ระบบน้ำหยด เกษตรประหยัดน้ำ

ระบบน้ำหยด เป็นเทคโนโลยีการชลประทานวิธีหนึ่งในหลายวิธี เป็นการให้น้ำแก่พืช โดยการส่งน้ำผ่านระบบท่อและปล่อยน้ำออกทางหัวน้ำหยด ซึ่งติดตั้งไว้บริเวณโคนต้นพืช น้ำจะหยดซึมลงมาบริเวณรากช้า ๆ สม่ำเสมอในอัตรา 4-20 ลิตร ต่อชั่วโมง ที่แรงดัน 5-25 PSI ขึ้นอยู่กับระบบ ชนิดพืช ขนาดพื้นที่ และชนิดของดิน ทำให้ดินมีความชื้นคงที่ในระดับที่พืชต้องการและเหมาะสมตลอดเวลา ส่งผลให้พืชเจริญเติบโตอย่างมีประสิทธิภาพ

ระบบน้ำหยด เป็นการให้นํ้าแก่พืชเฉพาะในเขตรายพืช โดยมีการควบคุมปริมาณนํ้าให้แก่พืชครั้งละน้อย ๆ แต่บ่อยครั้งอย่างสมํ่าเสมอด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่า หัวจ่ายนํ้า (Emitter) จุดมุ่งหมายสำคัญของการให้นํ้าแบบนี้ก็เพื่อที่จะรักษาระดับความชื้นของดิน บริเวณรากพืชให้อยู่ในระดับที่รากพืชดูดไปใช้ได้อย่างง่าย สร้างความเจริญเติบโตได้อย่างสมบูรณ์ พอเหมาะ และเป็นไปตามความต้องการของพืช โดยมีคุณลักษณะที่สำคัญดังต่อไปนี้

1. เป็นวิธีการให้นํ้าด้วยอัตราทีละน้อย ๆ (น้อยกว่า 250 ลิตร/ชม.)
2. เป็นวิธีการให้นํ้าที่ใช้เวลานาน (นานมากกว่า 30 นาที)
3. เป็นวิธีการให้นํ้าช่วงบ่อยครั้ง (ไม่เกิน 3 วันครั้ง)
4. เป็นวิธีการให้นํ้าโดยตรงในบริเวณเขตรากพืชหรือเขตพุ่มใบ (เปียกอย่างน้อย 60%)
5. เป็นวิธีการให้นํ้าด้วยระบบท่อที่ใช้แรงดันตํ่า (แรงดันที่หัวจ่ายนํ้าไม่เกิน 20 เมตร)

