การชลประทานและการระบายน้ำ

การชลประทานเป็นการส่งน้ำไปยังดินในบริเวณที่ฝนตกไม่เพียงพอ ในขณะที่การระบายน้ำเป็นการกำจัดน้ำส่วนเกิน ทั้งสองอย่างนี้ทำงานร่วมกันเพื่อจัดการสมดุลน้ำในดิน เพื่อหล่อเลี้ยงพืชผลและปกป้องทรัพยากรดิน

Definition

การชลประทานคือการให้น้ำแก่ดินโดยวิธีการประดิษฐ์เพื่อตอบสนองความต้องการน้ำของพืชผล; การระบายน้ำคือการกำจัดน้ำส่วนเกินบนผิวดินหรือใต้ผิวดิน; ทั้งสองอย่างนี้จัดการสมดุลน้ำในดินเพื่อรักษาระดับความชื้นในดินให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของพืช

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมวิธีการให้น้ำชลประทาน การกำหนดเวลาและปริมาณการให้น้ำ การกำจัดน้ำส่วนเกินด้วยการระบายน้ำบนผิวดินและใต้ผิวดิน สมดุลน้ำในดินและความต้องการน้ำของพืชผล และการจัดการความเค็มและภาวะน้ำขังที่อาจเกิดจากการจัดการน้ำที่ไม่ดี โดยนำหลักฟิสิกส์ของดินมาประยุกต์ใช้กับการจัดการน้ำในดินในทางปฏิบัติ

Core questions

• ปริมาณและเวลาในการให้น้ำชลประทานจะถูกปรับให้เข้ากับความต้องการน้ำของพืชผลได้อย่างไร?
• วิธีการใดบ้างที่ใช้ในการส่งน้ำชลประทานและมีประสิทธิภาพเพียงใด?
• เหตุใดและอย่างไรจึงมีการกำจัดน้ำส่วนเกินออกด้วยการระบายน้ำ?
• การชลประทานและการระบายน้ำมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไรในการควบคุมความเค็มและภาวะน้ำขัง?

Key concepts

• สมดุลน้ำในดิน
• ความต้องการน้ำของพืชและการคายระเหย
• วิธีการชลประทานและประสิทธิภาพ
• การกำหนดตารางการให้น้ำชลประทาน
• การระบายน้ำบนผิวดินและใต้ผิวดิน
• ความต้องการการชะล้างและการควบคุมความเค็ม

Key theories

สมดุลน้ำในดินและการกำหนดตารางการให้น้ำชลประทาน

การกำหนดตารางการให้น้ำชลประทานทำได้โดยการติดตามสมดุลน้ำในดินของการรับเข้าและการสูญเสีย และการเติมน้ำที่พืชสามารถนำไปใช้ได้ก่อนที่พืชจะเกิดความเครียด โดยใช้ความจุสนาม จุดเหี่ยวถาวร และความต้องการน้ำของพืชเป็นจุดอ้างอิงในการควบคุม

ความต้องการการชะล้างและการควบคุมความเค็ม

เนื่องจากน้ำชลประทานมีเกลือละลายอยู่ด้วย น้ำส่วนหนึ่งที่ให้ไปจะต้องระบายผ่านชั้นดินเพื่อชะล้างเกลือลงไปใต้เขตราก ดังนั้นการระบายน้ำที่เพียงพอจึงจำเป็นอย่างยิ่งในการป้องกันการเกิดดินเค็มซึ่งได้ทำให้พื้นที่ชลประทานหลายแห่งเสื่อมโทรม

Mechanisms

การชลประทานจะเติมน้ำที่พืชสามารถนำไปใช้ได้ซึ่งถูกใช้ไปโดยการคายระเหย (evapotranspiration) โดยปริมาณและเวลาจะถูกกำหนดโดยสมดุลน้ำในดินและความสามารถในการกักเก็บน้ำของดินระหว่างความจุสนาม (field capacity) และจุดเหี่ยวถาวร (wilting point) วิธีการให้น้ำแบบผิวดิน แบบสปริงเกลอร์ และแบบหยด มีความแตกต่างกันในด้านความสม่ำเสมอและประสิทธิภาพในการทำให้ดินเปียก การระบายน้ำจะกำจัดน้ำส่วนเกินที่อาจทำให้ดินอิ่มตัว ซึ่งจะช่วยฟื้นฟูการถ่ายเทอากาศและลดระดับน้ำใต้ดิน เนื่องจากน้ำชลประทานมีเกลือปนอยู่ จึงจำเป็นต้องมีการชะล้างเกลือ (leaching fraction) ที่วางแผนไว้และการระบายน้ำที่ทำงานได้ดี เพื่อชะล้างเกลือลงไปใต้รากพืช และป้องกันการเกิดดินเค็มและภาวะน้ำขัง

Clinical relevance

ระบบชลประทานและการระบายน้ำที่ดีช่วยรักษาผลผลิตในพื้นที่แห้งแล้งและชื้นชื้นได้อย่างยั่งยืน ใช้น้ำที่หายากได้อย่างมีประสิทธิภาพ และป้องกันปัญหาการเสื่อมโทรมสองประการคือภาวะน้ำขังและการเกิดดินเค็ม ซึ่งได้สร้างความเสียหายให้กับพื้นที่ชลประทานขนาดใหญ่ทั่วโลก สิ่งเหล่านี้มีความสำคัญต่อการผลิตอาหารและการอนุรักษ์น้ำและดิน

History

การชลประทานเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีทางการเกษตรที่เก่าแก่ที่สุด แต่การจัดการทางวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาขึ้นในศตวรรษที่ 20 ควบคู่ไปกับฟิสิกส์ของดิน โดยมีการศึกษาเชิงปริมาณเกี่ยวกับสมดุลน้ำในดิน ความต้องการน้ำของพืชผล และการชะล้างที่จำเป็นในการควบคุมความเค็ม ซึ่งได้รับการประมวลผลในช่วงกลางศตวรรษในงานวิจัยเกี่ยวกับดินเค็มและดินด่าง

Key figures

• Daniel Hillel
• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil

Seminal works

• hillel1998
• usslab1954
• brady2016

Frequently asked questions

เหตุใดการชลประทานจึงอาจนำไปสู่ดินเค็มได้?

น้ำชลประทานทั้งหมดมีเกลือละลายอยู่บ้าง และเมื่อน้ำระเหยหรือถูกพืชดูดซึมไป เกลือจะถูกทิ้งไว้และสะสมตัว หากไม่มีการระบายน้ำที่เพียงพอและการชะล้างอย่างจงใจเพื่อชะล้างเกลือลงไปใต้เขตราก เกลือจะสะสมตัวและอาจทำให้ดินเสื่อมโทรมได้

เหตุใดดินบางชนิดจึงต้องการการระบายน้ำ?

เมื่อน้ำส่วนเกินจากฝน การชลประทาน หรือระดับน้ำใต้ดินที่สูงเติมเต็มช่องว่างในดิน จะทำให้อากาศถูกขับออกไปและรากพืชขาดออกซิเจน การระบายน้ำจะกำจัดน้ำส่วนเกินนั้นออกไป ซึ่งช่วยฟื้นฟูการถ่ายเทอากาศและช่วยให้รากพืชเจริญเติบโตและกิจกรรมของจุลินทรีย์เป็นไปตามปกติ