مدیریت آب در کشاورزی

مدیریت آب در کشاورزی

شاخص‌های مدیریت آب در سامانه‌های آبیاری بارانی و سطحی (مطالعه موردی: استان چهارمحال و بختیاری)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
رحیم علیمحمدی نافچی
بخش تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی چهارمحال و بختیاری، سازمان تحقیقات ، آموزش و ترویج کشاورزی، شهرکرد، ایران
چکیده
تنش‌های ناشی از ناترازی عرضه و تقاضای آب در جوامع مختلف، ضرورت صرفه جویی و مصرف بهینه آب به منظور پایداری تولید و تأمین امنیت غذایی را مضاعف نموده است. این پژوهش با هدف دستیابی به مدیریت بهینه مصرف آب در سامانه‌های آبیاری بارانی و سطحی بمدت سه سال در ایستگاه تحقیقاتی چهارتخته استان چهارمحال و بختیاری، اجرا گردید. در این پژوهش ضمن ارزیابی شاخص‌های راندمان آبیاری و کارآیی مصرف آب، مقادیر آب‌های تلف شده (آب‌های نفوذ عمقی، روانآب سطحی، بادبردگی و تبخیر) بررسی شدند. برای تجزیه و تحلیل مقادیر آب تلف شده در سامانه‌های آبیاری، از دو قطعه جداگانه دارای لایسیمتر و تحت کشت یونجه، و معادله بیلان آبی استفاده شد. نتایج نشان داد که میانگین میزان آب آبیاری در روش‌های آبیاری بارانی و سطحی به ترتیب 11298 و 18313 مترمکعب در هکتار بوده است و میزان آب آبیاری در روش آبیاری بارانی 38 درصد نسبت به روش آبیاری سطحی کاهش داشته است. میانگین میزان تبخیر و تعرق گیاه در روش‌های آبیاری بارانی و سطحی به ترتیب 702 و 676 میلیمتر در سال بود و تغییر روش آبیاری تاثیر قابل­ملاحظه‌ای در میزان تبخیر و تعرق گیاه نداشته است. در روش آبیاری بارانی میانگین مجموع تلفات بادبردگی، تبخیر و نفوذ عمقی 33/6 درصد بود، در حالی که در روش آبیاری سطحی نزدیک به 20 درصد آب آبیاری به صورت روانآب سطحی و 43 درصد آب آبیاری به صورت نفوذ عمقی از دسترس گیاه خارج شده است. این نتایج نشان داد که میانگین راندمان آبیاری در روش‌های آبیاری بارانی و سطحی به ترتیب 62/2 و 36/9 درصد بوده است و راندمان آبیاری در روش آبیاری بارانی نسبت به روش آبیاری سطحی 69 درصد افزایش یافته است. متوسط کارآیی مصرف آب علوفه‌تر در سامانه‌های آبیاری بارانی و سطحی به ترتیب 6/2 و 4/2 کیلوگرم بر متر مکعب و برای علوفه خشک 1/8 و 3/1 کیلوگرم بر متر مکعب بدست آمد و شاخص کارآیی مصرف آب در سامانه آبیاری بارانی در تولید علوفه‌تر و خشک به ترتیب 1/48 و 1/35 برابر سامانه آبیاری سطحی بوده است. مقایسه آماری میانگین پارامترهای اندازه‌گیری شده با استفاده از آزمون تی نشان داد که کارآیی مصرف آب و راندمان‌ آبیاری در سامانه‌های آبیاری بارانی و سطحی در سطح 5 درصد دارای اختلاف معنی­داری بودند.
کلیدواژه‌ها
اجزاء بیلان آبی
تلفات آب آبیاری
سامانه‌های آبیاری بارانی و سطحی
راندمان مصرف آب
مدیریت آبیاری

عنوان مقاله English

Water Management Indicators in Sprinkler and Surface Irrigation Systems )Case Study: Chaharmahal and Bakhtiari Province(

نویسنده English

Rahim Alimohammadi Nafchi
Agricultural Engineering Research Department, Chaharmahal and Bakhtiari Agricultural and Natural Resources Research and Education center, AREEO, Shahrekord, Iran
چکیده English

