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センターピボット灌漑（セントラルピボット灌漑と呼ばれることもある）は、水車灌漑やサークル灌漑とも呼ばれ、機器がピボットの周りを回転し、作物にスプリンクラーで水をまく作物 灌漑方法です。[1] [2]ピボットを中心とした円形の領域が灌漑され、上から見ると作物に円形のパターンが形成されることがよくあります（ミステリーサークルと呼ばれることもありますが、畑の作物の一部を円形に平らにして形成されるものと混同しないでください）。 [3]ほとんどのセンターピボットは当初水力で駆動されていましたが、今日ではほとんどが電動モーターで駆動されています。
センターピボット灌漑システムは、水を効率的に使用し、農場の収穫量を最適化できるため便利です。このシステムは、広大な土地で非常に効果的です。
歴史
1914 年 3 月 23 日、アイオワ州オデボルトの James A. Norton がセンター ピボット灌漑システムの特許を申請しました。1915 年 8 月 17 日、特許番号 1150144 として付与されました。特許図面には、センター ピボット ポイントの周りを円を描くように移動するパイプを支える複数対の車輪が示されています。説明には、ピボット センターの周りを移動可能な車輪などの可動装置を使用した散水装置とあります。
センターピボット灌漑は、1940年にコロラド州ストラスバーグに住む農夫フランク・ザイバッハ[5]によって発明されました[4]。[4]これは、畑への水の分配を改善する効果的な方法として認識されています。[3]
1952年、ザイバッハはネブラスカ州コロンバス出身の友人イーサン・ジェームズ・オルソンであるAEトローブリッジとビジネスを始めた。トローブリッジは25,000ドル（2023年の価値で287,000ドルに相当）を出し、特許権の49％を獲得した。ザイバッハはコロラドからコロンバスに戻り、店を開いて数人の男性を雇い、パイプの高さを1.8メートル（6フィート）まで上げてビジネスを始めた。最初の2年間で販売できたシステムはわずか19台だった。初期の設計は扱いにくく、システムを理解している農家はほとんどいなかった。ザイバッハは設計を改良し続け、問題のあるシステムを販売するのではなく、機械をより良くすることに集中した。[6]
ザイバッハは設計の改良で成功を収め、システムの運用効率が向上した。1954年、彼は特許をロバート・ドーハティと彼の会社であるバレー・マニュファクチャリングにライセンスした。ドーハティのエンジニアたちはその後10年間、ザイバッハの革新技術を改良し、より頑丈で、より高く、より信頼性の高いものにし、油圧動力システムから電気駆動に転換した。ドーハティの会社はその後、ヴァルモント・インダストリーズに成長し、バレー・イリゲーションはその子会社となった。[7]
概要
センターピボット灌漑は、頭上散水灌漑の一種で、複数のパイプ（通常は亜鉛メッキ鋼またはアルミニウム）のセグメントと、その長さに沿って配置されたスプリンクラーで構成され、互いに結合され、トラスで支えられ、車輪付きのタワーに取り付けられています。[1]機械は円状に移動し、円の中心にあるピボットポイントから水が供給されます。[8]
センターピボットを使用するには、地形が適度に平坦である必要があります。しかし、重力流を使用する他のシステムに比べてセンターピボットが持つ大きな利点の1つは、起伏のある土地でも機能できることです。この利点により、一部の地域では灌漑面積と水使用量が増加しました。このシステムは、米国、オーストラリア、ニュージーランド、ブラジルの一部、[8]やサハラ砂漠や中東 などの砂漠地帯で使用されています。
センターピボットの長さ（円の半径）は通常500メートル（1,600フィート）未満で、最も一般的なサイズは標準的な400メートル（1 ⁄ 4 マイル）の機械で、約50ヘクタール（125エーカー）の土地をカバーします。[8]
センターピボット灌漑ノズル
もともと、センターピボットのほとんどは水力で動いていました。これらは、通常は各タワーに取り付けられたモーターで駆動される 油圧システムと電動モーター駆動システムに置き換えられました。
