Van rivier tot wortelsone en terug: waterkwaliteit onder die loep

Met elke millimeter besproeiingswater wat op ’n land toegedien word, word opgeloste soute en ander chemiese bestanddele ook aangevoer. Om die geskiktheid van besproeiingswater te beoor-
deel, is dit daarom nie voldoende om bloot na die chemiese samestelling van die water te kyk nie. Die belangrike vraag is eerder: Watter risiko hou ’n bepaalde waterkwaliteit vir die grond, die gewas en die besproeiingstelsel in?

Dit is juis die benadering wat in die Suid-Afrikaanse risikogeba-
seerde riglyne vir besproeiingswaterkwaliteit gevolg word (Du Plessis et al., 2017a, 2017b). Die riglyne klassifiseer water nie bloot as “goed” of “sleg” nie, maar beoordeel die moontlike impak daarvan op die grond, gewas en besproeiings-toerusting. Faktore soos grond, klimaat, gewas en besproeiingsbestuur word ook in ag geneem.

Hierdie riglyne, saam met ’n langtermyn-water­chemiedatastel van Suid-Afrikaanse riviere wat die tyd^­perk 1972 tot 2011 dek (Huizenga et al., 2013), vorm die basis van hierdie artikel. Die datastel bevat meer as 500 000 volledige waterontledings vanaf meer as 2 000 moniteringstasies. Dit bied ’n unieke geleent­heid om ’n Suid-Afrikaanse waterkwaliteitsverhaal te vertel: van die rivier, deur die besproeiingstelsel en grond tot by die gewas – en uiteindelik weer terug na die waterbron.

Natrium vertel net ’n deel van die storie
’n Tipiese waterontleding sluit die konsentrasies (mg/L) van opgeloste ione soos natrium (Na), kalsium (Ca), magnesium (Mg), ka­lium (K), chloried (Cl) en sulfaat (SO₄) in. Wanneer daar volop natrium relatief tot kalsium en magnesium in die water is, kan kleideeltjies van mekaar loskom en versprei. Dit kan grondstruktuur verswak en dit moeiliker maak vir water om in en deur die grond te beweeg. Hierdie risiko word onder meer met die natriumadsorpsieverhouding (sodium adsorption ratio of SAR) beskryf.

Figuur 1 toon die langtermynmediaan-SAR by gekose moniteringspunte in agt belang-
rike Suid-Afrikaanse besproeiingsriviere. Die ingeslote vioolgrafieke toon hoe die individuele me­tings versprei is en gee dus ’n aandui­ding van hoeveel SAR binne elke rivierstelsel varieer. By die meeste moniteringspunte val die grootste deel van die SAR-waarnemings tussen 0 en 5. Die Groot-Visrivier staan egter uit deurdat hoër waardes by sommige punte en op sekere tye voorkom.

Wat beteken “mediaan”?
Die mediaan is die middelste waarde wanneer al die waarnemings van laag na hoog gerangskik word: Die helfte lê laer en die helfte hoër. Enkele baie hoë of lae uitskiet-
waardes beïnvloed die mediaan minder as die rekenkundige gemiddelde. Dit is daarom ’n nuttige aanduiding van die tipiese toestand in ’n langtermynrivierdatastel.

Op grond van SAR alleen dui die resultate nie op ’n uitgesproke natriumgevaar by die meeste van die gekose moniteringspunte nie. Dit beteken egter nie dat infiltrasiepro-
bleme uitgesluit kan word nie. Die Suid-Afrikaanse risikogebaseerde riglyne beklemtoon dat die invloed van natrium op grondstruktuur en waterbeweging nie uit SAR alleen beoordeel kan word nie. SAR moet saam met die elektriese geleidingsvermoë van die besproeiingswater en die eienskappe van die grond geïnterpreteer word.

Van SAR na soutgehalte
Dit bring ons by ’n tweede belangrike maatstaf van waterkwaliteit: die elektriese gelei-dingsvermoë (electrical conductivity of EC). Opgeloste ione gelei elektrisiteit. EC bied daarom ’n vinnige en praktiese aanduiding van die hoeveelheid opgeloste soute in water.

