המדרון כדי לקבוע את תפקוד הרכב המינים בייצוב הקרקעות. בחנו את כמות הכיסוי הצמחי בתחילת העונה הגשומה. בחנו את היעילות של רצועות החיץ המקבלות נגר חקלאי בהתאם למין הצמחים המרכיבים את הרצועה. בחנו את היכולת של הֶרכּבים שונים של צמחייה ברצועות החיץ ללכוד את החלקיקים המורחפים ולהפחית את הסחף במדרונות תלולים במערכות חקלאיות באקלים ים תיכוני בתנאי גשמים טבעיים. נעשתה השוואה בין עשבים רב-שנתיים ועשבים שנתיים. זהו המחקר הראשון מסוגו בישראל להערכת רצועות חיץ.

שאלות המחקר

1. בחינת התפקוד של הרכבי מינים שונים בסינון נגר חקלאי, על ידי בחינה של משקעים וחומרי הזנה שנלכדו ברצועות החיץ באירועי גשם.
2. השוואה בין הרכבי מינים שונים ברצועות החיץ: בחינת קצב התבססות, כיסוי צומח, שינויים מיקרו-טופוגרפיים – כדי להעריך את יעילות הרכבי המינים בייצוב קרקע, בהגעה לכיסוי קרקע בתחילת עונת הגשמים ובשימור קרקע.

שיטות

שטח המחקר

מחקר זה נערך ביחידת המחקר של משרד החקלאות – נווה יער, בין מאי 2018 ליוני 2019. נווה יער ממוקם באגן הקישון, וכ-56% מהשטחים הפתוחים בו הם שטחי חקלאות. סקרנו את הקרקע מעל חלקות הגידול עם מדרונות בשיפוע של 1%-9%. 1,680 מ"ר הוצאו מפעילות חקלאית בתחתית המדרון עבור מחקר זה.

תכנון המחקר

1. הקמה של רצועות חיץ צמחיות.
שישה הרכבי מינים שונים נפרסו באתר המחקר במטרה להעריך את יכולת רצועות החיץ לסנן משקעים וחומרי הזנה חקלאיים. הוקמו 24 חלקות (10מ' X 7 מ') לאורך הקו הטופוגרפי של תחתית הגבעה (תרשים 1). לכל חלקה הוצמד אחד מתוך ששת הטיפולים באופן אקראי וסידורם היה: 1) שעורה (Hordeum vulgare), 2) חיטה (Triticum Aestivum ), 3) שיבולת שועל, 4) יבלית מכלוא אחד (Cynodon dactylon ), 5) וטיוור (vetiver – Chrysopogon zizanioides), 6) יחידת בקרה של קרקע חשופה שקיבלה ריסוס נגד עשבייה פעמיים במהלך העונה.

תרשים 1: טיפולים של צומח ברצועות חיץ – בעיצוב אקראי

הצמחייה ברצועות החיץ

וטיוור הוא צמח רב-שנתי (perennial bunchgrass) ממשפחת Poaceae. מקורו בהודו, והוא בעל מגוון תכונות: לכידת חלקיקים מורחפים הודות לביומסה צפופה, אחיזת קרקע בזכות מבנה שורשים, טיהור מי תהום בזכות בית שורשים המגיע לעומק, וערכים כלכליים כחומר גלם לתעשייה (Truong, 2015).
יבלית מכלוא קרוס אחד ברמודה, בעלת תכונות ייצוב קרקעות ושימור מים גבוהות. זן קרוס אחד הוא עקר, ואינו יוצר איום התפשטות ופלישה (תרשים 2).
שלושה מיני דגניים חד-שנתיים נזרעו בנפרד: שעורה, חיטה ושילוב של שיבולת שועל ובקיה.