The tensions caused by the imbalance of water supply and demand across various societies have heightened the need for water conservation and optimal utilization to sustain production and ensure food security. This research was conducted over three years at the Chahartakhte Research Station in Chaharmahal and Bakhtiari Province to effectively manage water consumption in sprinkler and surface irrigation systems. In this study, while evaluating irrigation efficiency and water use efficiency indices, the amounts of wasted water (deep infiltration, surface runoff, wind drift, and evaporation) were examined. To analyze the waste in irrigation systems, two separate plots with lysimeters under alfalfa cultivation and the water balance equation were used. The results indicated that the average irrigation water use in sprinkler and surface irrigation methods was 11298 and 18313 cubic meters per hectare, respectively, with the sprinkler irrigation method reducing the amount of water used by 38 percent compared to the surface irrigation method. The average plant evapotranspiration rate for sprinkler and surface irrigation methods was 702 and 676 mm per year, respectively, and changing the irrigation method did not significantly affect the evapotranspiration rate. In the sprinkler irrigation method, total losses from wind drift and evaporation losses, and deep infiltration averaged 33.6 percent, while in the surface irrigation method, nearly 20 percent of the irrigation water was lost as surface runoff and 43 percent as deep infiltration. These findings revealed that the average irrigation efficiency in the sprinkler and surface irrigation methods was 62.2 and 36.99 percent, respectively, with the sprinkler method showing a 69 percent increase in irrigation efficiency compared to the surface irrigation method. The average water use efficiency for wet fodder in both systems was 6.2 and 4.2 kg/m3, respectively. For dry fodder, it was 1.8 and 1.3 kg/m3, and the water use efficiency index in the sprinkler system for producing wet and dry fodder was 1.48 and 1.35 times that of the surface irrigation system, respectively. A statistical comparison of the means of the measured parameters using the t-test indicated that water use and irrigation efficiency in the sprinkler and surface irrigation systems significantly differed at the 5% level.

