الگوی خیس‌شدگی خاک در سیستم آبیاری قطره‌ای زیرسطحی

۹۷-۳-۲۰

با توجه به کاهش شدید کمیت و کیفیت منابع آب زیرزمینی در اثر برداشت بی‌رویه آب و همچنین کاهش چشمگیر نزولات آسمانی در اغلب استان‌های کشور، استفاده از سامانه‌های آبیاری با راندمان بالا امری اجتناب‌ناپذیر است.
سامانه‌های آبیاری تحت فشار (بارانی و قطره‌ای) با توجه به انتقال آب در لوله و امکان آبیاری دقیق از راندمان بالایی برخوردار هستند. یکی از روش‌های جدید در آبیاری قطره‌ای، آبیاری قطره‌ای زیرسطحی است که موجب کاهش تبخیر از سطح خاک می‌شود. در این نوع آبیاری، آب به‌وسیله لوله حاوی قطره‌چکان در زیرسطح زمین در اختیار گیاه قرار می‌گیرد و به‌همین‌دلیل، نسبت‌به روش قطره‌ای سطحی، تلفات کمتری دارد.
استفاده از این روش آبیاری، ابتدا در سال۱۹۵۹ در کالیفرنیا و هاوایی شروع شد. در آن زمان، با ایجاد سوراخ یا برش در لوله‌های پلاستیکی، از آن به‌عنوان لوله آبده استفاده می‌کردند. سپس با پیشرفت علم، قطره‌چکان‌های مخصوص برای کاربرد زیرسطح خاک تولید شد و در کشورهای مختلف از جمله چین، آمریکا و اسپانیا به‌کار گرفته شد.
در ایران نیز سابقه کاربرد این روش در باغ‌ها (به‌ویژه پسته) بیش از ۱۰سال است که شروع شده و در حال حاضر، حدود ۲۰۰۰هکتار از باغ‌ها با این روش آبیاری می‌شوند.۲و۴
با وجود توسعه این سیستم، لیکن عمق بهینه کارگذاری لوله‌های آبده برای محصولات مختلف در زیر سطح خاک به‌روشنی مشخص نیست. بدین منظور، نگارش حاضر ابتدا با هدف بررسی الگوی خیس‌شدگی خاک در سیستم آبیاری زیرسطحی در اعماق مختلف و سپس تعیین عمق بهینه کارگذاری لوله‌های آبده در زیرسطح خاک تدوین شده است.
مطالب اصلی
اجزای سامانة آبیاری قطره‌ای زیرسطحی
یک سامانه آبیاری قطره‌ای زیرسطحی همانند روش آبیاری قطره‌ای سطحی از قسمت‌های مختلفی مانند ایستگاه پمپاژ، واحد کنترل مرکزی، لوله‌های اصلی، نیمه‌اصلی و آبده، قطره‌چکان‌ها و شیرآلات مختلف به شرح زیر تشکیل شده است.
تنها تفاوت با روش قطره‌ای سطحی در نوع قطره‌چکان، نحوة قرارگیری لوله‌های آبده در زیرسطح خاک و نصب شیر تخلیه هواست.
●ایستگاه پمپاژ شامل استخر یا حوضچه، سوپاپ مکش، لوله مکش، پمپ، لرزه‌گیر، شیر یک طرف، لوله برگشت، لوله رانش و شیر فلکه انتهایی است.
● واحد کنترل مرکزی به‌طور معمول شامل هیدروسیکلون، فیلترهای شن با متعلقات (فیلتر گردوغبار، فشارسنج، کلکتور و لوله شست‌وشو)‌، تانک کود و فیلترهای ثانویه (توری یا دیسکی) است.
● واحد آبیاری:‌ به مجموعه لوله نیمه اصلی، لوله آبده (لاترال) همراه با قطره‌چکان‌های روی آن و لوله شست‌وشو یک واحد آبیاری می‌گویند. در آبیاری قطره‌ای زیرسطحی لازم است در انتهای هر واحد آبیاری یک لوله به‌عنوان لوله شست‌وشو قرار گیرد.
