قابلیتها و کاربردهاي آبیاری قطره ای زیرسطحی

مقدمه

یکی از گزینه هاي قابل انتخاب براي افزایش تولیدات کشاورزي به ازاي مصرف هر واحد آب، استفاده از شیوه هاي جدید آبیاري مانند آبیاري قطره ای است. آبیاري قطره ای شـامل دو نـوع سـطحی و زیـرسـطحی اسـت. آبیـاري قطره ای زیرسـطحی، کاربرد آب در زیر سطح خاك از طریق گسیلندهها بـا دبـی مـشابه آبیـاري قطره ای است (تصویر 1 ) . راندمان کاربرد آن بیش از 90 درصد است و به این جهت یکی از روشهاي آبیاري با کارایی بـالا محـسوب مـیشـود. اسـتفاده از ایـن روش در سـال 1959 در کالیفرنیا و هاوایی شروع شد. در دهـه 60 مـیلادي چـون هنـوز لولـه هـاي جانبی دریپ به مرحله تولید صنعتی نرسیده بود، با ایجاد سوراخ یا برش در لوله هاي پلاستیکی، از آن به عنوان لوله هـاي جـانبی اسـتفاده مـیشـد. در ایـن دهـه بـه سـبب مزاحمت ریشه گیاه در اطراف قطره چکانها و گرفتگی آن، آبیاري قطره ای سطحی نسبت به نوع زیرسطحی آن توسعه و گسترش بیشتري یافت. در نیمـه دوم دهـه هـشتاد بـا تولید انبوه لوله هاي جانبی مناسب و یافته هاي امیدبخش پژوهشهـاي آبیـاري، تمایـل بـه استفاده از آبیاري زیرسطحی سرعت یافت. در دهه نود براي استفاده از پـساب در آبیـاري باریک برگان چمنی و مراتع به دلیل کمبود منـابع آب آبیـاري و مـسائل زیـست محیطـی، علاقــه و فعالیــت در هــر دو زمینــه پژوهــشی و تولیــد لــوازم و تجهیــزات تــداوم یافــت. به طوريکه در سال 1991 در چین 2500 هکتار و در سایر کشورها حدود 2300 هکتار از اراضی کشاورزي با روش قطره ای زیرسطحی آبیاري میشد.

بررســیهــا نــشان مــیدهــد در حــال حاضــر بــیش از156 هــزار هکتــار از اراضــی کشاورزي در ایالات متحده با روش زیرسطحی آبیاري میشود که این مقدار حـدود 0.6 درصد از اراضی فاریاب آن کشور را تشکیل میدهد. در آینده با افزایش رقابت بخشهاي مختلف صنایع و شهري در دستیابی به منـابع آب و مـصرف آن، مقـدارآب قابل دسترس براي بخش کشاورزي کاهش خواهد یافـت و پـیشبینـی مـیشـود تمایل به استفاده از روش آبیاري زیرسطحی نیز همچنان ادامه داشته باشد.

قابلیتهاي آبیاری قطره ای زیرسطحی

• در این روش چون تبخیر از سطح خاك، رواناب سطحی و فرونشت عمقی بسیار کــاهش یافتــه و یــا حــذف مــیشــود، بنــابراین کــارآیی کــاربرد آب در آن بــسیار بالا میباشد.
• با این روش میتوان یـک نوبـت آبیـاري بـراي مرحلـه جوانـه زنـی گیـاه در نظـر گرفت. همچنین به دلیل امکان استفاده از آب با حجم کم، براي آبیاريهـاي انتهـاي فصل رشد گیاه میتوان آن را به کاربرد.
• امکان استفاده از آبهاي با کیفیت پائین با حجم کم و در نوبتهاي بیشتر با این روش وجود دارد.
• کاربرد پساب به طریقه زیرسطحی موجب کاهش عوامل بیماريزا شده و انتقـال بیماري به انسانها و دامها کاهش می یابد.
• با کنترل نسبتاً دقیق آب و مواد غذایی میتوان یکنواختی توزیع این عناصر را در مزرعه به دست آورد.