外側の車輪が回転のペースを決める。内側の車輪は2つのセグメント間のハブに取り付けられており、角度センサー（マイクロスイッチ）を使用して、ジョイントの曲がりが特定のしきい値を超えたことを検出します。角度が大きすぎると、車輪が回転してセグメントの位置が揃います。1回転の一般的な期間は3日間です。[8]一方、他の情報源によると、構造物の外縁は1分間に2～3メートル（6.6～9.8フィート）で動いており、半径400メートル（1 ⁄ 4マイル）のシステムの1回転に14～21時間かかります 。[9]
均一な散布を実現するために、センターピボットは、機械の半径全体にわたって可変のエミッター流量を必要とします。最も外側のスパン（またはタワー）は、最も内側のスパンよりも一定時間内に移動する距離が長いため、ノズルのサイズは内側のスパンで最小になり、ピボットポイントからの距離が長くなるにつれて大きくなります。航空写真では、1/4マイルまたは1/2マイル（400または800メートル）の放射状灌漑パイプのトレースによって作成された円のフィールドが示されています。これは、1分間に数千ガロンを消費します。」[10]
現在、ほとんどのセンター ピボット システムには、グースネックと呼ばれる U 字型のパイプから垂れ下がる水滴がパイプの上部に取り付けられています[説明が必要]。スプリンクラー ヘッドは作物の上数フィート (最大) に配置されているため、蒸発による損失と風によるドリフトが制限されます。静的プレート、移動プレート、部分円など、さまざまなノズル構成が利用可能です。通常、各ノズルの上流に圧力レギュレーターが設置され、各ノズルが正しい設計圧力で動作するようにしています。
ドロップは、作物間の地面に直接水を散布するドラッグホースやバブラーと一緒に使用することもできます。このタイプのシステムは LEPA (低エネルギー精密散布) として知られており、多くの場合、畝間の長さに沿った小さなダムの建設 (畝間堤防/堤防と呼ばれる) と関連しています。作物は、灌漑システムの移動に合わせて、直線または円形に植えることができます。
直線または横方向に移動する灌漑機械
灌漑設備は直線的に動くように構成することもでき、その場合は横移動、直線移動、車輪移動、またはサイドロール灌漑システムと呼ばれます。[11] [12] これらのシステムでは、水は圃場の長さに沿って走る灌漑用水路によって供給されます。水路は片側または中央を通る直線上に配置されます。モーターとポンプ設備は供給水路のそばのカートに取り付けられています。カートは機械と一緒に移動します。
農家は、既存の長方形の畑を維持するために、横移動灌漑を選択する場合があります。これは、畝間灌漑からの転換に役立ちます。横移動灌漑は、センターピボット灌漑に比べてはるかに一般的ではなく、より複雑な誘導システムに依存し、追加の管理が必要です。横移動灌漑はオーストラリアで一般的です。そこでは、システムの長さは通常 500 〜 1,000 メートルです。
利点
センターピボット灌漑は、溝灌漑などの他の多くの表面灌漑方法よりも労力が少なくて済みます。[8]また、溝を掘る必要がある地上灌漑技術よりも人件費が低くなります。また、センターピボット灌漑は土壌耕作の量を減らすことができます。そのため、地上灌漑で発生する可能性のある水の流出と土壌浸食を減らすのに役立ちます。[8]耕作が減ると、より多くの有機物と作物の残渣が土壌に分解されやすくなります。また、土壌の圧縮も軽減されます。[8]
アメリカ合衆国では、半乾燥地帯であるハイプレーンズに初期に移住した人々は、1930 年代の悲惨なダスト ボウルで頂点に達した干ばつの周期による農作物の不作に悩まされました。第二次世界大戦後、センター ピボット灌漑が利用可能になって初めて、ハイプレーンズの帯水層システムの土地は、世界で最も農業生産性の高い地域の 1 つに変わりました。[引用が必要]
悪影響
灌漑による汲み上げ率が涵養率を上回ると、地下水位は低下します。2013年までに、センターピボット灌漑の水消費効率が年々向上するにつれて、農家はより集中的に植え付けを行い、より多くの土地を灌漑し、より多くの水を必要とする作物を栽培していることが直感に反して示されました。 [10]これはジェヴォンズのパラドックスの一例です。
米国の一部地域では、巨大なセンターピボット灌漑システムを使った60年にわたる集約農業による収益性の高い事業によって、オガララ帯水層（ハイプレーンズ帯水層としても知られる）の一部が枯渇した。[10] 世界最大級の帯水層の一つで、米国のグレートプレーンズの地下にあるサウスダコタ、ネブラスカ、ワイオミング、コロラド、カンザス、オクラホマ、ニューメキシコ、テキサスの8州にまたがり、面積約45万km2 （ 17万平方マイル）を覆っている。[13] [14]同地域でのセンターピボット灌漑による総取水量は、年間約542万エーカーフィートと推定されている。[15]