ข้อดีของน้ำหยดมีหลายประการ

1. ประหยัดน้ำมากกว่าทุก ๆ วิธี ไม่ว่ารดด้วยมือหรือใช้สปริงเกลอร์ หรือวิธีอื่นใดก็ตามและแก้ปัญหาภาวะวิกฤตการขาดแคลนน้ำในบางฤดูซึ่งเริ่มเกิดขึ้นในปัจจุบัน
2. ประหยัดต้นทุนในการบริหารจัดการ กล่าวคือ ลงทุนครั้งเดียวแต่ให้ผลคุ้มค่าในระยะยาว การติดตั้งอุปกรณ์ไม่ยุ่งยาก ติดตั้งครั้งเดียวและใช้งานได้ตลอดอายุ สามารถควบคุมการ เปิด-ปิดน้ำ โดยใช้ระบบ manual และ automatic หรือ micro controler โดยเฉพาะระบบตั้งเวลาและตรวจจับความชื้นทำให้ประหยัดค่าแรง มีรายงานการใช้แรงงานดูแลและบำรุงรักษาระบบในแปลงองุ่นที่รัฐแคลิฟอร์เนีย สหรัฐ พบว่า ใช้แรงงาน 1 แรง ต่อพื้นที่ 50 เอเคอร์ (100 ไร่) ต่อวัน
3. ใช้ได้กับพื้นที่ทุกประเภทไม่ว่าดินร่วน ดินทราย หรือดินเหนียว รวมทั้งดินเค็มและดินด่าง น้ำหยดและไม่ละลายเกลือมาตกค้างอยู่ที่ผิวดินบน
4. สามารถใช้กับพืชประเภทต่าง ๆ ได้เกือบทุกชนิด ยกเว้นพืชที่ต้องการน้ำขัง
5. เหมาะสำหรับพื้นที่ขาดแคลนน้ำ ต้องการใช้น้ำอย่างประหยัด
6. ให้ประสิทธิภาพในการใช้น้ำสูงที่สุด 75-95 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งทำให้มีการสูญเสียน้ำน้อยที่สุด และเมื่อเทียบกับการปล่อยน้ำท่วมขัง มีประสิทธิภาพเพียง 25-50 เปอร์เซ็นต์ ในระบบสปริงเกลอร์ แบบติดตายตัวมีประสิทธิภาพ 70-80 เปอร์เซ็นต์ และในระบบสปริงเกลอร์แบบเคลื่อนย้ายมีประสิทธิภาพ 65-75 เปอร์เซ็นต์ ประหยัดเวลาทำงาน ไม่ต้องคอยเฝ้า ใช้เวลาไปทำอย่างอื่นได้เต็มที่ ไปพร้อม ๆ กับการใช้น้ำ
7. ประหยัดเวลาทำงาน ไม่ต้องคอยเฝ้า ใช้เวลาไปทำงานอย่างอื่นได้เต็มที่ไปพร้อม ๆ กับการให้น้ำ
8. ลดการระบาดของศัตรูพืชบางชนิดได้ดี เช่น โรคพืช และวัชพืช
9. ได้ผลผลิตสูงกว่าการใช้ระบบชลประทานแบบอื่น ทั้งด้านปริมาณและคุณภาพ ในขณะเดียวกันก็ประหยัดต้นทุนน้ำ ทำให้มีกำไรสูงกว่า
10. ระบบน้ำหยด สามารถให้ปุ๋ยและสารเคมีอื่นละลายไปกับน้ำพร้อม ๆ กันทำให้ไม่ต้องเสียเวลาใส่ปุ๋ย พ่นยาอีก ทั้งนี้ต้องติดตั้งอุปกรณ์จ่ายปุ๋ย (injector) เข้ากับระบบ

ระบบน้ำหยดเป็นเทคโนโลยีใหม่สำหรับเกษตรไทยจึงมีข้อจำกัดอยู่
ต้องใช้ต้นทุนสูงในระยะแรก การติดตั้งต้องอาศัยผู้เชี่ยวชาญมาให้คำแนะนำ และเกษตรกรจะต้องมีความรู้ปริมาณการใช้น้ำของพืชแต่ละชนิดที่ปลูก เช่น มะเขือเทศ ต้องการปริมาณน้ำประมาณ 40 มิลลิเมตร/ไร่/วัน หรือประมาณ 1.5 ลิตร/ต้น/วัน เป็นต้น นอกจากนี้ เกษตรกรต้องมีการค้นคว้าหาแหล่งข้อมูลอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องเพื่อนำมาประยุกต์ใช้ในการออกแบบติดตั้ง และบริหารระบบ จะต้องคำนึงถึงการจัดการระบบ เช่น ระยะเวลาให้น้ำ การใช้ปุ๋ย ชนิดปุ๋ย ตลอดจนต้องคำนึงถึงปัจจัยแวดล้อมอื่น ๆ พืชจึงจะได้ปุ๋ย หรือสารเคมี ใช้อย่างพอทุกช่วงการเจริญเติบโต

การบริหารระบบน้ำหยดให้ได้ผลสูงสุด มี 3 ประการ

1. การให้น้ำปริมาณที่เหมาะสม กับความต้องการของพืชแต่ละชนิด
2. การให้ปุ๋ยปริมาณที่เหมาะสม ซึ่งจะละลายผ่านเข้าสู่ระบบ
3. การวางแผนการบำรุงรักษาระบบ

