بررسی سیستم های آبیاری گلخانه ای

آب و آبیاری در گلخانه‌ها
چکیده :
آب به‌عنوان یکی از نعمت‌های خدادادی و به‌عنوان یکی از اساسی‌ترین نهاده‌ها در بخش کشاورزی مهم‌ترین جایگاه را داشته و علاوه بر تلاش در جهت شناسائی پتانسیل‌های بهره‌برداری و استحصال منابع آبی جدید باید در حداکثر استفاده از منابع آب، هرگونه تمهیدات مناسب را به‌کار گرفت. افزایش تولیدات کشاورزی به‌منظور خودکفا شدن در تأمین غذای مورد نیاز جمعیت کشورمان یکی از مهمترین اهداف توسعه اقتصادی کشور می‌باشد.

مقدمه :
با توجه به محوریت بخش کشاورزی در توسعه اقتصادی کشور، دستیابی به حداکثر تولید با صرف حداقل انرژی و منابع ملی برای استفاده بهینه از توانائی‌های آب و خاک امری اجتناب‌ناپذیر است. بررسی توانائی‌های ذکر شده حاکی از این است که با توجه به میزان آب در دسترس، محدودیت زمین وجود نداشته و با توسعه منابع آب موجود و یا صرفه‌جوئی در آب مصرفی، می‌توان سطح اراضی زیر کشت آبی و نهایتاً میزان تولیدات کشاورزی را افزایش داد. در این ارتباط تأمین نهاده‌های مورد نیاز و استفاده بهینه از آنها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

آب به‌عنوان یکی از نعمت‌های خدادادی و به‌عنوان یکی از اساسی‌ترین نهاده‌ها در بخش کشاورزی مهم‌ترین جایگاه را داشته و علاوه بر تلاش در جهت شناسائی پتانسیل‌های بهره‌برداری و استحصال منابع آبی جدید باید در حداکثر استفاده از منابع آب، هرگونه تمهیدات مناسب را به‌کار گرفت.
در این راستا احداث شبکه‌های آبیاری، پوشش انهار سنتی، استفاده از لوله و سایر راه‌حل‌های معمولی منجر به کاهش تلفات آب در سیستم انتقال و توزیع خواهد شد. ولی در خصوص میزان آب مصرفی در سطح مزرعه چاره‌ای جز مدرن کردن سیستم آبیاری و حتی‌الامکان کنترل آب گیاهان کشت شده در واحد زراعی نمی‌باشد.

در این راستا تجهیز و نوسازی محیط‌های کشت گیاهان اعم از مزارع و گلخانه‌ها و تلاش در راستای افزایش راندمان سیستم‌های آبیاری ثقلی از یک سو و استفاده از سیستم‌های آبیاری تحت‌فشار متناسب با شرایط موجود از سوی دیگر، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

در این ارتباط توسعه سیستم‌های آبیاری تحت فشار مورد توجه مسئولین قرار گرفته و امکانات و پتانسیل‌های مختلف کشور در جهت اولویت دادن به توسعه سیستم‌های مذکور به‌کار گرفته شده است. همچنین تلاش‌های کارشناسی گسترده‌ای در رابطه با ابعاد فنی، اقتصادی و اجتماعی امر صورت پذیرفته است.

سیستم‌های کشت گلخانه‌ای
با توجه به میزان سرمایه‌گذاری اولیه، اهداف موردنظر از احداث گلخانه و نوع محصول انواع سیستم‌های کشت گلخانه‌ای توسط متخصصین پیشنهاد، طراحی و اجراء می‌گردند که این سیستم‌ها از نظر نوع بستر کشت به دو گروه عمده کشت خاکی و کشت بدون خاک تقسیم می‌شوند.
در کشت خاکی، معمولی یا سنتی، از خاک به‌عنوان بستر گیاه و از سیستم‌های آبیاری ثقلی (کرتی و شیاری) یا تحت فشار (بارانی و قطره‌ای) برای برطرف کردن نیاز آبی گیاه استفاده می‌شود.

روش کشت بدون خاک نیز به دو گروه عمده هیدروپونیک و ایروپونیک تقسیم می‌شود.
در روش‌های هیدروپونیک از مواد مصنوعی (شن، قلوه‌سنگ، ورمیکولیت، پرلیت، خرده‌های پوست و میوه کاج، فرم‌های پلاستیکی) به‌عنوان بستر کشت و دربرگیرنده ریشه گیاهان استفاده می‌شود و محلول غذائی، مواد ضدعفونی‌‌کننده و گاهاً هورمون‌های گیاهی مورد نیاز توسط نازل‌های تعبیه شده روی لوله‌های توزیع در اختیار گیاه قرار می‌گیرد. در روش ایروپونیک نیز آب و محلول غذائی تحت فشار زیاد و به‌صورت پودر شده در محیط ریشه و برگ اسپری می‌شود.

با توجه به اینکه طراحی و اجراء سیستم‌های هیدروپونیک و ایروپونیک نیاز به نیروی متخصص و هزینه اولیه بالائی دارند. در ایران اکثر سرمایه‌گذاران و کشاورزان سیستم‌های کشت معمولی را ترجیح داده و با توجه به اینکه مساحت زیر کشت سنتی بسیار بیشتر از سیستم‌های بدون خاک بوده و میانگین راندمان کاربرد آب در این سیستم‌ها پائین است. همچنین با توجه به لزوم افزایش راندمان کاربرد آب در مزارع و گلخانه‌ها (با توجه به روند رو به رشد قیمت واحد آب آبیاری) معرفی سیستم‌های نوین آبیاری (در روش کشت خاکی) به کشاورزان و سرمایه‌گذاران این بخش امری ضروری می‌باشد.

