آبیاری مدرن مکانیزه در مزارع کلرادو در ایالات متحده
آبیاری فرایند رساندن مقادیر کنترل شده آب به گیاهان و درختان در فواصل زمانی مورد نیاز است. آبیاری به رشد محصولات کشاورزی، حفظ مناظر و احیای پوشش گیاهی در مناطق خشک و در دوره‌هایی با بارندگی کمتر از میزان متوسط سالیانه کمک می‌کند. آبیاری همچنین در تولید محصولات زراعی کاربردهای دیگری نیز دارد از جمله: محافظت از یخبندان،[۱] سرکوب رشد علف‌های هرز در مزارع غلات[۲] و جلوگیری از تحکیم خاک.[۳] در مقابل، نوعی از کشاورزی که فقط به بارندگی مستقیم متکی است به عنوان کشاورزی دیم شناخته می‌شود.
از سیستم‌های آبیاری همچنین برای خنک سازی دام‌ها، مهار گرد و غبار، دفع فاضلاب و استخراج معادن نیز استفاده می‌شود. آبیاری اغلب همراه با زهکشی، یعنی حذف آب‌های سطحی و زیر سطحی از یک منطقه مشخص، مورد مطالعه قرار می‌گیرد.
انواع آبیاری از جمله آبیاری سطحی و آبیاری زیر سطحی یکی از ویژگی‌های اصلی کشاورزی برای بیش از ۵۰۰۰ سال بوده‌است و محصول بسیاری از فرهنگ‌ها است. از گذشته، آبیاری پایه و اساس اقتصاد و جوامع در سراسر جهان، از آسیا تا جنوب غربی ایالات متحده بوده‌است.
جریان آب این منابع در طول زمان هم از نظر کمی و هم از نظر کیفی دائماً در حال تغییر می‌باشد و عموماً کیفیت پایینی دارند جریان‌های حاصل از نزولات جوی، دارای دبی متغیری می‌باشند، ولی آن دسته که دارای منابع تغذیه زیرزمینی هستند مانند چشمه و قنات، تغییرات کمتری دارند.
ناخالصی‌های عمده این منابع از نوع فیزیکی و دارای مواد معلق معدنی و آلی می‌باشند و در صورت قرار گرفتن در معرض هوا عموماً ناخالصی‌های شیمیایی آنها مانند کلر، آهن، کربنات و بی‌کربنات اکسید می‌شوند.
منابع آب سطحی راکد:
مانند: استخرها، حوضچه‌های طبیعی، مخازن سدها، دریاچه‌های آب شیرین، آبگیرها، تالاب‌ها و . . . می‌باشد. در این منابع، آب جریان ندارد و همیشه در دسترس می‌باشد ولی ممکن است در طول فصل آبیاری نوسانات شدیدی در سطح آن ایجاد شود، لذا میزان برداشت با توجه به حداقل عمق در طول برداشت لحاظ می‌گردد؛ و وابستگی شدیدی به تغذیه مجدد دارند. از نظر آلودگی در این منابع ناخالصی‌های فیزیکی (شن، سیلت) و املاح محلول و آهن دوظرفیتی وجود ندارد؛ ولی ناخالصی‌های آلی مثل خزه‌ها، جلبکها، برخی جانوران کوچک آبزی و آثار و بقایای موجودات زنده در آنها فراوان یافت می‌شود.
در ایران به دلیل واقع شدن در منطقه خشک و نیمه خشک مخصوصاً در ناحیه مرکز کشور ازمنابع اصلی تأمین آب آبیاری محسوب می‌شوند و عموماً کیفیت بالایی دارند از لحاظ کمی میزان برداشت بسته به تغذیه این منابع دارد. به‌طوری‌که باید از طول عمر مفید سیستم در استفاده از این منابع اطمینان کافی حاصل گردد. با توجه به ناخالصی‌های کمی که دارند مناسبترین آب برای استفاده در سیستم‌های آبیار تحت فشار محسوب می‌شوند. معمولاً عاری از آلوده‌کننده‌های فیزیکی و آلی می‌باشند بیشتر مشکل مربوط به وجود آهن، کلر، کربنات و بی کربنات کلسیم می‌باشد؛ و ازطرفی هنگامیکه این آب‌ها در مجاورت هوای آزاد قرار می‌گیرند املاح مذکور اکسیده شده و رسوب می‌نمایند.
