灌溉
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灌溉就是人為方式使用天然降水（雨水）以外的其他水源供給土地或土壤水份，多半是用來種植農作物或其他植物，也可以用來維持地貌景觀，或在乾燥地帶或是在過度降雨後的地區進行植被重建，灌溉對農作物也有其他的好處，包括保護植物免於霜害[1]、在糧食區抑制雜草成長[2]，並且抑制土壤固結[3]。不用灌溉而以雨水為唯一水源的農業稱為旱田。
灌溉系統也會用來抑制灰塵、排放污水以及礦物的堆攤浸濾。灌溉系統常會和排水系統一起研究，後者是用天然或人工的方式除去某一區域地表或是地表以下的水份。
灌溉是五千多年來農業的中心特徵，也是許多文化的成果，是許多國家經濟及社會的基礎。
概論
[編輯]灌溉所需的水源可以是附近也可以是距離比較遠的水體甚至冰雪，例如河流、泉水、湖泊、地下水、井、積雪等，可以直接引入農田或先儲存在水庫或蓄水池中，取決於是否是季節性降雨或水源的遠近，也可以將建築屋頂或沒有農田的山區雨水儲存起來，為以後灌溉使用。
如何從水源引入水，並將水引入農田，有多種灌溉技術，主要目的是將水不多不少地平均分配給整個田地中的每一株植物。
歷史
[編輯]從公元前60世紀在埃及和美索不達米亞平原，人類已經採用灌溉技術[4]，在古埃及12王朝的法老已經將湖泊當作灌溉用的貯水庫，貯存每年尼羅河泛濫的水用於乾旱季節灌溉農田。
在秘魯的安第斯山中，考古學家發現了3條水渠，是公元前4000年、3000年和9世紀的，是美洲已知最早的灌溉系統，在公元前4000年的那條水渠下面可能還有一條公元前5000年的水渠。
古代波斯（今伊朗）亦有灌溉技術，可追溯到前6千紀[5]，公元前800年的古代波斯所使用的坎兒井是現在還在使用的最古老的灌溉技術，用一系列的豎井打通地下的渠道，從水源地引水使水渠比水源地低可以自流，同時防止在地上蒸發[6]。現在，坎兒井也應用於亞洲、中東和北非乾旱地區。
古代斯里蘭卡的灌溉系統是當時世界上最複雜的系統，發明了帶閘門的水渠，12世紀時國王在33年內就主持建造了165個堤壩、3910條水渠、163個大型蓄水池和2376個小型蓄水池，以支持繁榮的農業。
在中國，公元前250年左右建成的著名的都江堰水利系統也是為灌溉修建的[7]。
從20世紀起，柴油和電力運轉的機械，可以幫助人們抽取地下水用於灌溉。
形式
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漫灌
[編輯]漫灌要挖溝渠，以前用人工，後來用牲畜、拖拉機，後來最先進的用雷射測距的先進機械，取決於 經濟和地理條件，例如需要灌溉的地域面積大小，有什麽可用的技術，人工費用等。植物在畦和隴溝中排成行或在苗床上生長，水沿著渠道進入農田，順著隴溝或苗床邊沿流入。也可以在田中用硬塑料管或鋁管引水，在管上間隔距離開孔灌溉，用虹吸管連接渠道。
應用管道可以控制水流量，由於溫度、風速、土壤、滲透能力等不同，漫灌容易造成有的地方水多，有的地方水不足的現象，管道可以移動，因此可以控制不產生這種不均的現象。尤其是如果採用自動閥門更可以增加效率。
但由於漫灌比較浪費水資源，需要較多的勞動力，並且容易造成地下水位抬高，因此使土壤鹽鹼化，在已開發國家已經逐漸被淘汰。但由於只需要少量的資金和技術，在多數開發中國家中仍然被廣泛使用。
噴灌
[編輯]噴灌是由管道將水送到位于田地中的噴頭中噴出，有高壓和低壓的區別，也可以分為固定式和移動式。固定式噴頭安裝在固定的地方，有的噴頭安裝在地表面高度，主要用於需要美觀的地方，如高爾夫球場、跑馬場草地灌溉、公園、墓地等。
噴頭的壓力一般不能超過200巴，過高會產生水霧，影響灌溉效益，噴頭有可以轉動的，轉動可以是360度迴轉也可以是轉動一定角度。也有噴槍式。可以在275-900巴的壓力下工作，噴射較遠，流量達到3-76升/秒。噴槍還可以用於工業防塵。
如果將噴頭和水源用管子連接，使得噴頭可以移動，為移動式噴灌，將塑料管卷到一個捲筒上，可以隨著噴頭移動放出，也可以人工移動噴頭。
噴灌的缺點是由於蒸發也會損失許多水，尤其在有風的天氣時，而且不容易均勻地灌溉整個灌溉面積，水存流在葉面上容易造成黴菌的繁殖，如果灌溉水中有化肥的話，在炎熱陽光強烈的天氣會造成葉面灼傷。
時針式噴灌機
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時針式噴灌機是一種移動式噴灌機，噴灌頭安裝在有輪子支撐的電鍍鋼管或鋁管上，圍繞一個中心旋轉，從中心樞軸輸送水，整個噴灌機噴灌面積形成一個圓。這種噴灌機械在美國使用的很普遍。
