点滴灌漑

点滴灌漑またはトリクル灌漑は、土壌表面からまたは地表下に埋めて植物の根にゆっくりと水を滴下することで、水と栄養分を節約できるマイクロ灌漑システムの一種です。目標は、水を根域に直接送り、蒸発を最小限に抑えることです。点滴灌漑システムは、バルブ、パイプ、チューブ、エミッターのネットワークを通じて水を分配します。設計、設置、保守、運用の良し悪しによって、点滴灌漑システムは、表面灌漑やスプリンクラー灌漑 などの他のタイプの灌漑システムよりも効率的になる可能性があります。

2023年現在、世界の農家の3％が点滴灌漑を利用しています。^[1]

原始的な点滴灌漑は古代から行われてきました。紀元前1世紀に中国で書かれた『范生之書』には、灌漑手段として、オラスと呼ばれることもある、素焼きの土器に水を入れて埋める使用法が記されています。 ^{[2] [3]}

現代の点滴灌漑は、1860年にドイツで研究者が粘土管を使った地下灌漑の実験を開始し、灌漑と排水を組み合わせたシステムを開発したときに開発が始まりました。^[4]

この研究は1920年代に拡大され、多孔管システムの応用も含まれるようになりました。^[5]

点滴灌漑で水を貯めて分配するためにプラスチックを使用する方法は、後にオーストラリアのハニス・ティルによって開発されました。^[5]

点滴灌漑におけるプラスチックエミッターの使用は、イスラエルのシムチャ・ブラスとその息子イェシャヤフによって開発されました。^[6]小さな粒子で簡単に塞がれる小さな穴から水を放出する代わりに、摩擦を利用してプラスチックエミッター内の水の流れを遅くすることで、より大きく長い通路から水を放出しました。このタイプの最初の実験システムは、1959年にブラスによって確立されました。ブラスは後に（1964年に）キブツ・ハツェリムと提携してネタフィムと呼ばれる灌漑会社を設立しました。彼らは協力して最初の実用的な表面点滴灌漑エミッターを開発し、特許を取得しました。^{[4] [5]}現代の点滴灌漑は1960年代にイスラエルで発明され、このような灌漑は水だけでなく肥料の使用効率も向上させました。^[1]この技術の導入はタイムズ・オブ・イスラエルによると革命的で、稲作における水使用量を70％節約することができました。^[7]

ゴールドバーグとシュムエリ（1970）^[8]は、大きな改善策を開発した。「イスラエル南部のアラバ砂漠で[シュムエリ]は、土壌表面に設置された点滴灌漑システムが、塩分を含んだ水でも野菜の生産に非常に効果的であることを実証した（エルヴィング、1989）。このシステムは、以前は非生産的だった環境を緑化することに寄与した」^{[9] 。}

地下システムを地上システムに置き換えることで、地下システムの詰まりという欠点が解消されました。彼らの改善は成功しました。「点滴灌漑は現在、作物に水を供給する最も効率的な手段です（Pathak et al. 2009; Goyal 2012）...この技術には、表面と地下の2つのバリエーションがあります。最も一般的なのは、イスラエルで最初に開発された表面点滴灌漑です（Goldberg and Shmueli 1970）...水資源の持続可能な使用に向けた対策として、灌漑効率を向上させる必要があるため、点滴灌漑には幅広い関心が寄せられています（Scanlon et al. 2012; Steward et al. 2013; Schaible and Aillery 2017）そして、いくつかの作物の生産に対するそのパフォーマンスを評価するための多数の研究で強調されています。」^[10]

ネタフィムは、特に稲に水をまく技術を開発した。水田は世界のメタン排出量の10%を排出しており、これは自動車4億台分に相当する。この技術は、イタリア、トルコ、インドで初めて導入された。^[7]アグリテック企業N-Dripは、水田用のスマート点滴灌漑を開発した。TOIの記事では、N-Dripシステムにより、収穫量が最大33%増加し、肥料が50%削減され、炭素やメタンなどの温室効果ガスが50%から85%に減少し、水も50%節約されたと報告されている。^[11]

米国では、1960年代初頭にChapin WatermaticsのRichard ChapinとJaime Leal-Diazによって、Dew Hoseと呼ばれる最初のドリップテープが開発されました。 ^{[12] [13]}大規模な採用と使用を可能にしたドリップテープの進化は、1987年にPlastro Irrigationによって導入されたTテープでした。これは、最初のスリット出口と、後に乱流制御フロートラックに進化した層流トラックを備えていました。Chapin Watermaticsは2006年にJain Irrigationに買収され、米国子会社のJain Irrigation Inc、USAの傘下になりました。^{[14] [15]}

