آبیاری زیرسطحی | طراحی و اجرا، مزایا و محدودیت ها
یکی از پیشرفته ترین روش های آبیاری نوین کشاورزی، آبیاری زیرسطحی (Subsurface Irrigation) است. در این سیستم، آب از طریق لوله ها یا نوارهای آبیاری در زیر سطح خاک و مستقیماً در ناحیه ریشه گیاه توزیع می شود. سیستم آبیاری زیرسطحی به دلیل کاهش تبخیر، صرفه جویی چشمگیر در مصرف آب و افزایش راندمان آبیاری، به ویژه در مناطق کم آب و خشک بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
آبیاری زیرسطحی چیست و چطور کار می کند؟
آبیاری زیرسطحی (Subsurface Irrigation) با نام آبیاری قطره ای زیرسطحی (Subsurface Drip Irrigation SDI) نیز شناخته می شود. این سیستم یکی از پیشرفته ترین و مهندسی ترین روش های آبیاری است. در این سیستم، آب به کمک لوله ها یا نوارهای قطره چکان دار که در عمق مشخصی از خاک (معمولاً ۱۵ تا ۵۰ سانتی متر) دفن شده اند، به طور مستقیم در اختیار ریشه گیاهان قرار می گیرد . هدف اصلی این روش، رساندن آب با حداقل تلفات (تبخیر و رواناب) و حداکثر کارایی به منطقه توسعه ریشه است.
آبیاری کوزه ای
ایده آبیاری زیرسطحی اگرچه نوین به نظر می رسد، اما ریشه ای کهن در تاریخ کشاورزی ایران دارد. روش سنتی “آبیاری کوزه ای” که در مناطق کویری برای آبیاری درختان استفاده می شد، نمونه اولیه و هوشمندانه آبیاری زیرسطحی محسوب می شود. در آن روش، کوزه های سفالی متخلخل را در کنار ریشه درخت دفن می کردند و آب به تدریج از دیواره کوزه تراوش کرده و ریشه را سیراب می کرد. سیستم های امروزی، نسخه پیشرفته و مهندسی شده همین ایده هستند.
انواع سیستم های آبیاری زیرسطحی
-
آبیاری قطره ای زیرسطحی (SDI)
این سیستم رایج ترین نوع آبیاری زیرسطحی است. در روش قطره ای زیر سطحی، نوارها یا لوله های قطره چکان دار در زیر خاک دفن می شوند و آب را به صورت کنترل شده در اختیار ریشه قرار می دهند.
ویژگی ها:
- مناسب برای کشت های ردیفی مثل ذرت، گندم، پنبه
- مناسب برای باغات و گلخانه ها
- امکان اتوماسیون کامل
-
آبیاری تراوشی زیرسطحی
در این روش از لوله های متخلخل استفاده می شود که آب را به صورت یکنواخت در طول مسیر نشت می دهند.
کاربردها:
- فضای سبز شهری
- چمن کاری ها
- باغچه های خانگی
اجزا و تجهیزات اصلی سیستم آبیاری زیرسطحی
یک سیستم آبیاری زیرسطحی کارآمد از بخش های مختلفی تشکیل شده است که هر کدام نقش حیاتی در عملکرد صحیح آن دارند. مهم ترین این اجزا عبارتند از:
۱- منبع آب و واحد پمپاژ
شامل چاه، استخر یا هر منبع آبی دیگر به همراه پمپ مناسب برای تأمین فشار و جریان مورد نیاز سیستم است. پمپهای با فشار کارکرد پایین (حداقل ۱۰۰۰ کیلوپاسکال) برای این روش مناسب هستند .
۲- سیستم فیلتراسیون
فیلتراسیون مهم ترین بخش یک سیستم آبیاری زیرسطحی است . از آنجایی که قطره چکان ها در زیر خاک دفن می شوند و دسترسی به آنها برای تمیزکاری بسیار دشوار است، استفاده از آب تمیز و عاری از هرگونه ذرات معلق (شن، ماسه، جلبک، مواد آلی) الزامی است. بسته به کیفیت آب، از فیلترهای هیدروسیکلون (برای جدا کردن شن و ماسه)، فیلترهای شن و ماسه ای (برای گرفتن ذرات آلی) و فیلترهای دیسکی یا توری (برای تصفیه نهایی) استفاده می شود .
۳- واحد تزریق کود (کودآبی)
این بخش، امکان تزریق دقیق و یکنواخت کودهای محلول، اسیدها و سایر مواد شیمیایی را مستقیماً به منطقه ریشه فراهم می کند که باعث افزایش چشمگیر کارایی مصرف کود می شود .
