تبیان، دستیار زندگی

آبیاری قطره ای تحتانی گیاهان زراعی، دستاورد برتر دوره دوم فرزانگان 3 در بخش غرفه

حدود 70 درصد از سطح زمین را آب فرا گرفته است ولی متاسفانه بحران آب در بسیاری از كشورهای جهان از جمله كشورهای كمربند خشك زمین مثل ایران، به عنوان یكی از دغدغه های اصلی، فراروی آینده جوامع خواهد بود.
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
دوازدهمین دوره از پروژه های دانش آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پر شور شما دوستان و علاقمندان به پایان رسید.
در این دوره از جشنواره تعداد 126  گروه در بخش های سمینار های علمی، غرفه های نمایشگاهی و مسابقات به عنوان گروه های برتر، برگزیده و معرفی شدند.
بر آن شدیم تا با معرفی پروژه های گروه های برتر علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم.
  
آبیاری قطره ای تحتانی گیاهان زراعی، دستاورد برتر دوره دوم فرزانگان 3 در بخش غرفه

مقطع: دوره دوم متوسطه
موضوع: آبیاری قطره ای تحتانی گیاهان زراعی با استفاده از آب باران
نام مدرسه: دبیرستان فرزانگان 3
نام استاد: خانم نسیبه السادات میرباقر
دانش آموزان: ملیکا صفایی، ستایش مرادی نیا

چکیده:
آب یكی از اركان اصلی حیات بشری است به طوری كه حیات بدون آن برای موجوات زنده به هیچ وجه قابل تصور نیست. اگر چه كل میزان آب جهان ثابت است اما توزیع نامناسب آب در سطح جهان و ازهمه مهم تر فقدان آب سالم در بسیاری از نقاط جهان نگرانی های زیادی را پیش روی بشر قرار داده است.

حدود 70 درصد از سطح زمین را آب فرا گرفته است ولی متاسفانه بحران آب در بسیاری از كشورهای جهان از جمله كشورهای كمربند خشك زمین مثل ایران، به عنوان یكی از دغدغه های اصلی، فراروی آینده جوامع خواهد بود.

نمایه های این بحران امروزه به ویژه در شرایط خشكسالی به خوبی نمایان می باشد.

بطور كلی در نقاط مختلف كشور كاهش منابع آبی مناسب و نیاز روز افزون بخش های مختلف به آب را می توان از اثرات این بحران دانست.

مقدمه:
آن چه در این سال‌ها رخ داده نه یک خشکسالی موقت، بلکه یک نوع تغییر اقلیم است. در این وضعیت تازه، دمای ایران تاکنون یک درجه سانتی‌گراد گرم‌ تر شده و تا نزدیک به ١٥ سال دیگر، یعنی سال ٢٠٣٠ میلادی، این مقدار به دو درجه خواهد رسید. بارش نیز که تاکنون حدود پانزده درصد کاهش داشته (متوسط بارش در ایران از ٢٥٠ میلی‌متر به ٢٠٥ میلی‌متر رسیده است)، تا سال ٢٠٣٠ به حجمی بین بیست تا سی درصد کمتر از وضعیت نرمال و معمول خواهد رسید.

توجه به این مهم که با بالا رفتن سطح زندگی مردم مصرف سرانه آب افزایش می یابد نیز حقیقتی گویا از روند سریع مصرف آب در آینده خواهد بود. عامل مهم دیگر استفاده از مواد شیمیایی در مصارف کشاورزی است که وجود این آلاینده ها حتی در پساب های صنعتی به طور جدی بر کیفیت آب تاثیر می گذارد و قابلیت مصرف آن ها را از بین خواهد برد. باید پذیرفت که آلودگی آب رودخانه ها، دریاچه ها و منابع زیرزمینی به سادگی قابل رفع کردن نیست و حتی تکنولوژی مقرون به صرفه ای برای مقابله با آن وجود ندارد. حتی در کشورهای پیشرفته صنعتی، برای حذف آلودگی ها تا به حال به راهکار قابل ملاحظه نرسیده اند. بنابراین در دهه های آینده نمی توان بسیاری از منابع آب را برای مقاصد شرب مطلوب دانست.