1960年代後半にカリフォルニアで初めて導入されましたが、1988年時点では灌漑地のわずか5％がこのシステムを使用していました。2010年までに、カリフォルニアの灌漑地の40％がこのシステムを使用しました。^[16]

トリクルリングは、樹木や低木の根元に水を均等に分配する円形の装置です。ガーデンホースまたはチューブアダプター継手で給水装置に接続することで、トリクルリングを灌漑ネットワークに組み込むことができ、同時に多くの植物に水を供給できます。トリクルリングを通る水の流れを調節することで、無駄な表面流出や蒸発による損失を最小限に抑え、水を節約できる速度で土壌を飽和させることができます。 ^{[引用が必要]}

現代の点滴灌漑は、1930 年代にインパクト スプリンクラーが発明されて以来、表面灌漑に代わる初めての実用的な方法となり、農業において世界で最も価値のあるイノベーションとなったと言っても過言ではありません。

特定の設備で使用するのに最適な点滴灌漑システムとコンポーネントを決定するには、土地の地形、土壌、水、作物、農業気候条件などのすべての関連要因を慎重に研究する必要があります。

点滴灌漑では、滴下式散水器の代わりに、狭い範囲に水を噴霧するマイクロスプレーヘッドと呼ばれる装置も使用されることがあります。これらは通常、根域が広い樹木やブドウの作物に使用されます。

地下点滴灌漑 (SDI) では、植物の根元またはその下に恒久的または一時的に埋められた点滴管または点滴テープを使用します。この方法は、特に水資源が限られている地域や、灌漑にリサイクル水が使用されている地域で、列作物の灌漑に人気が高まっています。

2012年の時点で、中国とインドは点滴灌漑やその他のマイクロ灌漑の分野で最も急速に拡大している国であり、世界中で1000万ヘクタール以上がこれらの技術を使用していました。^[17]それでも、これは世界の灌漑地の4％未満に相当します。^[17]その年、イスラエルのネタフィムが世界市場のリーダーであり（2018年もその地位を維持しました^[18]）、インドのジェインイリゲーションが2番目に大きなマイクロ灌漑会社でした。^[17] 2017年にリヴリスはユーロドリップを買収し、世界第2位の灌漑システムメーカーになりました。^[19]

点滴灌漑で使用されるコンポーネント（水源の順に記載）は次のとおりです。

• ポンプまたは加圧水源
• 水フィルターまたは濾過システム: 砂分離器、施肥システム (ベンチュリインジェクター)、化学灌漑装置 (オプション)
• 逆洗制御装置（逆流防止装置）
• 圧力制御弁（圧力調整器）
• 配管ライン（メインの直径の大きいパイプ、場合によっては二次の直径の小さいパイプ継手）
• 手動、電子、油圧式制御弁および安全弁
• 直径の小さいポリエチレンチューブ（「ラテラル」と呼ばれることが多い）
• ポリフィッティングおよびアクセサリ（接続用）
• 植物の散水装置（散水器または点滴器、マイクロスプレーヘッド、インライン点滴器またはインライン点滴管）

点滴灌漑システムでは、ポンプとバルブは手動で操作することも、コントローラーによって自動で操作することもできます。

大型の点滴灌漑システムのほとんどは、小さな水粒子による小さなエミッター流路の詰まりを防ぐために、何らかのタイプのフィルターを採用しています。現在、詰まりを最小限に抑える新しい技術が^{[いつ? ]}提供されています。飲料水は既に水処理プラントで濾過されているため、住宅用システムの中には追加のフィルターなしで設置されているものもあります。事実上、すべての点滴灌漑機器メーカーはフィルターの使用を推奨しており、これを行わない限り保証は適用されません。微粒子の沈殿や中間ラインへの粒子の偶発的な混入を防ぐため、他の濾過システムに加えて、最終供給パイプの直前の最終ライン フィルターを強く推奨します。

点滴灌漑と地下点滴灌漑は、ほとんどの場合、都市下水をリサイクルして使用する場合に使用されます。規制により、飲料水基準に完全に処理されていない水を空気中に散布することは通常許可されていません。