איסוף נתונים

1. בחנו את הרכב המינים, אחוז הכיסוי וגובה הצומח בריבועים אקראיים של 25 X 25 ס"מ, שלוש פעמים לאורך עונת הגידול. בדגימה של חודש אפריל נבדקה אף הביומסה מעל הקרקע.
2. סחף קרקע (קו התחלה מיקרו-טופוגרפי).
סחף ומשקעי קרקע (deposition) נמדדו בעזרת שתי שיטות משלימות: יתדות למדידת סחף וניתוח פרופיל. היתדות הורכבו מצינורות פלסטיק שחורים בקוטר 6 מ"מ, שהועמדו במרחק 1.5 מ' בחתכים אנכיים, עם שתי יתדות בכל חתך וארבעה חתכים לחלקה. איסוף המידע כלל מדידה ידנית של גובה הקרקע (מקצה היתד ועד פני הקרקע). היתדות בחתכים מוקמו במרחקים של 0 מ', 1 מ', 5 מ', 10 מ' (תרשים 3). מדידות ברזולוציה גבוהה באמצעות RTK נעשו בין היתדות כדי להעריך את השינויים המיקרו-טופוגרפיים.

תרשים 2: רצועות יבלית ב-18 בנובמבר 2018 ורצועת וטיוור ברקע

 

3. דגימת סחף משטחי (Sheet Erosion)
מרבית המחקרים שהעריכו תפקוד רצועות חיץ נעשו בתנאים מבוקרים במדמה גשם בשל היעדר כמות משמעותית של נגר באירועי גשם קצרים שלא מאפשר ניתוח סטטיסטי משמעותי. במחקר זה עיצַבנו מערכת איסוף נגר עילי (להלן מא"ן) ייחודית מפלדה מגולוונת. היא עוצבה לאיסוף הנגר העילי באירועי גשם (תרשים 3). מערכת זו מורכבת מבקבוק פלסטיק בנפח 450 מ"ל הממוקם במרכזה. המערכת מקבלת נגר עילי מזרוע איסוף באורך 15 ס"מ. הזרוע ממוקמת בגובה פני הקרקע בהטיה לכיוון מעלה המדרון כדי להביא לקליטת הנגר המֵרבית. בחלק העליון של המערכת מורכב מכסה המאפשר להוציא את בקבוקי הדגימה ללא הפרה (תרשים 4). מעל המערכת מותקן גגון המונע חדירה של גשם וכך מונע דילול של הדגימה. בתוך הבקבוק מונח כדור פינג פונג שצף כשהבקבוק מתמלא במי נגר. כך נאטם הבקבוק כשהוא מתמלא במי נגר, ונמנע דילול הדגימה במי נגר מרוכזים פחות.
ערכות אלה הותקנו בין 26 בנובמבר ל-11 בדצמבר 2018 בשלושה מוקדים בתוך כל חלקה בנקודות המייצגות אזורים שונים ברצועת החיץ: 0 מ' (נקודת כניסה), 5 מ' (נקודת אמצע), 10 מ' (נקודת השחרור לנחל) (תרשים 3). במערכות אלה נמדדו סך ריכוז החלקיקים המורחפים הצפים (TSS) וריכוזי חנקן, זרחן ואשלגן על פי פרוטוקולים סטנדרטיים של מעבדות קרקע.
דגימות הנגר העילי שנאספו בעזרת המא"ן נותחו במעבדות של נווה יער.

תרשים 4: מערכת איסוף נגר עילי

4. התחתרות ערוצים (Gully Erosion)
המורפולוגיה של תעלות הניקוז הסמוכות לשטח החקלאי נבחנה כדי לכמת את אובדן הקרקע באירועי גשם. ביצענו הערכת חתך של התעלות באמצעות מדידות ברזולוציה גבוהה RTK. דבר זה נעשה לפני אירוע גשם באוקטובר 2018 וכן בסוף עונת הגשם מרץ 2019 (תרשים 5).

