Irygacja

6000 lat p.n.e. Najwcześniejsze archeologiczne dowody nawadniania w rolnictwie pochodzą z doliny Jordanu na Bliskim Wschodzie. Jedno najwcześniejszych znanych zastosowań tej technologii datuje się na VI tysiąclecie p.n.e. w Chuzistanie w południowo-zachodnim Iranie. Niektórzy uważają, że stanowisko Choga Mami, w dzisiejszym Iraku na granicy z Iranem, jest najwcześniejszym przykładem budowy kanałów irygacyjnych. Rolnicy na równinie mezopotamskiej korzystali z nawadniania co najmniej od trzeciego tysiąclecia p.n.e. Rozwinęli metody nawadniania wieloletniego, regularnie podlewając uprawy przez cały sezon wegetacyjny, przepuszczając wodę przez sieć małych kanałów utworzonych na polu (1). Powszechnie uważa się, że irygacja była praktykowana w Egipcie mniej więcej w tym samym czasie, a najwcześniejsze obrazowe przedstawienie irygacji pochodzi z Egiptu około 3100 r. p.n.e. W kolejnych tysiącleciach irygacja rozprzestrzeniła się w Persji, na Bliskim Wschodzie i na zachód, wzdłuż wybrzeży Morza Śródziemnego. Kodeks Hammurabiego (ok. 1750 p.n.e.) zawierał prawa dotyczące irygacji. W szerokim przedziale czasowym obejmującym czasy starożytne techniki irygacyjne pojawiły się mniej lub bardziej niezależnie na kontynencie azjatyckim w Indiach, Pakistanie, Chinach i innych krajach. Najstarsze znane kanały irygacyjne w Nowym Świecie znajdują się na pustyni w północnym Peru w dolinie Zaña w pobliżu wioski Nanchoc. Zostały datowane radiowęglowo na co najmniej 3400 lat p.n.e., a mogą sięgać nawet 4700 lat p.n.e. Kanały tamtejsze nawadniały uprawy, takie jak orzeszki ziemne, kabaczek, maniok, komosa ryżowa a później kukurydza. Później kultury Inków, Majów i Azteków szeroko stosowały nawadnianie. Tworzyły też sztuczne zbiorniki wodne (aguadas). Technika ta migrowała na północ. Jej ślady znajdują się w obecnych południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych. Plemię Hohokam zbudowało około 1100 km kanałów irygacyjnych w dzisiejszej środkowej Arizonie.

1. Nawadniane tereny nad rzeką Tygrys w Mezopotamii.

4500–2600 lat p.n.e. Nawadnianie było wykorzystywane jako środek manipulacji wodą na równinach i w dolinach rzek cywilizacji Doliny Indusu (2), powiększając dobrobyt osad rolniczych. Cywilizacja Doliny Indusu opracowała zaawansowane systemy nawadniania i magazynowania wody, w tym sztuczne zbiorniki w Girnar datowane na 3000 r. p.n.e. oraz wczesny system kanałów z około 2600 r. p.n.e.

2. Starożytne kanały irygacyjne w Harappie zbudowane
przez cywilizację Doliny Indusu.

IV–III tysiąclecie p.n.e. Dowody na nawadnianie pól tarasowych znane są z prekolumbijskiej Ameryki, a także ze starożytnej Syrii, Indii i Chin. W dolinie Zana w Andach w Peru archeolodzy znaleźli pozostałości trzech kanałów irygacyjnych datowanych radiowęglowo na czwarte i trzecie tysiąclecie p.n.e., obecne znane praktycznie na całym świecie (3).