کاشت و عملیات زراعی

• برخی از گیاهان نسبت به این روش واکنش مثبتی از خود نشان میدهند. آبیاری زیرسطحی موجب افزایش رشد، عملکرد و کیفیت برخی از محصولات میشود.
• با کـاربرد ایـن روش بـه دلیـل کـم شـدن میـزان رطوبـت کـانوپی گیـاه، شـدت بیماريها و قارچها کاهش مییابد.
• کارآیی استفاده از کود و آفتکش با آبیاري زیرسطحی افزایش مییابد.
• امکان استفاده از آبیاری قطره ای زیرسطحی براي کشتهاي متوالی وجـود دارد. چون پس از برداشت محصول و قبل از کاشت محصول دیگر، نیازي بـه جمـع آوري یا نصب مجدد اجزاء سامانه وجود ندارد.
• محدودیتهاي شرایط آب و هوایی مانند بادهاي شـدید، دماهـاي یـخبنـدان و… تأثیر کمی روي این سامانه دارند.
• میتوان نیاز کودي گیاه را در یک نوبت آبیاري حتی در صورت کم بـودن نیـاز آبی، با این سامانه برآورده نمود.

زیرساخت سامانه

با توجه به کاهش تراکم و سخت لایه شدن خاك ، کم شدن تغییرپـذیري توزیـع مجدد آب و مواد غذایی، مـیتـوان سـامانه را خودکـار نمـوده و بـا فـن پیـشرفتهاي، آبیاري را کنترل نمود.

1. در این روش فشار لازم براي استفاده از سامانه کـمتـر از آبیـاري بـارانی اسـت و کاربرد سامانه با فشار نسبتاً پائین موجب کاهش هزینه میشود.
2. در مقایسه با سامانه هاي آبیاري بارانی که بیشتر اجزاء آن فلزي و مکانیکی است، در این روش اجزاء سامانه پلاستیکی است و کمتـر در معـرض فرسـودگی و از بـین رفتگی قرار میگیرد.
3. سامانه آبیاری قطره ای زیرسطحی در مقایسه با سامانه آبیـاري عقربـه اي قابلیـت زیادي براي اندازه و شکل مزرعه دارد و در صورت قابـل دسـترس بـودن منبـع آب، استفاده از سامانه به سهولت صورت میگیرد.
4. در این روش، ضرورتی براي جمع آوري و نصب مجدد سامانه در زمان برداشـت محصول و کاشت محصول دیگر وجود ندارد.
5. اگر طراحی و مدیریت سامانه آبیاری قطره ای زیرسطحی به صورت مناسبی انجام شـــود، عمـــر اقتـــصادي آن زیـــاد مـــی شـــود، در ایـــن صـــورت هزینـــه هـــاي سرمایه گذاري سامانه در طول سالهاي استفاده از سامانه مستهلک شـده و اسـتفاده از آن در تولید محصولات باارزش اقتصادي کم نیز امکانپذیر میشود.

کاربردهاي آبیاری قطره ای زیرسطحی

در اوایــل، از آبیــاري قطره ای زیرســطحی بــراي آبیــاري زراعــت نیــشکر، پنبــه، مرکبات، آناناس، سبزیجات ،آووکادو، ذرت شیرین، درختـان میـوه، سـیب زمینـی و باریک برگان چمنی به ویژه در کالیفرنیا، هاوایی و تگـزاس اسـتفاده شـد. پـس ازآن، کاربرد این روش براي آبیاري گیاهان زراعی و تاکستانها در دیگر مناطق نیز تسري یافت. در اوایل دهه نود میلادي استفاده از پسابها و منابع آبهاي برگشتی با روش آبیاری قطره ای زیرسطحی براي آبیاري فضاي سبز، جنگل و علف صورت گرفـت. از پسابها براي آبیاري ذرت، پنبه، گندم، نخود و یونجه نیـز اسـتفاده شـد. در حـال حاضر این روش آبیاري براي گونه هاي مختلفی از انواع درختان شامل درختان میوه، تاکستانهـا، گیاهـان زراعـی، مراتـع، فـضاي سـبز و باریـک برگـان چمنـی کـاربرد دارد.کمپ در سال 1998 بـیش از 30 نـوع کـاربرد مختلـف بـراي آبیـاري قطره ای زیرسطحی ذکر نموده است. محصولات دیگـري ماننـد سـبزیجات، گوجـه فرنگـی، کاهو، سیب زمینی، ذرت شیرین، سیب، مارچوبه، موز، فلفل، کلم بروکلـی، خربـزه، هویج، گل کلم ، نخود، لوبیا سبز، بامیـه، پیـاز، پاپایـا، شـلغم روغنـی، کـدو، یونجـه، سورگوم، بادام زمینی، ارزن، گندم و انواع مختلف گل نیز با سامانه آبیـاري قطره ای زیرسطحی قابل آبیاري است. تمایل به اسـتفاده از ایـن روش بـراي آبیـاري درختـان چندساله، تاکستانها، گیاهان زراعی، مراتع و علوفه (به ویـژه یونجـه) رو بـه افـزایش است. براي محصولات ارزانقیمت به شرطی که سامانه آبیاري قطره ای زیرسـطحی قابل استفاده براي چندین سال متمادي باشد و هزینه سرمایه گذاري سامانه در طی این سالها مستهلک شود، شاید کاربرد آن توجیه اقتصادي داشته باشد.

