_ Puncte de turnare : O metodă nouă de gestionare a resurselor de apă din pădure

Vegetația joacă un rol vital în reglarea procentului de precipitații care ajung la sol pentru a hrăni sistemele radiculare ale plantelor atât în ​​copac, cât și în tufături, ceea ce, în consecință, sprijină supraviețuirea întregul ecosistem forestier. Apa ajunge la sol prin mecanisme multiple, inclusiv prin cădere (apa care cade direct prin baldachin) sau curgerea tulpinii (apa care curge pe tulpini și trunchiuri), în timp ce o parte este interceptată de frunzele copacului și nu ajunge la nivelul solului.

Noile cercetări, publicate în Water Resources Research, s-au concentrat pe punctele de curgere, locații în care apa care curge sub ramuri se desprinde. Acestea se disting de picăturile mari care cad din frunze, cunoscute sub numele de puncte de picurare.

Un punct de curgere se formează atunci când picăturile de ploaie, interceptate inițial de frunze sau de jumătatea superioară a ramurilor, curg în partea inferioară a ramurilor. , se unesc cu alte picături pentru a forma un pârâu, dar cad înainte de a deveni parte a curgerii tulpinii.

Desprinderea pârâului poate avea loc acolo unde mai multe ramuri converg sau unde o singură ramură își schimbă unghiul, ducând la o turnare. punct. Acestea sunt importante deoarece măresc considerabil apa primită de la coronament până la podeaua pădurii în puncte fixe, susținând astfel o infiltrare sporită a apei în sol.

Volumul de apă primit la punctele de turnare este afectat de un număr factori, cum ar fi structura ramurilor, suprafața frunzei (foliere) și volumul precipitațiilor. Picăturile de apă mai mari care apar în aceste puncte au mai multă energie cinetică decât precipitațiile normale, ceea ce înseamnă că creează adâncituri mai pronunțate în sol la impact, sporind astfel eficiența infiltrației.

Investigarea pădurilor Banksia din Australia de Vest, Ashvanth Kunadi , un doctorat. cercetător de la Universitatea din Australia de Vest și colegii săi au combinat datele de teren cu experimente de simulare a precipitațiilor pentru a determina rolul punctelor de curgere în pădurile care primesc precipitații limitate, similare cu cele din alte regiuni mediteraneene (veri calde uscate și ierni umede blânde). Într-adevăr, trăsăturile acestui studiu au fost observate și pe smochini, fagi americani și stejari.

Explicând interesul inițial pentru subiect a venit în timp ce stătea sub un smochin în timpul unei ploaie, Ashvanth a observat că curgea apă. sub o ramură „se desprindea continuu la un anumit punct, iar balta de sub acel punct creștea.”

„Acest lucru mi-a stârnit interesul. Există o lipsă de apă în sud-vestul Australiei de Vest și ne bazăm foarte mult. pe apele subterane. Dacă copacii, în loc să oprească doar ploaia, ar canaliza de fapt mai multă apă către pământul de sub ei, atunci concepția noastră despre impactul lor s-ar schimba fundamental.”

Detaliind în continuare semnificația acestei cercetări, Ashvanth a continuat: „Aș spune că cantitatea și distribuția spațială a ploii care cade din cer este modificată fundamental de prezența unui copac. Nu avem o înțelegere bună a 1) unde va ajunge un anumit volum de apă. du-te și 2) de ce. Punctele de turnare sunt o poartă spre înțelegerea fluxului de apă pe un copac.

„În afară de această mare ambiție, zonele în care fluxurile de precipitații sunt concentrate (cum ar fi punctele de turnare) 1) creați puncte fierbinți biologice (apa este o condiție prealabilă pentru viață), 2) delimitați locurile de infiltrare îmbunătățită și mai profundă și 3) poate reprezenta o proporție semnificativă din fluxul total de precipitații care ajunge la sol (deci, dacă ignorați fluxul, subestimezi cantitatea de apă pe care o primește sistemul tău și acea eroare se propagă mai departe în analiză)."

Echipa a plasat pluviometre sub 16 suspecte puncte de curgere ale celor două specii codominante de banksia din pădure: Banksia menziesii și Banksia attenuata și alte șase sub ramuri unde nu au fost îndeplinite condițiile pentru a crea un punct de curgere ( test „negativ”), pe o perioadă de doi ani. În plus, cinci ramuri Banksia menziesii (patru cu puncte de curgere suspectate și una „negativă”) au fost studiate în condiții controlate într-o configurație de simulare a precipitațiilor.

