Undersøgelse viser, at en omkostningseffektiv polymerforsegling kan reducere vandtabet betydeligt på verdensplan

Kunstvanding er af afgørende betydning for at brødføde verden, men det er ikke særlig effektivt. Omkring 70 % af det globale ferskvandsforbrug går til kunstvanding. Den procentdel er endnu højere i det vestlige USA.

Kunstvandet vand føres stort set til markerne via jordkanaler, som i sagens natur er utætte. Det er svært at måle, hvor meget vandingsvand, der siver ned i jorden, men skøn fra hele verden spænder fra 15 til 70%.

I en nylig undersøgelse, Colorado State University-forskere beviste, at polymeren kendt som LAPAM er effektiv som en midlertidig, økonomisk fugemasse til at reducere vandtabet i kunstvanding. Denne forskning kunne ikke kun reducere vandtab, det kunne forhindre vand- og jordnedbrydning.

I mere end 25 år, Tim Gates, professor i civil- og miljøteknik, har undersøgt nedsivningstab fra jordkanaler, og hvad der sker med vandet, der fortaber sig. Hans nylige samarbejdsundersøgelse repræsenterer det stærkeste og mest omfattende bevis til dato, at anvendelse af lineær anionisk polyacrylamid, LAPAM for kort, som tætningsmiddel til jordkanaler medfører betydelig reduktion af nedsivning.

"Langt de fleste vanddistributionssystemer til kunstvandet landbrug udføres gennem åbne jordkanaler - formentlig 95%, så det er et problem, der strækker sig over hele kloden, " sagde Gates.

Gates og hans kolleger på CSU og i Pakistan testede to kanaler i Colorado og en i Pakistan, steder med forskellige betingelser og udfordringer. Nedsivningsraten faldt 69 til 100 %, da kanalerne blev forseglet med LAPAM.

I modsætning til andre typer foringer, der er dyre og permanente, såsom beton, LAPAM er økonomisk og holder kun i vandsæsonen, hvor den påføres. Dette kan være strategisk værdifuldt for vandforvaltere, som måske ønsker at lagre vand ved at genoplade naturens underjordiske reservoirer i vådere år. De fleste avlere har ikke ressourcer til dyrere liner, gør LAPAM til en levedygtig mulighed.

LAPAM lukker lækager i jordkanaler ved at sætte lerpartikler ud i vandet og skabe en tynd, men effektiv polymer-lerbarriere.

LAPAM bruges i forskellige applikationer over hele verden. Selvom det har mindre miljøpåvirkning end plast- eller betonforinger, det er syntetisk og kan have potentielle negative miljømæssige bivirkninger, hvis det bruges i overkant.

Nu hvor forskerne har bevist, at LAPAM virker, de retter deres opmærksomhed mod at finde et biopolymer-alternativ, der ikke er afledt af petroleum. Testning er i gang i adjunkt Joe Scalias laboratorium, og de tidlige resultater er lovende.

"Vand er helt klart meget vigtigt, men i det omfang det er muligt, vi ønsker ikke at tilføje andre syntetiske kemikalier til miljøet bare for at løse et problem, " sagde Scalia.

En gang Gates, Scalia og deres team identificerer en effektiv biopolymer eller biopolymer-LAPAM blanding, de vil udvikle vejledning til vandforvaltere om, hvordan de skal bruge det.

Holdet omfatter flere CSU kandidat- og bachelorstuderende; blandt dem, Ph.D. kandidat Rehman Lund, som udførte LAPAM-feltstudierne i Pakistan for sin masterforskning ved Mehran University of Engineering and Technology, under ledelse af professor Munir Babar.

Holdet, ledet af Scalia, arbejder sammen med Larimer and Weld Irrigation Company for at kvantificere, hvor meget lokalt vand der går tabt på grund af nedsivning. Senere denne sommer og næste sommer, de vil anvende deres førende biopolymer eller biopolymerblanding til virksomhedens kanaler til felttest.

Gates understregede vigtigheden af ​​partnerskaber med kunstvandingsvirksomheder i undersøgelsen af ​​nedsivningsreduktionsmetoder. Laboratorietest er nyttigt, men ikke nok til at bevise, at en løsning er levedygtig.

"Du er nødt til at vise, at det virker i feltet, hvor tingene er markant mere komplekse og udfordringerne er større, " sagde Gates. "Det faktum, at vi har kunstvandingsfirmaer og afdelinger, der samarbejder med os for at demonstrere gyldigheden af ​​denne metode, er virkelig en vigtig komponent i denne forskning."

Hvor bliver vandet af?

Spildt vand og lavere landbrugsudbytter er ikke de eneste grunde til at forhindre nedsivning. Over tid, tabt kunstvandingsvand forringer vand- og jordkvaliteten.

Mens kunstvandingsvand siver ned i jorden, det mobiliserer naturligt forekommende salte og potentielt giftige sporstoffer, som derefter transporteres til floder og vandløb, sammen med eventuelle sprøjtemidler og gødning, vandingsvandet kan have samlet op. Dette kemisk ændrede vand forringer vandkvaliteten nedstrøms.

Nedsivning til grundvand hæver også vandspejlet, at gøre grundvandet tilgængeligt for fordampning og transpiration af planter. Da dette vand går tabt fra systemet, saltet den indeholdt er tilbage, øge saltholdigheden af ​​det resterende grundvand og jord.

Med en årlig gentagelse af denne proces, der er mindre vand at arbejde med, og dets kvalitet er lavere. Efterhånden som behovet for ferskvand stiger med stigende befolkning, vi har ikke råd til at opbruge det vand, vi har.

"Vi har dette massive verdensomspændende problem, der skaber både kvantitets- og kvalitetsudfordringer i vandforvaltningen. Disse fugemasser har vist sig statistisk at virke på adskillige kanaler, og de er økonomisk inden for rækkevidde, " sagde Gates. "Nu skal vi forfine vores forståelse, så vi kan komme med praktiske retningslinjer, der vil være nyttige for vandforvaltere og kunstvandingsanlæg rundt om i verden."