آبیاری در کشت گلخانه‌ای معمولی
(خاک کشت)
در این روش کشت، با توجه به ارزش محصول، مشخصات فیزیولوژیکی گیاه، میزان سرمایه‌گذاری اولیه و نوع خاک، انواع سیستم‌های آبیاری و سطحی یا تحت فشار توصیه، طراحی و اجراء می‌گردند.

آبیاری سطحی (ثقلی)

سیستم‌های آبیاری سطحی عموماً به‌دلیل طراحی غیرکارشناسانه و مدیریت ضعیف، راندمان پائینی داشته و باعث اتلاف مقادیر قابل توجهی آب به شکل نفوذ یا رواناب می‌گردند. در عین حال شستشوی خاک از املاح مفید، افزایش رشد علف‌های هرز، ماندابی شدن خاک و بروز انواع عفونت‌ها، قارچ‌ها و انگل‌ها، همچنین پوسیدگی ساقه و ریشه گیاه از مضرات کاربرد غیراصولی سیستم‌های آبیاری سطحی می‌باشد. این سیستم‌ها در گلخانه‌ها به دو صورت آبیاری

کرتی و نواری اجراء می‌گردند و در صورتی‌که نفوذپذیری خاک کم باشد و گیاه کاشته شده نیز تست به محیط اشباع از آب حساسیت شدید نداشته باشد، کارشناس آبیاری می‌تواند راندمان کاربرد آب را تا حد معقولی افزایش دهد که در این‌صورت اگر مقدار آب در دسترس برای آبیاری گلخانه کافی باشد با توجه به پائین بودن هزینه اولیه سیستم آبیاری سطحی، استفاده از این روش آبیاری قابل توجیه می‌باشد.

آبیاری تحت فشار
با توجه به محدودیت‌های سیستم‌های آبیاری سطحی از نظر نیل به راندمان مطلوب و همچنین مضراتی که از استفاده نادرست آنها متوجه گیاه می‌شود، انواع سیستم‌های آبیاری تحت فشار در گلخانه‌ها توسعه یافته‌اند که این سیستم‌ها با توجه به اهداف سرمایه‌گذار برای اجراء سیستم‌ و راندمان موردنظر طراحی و اجراء می‌گردند. این سیستم‌ها در دو گروه بارانی و قطره‌ای معرفی می‌شوند.

آبیاری بارانی
سیستم‌های آبیاری بارانی در گلخانه‌هائی اجراء می‌شوند که هدف از آبیاری در آنها نه تنها تأمین نیاز آبی گیاه بلکه کاهش دمای محیط و یا افزایش درصد رطوبت گلخانه نیز می‌باشد.

سیستم‌های آبیاری بارانی با توجه به مساحت و ارتفاع کم گلخانه‌ها عموماً توسط لوله‌های روزنه‌دار که با فشار پائین کار می‌کنند و قطر پراکنش کمتری ایجاد می‌نمایند، اجراء می‌گردند.

افزایش راندمان کاربرد آب به بیش از ۷۵ درصد، امکان افزایش درصد رطوبت گلخانه و در نتیجه کاهش تبخیر و تعوق از سطوح گیاه (که این قابلیت در مورد پرورش گیاهان زینتی موجب افزایش طراوت گیاه می‌گردد) و امکان کاهش دمای گلخانه متناسب با نیاز حرارتی گیاه با توجه به دوره رویش آن از مزایای اجراء سیستم آبیاری بارانی در گلخانه‌ها می‌باشد.

البته از میان پارامترهائی که برای طراحی این سیستم مورد نیاز است، دقت در مورد کیفیت آب آبیاری از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد، چرا که با توجه به پاشش مستقیم آب به سطح سبزینه گیاه، در صورت بالا بودن EC با سایر عناصر محلول در آب، احتمال سوختگی و مسمومیت گیاه وجود خواهد داشت. همچنین عدم توانائی در کنترل علف‌های هرز و عدم امکان رفت‌وآمد در داخل گلخانه هنگام کارکرد سیستم از دیگر محدودیت‌ها و معایب این سیستم به‌شمار می‌روند.

آبیاری قطره‌ای
با توجه به محدودیت‌های سیستم آبیاری بارانی و قابلیت‌های سیستم آبیاری قطره‌ای، این سیستم با اقبال بیشتری از جانب سرمایه‌گذاران این بخش روبه‌رو است و اکنون در اکثر گلخانه‌های معمولی اجراء می‌گردد.
در این روش آب، کودهای شیمیائی و سایر مواد مورد نیاز گیاه به‌صورت محلول توسط قطره‌چکان‌های نصب شده روی لوله‌های جانبی در اختیار گیاه قرار می‌گیرد.