Această configurație de simulare a precipitațiilor s-a dovedit deosebit de dificilă pentru a menține toate variabile, după cum dezvăluie Ashvanth, „Au fost atât de multe lucruri de urmărit: este unghiul ramificației constant, ramificația se legănă, există suficientă apă în simulatorul de precipitații, este presiunea constantă, am făcut fotografii și videoclipuri interesante? fenomene, am desfoliat bine frunzele?

„Pe deasupra, ramurile nu au fost concepute pentru a fi tăiate din trunchi, așa că, dacă soarele este afară, ramura mai bine să fie umedă sau e moartă. În consecință, de la aproximativ 8 a.m. până la 10 p.m. Aș face doar simulări de ploaie... a fost absolut nebunesc, dar a meritat complet."

Frunzele Banksia au o suprafață mare, rigiditate mare și un unghi care facilitează canalizarea apei pe tulpini, mai degrabă decât să picure de pe frunze. Ei au descoperit că colectarea ploii de la punctele de turnare a fost de 1,5 până la 15 ori mai mare decât cea a precipitațiilor și a căderii din jur și a fost de obicei mai mare decât debitul tulpinii.

Din experimentele de simulare a precipitațiilor, oamenii de știință a determinat că o ramură cu acoperire mare a frunzelor a experimentat un flux mai mare de apă la punctul de curgere. Acest flux a fost mai puțin sensibil la modificările unghiului ramificației. Fluxurile dintr-o ramură complet foliată păreau insensibile la schimbarea unghiului, dar când o treime din frunze au fost îndepărtate împărțirea apei între curgerea tulpinii și punctele de curgere a fost afectată semnificativ de modificările unghiului de ramificare.

Deși în acest experiment nu s-a găsit un unghi de ramificare optim concludent pentru inițierea punctului de curgere, Ashvanth dezvăluie că aceasta este o activitate în curs de desfășurare pentru cercetare. echipă. „Unul dintre punctele de testare negative, unde am crezut că sunt prezente condițiile necesare nu suficiente, a avut o schimbare foarte mică a unghiului de ramificare (~ <5°). Dar aceasta a fost suficientă pentru a provoca un punct de curgere. Deși, asta nu înseamnă nicio modificare. Modificarea de 5° va cauza un punct de curgere.

„În prezent, lucrăm la o altă lucrare în care facem experimente idealizate pentru a răspunde exact la această întrebare. Am folosit țevi din PVC pentru a elimina eterogenitatea prezentă pe suprafața ramurilor naturale și apoi am făcut ca apa să curgă pe suprafața ei pentru a vedea ce se întâmplă. Există, de asemenea, o mulțime de dezvoltare teoretică grozavă acolo, așa că cu siguranță stați cu ochii pe asta.”

Măsurând conținutul de apă al solului direct sub punctele de curgere, echipa de cercetare a descoperit 20%-30% din sezonul. volumul de precipitații s-a infiltrat aici până la o adâncime de 1 m, comparativ cu doar 5% în zonele de control de testare departe de punctele de curgere, ceea ce face ca punctele de curgere să fie zone importante pentru reîncărcarea și stocarea apelor subterane în ecosistemul forestier, deși în locul de studiu a fost un punct de curgere. identificate la ~30 m2, care se potrivesc cu distribuția copacilor de banksia, fiind în medie un punct de curgere per copac.

Acest sit special de studiu din Australia de Vest este important deoarece se află deasupra unei surse semnificative de apă subterană care alimentează populația Prin urmare, capacitatea punctelor de turnare de a reîncărca potențial rezervele de apă subterană din acest sit (și în altele prin alți copaci la nivel global) este vitală pentru susținerea gestionării resurselor de apă atât pentru păduri, cât și pentru umanitate.

„Așa cum o specie, ne străduim continuu să ne înțelegem mai bine pe noi înșine și lumea naturală din jurul nostru”, conchide Ashvanth.

„Conceptualizăm înțelegerea noastră a lumii ca sisteme, iar aceste sisteme sunt simplificări necesare ale lumii infinit de complex. Unul dintre aceste sisteme este ciclul apei, iar interceptarea credem că este potențial cea mai puțin înțeleasă parte a ciclul apei. Dacă putem prezice și înțelege comportamentul punctului de curgere, ne putem apropia mai mult de a descoperi fluxul de apă pe copaci, astfel încât să avem o concepție mai bună despre sistemul de interceptare și, în cele din urmă, despre ciclul apei de pe Pământ.”

© 2024 Science X Network

(Fluierul)