पुणे कृषी महाविद्यालयाच्या प्रक्षेत्रावर पाहिलेल्या यांत्रिक सिंचन प्रणालीचे अभियांत्रिकी, तिचे फायदे, मर्यादा आणि भारतीय शेतीसाठी तिचा अर्थ
विजय गायकवाड | कृषी पर्व
पाण्याची टंचाई, विजेचा लहरी पुरवठा आणि मजुरांचा तुटवडा ही महाराष्ट्रातील शेतीची तीन जुनी दुखणी आहेत. या तिन्हींवर एकत्र उत्तर देणारे एक तंत्रज्ञान नुकतेच पुणे कृषी महाविद्यालयाच्या प्रक्षेत्रावर प्रत्यक्ष पाहण्याची संधी मिळाली. हे तंत्रज्ञान म्हणजे सेंटर पिव्हट सिंचन प्रणाली (Center Pivot Irrigation System). जगात अमेरिका, ब्राझील, सौदी अरेबिया आणि आफ्रिकेतील मोठ्या शेतांवर हिरवी वर्तुळे निर्माण करणारी ही प्रणाली आजही भारतात प्रामुख्याने आयात होते. ती भारतातच बनवण्याचा प्रयत्न मुंबईतील कृषी अभियंते मिलिंद कायंदे आणि त्यांची टीम करत आहे.
प्रवासातून उलगडलेले तंत्रज्ञान
यशदा (पुणे) येथे होणाऱ्या IRRICAD सॉफ्टवेअर वापरकर्त्यांच्या बैठकीसाठी मिलिंद कायंदे यांच्यासोबत पुण्याला जाण्याचे ठरले होते. तांत्रिक कारणांमुळे ही बैठक शनिवार, ३ ऑक्टोबरपर्यंत पुढे ढकलली गेली. त्याच दिवशी पुणे कृषी महाविद्यालयात माजी विद्यार्थी संघटनेची वार्षिक सर्वसाधारण सभा होती, म्हणून आम्ही एकत्र निघालो. सायन ते पुणे या तीन तासांच्या प्रवासात जागतिक सिंचन प्रकल्प, सिंचन आराखड्याचे शास्त्र, कार्बन क्षेत्र आणि महाराष्ट्रातील दुष्काळ यावर सलग चर्चा झाली. सभेपूर्वी महाविद्यालयाच्या प्रक्षेत्रावरील सेंटर पिव्हट प्रणाली त्यांनी भाग-भाग उलगडून दाखवली.
मिलिंद कायंदे हे B.Tech (कृषी अभियांत्रिकी) आणि M.Tech (काढणीपश्चात तंत्रज्ञान) असून ते ॲग्रीटेक सोल्युशन्स या संस्थेच्या माध्यमातून ॲग्री-टेक्नॉलॉजी सल्लागार म्हणून काम करतात. ते IRRICAD सिंचन आराखडा सॉफ्टवेअरचे परवानाधारक प्रशिक्षक आणि वितरक आहेत.
प्रणालीची रचना
शेताच्या मध्यभागी काँक्रीटच्या पायावर एक स्थिर मनोरा असतो. त्याला पिव्हट पॉइंट म्हणतात. विहीर, बोअरवेल किंवा शेततळ्यातून पंपाने आलेले दाबयुक्त पाणी इथे येते. वरच्या भागातील “कलेक्टर रिंग” मुळे पाइपलाइन सतत फिरत असतानाही वीज आणि पाणी अखंड मिळत राहते.
पिव्हटपासून गॅल्व्हनाईज्ड स्टीलचा लांब पाइप उंचावर पसरलेला असतो. तो ४० ते ६० मीटरच्या अनेक भागांमध्ये (स्पॅन) विभागलेला असतो आणि स्टीलच्या ताणरॉड्सनी कमानीसारखा धरलेला असतो. प्रत्येक स्पॅनच्या टोकाला चाकांवर चालणारा ३ ते ४ मीटर उंचीचा टॉवर असतो. त्यामुळे मका, ज्वारीसारखी उंच पिकेही खालून सहज जातात. प्रणालीची एकूण लांबी गरजेनुसार १०० मीटरपासून ८०० मीटरपर्यंत असू शकते.
टॉवर्स एका रेषेत कसे चालतात?