۴- لوله های اصلی و فرعی (مانیفولد)
این لوله ها وظیفه انتقال آب از منبع و واحد فیلتراسیون به لوله های قطره چکان دار (لترال ها) را بر عهده دارند. معمولاً از لوله های PVC یا پلی اتیلن با قطرهای بزرگتر استفاده می شود .
۵- لوله های قطره چکان دار (لترال ها)
لترال ها قلب سیستم آبیاری زیرسطحی هستند. این لوله ها که از جنس پلی اتیلن مرغوب ساخته می شوند، در فواصل معین (مثلاً ۲۰، ۳۰، ۵۰ یا ۱۰۰ سانتی متر) دارای قطره چکان هستند. قطره چکان ها می توانند داخل لوله (in-line) یا روی لوله (on-line) نصب شوند، اما نوع درون خطی به دلیل نصب آسان تر و هزینه کمتر، رایجتر است . استفاده از قطره چکان های جبران کننده فشار (Pressure Compensating) برای اطمینان از یکنواختی پخش آب در زمین های شیب دار و طولانی توصیه می شود .
۶- شیرهای کنترلی و ایمنی
این مجموعه شامل شیرهای قطع و وصل، شیرهای تنظیم فشار، شیرهای یک طرفه (برای جلوگیری از برگشت مواد شیمیایی به منبع آب) و شیرهای تخلیه هوا است. شیرهای تخلیه هوا در نقاط مرتفع سیستم نصب می شوند تا هوای داخل لوله ها را خارج کرده و از ایجاد خلأ و مکش ذرات خاک به داخل قطره چکان ها هنگام خاموش شدن سیستم جلوگیری کنند .
۷- دبی سنج و فشارسنج
این ابزارها برای پایش دقیق عملکرد سیستم، تشخیص به موقع گرفتگی ها یا نشتی ها و اطمینان از کارکرد سیستم در محدوده طراحی شده، ضروری هستند.
کاربردهای آبیاری زیرسطحی
آبیاری زیرسطحی برای طیف وسیعی از محصولات کشاورزی و فضای سبز قابل استفاده است، اما در شرایط زیر بهترین عملکرد را دارد:
- مناطق خشک و نیمه خشک با کمبود آب: این روش با به حداکثر رساندن کارایی مصرف آب، بهترین گزینه برای این مناطق است .
- مناطق باد خیز با تبخیر بالا: قرارگیری لولهها در زیر خاک، مشکل تبخیر ناشی از باد را کاملاً حل میکند .
- باغات میوه: به ویژه برای درختان پسته، زیتون، خرما، مرکبات و سایر درختان با ریشه عمقی بسیار مناسب است. تحقیقات انجام شده روی پسته در ایران نشان داده که عمق نصب ۳۰ سانتی متر برای این محصول نتایج بسیار خوبی داشته است .
- محصولات زراعی ردیفی: محصولاتی مانند ذرت، پنبه، نیشکر، یونجه، سیب زمینی و گوجه فرنگی برای آبیاری زیرسطحی مناسب است . استفاده از این روش در مزارع یونجه، مشکل تردد ماشین آلات برداشت را حل کرده و اجازه می دهد بلافاصله پس از برداشت، آبیاری انجام شود .
- فضای سبز شهری و بلوارها: برای آبیاری درختان و درختچه های کاشته شده در بلوارها و فضاهای سبز شهری که حفظ منظر و عدم ایجاد رواناب اهمیت دارد، گزینه ای ایده آل است .
- زمین های شیبدار: با استفاده از قطره چکان های جبرانکننده فشار، می توان آب را به طور یکنواخت در زمین های شیبدار توزیع کرد، بدون اینکه مشکلی از بابت رواناب ایجاد شود .
مراحل اجرای سیستم آبیاری زیرسطحی
اجرای یک سیستم آبیاری زیرسطحی نیازمند برنامهریزی و اجرای دقیق است. مراحل کلی به شرح زیر است:
بررسی و طراحی اولیه
در این مرحله، کارشناسان با بررسی عواملی مانند نوع محصول، سن درختان (یا تراکم بوته)، بافت و عمق خاک، توپوگرافی زمین، کیفیت و کمیت منبع آب و شرایط اقلیمی منطقه، نقشه اجرایی سیستم را تهیه می کنند. مهمترین پارامترهایی که در طراحی تعیین میشوند عبارتند از:
-
عمق نصب لوله ها
- این عمق به عمق ریشه دوانی گیاه، بافت خاک و نوع محصول بستگی دارد. برای محصولات زراعی یک ساله معمولاً ۱۵-۲۵ سانتی متر و برای درختان ۳۰-۵۰ سانتی متر مناسب است. تحقیقات روی درختان پسته، عمق ۳۰ سانتی متر را به عنوان بهترین عمق معرفی کرده است .
