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Influences of water quality and evapotranspiration on the scheduling of drip irrigation

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Academic year: 2021

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氏       名

学 位 の 種 類

学 位 記 番 号

学位授与年月日

学位授与の要件

学位論文題 目

は せ い ん   で っ が に さ に - じ

HOSSEIN DEHGHANISANIJ

博士(農学)

甲第349号

平成16年 9月24日

学位規則第4条第1項該当

InfluencesofⅥ厄terQualityandEvapotranspiration OntheSchedulingofDripIrrigation

(点滴潅概の用水計画に及ぼす水質と蒸発散の影響)

学位論文審査委員 (主査) 山本太平

(副査) 井上光弘  西山壮一 竹山光一

猪迫耕二

学位論文 の 内 容 の 要 旨

Irrigationschedulingisthekeyfactorforincreaslnglrrigationefficiencyandcropyieldas Wellasthecontrolofsoildegradationunderlowqualitywateruse.Strategiesforirrigation SChedulinginclude appropriate timing andintervals ofirrigation according to soilwater holding capacity;uniformity ofirrigation system and,eVaPOtranSPiration.Driplrrigation system(DIS)is designedfor high・frequencyirrigations to maintain soilmoisture at an OPtimalor near optimallevelfor maximum yield during the whole growlng SeaSOn.The e鮎ctiveness of DIS depends as well on the quality of the water under use and the maintenance of the system.Ⅵhter quality can considerably a鮎ct DIS scheduling and efficiency due to emitterclogglngby sewage or saline water and thelevelofsoilsolution COnCentrationinthecroprootzone.AstudyonDISschedulingasa鮎ctedbywaterquality andevapotranspirationwascarriedoutattheAridLandResearchCenter;TbttoriUniversity; andtheTbhakuirrigationprQjectarea,Tbttori,Japan(35032′Nand134013′)during2002 and2003.Thisstudyincludedthefo1lowingthreeparts: The丘rstpartofthestudywasontheestimationandforecastofETbtoimproveirrigation SChedulingandconsequentlywateruseefficiency.SixETbestimationmodelswereassessed StatisticallyagalnSteXPerimentallydeterminedvaluesinahumidtemperateenvironment. The ETb estimates were obtained using the Penman(PE),Penman・Monteith(PM), 40

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Wright・Penman(WP),Blaney・Criddle(BC),Radiationbalance(RB),andHargreaves(HG) models.TheETbforecastswereobtainedusing5・yrOr8・yrWeatherdataandl・and2・year returnperiodapproach.Comparedwiththelysimetervalues,itwasobservedthatallthesix modelsoverorunder・eStimatedtheETb.NeverthelessthePEmodelproducedthebestETb estimates as assessedby rootmean square,meanbias error;and t・teSt Statisticsforthe temperateenvironment.Ingeneral,theETbforecastsobtainedusing8-yrWeatherdatawere betterthan5・yr.The2・yrreturnPeriodETbforecastswerebetterthanl-yrreturnPeriod, regardlessofthedurationofweatherdata. The secondpartwastoinvestigatetheimpactofselectedwaterquality(chemicaland biological)inefnuentsonwaterdischarge rate anddistributionuniformityfromemitters withdifEbrentori丘cesizes(OS),in-builtfi1trationareas(FA),PreSSureCOmPenSation(PC) systems.ThefieldexperimentallayoutintheTbhakuirrigationprojectincluded8typesof on・1ineandin・1ineemitterseachon50mlonglateralsconnectedtothefieldirrigationline without丘1ters.TheresultsofBiologicalcloggingagents(BCAs)countindicatedthatduring 2002itwashighestatthebeglnningofirrigationinApril,anddecreasedwithtimeuntil September;While during2003itincreased with time and peaked at the end ofAugust・ EmitterdischargeratesincreasedwithincreasingOS,FA,andworkingpressure(WP)and decreasedwithincreasingBCAscounts.BecauseBCAsweretheonlydynamicvariablesin the above relationship,We COnCluded that BCAs・induced cloggingis a major reasonfor clogglngWhenfi1terswerenotinstalledinfieldirrigationlines.Fourselectedemittersfrom thefirstyear-sexperimentandanother2newemittertypeswereusedtoassesstheimpact ofchemicaltreatmentonpreventingorreducingemitterclogginginducedbyBCAs,andthe Performanceofdripirrigation.Eachofthe6typesofemitterswasinstalledontwoseparate laterals,intwosimilarsubunitsofDIS,fortwodi鮎rentmanagementschemesofwithand withoutchlorineinjectionintotheirrlgationwater.The dischargefromemittersincreased with chlorineinjectioninto theirrigation water and withincreasing OS and FA,but decreasedwithincreasingBCAscounts.Thevaluesofthe meandischarge ratiovariation (Dr)indicated that the cumulativeimpact ofmanufacturing variationsⅣm)and that inducedbyBCAsandchlorineinjectiononemitterdischargewaslowduringtheirrlgation season when chlorine waslnjectedinto theirrlgationwater.The values ofthe statistical uniformitycoefficient(U)weremorethan93%forbothmanagements,indicatingthatthe uniformityofemittersdischargeandconsequently,Clogglngalongalateralwerehigh・ Inthethirdpartoftheexperiments,thee鮎ctsof(i)irrigationregimes,(ii)timeafter irrigation,and(iii)cropgrowthstages,OnSOilwatercontent(Ow)andsoilsolutionsalinity (ECw)was studied at difEbrent radial distancefrom the emitter(1ateral pipe).The experiments were carried outin the sand dunefield ofthe Arid Land Research Center,