کشاورزی آبی بزرگ‌ترین مصرف‌کننده منابع آب شیرین کشور است و به علت این که ایران در منطقه خشک و  نیمه‌خشک کره‌زمین قرار گرفته است نیاز به آب برای تولید محصولات کشاورزی زیاد است، به همین علت بیش از ٩٠ درصد منابع آبی کشور به بخش کشاورزی اختصاص دارد.

 اما در دو دهه گذشته با گسترش بی‌رویه و بدون ضابطه کشاورزی در سطح کشور برای تامین نیاز غذایی جمعیت رو به افزایش کشور، تشویق‌ های کورکورانه و غیرمسئولانه دولت ‌های گذشته برای افزایش تولید محصولات کشاورزی به منظور استقلال کوتاه‌ مدت اقتصادی و وقوع خشکسالی‌ های پیاپی و شدید که منجر به کاهش بارندگی شده است، منابع آب سطحی و زیرزمینی به شدت مورد اضافه‌ برداشت و تهدید قرار گرفتند به گونه‌ ای‌ که میزان برداشت از میزان تغذیه بیشتر بوده است.
 
نحوه ی برخورد فعلی با مشکل
راهکارهای مفیدی وجود دارد که می ‌تواند در تخفیف آلام ناشی از بحران آب کمک شایانی کند:
1-  کاهش سطح زیر کشت اراضی کشاورزی در مناطق بحرانی و یا اجرای طرح نکاشت که در حال حاضر از اهمیت زیادی برخوردار است.

2-  افزایش بهره‌ وری آبیاری (نسبت وزن محصول به حجم آب مصرف ‌شده) که عملی ‌ترین، اقتصادی‌ ترین و مناسب ‌ترین روش آن در جاهای مختلف فرق می‌کند.

3-   افزایش عملی راندمان آبیاری در سطح اراضی کشور که در حال‌ حاضر بسیار پایین است (تقریبا ٣٥درصد).

4-  استفاده گسترده از روش ‌های آبیاری تحت ‌فشار با تکیه بر افزایش بهره ‌وری آب و همزمان جلوگیری از افزایش سطح زیر کشت ناشی از کاهش مصرف آب.

5-  افزایش واردات «آب مجازی» در قالب واردات محصولات کشاورزی که یکی از راه‌ های بسیارموثر برای کاهش فشار بر منابع آب است.

6- استفاده از پتانسیل بالای فاضلاب تصفیه‌ شده شهرها برای آبیاری اراضی کشاورزی که سال‌ ها مورد غفلت واقع شده است.

7- عدم کاشت محصولات پرآب مانند ذرت، برنج، هندوانه، گوجه ‌فرنگی، خیار سبز و... و عدم کاشت محصولات تابستانه.

8- اجرای گسترده طرح‌ های آبخیزداری و استحصال آب باران برای تغذیه منابع آب زیرزمینی.

9- شناسایی و کاشت ارقام گیاهی مقاوم به کم ‌آبیاری و تنش ‌های کم ‌آبی.

10- گسترش کشت زمستانه به منظور بهره ‌برداری بیشتر از بارندگی در مناطق مساعد.

در شــرایطی كه كشور به شــدت از لحاظ كمبود منابع آب شیرین رنج می برد و در دراز مدت مسـئله بحران منابع آب به صورت یك مسئله جدی مطرح اســت، توجه به افزایش راندمان كارآیی مصرف آب و ارتقاء بهره وری آب كشــاورزی یــك ضرورت اجتناب ناپذیر اســت. در این شــرایط، ارتقاء سیســتم های آبیاری و اصلاح روش های ارزیابی آب مــورد نیاز گیاهان، دو راهكاری اســت كه در افزایش کارآیی مصرف آب مؤثرند. کاهش تبخیر ســطحی از خــاک و آب و همچنین کاهش نفوذ عمقی، کارآیــی مصــرف آب را افزایــش می دهــد. محققان نتیجــه گرفته انــد که روش آبیاری قطره ای در مقایســه با روشهــای فارو و بارانــی عملکرد محصول افزایش می یابد، شــوری خــاک کنترل می گردد و زهاب زهکشــی کنترل می شــود.