کلیدواژه‌ها English

Components of the water balance
Irrigation management
Irrigation water losses
Sprinkler and surface irrigation systems
Water use efficiency
ابراهیمی، ح. 1385. ارزیابی روش‌های آبیاری تحت فشار در استان خراسان رضوی. مجله علمی پژوهشی علوم کشاورزی. 12 (3): 577- 589.
افشارمنش، غ.، حیدری شریف‌آبادی، ح.، مظاهری، د.، نورمحمدی، ق. و مدنی، ح. 1387. بررسی اثر تنش کم آبی بر روی عملکرد علوفه خشک و کارائی مصرف آب ارقام یونجه(Medicago sativa L.). پژوهش و سازندگی در زراعت و باغبانی. 78: 132-140.
علیزاده، ح. ع.، لیاقت، ع. و سهرابی، ت. 1393. ارزیابی سناریوهای توسعه سیستمهای آبیاری تحتفشار بر منابع آب زیرزمینی با استفاده از مدلسازی پویایی سیستم. نشریه حفاظت منابع آب و خاک. 3(4): 1-15.
بتوخته، ف.، میثاقی، ف. و دهقانی‌سانیج، ح. 1395. ارزیابی تأثیر افزایش راندمان آبیاری و افزایش سطح زیرکشت بر میزان آب برگشتی و ذخایر آب زیرزمینی با استفاده از مدل SWAT. نشریه حفاظت منابع آب و خاک. 6(2): 1-13.
سی و سه مرده، م. و بایزیدی، م. 2011. ارزیابی فنی سیستم‌های آبیاری بارانی کلاسیک ثابت در مطالعه موردی استان آذربایجان غربی - مهاباد. مجله مهندسی منابع آب. 4:63-76.
فرزام‌نیا، م.، اکبری، م. و حیدری سلطان‌آبادی، م. 1402. بهره­وری آب و انرژی محصول پیاز در روش­های آبیاری بارانی و سطحی در برخی از مزارع استان اصفهان. نشریه علوم آب و خاک. 27(4): 131-1402.
قاسمی سعادت‌آبادی، ف.، زندپارسا، ش. و مهبد، م. 1400. برآورد تبخیر- تعرق واقعی، بهرهوری تبخیر- تعرق و بازده آبیاری مزارع گندم در سیستم­های آبیاری سطحی و بارانی با استفاده از سنجش از دور. نشریه علوم آب و خاک. 25(4): 119-205.
حقایقی‌مقدم، س. ا.، توحیدلو، ق. و صدر‌قاین، س.، ح. 1384. بررسی عملکرد و کارآیی مصرف آب چغندرقند در روش‌های آبیاری جویچه‌ای و بارانی. مجله تحقیقات مهندسی کشاورزی. 6(22): 1-14.
حیدری، ن.، 1390. تعیین و ارزیابی شاخص کارایی مصرف آب محصولات زراعی تحت مدیریت کشاورزان درکشور. مجله مدیریت آب و آبیاری. 1(2): 43-57.
خرمیان، م.، شوشی دزفولی، ا. ع. و عصاره، ع. 1391. بررسی تأثیر آبیاری قرقره‌ای بر عملکرد علوفه و کارآیی مصرف آب یونجه در خوزستان. فصلنامه علمی پژوهشی فیزیولوژی گیاهان زراعی. 4(15): 87-97.
یعقوبی، ف.، جامی الاحمدی، م.، بخشی، م. ر. و سیاری زهان، م. ح. 1394. مقایسه شاخص­های کارایی فنی و اقتصادی مصرف آب در تولید گندم و زعفران در شهرستان قائنات. نشریه زراعت و فناوری زعفران. 3(4): 225-236.
Al-Dossary, N., Maray, S. A., Al-Hamed, S. A. and Aboukarima, A. M. 2023. Employing Data Mining Algorithms and Mathematical Empirical Models for Predicting Wind Drift and Evaporation Losses of a Sprinkler Irrigation Method. Water. 15(5): 1-14. https://doi.org/10.3390/w15050922
 Al-Ghobari., H. M.,  El-Marazky, M. S., Dewidar, A. Z., Mattar, M. A. 2018. Predict wind drift and evaporation losses from sprinkler irrigation using neural network and multiple regression techniques. Agricultural Water Management. 195: 211–221. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2017.10.005
Alimohammadi Nafchi, R. 2017. Sustainable exploitation from aquifer of Shahrekord plain using the various scenarios. Journal of global pharma technology. 8(12): 311- 318.
Al- jamal, M. S., Ball, S. and Sammis, J. W. 2001. Comparison of sprinkler, trickle and furrow irrigation efficiencies for onion production. Agricultural water management. 46: 253- 262.  https://doi.org/10.1016/S0378-3774(00)00089-5
Bos, M. G. and Nugteren, J. 1982. On Irrigation Efficiencies, 3rd edn. International Institute for Land Reclamation and Improvement (ILRI), Wageningen, The Netherlands; 142 pp.
Cook, S., Gichuki, F. and Turral, H. 2006. Water productivity: Estimation at plot, farm, and basin scale. Basin Focal Project Working Paper No. 2. Challenge Program on Water and Food, Colombo.
 Han, S., Xu, D. and Yang, Z. 2017. Irrigation-Induced Changes in Evapotranspiration Demand of Awati Irrigation District, Northwest China: Weakening the Effects of Water Saving?. Sustainability. 9: 1- 12.
Hancock, N. H., Uddin, J. M., Smith, R. J. and Foley, J. P. 2015. Micrometeorology of sprinkler irrigation. Agricultural and Forest Meteorology. 200: 293-301.
Howell, T. A., 2003. Irrigation efficiency. Encyclopedia of water science. New York: Marcel Dekker; p. 467-72.
