ظهور همه تمدن ها ارتباط مستقیمی با شیوه های خوب کشاورزی دارد و آبیاری همیشه مهمترین اصل در افزایش تولید مواد غذایی بوده است. به طور متوسط، عملکرد محصول آبیاری شده، ۲٫۳ برابر بیشتر از عملکرد دیم است و برای تغذیه جمعیت در حال رشد جهان به طور مداوم نیاز به تغییر سیستم های آبیاری خواهد بود. آبیاری زیرسطحی نیز یکی از موارد آبیاری می باشد. با ما همراه باشید تا در ادامه در مورد این مطلب اطلاعات مفیدی به دست آورید.
ما به سرعت در حال رفتن به جهانی هستیم که در آن کمبود آب یک امر عادی است و در آن کشاورزی ۷۰ درصد از آب شیرین موجود در کره خاکی را مصرف می کند. این بدان معناست که ما به عنوان کشاورزان و باغداران وظیفه داریم از آب به درستی استفاده کنیم و روش های آبیاری را توسعه دهیم و تأثیرات زیست محیطی را با منابع آبی که استفاده می کنیم کاهش دهیم. از دهه ۱۹۶۰، جمعیت جهانی دو برابر شده اما مصرف آب برای کشاورزی سه برابر شده است. این مسئله بار سنگینی بر سفره های زیرزمینی، تالاب ها و رودخانه های سراسر کره زمین ایجاد کرده است.
کشاورزان بیشتر از آب باران به آب آبیاری استخراج شده از سفره های زیرزمینی که سریعتر تخلیه می شوند وابسته هستند. در این مرحله، کشاورزان مجبور به حفر چاه های عمیق تر و نصب پمپ های قوی تر هستند که به انرژی بیشتری نیاز دارند تا آب مورد نیاز را به سطح زمین برسانند.
بسیار مهم است که ما روش های آبیاری را توسعه دهیم که آب را هوشمندانه استفاده کنیم و متناسب با اکوسیستم های طبیعی پیش برویم. برداشت آب باران، کم مصرف ترین منبع آبی است که ما داریم و اقدامات خوب در این زمینه برای آبیاری در آینده کلید خواهد خورد.
چهار نوع آبیاری وجود دارد که عبارتند از:
- غرقابی
- آبیاری قطره
- بارانی
- زیر سطحی
اگرچه هرکدام مزایا و معایب خود را دارند، ما فقط در این مقاله در مورد آبیاری زیرسطحی صحبت می کنیم. همچنین آبیاری زیرسطحی سفالی و آبیاری زیرسطحی کم فشار را هم مورد بررسی قرار می دهیم.
تعریف آبیاری زیرسطحی
آبیاری قطره ای زیر سطحی یک سیستم آبیاری کم فشار و با راندمان بالا است که از لوله های قطره ای یا نوار قطره ای برای رفع نیاز آب محصول استفاده می شود. سیستم آبیاری زیر سطحی برای مناطق خشک، نیمه خشک، گرم و بادخیز که دارای تأمین آب محدودی هستند، به ویژه در خاک های شنی مناسب است.
آبیاری زیر سطحی با از بین بردن تبخیر آب سطحی و کاهش بروز علف های هرز و بیماری ها، باعث صرفه جویی در مصرف آب و بهبود عملکرد می شود.
یک سیستم قطره ای زیر سطحی ممکن است نیاز به سرمایه گذاری اولیه بیشتری نسبت به بقیه سیستم های آبیاری داشته باشد. همچنین هزینه آن به دلیل وجود منبع آب، کیفیت بالای آب، نیاز به فیلتراسیون، مشخصات خاک و درجه اتوماسیون مورد نظر، متفاوت خواهد بود.
از مهمترین مزایای آبیاری زیرسطحی عبارتند از:
• از آنجا که آب در زیر سطح خاک اعمال می شود، در هنگام استفاده از آبیاری زیر سطحی، اثر ویژگی های آبیاری زیرسطحی ، مانند اشباع آب و ایجاد رواناب سطحی و فرسایش خاک، از بین می رود.
• با استفاده از این سیستم، آبیاری بسیار یکنواخت و کارآمد انجام خواهد شد. خیس شدن در اطراف لوله اتفاق می افتد و آب معمولاً از همه جهات خارج می شود.
