センターピボット灌漑
カンザス州のセンターピボット灌漑の特徴である円形の畑の衛星画像
円形ピボット灌漑を備えた農地

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（作物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サークル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システムは水力で駆動されていましたが、今日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、水を効率的に利用し、農場の収穫量を最適化するという利点があります。このシステムは、広大な圃場で非常に効果的です。

歴史

1914年3月23日、アイオワ州オーデボルトのジェームズ・A・ノートンは、センターピボット灌漑システムの特許を出願しました。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、複数対の車輪がパイプを支え、パイプが中央のピボット点を中心に円運動する様子が示されています。説明には、「ピボット点を中心に移動可能な車輪などの可動装置を用いた散水装置」と記載されています。

センターピボット灌漑は1940年[ 4 ]にコロラド州ストラスバーグの農民フランク・ザイバッハ[ 5 ]によって発明されました。[ 4 ]これは畑への水配分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（A.E.トロウブリッジ）と事業を始めた。トロウブリッジは2万5000ドル（2024年時点で29万6000ドル相当）を出資し、特許権の49%を取得した。ザイバッハはコロラドからコロンバスに戻り、店を開いて数人の従業員を雇い、パイプの高さを1.8メートル（6フィート）まで上げて事業を開始した。事業開始から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、システムを理解した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売るのではなく、機械をより良くすることに注力した。[ 6 ]

ザイバッハは設計の改良によりシステムの運用効率を向上させ、成功を収めました。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供与しました。ドーハティのエンジニアたちはその後10年間、ザイバッハの革新的なシステムを改良し、より頑丈で、より高く、より信頼性の高いものにし、油圧駆動システムから電動駆動システムへと転換しました。ドーハティの会社はその後、ヴァルモント・インダストリーズへと成長し、バレー・イリゲーションはその子会社となりました。[ 7 ]

概要

ウィスコンシン州のトウモロコシ畑のセンターピボット灌漑システム

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）の長さに沿ってスプリンクラーが配置され、連結されてトラスで支えられ、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、地形がある程度平坦である必要があります。しかし、重力流を利用する他のシステムと比較したセンターピボットの大きな利点の一つは、起伏のある地域でも機能することです。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、アメリカ合衆国、オーストラリア、ニュージーランド、ブラジルの一部[ 8 ]、そしてサハラ砂漠や中東 などの砂漠地帯で使用されています。

センターピボットは通常、長さ（円の半径）が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の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
ローテーター式スプリンクラー
エンドガン型スプリンクラー

当初、センターピボットのほとんどは水力で駆動されていました。これらは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、通常は各タワーに設置されたモーターによって駆動されます。

外側の車輪が回転のペースを決定します。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、ジョイント部分の曲がりが一定の閾値を超えたことを検出します。角度が大きすぎる場合、車輪が回転してセグメントの位置を合わせます。1回転にかかる典型的な期間は3日間です。[ 8 ]一方、他の資料では、構造物の外縁が毎分2～3メートル（6.6～9.8フィート）の速度で移動しており、これは半径400メートル（1 ⁄ 4 マイル）のシステムの1回転に14～21時間かかるとされています。[ 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、ノズルサイズは内側のスパンで最も小さく、ピボットポイントからの距離が離れ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メートルまたは800メートル）の放射状灌漑パイプの軌跡によって形成される円のフィールドが示されています。これらのパイプは、毎分数千ガロンもの水を消費します。[ 10 ]

カタール、アル・ライヤーンのイルカヤ農場におけるセンターピボット灌漑

現在、ほとんどのセンターピボットシステムは、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散水ノズルを備えており、パイプの先端にはスプリンクラーヘッドが取り付けられています。スプリンクラーヘッドは作物から最大数フィート上方に設置されているため、蒸発による損失と風による偏流を抑制できます。ノズルの形状は、スタティックプレート式、ムービングプレート式、パートサークル式など、多種多様です。各ノズルが適切な設計圧力で作動するように、通常、各ノズルの上流に圧力調整器が設置されます。

ドロップ式灌水システムは、ドラッグホースやバブラーと組み合わせて使用​​することもできます。これらのバブラーは、作物間の地面に直接水を散布します。このタイプのシステムはLEPA（低エネルギー精密散水）と呼ばれ、畝間に沿って小さなダム（畝間堤防/堤防と呼ばれる）を建設する際によく使用されます。作物は、灌水システムの移動に合わせて、直線状に植えることも、円形に植えることもできます。

直線または横移動式灌漑機械

最初から最後まで小型のセンターピボットシステム

灌漑設備は直線的に移動するように構成することもでき、これは横移動式、直線移動式、ホイール移動式、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、圃場の全長にわたって延びる灌漑用水路から水が供給されます。水路は片側または中央を通る直線状に配置されます。モーターとポンプは、供給水路沿いのカートに搭載されています。カートは灌漑機械と共に移動します。

農家は、既存の長方形の圃場を維持するために、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メートルから1,000メートルです。

