CSU-Studie belegt Kosten

May 28, 2023

Von Jayme DeLoss

Bewässerung ist für die Welternährung von entscheidender Bedeutung, aber nicht sehr effizient. Etwa 70 % des weltweiten Süßwasserverbrauchs fließen in die Bewässerung. Im Westen der USA ist dieser Prozentsatz sogar noch höher

Bewässertes Wasser wird größtenteils über Erdkanäle zu den Feldern geleitet, die von Natur aus undicht sind. Wie viel Bewässerungswasser in den Boden versickert, lässt sich nur schwer abschätzen, Schätzungen aus der ganzen Welt schwanken jedoch zwischen 15 und 70 %.

In einer aktuellen Studie haben Forscher der Colorado State University bewiesen, dass das als LAPAM bekannte Polymer als temporäres, wirtschaftliches Dichtungsmittel zur Reduzierung des Bewässerungswasserverlusts wirksam ist. Diese Forschung könnte nicht nur den Wasserverlust reduzieren, sondern auch die Verschlechterung von Wasser und Boden verhindern.

Seit mehr als 25 Jahren untersucht Tim Gates, Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen, den Sickerverlust aus Erdkanälen und was mit dem Wasser passiert, das seinen Weg verliert. Seine jüngste Gemeinschaftsstudie stellt den bisher stärksten und umfangreichsten Beweis dafür dar, dass die Verwendung von linearem anionischem Polyacrylamid, kurz LAPAM, als Dichtungsmittel für Erdkanäle zu einer erheblichen Reduzierung des Versickerns führt.

„Die überwiegende Mehrheit der Wasserverteilungssysteme für die Bewässerungslandwirtschaft erfolgt über offene Erdkanäle – wahrscheinlich 95 %, es handelt sich also um ein weltweites Problem“, sagte Gates.

Gates und seine Kollegen von der CSU und in Pakistan testeten zwei Kanäle in Colorado und einen in Pakistan, Orte mit unterschiedlichen Bedingungen und Herausforderungen. Durch die Abdichtung der Kanäle mit LAPAM sanken die Versickerungsraten um 69 bis 100 %.

Im Gegensatz zu anderen Arten von Auskleidungen, die teuer und dauerhaft sind, wie z. B. Beton, ist LAPAM wirtschaftlich und hält nur für die Wassersaison, in der es aufgetragen wird. Dies kann für Wassermanager von strategischem Wert sein, die in feuchteren Jahren möglicherweise Wasser speichern möchten, indem sie die unterirdischen Reservoire der Natur wieder auffüllen. Die meisten Züchter haben nicht die Mittel für teurere Liner, weshalb LAPAM eine praktikable Option ist.

LAPAM verschließt Lecks in Erdkanälen, indem es Tonpartikel im Wasser absetzt und eine dünne, aber wirksame Polymer-Ton-Barriere bildet.

LAPAM wird weltweit in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Obwohl es weniger schädlich für die Umwelt ist als Auskleidungen aus Kunststoff oder Beton, ist es synthetisch und könnte bei übermäßigem Gebrauch potenziell schädliche Auswirkungen auf die Umwelt haben.

Nachdem die Forscher nun nachgewiesen haben, dass LAPAM funktioniert, richten sie ihre Aufmerksamkeit auf die Suche nach einer Biopolymer-Alternative, die nicht aus Erdöl gewonnen wird. Die Tests laufen im Labor von Assistenzprofessor Joe Scalia und die ersten Ergebnisse sind vielversprechend.

„Wasser ist eindeutig sehr wichtig, aber wir wollen der Umwelt so weit wie möglich keine anderen synthetischen Chemikalien hinzufügen, nur um ein Problem zu beheben“, sagte Scalia.

Sobald Gates, Scalia und ihr Team ein wirksames Biopolymer oder eine Biopolymer-LAPAM-Mischung identifiziert haben, werden sie Leitlinien für Wassermanager zu deren Verwendung entwickeln.

Zum Team gehören mehrere Absolventen und Studenten der CSU; darunter Ph.D. Kandidat Rehman Lund, der die LAPAM-Feldstudien in Pakistan für seine Masterforschung an der Mehran University of Engineering and Technology unter der Leitung von Professor Munir Babar durchführte.

Das von Scalia geleitete Team arbeitet mit der Larimer and Weld Irrigation Company zusammen, um zu quantifizieren, wie viel lokales Wasser durch Versickerung verloren geht. Später in diesem und nächsten Sommer werden sie ihr führendes Biopolymer oder ihre Biopolymermischung für Feldtests in den Kanälen des Unternehmens ausbringen.

Gates betonte die Bedeutung von Partnerschaften zwischen Bewässerungsunternehmen bei der Untersuchung von Methoden zur Versickerungsreduzierung. Labortests sind hilfreich, reichen aber nicht aus, um zu beweisen, dass eine Lösung realisierbar ist.

„Man muss zeigen, dass es in einem Bereich funktioniert, in dem die Dinge deutlich komplexer und die Herausforderungen größer sind“, sagte Gates. „Die Tatsache, dass wir Bewässerungsunternehmen und -abteilungen haben, die mit uns zusammenarbeiten, um die Gültigkeit dieser Methodik zu demonstrieren, ist wirklich ein wichtiger Bestandteil dieser Forschung.“

Wasserverschwendung und geringere landwirtschaftliche Erträge sind nicht die einzigen Gründe, Versickerung zu verhindern. Mit der Zeit verschlechtert verlorenes Bewässerungswasser die Wasser- und Bodenqualität.

Wenn Bewässerungswasser in den Boden eindringt, mobilisiert es natürlich vorkommende Salze und potenziell toxische Spurenelemente, die dann zusammen mit etwaigen Pestiziden und Düngemitteln, die das Bewässerungswasser möglicherweise aufgenommen hat, zu Flüssen und Bächen transportiert werden. Dieses chemisch veränderte Wasser verringert die Wasserqualität flussabwärts.

Durch das Eindringen ins Grundwasser steigt auch der Grundwasserspiegel, wodurch das Grundwasser für die Verdunstung und Transpiration von Pflanzen zugänglich wird. Da dieses Wasser aus dem System verloren geht, bleibt das darin enthaltene Salz zurück, wodurch der Salzgehalt des verbleibenden Grundwassers und Bodens zunimmt.

Bei jährlicher Wiederholung dieses Vorgangs steht weniger Wasser zur Verfügung und die Qualität ist geringer. Da der Bedarf an Süßwasser mit zunehmender Bevölkerung steigt, können wir es uns nicht leisten, unser vorhandenes Wasser zu erschöpfen.

„Wir haben es mit diesem massiven weltweiten Problem zu tun, das sowohl quantitative als auch qualitative Herausforderungen im Wassermanagement mit sich bringt. Statistisch gesehen hat sich gezeigt, dass diese Dichtstoffe auf zahlreichen Kanälen funktionieren, und sie sind wirtschaftlich machbar“, sagte Gates. „Jetzt müssen wir unser Verständnis verfeinern, damit wir praktische Richtlinien entwickeln können, die für Wassermanager und Bewässerungsbetreiber auf der ganzen Welt nützlich sind.“

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