• آب مستقیماً به ناحیه ریشه محصول و نه به سطح خاك كه بیشتر دانه های علف های هرز بعد از كشت جوانه می زنند، وارد می شود. در نتیجه، جوانه زنی بذور علف های هرز هر سال، بسیار کاهش می یابد که باعث کاهش فشار علف های هرز روی محصولات می شود.
• علاوه بر این، برخی از محصولات ممکن است از گرمای اضافی تأمین شده توسط شرایط سطح خشک بهره مند شوند.
• همچنین آب به اندازه کافی به ریشه می رسد و تولید افزایش پیدا می کند.
• هنگامی که تزریق کود به درستی مدیریت شود، بازده مصرف آب و کود افزایش می یابد و نیاز به نیروی کار، کاهش می یابد. عملیات مزرعه ای حتی اگر آبیاری انجام شود نیز امکان پذیر است.
آبیاری زیر سطحی به آب اجازه می دهد تا در اعماق خاک قرار گیرد و مانند آبیاری قطره ای، کل خاک را – نه فقط یک منطقه کوچک که بطور مستقیم در زیر گیاهان قرار دارد- آبرسانی می کند. در کشاورزی ما اساساً با خاک و زیست شناسی خاک کار می کنیم و این باکتری ها و قارچی ها و میکروارگانیسم های خاکزی هستند که گیاهان را تغذیه می کند.
علاوه بر این، با خیساندن عمیق تر خاک، تبخیر آب سطحی کمتری وجود دارد. اما نمک ها را در سطح متمرکز می کند، که این یک مشکل مهم در مناطقی است که در اثر بارندگی های طبیعی، شستشوی کافی، این نمک ها را تجربه نمی کند. این امر اغلب در خاک های آب و هوای خشک اتفاق می افتد و همچنین یک مشکل مشترک برای گلخانه ها است. زیرا آن ها پوشیده شده اند و بارش جوی را دریافت نمی کنند.
آبیاری زیرسطحی و محصولات زراعی
اگرچه می توان تقریباً برای تمام محصولات در طیف وسیعی از سیستم آبیاری زیرسطحی استفاده کرد، ولی بخاطر هزینه های بالایی که دارد، بیشتر برای محصولات گیاهی با ارزش بالا استفاده می شود. هنگامی که از آبیاری زیر سطحی همراه با مالچ های پلاستیکی استفاده می شود، عملکرد این محصولات بیشتر می شود.
این یک سیستم پرهزینه است که نیاز به طراحی و نگهداری تخصصی دارد. اما یک روش بسیار موثر است که آب را مستقیم به ریشه ها منتقل می کند و مخصوصاً برای مکان های خشک و باد خیز مناسب است. قبل از ورود به لوله های توزیع، آب فیلتر می شود تا خطر گرفتگی را به حداقل برساند. سیستم باید طوری طراحی شود که بتوان به طور دوره ای تمام لوله ها را شستشو داد. از آنجا که نیاز به نگهداری بالا و طراحی تخصصی دارد، سیستم های آبیاری قطره ای زیر سطحی برای تولید در مقیاس بزرگ مناسب ترند.
خاک هایی که میزان نفوذ آن ها کم است، چالشی برای آبیاری زیر سطحی است و لازم است فاصله لوله های قطره ای برای خاک های شیب دار از نوع رس تنظیم شود. جدا از عمق، فاصله لوله های قطره ای بر سلامت محصول نیز تأثیر می گذارد. همچنین برای بهینه سازی زمان بندی آبیاری با آبیاری زیر سطحی، دانستن ویژگی های نوع خاک برای محصول مهم است.
مزایای آبیاری زیر سطحی
• مدیریت و کنترل تمامی بخش ها و آبیاری یکنواخت در تمام قسمت های زمین
• تبخیر کاهش می یابد.
• مقدار آب را می توان دقیق تنظیم کرد. با این کار از اتلاف آب ناشی از خالی شدن یا تبخیر جلوگیری می شود.
• آبیاری مکرر باعث می شود رطوبت در منطقه ریشه همیشه وجود داشته باشد.