利点

センターピボット灌漑は、畝間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。さらに、センターピボット灌漑は土壌耕起の量を減らすことができます。そのため、地上灌漑で起こりうる水の流出や土壌浸食を軽減するのに役立ちます。[ 8 ]耕起量が減ることで、より多くの有機物や作物残渣が土壌に分解され、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、周期的な干ばつによる農作物の不作に悩まされ、1930年代には壊滅的なダストボウルにまで至りました。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は世界で最も農業生産性の高い地域の一つへと変貌を遂げました。

効率的な灌漑のために、作物は円形に植えられています。
効率的な灌漑のために、作物は円形に植えられます。

悪影響

灌漑による取水量が涵養量を上回ると、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、農家はより集約的に植え付けを行い、より多くの土地に灌漑を行い、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・パラドックスの一例です。

アメリカ合衆国の一部では、60年にわたり巨大なセンターピボット灌漑システムを使った集約農業という収益性の高い事業が続けられてきた結果、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あるこの帯水層は、アメリカ合衆国グレートプレーンズの地下、サウスダコタ州、ネブラスカ州、ワイオミング州、コロラド州、カンザス州、オクラホマ州、ニューメキシコ州、テキサス州の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（6.69km3/a）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）を覆っていました。センターピボット灌漑の導入により、カンザス州だけで約120万ヘクタール（300万エーカー）の土地が灌漑されました。最大揚水量時には、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）以上低下しました。極端なケースでは、着実に低下する地下水位に到達するために、井戸を大幅に深く掘らなければなりませんでした。 [ 10 ]テキサス州パンハンドルの一部の地域では、地下水位が干上がっています。「帯水層上にあるテキサス州の広大な農地は、もはや灌漑に耐えられません。カンザス州中西部では、帯水層100マイル（160キロメートル）にわたる灌漑農地の最大5分の1がすでに干上がっています。」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世紀に入り、ハイプレーンズ帯水層の重要性が認識され、地域[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]および国際的な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「井戸が干上がり、肥沃な平原が塵と化す」[ 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年代にかけてアメリカで起こった、伝統的な農業から近代化（高価なトラクター、センターピボット灌漑、危険な新農薬）への根本的な意識転換の一環であると述べている。新しい世代は、灌漑トウモロコシや落花生といった、大量の地下水、肥料、化学薬品を必要とするハイリスク・ハイリターンの作物を選択した。新しい家族経営の農業法人は、多くの牧草地を新たな農地に変え、水資源の保全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

  1. ^ a b 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。
  2. ^ ddr.nal.usda.gov 可変の散水深を提供するセンターピボット灌漑システムの改造。
  3. ^ a bエレン・グレイ（2012年5月3日）「宇宙から見たテキサスのクロップサークル」 NASA 。 2012年6月6日閲覧。
  4. ^ a bモーガン、ロバート（1993年）『水と土地』カテドラルシティ、カリフォルニア州：アダムズ出版、pp.  35– 36、ISBN 0935030026。
  5. ^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。
  6. ^ 「1950年代にセンターピボット灌漑システムが普及」。2022年1月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年12月12日閲覧。
  7. ^ 「バレー灌漑の歴史」。
  8. ^ a b c d e f g「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貢献する可能性がある」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。
  9. ^ 「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。
  10. ^ a b c d e fワインズ、マイケル（2013年5月19日）「ウェルズが干上がり、肥沃な平原が砂漠化」ニューヨーク・タイムズ。
  11. ^ Evans, RO; et al. (1997年3月). 「センターピボットと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普及サービス.オリジナル(PDF)から2012年10月21日時点のアーカイブ。 2012年6月6日閲覧。
  12. ^ 「Wheelmove Sprinkler Irrigation の運用と管理」（PDF）。
  13. ^ダートン、ニューハンプシャー州 1898年。「ネブラスカ州西方103子午線以西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4部、719-785頁。
  14. ^ 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。
  15. ^ Cooley, DJ, Maxwell, RM, Smith, SM (2021). 「センターピボット灌漑システムとその設置場所：水文学的・経済的なモデルに入力情報を提供するディープラーニングアプローチ」 . Frontiers in Water . 3. Bibcode : 2021FrWat...3.6016C . doi : 10.3389/frwa.2021.786016 .{{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
  16. ^「帯水層の縮小は農場にとって大きな問題となる」Wayback Machineに2009年2月4日アーカイブ。ナンシー・コール、アーカンソー・デモクラット・ガゼット。2006年9月24日。最終アクセス日：2006年10月24日。
  17. ^コラム – マンセル・フィリップス：「水資源を必要とする産業が多すぎる、水は十分ではない」 2013年6月15日アーカイブ、Wayback Machine。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。
  18. ^「長期的な水問題への懸念の新たな兆候」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2012年11月20日
  19. ^デイリー・テレグラフ（英国）サタデー・マガジン第48,446号（2011年3月5日）pp 26-32「ハイ・アンド・ドライ」チャールズ・ローレンスによるレポート
  20. ^モリス、ジョン・ミラー (2003). 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。
  21. ^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誌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誌グレートプレーンズ研究センター。

追加情報源

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