کاربرد آب برگشتی و پسابها

با افزایش رقابت براي دستیابی به آبهاي با کیفیت بـالا، علاقـه بـه اسـتفاده از آبهاي با کیفیت پائین مانند پسابها و آبهاي هـرز و برگـشتی نیـز افـزایش یافتـه است. در برخی از کشورها استفاده مجدد از هرز آبها و پسابها به عنوان بخشی از برنامه منابع ملی درآمده است. آبیاری قطره ای زیرسطحی داراي ایـن توانـایی اسـت که با آن بتوان براي تولید سبزیجات و میوه جات از پـسابهـا دوبـاره اسـتفاده نمـود. مسئله اصلی در استفاده گسترده از پسابها و آبهاي برگـشتی بـا آبیـاري قطره ای زیرســطحی بررســی اقتــصادي و زلال ســازي ایــن آبهــا بــراي کــاهش گرفتگــی قطره چکانها و حذف یا غیر فعالسازي بیمارگرها میباشد .

کیفیت و کمیت آب

میزان ذخیره یا ظرفیت منابع آب به طور مستقیم طراحی و کاربرد آبیاری قطره ای زیرسطحی را تحت تأثیر قرار میدهـد. انـدازه و شـکل مزرعـه را مـیتـوان بـسته بـه ظرفیت منابع آب و عوامل مؤثر دیگر تنظیم نمود. در آبیاري زیرسطحی کیفیت منبع آب و به تبع آن نوع زلالسازي آن اهمیـت زیـادي دارد ( تـصویر 2  )

کیفیـت بهتـر، سامانه زلالسازي ساده اي را میطلبد. براي آبهـاي هـرز یـا برگـشتی زلال سـازي ماهرانه اي لازم است. زلالسازي مناسب آب موجب عملکرد خوب و طولانی شدن عمر سامانه میشود. یادآور میشود در مواردي براي کنترل فعالیت بیولوژیک در آب یـا تنظیم اسیدیته آن لازم است برخی افزودنیهاي شیمیایی مصرف شوند .

راندمان کاربرد آب

راندمان کاربرد آب در آبیاری قطره ای زیرسطحی بیش از 90 درصـد اسـت و از این نظر یکی از روشهاي آبیاري با کارآیی بالا به شمار می آید. بررسیهاي کمـپ نشان داد عملکرد محصول با کاربرد این سامانه برابر یـا بیـشتر از کـاربرد روشهـاي دیگر آبیاري بوده و نیاز آب براي سامانه هاي آبیاري قطره ای زیرسـطحی مـشابه یـا کمــی کــمتــر از هــر ســامانه آبیــاري و خــوب مــدیریت شــده، مــیباشــد. تعــدادي از محققین نیاز آب آبیـاري را 40 درصـد کمتـر از روشهـاي دیگـر آبیـاري گـزارش نموده اند. براي سامانه هاي آبیاری قطره ای زیرسطحی که طراحی، نصب و نگهداري آن به شیوه مناسبی انجام شده باشـد، کـاربرد آبیـاري بـسیار یکنواخـت اسـت. چـون ارزیابی یکنواختی به دلیل مدفون بودن بیشتر اجزاء سامانه مـشکل اسـت، بنـابراین از روشهاي غیرمستقیم مانند مدلهاي کامپیوتري در این مورداستفاده میشود.یکـی از مهمترین مشکلات کاربرد آبیاری قطره ای زیرسطحی، گرفتگی قطره چکانها در اثر مزاحمتهاي ریشه گیاه است. این مشکل بـا اسـتفاده از مـواد شـیمیایی، مـدیریت و طراحی مناسب قطره چکانها قابل حل است.

