Lecture-11 Irrigation and Water Quality

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Irrigation and Water Quality (सिंचाई जल और गुणवत्ता):-
Introduction (परिचय):- 
> All natural waters used for irrigation contains inorganic salts in solutions which are derived originally from the rocks or solid phase material through which water percolates. The most common dissolved constituents are chlorides, sulphates and bicarbonates of Ca, Mg and Na. The concentration and proportion of these salts determine the suitability of water for irrigation. 
(सिंचाई के लिए उपयोग किए जाने वाले सभी प्राकृतिक जल के विलयन में अकार्बनिक लवण होते हैं जो मूल रूप से चट्टानों या ठोस सामग्री से प्राप्त होते हैं जिनके माध्यम से जल रिसता है। सबसे आम विघटित घटक Ca, Mg और Na के क्लोराइड, सल्फेट और बाइकार्बोनेट होते हैं। इन लवणों की सांद्रता और अनुपात सिंचाई के लिए जल की उपयुक्तता निर्धारित करते हैं।)
> Other constituent such as B, Li, F or other ions, which have a toxic effect on plants, may occur in lesser amounts in irrigation water. If water used for irrigation contains excessive quantities of the constituents noted above, it might affect the growth of plants in three ways viz.,
(अन्य घटक जैसे B, Li, F या अन्य आयन, जो पौधों पर विषाक्त प्रभाव डालते हैं, सिंचाई के जल में कम मात्रा में हो सकते हैं। यदि सिंचाई के लिए उपयोग किए जाने वाले जल में ऊपर बताए गए घटकों की अत्यधिक मात्रा होती है, तो यह पौधों की वृद्धि को तीन तरीकों से प्रभावित कर सकता है, जैसे:)
i. As a result of adverse changes in the physical characteristics of the soil.
(मृदा के भौतिक गुणों में प्रतिकूल परिवर्तन के परिणामस्वरूप।)
ii. The increased osmotic pressure of the soil solution may decrease the physiological availability of moisture to plants.
(मृदा विलयन का बढ़ा हुआ परासरण दाब पौधों के लिए नमी की कार्यिकीय उपलब्धता को कम कर सकता है।)
iii. Accumulation of certain ions in the soil solution may have a specific toxic effect upon the physiological processes of the plant.
(मृदा विलयन में कुछ आयनों के संचय से पौधे की कार्यिकीय प्रक्रियाओं पर एक विशिष्ट विषाक्त प्रभाव पड़ सकता है।)

Quality of irrigation water (सिंचाई जल की गुणवत्ता):- The four generally recognized criteria for judging the quality of irrigation water are: 
(सिंचाई जल की गुणवत्ता को परखने के लिए आम तौर पर मान्यता प्राप्त चार मानदंड हैं:)
1. Salinity hazard (लवणता का ख़तरा):- Continuous use of water having high salt content will convert a normal soil into a saline soil. On the basis of electrical conductivity (EC) measurements, the waters were divided into four classes as follows:
[उच्च लवण सामग्री वाले जल का लगातार उपयोग सामान्य मृदा को लवणीय मृदा में बदल देगा। विधुत चालकता (EC) माप के आधार पर, जल को निम्नानुसार चार वर्गों में विभाजित किया गया है:]
2. Alkali hazard (क्षारीयता का खतरा):- The continuous use of water having high concentration of Na will convert a normal soil into an alkali soil. The sodium adsorption ratio (SAR) developed by USSSL expresses the relative activity of Na ions in cation exchange reactions with the soil. The exchangeable Na percentage (ESP), which the soil will attain when the soil and water are in equilibrium, can be predicted approximately from the value of SAR of water. Accordingly, the waters are divided into four classes with respect to the Na hazards as follows:
[Na की उच्च सांद्रता वाले जल का निरंतर उपयोग सामान्य मिट्टी को क्षारीय मिट्टी में बदल देगा। USSSL द्वारा विकसित सोडियम अवशोषण अनुपात (SARर) मिट्टी के साथ धनायन विनिमय प्रतिक्रियाओं में Na आयनों की सापेक्ष क्रिया को अभिव्यक्त करता है। विनिमय Na प्रतिशत (ESP), जिसे मिट्टी और जल साम्यावस्था में होने पर मिट्टी प्राप्त करेगी, का अनुमान लगभग जल के SAR के मान से लगाया जा सकता है। तदनुसार, Na खतरों के संबंध में जल को चार वर्गों में विभाजित किया गया है:]
3. Bicarbonate hazard (बाइकार्बोनेट का खतरा):- The bicarbonate ions are primarily important because their tendency to precipitate Ca and to some extent Mg, in the soil solution as their normal carbonates e.g.