点滴灌漑システムでは、散水方法の都合上、時間差で効く肥料を従来の表面散布する方法では効果がない場合があるため、点滴灌漑システムでは、多くの場合、液体肥料を灌漑用水に混ぜます。これは、施肥灌漑と呼ばれます。施肥灌漑と化学灌漑（塩素や硫酸などの農薬や化学物質を定期的に散布してシステムを洗浄する方法）では、ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ、アスピレーターなどの化学薬品注入器を使用します。化学物質は、システムが灌漑しているときはいつでも、または間隔を置いて継続的に追加できます。点滴灌漑とゆっくりとした給水を使用した最近の大学のフィールドテストでは、時間差で効く肥料とマイクロスプレーヘッドによる灌漑と比較して、最大95％の肥料節約が報告されています。

適切に設計、設置、管理された点滴灌漑は、フラッド灌漑やオーバーヘッドスプリンクラーなどの他のタイプの灌漑と比較して、水を植物の根に正確に散布できるため、蒸発と深部排水を減らして節水を実現するのに役立ちます。さらに、点滴灌漑は、葉と水との接触によって広がる多くの病気を排除できます。最後に、水供給が極端に制限されている地域では、実際の節水は得られず、以前と同じ量の水を使用しながら単に生産量が増えるだけです。非常に乾燥した地域や砂質土壌では、灌漑水をできるだけゆっくりと散布する方法が推奨されます。

パルス灌漑は、一度に植物に供給される水の量を減らし、流出や深層浸透を減らすために使用されることがあります。パルス システムは一般に高価で、大規模なメンテナンスが必要です。そのため、エミッター メーカーによる最新の取り組みは、1 時間あたり 1.0 L (2.1 米パイント、1.8 英パイント) 未満の超低流量で灌漑用水を供給する新しい技術の開発に重点を置いています。ゆっくりと均一に供給することで、パルス供給装置の費用や複雑さを招くことなく、水の使用効率をさらに向上できます。

放出パイプは、作物の距離に応じて特定の距離と時間あたりの流量で工場で事前に設置された放出器を備えた点滴灌漑チューブの一種です。

エミッターは水の流れを制限し、水を液滴の形で放出するために必要な水頭損失（大気圧の範囲内）を生み出します。この水頭損失は、エミッター内の摩擦/乱流によって発生します。

点滴灌漑の利点は次のとおりです。

• 局所的な施用と浸出の減少により、肥料と栄養素の損失が最小限に抑えられます。
• 適切に管理すれば、水の散布効率は高くなります。
• 圃場の平坦化は必要ありません。
• 不規則な形状のフィールドにも簡単に対応できます。
• リサイクルされた非飲料水は安全に使用できます。
• 根域内の水分は圃場容量で維持できます。
• 土壌の種類は灌漑の頻度にそれほど重要な役割を果たしません。
• 土壌浸食が軽減されます。
• 雑草の成長が抑えられます。
• 水の分配は各ノズルの出力によって制御され、非常に均一です。
• 他の灌漑方法に比べて労働コストが低くなります。
• バルブとドリッパーを調整することで、供給量の変動を調整できます。
• 肥料の無駄を最小限に抑えながら、施肥灌水を簡単に行うことができます。
• 葉は乾燥した状態を保つため、病気のリスクが軽減されます。
• 通常、他のタイプの加圧灌漑よりも低い圧力で動作し、エネルギーコストを削減します。