-
فاصله بین لترال ها
- این فاصله به عرض پهنای خیس شدن خاک (که به بافت خاک و دبی قطره چکان بستگی دارد) و فاصله ردیف های کاشت وابسته است. معمولاً برای هر ردیف کشت، یک لترال در نظر گرفته می شود.
-
فاصله قطره چکان ها روی لترال
- این فاصله نیز به بافت خاک و نوع گیاه بستگی دارد و معمولاً بین ۳۰ تا ۱۰۰ سانتیمتر متغیر است .
-
تأمین تجهیزات
- پس از نهایی شدن طراحی، تجهیزات اصلی شامل پمپ، فیلترها، کودآبیار، لوله های اصلی و فرعی، لوله های قطره چکان دار (لترال) و شیرآلات کنترلی با مشخصات تعیین شده در طراحی تهیه می شوند.
-
آماده سازی زمین و حفاری
- زمین تا حد امکان تسطیح میشود. سپس با استفاده از ترانشه کن یا ماشین آلات کشاورزی (مانند سمباده ها) کانال هایی با عمق مشخص برای قرارگیری لترال ها حفر می شود. در زمین های بزرگ و با طراحی دقیق، لترال ها معمولاً به صورت موازی با فاصله ثابت از هم قرار می گیرند.
-
نصب لوله ها
- ابتدا لوله های اصلی و فرعی (مانیفولد) در محل خود کار گذاشته شده و شیرآلات روی آنها نصب می شود. سپس لوله های قطره چکان دار (لترال ها) درون کانال ها پهن شده و به مانیفولدها متصل می شوند. پس از اطمینان از اتصالات، سیستم به صورت آزمایشی با آب روشن می شود تا از عدم وجود نشتی و عملکرد صحیح قطره چکان ها اطمینان حاصل شود.
-
دفن لوله ها
- پس از تأیید عملکرد سیستم، لوله ها با همان خاک کنده شده (و یا در صورت نیاز، خاک نرم) پوشانده می شوند. دقت میشود که لوله ها در عمق یکنواخت و دقیق قرار گیرند و زیر سنگ ها یا کلوخه های بزرگ مدفون نشوند .
-
نصب و راه اندازی ایستگاه مرکزی
- در نهایت، پمپ، فیلترها، کود آبیاری و سایر تجهیزات ایستگاه مرکزی نصب و به یکدیگر و به خط اصلی متصل می شوند. سیستم به طور کامل راه اندازی شده و تنظیمات نهایی برای آبیاری خودکار یا دستی انجام می شود.
عمق مناسب نصب در آبیاری زیرسطحی
یکی از مهم ترین تصمیمات در طراحی، انتخاب عمق مناسب برای دفن لوله های قطره چکان دار است. این عمق تحت تأثیر عوامل زیر است:
-
نوع محصول و عمق ریشه
- برای محصولات زراعی با ریشه های سطحی (مانند کاهو و سبزیجات)، عمق نصب کم (۱۵-۲۰ سانتیمتر) و برای درختان و محصولات با ریشه عمیق (مانند پسته، مرکبات و نیشکر)، عمق نصب بیشتر (۳۰-۶۰ سانتیمتر) انتخاب می شود .
-
بافت خاک
- در خاکهای شنی که آب به سرعت نفوذ می کند و پهنای خیس شدگی کم است، باید لوله ها نزدیک تر به هم و در عمق کمی نصب شوند. در خاک های رسی که آب به صورت جانبی بیشتر حرکت می کند، می توان لوله ها را در عمق بیشتری کار گذاشت.
-
نوع سیستم خاکورزی و تناوب زراعی
- در کشت محصولات یک ساله، لوله ها باید در عمقی نصب شوند که شخم سالیانه به آنها آسیب نزند.
-
کیفیت آب (شوری)
- اگر آب آبیاری شور باشد، نصب لوله ها در عمق بیشتر می تواند تجمع نمک در سطح خاک را دورتر از ریشه اصلی نگه دارد، اما در عین حال خطر تجمع نمک در منطقه ریشه در درازمدت وجود دارد که نیاز به آبشویی دوره ای دارد .
یک تحقیق ۴ ساله روی درختان پسته در ایران نشان داد که عمق نصب ۳۰ سانتی متر نسبت به عمق ۵۰ سانتی متر نتایج بهتری از نظر رشد و عملکرد درخت داشته است. در این تحقیق، تیمار آبیاری با ۶۰ درصد نیاز آبی در روش سطحی (به معنی ۲۵ درصد صرفه جویی) بهترین نتیجه را از خود نشان داد . (مقایسه اثرات دو سیستم آبیاری قطره ای سطحی و زیرسطحی بر رشد و عملکرد درختان بارور پسته)
هزینه اجرای آبیاری زیرسطحی چقدر است؟
برآورد دقیق هزینه آبیاری زیرسطحی به عوامل متعددی بستگی دارد و ارائه یک عدد ثابت ممکن نیست. اگرچه هزینه اولیه آبیاری زیرسطحی از روش قطره ای سطحی بالاتر است، اما صرفه جویی در مصرف آب (تا ۴۰٪)، کاهش هزینه های کارگری، کود و سموم و همچنین افزایش عملکرد محصول در دراز مدت، این سرمایه گذاری را توجیه پذیر می کند . با این حال، می توان عوامل مؤثر بر هزینه را بررسی کرد:
عوامل تاثیر گذار بر هزینه
- مساحت زمین: هرچه مساحت بیشتر باشد، هزینه کل بیشتر خواهد بود، اما معمولاً قیمت به ازای هر هکتار کاهش می یابد .