فاضلاب‌ها و پسآب‌های تصفیه شده، آب زهکش‌ها و آب‌های شور و لب‌شور می‌توانند به عنوان منبعی برای تأمین آب، مورد استفاده قرار گیرند. به دلیل دبی ثابتی که دارند مورد اطمینان می‌باشند. از لحاظ کیفی در استفاده از چنین آب‌هایی باید کلیه جوانب کیفیتی آب آبیاری مورد توجه قرار گیرد، همانند گرفتگی، مسائل بهداشتی، سمیت بعضی از عناصر و بهم خوردن تعادل عناصر کم مصرف در خاک.
آب دریاها به عنوان منابع آب شور و آب‌های زیر سطحی و آب زهکش‌ها به عنوان منابع آب لب‌شور و فاضلاب‌ها (شهری و صنعتی) به عنوان پسآب تصفیه شده قابل استفاده می‌باشند.
فاضلاب شهری ازنظر کمی تقریباً دارای دبی ثابتی و جریان آن مداوم است و از لحاظ کیفی قابل پیش‌بینی و معمولاً محتوی باکتری است ولی پساب صنعتی گاهی محتوی مواد سمی است و مواد آلی آن شاید قابل تجزیه نباشد؛ لذا باید آنها را قبل از ورود به شبکه فاضلاب شهری تصفیه مقدماتی کرد.
آب از نهر آبیاری (کانال درجه چهار که معمولاً خاکی است) یا شیر برداشت آب از لوله (رایزر) در سطح خاک جریان یافته و با نفوذ تدریجی در خاک در اختیار ریشه گیاه قرار می‌گیرد. آبیاری سطحی به سه روش آبیاری کرتی - آبیاری نواری و آبیاری شیاری (فارو) انجام می‌شود. بسته به شرایط مزرعه و نوع پوشش مسیرهای توزیع آب در آن (خاکی- بتنی-لوله)، راندمان آبیاری ثقلی بین ۳۵ تا ۵۵ درصد می‌باشد.
از نظر نوع شبکه توزیع آب، سیستم آبیاری ثقلی به دو نوع تقسیم می‌شود:
آبیاری ثقلی با استفاده از کانال‌های روباز بتنی یا خاکی در سطح مزرعه
آبیاری ثقلی با استفاده از لوله‌ها کار گذاشته شده در سطح مزرعه و برداشت آب توسط شیر فلکه (آبیاری کم فشار)
به‌طور کلی سیستم‌های آبیاری تحت فشار به روش‌هایی گفته می‌شود که آب را توسط لوله و تحت فشاری بیش از فشار اتمسفر در سطح مزرعه توزیع می‌کنند. آبیاری تحت‌فشار به دو روش آبیاری بارانی و آبیاری موضعی انجام می‌شود. روش آبیاری موضعی به دو دسته آبیاری قطره‌ای و خطی انجام می‌گیرد؛ که این دو روش به مقدار زیادی صرفه جویی در مصرف آب خواهد داشت. راندمان آبیاری در روش آبیاری موضعی تا ۸۰ درصد و در روش آبیاری بارانی تا ۷۰ درصد هم می‌رسد. این راندمان بالا باعث کاهش میزان آبشویی خاک می‌شود؛ بنابراین این نوع آبیاری برای آب‌های شور مناسب نیست و باعث افزایش شوری خاک می‌گردد.
