廃水はアラブ首長国連邦の地下水を救えるか？
極度の乾燥地帯であるアラブ首長国連邦（UAE）では、地下水の供給量が急速に減少しており、その塩分濃度が高まっています。
涵養量は非常に少なく、地下水使用量の75%は灌漑用水に充てられているため、この地域の天然水資源は急速に消滅しつつあります。
ワファ・アル・ヤマニ博士は、アブダビ環境庁に勤務していました。同庁はニュージーランドの植物食品研究所と契約し、処理済みの下水処理水と地下水を使用して高速道路沿いの砂漠の森林に灌漑する研究を行っていました。
砂漠の森
UAEでは都市で消費されるすべての水が海水淡水化によって供給されているため、都市から排出される高度処理済みの下水は、砂漠の森林への灌漑用水として地下水の一部を代替し得る貴重な資源となり得ます。これらの森林は、UAE全土の幹線道路沿いにおける砂の飛散防止から豊かな生物多様性の保全に至るまで、多岐にわたる生態系サービスを提供しています。また、この森林には文化的な意義も込められています。UAEの建国の父であるシェイク・ザーイドが1970年代に「砂漠の緑化」事業に着手したことから、国民は砂漠の森林を建国者の遺産として捉えているのです。
水使用量の測定
アル・ヤマニ博士と博士課程の指導教官であるブレント・クロシア博士は、UAEで最も重要な砂漠林業樹種5種の灌漑ニーズを定量化することで、地下水使用量を最小限に抑え、価値を最大化することを目標としていました。また、処理済み下水処理水が森林の成長と健全性に与える影響も明らかにしたいと考えていました。彼らは、点滴灌漑システムの仕組みを調査するために、METERミニディスク浸透計を使用しました。クロシア博士は次のように述べています。「これらの土壌の透水係数は1時間あたり2～5メートルです。これは透水性に優れた砂漠の砂です。浸透計を用いて土壌の水理特性を調べることで、バルブ（灌漑ドリッパーの下の濡れた部分）の幅と水の移動深を知ることができます。」
クロシア博士は、水の動きを放射状、深さ、点滴灌漑システムの稼働時間に応じて予測するソフトウェアも開発しました。「現在、樹木1本につき点滴灌漑システムを2つ設置しており、今後はこれを用いて、樹木が根圏からどのように水を吸収しているかをモデル化する予定です。」とクロシア博士は述べています。
科学者たちは、樹液流と蒸散要求量（ETo）を比較することで樹木の水分消費量を測定するために、熱パルス法を用いました。また、土壌水分（含水率）の測定には時間領域反射法（TDR）を使用し、EToから樹木の水分消費量を予測可能にする「作物係数」を算出するため、光センサーを用いて樹木の影の領域を検出し、葉面積を測定する「ライトスティック」を開発しました。
インフィルトメーターがドリッパーの挙動を予測
アル・ヤマニ博士と彼女のチームは、ミニディスク浸透計を用いた現場評価に「アンケニー・ツインヘッド法」と呼ばれる手法を用い、この手法でドリッパーの挙動を予測することに成功しました。まず水頭を-60mmに設定し、一連の測定を行って定常浸透を測定し、次に-5mmで同じ手順を繰り返します。これらの測定値を用いて、飽和透水係数と毛細管現象という2つの未知数を持つウッディングス方程式を解きます。
クロシア博士は次のように述べています。「私たちは2つの水頭（圧力条件）で試験を行い、ウッディング（Woodings）の式を用いて、指数関数的な導電率曲線の勾配を算出しました。これにより、ドリッパーから湿潤前線が時間の経過とともにどのように広がっていくかを予測できます。この情報は、どの程度の土壌体積を湿らせているかを把握する上で非常に役立ちますし、ドリッパーを1つ設置すべきか2つにすべきかの判断材料にもなります。この森林の場合、ドリッパーは2つで十分だと考えています。なぜなら、2時間灌水を行えば、湿潤前線の半径は20cm、深さは約40cmに達し、樹木の根にとって十分な量の水が供給されることになるからです。」また、クロシア博士によると、土壌の疎水性や砂の不均一性によって水が流出してしまう事態に備え、ドリッパーの周囲に小さな土手（堤）を築き、灌水範囲内に水を留められるようにしたとのことです。
処理された排水が塩分問題を解決
UAEは歴史的に、下水をアラビア湾に排出してきましたが、近年、下水を砂漠の森林だけでなく、果樹やナツメヤシの灌漑用水としても貴重な水資源として捉える方向に変化しています。クロシア博士は次のように述べています。「研究結果が出始めると、灌漑に使用していた地下水の塩分濃度は約10 dS/mと高く、下水処理水はわずか0.5 dS/mであることがわかりました。これは重要な発見でした。なぜなら、塩分濃度の高い地下水では、塩分浸出率を維持するために過剰灌漑を行わなければならないからです。しかし、下水処理水を散布すると、塩分負荷が20分の1にまで減少するため、樹木にすぐに反応が見られるのです。」
クロシア博士は、樹木が下水処理水に非常によく反応していることに一つ問題があると指摘しました。処理済み下水処理水は樹木をより高く、より速く成長させるため、砂漠の森林に期待する生態系における樹木の高さが4～6メートルだとすると、問題となります。しかし、博士はこう答えます。「これはむしろプラスの問題です。なぜなら、灌漑不足を誘発することで、より多くの処理済み下水処理水資源を創出し、より多くの森林に灌漑を行うことができるからです。」
未来はどうなる？
クロシア博士によると、彼らは2014年にUAEでパイロット研究を開始しました。その成果が非常に良好だったことから、最終的に2つの本格的な4カ年プロジェクト（処理済み下水利用に関するものと、ナツメヤシへの灌漑に関するもの）を実施することになりました。現在、UAEでのこれらのプロジェクトにはあと3年半の期間が残されています。最終的な目標は、持続可能な林業における灌漑の影響を測定・モデル化する能力を構築するとともに、林業用灌漑および土壌塩分管理のためのモデルを開発することです。彼らは最近、水利用を最適化し持続可能な灌漑を行うための助言を提供する、コンピュータ化された灌漑意思決定支援ツールのプロトタイプを開発しました。この支援ツールは、塩分溶脱（塩類除去）を維持する必要性を考慮しており、実際の灌漑記録を入力することでリアルタイムでの運用が可能になっています。
ケーススタディ、ウェビナー、記事
最新のコンテンツを定期的にお届けします。