با دقت در طراحی و اجراء این سیستم می‌توان دقیقاً مقدار آب مورد نیاز گیاه را در اختیار آن قرار داده و راندمان کاربر آب را به بیش از ۹۰ درصد افزایش داد و نظر به اینکه قطره‌چکان‌ها در کنار بوته یا ساقه گیاه قرار می‌گیرند، امکان رشد و توسعه علف‌های هرز از بین می‌رود. همچنین با توجه به اینکه آبیاری با این روش مزاحمتی برای انجام سایر فعالیت‌ها در داخل گلخانه ایجاد نمی‌کند، طراح می‌تواند با افزایش ساعات آبیاری و کاهش قطر لوله‌ها و قدرت پمپ، هزینه اولیه

سیستم را کاهش دهد. در این سیستم با توجه به درصد رطوبت بالای محیط ریشه می‌توان (برخلاف سیستم آبیاری بارانی) از آب لب‌شور نیز برای آبیاری گیاه استفاده کرد و در صورت کاشت گیاهان گران‌قیمت و احتمال انتقال و سرایت بیماری‌ها، قارچ‌ها و انگل‌ها از محیط خارج گلخانه و خطر صدمه دیدن محصولات با نصب سنسور یا برنامه‌ریزی کامپیوتری، سیستم را کاملاً اتوماتیک کرده و از رفت و آمد بی‌مورد به داخل گلخانه جلوگیری کرد.

آبیاری :
ر يک کشور خشک و نيمه خشک مانند ايران، آبيارى به‌قدرى از عمليات بديهى و ضرورى کشاورزى به شمار مى‌رود که ارائه يک تعريف متعارف براى آن بسيار مشکل است. اما اگر بخواهيم آبيارى را به لحاظ علمى تعريف کنيم مى‌توان گفت آبيارى را به لحاظ علمى تعريف کنيم مى‌توان گفت آبيارى کوشش است که انسان به‌عمل مى‌آورد تا چرخه هيدرولوژى را در مزرعه تغيير داده و شرايط را از نظر آب به گونه‌اى فراهم سازد که رشد مطلوب گياه و در نتيجه توليد بيشتر محصولات کشاورزى امکان‌پذير گردد. آبيارى را مى‌توان يکى از قديمى‌ترين فن‌آورى‌هاى کشاورزى دانست که از حدود ۶۰۰۰ سال پيش وجود داشته و تاکنون نيز ادامه دارد. سوابق تاريخى آبيارى در بين‌النهرين به ۴۰۰۰ سال قبل از ميلاد و در هندوستان و پاکستان به ۲۵۰۰ سال قبل از ميلاد مسيح مى‌رسد. طى اين مدت، فنون آبيارى تکامل پيدا کرده و در آينده نيز به دليل رقابت شديد بر سر آب اين فن‌آورى‌ها بيشتر خواهد شد.

 

غالباً تصوّر مى‌شود که قدمت آبيارى تنها مربوط به آفريقا و آسيا و به‌خصوص خاورميانه است، حال آن که اين چنين نبوده و همزمان در ساير نقاط دنيا و به‌خصوص در چين و آمريکاى لاتين نيز فعاليت‌هاى آبيارى وجود داشته است، به‌طورى‌که قدمت سازه‌هاى آبيارى در چين مربوط به ۲۶۰۰ سال قبل از ميلاد بوده و در آمريکاى لاتين به بيش از ۱۰۰۰ سال قبل از ميلاد مسيح مى‌رسد. اما نوع فن‌آورى‌ها در هر يک از اين مناطق بسته به شرايط محيطى متفاوت بوده است. مثلاً اگر در مصر سيستم‌هاى آبرسانى و توزيع آب با کانال پيشرفت داشته است، بهره‌بردارى از آب‌هاى زيرزمينى و حفر قنات و چاه از فن‌آورى ايرانيان بوده است و يا روش‌هاى استفاده از چاه‌هاى کم عمق از ابداعات مردم هندوستان و پاکستان بوده است.

 

هر چند در قديم از آبيارى به‌عنوان عاملى جهت اسکان و يک‌جانشينى قبايل استفاده گرديد که در نهايت به شکوفايى تمدن‌ها انجاميد ، اما امروزه هدف از آبيارى عمدتاً تأمين غذا و پوشاک براى جمعيت رو به افزايش دنيا است.

در دنيا فقط ۱۶ درصد اراضى کشورزى آبيارى مى‌شوند و بقيه هنوز به‌صورت ديم مورد استفاده قرار مى‌گيرند، ولى بيش از ۳۴ درصد کل توليدات کشاورزى جهان و به‌خصوص محصولات ارزشمند غذايى از همين اراضى تحت آبيارى حاصل مى‌شود.

 

بنابراين شايد بتوان گفت که بدون آبيارى تأمين غذاى کافى براى جمعيّت کنونى جهان امکان‌پذير نمى‌باشد.
تا به‌حال دو عامل در گسترش وسعت اراضى تحت آبيارى در دنيا مؤثر بوده‌اند که يکى اقليم و کمبود آب براى رشد طبيعى زراعت‌ها و ديگرى بالا بودن جمعيت و نياز فراوان به غذا مى‌باشد. به‌همين دليل وضعيت خاص کشورهاى آسيايى در جهان چه از نظر جمعيت و چه از نظر آب و هوايى باعث شده است که بالاترين درصد اراضى آبى (نسبت به اراضى تحت کشت) در اين قاره وجود داشته باشد. مثلاً در حالى‌که در اورپا فقط ۵/۸ درصد، در آمريکاى جنوبى ۸ درصد، در روسيه ۵

درصد و در آمريکا ۱۰ درصد اراضى کشاورزى به‌صورت آبى زير کشت قرار دارند، در آسيا ۳۶ درصد زمين‌هاى کشاورزى با آبيارى زراعت مى‌شوند و اين نشان دهندهٔ نقش آبيارى و اهميت آن در توليدات غذايى اين کشورها مى‌باشد. در ايران زراعت‌هاى آبى رکن اساسى کشاورزى کشور را تشکيل مى‌دهند. تقريباً ۹۸ درصد محصولات غذايى توليد شده در ايران از اراضى آبى بدست مى‌آيد. علاوه بر اين ۲۳ درصد مشاغل و ۲۷ درصد توليد ناخالص ملى مربوط به بخش کشاورزى