• عملکرد عالی در مکان های بادی و خشک دارد.
• اگر از پساب تصفیه شده برای آبیاری استفاده شود، خطر تماس مستقیم با محصولات و کارگران کاهش می یابد.
• لوله های آبیاری زیر سطح را می توان به طور نیمه دائمی نصب کرد و بیشتر هزینه تعویض سالانه را حذف می کند.
معایب آبیاری زیر سطحی
• خطر گرفتگی لوله ها و نازل ها
• هنگامی که از آب شور استفاده می شود، نمک ها در سطح خاک نجمع پیدا می کنند.
• نازل ها ممکن است توسط ریشه گیاهان آسیب ببینند یا مسدود شوند.
• لجن های باکتریایی و جلبک هایی که در دیواره های داخلی لوله های جانبی و نازل ها رشد می کنند همراه با ذرات رس در آب، می توانند باعث گرفتگی و مانع از خروج آب شوند.
• مواد آلی معلق و ذرات رس می توانند به سیستم، آسیب برسانند.
• ممکن است لوله ها توسط جوندگان جویده شوند که هزینه های تعمیرات و تعویض لوله ها را افزایش می دهد.
• عبور و مرور ماشین آلات سنگین می توانند به لوله ها آسیب برسانند.
اصول اساسی طراحی سیستم آبیاری زیر سطحی
آبیاری قطره ای زیر سطحی به طور کلی یک فناوری پیشرفته است که به طور خودکار عمل می کند و برای تولید در مقیاس متوسط و بزرگ اعمال می شود. سیستم آبیاری قطره ای زیر سطحی طرحی مشابه سیستم آبیاری قطره ای معمول دارد. طرح منظم سیستم شامل، حوضچه ته نشینی (در صورت امکان)، واحد پمپاژ، شیر کنترل فشار، شیر کنترل یا شیرهای جلوگیری از جریان برگشتی، جداکننده هیدروسیکلون (در صورت غیر ممکن بودن حوضچه ته نشینی)، واحد تزریق مواد شیمیایی / کود و مواد مغذی مورد نیاز، واحد فیلتراسیون مجهز به دریچه های شستشو، تنظیم کننده های فشار، دریچه های تهویه هوا و لوله های PVC که آب را به محصول می رسانند.
لوله گذاری ۱۰ تا ۶۰ سانتی متر زیر زمین است که بستگی به محصول و خاک دارد (عمق ریشه و بافت خاک). در صورتی که جریان ورودی به درستی تصفیه نشده باشد، خطر گرفتگی بیشتر است. بنابراین، تصفیه آب با یک سیستم فیلتراسیون لازم است.
عملیات و نگهداری سیستم در آبیاری زیرسطحی
عملکرد و عمر هر سیستم به طراحی، عملکرد و نگهداری آن بستگی دارد. یا باید به طور خودکار کنترل شود یا به طور منظم مورد بازرسی قرار گیرد. تعمیر لوله های دفن شده دشوار، دست و پا گیر، وقت گیر و هزینه بر است. برای جلوگیری از جویدن لوله ها توسط جوندگان، اقدامات احتیاطی باید انجام شود. اجزای مکانیکی مانند پمپ ها، شیرها و فیلترها باید نگهداری شوند و مرتباً بررسی و تمیز شوند.
سیستم فیلتر تاسیسات آبیاری قطره ای زیر سطحی در مقیاس بزرگ پیچیده است و عملکرد مناسب آن برای کل سیستم بسیار مهم است. نگهداری از سه فیلتر اصلی سیستم (این شامل جداکننده های گریز از مرکز، فیلترهای صفحه و دیسک و همچنین فیلترهای شن و ماسه است) باید با دقت انجام شود. سیستم ها باید به گونه ای طراحی شوند که بتوانند خطوط اصلی، زیرشاخه ها و لوله های جانبی را شستشو دهند. خطوط اصلی، زیرشاخه ها با یک سوپاپ نصب شده در انتهای هر خط، شستشو می شوند. خطوط جانبی را می توان به صورت دستی یا خودکار شستشو داد. شستشوی خطوط حداقل هر ۲ هفته یکبار در طول فصل رشد بسیار مهم است.