Howell, T. A. and Event, S. R. 2005. Pathways to effective application. Proceedings of the 2005 CPIC. Sterling, Colorado, Feb 16-17.
Irrigation Association of Australia (IAA). 1998. The definition of irrigation efficiency as adopted by the Irrigation Association of Australia. Journal of Irrigation and Association of Australia. 13 (1).
Lankford, B. A. 2023. Resolving the paradoxes of irrigation efficiency: Irrigated systems accounting analyses depletion-based water conservation for reallocation. Agricultural Water Management. 287: 108437
Liu, K. J. and Kang, Y. 2006. Effect of sprinkler irrigation on microclimate in the winter wheat field in the North China Plain. Agricultural Water Management (Elsevier) AGWAT 2227 pp 1- 17.
Liu, Y. and Sheng, Z. 2011. Trend-outflow method for understanding interactions of surface water with groundwater and atmospheric water for eight reaches of the Upper Rio Grande. Journal of hydrology. 409(3): 710-23.
Li, Y. and Su, D. 2017. Alfalfa Water Use and Yield under Different Sprinkler Irrigation Regimes in North Arid Regions of China. Journal of Sustainability. 9:1 15.
Kang, M. and Park, S. 2014. Modeling water flows in a serial irrigation reservoir system considering irrigation return flows and reservoir operations. Agricultural Water Management. 143: 131-141.
Kijne, J. W., Toung, T. P., Bennett, J., Bouman, B., and Oweis, T. 2003. Ensuring food security via improvement in crop water productivity. CGIAR challenge program on water and food (CP), Background paper 1, 42 p..
Irainian Irrigation and Drainage National Committee, 2003. Irrigation water management in the field. National Irrigation and Drainage Committee of Iran. 76: 178 pp.
Merriam, J. L. and Keller, J. 1978. Farm Irrigation System Evaluation. A guide for management. Utah State University, Logan. Utah.
Montazar, A. and Sadeghi, M. 2008. Effects of applied water and sprinkler irrigation uniformity on alfalfa growth and hay yield. Agricultural water management. 95(11): 1279 – 1287.
Moghaddasi, M., Morid, S., Araghinejad, S., and Alikhani, M. A. 2010. Assessment of irrigation water allocation based on optimization and equitable water reduction approaches to reduce agricultural drought losses: The 1999 drought in the Zayandehrud irrigation system (Iran). Irrigation and drainage. 59: 377- 387.
Rana, M. A., Arshad, M. and Masud, J. 2006. Effect of Basin, Furrow and Rain gun Sprinkler Irrigation Systems on Irrigation Efficiencies. Nitrate-Nitrogen Leaching and Yield of Sunflower” Pakistan Journal Water Resources. 10(2): 1-7.
Playán, E., Salvador, R., Faci, J. M., Zapata, N., Martínez-Cob, A. and Sánchez, I. 2005, Day and night wind drift and evaporation losses in sprinkler solid-sets and moving laterals. Agric. Water Manage. 76: 139-159.
Pruitt, W. O. and Angus, D. E. 1960. Large weighing lysimeter for measuring evapotranspiration. Trans ASAE. 3(2): 13‐15, 18.
Sammis, T. W.  1980. Comparison of Sprinkler, Trickle, Subsurface, and Furrow Irrigation Methods for Row Crops. Agronomy journal. 72(5): 701- 704.
Sakhiri, A. and Dchmi, F. 2012. Impact of sprinkler irrigation management on the Del Reguero River (Spain). I: Water balance and irrigation performance. Agricultural water management. 103: 120- 129.
Uddin, M. J. and Murphy S. R. 2020. Evaporation losses and evapotranspiration dynamics in overhead sprinkler irrigation. Journal of irrigation drainage engineering. 146(8): 1-9.     DOI: 10.1061/(asce)ir.1943-4774.0001469
Uddin, J., Hancock, N. H., Smith, R. J. and Foley, J. P. 2013. Measurement of evapotranspiration during sprinkler irrigation using a precision energy budget (Bowen ratio, eddy covariance) methodology. Agricultural water management. 116(1): 89- 100.
Walker, W.R. and Skogerboe, G.V.  1987. Surface Irrigation Theory and Practice. Logan, Utah: Utah State University.Evaporation and drift losses from sprinkler
Yazar, A. 1984. Evaporation and drift losses from sprinkler irrigation systems under various operating conditions. Agricultural Water Management. 8: 439- 449.