- نوع محصول و تراکم کشت: نوع محصول تعیین کننده فاصله لترال ها و قطره چکان ها است و در نتیجه بر میزان لوله مصرفی در هکتار تأثیر می گذارد.
- نوع و کیفیت تجهیزات: کیفیت لوله های قطره چکان دار (ضخامت دیواره، نوع قطره چکان، وجود مواد ضد نفوذ ریشه)، نوع فیلترها (دیسکی، شنی، هیدروسیکلون) و برند تجهیزات، تأثیر مستقیمی بر هزینه نهایی دارد.
- شرایط زمین و خاک: وجود سنگ لاخه ها، شیب زمین و نوع خاک بر هزینه حفاری و نصب تأثیر می گذارد .
- منبع آب و نیاز به پمپاژ: عمق چاه یا فاصله تا منبع آب و نیاز به پمپاژ، بر هزینه تجهیزات ایستگاه پمپاژ تأثیرگذار است .
- هزینه طراحی و نظارت: هزینه مشاوره، طراحی و نظارت بر اجرا نیز باید در نظر گرفته شود .
نکات کلیدی در نگهداری و افزایش عمر سیستم آبیاری زیرسطحی
نگهداری صحیح، کلید موفقیت و افزایش طول عمر سیستم آبیاری زیرسطحی است. مهمترین اقدامات نگهداری عبارتند از:
- بازبینی و شستشوی دوره ای فیلترها: فیلترها اولین و مهم ترین خط دفاعی در برابر گرفتگی هستند. بسته به کیفیت آب، باید به طور مرتب (روزانه تا هفتگی) بازبینی و شستشو شوند.
- شستشوی خطوط (لترالها): طراحی سیستم باید به گونه ای باشد که امکان شستشوی انتهای لترال ها وجود داشته باشد. با باز کردن شیرهای انتهایی، می توان رسوبات تجمع یافته را از خطوط خارج کرد. این کار بهتر است حداقل هر دو هفته یک بار انجام شود .
- تزریق مواد شیمیایی (اسید و کلر): در صورت مشاهده افت تدریجی دبی یا یکنواختی پخش آب (که نشانه گرفتگی بیولوژیک یا شیمیایی است)، می توان با مشورت کارشناسان، اقدام به تزریق اسید (برای حل کردن رسوبات آهکی) یا کلر (برای کنترل جلبک ها و باکتری ها) در سیستم کرد.
- پایش مداوم فشار و دبی: ثبت روزانه فشار در نقاط مختلف سیستم (به ویژه قبل و بعد از فیلترها) و دبی کل، به شما کمک می کند تا هرگونه مشکل مانند گرفتگی یا نشتی را زود تشخیص دهید .
- کنترل جوندگان: با پایش مزرعه و اقدامات لازم (مانند طعمه گذاری) جمعیت جوندگان را کنترل کنید.
- بازدید دوره ای سطح خاک: مشاهده نقاط مرطوب در سطح خاک می تواند نشانه نشتی در لوله ها (به دلیل آسیب جوندگان یا ترکیدگی) باشد.
آیا آبیاری زیرسطحی برای مناطق خشک مناسب است؟
بله، این روش یکی از بهترین گزینه ها برای مناطق کم آب و نیمه خشک محسوب می شود، زیرا:
- مصرف آب را کاهش می دهد.
- تبخیر را به حداقل می رساند.
- بهره وری آبیاری را افزایش می دهد.
آبیاری زیرسطحی یکی از مدرن ترین و کارآمدترین روش های آبیاری در کشاورزی امروز است. اگرچه هزینه اولیه آن نسبتاً بالاست، اما با توجه به کاهش مصرف آب، افزایش عملکرد محصول، کاهش علف های هرز و بهبود سلامت گیاه، یک سرمایه گذاری هوشمندانه برای کشاورزان محسوب می شود.
در شرایط کم آبی و بحران منابع آبی، استفاده از سیستم های آبیاری زیرسطحی می تواند نقش مهمی در توسعه کشاورزی پایدار ایفا کند.