תרשים 5: הערכת חתך של תעלות הניקוז

שיטות ניתוח סטטיסטי

מחקר זה נעשה בחלקות מפוצלות בבלוקים אקראיים. הטיפולים סודרו בסדרות של ארבעה בלוקים. מדידה ביתדות למדידת סחף ובמערכות איסוף נגר נעשתה לאורך הזמן. נקודות דגימת צומח נבחרו באופן אקראי.
מודל ניתוח הממצאים התייחס לטיפול ומיקום, לטיפול וזמן, למיקום וזמן, ולהתייחסות לשלושת המשתנים הללו. ניתוח הנתונים נעשה בתוכנה סטטיסטית JMP (SAS).

תוצאות

מדידת הגשם השנתית בשנת המחקר הייתה 864 מ"מ. ערך זה גבוה מהממוצע העונתי, 600 מ"מ. הערך באירוע הגשם המרבי במדידה של 10 דקות היה 60 מ"מ בשעה. אירוע זה התרחש בתחילת עונת הגשמים, לפני שהצומח התבסס.

גובה וכיסוי של הצומח

גובה הצימוח היה שונה באופן מובהק בין הטיפולים השונים (p<0.0001), ובין תאריכי הדגימה (p<0.0001). בצמח הווטיוור נמצא הצימוח הגבוה ביותר ביחס לצמחים האחרים, וביבלית נמצא הצימוח הנמוך ביותר (תרשים 6). לא נמצאה שונות בצימוח בין הדגנים החד-שנתיים (שיבולת שועל, שעורה וחיטה), לכן הם סווגו ביחד בגובה צימוח בינוני. עם זאת, שיבולת שועל צמחה בקצב הגבוה ביותר, שהבדיל אותה משאר הדגנים החד-שנתיים.
במדידות כיסוי הצומח של המינים הנבחרים והקרקע החשופה זיהינו הבדל מובהק סטטיסטית (p<0.0001) ושונות גבוהה בין התאריכים (p<0.0001). בהתבסס על מבחן Tukey, היבלית שמרה על כיסוי הצומח המשמעותי ביותר. הטיפול המשולב של שיבולת שועל ובקיה היה בעל כיסוי הצומח השני בגודלו, וגבוה באופן משמעותי מטיפולי השעורה והחיטה. בטיפול של שיבולת שועל ובקיה נמצאה פלישת העשבים הנמוכה ביותר, ואילו בטיפול החיטה נמצא האחוז הגבוה ביותר של פלישת עשבים.

תרשים 6: אחוז כיסוי צומח (ס"מ) ביחס לטיפול ותאריך דגימה. אחוז הכיסוי לפי טיפול אופיין על ידי צמחים נבחרים, אחוז קרקע חשופה, אחוז צמחים אחרים (עשבים). שעורה=B, שיבולת שועל/בקיה=OV, וטיוור=V, חיטה=W, יבלית-Y, בקרה=C. אותיות מעל הטיפול מייצגות שונות מובהקת.

 