3. Przykład upraw nawadnianych tarasowo w Jemenie.

XXVII–XIX w. p.n.e. Najstarsza tama w starożytnym Egipcie, o nazwie Sadd Al-Kafara, została zbudowana na Wadi Al-Garawi między XXVII a XXV wiekiem p.n.e., ale została zmyta przez powodzie, zanim została kiedykolwiek użyta. Starożytni Egipcjanie praktykowali zalewania wodą działek otoczonych groblami. Woda powodziowa pozostawała do czasu, aż żyzny osad osiadł. Nadwyżka wody wracała do cieku wodnego. Jeszcze przed 2100 r. p.n.e. w Egipcie zaczęto używać różnych pomysłowych systemów nawadniania, w tym jednego składającego się z dwudziestu kilometrów kanałów, które kierowały wody powodziowe Nilu do jeziora Moeris. Istnieją dowody na to, że starożytny egipski faraon Amenemhet III z XII dynastii (około 1800 r. p.n.e.) wykorzystywał naturalne jezioro w oazie Fajum jako zbiornik do przechowywania nadwyżek wody do wykorzystania w porze suchej. Jezioro wzbierało co roku w wyniku wylewów Nilu. Starożytnym Egipcjanom zawdzięczamy też wprowadzenie szadufów (żurawi studziennych) do podnoszenia wody.

XX w. p.n.e. – XIX w. n.e. Dowody archeologiczne sugerują, że starożytni Chińczycy używali rur trzcinowych do transportu wody do pożądanych miejsc już w 2000 r. p.n.e. Odkryto też rury gliniane, które były używane przez inne starożytne cywilizacje. W pierwszym wieku naszej ery Rzymianie zastosowali pierwsze rury ołowiane. Żeliwo szare zastosowano już w połowie XV w. przy budowie wodociągów. Przykładem zastosowania rur żeliwnych był wodociąg zbudowany w latach 1664–1668 w parku obok Pałacu Wersalskiego. W krajach tropikalnych do transportu wody używano bambusowych rurek. W 1652 r. w Bostonie wykonano wodociągi z wydrążonych kłód drewnianych. Wczesna godna uwagi metoda szybkiego i niedrogiego wytwarzania metalowych rur została opatentowana przez Jamesa Russella w 1824 roku. W jego metodzie rury były tworzone przez łączenie ze sobą przeciwległych krawędzi płaskiej taśmy żelaznej. Wkrótce po nim Comelius Whitehouse opracował doskonalszą metodę, w której blachy żelazne były podgrzewane i przeciągane przez otwór w kształcie stożka. Gdy metal przeszedł przez otwór, jego krawędzie zwijały się i tworzyły kształt rury, po czym je spawano.

ok. 1000 r. p.n.e. Pierwszy zakład produkcyjny wykorzystujący ten proces w Stanach Zjednoczonych został otwarty w 1832 roku w Filadelfii. W graniczącej z Egiptem Nubii nawadnianie rozpoczęło się między trzecim a drugim tysiącleciem p.n.e. W okresie państwa Meroe opracowano tam formę nawadniania za pomocą urządzenia podobnego do koła wodnego, znanego później z języka arabskiego jako sakia (4).

4. Uwspółcześniony schemat obrazujący działanie koła sakia.

800 r. p.n.e. Opracowanie w starożytnej Persji systemu irygacyjnego o nazwie qanat lub kārīz. Określa się tak system transportu wody z warstwy wodonośnej lub studni na powierzchnię za pomocą podziemnego akweduktu (5). Stosowany jest do dziś w Azji, na Bliskim Wschodzie i w Afryce Północnej. System ten składa się z sieci pionowych studni i łagodnie nachylonych tuneli wbitych w zbocza klifów i stromych wzgórz w celu wykorzystania wód gruntowych. Metoda ta była bardzo skuteczna w suchych regionach, minimalizując straty wody przez parowanie.

5. Podziemny kanał transportujący w perskim systemie qanat.

VI–II w. p.n.e. Najstarszymi znanymi chińskimi inżynierami wodnymi byli Sunshu Ao (VI wiek p.n.e.) oraz Ximen Bao (V wiek p.n.e.). Obaj pracowali nad dużymi projektami irygacyjnymi. Budowa Wielkiego Kanału łączącego północne i południowe Chiny rozpoczęta została w 486 r. p.n.e. W regionie Syczuan, należącym do państwa Qin w starożytnych Chinach, opracowany został system nawadniania Dujiangyan. Został zbudowany w 256 r. p.n.e. w celu nawadniania rozległego obszaru pól uprawnych, dziś nadal dostarcza wodę. W II wieku n.e., za czasów dynastii Han, Chińczycy zaczęli używać pomp, które podnosiły wodę na wyższe poziomy. Były one napędzane łańcuchami obracanymi ręcznymi pedałami, hydraulicznymi kołami wodnymi lub kołami ciągniętymi przez woły. Woda była dostarczana do miejskich dzielnic mieszkalnych i ogrodów pałacowych, ale głównie do wypełniania kanałów na polach uprawnych.