همچنین ‌باید یک شیر تخلیه هوا برای خروج هوا از لوله‌های زیر سطح خاک روی لوله شست‌وشو نصب شود.
● لوله آبده: در سیستم آبیاری قطره‌ای زیرسطحی لوله‌های آبده در زیر سطح خاک قرار گرفته و با دارابودن قطره‌چکان‌های مخصوص (شکل ۱) امکان گرفتگی در آنها به حداقل ممکن می‌رسد. همان‌طورکه در شکل ۱ مشاهده می‌شود، قطره‌چکان‌هایVIP دو خصوصیت مهم خودشویندگی و خودتنظیمی فشار را دارا هستند که عملکرد آنها به کمک غشای سیلیکونی موجود روی مسیر حرکت آب، امکان‌پذیر می‌شود.۳
الگوی خیس‌شدگی خاک
برای بررسی تأثیر عمق نصب و تغییرات دبی قطره‌چکان بر الگوی توزیع رطوبت در خاک در روش آبیاری قطره‌ای زیرسطحی، طرح تحقیقاتی با ۲تیمار دبی قطره‌چکان (۲ و ۶/۳لیتر در ساعت) و عمق نصب لوله‌های آبده قطره‌چکان (۳۰ و ۴۵سانتی‌متر) در یک خاک فاقد پوشش گیاهی اجرا شد. (شکل۲)
اندازه‌گیری رطوبت با استفاده از دستگاه رطوبت‌سنج ترایم (شکل۳)
در ۶ محل و تا عمق ۱۲۰سانتی‌متر (۳۰ ـ ۰، ۶۰ ـ ۳۰، ۹۰ـ۶۰ و ۱۲۰ـ۹۰سانتی‌متر) انجام شد.
به‌منظور جلوگیری از تأثیر تیمارها بر یکدیگر، لوله‌های ترایم که از جنس PVC بودند، به‌صورت یک‌درمیان و با فواصل مشخص، لوله اول در مجاورت قطره‌چکان و لوله‌های بعدی تا پنجمین لوله در فواصل ۳۰سانتی‌متری از یکدیگر و فاصله لوله پنجم از لوله ششم ۶۰سانتی‌متر در اطراف لوله‌های آبده فرعی پخش شدند. (شکل۴)

با توجه به تغییرات بسیار ناچیز رطوبت در سایر فواصل اندازه‌گیری رطوبت از لوله آبده، تنها نتایج مربوط به نزدیک قطره‌چکان موردبررسی قرار گرفته است. براین اساس، پروفیل رطوبت خاک در محل قطره‌چکان و در زمان‌های مختلف از شروع آبیاری نشان داد که در عمق ۳۰سانتی‌متری نصب لوله، حداکثر رطوبت در همان لایه سطحی (۳۰ ـ۰سانتی‌متر) خاک مشاهده می‌شود.
به‌طوری‌که میانگین تغییرات رطوبت در این لایه، از مقدار اولیه ۲۲درصد قبل از آبیاری، به حدود ۳۶درصد در نزدیکی انتهای زمان آبیاری می‌رسد.۱
با کارگذاری لوله در عمق ۴۵ سانتی‌متری خاک و اندازه‌گیری رطوبت در لایه‌های مختلف خاک مشاهده شد که بیشترین تغییرات رطوبت در لایه دوم خاک (۶۰ ـ ۳۰ سانتی‌متر)‌ و عمق ۴۵سانتی‌متر، عمق نصب قطره‌چکان، اندازه‌گیری شده است. (شکل۵)
میزان این تغییر از ۱۹درصد قبل از آبیاری به حداکثر ۲۶درصد در ساعات بعد از آبیاری رسیده است.۱
همچنین نتایج نشان داد که با افزایش دبی قطره‌چکان از ۲ به ۶/۳لیتر بر ساعت، در مدت زمان آبیاری، تغییری در پروفیل‌های رطوبتی نزدیک قطره‌چکان مشاهده نشد. با این حال، تغییرات ناچیزی در عمق ۳۰سانتی‌متری نصب لوله در جهت افقی و در عمق نصب ۴۵سانتی‌متری به‌صورت نفوذ عمقی نمایان شد۱.