روى اين اراضى است. در بسيارى از نقاط کشور تقريباً تمام آب مورد نياز زراعت‌ها با آبيارى تأمين مى‌شود و همين امر سبب شده است که منابع آبى کشور و به‌خصوص آب‌هاى زيرزمينى به سرعت تخليه و به مرحله بحرانى رسيده باشند و چون تأمين آب بيشتر براى کشاورزى معمولاً مشکل يا امکان‌‌پذير نمى‌باشد ، مناسب‌ترين راه آن است که با فن‌آورى‌هاى مناسب در زمينه آبيارى حداکثر استفاده از منابع آب موجود برده شود و اين امر ميسر نخواهد شد مگر با اجراء شيوه‌هاى کارآمد و مؤثّر در توزيع آب و آبيارى.

 

اهداف
امروزه آبيارى به‌قدرى از عمليّات عادى کشاورزى به‌حساب مى‌آيد که حتى براى متخصّصان نيز مجال طرح اين سؤال که اصولاً با اجراء طرح‌هاى آبيارى چه اهدافى را مى‌توان برآورده ساخت پيش نمى‌آيد. در صورتى‌که ممکن است اجراء يک طرح آبيارى صرفاً به‌منظور توليد مواد غذايى نبوده و در مقياس کلان اهداف ديگرى دنبال گردد. مثلاً اولين طرح‌هاى آبيارى که در غرب آمريکا به کمک فدرال اجراء مى‌شد بيشتر براى انتقال جمعيت از شرق آمريکا و اسکان آنها در نواحى غربى آن کشور بود تا توليد مواد غذايي. حتى ممکن است اهداف سياسى و نظامى نيز در اجراء طرح‌هاى آبيارى وجود داشته باشد.

تولید محصول
اصلاح محیط
تأمین امنیت ملی
اصلاح زمین
ایجاد شغل
مبارزه با خشکسالی

توليد محصول
توليد محصول، اصلاح زمين، اصلاح محيط، ايجاد شغل، تأمين امنيت ملي، مبارزه با خشکسالى مهمترين وظيفه آبيارى کمک به توليد بيشتر مواد غذايى است. در حال حاضر در سطح دنيا حدود ۲۳۶ ميليون هکتار زمين به‌صورت آبى کشت مى‌شود. گرچه مقدار اين نسبت به کل اراضى تحت کشت که بيش از ۵/۱ميليارد هکتار مى‌باشد نسبتاً ناچيز است اما همان‌طور که گفته شد حدود ۳۴ درصد از کل توليدات زراعى دنيا از اراضى آبى حاصل مى‌شود. عواملى که موجب کاهش

محصول شده و باعث مى‌شوند که ما نتوايم به‌طور کامل از پتانسيل گياهان استفاده کنيم بسيار زياد مى‌باشد اما عمده‌ترين آنها آب است. مثلاً بر اساس مطالعات انجام شده در آمريکا پتانسيل گندم براى توليد در آن کشور حدود ۱۴ تن در هکتار است ولى عملاً متوسط مقدار محصول توليدى بيش از ۵/۳ تن در

هکتار نمى‌باشد و عواملى مانند کم‌ آبي، سيلاب، آفات و بيمارى‌ها، علف‌هاى هرز خشکي، سرما، تگرگ و غيره باعث کاهش محصول مى‌گردند. اما بيشترين سهم در کاهش توليدات کشاورزى مربوط به آب مى‌باشد. به‌طورى‌که ۴۰ درصد کاهش توان توليد در گياهان زراعى مربوط به آب است. حتيّ اعمال روش‌هاى مناسب کشاورزى مانند تهيه زمين و کاشت و يا استفاده از کود و سم و بذور اصلاح شده نيز در گرو آبيارى و استفاده بيشتر از آب است. زيرا اگر همين روش‌ها و يا نهاده‌ها را در ديم‌کارى‌ها به‌کار ببريم افزايش محصول همانند زراعت‌هاى آبى نخواهد بود.

اصلاح زمين
تبخير آب از سطح خاک باعث تجمّع نمک در لايه بالايى خاک شده و ممکن است مقدار نمک در اين لايه به حدّى افزايش يابد که امکان رشد براى گياه وجود نداشته باشد. در چنين وضعيتى بايد نمک‌ها را از منطقه توسعه ريشه‌ها خارج ساخت.

ساده‌ترين و عملى‌ترين روش براى خارج کردن نمک‌ها اين است که زمين را آبيارى کنيم تا نمک در آب حل شده و به اعماق زمين که خارج از دسترس گياه باشد انتقال پيدا نمايد و يا اين که از طريق زهکشى از زمين خارج گردد. به‌عبارت ديگر از آب به‌عنوان عاملى براى حمل و خارج کردن نمک استفاده نمائيم. به مجموعه اين عمليات ، زه‌کشى و اصلاح اراضى گفته مى‌شود. بنابراين شستشو و اصلاح اراضى نيز خود نوعى آبيارى به شمار مى‌رود. در حال حاضر در طرح‌هاى آبيارى

که در جنوب کشور براى کشت نيشکر در دست اجرا مى‌باشد به دليل شور بودن اراضى لازم است شستشوى خاک چندين ماه قبل از کشت صورت گيرد تا غلظت نمک در خاک تقليل پيدا کرده و محيط براى رشد ريشه گياه آماده گردد که اين کار از طريق آبيارى و زهکشى خاک صورت مى‌گيرد. اگر بخواهيم از