(बाइकार्बोनेट आयन मुख्य रूप से महत्वपूर्ण होते हैं क्योंकि मृदा विलयन में उनके सामान्य कार्बोनेट जैसे Ca और कुछ हद तक Mg को अवक्षेपित करने की उनकी प्रवृत्ति होती है।)
Ca   +   2HCO3   →   CaCO3   +   CO2   +   H2O
The CO3-2 ions are seldom present in water but HCO3- ions may be present in appreciable proportion of the total anions present in irrigation waters. Based on the theory of precipitation of Ca and Mg, Eaton (1950) suggested the concept of “Residual Sodium Carbonate” commonly known as RSC. The RSC can be found out by following equation:
[CO3-2 आयन शायद ही कभी जल में मौजूद होते हैं लेकिन HCO3- आयन सिंचाई जल में मौजूद कुल आयनों के प्रशंसनीय अनुपात में मौजूद हो सकते हैं। Ca और Mg के अवक्षेपण के सिद्धांत के आधार पर, ईटन (1950) ने "अवशिष्ट सोडियम कार्बोनेट" की अवधारणा का सुझाव दिया, जिसे आमतौर पर RSC के रूप में जाना जाता है। RSC को निम्नलिखित समीकरण द्वारा पाया जा सकता है:]
RSC   =   (CO32- + HCO3-)   -   (Ca2+ + Mg2+)
Where; concentrations of all ions are expressed in meq/l.
(जहाँ; सभी आयनों की सांद्रता meq/l में अभिव्यक्त की जाती है।)
The standard for RSC as given by USSSL as follows:
(USSSL द्वारा दिए गए RSC के मानक इस प्रकार हैं:)
4. Boron hazard (बोरोन का खतरा):- Boron is very toxic to plants at low concentration in the soil solution. Because boron tends to accumulate in the soil from even low concentration in the irrigation waters, it is necessary to consider this constituent in assessing the quality of irrigation waters. The USDA has suggested the type of crops to be grown with respect to boron content in irrigation water. The limits are as under:
(मृदा विलयन में कम सांद्रता पर बोरॉन पौधों के लिए बहुत जहरीला होता है। चूँकि बोरॉन सिंचाई के जल में कम सांद्रता पर भी मिट्टी में जमा हो जाता है, इसलिए सिंचाई के जल की गुणवत्ता का आकलन करते समय इस घटक पर विचार करना आवश्यक है। USDA ने सिंचाई जल में बोरान सामग्री के संबंध में उगाई जाने वाली फसलों के प्रकार का सुझाव दिया है। सीमाएँ इस प्रकार हैं:)

Suitability of irrigation water (सिंचाई जल की उपयुक्तता):- The suitability of irrigation water (SI) will be determined by following factors:
[सिंचाई जल की उपयुक्तता (SI) निम्नलिखित कारकों द्वारा निर्धारित की जाती है:]
i. Quality of irrigation water (सिंचाई जल की गुणवत्ता):- Amount, nature and proportion of various cations and anions present in the water.
(जल में मौजूद विभिन्न धनायनों और ऋणायनों की मात्रा, प्रकृति और अनुपात।)
ii. Nature of the soil to be irrigated (सिंचित की जाने वाली मृदा की प्रकृति):- Texture, structure, drainage, permeability, depth of water table, chemical composition of the soil, pH, and CaCO3 content will determine the effect of irrigation water on the soil.
(बनावट, संरचना, जल निकासी, पारगम्यता, जल स्तर की गहराई, मिट्टी की रासायनिक संरचना, pH और CaCO3 सामग्री, मिट्टी पर सिंचाई के जल के प्रभाव को निर्धारित करेगी।)
iii. Nature of the crop plants to be grown (उगाये जाने वाले फसली पौधों की प्रकृति):- Water, which may not be suitable for very sensitive crop, may be excellent for tolerant crops.