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TbttoriUniversity.Threeirrigationregimeswereapplied.Thefirstirrigationregime(Id)was basedondailycropwaterrequirement・TwootherirrlgationreglmeSWerebasedonIdand 20%and40%1eaching(Id・1.20andId・1.40).Thesimultaneousd.istributionofwaterand soluteunderdripirrigationwasmeasuredusingTimeDomainReflectometry(TDR).The resultsindicatedthatOwandECwincreasedintheorderearlystage(ES)<mid・Stage(MS) <1atestage(LS)forallirrigationregimes.ThemaximumOwandminimumECwcoincided atlO云mradialdistancefromemitter(rlO)duringallcropgrowthstagesforalltheirrigation regimes.Thesametrendwasnotedfor20cmradialdistancefromemitter(r20)underId・ 1.40,but only during the ESforId and duringthe ES and MSforId・1.20.The ECw increasedsignificantlyintheorderrlO<r20<r30(30cmradialdistancefrom●emitter) duringallthecropgrowthstagesforalltheirrigationregimes.Timeelapsedafterirrlgation wasterminateduntilOwattaineditsmaximumlevelinthecroprootzonechangedwithcrop growthstages.Itisthereforesuggestedthatirrigationshouldcommenceatdi鮎renttimes beforenoon,dependingonthecropgrowthstage,SOthatmaximumOw(minimumECw)will coincidewithmaximumevapotranspiration(ETb).Interactionbetween OwandECwfora glVenradiusandthedi鮎rentcropgrowthstagesshowedthattheinfluenceofOw onECw was restricted to a small radius ofabout O・20cmfrom the emitter.Beyond this range, increasesinOwdidnotsignificantlya飴ctECw.Thefirstirrigationregime(Id)wasfound unsuitableforanirrlgationregimeinvolvinguseofsalinewater.Adistanceofabout25and 30cmwassuggestedfor2consecutiveemittersonalateralpipeunderId・1.20andId・1・40 respectively;tO minimize ECw along thelateralpipe.Moreover,a COmbinedirrlgation schedulingofId・1.40forES andMS,andId・1.20forLSwassuggestedtoincreasethe irrigationefficiency.

論文審査の結果 の 要 旨

点滴潅漑は水の効率的利用に優れ土壌中の塩類集積が少ない潅漑法であるので,乾燥地域にお

いて広く利用されている。点滴潅漑の用水計画では,圃場における土壌水分特性,畑地水分消費

特性及び気象特性等の基礎的要因を明らかにして,作物の蒸発散量や根群域水分量を検討し,港

概の間断日数と計画潅漑水量が決定される。

本研究では,より正確な蒸発散量の算定手法を導入すると同時に,港概水の水質要因に着目し

て塩水と富栄養化した潅漑水を取り上げ,点滴潅漑の用水計画に必要な基礎的要因の検討を試み

たものである。本研究の成果は次の3つの部分から構成される。

1.イラン国と本学の乾燥地研究センターの圃場を取り上げ,気象データを利用した6種類の蒸

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発散量算定モデルを用いて牧草の蒸発散量について検討した。同時に短期間(8年以内)の気象デ

ータを用いる場合の蒸発散量の予測値に閲し統計的な検討を行った。モデルの種類は,Penmanモ

デル(PE),Penman・Monteithモデル(PM),W王ight・Penmanモデル(WP),Blaney・Criddleモ

デル(BC),Radiationbalanceモデル(RB),Hargreavesモデル(HG)である。ライシメーターで

得られた実験値を用いて検証した結果,BC>WP>PM>HG>RB>PEの順序で誤差が少なく,

PEモデルによる場合が統計的にも信頼性の高い予測値を示すことを明らかにした。

2.国営東伯農業水利事業地区内に,現在よく利用されている4~8種類の点滴エミッターを供試

して,点滴濯概施設の生物学的目詰まり障害に関して検討を行った。濯概水中のプランクトン数は,

2002年の場合港概開始時期の4月,2003年の場合8月未にピークが現れ,潅漑水の富栄養化は

年々増加した。プランクトン数の増加に伴って,滴下口径の小さいエミッターほど滴下流量が減

少し,目詰まり障害が増加した。塩素処理水を注入して目詰まり防止を検討した結果,エミッタ

ーの滴下流量が改善され 目詰まり障害防止に有用で奉ることが提案された。

3.乾燥地研究センターの大型ガラス室砂床にトウモロコシを栽培して塩水潅漑を行い,エミッ

ターからの湿潤半径内における土壌水分量(Ow),土壌水の電気伝導度(ECw)に閲し,3種類の

潅漑水量,潅漑後の経過時間,作物生育時期等との関係について検討を行った。OwとECwは,

潅漑水量にかかわらず,生育の初期,最盛期,後期の順に増加し,Owの最大値(ECwの最小値)

は,各港概水量及び生育時期においてエミッターから半径10cm離れた位置に発生した。この位

置のECwの最小値は,標準潅漑水量の場合潅水後2~3時間に生じ,潅漑水量が大きい場合さら

に1時間程度遅れた。塩水潅漑においてECwを小さくして適用効率を高くするには,エミッター

間隔は25cm~30cm,潅漑水量は標準区より20~40%増加させることが提案された。

本研究では,乾燥地の点滴潅漑の用水計画において,作物の蒸発散量予測について正確な

算定手法を提案すると同時に,潅漑水の水質を考慮した用水計画の検討を行い,新しい基礎

的要因をいくつか明らかにしている。これらは,乾燥地における点滴港概の用水計画において,

現在課題とされる潅漑システムの目詰まり障害防止や節水的な潅漑水量の決定に大きな意義を

有するものであり,学位論文として十分な価値があるものと判定する。

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