CSUの調査でコストが証明される

May 28, 2023

ジェイミー・デロス著

灌漑は世界に食料を供給するために非常に重要ですが、あまり効率的ではありません。 世界の淡水使用量の約 70% が灌漑に使われています。 米国西部ではその割合がさらに高くなっています

灌漑用水は主に土水路によって田畑に運ばれますが、土水路には本質的に漏れが生じます。 灌漑用水がどれだけ地中に浸透するかを測定することは困難ですが、世界中の推定値は 15 ～ 70% です。

最近の研究で、コロラド州立大学の研究者らは、LAPAMとして知られるポリマーが、灌漑用水の損失を減らすための一時的で経済的なシーラントとして効果的であることを証明しました。 この研究により、水の損失を減らすだけでなく、水と土壌の劣化を防ぐことができます。

土木・環境工学教授のティム・ゲイツは、25 年以上にわたり、土水路からの浸透損失と、行き場を失った水に何が起こるかを研究してきました。 彼の最近の共同研究は、直鎖アニオン性ポリアクリルアミド、略して LAPAM を土水路のシーラントとして適用すると、浸透が大幅に減少するという、これまでで最も強力かつ広範な証拠を示しています。

「灌漑農業用の配水システムの大部分は、おそらく95％が土製の開水路を通じて実現されており、これは地球規模の問題だ」とゲイツ氏は語った。

ゲイツ氏と CSU およびパキスタンの同僚は、コロラド州の 2 つの運河とパキスタンの 1 つの運河、つまり条件と課題が異なる場所でテストを行いました。 運河が LAPAM で封鎖されると、浸透率は 69 ～ 100% 減少しました。

コンクリートなど、高価で永続的な他のタイプのライナーとは異なり、LAPAM は経済的で、適用される水の季節のみ持続します。 これは、雨の多い年に自然の地下貯水池に水を補充して水を貯蔵したいと考えている水管理者にとって、戦略的に価値がある可能性があります。 ほとんどの生産者はより高価なライナーを購入するリソースを持っていないため、LAPAM が実行可能な選択肢となっています。

LAPAM は、水中の粘土粒子を沈降させ、薄いが効果的なポリマー粘土のバリアを作成することで、土水路の漏れを塞ぎます。

LAPAM は世界中のさまざまな用途に使用されています。 プラスチックやコンクリートライナーよりも環境への影響は少ないですが、合成であるため、過剰に使用すると環境に悪影響を与える可能性があります。

研究者らはLAPAMの効果を証明したので、石油由来ではないバイオポリマーの代替品を見つけることに注目している。 ジョー・スカリア助教授の研究室で試験が進行中であり、初期の結果は有望である。

「水が非常に重要であることは明らかですが、私たちは可能な限り、1つの問題を解決するためだけに他の合成化学物質を環境に加えたくありません」とスカリア氏は述べた。

ゲイツ氏、スカリア氏、および彼らのチームは、効果的な生体高分子または生体高分子と LAPAM のブレンドを特定したら、その使用方法に関する水管理者向けのガイダンスを作成する予定です。

チームには CSU の大学院生と学部生が数名含まれています。 その中には、Ph.D. レーマン・ルンド候補者は、ムニール・ババール教授の指導の下、メヘラン工科大学の修士課程研究のためにパキスタンでLAPAMフィールド調査を実施した。

スカリアが率いるチームは、ラリマー・アンド・ウェルド灌漑会社と協力して、浸透によって地元の水がどれだけ失われるかを定量化している。 今年の夏後半から来年の夏にかけて、現場試験のために自社の運河に自社の最有力バイオポリマーまたはバイオポリマーブレンドを適用する予定だ。

ゲイツ氏は、浸透削減方法を研究する上で灌漑会社とのパートナーシップの重要性を強調した。 臨床検査は役に立ちますが、解決策が実行可能であることを証明するには十分ではありません。

「物事が著しく複雑で、課題がより大きい分野でそれが機能することを示さなければなりません」とゲイツ氏は語った。 「この方法論の有効性を実証するために協力してくれる灌漑会社や部門がいるという事実は、この研究にとって非常に重要な要素です。」

水の無駄と農作物収量の低下だけが浸透を防ぐ理由ではありません。 時間の経過とともに、灌漑用水の損失により、水と土壌の品質が劣化します。

灌漑用水が地面に浸透すると、天然に存在する塩分や潜在的に有毒な微量元素が動員され、それらは灌漑用水が吸収した可能性のある農薬や肥料とともに川や小川に運ばれます。 この化学的に変化した水は、下流の水質を低下させます。

地下水への浸透も地下水面を上昇させ、植物による蒸発や蒸散のために地下水がアクセスしやすくなります。 この水がシステムから失われると、それに含まれる塩分が残り、残りの地下水と土壌の塩分濃度が増加します。

このプロセスが毎年繰り返されると、使用できる水が減り、水の質が低下します。 人口の増加に伴って淡水の需要が増加しているため、私たちが持っている水を枯渇させるわけにはいきません。

「私たちは水管理において量と質の両方の課題を引き起こすこの大規模な世界的問題を抱えています。これらのシーラントは統計的に多数の運河で効果があることが示されており、経済的に手の届くところにあります」とゲイツ氏は述べた。 「私たちは今、世界中の水管理者や灌漑業者にとって役立つ実践的なガイドラインを考案できるよう、理解を深めていく必要があります。」

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