الري المحوري

الري المحوري (يُسمى أحيانًا الري المحوري المركزي )، ويُعرف أيضًا بالري الدائري أو الري بالعجلة المائية ، هو أسلوب لري المحاصيل حيث تدور المعدات حول محور ويتم ري المحاصيل بالرشاشات . ^{[ 1 ] [ 2 ]} يتم ري منطقة دائرية مركزها المحور، مما يُشكل غالبًا نمطًا دائريًا في المحاصيل عند النظر إليها من الأعلى (يُشار إليه أحيانًا بدوائر المحاصيل ، ويجب عدم الخلط بينه وبين تلك التي تتشكل نتيجة تسطيح جزء من المحصول في الحقل). ^{[ 3 ]} كانت معظم أنظمة الري المحوري تعمل بالطاقة المائية؛ إلا أن معظمها اليوم يعمل بمحركات كهربائية .

تُعدّ أنظمة الري المحورية مفيدة لقدرتها على استخدام المياه بكفاءة وتحسين إنتاجية المزرعة. وتتميز هذه الأنظمة بفعاليتها العالية في الحقول الشاسعة.

في 23 مارس 1914، قدّم جيمس أ. نورتون من أوديبولت، أيوا، طلب براءة اختراع لنظام الري المحوري. وفي 17 أغسطس 1915، مُنحت له براءة الاختراع رقم 1150144. تُظهر رسومات براءة الاختراع عدة أزواج من العجلات تدعم أنبوبًا يتحرك في دائرة حول نقطة محورية مركزية. وصف النظام: ترتيبات ري تستخدم منشآت متحركة على عجلات أو ما شابهها، قابلة للتحريك حول مركز محوري.

اخترع المزارع فرانك زيباخ، الذي ^كان يعيش في ستراسبورغ بولاية كولورادو ^، نظام الري المحوري عام 1940 ^{[ 4 ] ، [ 5 ]} وهو يُعتبر طريقة فعّالة لتحسين توزيع المياه في الحقول. ^{[ 3 ]}

في عام ١٩٥٢، دخل زيباخ في شراكة تجارية مع صديقه إيثان جيمس أولسون من كولومبوس، نبراسكا، وهما إيه إي تروبريدج. استثمر تروبريدج ٢٥٠٠٠ دولار ( ما يعادل ٣٠٣٠٠٠ دولار في عام ٢٠٢٥ ) وحصل على ٤٩٪ من حقوق براءة الاختراع. عاد زيباخ من كولورادو إلى كولومبوس، وافتتح متجرًا، ووظف عددًا من العمال، ورفع ارتفاع الأنبوب إلى ١.٨ متر (٦ أقدام) ، وبدأ العمل. في أول عامين من التشغيل، لم يبيعوا سوى ١٩ نظامًا. كانت التصاميم الأولية معقدة، ولم يفهمها سوى عدد قليل من المزارعين. واصل زيباخ تحسين تصاميمه وركز على تطوير آلاته، بدلًا من محاولة بيع أنظمة بها مشاكل. ^{[ ٦ ]}  

حقق زيباخ نجاحًا ملحوظًا بتصاميمه المُعدّلة، مما حسّن كفاءة تشغيل الأنظمة. في عام ١٩٥٤، رخص براءة اختراعه لروبرت دورتي وشركته، فالي مانوفاكتشرينغ. أمضى مهندسو دورتي العقد التالي في تطوير ابتكار زيباخ، فجعلوه أكثر متانة وطولًا وموثوقية، وحوّلوه من نظام طاقة هيدروليكي إلى نظام دفع كهربائي. نمت شركة دورتي لاحقًا لتصبح فالمونت إندستريز ، وكانت فالي إريجيشن شركة تابعة لها. ^{[ ٧ ]}

أنظمة الري المحورية في حقول الذرة في ولاية ويسكونسن

الري المحوري هو نوع من أنواع الري بالرش العلوي ، ويتكون من عدة أجزاء من الأنابيب (عادةً من الفولاذ المجلفن أو الألومنيوم ) مزودة برشاشات موزعة على طولها، وموصولة ببعضها البعض ومدعومة بهياكل داعمة ، ومثبتة على أبراج ذات عجلات. ^{[ 1 ]} تتحرك الآلة في مسار دائري، ويتم تزويدها بالماء من نقطة الارتكاز في مركز الدائرة. ^{[ 8 ]}