شورشدن تدريجى خاک در اثر آبيارى جلوگيرى شود لازم است همواره در هنگام آبيارى علاوه بر نياز آبى گياه مقدارى آب اضافى به زمين داده شود تا نمک‌ها را شسته و از محيط رشد ريشه خارج نمايد. اين مقدار آب که مازاد بر احتياج آبى گياه است نياز آب‌شويى نام دارد و مقدار آن بستگى به شورى آب و خاک و نوع گياه دارد.
اصلاح محيط
در بعضى موارد، از آبيارى به منظور تغيير محيط رشد گياه نيز استفاده مى‌شود. مثلاً در هنگامى که خطر سرمازدگى براى گياه وجود دارد با انجام آبيارى بارانى و پاشيدن آب روى شاخ و برگ مى‌توان گياه را از خطر يخ‌زدگى نجات داد. زيرا با اين عمل سرما باعث مى‌شود که آب روى شاخ و برگ گياه يخ‌ زده و ادامه سرما فقط قطر لايه يخ روى گياه را افزايش دهد. بدون آنکه دماى شاخ و برگ از صفر درجه پائين‌تر رود. آنچه در اين مورد اهميت دارد اين است که تا زمانى آبيارى قطع

شود که دماى هوا از صفر بالاتر شده و تمام يخ‌هاى روى گياه نيز دوب شده باشد. آبيارى در اکثر موارد باعث بالا رفتن رطوبت در محيط اطراف گياه شده و همين امر ممکن است براى برخى محصولات به بهبود کيفيت آنها کمک نمايد. از جمله مى‌توان به برخى ارقام انگور اشاره کرد که در آن با انجام عمليات آبيارى بارانى و مرطوب نمودن محيط بر کيفيّت ميوه‌هاى توليد افزوده مى‌شود.

ايجاد شغل
توسعه شبکه‌هاى آبيارى باعث ايجاد شغل در زمينه‌هاى مختلف مى‌گردد. اين امر حتى در بسيارى از کشورها به‌عنوان وسيله‌اى براى جلوگيرى از مهاجرت و يا تعديل و جابجايى جمعيت از يک نقطه به نقطه ديگر نيز مورد استفاده قرار مى‌گيرد.

تأمين امنيت ملى
بسيارى از کشورهايى که به دليل توسعه شبکه‌هاى آبيارى بر توليدات کشاورزى خود افزوده‌اند از نظر غذا به کشورهاى ثروتمند و يا همسايگان خود متّکى نبودن و لذا در صحنه بين‌المللى از قدرت عمل بيشترى برخوردار هستند. تحريم غذايى کشورها امروزه به‌عنوان وسيله‌اى در دست برخى کشورها قرار گرفته و تجربه نشان داده است که از اين وسيله به دفعات استفاده نموده‌اند. لذا آبيارى از اين جهت که بر توليدات مواد غذايى مى‌افزايد در تأمين امنيّت ملّى و خودکفايى غذايى کشورها نقش زيادى دارد.

مبارزه با خشکسالى
خشکسالى‌هايى که در سال‌هاى دهه ۱۹۸۰ ميلادى در آفريقا اتفّاق افتاد ثابت نمود که کشورهايى قادر به سپردى کردن چنين بلايايى هستند که از شبکه‌هاى آبيارى وسيع برخوردار هستند. حتى در کشورهايى که بارندگى زياد و آبيارى چندان اهميتى ندارد ممکن است کمبود بارندگى در يک سال خسارات زيادى ببار آورد. زيرا در چنين وضعى اکثر گياهان چند ساله مانند درختان ميوه صدمه خواهند ديد.

حال‌ آن که با يک آبيارى ممکن است درختان در آن سال زنده بمانند. در اين کشورها وجود شبکه‌هاى آبيارى مى‌تواند در مواقع ضرورى براى آبيارى تکميلى وارد عمل شده و محصول را از خطر نابودى برهاند.

اجزاء سيستم‌های آبيارى
يک سيستم آبيارى از اجزاء مختلفى تشکيل شده است که بايد به‌صورت هماهنگ کار کنند تا هدف از اجراء سيستم را تأمين نمايند. در کارهاى کشاورزى سيستم‌هاى آبيارى براى اين طراحى و اجراء مى‌شوند که آب مورد نياز زراعت را در زمان معين در اختيار گياه قرار دهند.

هر سيستم با شبکه آبيارى از ۴ قسمت عمده تشکيل شده است که عبارتند از:
۱. منبع آب (Water Source)
۲. سيستم انتقال آب به مزرعه (Delivery System to Field)
۳. سيستم توزيع آب در مزرعه (Distribution System in the Field)
۴. سيستم کاربرد آب در مزرعه (Application System)

منبع آب ممکن است قنات يا چاه باشد. در قنات آب با دِبى‌ ثابت در تمام ايام سال از آن خارج مى‌شود ولى در چاه هر چند دبى ثابت است اما زمان استخراج در اختيار زارع مى‌باشد، در چنين شرايطى حداکثر ظرفيت سيستم آبيارى از نظر مصرف آب نبايد از دبى قنات يا چاه بيشتر باشد در پاره‌اى موارد منبع آب ممکن است رودخانه‌اى باشد که آب از آن منحرف و وارد کانال‌هاى انتقال مى‌گردد. در اين مورد دبى در ايام مختلف سال متغير بوده و لازم است تغييرات فصلى دبى نيز در نظر گرفته شود تا کمبود آب در برخى مواقع سال باعث کاهش و يا از بين رفتن محصول نشود. در جاهايى که سد احداث شده باشد و آب مورد نياز سيستم آبيارى از مخازن اين‌گونه سدها تأمين مى‌شود ممکن است بنا به تقاضاى زارع هر مقدار آب و در هر زمان که بخواهد در اختيار وى قرار گيرد. در اين وضعيت ايده‌آل سيستم آبيارى از قابليت انعطاف زيادى برخوردار خواهد بود.