1950 年には、灌漑農地は 10 万ヘクタール (25 万エーカー) に及んだ。センターピボット灌漑の使用により、カンザス州だけで 120 万ヘクタール (300 万エーカー) 近くの土地が灌漑された。最大揚水時には、場所によっては地下水位が年間 1.5 メートル (5 フィート) 以上低下した。極端な場合には、着実に低下する地下水位に達するために井戸を大幅に深く掘らなければならなかった。[10]テキサス州パンハンドルの一部の場所で地下水位が排水された (脱水された)。「帯水層の上に広がるテキサス州の農地の広大な範囲は、もはや灌漑に適さない。カンザス州中西部では、帯水層の 100 マイル (160 km) 帯に沿った灌漑農地の最大 5 分の 1 がすでに干上がっている。」干上がった帯水層の地下水を補充するには、数百年から数千年分の降雨量が必要になるだろう。[10]
文化における役割
21世紀には、ハイプレーンズ帯水層の重要性が認識され、地域[16] [17] [18]および国際ジャーナリストによる報道が増加しました。[19] 2013年5月のニューヨークタイムズの記事「井戸は干上がり、肥沃な平原は塵と化す」[10] は、ハイプレーンズ帯水層システムの一部が容赦なく衰退していることを詳しく述べています。
作家のエミリー・ウッドソンは、センターピボット灌漑システムの使用増加は、1970年代半ばから1980年代にかけて米国で起こった伝統的な農業からの近代化（高価なトラクター、センターピボット灌漑、危険な新しい農薬）への根本的な姿勢の変化の一部であると述べた。新しい世代は、大量の地下水、肥料、化学薬品を必要とする灌漑トウモロコシや落花生などの高リスク、高収益の作物を選んだ。新しい家族経営の農業法人は多くの牧草地を新しい農地に変え、節水よりも土地価格の上昇に関心を寄せた。[20] [21]
参照
参考文献
- ^ ab Mader, Shelli (2010年5月25日). 「センターピボット灌漑が農業に革命を起こす」. The Fence Post Magazine. 2016年9月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年6月6日閲覧。
- ^ ddr.nal.usda.gov Archived 2011-10-09 at the Wayback Machineセンターピボット灌漑システムを変更して、可変の散水深を提供します。
- ^ ab Gray, Ellen (2012年5月3日). 「宇宙から見たテキサスのミステリーサークル」NASA . 2012年6月6日閲覧。
- ^ ab モーガン、ロバート (1993)。『水と土地』、カリフォルニア州カテドラルシティ：アダムズ出版、pp. 35–36。ISBN 0935030026。
- ^ アルフレッド、ランディ (2008 年 7 月 22 日)。「1952 年 7 月 22 日: 本物のクロップサークルメーカーが特許を取得」。Wired Magazine。2012年6 月 6 日閲覧。
- ^ 「1950 年代にセンターピボット灌漑システムが普及」
- ^ 「Valley Irrigationの歴史」。
- ^ abcdefg 「これまで栽培したことのない地域での米の栽培：ミズーリ州の研究プログラムは、ますます飢餓が深刻化する世界の食糧供給に役立つ可能性がある」ミズーリ大学農学部、食品・天然資源学部。2008年7月3日。2013年9月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年6月6日閲覧。
- ^ 「加圧灌漑技術：センターピボット灌漑システム」（PDF）。国連食糧農業機関。2007年。 2020年4月26日閲覧。
- ^ abcdef Wines、マイケル（2013年5月19日）。「井戸が枯渇、肥沃な平原が砂漠化」ニューヨークタイムズ。
- ^ Evans, RO; et al. (1997 年 3 月). 「センターピボットおよびリニアムーブ灌漑システム」(PDF) 。ノースカロライナ州立大学、ノースカロライナ協同組合拡張サービス。2012年 10 月 21 日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2012年6 月 6 日閲覧。
