Bevattning är avgörande för att föda världen, men det är inte särskilt effektivt. Cirka 70 % av den globala sötvattenanvändningen går till bevattning. Den andelen är ännu högre i västra USA.

Bevattnat vatten leds till stor del till åkrarna genom jordkanaler, som i sig är läckande. Det är svårt att bedöma hur mycket bevattningsvatten som sipprar ner i marken, men uppskattningar från hela världen sträcker sig från 15 till 70 %.

I en nyligen genomförd studie, Colorado State University-forskare visade att polymeren känd som LAPAM är effektiv som en tillfällig, ekonomiskt tätningsmedel för att minska förlusten av bevattningsvatten. Denna forskning kan inte bara minska vattenförlusten, det kan förhindra vatten- och jordförstöring.

I mer än 25 år, Tim Gates, professor i byggnads- och miljöteknik, har studerat sippningsförluster från jordkanaler och vad som händer med vattnet som tappar sig. Hans senaste samarbetsstudie representerar det starkaste och mest omfattande beviset hittills för att användning av linjär anjonisk polyakrylamid, LAPAM för kort, som tätningsmedel för jordkanaler resulterar i betydande minskning av läckage.

"De allra flesta vattendistributionssystem för konstbevattnat jordbruk åstadkoms genom öppna jordkanaler - förmodligen 95 %, så det är ett problem som sträcker sig över hela världen, sa Gates.

Gates och hans kollegor vid CSU och i Pakistan testade två kanaler i Colorado och en i Pakistan, platser med olika förutsättningar och utmaningar. Släckningshastigheten minskade med 69 till 100 % när kanalerna förseglades med LAPAM.

Till skillnad från andra typer av liners som är dyra och permanenta, som betong, LAPAM är ekonomiskt och håller endast under den vattensäsong den appliceras i. Detta kan vara strategiskt värdefullt för vattenförvaltare, som kanske vill lagra vatten genom att ladda upp naturens underjordiska reservoarer under blötare år. De flesta odlare har inte resurser för dyrare liners, gör LAPAM till ett hållbart alternativ.

LAPAM täpper till läckorna i jordkanaler genom att sedimentera lerpartiklar i vattnet och skapa en tunn men effektiv polymer-lerbarriär.

LAPAM används i olika applikationer över hela världen. Även om det har mindre miljöpåverkan än plast- eller betongfoder, det är syntetiskt och kan ha potentiella negativa miljöbiverkningar om det används i överskott.

Nu när forskarna har bevisat att LAPAM fungerar, de vänder sin uppmärksamhet mot att hitta ett biopolymeralternativ som inte kommer från petroleum. Testning pågår i biträdande professor Joe Scalias labb, och de tidiga resultaten är lovande.

"Vatten är helt klart väldigt viktigt, men i den mån det är möjligt, vi vill inte lägga till andra syntetiska kemikalier i miljön bara för att lösa ett problem, sa Scalia.

En gång Gates, Scalia och deras team identifierar en effektiv biopolymer eller biopolymer-LAPAM-blandning, de kommer att utveckla vägledning för vattenförvaltare om hur man använder den.

I teamet ingår flera CSU doktorander och studenter; bland dem, Ph.D. kandidat Rehman Lund, som genomförde LAPAM-fältstudierna i Pakistan för sin magisterforskning vid Mehran University of Engineering and Technology, under ledning av professor Munir Babar.

Laget, ledd av Scalia, arbetar med Larimer and Weld Irrigation Company för att kvantifiera hur mycket lokalt vatten som går förlorat till läckage. Senare i sommar och nästa sommar, de kommer att applicera sin ledande biopolymer eller biopolymerblandning i företagets kanaler för fälttester.

Gates betonade vikten av samarbeten med bevattningsföretag för att studera metoder för att minska läckage. Laboratorietester är till hjälp men inte tillräckligt för att bevisa att en lösning är genomförbar.

"Du måste visa att det fungerar på fältet där saker och ting är markant mer komplexa och utmaningarna är större, "Sade Gates. "Det faktum att vi har bevattningsföretag och avdelningar som samarbetar med oss ​​för att visa giltigheten av denna metod är verkligen en viktig komponent i denna forskning."

Vart tar vattnet vägen?

Slöseri med vatten och lägre jordbruksavkastning är inte de enda skälen till att förhindra läckage. Över tid, förlorat bevattningsvatten försämrar vatten- och markkvaliteten.

När bevattningsvatten sipprar ner i marken, det mobiliserar naturligt förekommande salter och potentiellt giftiga spårämnen som sedan transporteras till floder och bäckar, tillsammans med eventuella bekämpningsmedel och gödningsmedel som bevattningsvattnet kan ha tagit upp. Detta kemiskt förändrade vatten minskar vattenkvaliteten nedströms.

Att läcka ut i grundvattnet höjer också vattenytan, göra grundvattnet tillgängligt för avdunstning och transpiration av växter. Eftersom detta vatten går förlorat från systemet, saltet den innehöll är kvar, öka salthalten i det återstående grundvattnet och marken.

Med årlig upprepning av denna process, det finns mindre vatten att arbeta med och dess kvalitet är lägre. När kraven på sötvatten ökar med ökande befolkning, vi har inte råd att tömma det vatten vi har.

"Vi har det här enorma världsomspännande problemet som skapar både kvantitets- och kvalitetsutmaningar i vattenhanteringen. Dessa tätningsmedel har statistiskt visat sig fungera på många kanaler, och de är ekonomiskt inom räckhåll, ", sa Gates. "Nu måste vi förfina vår förståelse så att vi kan komma med praktiska riktlinjer som kommer att vara användbara för vattenförvaltare och bevattningsföretag runt om i världen."