در پاره‌اى موارد ممکن است آب به‌طور موقت در مخازنى ذخيره و سپس مورد استفاده قرار گيرد. مخازن کوچک داخل مزرعه نقش مهمى را در طرح‌هاى آبيارى ايفاء مى‌کنند. بعضى از اين مخازن براى ذخيره آب برگشتى از مزارع ساخته مى‌شوند تا در اراضى پائين دست مورد استفاده قرار گيرد. در وضعيتى که شرايط طبيعى ايجاب کند آب رودخانه در هنگام پرآبى در مخازن داخل رودخانه‌اى (On-stream reservoirs) و يا با انحراف آب در مخان خارج رودخانه‌اى (Off-stream reservoirs) ذخيره شده و سپس در هنگام کم آبى مورد استفاده قرار مى‌گيرد. بررسى مقدار آب، زمان جريان آب و حجم مفيد از اقداماتى است که بايد در طراحى سيستم آبيارى در نظر گرفته شود.

 

سيستم انتقال آب از منابع مختلف به مزرعه ممکن است به‌وسيله کانال روباز و يا لوله‌هاى تحت فشار باشد. کانال به آبراهه‌اى گفته مى‌شود که مصنوعاً براى انتقال آب ساخته شده باشد. کانال‌ها ممکن است با مصالح ساختمانى پوشش شده و يا آنکه بدون پوشش باشند.

علاوه براين جريان آب در کانال ممکن است تنظيم شده (Requlated) يا تنظيم نشده (Unrequlated) باشد. مزيت لوله‌هاى تحت فشار نسبت به آبراهه‌هاى روباز در اين است که علاوه بر جلوگيرى از تلفات شت و تبخير در صورتى که اختلاف فشار بين منبع تا مزرعه کافى باشد اين امکان وجود دارد که از اختلاف پتانسيل ثقلى استفاده نموده و سيستم‌هاى آبيارى تحت فشار را در مزرعه پياده کرد. سيستم انتقال چه از نوع لوله و چه از نوع آبراهه‌هاى روباز بايد از چنان ظرفيتى

برخوردار باشند تا در مواقعى که به حداکثر آب نياز است آن را به مزرعه منتقل نمايد. در اکثر سيستم‌هاى آبيارى که در آنها از چاه استفاده مى‌شود چون اين چاه‌ها در مزرعه و در کنار اراضى حفر مى‌شوند آب مستقيماً و بدون نياز به انتقال مورد استفاده قرار مى‌گيرد و لذا به سيستم‌هاى انتقال نياز نمى‌باشد.

سيستم توزيع آب در مزرعه شامل کانال‌هاى کوچکتر درجه ۳ و ۴ و سازه‌هاى تقسيم آب و نهره

ايى است که در بالاى قطعات اراضى قرار مى‌گيرند. اين سيستم‌ها نيز ممکن است لوله‌هاى تحت فشار باشند که آب را تا بالاى هر قطعه زمين انتقال مى‌دهند. ابعاد کانال‌هاى درجه ۳ و ۴ معمولاً کوچ است اما با توجه به تناوب زراعى و تغيير نوع کشت در قسمت‌ها مختلف مزرعه بايد ظرفيت لازم را داشته باشند تا بر حسب الگوى کشت آب مورد نياز قطعات را در زمان حداکثر نياز تأمين نمايند.

سيستم کاربرد آب در مزرعه به مجموعه روش‌ها و فن‌آورى‌هايى گفته مى‌شود که آب را براى استفاده گياه درمزرعه پخش مى‌کند. از نظر کلى سيستم‌هاى کاربرد آب در مزرعه که به سيستم‌هاى آبيارى معروف هستند به سه گروه تقسيم مى‌شوند:
۱. سيستم‌هاى آبيارى سطحي
۲.سيستم‌هاى آبيارى تحت فشار
۳. سيستم‌هاى آبيارى زيرزميني

روش‌هاى سطحى شامل انواع آبيارى‌هايى است که در آنها براى پخش آب در مزرعه از نيروى طبيعى ثقل استفاده مى‌شود مانند روش‌هاى آبيارى جوى پشته‌اي، نواري، کرتي، سيلابى و غيره. حال آنکه در روش‌هاى آبيارى تحت فشار عامل توزيع آب در مزرعه نيروى خارجى است که به آب وارد مى‌شود. از اين روش‌ها مى‌توان انواع آبيارى‌هاى بارانى و قطره‌اى را نام برد.

روش‌هاى آبيارى زيرزمينى شامل عملياتى است که در آن‌ها سطح ايستابى (سطح آب زيرزميني) در عمق معينى از سطح زمين کنترل مى‌شود تا صعود مويينه‌اى آب بتواند نياز آبى گياه را تأمين نمايد اين نوع روش‌ها در مناطقى کاربرد دارند که لايه‌هاى غير قابل نفوذ در مجاورت سطح زمين وجود داشته و يا اصولاً سطح ايستابى در منطقه بالا باشد. آبيارى‌هاى زيرزمينى را نبايد با آبيارى‌هاى زير سطحى که براى جلوگيرى از تبخير، آب مستقيماً وارد منطقه توسعه ريشه‌ها مى‌شود اشتباه کرد.