جنبه های سلامتی راه اندازی سیستم در آبیاری زیرسطحی
اگر از پساب هایی که به درستی تصفیه نشده اند (یعنی عدم کاهش پاتوژن ها و عوامل بیماری زا) برای آبیاری استفاده شود، خطرات سلامتی ممکن است بوجود آید. تصفیه مناسب باید قبل از هرگونه سیستم آبیاری انجام شود تا خطرات سلامتی برای افرادی که در تماس با آب هستند و محصولات، کاهش پیدا کند. با این حال خطرات بهداشتی ناشی از آبیاری قطره ای زیر سطحی بطور قابل توجهی کاهش می یابد. زیرا آب آبیاری به منطقه ریشه تخلیه می شود و بنابراین از تماس مستقیم با محصولات و کارگران جلوگیری می شود.
قابل اجرا بودن آبیاری زیرسطحی
سیستم های آبیاری قطره ای زیرسطحی سیستم های آبیاری بسیار کارآمدی هستند که مقادیر دقیق آب را مستقیماً به منطقه ریشه وارد می کنند و از اتلاف آب در اثر تبخیر و سایر اثرات منفی آبیاری سطحی جلوگیری می کنند. این امر به ویژه برای مناطق خشک، نیمه خشک، گرم و بادی که دارای منبع آب محدود هستند، مناسب است. با این حال، از آنجا که این سیستم نسبتاً پیچیده و به احتمال زیاد خودکار است، برای تولید در مقیاس متوسط تا بزرگ مناسب تر است.
آبیاری زیرسطحی سفالی
آبیاری زیرسطحی سفالی در واقع ترکیب دو روش آبیاری کوزه ای و زیر سطحی است که روش جدیدی در آبیاری می باشد و از آبیاری قطره ای به صرفه تر است. در این روش از لوله های سفالی با جداره تراوا و تخلخل های متفاوت از ۱۰ تا ۴۰ درصد استفاده می کنند. این لوله ها را بصورت خط لوله موازی با عمق و فاصله مناسب یا بصورت عمودی در محیط ریشه قرار می دهند. آب مورد نیاز گیاه بدون تبخیر سطحی و با حرکت ثقلی به سمت پایین حرکت می کند.
در صورتی که این سیستم بصورت درست طراحی و اجرا شود، با باز کردن شیر آب، با استفاده از اختلاف سطح آب در شبکه های زیرزمینی جریان پیدا می کند و در کل سیستم توزیع می شود. نصب و اجرای سیستم آبیاری زیرسطحی سفالی مانند آبیاری قطره ای زیرسطحی است. با این تفاوت که بجای قطره چکان ها از قطعه سفالی استفاده می شود. ولی بر خلاف آبیاری قطره ای زیر سطحی، نیازی به ایستگاه کنترل مرکزی نیست. به عبارت دیگر تجهیزاتی مانند پمپ، الکتروموتور، سیلیکون، سیستم فیلتراسیون که هزینه بالایی دارند، نیازی نیست.
از مزایای آن می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• هزینه کمتر نسب به آبیاری قطره ای زیرسطحی
• افزایش راندمان آب آبیاری و کاهش قابل ملاحظه مصرف آب در زراعت و باغات
• افزایش عملکرد محصول
• امکان کشت دو محصول در یک سال زراعی در برخی اقلیم های سرد به دلیل کوتاهتر شدن فصل رشد
اجزای تشکیل دهنده سیستم آبیاری زیرسطحی
منبع آب: هر سیستم آبیاری با یک منبع آب شروع می شود، از آنجا آب از طریق یک لوله به ایستگاه پمپاژ منتقل می شود و یک پمپ باعث ایجاد فشار در سیستم و به حرکت در آمدن آب می شود.
فیلتراسیون: سیستم فیلتراسیون مهمترین بخش آبیاری، باعث می شود که آب آبیاری از کیفیت مناسبی برخوردار شود و عاری از هرگونه آلودگی باشد. انتخاب نوع سیستم فیلتراسیون به فاکتورهایی همچون، میزان خلوص آب، قطر مجاری آب در قطره چکان ها و فشار آب در سیستم بستگی دارد. در صروت فیلتر نشدن آب، قطره چکان ها مسدود و سیستم آبیاری دچار اختلال می شود.