อุปกรณ์จ่ายปุ๋ยในระบบน้ำหยด คืออะไร
อุปกรณ์จ่ายปุ๋ยในระบบน้ำหยด ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ติดตั้งเพิ่มเติม จุดหนึ่งของระบบน้ำหยด ทำหน้าที่ช่วยดูดสารละลายปุ๋ยเข้าสู่ระบบ น้ำกับปุ๋ยจะละลายปนกันไปจ่ายออกทางหัวน้ำหยด ปัจจุบันอุปกรณ์จ่ายปุ๋ยที่มีจำหน่ายเป็นของต่างประเทศ นำเข้ามาใช้กันอยู่บ้างแต่ยังไม่แพร่หลายมากนัก เนื่องจากมีราคาแพงมาก ซึ่งถ้าเป็นเกษตรกรรายย่อยทั่วไป ไม่สามารถหาซื้อมาใช้ในการเพาะปลูกเพราะไม่เหมาะกับการลงทุนและมีข้อจำกัดบางประการ โดยเฉพาะถ้ามีการอุดตันในช่องดูดปุ๋ยจะทำความสะอาดได้ยาก เนื่องจากช่องดูดปุ๋ยมีลักษณะเป็นช่องแบนรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าแคบ ๆ นอกจากนี้การผลิต ต้องใช้ระบบการหลอมและขึ้นรูปพลาสติกในระบบโรงงานเพียงอย่างเดียว ไม่สามารถใช้วัสดุและภูมิปัญญาในท้องถิ่นทำได้ หรือถ้าทำได้ก็ต้องออกแบบใหม่หรือทำเลียนแบบ ซึ่งอาจมีความผิด ฐานละเมิดสิทธิบัตร

อุปกรณ์ที่สำคัญจะต้องมีในระบบ ได้แก่ หัวจ่ายนํ้า ท่อแขนง ท่อประธานย่อย ท่อประธาน ประตูนํ้า เครื่องกรองนํ้า และเครื่องสูบนํ้า เป็นต้น นอกจากนี้ บางครั้งก็อาจจำเป็นต้องมีอุปกรณ์พิเศษเพิ่มขึ้นอีกตามความเหมาะสม โดยเฉพาะอุปกรณ์ที่ถือว่าเป็นเครื่องควบคุมการจ่ายนํ้าต้นทาง อันได้แก่ เครื่องวัดปริมาณการไหลของนํ้า เครื่องฉีดผสมปุ๋ยหรือสารเคมี เครื่องควบคุมความดัน วาล์วป้องกันนํ้าไหลกลับ วาล์วระบายอากาศ เป็นต้น

วัตถุประสงค์หลักในการประดิษฐ์อุปกรณ์จ่ายปุ๋ย ในระบบน้ำหยดในครั้งนี้ นอกจากเพื่อให้เกษตรกรมีโอกาสได้ใช้ของมีราคาถูก โดยได้ออกแบบและประดิษฐ์ไม่ซ้ำแบบของต่างประเทศในขนาดเดียวกัน พบว่ามีราคาถูกกว่าของต่างประเทศกว่า 10 เท่าตัว มีประสิทธิภาพการใช้งานดีกว่าคือ อุดตันได้ยากกว่า แต่ใช้หลักการทำงานแบบเดียวกัน กล่าวคือ เป็นระบบ venturi tube ซึ่งง่ายต่อการติดตั้งและใช้งานโดยเฉพาะอุปกรณ์นี้ สามารถผลิตได้โดยใช้วัสดุและเครื่องมืออุตสาหกรรมขนาดเล็กที่มีอยู่ในท้องถิ่น หรือสามารถหลอมขึ้นรูปพลาสติกให้เป็นชิ้นเดียวกันในโรงงานอุตสาหกรรมขนาดกลางก็ได้ ซึ่งราคาไม่รวมเครื่องปั๊มน้ำ ประมาณไม่เกิน 100 บาท หรือแพงกว่านี้ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้