प्रत्येक टॉवरवर छोटी इलेक्ट्रिक गिअर मोटर असते. बाहेरच्या टॉवरला एका फेरीत जास्त अंतर कापावे लागते, म्हणून सगळे टॉवर एकाच वेगाने चालत नाहीत.
शेवटचा टॉवर वेग ठरवतो. तो किती वेळ चालेल हे पॅनेलवरील पर्सेंट टायमर निश्चित करतो. आतल्या प्रत्येक सांध्यावर अलाइनमेंट स्विच असतो. पुढचा स्पॅन थोडा पुढे गेला की मागचा टॉवर चालू होतो आणि रेषा सरळ झाली की थांबतो. एखादा टॉवर चिखलात अडकला तर सेफ्टी सर्किट संपूर्ण यंत्र थांबवते. परिणामी संपूर्ण पाइपलाइन घड्याळाच्या काट्यासारखी फिरते. साधारणपणे २४ तासांत एक फेरी पूर्ण होते.
समान पाणी: वर्तुळाचे गणित
वर्तुळाचे क्षेत्रफळ त्रिज्येच्या वर्गाप्रमाणे वाढते. पिव्हटपासून ४०० मीटरवरचा पट्टा ४० मीटरवरच्या पट्ट्यापेक्षा दहापट मोठे क्षेत्र व्यापतो. म्हणून केंद्राजवळ लहान आणि टोकाकडे मोठी नोझल्स बसवली जातात. शेवटच्या टोकावरील एंड गन बाहेरचा पट्टा भिजवते. प्रत्येक नोझलचा आकार, दाब आणि पाइपचा व्यास यांचे गणित IRRICAD सारख्या डिझाइन सॉफ्टवेअरमध्ये केले जाते.
उंचसखल जमिनीवर दाब बदलतो, म्हणून प्रत्येक नोझलपुढे प्रेशर रेग्युलेटर असतो. पाइपवरून खाली लटकणाऱ्या ड्रॉप नोझल्स मुळे पाणी पिकाजवळून सोडले जाते आणि बाष्पीभवन कमी होते. जमिनीलगत पाणी सोडणाऱ्या LEPA पद्धतीत कार्यक्षमता सर्वाधिक असते. पारंपरिक पाटपाण्याच्या तुलनेत या प्रणालीची जलकार्यक्षमता ९५ टक्क्यांपर्यंत जाऊ शकते.
वेग ठरवतो पाण्याचे प्रमाण
पंपाचा प्रवाह स्थिर असतो. त्यामुळे यंत्र जितके हळू फिरेल, तितके जास्त पाणी पडते.
उदाहरण म्हणून ४०० मीटर त्रिज्येचे वर्तुळ घेऊ. त्याचे क्षेत्र सुमारे ५० हेक्टर होते. पिकाला रोज ६ मिमी पाणी हवे असेल तर दररोज सुमारे ३,००० घनमीटर पाणी लागते. त्यासाठी साधारण १२५ घनमीटर प्रति तास क्षमतेचा पंप लागतो. यंत्राचा वेग निम्मा केला तर पाणी दुप्पट मिळते.
टोकाकडची नोझल्स कमी वेळात जास्त पाणी टाकतात. काळ्या भारी जमिनीत पाणी मुरण्याचा वेग कमी असल्याने ते वाहून जाण्याचा धोका असतो. म्हणून आराखडा करताना मातीची पाणी मुरवण्याची क्षमता तपासणे आवश्यक आहे.
खत, IoT आणि स्मार्ट सिंचन
- फर्टिगेशन: पिव्हटजवळ इंजेक्शन पंप बसवून विद्राव्य खते आणि पीक संरक्षण द्रव्ये पाण्यासोबत समान पसरवता येतात. रसायन विहिरीत परत जाऊ नये म्हणून चेक व्हॉल्व्ह अनिवार्य आहे.
- IoT नियंत्रण: मोबाईल ॲपवरून यंत्र चालू-बंद करता येते. त्याचा वेग आणि दिशा बदलता येते, आणि पिकानुसार ओलाव्याची पातळी ठरवता येते.
- VRI (व्हेरिएबल रेट इरिगेशन): GPS आणि झोन नकाशाच्या आधारे सखल भागात कमी पाणी, हलक्या जमिनीत जास्त पाणी आणि रस्ता किंवा तळ्यावर शून्य पाणी देता येते.