طراحى سيستم‌های آبيارى
طراحى يک سيستم آبيارى به مجموعه عملياتى گفته مى‌شود که در سطح مزرعه انجام مى‌شود تا آب به‌صورت مؤثر توزيع و در اختيار گياه قرار گيرد.
شرح مسأله
جمع‌آوری اطلاعات
انتخاب سیستم
خلّاقیّت
درجه اعتماد

شرح مسأله
اولين موضوعى که براى مهندس بايد روشن شود توصيف مسأله است. يک نفر مهندس آبيارى خود بايد بداند طراحى براى چه منظورى صورت مى‌گيرد و با احداث سيستم آبيارى چه مرادى حاصل خواه شد؟ هدف‌هاى فيزيکى که قرار است سيستم به آن برسد کدام است؟ با احداث سيستم چه منافع اقتصادى بايد کسب شود؟ و يا هدف‌هاى سياسى و اجتماعى سيستم کدام هستند؟ و سرانجام اينکه با چه معيارى بايد مشخص کرد که سيستم به‌طور فيزيکى به اهداف خود رسيده است يا نه. تنها زمانى که جواب اين سؤالات براى مهندس روشن باشد بايد قدم بعدى برداشته شود.

جمع‌آورى اطلاعات
براى يک مهندس با تجربه وقت‌گيرترين قسمت طراحى سيستم آبيارى جمع‌آورى داده‌ها و اطلاعات است. دليل اين موضوع آن است که سيستم آبيارى در هنگام کاربرى شرايط محيطى را تغيير مى‌دهد و لذا براى آنکه طراحى به نحو صحيحى انجام شود مى‌بايست در مورد خصوصيات فيزيکى و شيميايى خاک، خصوصيات کيفى آب، پارامترهاى آب و هوايي، عکس‌العمل زراعت نسبت به آبياري، هزينه‌ها و درآمدهاى اقتصادى بخش‌هاى مختلف سيستم آبياري، مسائل اجتماعى و موانعى که در راه اجراى طرح آبيارى وجود خواهد داشت اطلاعات کافى در اختيار باشد. بايد توجه داشت که هيچ‌وقت دو طرح آبيارى مشابه همديگر نيستند، بلکه حداقل از نظر خاک و شرايط آب و هوايى و پستى و بلندى متفاوت هستند. بنابر اين نمى‌توان طرح‌ها را از روى يکديگر اقتباس کرد بلکه در هر مورد بايد مطالعات جداگانه‌اى انجام شود. بعضى داده‌ها قبلاً اندازه‌گيري، جمع‌آورى و ثبت شده‌اند (مانند داده‌هاى هواشناسي) اما براى برخى نياز به اندازه‌گيرى‌هاى صحرايى است (مانند نفوذپذيري) و بعضى ديگر مى‌بايست در آزمايشگاه سنجيده شوند. توصيه مى‌شود مهندس طراح حتى‌الامکان شخصاً داده‌هاى مورد نياز

را جمع‌آورى يا اندازه‌گيرى نمايد تا اولاً خصوصيات فيزيکى طرح را لمس کرده باشد و ثانياً به درجه صحت آنها پى برده و در کاربرد آنها از نظر دقت بعضاً وسواس نشان ندهد.
انتخاب سيستم
پس از آنکه داده‌هاى هواشناسي، خاک، آب، شرايط فيزيکى و غيره جمع‌آورى شده مى‌بايست يک سيستم مناسب براى طرح انتخاب شود. گاهى اوقات شرايط به نحوى است که بايد فقط يک سيستم مناسب براى طرح انتخاب شود. گاهى اوقات شرايط به نحوى است که بايد فقط يک سيستم خاص را انتخاب کرد. مثلاً مهيا بودن وسايل و ابزار کار ممکن است باعث شود که فقط نوع خاص سيستم آبيارى مطرح باشد. اما غالباً چند سيستم آبيارى را مى‌توان در

مقايسه با يکديکر تحليل و سرانجام سيستمى را انتخاب نمود که بالاترين سوددهى را داشته باشد. توجه داشته باشيد که هيچ سيستم آبيارى را نمى‌توان يافت که تمام شرايط موجود منطبق بر آن باشد اما سيستمى را بايد انتخاب نمود که از روش‌هاى ديگر مناسب‌تر باشد. در انتخاب سيستم آبيارى شرايط اجتماعى و اقتصادى و بخصوص درجه پذيرش يا آشنايى زارعين با آن را در نظر بگيريد و سيستمى را انتخاب نکنيد که فقط براى مدت کوتاهى قابل دوام باشد. مثلاً سيستم آبيارى موجى يا سرج

(Surge) که در آن جريان ورودى به داخل شيارها طبق برنامه همزمانى مشخصى قطع و وصل مى‌شود اگر چه از نظر راندمان و صرفه‌جويى در آب و يکنواختى توزيع رطوبت روش مفيدى است اما نياز به تجهيزات و سيستم‌هاى کنترل خاصى دارد که فراهم کردن آن براى اکثر زارعين ميسر نمى‌باشد بنابر اين بجز در بعضى کشورها امکان پياده کردن آن در تمام نقاط وجود ندارد. بايد توجه داشت که انتخاب يک سيستم آبيارى از بين گزينه‌هاى مختلف بصورت مطلق نبوده و در واقع سيستمى که نسبت به ساير گزينه‌ها ارجحيت دارد انتخاب مى‌گردد.