1. סחיפה משטחית (Sheet Erosion)
בחנו את ההבדל הממוצע בשיפוע הקרקע לפני תחילת עונת הגשמים ועד סוף עונת הגשמים. ביתדות למדידת הסחף ובניתוח פרופיל הקרקע בשטח המחקר לא נצפה שינוי משמעותי בין הטיפולים ובמיקום לאורך המדרון. יצוין עם זאת כי המגמה הכוללת הייתה של תנועת קרקע.
2. התחתרות ערוצים (Gully Erosion)
נפח התחתרות הערוצים נמדד בשתי שיטות שונות כדי להעריך את השפעת הגשמים. בשיטת הניתוח הראשונה השתמשנו בכלי ממ"ג (GIS), ובעזרתו הוערכו אובדן קרקע (כמות החומר הפיזי שנסחף באירועי גשם) בנפח של 123.6 מ"ק ותנועת קרקע של כ-39.3 מ"ק משקע. סך הקרקע שאבדה מ-84.3 מ"ק קרקע מערוץ ספציפי. בשיטת הניתוח השנייה, באמצעות אוטוקאד, יצרנו ראסטר של פני השטח בעזרת טריאנגולציה של נקודות מיקום וחישוב פני השטח על בסיס המבנה הגיאומטרי. התוצאות היו דומות, ונתנו אומדן של אובדן 135 מ"ק קרקע ותנועת קרקע של 28.6 מ"ק.
3. איסוף נגר עילי במא"ן
ניתחנו את הדגימות ממא"ן כדי למדוד ריכוזים של TSS ושל חומרי דשן כדי להשוות את היעילות של חברות צומח שונות ברצועות החיץ ואת משך השהייה של הנגר לעומק הרצועה (0 מ': בכניסת נגר לרצועה, 5 מ': אמצע הרצועה, 10 מ': בתוך הרצועה, וגם נקודת שחרור לנחל). נאספו 63 מתוך 72 בקבוקי דגימה מלאים (87.5%) באירוע הגשם המשמעותי הראשון ב-9 בינואר 2019. בהתבסס על ארבעה מועדי איסוף לאורך החורף, ראינו שכל הטיפולים הובילו להפחתה של ריכוז רחופת המשקעים (suspended sediment concentration) מנקודת הכניסה של הנגר ועד למרחק 5 מ' (תרשים 7). הדגימות של נקודת 10 מ' מהמדרון הראו ריכוז TSS גבוה יותר מהנגר הנכנס (influent), עקב זיהום הדגימה בגלל הצפה של מי הנחל – אי לכך מידע זה הוסר מהניתוח.

תרשים 7: ממוצע ריכוז TSS (מ"ג לליטר) לפי מיקום במדרון
תרשים 7: ממוצע ריכוז TSS (מ"ג לליטר) לפי מיקום במדרון

 

מידע על אודות TSS שנאסף ממא"ן נותח באופן פרטני, לפי סוג הטיפול. שני טיפולים הצביעו באופן ברור על השפעת המדרון: שעורה (p=0.024) ושיבולת שועל / בקיה (p=0.0015), וכן הפחתה משמעותית של TSS מתרחשת בתחום של 5 מ' בתוך רצועת החיץ. טיפול היבלית הצביע על הפחתה ב-TSS אחרי 5 מ' אך הבדל זה לא היה מובהק סטטיסטית. טיפול הביקורת וטיפול החיטה לא הצביעו על הבדל ניכר של הפחתת TSS. לא אותר הבדל משמעותי בהפחתת NPK.

תרשים 8: TSS לפי טיפול
תרשים 8: TSS לפי טיפול

 

 

 

 

 

4. מורפולוגיה של הנחל
בעזרת מדידות RTK ביצענו 16 ניתוחי חתך של נחל נהלל, כולל חתכים שנסרקו לראשונה ב-2016.
התוצאות מראות בבירור כיצד קרקעית הנחל זזה לאורך זמן. ביססנו תמונת מצב אפס (baseline) לצורך מחקרים עתידיים והערכה עתידית של התערבויות שונות.