يتطلب استخدام نظام الري المحوري أن تكون الأرض مستوية نسبيًا؛ إلا أن إحدى أهم مزايا هذا النظام مقارنةً بالأنظمة البديلة التي تعتمد على الجاذبية هي قدرته على العمل في الأراضي المتموجة. وقد أدت هذه الميزة إلى زيادة مساحة الأراضي المروية وترشيد استهلاك المياه في بعض المناطق. يُستخدم هذا النظام في أجزاء من الولايات المتحدة الأمريكية ، وأستراليا ، ونيوزيلندا ، والبرازيل ، ^{[ 8 ]} وفي المناطق الصحراوية مثل الصحراء الكبرى والشرق الأوسط.

يبلغ طول أجهزة الري المحورية عادةً أقل من 500 متر (1600 قدم) (نصف قطر الدائرة)، والحجم الأكثر شيوعًا هو الجهاز القياسي الذي يبلغ طوله 400 متر ( ربع ميل ) ، والذي يغطي حوالي 50 هكتارًا (125 فدانًا) من الأرض. ^{[ 8 ]}  

فوهات الري المحوري

رشاش دوار

رشاشات من نوع المدفع الطرفي

في الأصل، كانت معظم أنظمة الري المحورية تعمل بالطاقة المائية. وقد تم استبدالها بأنظمة هيدروليكية وأنظمة تعمل بمحركات كهربائية، وعادة ما يتم تشغيلها بواسطة محرك مثبت في كل برج.

تحدد مجموعة العجلات الخارجية سرعة الدوران. أما مجموعات العجلات الداخلية، فتُركّب على محاور بين جزأين، وتستخدم مستشعرات زاوية (مفاتيح دقيقة) للكشف عن تجاوز الانحناء عند المفصل حدًا معينًا. عندما تتجاوز الزاوية حدًا معينًا، تدور العجلات للحفاظ على محاذاة الجزأين. تتراوح المدة النموذجية لدورة كاملة بين ثلاثة أيام؛ ^{[ 8 ]} بينما تشير مصادر أخرى إلى أن الحافة الخارجية للهيكل تتحرك بسرعة تتراوح بين 2 و3 أمتار (6.6 إلى 9.8 قدم) في الدقيقة، وهو ما يعادل 14 إلى 21 ^ساعة لدورة كاملة لنظام نصف قطره 400 متر ( ربع ميل ) . ^[ 9 ^]   

لتحقيق توزيع متجانس، تتطلب أنظمة الري المحورية معدل تدفق متغير للمُرشِّحات عبر نصف قطر الجهاز. ولأن الأجزاء الخارجية (أو الأبراج) تقطع مسافة أطول في فترة زمنية محددة من الأجزاء الداخلية، فإن أحجام الفوهات تكون أصغر ما يمكن عند الأجزاء الداخلية وتزداد مع المسافة من نقطة الارتكاز. تُظهر الصور الجوية حقولًا دائرية ناتجة عن تتبع أنابيب الري الشعاعية التي يبلغ طولها ربع ميل أو نصف ميل (400 أو 800  متر)، والتي تستهلك ما يصل إلى عدة آلاف من الجالونات في الدقيقة. ^{[ 10 ]}

تعتمد معظم أنظمة الري المحوري الحديثة على أنابيب معلقة على شكل حرف U تُسمى " عنق الإوزة"، مثبتة في أعلاها برؤوس رش موضوعة على ارتفاع بضعة أقدام (كحد أقصى) فوق المحصول، مما يحد من فقدان الماء بالتبخر وانجرافه بفعل الرياح. تتوفر العديد من أنواع الفوهات، بما في ذلك الفوهات ذات الصفيحة الثابتة، والفوهات ذات الصفيحة المتحركة، والفوهات شبه الدائرية. ويتم عادةً تركيب منظمات ضغط قبل كل فوهة لضمان تشغيلها عند ضغط التصميم الصحيح.

يمكن استخدام نظام الري بالتنقيط مع خراطيم السحب أو الفقاعات التي تصب الماء مباشرة على الأرض بين المحاصيل. يُعرف هذا النوع من الأنظمة باسم "التطبيق الدقيق منخفض الطاقة" (LEPA)، ويرتبط غالبًا بإنشاء سدود صغيرة على طول الأخاديد (تُسمى سدود الأخاديد). يمكن زراعة المحاصيل إما في صفوف مستقيمة أو في دوائر لتتوافق مع مسار نظام الري.