آبیاری قطره ای زیر ســطحی از جمله روش های آبیاری است كه در دهه اخیر، در نقاط مختلف دنیا گسترش یافته است. این روش اولین بار در ســال ۱۹۵۹ در كالیفرنیا مطرح شد و به تدریج با بهبود مصالح روش آبیاری قطره ای، این روش نیز توسعه یافت، به طوری كه در سال های اخیر با توجه به مطرح شدن مسائل زیست محیطی و بحث استفاده مجدد از پساب فاضلاب، مقالات و گزارشــات تحقیقی متعددی در ارتباط با كاربرد آن و اثرات آن در شرایط كاربرد منابع غیر متعارف آب در آبیاری ارائه گردید.

وضعیت خاک و شیب زمین
نفوذ پذیری در خاک های شنی بطور عمده تابع نیروی ثقل است. حال آنکه در خاک های رسی عامل اصلی تعیین کننده شکل پیاز رطوبتی خاک نیروی کاپیلای یا مویینه ای بدان معنی است که درخاک های شنی پیاز رطوبتی بصورت عمودی و باریک ولی درخاک های رسی بصورت نیمکره کوچک یا بزرگی است که مرکز آن در زیر قطره چکان قراردارد.

البته مرطوب شدن ناحیه ریشه بندرت از این الگوها پیروی می کند. نیروهای ثقلی و مویینه ای فقط در وضعیتی عامل اصلی شکل پیاز رطوبتی خاک می باشندکه دبی قطره چکان کم یا معادل سرعت نفوذ آب درخاک باشد. اما میزان نفوذپذیری نه فقط با بافت خاک تغییر می کند، بلکه رطوبت خاک نیز موجب تغییر آن می گردد بطوری که افزایش رطوبت خاک باعث کاهش نفوذ پذیری نهایی می گردد. درطراحی سیستم آبیاری قطره ای فقط باید سرعت نهایی نفوذ آب درخاک در نظر گرفته شود.

اهداف و فواید پژوهش
با طراحی سیستمی نو در شیوه ی آبیاری قطره ای زیر زمینی می توان به اهداف زیر دست یافت:
·         صرفه جویی آب به میزان حداکثر و نبود تبخیر از سطح خاک
 •    افزایش کمی و کیفی گیاهان به علت وجود رطوبت در دسترس همیشگی
 •    صرفه جویی سم و کود به علت انتقال آن از طریق همین سیستم
 •    عدم نیاز به تسطیح و تراس بندی در سطح خاک
 •    از بین رفتن تدریجی علف های هرز قابل استفاده از مزارع و باغات تا باغچه منازل و گلدان‌ ها و زمین های ورزشی
 •    عدم مزاحمت برای ماشین آلات و کارگران به علت دفن بودن سیستم زیر زمین
•     مصونیت از سرما و گرما به لوله ها و یخ زدگی
 •    مصونیت از آسیب و سرقت به علت نداشتن آبپاش و تجهیزات رو زمینی
 •    اکسیژن رسانی به ریشه و کاهش نیاز به شخم
 •    قابلیت کنترل اتوماتیک
 •    طول عمر بالای سیستم (بسته به نگهداری و سرویس بین 10 تا 25 سال)
 •    عدم تاثیر وزش باد
 •    قابل استفاده در هر نوع آب و خاک و هوا
 •    کاهش هزینه کارگری
•     عدم سله بستن و فرسایش خاک
 •    قابل کاربرد روی شیب و دیواره ها
 •    قابل کاربرد در سیستم  Roof Garden

با جمع آوری آب های تسهیل شده در مخزن و با استفاده از اختلاف فشار، آن ها در جهت شیب لوله جاری می شوند. با استفاده از تایمر برای جاری شدن آب در لوله ها زمان مشخص می شود و با استفاده از لوله های تراوا می توان آب را در ابعاد زمین های زراعی و یا گلخانه ای جاری ساخت. آب در زیر زمین از لوله ها تراوش می کند و جذب ریشه ی گیاه می شود.

