Sciencemag.cz
Doporučujeme
Spotřeba vody u plodin závisí na mnoha environmentálních, agronomických a genetických proměnných, ale celková sezonní potřeba je běžně asi 1 000krát větší než hmotnost sklizeného zrna.
Na vypěstování jedné tuny pšenice je potřeba až 1 500 tun vody a na každou tunu rýže je potřeba dodat minimálně 900 tun vody. Asi 600 tun vody postačí na tunu kukuřice, plodiny C4 s efektivnějším využitím vody a hlavní zrniny s nejvyšší účinností využití vody (Doorenbos et al., 1979; Bos, 2009). To znamená, že pro výnosy pšenice 1 až 2 t/ha byla celková potřeba srážkové vody za čtyři měsíce vegetačního období 15–30 cm.
Naproti tomu roční srážky v aridních a semiaridních oblastech Blízkého východu se pohybovaly od pouhého stopového množství po nanejvýš 25 cm. Pěstování plodin v takovýchto lokalitách tak vyžadovalo zavlažování, jakmile začala být pole zakládána mimo dosah sezonních záplav, jež zúrodňovaly údolní půdy a umožnily dozrání jediné sklizně, nebo jakmile rostoucí populace začala vyžadovat setí druhé plodiny při nízké vodě. Zavlažování se stalo nutností i jako protiváha sezonního nedostatku vody. Tato období jsou zvláště výrazná v nejsevernějších končinách monzunové Asie, v Paňdžábu a nížině. Pěstování rýže pak samozřejmě vyžadovalo vlastní opatření v Severočínské pro zaplavování a odvodňování polí.
Gravitační zavlažování – pomocí kanálů, rybníků, nádrží nebo přehrad má nejnižší energetické nároky. V říčních údolích s minimálními spády toků a na velkých obdělávaných pláních však bylo vždy nutné zvedat velké objemy povrchové nebo podzemní vody. Často šlo jen o to dostat vodu přes nízkou hráz, ale mnohdy bylo třeba překonávat strmé břehy toků nebo vodu tahat z hlubokých vrtů.
Nevyhnutelně nízká účinnost zhoršovaná ještě hrubou povrchovou úpravou pohyblivých částí a častou absencí maziv práci jen prodlužovaly. Zavlažování poháněné lidskými svaly představovalo velkou pracovní zátěž i ve společnostech, kde byla únavná práce normou. Hodně vynalézavosti bylo vynaloženo na navrhování mechanických zařízení využívajících zvířecí sílu nebo proudění vody, která by tuto práci usnadnila – a také umožnila vyšší zdvihy.
Byla vynalezena ohromující řada mechanických zařízení ke zvedání vody pro zavlažování (Ewbank, 1870; Molenaar, 1956; Oleson, 1984, 2008; Mays, 2010). Ta nejjednodušší – hustě tkané nebo vy stlané lopatovité naběračky, koše nebo kbelíky – se používala ke zvednutí vody do výšky menší než 1 m.
O něco účinnější byly lopatka nebo kbelík zavěšené na laně na trojnožce. Obě tato zařízení se používala ve východní Asii a na Středním východě, ale nejstarší hojně používanou metodou zvedání vody byl výtah s protizávažím, běžně známý pod arabským názvem šadúf. Poprvé se s ním setkáváme na babylonské válcové pečeti z roku 2000 př. n. l. a hojně byl používán ve starověkém Egyptě. Do Číny se dostal asi 500 let př. n. l. a nakonec se rozšířil po celém Starém světě. Šadúf, v podstatě dlouhé dřevěné rameno otočné jako páka na pevném podstavci, se dal snadno vyrobit i opravit (obr. 3.7).
Jeho korečková naběračka byla zavěšena na delším rameni a vyvažována velkým kamenem nebo koulí suchého bahna. Jeho efektivní zdvih byl obvykle 1–3 m, ale sériové nasazení tohoto zařízení ve dvou až čtyřech po sobě jdoucích úrovních bylo na Středním východě běžné. Jediný muž dokázal zvednout asi 3 m3/h do výšky 2–2,5 m. Tahání za lano mohlo být velmi únavné, ale zatočení Archimedovým šroubem (římská cochlea, arabsky tanbur) pro otáčení dřevěné šroubovice uvnitř válce bylo ještě náročnější a umožňovalo
pouze nízké zdvihy (25–50 cm). Lopatková kola se běžně používala v Asii. Čínské vodní žebříky (stroje s dračí páteří – long gu che) fungovaly jako dřevěná řetězová čerpadla se sérií malých prkýnek procházejících přes řetězová kola a tvořících nekonečný řetěz, který zvedá vodu dřevěným korytem (obr. 3.8). Hnací řetězové kolo bylo vloženo do vodorovné tyče, na niž šlapali dva nebo více mužů, kteří se opírali o břevno. Některé žebříky byly ovládány ručními klikami nebo zvířaty kráčejícími v kruhu.