يمكن أيضًا تهيئة معدات الري للتحرك في خط مستقيم، ويُطلق على ذلك نظام الري الجانبي أو الخطي أو ذو العجلات أو نظام الري باللف الجانبي . ^{[ 11 ] [ 12 ]} في هذه الأنظمة، يتم تزويد المياه عبر قناة ري تمتد على طول الحقل. توضع القناة إما على أحد الجانبين أو في خط يمر عبر المركز. يتم تركيب المحرك والمضخة على عربة بجوار قناة التزويد، وتتحرك العربة مع الآلة.

قد يختار المزارعون الريّ الجانبي للحفاظ على حقولهم المستطيلة الحالية، مما يُسهّل عليهم التحوّل من الريّ بالأخاديد. يُعدّ الريّ الجانبي أقل شيوعًا، ويعتمد على أنظمة توجيه أكثر تعقيدًا، ويتطلّب إدارة إضافية مقارنةً بالريّ المحوري. ينتشر الريّ الجانبي في أستراليا، حيث يتراوح طول أنظمته عادةً بين 500 و1000 متر.

يُعدّ الريّ المحوري أقل استهلاكًا للعمالة من العديد من طرق الريّ السطحي الأخرى ، مثل الريّ بالأخاديد . ^{[ 8 ]} كما أنه أقل تكلفةً من تقنيات الريّ الأرضي التي تتطلب حفر قنوات. بالإضافة إلى ذلك، يُقلّل الريّ المحوري من حرث التربة ، مما يُسهم في الحدّ من جريان المياه السطحية وتآكل التربة الذي قد يحدث مع الريّ الأرضي. ^{[ 8 ]} كما يُشجّع تقليل الحرث على تحلّل المزيد من المواد العضوية وبقايا المحاصيل في التربة، ويُقلّل أيضًا من انضغاطها. ^{[ 8 ]}

في الولايات المتحدة، عانى المستوطنون الأوائل في السهول العليا شبه القاحلة من فشل المحاصيل بسبب دورات الجفاف ، والتي بلغت ذروتها في كارثة " الغبار" في ثلاثينيات القرن العشرين. ولم تتحول مساحة نظام المياه الجوفية في السهول العليا إلى واحدة من أكثر المناطق إنتاجية زراعية في العالم إلا بعد الحرب العالمية الثانية، عندما أصبح الري المحوري متاحًا.

تنخفض مستويات المياه الجوفية عندما يتجاوز معدل استخراجها بالري معدل تغذيتها. وبحلول عام 2013، تبين أنه على عكس المتوقع، مع تحسن كفاءة استهلاك المياه في الري المحوري على مر السنين، قام المزارعون بزراعة أكثر كثافة، وري مساحات أكبر من الأراضي، وزراعة محاصيل أكثر استهلاكًا للمياه. ^{[ 10 ]} وهذا مثال على مفارقة جيفونز .

في بعض مناطق الولايات المتحدة، أدى ستون عامًا من الزراعة المكثفة المربحة باستخدام أنظمة الري المحورية الضخمة إلى استنزاف أجزاء من طبقة أوغالالا المائية (المعروفة أيضًا باسم طبقة السهول العليا المائية). ^{[ 10 ]} تُعد هذه الطبقة من أكبر طبقات المياه الجوفية في العالم ، إذ تغطي مساحة تقارب 450,000 كيلومتر ^مربع (170,000 ميل مربع ) في أجزاء من ثماني ولايات هي : داكوتا الجنوبية ، ونبراسكا ، ووايومنغ ، وكولورادو ، وكانساس ، وأوكلاهوما ، ونيو مكسيكو ، وتكساس ، الواقعة أسفل السهول الكبرى في الولايات المتحدة . ^{[ 13 ] [ 14 ]} ويُقدر إجمالي استخراج المياه من الري المحوري في المنطقة بنحو 5.42 مليون فدان قدم سنويًا (6.69 كيلومتر ^مكعب /سنة) . ^{[ 15 ]}     