Figuur 2 toon die langtermynmediaan-EC by die gekose moniteringspunte in dieselfde agt rivierstelsels. Die kleiner vioolgrafieke wys weer hoe wyd die individuele metings versprei is. Die verskille tussen riviere is opvallend, maar net so belangrik is die variasie binne dieselfde rivier. Die Groot-Vis- en Rietrivier toon byvoorbeeld relatief hoë en wyd verspreide EC-waardes, terwyl die Oranje-, Breë- en Pongolarivier oorwegend laer waardes toon.

Praktiese boodskap
Daar bestaan nie noodwendig een EC vir die Vaalrivier of een EC vir die Oranjerivier nie. Waar die water onttrek word, ver­anderinge in rivierafvoer, sytakke, verdamping en water wat stroomop na die rivier terugvloei, kan alles die waterkwaliteit beïnvloed.

Van soutlas (EC_i) na grondsoutgehalte (ECe)
EC kan ook gebruik word om die hoeveelheid totale opgeloste soute (TDS, total dissolved solids) in water te beraam. Die presiese verhouding tussen EC en TDS hang van die samestelling van die opgeloste ione af, maar ’n benaderde omskakeling help om ’n abstrakte EC-waarde in ’n meer praktiese soutlas te vertaal: Hoeveel sout word werklik op ’n hektaar aangevoer?

Wanneer groot volumes jaar ná jaar toegedien word, kan selfs water met ’n betreklik lae EC ’n aansienlike hoeveelheid sout op ’n land aanvoer.

Van EC na soutlas
Vir ’n benaderde omskakelingsfaktor van 0,0075 kg/m³ per mS/m:

1 000 mm besproeiing = 10 000 m³ water/ha

Oranjerivier: mediaan EC_i = 21 mS/m → TDS ≈ 0,158 kg/m³ → soutaanvoer ≈ 1,58 ton/ha/jaar.

Vaalrivier: mediaan EC_i = 65 mS/m → TDS ≈ 0,488 kg/m³ → soutaanvoer ≈ 4,88 ton/ha/jaar.

Nie al hierdie sout bly noodwendig in die wortelsone agter nie. Die voorbeeld wys egter hoeveel sout saam met groot volu­mes besproeiingswater aangevoer kan word.

Die EC van die water wat vir besproeiing toegedien word, word hier as EC_i beskryf. Dit is die waterkwaliteit waarmee die produsente begin. ECe beteken iets anders – dit is die elektriese geleidingsvermoë van die versadigde grondekstrak en word gebruik om die soutgehalte van die grond te beskryf. Die onderskeid is belangrik: EC_i vertel wat saam met die besproeiingswater op die land aankom; ECe vertel watter souttoestand uiteindelik in die wortelsone ontwikkel.

Plante neem hoofsaaklik water op en verdamping verwyder water, terwyl die meeste opgeloste soute agterbly. Die soute raak gevolglik meer gekonsentreerd in die wortel-
sone en ECe is daarom onder besproeiing dikwels hoër as EC_i. Daar bestaan egter nie ’n vaste verhouding tussen die twee nie. Reënval, grondtipe, dreine­ring, loging, gewas-
watergebruik en besproeiingsbestuur bepaal saam watter ECe uiteindelik ontwikkel. Dit is juis waarom die risikogebaseerde riglyne na die hele grond-water-gewasstelsel kyk eerder as om een EC_i-grens vir alle toestande te gebruik.

Wanneer begin die gewas dit voel?
Gewasse verskil aansienlik in hul vermoë om sout in die wortelsone te verdra. ’n ECe-drempel is die grondsoutgehalte waarbo opbrengs begin afneem. Hierdie waardes moet dus nie direk met die rivier se EC_i vergelyk word nie.

Die verskil tussen gewasse is groot. ECe-drempelwaardes is ongeveer 100 mS/m vir bone, 170 mS/m vir mielies en 600 mS/m vir ko­ring. Bone is dus relatief soutgevoelig, mielies het ’n middelmatige verdraagsaamheid en koring kan aansienlik meer sout verdra.