点滴灌漑の欠点は次のとおりです。

• 初期コストはオーバーヘッド システムよりも高くなる可能性があります。システムの設計と設定が不適切だと、チューブの交換とメンテナンスに関連する継続的な資本コストが節水額を上回る可能性があります。また、点滴灌漑は、特に大規模な輪作が行われ、異なる列間隔に対応するために点滴チューブを季節ごとに交換する必要がある場合、より労働集約的になる可能性があります。
• 点滴灌漑に使用されるチューブは太陽光の影響を受け、寿命が短くなることがあります。( 「ポリマーの劣化」を参照)
• プラスチックの劣化が土壌や食用作物に影響を及ぼすリスク。多くの種類のプラスチックは、太陽光によって劣化して脆くなり、プラスチックの柔軟性を保つエストロゲン化学物質（女性ホルモンを複製する化学物質）が周囲の環境に放出されます。^[20]
• 水が適切にろ過されず、機器が適切にメンテナンスされていない場合、詰まりや生物による詰まりが発生する可能性があります。
• 地中点滴灌漑の場合、灌漑者は散布される水を見ることができません。このため、農家は散布する水が多すぎる（効率が低い）か、散布する水量が不十分になる可能性があります。これは、点滴灌漑の経験が少ない農家に特によく見られる現象です。
• 除草剤や追肥肥料の効果を活性化するためにスプリンクラー灌漑が必要な場合、点滴灌漑では不十分な場合があります。
• ドリップテープを使用すると、収穫後に余分な清掃コストが発生します。ユーザーはドリップテープの巻き取り、廃棄、リサイクル、または再利用を計画する必要があります。
• 適切に設置しないと、水、時間、収穫が無駄になります。これらのシステムでは、土地の地形、土壌、水、作物、農業気候条件、点滴灌漑システムとそのコンポーネントの適合性など、関連するすべての要素を慎重に検討する必要があります。
• 軽い土壌では、地下の滴下によって土壌表面が湿って発芽できない場合があります。設置深さを慎重に考慮する必要があります。
• ほとんどの点滴灌漑システムは、効率性を重視して設計されており、浸出率はほとんどまたはまったくありません。浸出が不十分な場合、灌漑用水で散布された塩分は、通常、湿潤パターンの端にある根域に蓄積する可能性があります。一方、点滴灌漑では、従来の表面散布灌漑で見られる毛細管現象を回避でき、下層の塩分堆積物を引き上げることがあります。
• PVC パイプはネズミによる被害を受けることが多く、チューブ全体の交換が必要となり、費用が増加します。
• 点滴灌漑システムは夜間の霜による被害の抑制には使用できません（スプリンクラー灌漑システムの場合など）

ドリップテープは、点滴灌漑で使用される薄壁のドリッパーラインの一種です。最初のドリップテープは「デューホース」として知られていました。^[21]

ドリップテープダクトテープはポリエチレン製で、リールに平らに巻かれた状態で販売されています。壁の厚さは通常 0.1 ～ 0.6 mm (4 ～ 25ミル) です。壁の厚いテープは恒久的な地下点滴灌漑によく使用され、壁の薄いテープは高価値作物の一時的な使い捨てシステムに使用されます。

水はエミッターまたはドリッパーを通ってテープから排出されます。一般的なエミッター間隔は 150 ～ 610 mm (6 ～ 24 インチ) です。製品によっては、エミッターがテープと同時に製造され、製品の一部として形成されるものもあります。また、エミッターが別途製造され、製造時に取り付けられるものもあります。

一部の製品はテープではなく薄壁のドリッパーラインですが、一般的な用語では両方のタイプの製品はテープと呼ばれています。一般的なテープの直径は16 mm（5 ⁄ 8 インチ）、22 mm（7 ⁄ 8 インチ）、35 mm（1+直径は3 ⁄ 8 インチですが、より長い距離を走る恒久的な設置では、より大きな直径のものが一般的に使用されます。

ドリップテープはリサイクル可能な素材であり、プラスチック製造業界で再利用 できるプラスチック樹脂にリサイクルできます。

点滴灌漑は、農場、商業用温室、住宅の庭園で使用されています。点滴灌漑は、深刻な水不足の地域で広く採用されており、特にココナッツ、コンテナ栽培の景観樹木、ブドウ、バナナ、ベリー、ナス、柑橘類、イチゴ、サトウキビ、綿、トウモロコシ、トマトなどの作物や樹木に使用されています。

家庭菜園用の点滴灌漑キットは、タイマー、ホース、エミッターから構成されており、住宅所有者の間でますます人気が高まっています。直径 4 mm (0.16 インチ) のホースは、植木鉢の灌漑に使用されます。

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ウィキメディア・コモンズには、点滴灌漑に関連するメディアがあります。

• 灌漑、第 5 版、ムハンマド イルファン カーン ユサフザイ、クロード H. ペア編、灌漑協会発行、1983 年
• 作物生産のための点滴灌漑、FS ナカヤマと DA バックス編、エルゼビア社出版、1986 年、ISBN 978-0-444-42615-4 
• S. ブラス『争いと行動における水』（ヘブライ語）、マサダ社出版、イスラエル、1973年
• メンテナンスマニュアル、Jain Irrigation Systems 発行、1989 年
• 樹木、ブドウ、畑作物のための点滴灌漑とマイクロ灌漑の設計と管理、第 5 版、Charles M. Burt と Stuart W. Styles 著、カリフォルニア州立工科大学灌漑トレーニング研究センター (ITRC) 発行、サンルイスオビスポ、CA 93407–0721。www.itrc.org、2016 年