في عام 1950، غطت الأراضي الزراعية المروية 100 ألف هكتار (250 ألف فدان) . وباستخدام الري المحوري، رُوي ما يقرب من 1.2 مليون هكتار (3 ملايين فدان) من الأراضي في ولاية كانساس وحدها. وفي بعض المناطق، خلال ذروة الاستخراج، انخفض منسوب المياه الجوفية بأكثر من 1.5 متر (5 أقدام) سنويًا. وفي الحالات القصوى، كان لا بد من تعميق الآبار بشكل كبير للوصول إلى منسوب المياه الجوفية المتناقص باستمرار. ^{[ 10 ]} وفي بعض المناطق في تكساس بانهاندل ، جُفِّف منسوب المياه الجوفية. "لم تعد مساحات شاسعة من الأراضي الزراعية في تكساس الواقعة فوق طبقة المياه الجوفية صالحة للري. وفي غرب وسط كانساس، جُفِّف ما يصل إلى خُمس الأراضي الزراعية المروية على امتداد 160 كيلومترًا (100 ميل) من طبقة المياه الجوفية." سيستغرق الأمر مئات إلى آلاف السنين من الأمطار لتعويض المياه الجوفية في طبقة المياه الجوفية الجافة. ^{[ 10 ]}     

في القرن الحادي والعشرين، أدى إدراك أهمية طبقة المياه الجوفية في السهول العليا إلى زيادة التغطية الإعلامية من قبل الصحفيين الإقليميين ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]} والدوليين. ^{[ 19 ]} وتستعرض مقالة نُشرت في صحيفة نيويورك تايمز في مايو 2013 بعنوان "جفاف الآبار، وتحول السهول الخصبة إلى غبار" ^{[ 10 ]} التدهور المستمر لأجزاء من نظام طبقة المياه الجوفية في السهول العليا.

وصفت الكاتبة إميلي وودسون ازدياد استخدام نظام الري المحوري بأنه جزء من تحول جذري في التوجه نحو الحداثة (الجرارات باهظة الثمن، والري المحوري، والمبيدات الحشرية الجديدة) والابتعاد عن الزراعة التقليدية، وهو التحول الذي شهده منتصف سبعينيات وثمانينيات القرن الماضي في الولايات المتحدة. واختار جيل جديد محاصيل عالية المخاطر وعالية العائد، مثل الذرة المروية والفول السوداني، والتي تتطلب كميات كبيرة من المياه الجوفية والأسمدة والمواد الكيميائية. وحوّلت شركات المزارع العائلية الجديدة العديد من المراعي إلى أراضٍ زراعية جديدة، وكان اهتمامها منصباً على ارتفاع أسعار الأراضي أكثر من اهتمامها بترشيد استهلاك المياه . ^{[ 20 ] [ 21 ]}

• إدارة الري
• الري في المملكة العربية السعودية
• إدارة المياه
• المياه الأحفورية
• الهيدروجيولوجيا

• سنايدر، سيندي (18 يناير 2011). "أنظمة الري المحورية مكلفة للغاية" . تايمز نيوز (توين فولز، أيداهو) . تم الاطلاع عليه في 6 يونيو 2012 .
• بيكر، هانك (2 أكتوبر 2000). "هل يمكن لدرجة حرارة المحاصيل أن توجه الري المحوري؟" . دائرة البحوث الزراعية بوزارة الزراعة الأمريكية . تم الاطلاع عليه في 6 يونيو 2012 .
• غارنر، فاي (فبراير 2008). "مزرعة توسكيجي للعشب تكافح الجفاف بري أكثر كفاءة" . خدمة الحفاظ على الموارد الطبيعية التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية . تم الاطلاع عليه في 6 يونيو 2012 .
• بويد، فيكي (16 فبراير 2012). "شركة فالي للري تكشف النقاب عن مستشعر إطارات لأنظمة الري المحوري" . مجلة ذا غروور. مؤرشف من الأصل في 8 مارس 2013. تم الاطلاع عليه في 6 يونيو 2012 .

• "خزان أوغالالا الجوفي" مانجولا ف. جورو، أخصائية السياسات الزراعية، وجيمس إي. هورن، الرئيس والمدير التنفيذي، مركز كير للزراعة المستدامة، بوتو، أوكلاهوما
• دراسة المياه الجوفية الإقليمية في السهول العليا الصادرة عن هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية
• معركة قانونية في تكساس بشأن طبقة المياه الجوفية أوغالالا
• معلومات هيئة المسح الجيولوجي في كانساس حول السهول العليا / طبقة المياه الجوفية أوغالالا
• تشير دراسة استطلاعية في أوكلاهوما إلى سرعة إعادة تغذية أجزاء من طبقة المياه الجوفية في السهول العليا