這種機械噴頭可以吊在鋼管上，只在植物上面噴撒，有的可以幾乎吊到地面上，直接在植物之間的地面上噴灑，因此可以節約由於蒸發損失的水。
時針式噴灌機的旋轉可以由水力推動，也可以由電機推動，目前大多數都使用電機。這種機械灌溉面積是一個圓形，因此在每個圓形之間的空檔不能被灌溉利用，只適合在耕地面積充分的地區使用。
平移式噴灌機
[編輯]也叫連續直線移動式噴灌機，是一個長管道，每隔一定間隔有一個支架，支架上有輪子，噴頭在管子上，整個管道平行移動噴灑，水由管道一頭輸入，所以噴灌面積可以大到幾千公頃。
微噴灌
[編輯]微噴灌是利用折射、旋轉、或輻射式微型噴頭將水均勻地噴灑到作物枝葉等區域的灌水形式，隸屬於微灌範疇。 微噴灌的工作壓力低，流量小，既可以定時定量的增加土壤水分，又能提高空氣濕度，調節局部小氣候，廣泛應用於蔬菜、花卉、果園、藥材種植場所，以及扦插育苗、飼養場所等區域的加濕降溫。
滴灌
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滴灌是將水一滴一滴地、均勻而又緩慢地滴入植物根系附近土壤中的灌溉形式，滴水流量小，水滴緩慢入土，可以最大限度地減少蒸發損失，如果再加上地膜覆蓋，可以進一步減少蒸發，滴灌條件下除緊靠滴頭下面的土壤水分處於飽和狀態外，其它部位的土壤水分均處於非飽和狀態，土壤水分主要藉助毛管張力作用入滲和擴散。
但如果滴灌時間太長，根系下面可能發生浸透現象，因此目前滴灌都是由高技術的計算機操縱完成，也有由人工操作的。滴灌水壓低，節水，可以用於對生長不同植物的地區，對每棵植物分別灌溉，但對坡地需要有壓力補償，用計算機可以依靠調節不同地段的閥門來控制，關鍵是控制調節壓力和從水中去除顆粒物，以防堵塞滴灌孔。水的輸送一般用塑料管，應該是黑色的，或覆蓋在地膜下面，防止生長藻類，也防止管道由於紫外線的照射而老化。滴灌也可以用埋在地下的多孔陶瓷管完成，但費用較高，只有時用於草皮和高爾夫球場。
滲灌
[編輯]滲灌技術已經在地下水位較高的地方應用許多年了，是人工將地下水位抬高，直接從底下為植物根系供水的方法。
滲灌常用於商業溫室產品，如對盆花進行灌溉，還可以施肥，用含有肥料的水溶液從底部浸泡花盆10 到20分鐘，然後水可以回收，這種運作需要高技術自動操作，設備費用貴，但節省人力、水和化肥，同時維護和操作費用也很低，原理和地下滴灌一樣。
井灌
[編輯]井灌是中國大陸防治土地鹽鹼化的重要手段。井灌抽取深層的地下淡水用作灌溉，同時淋溼地表鹽分。同時並用「井排」，即抽去淺層的鹹水使得地下水位下降。
技術挑戰
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灌溉技術要解決許多技術上及經濟上的問題，同時又要使對環境的負面影響減到最小[8]。
- 對地表水權的爭奪[9]
- 地下水層過度使用（枯竭）
- 地層下陷（例如路易斯安那州的新奧爾良、台灣的嘉南平原[10]）
- 灌溉不足或是只夠植物使用的灌溉方式（滴水線灌溉）會造成土壤鹽化，在高蒸發率的土壤中產生有毒的鹽類，需要用瀝濾方式將鹽類溶於水中，再排水使鹽類排掉。若利用滴水線灌溉，最好定期進行瀝濾（水量只需要略多一些），因此鹽類可以沖洗到植物根部以下[11][12]。
- 由於分佈均勻性不佳或是灌溉管理問題造成的過度灌溉，會浪費水、農藥，也可能會造成水污染[13]。
- 過度灌溉產生的深排水會帶來地下水位的上昇，有時會產生土壤鹽化的問題，需要某種水系進行地下水位控制[14][15]。
- 若用鹽水或是鈉吸附比的水灌溉，會形成鹽鹼地，破壞土壤結構。
- 過濾器堵塞：多半是因為藻類繁殖而堵塞過濾器，滴水裝置和噴嘴，紫外線[16]及超音波[17]可以控制灌溉系統中的藻類生長。
另見
[編輯]參考資料
[編輯]- ^ Snyder, R. L.; Melo-Abreu, J. P. Frost protection: fundamentals, practice, and economics (PDF). Food and Agriculture Organization of the United Nations. 2005. ISSN 1684-8241.
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- ^ Aridpoop -05-15. [2012-06-19]. （原始內容存檔於2017-04-25）.
- ^ Hill, Donald: A History of Engineering