(जल, जो बहुत संवेदनशील फसल के लिए उपयुक्त नहीं हो सकता है, सहनशील फसलों के लिए उत्कृष्ट हो सकता है।)
iv. Climatic conditions (जलवायु परिस्थितियाँ):- High temperature and less humidity will require more number of irrigation.
(अधिक तापमान और कम आर्द्रता के कारण अधिक संख्या में सिंचाइयों की आवश्यकता होगी।)

Effect of poor quality water on plant growth (खराब गुणवत्ता वाले जल का पौधों की वृद्धि पर प्रभाव):- Several soil and plant related problems arise due to use of poor quality water for irrigation.
(सिंचाई के लिए खराब गुणवत्ता वाले जल के उपयोग के कारण मृदा और पौधों से संबंधित कई समस्याएं उत्पन्न होती हैं।)
1. Extraction of Water (जल की निकासी):- 
- If excess soluble salts of irrigation water accumulated in crop root zone, crop has difficulty in extracting enough water.
(यदि सिंचाई जल के घुलनशील लवणों की अधिकता फसल के जड़ क्षेत्र में जमा हो जाती है, तो फसल को पर्याप्त जल निकालने में कठिनाई होती है।)
- Root growth is also suppressed; increasing the difficulty of water uptake.
(जड़ की वृद्धि भी दब जाती है; जल संग्रहण की कठिनाई बढ़ जाती है।)
- Salinity stress in plants is often called physiological drought.
(पौधों में लवणता के तनाव को अक्सर कार्यिकीय सूखा कहा जाता है।)
- Due to reduced uptake of water and other effects, yields are reduced.
(जल अवशोषण कम होने तथा अन्य प्रभावों के कारण पैदावार कम हो जाती है।)
- The reduction in yield due to salinity is more in warm climate than cool climate.
(लवणता के कारण उपज में कमी ठंडी जलवायु की तुलना में गर्म जलवायु में अधिक होती है।)
2. Soil permeability (मृदा पारगम्यता):-
- Soil permeability is reduced due to the deflocculation effect of sodium.
(सोडियम के विक्षेपण प्रभाव के कारण मृदा की पारगम्यता कम हो जाती है।)
- If permeability is reduced, infiltration of water into and through the soil is reduced.
(यदि पारगम्यता कम हो जाती है, तो मृदा में और उसके माध्यम से जल का प्रवेश कम हो जाता है।)
- Adequate root penetration is inhibited due to the presence of impermeable soil layer caused by CaCO3 and high exchange Na %.
(CaCO3 और उच्च विनिमय Na% के कारण अभेद्य मृदा की परत की उपस्थिति के कारण पर्याप्त जड़ प्रवेश बाधित होता है।)
- Crusting of seed bed, Water logging, reduced oxygen and nutrient supply to the crops are the problems due to high sodium content relative of Ca & Mg.
(बीजों की क्यारी में परत जमना, जल भराव, फसलों को ऑक्सीजन और पोषक तत्वों की आपूर्ति में कमी, Ca और Mg के सापेक्ष उच्च सोडियम सामग्री के कारण होने वाली समस्याएं हैं।)
3. Toxicity Symptoms (विषाक्तता के लक्षण):-
- More uptake of B, Cl, Na, sulphate and bicarbonate by plant creates toxicity problems.
(पौधे द्वारा B, Cl, Na, सल्फेट और बाइकार्बोनेट का अधिक अवशोषण विषाक्तता की समस्या पैदा करता है।)
- Vegetative growth decrease as osmotic pressure of the soil solution increases.
(मृदा विलयन का परासरण दाब बढ़ने से कायिक वृद्धि में कमी आती है।)
- Reduction in growth takes place even without any external toxic symptoms.
(बिना किसी बाहरी विषाक्तता लक्षण के भी वृद्धि में कमी आती है।)
- Increase in salinity, salt injury appears.
(लवणता में वृद्धि, लवण द्वारा क्षति दिखाई देती है।)
- Thick cuticle, waxy bloom and deep blue-green colour of leaves.
(मोटी उपत्वचा, मोमी पुष्पन और पत्तियों का गहरा नीला-हरा रंग।)
- At high salt levels, leaf burn appears in barley, sorghum and field beans.
(उच्च लवण स्तर पर, जौ, ज्वार और फील्ड बीन्स में पत्ती जल जाती है।)
4. Anatomical and Physiological Effects (शारीरिक और कार्यिकीय प्रभाव):-
- Salinity reduces cell division, cell enlargement and protein synthesis. 