IV w. p.n.e. – III w. n.e. Noria (6), urządzenie służące do podnoszenia wód do nawadniania pól uprawnych, przypuszczalnie kryje się pod nazwą cakkavattaka użytą w indyjskim tekście z 350 r. p.n.e. Grecy wynaleźli lub skopiowali ten wynalazek wiek później. Najstarszy znany wizerunek norii znajduje się na mozaice z Apamei. Do 150 r. p.n.e. naczynia zostały wyposażone w zawory umożliwiające płynniejsze napełnianie ich wodą. Około 300 roku n.e. Rzymianie zastąpili drewniane przegrody podwieszanymi naczyniami ceramicznymi, w ten sposób tworząc typową później znaną norię.

6. Noria – schemat obrazujący działanie jednego z typów nawodnienia.

ok. 300 r. p.n.e. Prace irygacyjne w starożytnej Sri Lance rozpoczęły się za panowania króla Pandukabhaya i trwały przez następne tysiąc lat. W rezultacie powstał jeden z najbardziej złożonych systemów irygacyjnych starożytnego świata. Oprócz podziemnych kanałów zbudowano tam całkowicie sztuczne zbiorniki do przechowywania wody. Systemy te były wykorzystywane głównie do nawadniania pól ryżowych. Większość z tych systemów irygacyjnych istnieje w dobrym stanie do dziś, w rejonach Anuradhapura i Polonnaruwa.

II w. p.n.e. – V w. n.e. Wkład Rzymian w rozwój technik irygacji opiera się głównie na ich rozległych systemach akweduktów (7), które transportowały wodę z odległych źródeł do miast i na tereny rolnicze. Rzymianie stosowali również metody takie jak tarasowanie i wykorzystanie podziemnych glinianych rur do wydajnej dystrybucji wody. Przykładowo system akweduktów w Kartaginie miał 132 kilometry długości i dostarczał wodę zarówno do obszarów miejskich, jak i pól uprawnych.

7. Rzymski akwedukt.

XV–XVII w. W Europie okres renesansu przyniósł udoskonalenie praktyk irygacyjnych. Wprowadzenie młynów wodnych i ulepszonych systemów kanałów zwiększyło wydajność rolnictwa. Leonardo da Vinci (1452–1519) projektuje innowacyjne systemy irygacyjne. Holendrzy rozwinęli w znacznym stopniu zaawansowanie techniki w zarządzaniu poziomem wody w swoich nisko położonych regionach, wykorzystując kombinację grobli, pomp i kanałów do rekultywacji, tworzenia polderów i nawadniania gruntów (8).

8. Holenderski system irygacyjna na polderze.

1860-1964 Pierwotne formy nawadniania kroplowego znane były jeszcze w starożytnych Chinach, ale rozwój tego rozwiązania irygacyjnego w nowoczesnym kształcie zaczął się w Niemczech, gdzie naukowcy zaczęli eksperymentować z nawadnianiem podpowierzchniowym przy użyciu glinianych rur w celu stworzenia połączonych systemów nawadniania i drenażu. Zastosowanie plastikowego zraszacza w nawadnianiu kropelkowym zostało opracowane w Izraelu przez Simchę Blassa i jego syna Yeshayahu. Zamiast uwalniać wodę przez małe otwory, które łatwo zablokować drobnymi cząsteczkami, woda była uwalniana przez większe i dłuższe kanały, wykorzystując tarcie do spowolnienia strumienia w dozatorze. Pierwszy eksperymentalny system tego typu został stworzony przez Blassa w 1959 r. Wynalazca nawiązał współpracę z kibucem Hatzerim w celu stworzenia przedsiębiorstwa nawadniającego Netafim. Nawadnianie kropelkowe oprócz ekonomiczniejszego gospodarowania wodą poprawiło również efektywność wykorzystania nawozów. W jednej z jego odmian woda dostarczana jest bezpośrednio do korzeni roślin poprzez sieć rurek i zraszaczy. Precyzyjne nawadnianie kropelkowe (9), wspomagane przez czujniki i systemy sterowane komputerowo, pozwala rolnikom monitorować poziom wilgotności gleby i odpowiednio dostosowywać harmonogramy nawadniania, optymalizując zużycie wody.