דיון

בחירת מיני הצמחים לרצועות החיץ נועדה להיות ישימה בתנאים אמיתיים בשטחים חקלאיים ומותאמת למחזור הגידולים של חקלאים. בחנו את היכולת של כל טיפול לבנות כיסוי צמחי בשלב מוקדם של עונת הגשמים. זהו מרכיב חשוב עבור היכולת להגן מפני סחף קרקע בעת התחלת עונת הגשמים ועבור יכולת סינון תשטיפים של כימיקלים חקלאיים עם הגשמים הראשונים, הידועים כשטיפה ראשונית (Zhao et al., 2016; Li et al., 2017). בחנו את יכולת רצועות החיץ להשפיע על איכות הנגר העילי על ידי הפחתה של TSS ו-NPK, את איכות הפחתת המזהמים ביחס לסוגי צמחייה שונים ולאורך רצועה שונה. צמח הווטיוור היה בעל הביומסה הצפופה ביותר, דבר שיכול ליצור מחסום פיזי ולהגביר את לכידת המשקעים ו-TSS מהנגר העילי. למרות זאת, התוצאות הראו כי ברצועת הווטיוור לא הייתה יעילות גבוהה של לכידת משקעים. תוצאה זו יכולה לנבוע מצפיפות דלה מדי בזריעת הווטיוור ברצועה. צמחי הווטיוור פיתחו גובה וביומסה משמעותיים, אך לא התרחבו הרבה מעבר לאזור הזריעה שלהם. היות שכך, נשארו מרווחים גדולים בין הצמחים, בעוד שבטיפולים האחרים התפתח כיסוי אחיד לאורך החלקה. צמח היבלית נשתל בשטח בעזרת שטיחים מוכנים מראש, דבר שהוביל לכיסוי הצמחי הגבוה ביותר ולאחוז האדמה החשופה הנמוך ביותר בתחילת עונת הגשמים. טיפול היבלית הראה את מידת השחיקה הנמוכה ביותר על פי מדידת סיכות השחיקה, אך לעומת זאת, לא הראה לכידת משקעים גבוהה לפני מדידת המא"ן. ייתכן כי שטחי היבלית יצרו מכשול מיקרו-טופוגרפי שיצר זרימת נגר שעקפה את הטיפול ברצועה זו. הבדלים מזעריים במיקרו-טופוגרפיה יכולים ליצור מסלולי זרימה הידראוליים מועדפים(Rein (Moshe), 2000) . זיהינו לכידת משקעים, אך לא ברמה אפקטיבית.
שלושת טיפולי הדגנים (שעורה, חיטה ושיבולת שועל) הראו תוצאות דומות, אך השילוב בין שיבולת שועל לבקיה הוביל לכיסוי הצמחי השני בגודלו מבין הטיפולים וגבוה משמעותית מהשעורה והחיטה. אדמה חשופה אינה רגישה מאוד לסחף בעיתות גשם, לכן ההבדלים בין היבלית, שיבולת שועל / בקיה ושאר הטיפולים – ראויים לתשומת לב.
הצלחנו להדגים שימוש יעיל במא"ן על ידי איסוף מוצלח ב-87% מאתרי הדגימה. מנגנון אטימת מכלי הדגימה בעזרת כדור הפינג-פונג הוכיח את עצמו במניעת דילול של הדגימות.
במחקר זה מוקמו חלקות הניסוי באופן מכוון בתחתית המדרון בסמוך לנחל, כחלק מהניסיון לבחון את האפשרויות להרחבת אפיקי נחלים. האדמה באתר המחקר מאופיינת כאדמה כבדה, ובזמן גשם היא נהפכת לרוויה ונוזלית. במהלך שנת המחקר הנוכחית, הנחל עלה על גדותיו ויצר ערוץ זרימה חדש באזור צמחיית הגדות של הנחל, בעיקר קנה מצוי (Phragmites australis). המתווה החדש היה 1–2 מ' ממיקומו המקורי. לאור זאת, המא"ן שהייתה בנקודת השחרור לנחל הייתה בעלת אחוז גבוהה של TSS ביחס לנקודת הכניסה לתוך הרצועה (תרשים 9). נתון זה מצביע על כך שיחידת מדידה זו זוהמה על ידי מי הנחל בעת אירוע הצפה. משום כך, נקודת דגימה זאת הוסרה מהניתוח של המחקר, ואין במחקר מידע על מכלול הזרימה של הנגר העילי לאורך כל הרצועות שנבדקו. הצפות מאירוע גשם התפשטו עד שיפועי המדרון של חלקות 3 ו-4.
התוצאות של ניתוח נתוני מא"ן הראו הפחתה של ריכוזי TSS בין נקודת כניסת הנגר לרצועה לבין מרחק 5 מ' בתוך החלקה. התוצאות מדגימות כי תהליכים ותפקודים טבעיים בגדות נחלים יכולים לסייע בהפחתת של יצירת משקעים ובשיפור איכות המים.
בתכנון רצועות חיץ צמחיות חשוב לאתר צמחייה טבעית שמותאמת לאזור ההצפה, ועמידה באירועי הצפה אקראיים. נוסף על כך, יש להביא בחשבון את סוג הקרקע הספציפי הסמוך לנחל. בחירת הצמחייה ומידת האפקטיביות שלה חייבות להיות מותאמת לאתר ספציפי.
ניתוחי נתונים של חומרי ההזנה בוצעו רק בתאריך אחד בגלל תנאי השדה. בעיה זו מדגישה את האתגר באיסוף נתוני שטח במחקר שכזה. התוצאות של המדידה היחידה לא הראו כל הבדל סטטיסטי בין ריכוזי חומרי הדשן בכניסה וביציאה, אך כלל כמות חומרי ההזנה שנכנסה הייתה נמוכה מאוד.