 

خلّاقيّت
خلّاقيّت موضوعى است سواى آنچه در کتاب‌هاى درسى به مهندسان آموخته مى‌شود. دو نفر مهندس با سطح معلومات مساوى طرح‌هاى متفاوتى را طراحى خواهند نمود که يکى از آنها بيشتر مقبول واقع مى‌شود زيرا خلّاقيّت بيشترى در آن بکار برده شده است. خلّاقيّت را نمى‌توان با آموزش کسب کرد بلکه تجربه، ديدن ساير طرح‌ها، گفتگو با مديران طرح‌هاى قبلى زارعين و صاحبان صنايع و امثال آن موضوعاتى را به مهندس القاء مى‌کند که کاربرد آنها در طرح‌هاى آبيارى راه‌گشاى بسيارى از مسائل است. در هر حال مهندس طراح بايد از خلاقيت کافى برخوردار باشد.

درجه اعتماد
امروزه با در اختيار داشتن ماشين‌هاى محاسب سريع و بکارگيرى آنها در طراحى مى‌توان به راه‌حل‌هاى دقيق، البته نه الزاماً صحيح، دست يافت. دستيابى به هر راه حل مى‌بايست با دو معيار سنجيده شود:

۱. دقت داده‌هاى مورد استفاده در طرح چقدر بوده است؟
۲. نتايج به‌دست آمده تا چه اندازه قابل قبول است. در مورد اول دقت امرى نسبى است و نبايد آن را با وسواس يکى دانست.
هر پارامترى که در طراحى بکار مى‌بريد درجه دقت مخصوص بخود را دارد. مثلاً ممکن است بتوانيد افت اصطکاک را در لوله دقيق محاسبه کنيد اما سطح پمپاژ را که داراى تغييرات فصلى و ماهيانه است نمى‌توانيد دقيق حساب نماييد در صورتى که هر دوى اين داده‌ها در محاسبه قدرت پمپ مورد نياز است.

در مورد اينکه نتايج به‌دست آمده از طراحى يک سيستم آبيارى تا چقدر قابل قبول است فقط تجربه و اطلاعات مهندس است که تشخيص مى‌دهد پيشنهاد يا راه حل بدست آمده قابل قبول خواهد بود يا نه. مثلاً اگر زمان تعويض لوله‌هاى سيستم بارانى براى ساعت ۲ بعد از نيمه‌شب طراحى شده باشد، هر چند اين زمان بهترين زمان هم تشخيص داده شده باشد اما از نظر عملى عاقلانه و قابل قبول نخواهد بود که از کارگران بخواهيم در ان ساعت شب از خواب بيدار شده و اين کار را انجام دهند و يا اگر سيستم کامپيوترى راه‌اندازى دستگاه آبيارى بارانى دوار مرکزى (سنترپيوت) بهترين روش هم باشد براى زارعينى که سطح اطلاعات آنها اندک است اين روش مقبول نخواهد بود. در اين موارد در نظر گرفتن عرف و عادات و سنت‌هاى اجتماعى و فرهنگى و حتى اعتقادات مذهبى زارعين نيز بايد در نظر گرفته شود.

عوامل محيطي- اجتماعى
انجام عمليات آبيارى باعث مى‌شود که چرخه هيدرولوژى به‌صورت موضعى در حوضه آبريز تغيير پيدا کرده و بعضاً در تعارض با ديگر استفاده‌کنندگان از حوضه و يا محيط زيست قرار گيرد. اين امر علاوه بر مشکلات محيطى باعث بروز اختلافات محلي، منطقه‌اى و بين‌المللى مى‌گردد. جنگ بر سر آب و يا مسائلى را که آبيارى ببار مى‌آورد سابقه‌اى بسيار طولانى داشته و هنوز هم به کرات مشاهده مى‌شود. سرتاسر تاريخ کشورهاى خاورميانه و آفريقا مملو از حوادثى است که در اثر آب بوجود آمده بود. به‌طورى‌که اگر تاريخ آبيارى را در اين کشورها بررسى کنيم حتى بسيارى از سازه‌ها و بناهاى تاريخى و نوآورى‌ها ريشه در آب و آبيارى دارند. امروزه نيز بر هيچکس پوشيده نيست که مهمترين موضوع مناقضه بين اکثر دولت‌ها بر سر منابع آب است و عده زيادى پيش‌بينى مى‌کنند جنگ‌هاى آينده در خاورميانه بر سر آب صورت خواهد گرفت و نه خاک يا منابع ديگر.

به لحاض محيطى نيز بايد توجه داشته باشيم که بر اساس قانون بقاى جرم آب هيچ‌وقت از بين نمى‌رود مازاد آبى که به‌مصرف گياه مى‌رسد با کيفيت بدتر بصورت رواناب و نفوذ عمقى بعنوان آب برگشتى (Return Flow) در طرح‌هاى آبيارى الزامى است. منظور از تملک آب اين نيست که يک نفر بتواند بدون محدوديت و به هر مقدار که بخواهد از منابع آب استفاده نموده و يا کيفيت آن را تغيير دهد. اين تملک شامل سه جزء است:

۱. طول مدت بهره‌برداري
۲. حداکثر مجاز برداشت
۳. حداکثر مساحتى که مى‌تواند با مقدار آب برداشتى زير کشت قرار گيرد.