- सेन्सर्स: मातीतील ओलावा सेन्सर्स आणि हवामान केंद्रांच्या माहितीवरून पाणी देण्याचा निर्णय आपोआप घेता येतो.
शेतकऱ्यांसाठी फायदे
- पाण्याची बचत: गरजेइतकेच पाणी, समान वितरण आणि कमी बाष्पीभवन
- विजेची बचत: नियंत्रित वेळ आणि कमी दाबाचे नोझल्स
- मजुरीची बचत: पाटपाणी वळवणे, पाइप हलवणे आणि रात्री जागरण यांची गरज नाही
- उत्पादकता: पिकाला नियमित आणि एकसमान पाणी मिळाल्याने वाढ एकसारखी होते
भारतीय शेतीसमोरील आव्हाने
- लहान जमीनधारणा: राज्यात आणि देशात सरासरी जमीनधारणा एक हेक्टरच्या आसपास आहे. त्यामुळे ही प्रणाली शेतकरी उत्पादक कंपन्या, गटशेती आणि सलग क्षेत्रावर अधिक व्यवहार्य ठरते.
- कोपऱ्यांचे नुकसान: चौकोनी शेतात वर्तुळ बसवले तर सुमारे २१ टक्के क्षेत्र (कोपरे) भिजत नाही. कॉर्नर आर्म किंवा सरळ चालणारी लिनियर मूव्ह प्रणाली हे पर्याय आहेत, पण ते महाग आहेत.
- वीज: यंत्र सलग चालण्यासाठी स्थिर थ्री-फेज वीज लागते. सौर पंपाची जोड हा पर्याय ठरू शकतो.
- पीक निवड: गहू, हरभरा, सोयाबीन, भुईमूग, कांदा, चारा पिके आणि भाजीपाला यांसाठी ही प्रणाली योग्य आहे. उसासारख्या उंच आणि दाट पिकात ती चालवणे कठीण जाते.
- किंमत: आयातीमुळे सध्याची प्रणाली महाग पडते. हाच सर्वात मोठा अडथळा आहे.
स्वदेशी निर्मितीचा प्रयत्न
मिलिंद कायंदे आणि त्यांची कृषी अभियंत्यांची टीम भारतातच सेंटर पिव्हट विकसित करण्यावर काम करत आहे. येत्या काही महिन्यांत प्रात्यक्षिकासाठी ही प्रणाली शेतात उभी करण्याचा त्यांचा मानस आहे. स्टील रचना, गिअर मोटर्स आणि नियंत्रक देशात तयार झाले, तर किंमत कमी होईल आणि हे तंत्रज्ञान सामान्य शेतकऱ्याच्या आवाक्यात येईल.
मातीतून पाहिलेले विज्ञान
प्रक्षेत्रावर हे यंत्र हळूहळू फिरताना पाहत असताना नगर जिल्ह्यातील कोरडी शेते आठवली. रात्री-अपरात्री वीज येईल म्हणून जागणारे, पाटाचे पाणी वळवताना चिखलात उभे राहणारे शेतकरी डोळ्यांसमोर आले. आकाशातला पाऊस आपल्या हातात नसतो. पण तोच पाऊस मोजून, मापून आणि वेळेवर शेतात उतरवणारे यंत्र पाहताना, विज्ञान शेतकऱ्याच्या बाजूने उभे राहू शकते याची खात्री पटली. हे यंत्र भारतीय कारखान्यांत बनले आणि भारतीय शेतकऱ्याच्या खिशाला परवडले, तरच ती खरी हरितक्रांती ठरेल.
English Summary
A center pivot irrigation system seen at the College of Agriculture, Pune shows how mechanised, sprinkler-based irrigation can deliver measured, uniform “artificial rainfall.” The system works through a fixed central water point, motorised wheeled towers kept in line by alignment switches, graded nozzle sizing and speed-controlled application depth. It can reach up to 95% water efficiency and supports fertigation, IoT control and variable-rate irrigation. Small landholdings, corner losses, power supply and import costs remain challenges in India. Agri-engineer Milind Kayande and his team are working to build an indigenous center pivot system for field demonstration within months.