- ^ 「Wheelmove スプリンクラー灌漑の運用と管理」（PDF）。
- ^ダートン、ニューハンプシャー州 1898 年。103 度子午線以西のネブラスカ州の地質と水資源に関する予備報告書。ウォルコット、CD (編)、米国地質調査所第 19 回年次報告書、1897-1898 年、第 IV 部、pp. 719-785。
- ^ Dennehy, KF (2000). 「ハイプレーンズ地域地下水調査: 米国地質調査所ファクトシート FS-091-00」USGS。 2008年7月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年5月7日閲覧。
- ^ Cooley, DJ, Maxwell, RM, Smith, SM (2021). 「センターピボット灌漑システムとその場所：水文学的および経済的なモデルに入力を提供するディープラーニングアプローチ」。Frontiers in Water . 3 . doi : 10.3389/frwa.2021.786016 .
{{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク) - ^ 「帯水層の縮小が農場にとって大きな問題となる」Wayback Machineに 2009 年 2 月 4 日にアーカイブ。Nancy Cole、Arkansas Democrat-Gazette。2006年 9 月 24 日。最終アクセス日 2006 年 10 月 24 日。
- ^ コラム - マンセル・フィリップス：「水を大量に消費する産業が多すぎるが、水はほとんど足りない」 2013年 6 月 15 日にWayback Machineにアーカイブ。マンセル・フィリップス、アマリロ・グローブ・ニュース。2006 年 10 月 4 日。最終アクセス日 2006 年 10 月 24 日。
- ^ 「長期的な水問題に関する新たな兆候」、リンカーン・スター・ジャーナル、2006年10月8日。最終アクセス日：2012年11月20日
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- ^ モリス、ジョン・ミラー（2003年）。シェリー・L・スミス（編）。南部平原の未来。ノーマン、オクラホマ：オクラホマ大学出版局。p. 275。ISBN 0806137355。
- ^ レインウォーター、ケン (2004 年 1 月 1 日)。「書評: 南部平原の未来」。グレートプレーンズ季刊グレートプレーンズ研究。ネブラスカ州リンカーン: ネブラスカ大学グレートプレーンズ季刊グレートプレーンズ研究センター。
追加情報源
- スナイダー、シンディ (2011 年 1 月 18 日)。「センターピボット灌漑システムは高額」。タイムズニュース (アイダホ州ツインフォールズ) 。2012年6 月 6 日閲覧。
- Becker, Hank (2000 年 10 月 2 日)。「作物の温度はセンターピボット灌漑を導くことができるか?」米国農務省農業研究サービス。2012年6 月 6 日閲覧。
- ガーナー、フェイ (2008 年 2 月)。「タスキーギ芝生農場、より効率的な灌漑で干ばつと戦う」米国農務省天然資源保全局。2012年6 月 6 日閲覧。
- Boyd, Vicky (2012 年 2 月 16 日)。「Valley Irrigation がセンターピボット システム用のタイヤ センサーを発表」。The Grower Magazine。2013 年 3 月 8 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年6 月 6 日閲覧。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、センターピボット灌漑に関連するメディアがあります。
- 「オガララ帯水層」マンジュラ・V・グル、農業政策専門家、ジェームズ・E・ホーン、カー持続可能農業センター所長兼CEO、オクラホマ州ポトー
- USGS ハイプレーンズ地域地下水調査
- テキサス州のオガララ帯水層をめぐる法廷闘争
- カンザス州地質調査所のハイプレーンズ/オガララ帯水層に関する情報
- オクラホマ州の調査研究により、ハイプレーンズ帯水層の一部が急速に再涵養されていることが示唆される