Všechna následující zařízení byla vždy poháněna buď zvířaty, nebo tekoucí vodou. Lanový a korečkový výtah běžný v Indii (monte nebo charsa) byl poháněn jedním nebo dvěma páry volů, kteří sestupovali ze svahu a zvedali kožený měch připevněný na dlouhém laně. Nekonečný řetěz hliněných nádob na dvou smyčkách provazu nesených dnem vzhůru pod dřevěným bubnem s plněním na spodním konci a vypouštěním do žlabu nahoře používali již staří Řekové. Zařízení známé též jako perské kolo je nejznámější pod arabským názvem sakia a rozšířilo se po celém Středomoří. Při pohonu jediným zvířetem, které se zavázanýma očima kráčelo po kruhové dráze, zvedalo perské kolo vodu ze studní hlubokých obvykle maximálně 10 m rychlostí nepřesahující 8 m3/h. Vylepšená egyptská verze zawafa dodávala vodu vyšší rychlostí (až 12 m3/h z 6 m hlubokých studní).
Noria, další zařízení hojně využívané jak v muslimských zemích, tak v Číně (hung che), mělo hliněné lopatky, bambusové trubky nebo kovové kbelíky připevněné po obvodu jednoho každého kola. Kola mohla být poháněna pravoúhlými převody zvířaty kráčejícími v kruhu nebo – pokud byla osazena lopatkami – proudem vody.
Nutnost dostat lopatky o další poloměr kola nad úroveň přijímacího žlabu byla zdrojem značné neefektivity, kterou odstranila egyptská tablija. Toto vylepšené zařízení poháněné voly obsahovalo oboustranné celokovové kolo, které nabíralo vodu na vnějším okraji a vypouštělo ji uprostřed do bočního žlabu. Srovnání typických nároků na energii, zdvihů a hodinových výkonů tradičních zařízení na přečerpávání vody jasně ukazuje limity lidské výkonnosti (rámeček 3.7, obr. 3.9).
Energetické nároky na zavlažování poháněné lidskou silou byly mimořádně vysoké. Dělník mohl posekat hektar pšenice rámovou kosou za osm hodin, ale potřeboval by tři měsíce (8 h/den), aby nazvedal polovinu své spotřeby vody pouhý 1 m z přilehlého kanálu nebo potoka. Velké rozdíly v reakci plodin na zavlažování znemožňují jakékoli zobecnění týkající se energetické návratnosti tradičního zavlažování. Nejen, že existují značné rozdíly mezi plodinami, ale odezva v podobě výnosu závisí také na načasování dostupnosti vody (podzemnice je vůči přechodnému nedostatku vody poměrně odolná, zato kukuřice je na to citlivá). Realistický příklad ukazuje, že energetické výnosy by mohly být i 10násobné nebo vyšší (rámeček 3.8).
Naproti tomu u některých projektů starých Inků musel být čistý energetický výnos nízký. Gravitační zavlažování nevyžadovalo žádné zvedání vody, ale hloubení dlouhých a širokých kanálů (hlavní linie byly široké i 10–20 m) ve skalách pomocí jednoduchých nástrojů bylo pracné. Hlavní páteřní kanál mezi Parcoy a Picuy k zavlažování pastvin a polí byl dlouhý 700 km (Murra, 1980) a španělští conquistadoři byli ohromeni, když viděli pracně vybudované kanály přivádějící vodu k nevelkému uskupení kukuřičných polí. Všechny velké zavlažovací projekty vyžadovaly pečlivé plánování i provádění, aby se udržely vhodné sklony, a musel k tomu být mobilizován velký počet pracovníků. Odměna – produkce potravinové energie ze zavlažovaných plodin převyšující obrovskou investici práce – přicházela až za mnoho let nebo i po celých desetiletích.
Takové programy veřejné výstavby mohly provádět pouze pevně etablované centrální vlády schopné přesouvat zdroje mezi jednotlivými částmi své říše. Ve většině případů zahrnovalo hospodaření s vodou v zájmu vyšších výnosů plodin zavlažování polí, ale některé zemědělské kultury zvyšovaly výnosy i opačným procesem.
úryvek z knihy
Vaclav Smil: Energie a civilizace. Historie
Academia 2025
O knize na stránkách vydavatele