- ^ The History of Technology – Irrigation. Encyclopædia Britannica, 1994 edition.
- ^ Qanat Irrigation Systems and Homegardens (Iran). Globally Important Agriculture Heritage Systems. UN Food and Agriculture Organization. [2007-01-10]. （原始內容存檔於2008-06-24）.
- ^ 都江堰灌溉区域图. 四川省測繪地理信息局. [2015-02-22]. （原始內容存檔於2015-02-22）.
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外部連結
[編輯]
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- 灌溉协会. [2005-12-08]. （原始內容存檔於2013-06-25）.
- 皇家工程博物館中介紹19世紀印度的灌溉 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- 灌溉技術 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- 西門豹引漳水溉鄴——中國古代鑿渠引河水灌溉農田的最早記事[永久失效連結]
- Irrigation techniques. USGS. [December 8, 2005]. （原始內容存檔於2005年12月2日）.
- Royal Engineers Museum （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）: 19th century Irrigation in India
- [2]
- International Commission on Irrigation and Drainage (ICID) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- When2Water.com （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Tutorial and online calculators related to agricultural irrigation
- Irrigation （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） at the Water Quality Information Center, U.S. Department of Agriculture
- AQUASTAT （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）: FAO's global information system on water and agriculture
- Irrigation Supplies （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）: Principles of Water Irrigation Systems
- Irrigation & Gardening （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）: Future Of Irrigation Needs
- "Lamp Wick Solves Problem of Citrus Irrigation" Popular Mechanics, November 1930 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- World Bank report on Agricultural water management （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Irrigation is discussed in chps. 1&4.
本條目包含來自公有領域出版物的文本: Chisholm, Hugh (編). Encyclopædia Britannica (第11版). London: Cambridge University Press. 1911.