’n Drempel beteken nie dat die gewas skielik bokant daardie waarde misluk nie. Dit is eerder die punt waar opbrengs begin afneem. Hoe vinnig die opbrengs daarna daal, verskil ook tussen gewasse. Die waardes is dus nuttige riglyne en nie vaste grens-
waardes wat op elke plaas presies dieselfde geld nie.

Die kernboodskap is eenvoudig: Dieselfde rivierwater kan ’n gro­ter risiko vir bone as vir koring inhou, en dieselfde water kan op twee verskillende gronde tot verskillende soutvlakke in die wortelsone lei.

En blaarskroei en toerusting?
Sout in die wortelsone is nie die enigste moontlike probleem nie. Met sprinkelbe-
sproeiing kan natrium en chloried byvoorbeeld op die blare beland en by sensitiewe gewasse blaarskroei veroorsaak. Die risikogebaseerde riglyne beoordeel hierdie risiko afsonderlik.

Waterchemie kan ook die besproeiingstelsel beïnvloed. Mine­raalneerslae kan in pype en toerusting vorm, terwyl korrosie en die verstopping van druppers ook probleme kan veroorsaak.

Hierdie onderwerpe verdien ’n bespreking op hul eie. Vir hierdie artikel is die belangrike punt dat EC en SAR nuttige maatstawwe is, maar nie die volledige prentjie van water-
kwaliteit gee nie.

Sout verdwyn nie
Om soutophoping in die wortelsone te beperk, moet genoeg water deur die grondpro-
fiel beweeg om soute tot onder die aktiewe wortelsone uit te loog. Die sout verdwyn egter nie. Dit beweeg dieper in die grond in, kan natuurlike soute wat reeds in die grond en ondergrond voorkom mobiliseer, en word deur dreineringswater en grondwater verder deur die landskap vervoer. Uiteindelik kan dit weer in riviere en ander oppervlakwater beland.

Figuur 3 wys hierdie proses: besproeiingswater bring sout na die land; verdamping en plantwatergebruik laat ’n deel daarvan in die wortelsone agter; loging laat beweeg soute dieper; en dreine­rings- en grondwater kan sowel die uitgeloogde besproeiingsoute as natuur­like soute terug na riviersisteme vervoer.

Die besproeiingsprodusent sit dus met ’n moeilike balans: Te min loging laat sout in die wortelsone ophoop en verhoog die risiko vir grond en gewas; voldoende loging help om die wortelsone te beskerm, maar die sout wat verwyder word, verdwyn nie uit die land-
skap nie.

Hierdie probleem is soos dié van die spreekwoordelike padda in die braaipan: Om nie gebraai te word nie moet hy uitspring, maar as hy verkeerd spring, beland hy in die vuur. Die sprong moet dus net reg wees om albei gevare te vermy (Hillel, 2000).

Slotsom
Die belangrikste boodskap is dat die EC van die rivier slegs die begin van die waterkwa-liteitsverhaal is. Volhoubare besproeiing vereis dat water, grond, gewas én dreinering as een stelsel bestuur word: Wat kom met die water in? Wat hoop in die wortelsone op? Wat kan die gewas verdra? En waarheen gaan die sout nadat dit uitgeloog is?

Bronne

1. Huizenga, JM, Silberbauer, M, Dennis, R, Dennis, I. 2013. An inorganic water chemistry dataset (1972-2011) of rivers, dams and lakes in South Africa. Water SA, 39, 335-339.
2. Du Plessis, M, Annandale, J, Benadé, N, Van der Laan, M, Jooste, S, Du Preez, C, Barnard, J, Rodda, N, Dabrowski, J, Genthe, B & Nell, P. 2017a. Risk based, site-specific, irrigation water quality guidelines. Volume 1 – Description of decision support system. Water Research Commission Report TT 727/17, Pretoria, South Africa.
3. Du Plessis, M, Annandale, J, Benadé, N, Van der Laan, M, Jooste, S, Du Preez, C, Barnard, J, Rodda, N, Dabrowski, J, Genthe, B & Nell, P. 2017b. Risk based, site-specific, irrigation water quality guidelines. Volume 2 – Technical support. Water Research Commission Report TT 728/17, Pretoria, South Africa.
4. Hillel, D. 2000. Salinity management for sustainable irrigation. Integrating science, environment and economics. The World Bank, Washington DC, United States of America.