อุปกรณ์ที่สำคัญจะต้องมีในระบบ ได้แก่ หัวจ่ายนํ้า ท่อแขนง ท่อประธานย่อย ท่อประธาน ประตูนํ้า เครื่องกรองนํ้า และเครื่องสูบนํ้า เป็นต้น นอกจากนี้ บางครั้งก็อาจจำเป็นต้องมีอุปกรณ์พิเศษเพิ่มขึ้นอีกตามความเหมาะสม โดยเฉพาะอุปกรณ์ที่ถือว่าเป็นเครื่องควบคุมการจ่ายนํ้าต้นทาง อันได้แก่ เครื่องวัดปริมาณการไหลของนํ้า เครื่องฉีดผสมปุ๋ยหรือสารเคมี เครื่องควบคุมความดัน วาล์วป้องกันนํ้าไหลกลับ วาล์วระบายอากาศ เป็นต้น

ลักษณะทั่วไปของอุปกรณ์จ่ายปุ๋ยในระบบน้ำหยดที่ประดิษฐ์ มีลักษณะที่เป็นท่อ 2 ส่วน คือท่อหลักกับท่อแยก ซึ่งทั้ง 2 ส่วนนี้เชื่อมต่อกันตรงกลางคล้ายท่อสามทาง
ท่อหลัก มีลักษณะเป็นรูปทรงกระบอกกลวงใน บริเวณตอนกลางท่อภายในจะมีผนังหนาและมีรูคอคอดขนาดเล็กทะลุถึงกัน ผนังคอคอดด้านเข้า มีลักษณะเป็นกรวยสอบเข้าหารู ส่วนทางด้านน้ำออกผนังภายในตัดตรงตั้งฉากกับผิวเท่ารูคอคอด มีลักษณะเป็นรูกลม ขนาดเท่ากันตลอด
ส่วนที่ 2 คือ ท่อแยก เป็นท่อสั้นและมีขนาดเล็กกว่าท่อหลัก วางตั้งฉากติดกับท่อหลัก ภายในมีรูคอคอดเช่นกัน จุดเชื่อมของรูคอคอดภายในระหว่าง 2 ท่อนี้ ทำมุม a ที่ปลายอีกด้านหนึ่งของท่อแยกนี้ใช้ต่อกับท่อพลาสติก ทำหน้าที่ดูดสารละลายปุ๋ยเข้าไป ในรูคอคอดของท่อหลักผสมกับน้ำส่งออกไปยังหัวน้ำหยดต่อไป

หลักการทำงานของอุปกรณ์จ่ายปุ๋ย
การให้ปุ๋ยผ่านระบบน้ำหยด โดยใช้อุปกรณ์จ่ายปุ๋ย มีหน้าที่ดูดปุ๋ยที่เป็นสารละลายเข้าไปในระบบท่อโดยไม่ต้องใช้ปั๊มเครื่องยนต์กลไกที่เคลื่อนไหวจากไฟฟ้าหรือน้ำมันให้สิ้นเปลือง แต่เป็นการใช้พลังงานจากมวลและความเร็วของน้ำที่อยู่ในท่อนั่นเอง ไม่ต้องเสียค่าใช้จ่าย ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ความสัมพันธ์ของธรรมชาติที่มีทั้งพลังงานศักย์ พลังงานจลน์ และแรงดันของน้ำภายในท่ออุปกรณ์จ่ายปุ๋ยระบบน้ำหยด ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันมี 2 ประเภท คือ ประเภทท่อที่มีช่องคอคอด ซึ่งไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว และประเภทที่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวคือ มีลูกสูบเคลื่อนที่ด้วยพลังน้ำ หรือเป็นชนิดใช้ไฟฟ้า สำหรับประเภท venturi tube ทำงานโดยอาศัยหลักการของ Daniel Bernoulli ซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์ชาวสวิตเซอร์แลนด์ เป็นผู้ตั้ง โดยให้นิยามว่า เมื่อของเหลวหรือก๊าซ เคลื่อนที่เร็วขึ้นความดันจะลดลง หรือเมื่อความเร็วลดลงความดันของมันจะเพิ่มขึ้น ผลงานของ Bernoulli ที่นำมาประยุกต์ใช้ในปัจจุบัน ตัวอย่างเช่น ระบบคาร์บูเรเตอร์ในรถยนต์ ระบบปั๊มสุญญากาศ ระบบลูกยางสเปรย์น้ำหอม และระบบท่อ venturi ของเครื่องจ่ายปุ๋ยในระบบน้ำหยด เป็นต้น