تزریق مواد شیمیایی به آب آبیاری قطره ای زیرسطحی

با طراحی و مدیریت مناسب آبیاري قطره ای زیرسـطحی مـیتـوان از آب، مـواد غذایی و آفتکشها بـه صـورت اثـربخش اسـتفاده نمـود. در ایـن سـامانه مـیتـوان کودهاي موردنیاز گیاه را به آب آبیاري تزریق نمود تا بـه ناحیـه توسـعه ریـشه گیـاه برسد. براي استفاده بهینه از مقـدار آب محـدود مـورد دسـترس مـیتـوان بـا کـاربرد وسایل مناسب سنجش جریان، میزان آب مصرفی را کنترل نموده و مدیریت مطلوب آبیاري را اعمال نمود. برخی از آفتکشهاي سیستمیک و تـدخینیهـاي خـاك را میتوان با استفاده از سامانه آبیاری قطره ای زیرسطحی تزریق نمود. استفاده از این فن موجب کاهش آلودگی محیط زیست، کاهش تماس کشاورزان با مواد شـیمیایی و… مــیشــود. بایــد بــه خــاطر داشــت در موقــع اســتفاده از مــواد شــیمیایی، بــراي انتقــال مــواد شــیمیایی بــه طــرف آبهــاي زیرزمینــی، مــدیریتی کارآمــد و خودکــار نمودن سامانه ضروري است. یکی از مـسائل پـیش روي مـدیران سـامانه زیرسـطحی مدفون بودن اجزاء سـامانه اسـت کـه امکـان ارزیـابی عملکـرد یـا هرگونـه مـشاهده دیگر را با مشکل مواجه مینماید. در این صورت مـیتـوان از سـامانه هـاي موقعیـت یـاب نیــز اســتفاده نمــود. یکــی از عامــلهــاي مهــم در نگهــداري ســامانه، توجــه پیوســته بــه حفــظ کیفیــت آب و زلال ســازي آن اســت. شستــشوي مرتــب ســامانه آبیاری قطره ای زیر سطحی بــراي حــذف مــواد ریــز براي جلوگیري از گرفتگی قطره چکانها ضروري است چرا کـه گرفتگـی قطـره چکـانهـا در این سامانه پرهزینه است.

آرایش لوله هاي جانبی سامانه آبیاری قطره ای زیرسطحی

کمپ در سال 1998 عمق مناسب براي لوله هاي جانبی دریپ را بسته به نوع گیاه و خاك بین 0.02 تا 0.7 متر گزارش کـرده اسـت. اگـر قـرار اسـت سـامانه آبیاری زیرسطحی براي چندین سال استفاده شود، لوله هاي جانبی بایـد در عمقـی از سـطح خاك قرار گیرند که از هرگونه آسیبهاي ناشـی از عملیـات شـخم مـصون بماننـد. بنابراین، براي سـامانه هـاي بـا کـاربرد چندسـاله و عملیـات شـخم قابـل توجـه، عمـق لوله هاي جانبی از 0.2 تا 0.7 متر و براي تورف گراس و یونجه ایـن عمـق از 0.1  تـا 0.4 متر در نظر گرفته میشود. در خاكهاي با بافـت درشـت، لولـه هـاي جـانبی در عمق کم و در بافتهاي ریز، لوله هاي جانبی در عمق زیاد قرار داده میشوند. از این نظر دامنه قرارگیري عمق از  0.1تا 0.5 متر است. به طورکلی فواصل لوله هاي جـانبی بر مبناي مشخصه هاي خاك، گیاه و عملیات کاشت تعیین میشود. بـراي یکنواخـت بودن توزیع آب و مدیریت شوري (در صورت لزوم) باید فاصـله لولـه هـاي جـانبی به اندازه کافی کم باشد. کمپ در سال 1998 فاصله لوله هاي جانبی از هم را 0.25 تا 0.5 متــر گــزارش نمــوده اســت. فواصــل کــم بــراي تــورف گــراس و فواصــل زیــاد براي سبزیجات، درختان و تاکـستانهـا بـوده اسـت. لولـه هـاي جـانبی بایـد مـوازي ردیف گیاهان باشند و کاشت گیاهان در هرسال در همان موقعیت نسبت به ردیفها صورت گیرد. لولـه هـاي جـانبی بایـد بـه انـدازه یـک تـا دو متـر از ردیـف گیاهـان فاصله داشته باشند. براي آبیاري مراتـع، علوفـه و تـورف گـراس فواصـل یادشـده از این مقـدار هـم مـیتوانـد کـمتـر باشـد. فاصـله لولـه هـاي جـانبی دریـپ از ردیـف گیاهــان نیــشکر، آنانــاس و پنبــه برابــر 0.8 متــر در نظــر گرفتــه مــیشــود. ایــن فاصــله بــراي محــصولات بــا ارزش اقتــصادي بــالا و در خــاك شــنی معمــولاً نزدیــکتــر انتخاب میشود.