آبیاری قطره‌ای- یک قطره چکان در حال کارکردآبیاری قطره‌ای: دراین سیستم آب به وسیلهٔ پمپ از منبع بداخل شبکه لوله ای پمپ شده و در ابتدا با عبور از فیلترها، شن و مواد خارجی آن گرفته می‌شود. در نهایت آب با عبور از شبکه اصلی و نیمه اصلی وارد لترالها شده و به صورت قطرات مجزا و پیوسته ویا به صورت افشانه ریز با فشار کم از طریق قطره چکان در پای محصول ریخته می‌شود. آبیاری قطره‌ای روش مؤثری درتحویل آب مورد نیاز گیاه درمحدوده توسعه ریشه بداخل خاک است و این امکان را به وجود می‌آورد که عمل آبیاری تا حد رفع نیاز آبی گیاه انجام می‌شود؛ بنابراین در این روش به میزان زیادی از اتلاف آب به صورت نفوذ عمقی، ایجاد روان آب سطحی و تبخیر در مقایسه با روش‌های ثقلی وبارانی کاسته می‌شود. سیستم‌های مختلف آبیاری قطره‌ای
سیستم آبیاری قطره‌ای قطره چکان درخط برای باغات
سیستم آبیاری زیرزمینی بالوله‌های تراوا یا قطره چکان‌های مخصوص زیرخاک برای باغات.
سیستم آبیاری بابلر (قطره چکان با دبی بالا - ۲۰ تا ۲۰۰ لیتر در ساعت) برای باغات.
سیستم آبیاری قطره‌ای نواری (تیپ): برای محصولات زراعی در کشت‌های ردیفی مانند گوجه فرنگی
آبیاری توسط آبپاش در مزرعه‌ای در کالیفرنیا
آبیاری بارانی: درآبیاری بارانی آب توسط آبپاش‌ها در سطح مزرعه توزیع می‌شود. این سیستم بیشتر برای محصولات زراعی بکار می‌رود. انواع آبیاری بارانی به صورت ذیل می‌باشد:
سیستم آبیاری بارانی ثابت :در این نوع سیستم آبیاری، تمامی سطح مزرعه با لوله‌ها تحت فشار توزیع آب به صورت شبکه پوشانیده شده و آبپاش‌ها در روی این لوله‌ها در سطح مزرعه توزیع می‌شوند.
سیستم آبیاری بارانی گان: در این سیستم آب توسط یک آبپاش با دبی بالا در یک محدوده دایره ای شکل توزیع می‌شود. این آبپاش توسط یک لوله که با یک قرقره جمع می‌شود به پمپ مرکزی سیستم وصل است.
سیستم آبیاری رول لاین (ویل موو): این سیستم شامل یک باله آبیاری چرخدار (لوله فولادی در مرکز چرخ‌ها قرار دارد) است که روی آن بافاصله ۱۲ متر آبپاش نصب شده و کل سیستم با استفاده از این چرخ‌ها در سطح مزرعه حرکت می‌کند و یک مستطیل با مساحت نقریبی ۱۰ هکتار رادر یک دور آبیاری کامل (معمولاً ۱۲ شبانه روز) پوشش می‌دهد.
سیستم آبیاری بارانی کلاسیک :در این سیستم باله آبیاری شامل لوله‌هایی از جنس پلی اتیلن یا گالوانیزه است که توسط کشاورز در یک خط چیده و به هم وصل می‌شود و آبپاش‌ها روی این باله قرار گرفته و با اتصال این باله به لوله اصلی، آبیاری بارانی در طول باله و به عرض حدود ۲۰ تا ۳۰ متر صورت می‌گیرد. با اتمام آبیاری، این باله به ۱۵ متر جلوتر منتقل شده و آبیاری ادامه پیدا می‌کند.
سیستم آبیاری بارانی سنتر پیوت (عقربه ای): در این سیستم آبیاری، یک باله بزرگ مجهز به چرخ‌های لاستیکی دور محور مرکزی به گردش درآمده و آبپاش‌های نصب شده در زیر این باله، محصولات زراعی را آبیاری می‌کنند. چنانچه این باله چرخدار بجای گردش دور محور مرکزی به صورت مستقیم حرکت کند به آن سیستم لینیر گفته می‌شود.