(लवणता कोशिका विभाजन, कोशिका आकार वृद्धि और प्रोटीन संश्लेषण को कम करती है।)
- It affects the structure and integrity of plant membranes and causes mitochondria and chloroplast to swell. 
(यह पादप झिल्लियों की संरचना और अखंडता को प्रभावित करता है और माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट में सूजन का कारण बनता है।)
- Sodium and chloride at toxic levels disrupt the structure of the protein molecules.
(विषाक्त स्तर पर सोडियम और क्लोराइड प्रोटीन अणुओं की संरचना को बाधित करते हैं।)
- High chloride content hinders the development of xylem tissue.
(उच्च क्लोराइड सामग्री जाइलम ऊतक के विकास में बाधा डालती है।)
5. Nutritional Effects (पोषण संबंधी प्रभाव):-
- Higher level of certain ions affect the absorption of other nutrient elements.
(कुछ आयनों का उच्च स्तर अन्य पोषक तत्वों के अवशोषण को प्रभावित करता है।)
- High concentration of sulphate reduces the uptake of calcium enhances the uptake of sodium. 
(सल्फेट की उच्च सांद्रता कैल्शियम के अवशोषण को कम कर देती है और सोडियम के अवशोषण को बढ़ा देती है।)
- This process causes high level of sodium in plants, thus causing sodium toxicity.
(यह प्रक्रिया पौधों में सोडियम के उच्च स्तर का कारण बनती है, जिससे सोडियम विषाक्तता पैदा होती है।)
- High concentration of Ca reduces the uptake of K.
(Ca की उच्च सांद्रता K के ग्रहण को कम कर देती है।)
- High concentration of Mg induces Ca deficiency.
(Mg की उच्च सांद्रता Ca की कमी उत्पन्न करती है।)
 6. Soil Microorganisms (मृदा सूक्ष्मजीव):-
- NO2 & NO3 producing bacteria sensitive to high salt concentration than NH4 producing bacteria.
(NO2 और NO3 उत्पादक बैक्टीरिया NH4 उत्पादक बैक्टीरिया की तुलना में उच्च लवण सांद्रता के प्रति संवेदनशील होते हैं।)
- Azotobacter is resistant to salt concentration.
(एज़ोटोबैक्टर लवण सांद्रता के प्रति प्रतिरोधी होता है।)
7. Other effects (अन्य प्रभाव):-
- Excessive vegetative growth, lodging, delayed crop maturity result due to excessive nitrogen in water.
(जल में नाइट्रोजन की अधिकता के कारण अत्यधिक कायिक वृद्धि, जल भराव, देरी से फसल पकने की समस्या होती है।)
- White and black deposit on soil due to high salt content and sodium and leaf burn due to using poor quality irrigation water in sprinkler irrigation are some of the problems.
(उच्च लवण सामग्री के कारण मृदा पर सफेद और काला जमाव और स्प्रिंकलर सिंचाई में खराब गुणवत्ता वाले सिंचाई जल का उपयोग करने के कारण सोडियम और पत्तियों का जलना कुछ समस्याएं हैं।)
- Tilth of the soil will be poor due to high exchangeable sodium percentage.
(उच्च विनिमय सोडियम प्रतिशत के कारण मृदा की जुताई ख़राब होती है।)
- Exchgeable Na tends to make moist soil impermeable to air and water & on drying soil becomes hard and difficult to work.
(विनिमय Na नम मिट्टी को हवा और जल के लिए अभेद्य बना देता है और सूखने पर मिट्टी कठोर हो जाती है और काम करना मुश्किल हो जाता है।)
- The dense crusts formed interfere with germination and emergence of seedlings.
(गठित घनी परतें अंकुरण और अंकुरों के उभरने में बाधा डालती हैं।)
- Soluble carbonates are in water applied to soil in absence of Ca and Mg in soil, soil becomes alkaline & unfavorable.
(मिट्टी में Ca और Mg की अनुपस्थिति में मिट्टी में घुलनशील कार्बोनेट जल में होते हैं, जिससे मिट्टी क्षारीय और प्रतिकूल हो जाती है।)
- Na2CO3 in irrigation water is toxic to plants.
(सिंचाई जल में Na2CO3 पौधों के लिए विषैला होता है।)