در سامانه آبیاري زیرسطحی از انواع مختلـف لولـه هـا بـراي انتقـال آب اسـتفاده میشود. از لوله هاي جدار نازك ( 0.15  تا 0.30 میلیمتر) قابل ارتجاع، براي اسـتفاده کوتاه مدت و در عمق کم و از لوله هاي جدار ضخیم ( 0.38  تا 0.50 میلـیمتـر) قابـل ارتجــاع بــراي اســتفاده در چنــدین ســال و در عمــق هــاي نــسبتاً زیــاد اســتفاده میشود. لولـه هـاي جـدار ضـخیم از هرگونـه آسـیبهـاي ناشـی از عملیـات شـخم، کاشت و برداشت در امان هستند، از لوله هاي ضـخیم در آبیـاري گیاهـان یـکسـاله و براي استفاده از ده سال و یا گیاهان چندساله استفاده مـیشـود. در نـصب هـر نـوع لوله براي جلـوگیري از پـیچ خـوردگی یـا کـشیده شـدن لولـه هـا احتیـاط لازم بایـد صورت پذیرد.

خلاصه

آبیاری قطره ای زیرسطحی یکی از روشهاي آبیاري تحـت فـشار بـراي افـزایش تولید محصولات زراعی با هدف استفاده کارا از هر واحد آب مورد دسترس اسـت. با توجه به افزایش رقابت بخشهاي مختلف صنایع و شهري در استفاده از منابع آب، مقدار آب قابل دسـترس بـراي بخـش کـشاورزي در آینـده کـاهش خواهـد یافـت و پیشبینی میشود تمایل به استفاده از روش آبیاري زیرسطحی همچنـان تـداوم یابـد. آبیاری قطره ای زیر سطحی داراي قابلیتهاي مختلفی است که از آن جمله میتوان بـه مـوارد زیر اشاره نمود:

بالا بودن کارآیی کاربرد آب، امکان استفاده از آبهاي بـا کیفیـت پائین، کاهش امکان انتقال بیماري به انسانها و دامها در کاربرد پسابها، یکنـواختی توزیع آب و مواد غذائی، افزایش رشد، عملکرد و کیفیت برخی از گیاهان، افزایش کارآیی مصرف کود و آفتکش، امکان خودکار نمودن سامانه، نیاز بـه فـشار نـسبتاً پائین، طولانی بودن نسبی عمر اجزاء سـامانه.

یکـی از مهـمتـرین مـشکلات کـاربرد آبیاری قطره ای زیرسطحی، گرفتگی قطره چکانها در اثر مزاحمتهـاي رشـد ریـشه گیاه است. از دیگر محدودیتهاي این روش میتوان موارد زیر را ذکر نمـود: زیـاد بودن هزینه سرمایه گذاري اولیه، توسـعه نیـافتگی کـاربرد ایـن روش، نـاممکن بـودن تصحیح خطاهاي طراحی، کوچک ماندن الگـوي مرطـوب شـدگی خـاك، مـشکل بودن ارزیابی عملکرد سامانه به دلیل مدفون بودن اجزاء سامانه، حساسیت در انتخاب مناســب دبــی قطــره چکــانهــا، مــشکل در جوانــه زنــی بــذر در خــاكهــاي بــا درز و شکافهاي عمودي، امکان افزایش شوري در ناحیه بالاي قطـره چکـان، محـدودیت در عملیات شخمهاي اولیه و ثانویه، محدودیت در برنامه ریزي آبیاري و کـود دهـی بــراي ریــشه هــاي گــسترش نیافتــه گیــاه، اهمیــت زلالســازي و کنتــرل کیفــی آب، محدودیت فواصل لوله هاي جانبی و تأثیرپذیري از بار خاك روي لولـه هـا.

آبیاری زیرسطحی در گیاهان مختلف مورد استفاده قرار گرفته است که از آن جمله میتوان به آبیاري نیشکر، پنبه، مرکبات، آنانـاس، سـبزیجات، آووکـادو، ذرت، میـوه جـات، سیب زمینی، تورف گراس، تاکستانهـا، مراتـع، فـضاي سـبز، گوجـه فرنگـی، کـاهو، سیب، مارچوبه، موز، فلفل، کلم بروکلی، خربزه، هویج، گل کلم، نخود، لوبیـا سـبز، بامیه، پیاز، شلغم روغنی، کدو، سـورگوم، بـادام زمینـی، ارزن و گنـدم اشـاره نمـود. عمق مناسب براي لوله هـاي جـانبی آبیـاري ایـن محـصولات بـین 0.02 تـا 0.7 متـر، فواصل لوله هاي جـانبی از هـم از 0.25 تـا 0.50 متـر بـوده و لولـه هـاي جـانبی بایـد به اندازه 1 تا 2 متر از ردیف گیاهان فاصله داشته باشند.