9. Różne formy nawadniania kropelkowego.

XXI wiek Rozwój precyzyjnego rolnictwa i inteligentnych systemów irygacyjnych. Zastosowanie dronów i satelitów do monitorowania nawadniania. Rozwój technik oszczędzania wody, np. nawadnianie deficytowe, w którym ilość stosowanej do nawadniania wody jest ustalana poniżej zaspokojenia pełnych potrzeb rośliny dla jej optymalnego wzrostu, stosowane np. przy uprawie winorośli. Badania nad wykorzystaniem wody morskiej do nawadniania. Rozwój systemów irygacyjnych zasilanych energią słoneczną. Zastosowanie sztucznej inteligencji w zarządzaniu systemami nawadniającymi.

Rodzaje irygacji

W  zależności od  sposobu rozprowadzania wody rozróżnia się następujące rodzaje nawadniania:

• Bruzdowe, czyli nawadnianie gruntów ornych, polegające na wprowadzaniu wody do specjalnie wykonanych bruzd, z których przesiąka ona do gleby; stosowane przy utylizacji ścieków miejskich.
• Podsiąkowe – to sposób nawadniania użytków zielonych polegający na  spiętrzaniu wody w rowach odwadniających, wskutek czego woda przesiąka do gleby, powodując jej pełne nawilżenie.
• Przesiąkowe (wgłębne), polegające na doprowadzaniu wody do głębszych warstw gleby za pomocą specjalnych rurociągów porowatych lub zaopatrzonych w otwory, a niekiedy za pomocą ciągów drenarskich lub drenów krecich; do takiego nawadniania można stosować wodę czystą lub wody ściekowe.
• Stokowe jest nawadnianiem wodą spływającą cienką warstwą po powierzchni o określonym spadku, wsiąkającą po drodze w glebę.
• Zalewowe polega na zalewaniu warstwą wody pola podzielonego groblami na kwatery. Stojąca woda w kwaterze wsiąka w glebę, a jej nadmiar jest odprowadzany do rowów odwadniających. Ten sposób nawadniania stosuje się prawie wyłącznie na użytkach zielonych.
• Deszczowniana irygacja polega na nawadnianiu pól za  pomocą sztucznego deszczu wytwarzanego przez deszczownię.
• Kroplowe polega na umiejscowieniu przy roślinach przewodów z tworzywa sztucznego (polietylenu) zaopatrzonych w dozatory kroplowe, przez które kroplami, grawitacyjnie lub niskociśnieniowo, przecieka woda lub woda z rozpuszczonym nawozem mineralnym. Stosowane jest w uprawach szklarniowych i polowych oraz w intensywnych sadach. Jakość wody ma tu bardzo duże znaczenie – woda złej jakości może przez osadzanie kamienia doprowadzić do częściowego lub całkowitego zablokowania emiterów.
• Nawadnianie wtórne jest stosowane od  wielu lat w uprawach polowych na obszarach o wysokim poziomie wód gruntowych. Jest to  metoda sztucznego podnoszenia poziomu wód gruntowych w celu umożliwienia nawilżenia gleby poniżej strefy korzeniowej roślin. Nawadnianie jest również stosowane w komercyjnej produkcji szklarniowej, zwykle w przypadku roślin doniczkowych.
• Podpowierzchniowe nawadnianie tekstylne (SSTI) to technologia zaprojektowana specjalnie do nawadniania podpowierzchniowego w teksturach gleby, od piasków pustynnych po ciężkie gliny. Typowy tekstylny system nawadniania podpowierzchniowego składa się z nieprzepuszczalnej warstwy bazowej (zwykle z polietylenu lub polipropylenu), linii kroplującej biegnącej wzdłuż tej podstawy, warstwy geowłókniny na górze linii kroplującej i wreszcie wąskiej nieprzepuszczalnej warstwy na górze geowłókniny. W przeciwieństwie do  standardowego nawadniania kroplowego, rozstaw dozatorów w rurze kroplującej nie ma tak kluczowego znaczenia, ponieważ geowłóknina przesuwa wodę wzdłuż tkaniny do dwóch metrów od kroplownika.

 

M.U.