لوله ها: لوله های واسط بین بخش های مختلف سیستم و عامل انتقال آب از منبع به قطره چکان ها هستند.
فشارسنج: با نصب فشارسنج می توان عملکرد سیستم آبیاری را تحت کنترل قرار داد و از گرفتگی یا نشتی لوله ها و قطره چکان ها و اختلال در بخش های مختلف سیستم مطلع شد.
دبی سنج: جهت کنترل حجم آب از دبی سنج استفاده می شود. با کمک دبی سنج می توان از گرفتگی قطره چکان ها و سوراخ شدن یا مشکل در لوله های آبیاری اطلاع پیدا کرد.
شیرهای آب: با استفاده از شیرهای آب می توان جریان آب را قطع و وصل کرد. معمولاً بصورت دستی انجام می شود.
شیر تخلیه هوا: جهت جلوگیری از مکش ذرات خاک به داخل قطره چکان ها در زمان خاموشی سیستم، از شیرهای تخلیه هوا استفاده می شود. این شیرها در نقاط مرتفع و آخر لوله های فرعی نصب می شوند.
خط تخلیه: در انتهای هر بلوک یک سیستم شستشو متصل می شود که مسئول شستشوی رسوبات باقیمانده در لوله های فرعی می شود.
سیستم کوددهی: مواد مغذی گیاهان را تأمین می کند و روند آبیاری را مدیریت می کند.
قطره چکان ها: یکی دیگر از بخش های اصلی سیستم آبیاری قطره ای و آخرین بخش آن، قطره چکان ها هستند که آب را به محیط ریشه گیاه می رساند.
مراحل راه اندازی سیستم آبیاری تحت فشار
• پس از نصب کامل، سیستم از منبع آب تا قطره چکان ها، آماده بهره برداری است.
• وقتی پمپ روشن شد، آب را از طریق فیلتر مکش در مخزن به داخل لوله کشیده می شود.
• پمپ انرژی لازم را برای آب فراهم می کند تا عملکرد مناسب سیستم را فراهم کند.
• سیستم فیلتراسیون ذرات و آلودگی ها را مسدود می کند و عملکرد موثر و طولانی مدت را ارتقا می دهد.
• پمپ کود مقادیر دقیق مواد مغذی مورد نیاز برای تأمین نیازهای خاص گیاه را در هر مرحله از رشد فراهم می کند.
• شیر کنترل روی خط اصلی هنگام حرکت در پایین دست به سمت بخش های اصلی، فشار آب را تنظیم می کند.
• دریچه، فشار مورد نیاز را حفظ می کند و اطمینان حاصل می کند که هر بخش مقدار آب کافی را دریافت می کند.
• شیر ثانویه مطابق با طرح آبیاری روشن می شود.
• آب را در سراسر میدان به خطوط قطره ای از پیش نصب شده منتقل می کند.
• در سیستم قطره ای جریان کارآمد و یکنواختی تولید می شود و مقدار مساوی آب به هر گیاه می رسانند.
• نهال های زراعی با پشتیبانی از آبیاری موثر می توانند در معرض نور قرار گیرند و به گیاهان قوی و سالم تبدیل شوند.
نتیجه گیری
آب آبیاری می تواند از طریق آب های زیرزمینی، چشمه ها یا چاه ها، آب های سطحی، رودخانه ها، دریاچه ها یا مخازن و یا حتی منابع دیگر مانند فاضلاب تصفیه شده یا آب شیرین کن، تأمین شود. در نتیجه، بسیار مهم است که کشاورزان از منبع آب کشاورزی خود محافظت کنند تا احتمال آلودگی را به حداقل برسانند. همچنین برای صرفه جویی در مصرف آب، از سیستم آبیاری مناسبی استفاده کنند و از هدروری آب جلوگیری کنند. علاوه بر این، استفاده کنندگان از آب آبیاری باید مراقب باشند که آب زیرزمینی را با سرعت بیشتر شارژ مجدد، خارج نکنند.
کلمات کلیدی: آبیاری زیرسطحی، آبیاری زیرسطحی کم فشار، آبیاری زیرسطحی سفالی