عمق مناسب نصب لوله‌های آبده
توصیه می‌شود چنانچه از سامانه آبیاری قطره‌ای زیرسطحی برای جوانه‌زنی بذر با آ‌بیاری گیاهانی که ریشه سطحی دارند، استفاده شود، بهتر است لوله آبده در عمق ۳۰سانتی‌متری نصب و برای گیاهان با ریشه عمیق یا درختان، عمق مناسب می‌تواند از ۴۵ تا ۶۰سانتی‌متر انتخاب شود. همچنین در مناطق گرم و خشک که تبخیر از سطح خاک زیاد است، بهتر است عمق نصب ۴۵سانتی‌متر انتخاب شده تا سبب کاهش تبخیر شود۱.
نتیجه‌گیری
در این نشریه، تغییرات پروفیل رطوبتی در آبیاری قطره‌ای زیرسطحی موردبررسی قرار گرفت؛ همان‌طورکه انتظار می‌رود کاربرد این روش آبیاری نسبت‌به روش قطره‌ای سطحی، سبب کاهش تبخیر از سطح خاک می‌شود، اما در این روش نیز چنانچه به نوع بافت خاک و عمق کارگذاری لوله توجه نشود، تلفات آب به‌صورت تبخیر از سطح خاک مشهود خواهد بود.
همچنین با توجه به خاصیت خودشویندگی قطره‌چکان‌هایVIP و قرارگرفتن قطره‌چکان‌ها در زیرسطح خاک، استفاده از آب‌‌های باکیفیت نامتعارف به‌خصوص آب‌های شور در این سامانه امکان‌پذیر است؛ البته کنترل میزان نمک و توصیه‌های لازم درباره آب‌شویی را باید جدی گرفت.
بنابراین پیشنهاد می‌شود در استفاده از آبیاری زیرسطحی، به بافت خاک و نوع گیاهان مورداستفاده دقت کافی شود. چنانچه از این نوع آبیاری برای جوانه‌زنی بذر و گیاهانی که ریشه سطحی دارند استفاده شود، بهتر است لوله‌های آبده (حاوی قطره‌چکان) در عمق ۳۰سانتی‌متری خاک کارگذاری شوند.
همچنین برای کاهش تبخیر از سطح خاک و رساندن رطوبت به اعماق پایین‌تر، بهتر است برای آبیاری درختان یا محصولات زراعی با ریشه عمیق، این لوله‌ها در عمق ۴۵ تا ۶۰سانتی‌متری قرار گیرند. نکته مهم این است که اجرای این سامانه نسبت‌به سیستم قطره‌ای سطحی به‌علت هزینه مدفون‌کردن لوله‌ها و قیمت بیشتر لوله‌های آبده حاوی قطره‌چکان، گران‌تر است.
بنابراین از نظر اقتصادی، در جایی کاربرد این سامانه توصیه می‌شود که کمیت و کیفیت منابع آبی محدودکننده هستند. از نظر بهره‌برداری نیز توصیه می‌شود در جایی از این سامانه استفاده شود که ثبات مدیریت وجود داشته و نیروی فنی برای راهبری سامانه به کار گرفته شده است.
منابع:
۱ـ اسلامی، ‌امیر، بررسی الگوی خیس‌شدگی آبیاری قطره‌ای زیرسطحی، گزارش پژوهشی، شماره ثبت، ۴۶۹۷۴، مؤسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، ۱۳۹۴.
۲ـ دهقانی سانیج، حسین، کیانی، علیرضا، ناصری، ابوالفضل، ‌نورجو، امیر، کوهی، نادر و اسلامی، امیر، توسعه تحقیقات و تجاری‌سازی آبیاری قطره‌ای زیرسطحی. گزارش فنی، شماره ثبت ۴۴۱۵۲. مؤسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، ۱۳۹۲.
۳-Casano, C. General information irrigation by underground drip systems on olive plantations VIP underground. Mondragon Irrimon, S.A. 1997
۴-Eslami, A. and DeghaniSanij, H. Application of brackish water in subsurface drip irrigation system on pistachio orchards. 8th International Micro Irrigation Congress, Iran, Tehran, 2011