 

תרשים 9: חלקות הניסוי ואירועי ההצפה

מסקנות

המוטיבציה למחקר זה הייתה יצירת תובנות על אודות רוחב אידיאלי של רצועות חיץ בגדות נחלים. ישנה חשיבות פוליטית וכלכלית בהפחתת זיהום לא נקודתי משטחים חקלאיים ומרצועות החיץ שהן מרכיב חשוב ככלי למיתון ההשפעות השליליות. המחקר הדגים את היכולת למזער TSS על ידי רצועות של 5 מ' ואת ההשפעות השונות של המינים המרכיבים את הרצועות. צמחייה שקלה לשתילה או זריעה על ידי חקלאים, כמו שילוב של שיבולת שועל ובקיה, יכולה להיות שלב ראשון בדרך להתבססות של צמחייה מקומית וטבעית ברצועות החיץ. אתגרי המחקר שמנעו את יכולת איסוף הנתונים המלאה בעקבות אירועי גשם חריגים והצפה של חלקות המחקר, מחזקים את התובנה שיש לתכנן רצועות חיץ בהסתכלות על מכלול הדינמיקה באתר נחל ספציפי ולהתאים את רצועות החיץ לאתר המשוקם.

רשימת מקורות

משרד החקלאות ופיתוח הכפר. 2018. גישה אגנית משלבת – נייר מדיניות ומפת דרכים להטמעת עקרונות הגישה בישראל. האגף לשימור קרקע וניקוז, משרד החקלאות ופיתוח הכפר.

