中心支点灌溉(有时也叫中心支点灌溉),又称水轮和圆圈灌溉,是一种作物灌溉方法,设备围绕一个支点旋转,用洒水器浇灌作物。以轴为中心的圆形区域被灌溉,从上方观察时,通常会形成一个圆形的作物图案(有时也被称为麦田圈,不要与农田中作物的一部分被圆形压平所形成的圆圈相混淆)大多数中心枢轴起初是由水驱动的,但现在大多数是由电动机驱动的。中心支点灌溉系统是有益的,因为它能够有效地利用水和优化农场的产量。该系统在大面积土地上非常有效。下图是美国Kansas洲鸟瞰中心支轴喷灌机应用。
中心轴式灌溉是在1940年由居住在科罗拉多州斯特拉斯堡的农民Frank Zybach发明的它被认为是改善农田配水的有效方法
1952年,泽巴赫与内布拉斯加州哥伦布市的朋友a·e·特罗布里奇(a. E. Trowbridge)合伙做生意。特罗布里奇拿出了2.5万美元,获得了49%的专利权。兹巴赫从科罗拉多搬回哥伦布,开了一家商店,雇了几个人,把管道的高度提高到6英尺,然后开始做生意。在运营的头两年,他们只销售了19套系统。早期的设计过于繁琐,很少有农民了解这些系统。Zybach不断改进他的设计,专注于使他的机器更好,而不是试图销售有问题的系统Zybach通过改进设计取得了成功,提高了系统的运行效率。1954年,他将自己的专利授权给罗伯特·多尔蒂(Robert Daugherty)和他的公司Valley Manufacturing。多尔蒂的工程师们花了10年时间改进Zybach的创新,使其更坚固、更高、更可靠,并将其从液压动力系统转变为电力驱动。Daugherty的公司发展成为Valmont Industries,其子公司Valley Irrigation延续了他对美国灌溉的愿景,将其扩展到..。
中心支轴喷灌机是一种架空喷灌形式,由几段管道(通常是镀锌钢或铝)组成,沿管道长度安装洒水装置,并由桁架连接和支撑,安装在轮式塔架上机器按圆形模式移动,并从圆心的枢轴点给水对于中心支点的使用,地形需要合理平坦;但与使用重力流的替代系统相比,中心支点的一个主要优势是能够在起伏的..中发挥作用。这一优势导致了一些地区灌溉面积和用水量的增加。例如,该系统在美国、澳大利亚、新西兰和巴西的部分地区以及撒哈拉和中东等沙漠地区都在使用。
起初,大多数中心支轴喷灌机都是水力驱动的。取而代之的是液压系统和电动马达驱动系统。如今,大多数系统都是由安装在每个塔上的电机驱动的。外侧的一组轮子决定了旋转的速度。内套轮毂安装在两段轮毂之间,当关节处的弯曲超过一定阈值时,使用角度传感器检测。当角度太大时,轮子旋转以保持分段对齐。一个完整旋转的典型周期为3天,而其他源的结构外缘以每分钟2 - 3米的速度移动,相当于1/4英里(400米)半径系统旋转14-21小时
为了达到统一的应用,中心枢轴需要在机器的半径上有一个均匀的发射器流量。由于外面的跨度(或塔)在给定的时间内比里面的跨度移动得更远,喷嘴尺寸在里面的跨度是较小的,并随着距离枢轴点的距离增加。现在,大多数中心支点系统都有一个u型管,叫做鹅颈管(需要澄清),它连接在管的顶部,喷头位于作物上方几英尺(较多),从而限制蒸发损失和风漂。有许多不同的喷嘴配置,包括静态板,移动板和部分圆形。压力调节器通常安装在每个喷嘴的上游,以..每个喷嘴在正确的设计压力下运行。
好处:
中心支点灌溉比许多其他地表灌溉方法,如沟灌,使用更少的劳力与需要挖掘渠道的地面灌溉技术相比,它的劳动力成本更低。此外,中心支点灌溉可以减少土壤的耕作量。因此,它有助于减少地面灌溉可能产生的水径流和土壤侵蚀更少的耕作也会促使更多的有机物质和作物残渣分解回土壤中。它还能降低土壤的密实度。

在美国,半干旱的高原地区的早期定居者由于周期性的干旱而遭受农作物歉收的困扰,并在20世纪30年代灾难性的沙尘暴中达到顶峰。只有在第二次..大战之后,当中心支点灌溉成为可用时,大平原含水层系统的大面积土地才转变为..上农业产量较高的地区之一。
负面影响:
地下水是一种不可再生的资源。当灌溉的抽采速率超过补给速率时,地下水位下降。到2013年,随着中心支点灌溉用水效率的提高,农民种植更加密集,灌溉的土地更多,种植的作物更加干旱
在美国部分地区,60年来利用大型中心支点灌溉机的集约化农业有利可图,已经掏空了奥加拉拉蓄水层(也被称为高原蓄水层)的一部分它是..上较大的含水层之一,在美国大平原下的南达科他州、内布拉斯加州、怀俄明州、科罗拉多州、堪萨斯州、俄克拉何马州、新墨西哥州和德克萨斯州的部分地区覆盖面积约174,000平方英里(450,000平方公里)
1950年,灌溉农田占地25万英亩。使用中心支点灌溉,仅在堪萨斯州就灌溉了近300万英亩的土地。在一些地方,在较大开采期间,地下水位每年下降超过5英尺(1.5米)。在极端情况下,为了达到稳定下降的地下水位,井进一步加深在德州狭长地带的一些地方,地下水位已经被抽干了。德克萨斯州地下蓄水层上的大片农田已不再支持灌溉。在堪萨斯州中西部,沿100英里(160公里)含水层的五分之一的灌溉农田已经干涸。”干涸的地下蓄水层需要几百到几千年的降雨来补充地下水
在21世纪,对高原含水层重要性的认识导致了区域和..记者的报道关注《纽约时报》2013年5月的一篇文章“水井干涸,肥沃的平原变成了尘土。它讲述了高原含水层系统部分地区的无情衰落。
作家艾米丽·伍德森(Emily Woodson)将中心轴灌溉系统使用的增加描述为发生在20世纪70年代中期和80年代的美国对现代主义(昂贵的拖拉机、中心轴灌溉、危险的新型农药)和传统农业的深刻态度转变的一部分。新一代选择高风险、高回报的作物,如灌溉的玉米或花生,这些作物需要大量的地下水、化肥和化学品。新的家庭农场公司把许多牧场变成了新的农田,对土地价格上涨比对水资源保护更感兴趣。
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