مزایای آبیاری قطره ­ای زیر سطحی (سیستم محافظ ریشه)
1. صرفه جویی اساسی در مصرف آب: بهبود بازدهی سیستم که در نتیجه برنامه ریزی آبیاری کوتاه مدت و تکرار شونده کاملا منظم حاصل می شود. از هدر رفت ثقلی آب جلوگیری کرده و فقط آب مورد نیاز گیاه را تامین می کند. این امر با افزایش محدوده ظرفیت زراعی و نیز حذف تبخیر آب از سطح زمین و همچنین کاهش رسوب و املاح باعث افزایش بازدهی تا 98 درصد آب مصرفی می گردد. در مقایسه دو سیستم، در آبیاری یک قطعه زمین با مقدار آب مساوی، سیستم آبیاری قطره­ ای زیر سطحی 46 درصد حجم بیشتری از خاک را نسبت به سیستم آبیاری قطره ­ای سطحی خیس می کند. این به این معنا می باشد که در آبیاری زیر سطحی نقطه اشباع کمتر از آبیاری رو سطحی می باشد که این کم بودن نقطه اشباع نه تنها به اندازه کافی اجازه ورود هوا به داخل خاک را می­دهد، بلکه با بهبود حرکت مویینگی از هدر رفت ثقلی آب جلوگیری می کند.

2. محصول سالم تر با کیفیت بهتر: با استفاده از آبیاری قطره ای زیر سطحی، سطح خاک اطراف گیاه خشک می ماند که در نتیجه آن شیوع بیماری های قارچی که با رطوبت خاک زیر سطح سایه انداز گیاه رابطه مستقیم دارد، کاهش می یابد. و نیز به دلیل اینکه آب و مواد غذایی لازم برای گیاه مستقیماً در منطقه احاطه شده توسط ریشه گیاه و در فاصله های زمانی منظم و کوتاه قابل دسترس می باشد، استرس روی گیاه به شدت کاهش یافته و باعث رشد گیاه سالم می­ گردد.

3. بهبود گردش هوا در خاک: با استفاده از این سیستم ذرات ریز خاک به سمت پایین شسته نمی شوند و در نتیجه اثر خاک فشرده شده بر روی ریشه کمتر و باعث رشد بهتر آن می شود. 

4. استفاده کمتر از مواد شیمیایی و انجام عملیات کود رسانی بدون ایجاد خطر و با بیشترین راندمان: قطره چکان های زیر سطحی مواد شیمیایی را مستقیما در اختیار ریشه گیاه قرار می دهند که باعث می شود کمترین تماس با سطح رویه خاک و آلودگی های ناشی از آن را داشته باشد. بر خلاف آبیاری سطحی، استفاده از حجم بالای آب آبیاری در این سیستم باعث شسته شدن و از دسترس خارج شدن مواد شیمیایی و آفت کش ها نشده، بلکه باعث افزایش راندمان این مواد نیز می گردد و همچنین خشک بودن سطح خاک از جوانه زدن علف های هرز جلوگیری کرده و در نتیجه نیاز به علف کش ها را کاهش می دهد.

5. طول عمر بیشتر سیستم: قطره چکان های سیستم محافظ ریشه از پلیمرهای بادوام و مقاوم ساخته شده است. همچنین وقتی این لوله ها در زیر زمین نصب می­شود از تاثیرات تغییرات دما و اشعه ماوراء بنفش خورشید و نیز صدمات مکانیکی و رفت و آمد ماشین آلات در امان می­ ماند.

6. عدم رسوب املاح و تشکیل جلبک: وقتی قطره چکان ها در زیر زمین نصب شوند به دلیل اینکه تبخیر اطراف آن ها وجود ندارد از جمع شدن املاح و نمک ها و بی­کربنات ها جلوگیری می شود. همچنین به دلیل اینکه اطراف قطره چکان نور نیست امکان رشد جلبک ها هم وجود ندارد.

7. نیاز به نیروی کارگری کمتر: در این سیستم به دلیل اینکه رشد علف هرز و بیماری های گیاهی کمتر است و همچنین نیاز به  نگهداری و تعمیرات کمتری دارد. در نتیجه نیروی کارگری کمتری نیاز بوده و این باعث کاهش هزینه های جاری سیستم می­ شود. 

برای مشاهده مجموعه فایل های ضمیمه اینجا کلیک کنید.

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه: نگار تجملیان-  تنظیم: نسرین صادقی