Carpenter D.O. (1998) Human Health Effects of Environmental Pollutants: New Insights. In: Gilbertson M., Fox G.A., Bowerman W.W. (eds) Trends in Levels and Effects of Persistent Toxic Substances in the Great Lakes. Springer, Dordrecht EPA. 2016. https://www.Epa.gov/nps/Nonpoint-Source-Agriculture.
Eshel G, Egozi R, Goldwasser Y, Kashti Y, Fine P, Hayut E, Kazukro H, Rubin B, Dar Z, Keisar O, and DiSegni DM. 2015. Benefits of Growing Potatoes under Cover Crops in a Mediterranean Climate. Agriculture, Ecosystems & Environment 211: 1-9.
Lerch RN, Lin CH, Goyne KW, Kremer RJ, and Anderson SH. 2017. Vegetative buffer strips for reducing herbicide transport in runoff: Effects of buffer width, vegetation, and season. Journal of the American Water Research Association 53(3): 667-683.
Li S, Wang X, Qiao B, Li J, and Tu J. 2017. First flush characteristics of rainfall runoff from a paddy field in the Taihu Lake watershed, China. Environmental Science and Pollution Research 24(9): 8336-8351.
Mtibaa S, Hotta N, and Irie M. 2018. Analysis of the efficacy and cost-effectiveness of best management practices for controlling sediment yield: A case study of the Joumine Watershed, Tunisia. Science of the Total Environment 616-617: 1-16.
Pimentel D, Resosudarmo P, McNair M, Crist S, Sinclair K, Blair R, Fitton L, Kurz D, Harvey C, Shpritz L, and Saffouri R. 2006. Environmental and economic costs of soil erosion and conservation benefits. Science 267(5201): 1117-11123.
Rein (Moshe) FO. 2000. Vegetative buffer strips in a Mediterranean climate: Potential for protecting soil and water resources (PhD dissertation). Santa Cruz: University of California, Santa Cruz.
Rein FA, Los Huertos MW, Holl K, and Langenheim JH. 2007. Restoring native grasses as vegetative buffers in a coastal California agricultural landscape. Madroño 54: 249-257.
Schwarzenbach R, Egli T, Hofstetter TB, von Gunten U, and Wehrli B. 2010. Global water pollution and human health. Annual Review of Environment and Resources 35: 109-136.
Scorpio V, Crema S, Marra F, Righini M, Ciccarese G, Borga M, Cavalli M, Corsini A, Marchi L, Surian N, and Comiti F. 2018. Basin-scale analysis of the geomorphic effectiveness of flash floods: A study in the northern Apennines (Italy). Science of the Total Environment 640-641(June): 337-351.
Truong P. 2015. Vetiver system for erosion and sediment control, and stabilization of steep slopes. ISCO 2004 – 13th International Soil Conservation Organization Conference – Brisbane, July 2004 Conserving Soil and Water for Society: Sharing Solutions. Keynote Presentaton
Zhang Q, Liu D, Cheng S, and Huang X. 2016. Combined effects of runoff and soil erodibility on available nitrogen losses from sloping farmland affected by agricultural practices. Agricultural Water Management 176: 1-8.
Zhang Z, Fukushima T, Onda Y, Mizugaki S, Gomi T, Kosugi K, Hiramatsu S, Kitahara H, Kuraji K, Terajima T, Matsushige K, and Tao F. 2008. “Characterisation of diffuse pollutions from forested watersheds in Japan during storm events — Its association with rainfall and watershed features. Science of the Total Environment 390(1): 215-226.
Zhao J, Zhao Y, Zhao X, and Jiang X. 2016. Agricultural runoff pollution control by a grassed swales coupled with wetland detention ponds system: A case study in Taihu Basin, China. Environmental Science and Pollution Research 23(9): 9093-9104.
Zhu QD, Sun JH, Hua GF, Wang JH, and Wang H. 2015. Runoff characteristics and non-point source pollution analysis in the Taihu Lake Basin: A case study of the town of Xueyan, China. Environmental Science and Pollution Research 22(19): 15029-15036.

פעילות בתחום

גידולי מספוא חדשים

ענף המספוא הוא אחד מענפי גידולי השדה החשובים בארץ. חיטה לתחמיץ היא גידול המספוא העיקרי המהווה כ- חמישים אחוז משטחי המספוא. קיים צורך בצמחי מספוא

קרא עוד »

ניהול עשבייה במטע שקד

הקדמה: ניהול העשבייה במטע הינו תחום מורכב ודינמי המשתנה מעונה לעונה ומשנה לשנה. במשק המודל אנו עורכים ניסוי ארוך טווח הבוחן שיטות שונות להתמודדות עם

קרא עוד »

קורה הידראולית

שם הכלי: קורה הידראולית מתכוונת, GARFORD XHD 50 יצרן: Garford, England שנת ייצור: 2019 ייעוד: מאפשרת דיוק מרבי של עיבודי שורה במצבים של שיפועים בקרקע,

קרא עוד »

ניטור קינון תנשמות

אחד היעדים של משק המודל בנווה יער, הוא הפחתת השימוש בחומרי הדברה נגד מכרסמים. תנשמות ידועות כאמצעי מרכזי בבקרת מכרסמים. תנשמות הן חיות בר והגורם

קרא עוד »

טרקטור John Deere 6-145R

שם הכלי: טרקטור John Deere 6-145R יצרן: John Deere, ארה"ב שנת עליה על הכביש: 2018 ייעוד: ביצוע פעולות חקלאיות באופן מדויק כדוגמת: סימון ערוגות, קלטור

קרא עוד »