عکس ماهواره‌ای از مزارع کانزاس. دایره‌ها مزارعی هستند که توسط شیوه آبیاری چرخشی (Center Pivot Irrigation) آبیاری می‌شوند.
در این روش، آبیاری، رطوبت لازم برای محیط ریشه گیاه توسط کنترل سطح ایستابی است. برای این منظور لازم است که یک لایه غیرقابل نفوذ در عمق مناسب از سطح خاک وجود داشته باشد تا بتوان سطح ایستایی را کنترل نمود. از مهم‌ترین مشخصه‌های این روش مرطوب نشدن سطح خاک است به‌طوری‌که معمولاً برای تأمین آب در محیط ریشه سطح ایستابی به حدی بالا آورده می‌شود که رطوبت بتواند با استفاده از خاصیت موئینگی به محیط ریشه برسد.
در یک پروژهٔ آبیاری انتخاب روش آبیاری مناسب نقش بسیار با اهمیتی در موفقیت آن پروژه ایفا می‌کند. اساسی‌ترین عوامل مؤثر در انتخاب روش‌های آبیاری به شرح زیرند:
نوع محصول مورد نظر :سیستم‌های آبیاری برای انواع محصولات متفاوت هستند. به‌طور معمول سیستم‌های آبیاری قطره ای برای باغات، سیستم آبیاری تیپ برای محصولات زراعی ردیفی و سیستم‌های آبیاری بارانی برای محصولات زراعی و سیستم‌های آبیاری ثقلی برای باغات و زراعت بکار می‌روند.
هزینهٔ سیستم آبیاری به پارامترهای گوناگونی بستگی دارد. این پارامترها عبارتند از:
نوع سیستم آبیاری (ثقلی-موضعی-بارانی): به‌طور معمولا آبیاری تحت فشار موضعی بیشترین هزینه در واحد سطح (هکتار) را داراست و پس از آن سیستم آبیاری بارانی و سپس سیستم آبیاری ثقلی بیشترین هزینه‌ها را به خود اختصاص می‌دهند.
در آبیاری موضعی بیشترین هزینه مربوط به سیستم آبیاری بابلر می‌باشد.
در آبیاری بارانی، سیستم‌های سنتر پیوت (عقربه ای) بالاترین هزینه‌ها را دارند و پس از آن سیستم آبیاری ثابت و نیمه ثابت هزینه بالایی را به خود اختصاص می‌دهد.
وسعت اراضی زیر پوشش: هرچه این وسعت بیشتر باشد هزینه در واحد سطح کمتر می‌شود.
فاصله مزرعه تا منبع تأمین آب
نیاز یا عدم نیاز به استخر ذخیره‌سازی آب
در هر صورت چنانچه شرایط و استانداردهای لازم در طراحی و اجرای سیستم‌های آبیاری تحت فشار رعایت شود و بهره‌بردار بتواند از این سیستم‌ها بخوبی استفاده کند، هزینه مصرف شده در طی کمتر از ۵ سال بازگشت خواهد کرد.
آب‌شناسی: بارش‌هایی که در منطقه صورت می‌گیرد و به صورت روان آب درمی‌آید را مورد مطالعه قرار می‌دهد.
گیاه‌شناسی: نیاز گیاه موجود در برنامهٔ آبیاری و الگوی کشت را مورد مطالعه قرار می‌دهد.
خاک‌شناسی: به مطالعهٔ خاک از لحاظ فیزیکی و نیز از لحاظ محیطی برای کشت و پرورش گیاه می‌پردازد. ضمن اینکه در مورد چگونگی تشکیل خاک و رده‌بندی آنها و همچنین بحث در مورد موجودات زندهٔ خاک و اثرات آن بر زشد گیاهان بحث می‌کند.
