Forskningsduo finder måde at forudsige skift i vandområder som klimaforandringer

Under den længste tørke i Californiens moderne historie, et par UO -forskere begav sig ind i skoven i Sierra Nevada for at undersøge, hvordan skovsammensætning påvirker vandforsyningen, og hvilke ændringer der kan komme, da klimaforandringer ændrer skovenes økologiske sammensætning.

Det, de fandt, er en måde at bruge forholdet mellem træer og jord til at forudsige skift i vand- og kulstofniveauer i disse bjergskove og vandområder. Kombinerer deres fund med historiske data, de foreslår en mulig stigning på 10 til 60 procent i det regionale vandtab, da klimaændringer skubber træarter til at migrere til forskellige højder.

UO -postdoktor Toby Maxwell fra Institute of Ecology and Evolution og Lucas Silva, professor i miljøstudier og geografi, ledet undersøgelsen, som blev udført i samarbejde med jordforsker Will Horwath fra University of California, Davis. Undersøgelsen optrådte i Procedurer fra National Academy of Sciences .

"Tørken i Californien forventedes at forårsage ændringer i bjergrige skovlandskaber, og vi var interesserede i at prøve at forstå, hvordan disse ændringer kan påvirke cyklussen af ​​to vigtige naturressourcer - vand og kulstof, "sagde Maxwell, undersøgelsens hovedforfatter. "Vi fandt ud af, at samspillet mellem træarter og jordegenskaber er nyttigt til bedre at forstå kulstof-vand-forholdet og til at forudsige ændringer i, hvordan vand bevæger sig gennem disse skove."

Forskerne fokuserede på skovsammensætning, fordi træer spiller en afgørende rolle i vandets bevægelse og tilgængelighed. Dette sker primært gennem transpiration, en proces, hvor fugt bevæger sig fra træer ind i atmosfæren.

Hvis et træ transporterer mere vand fra jorden til atmosfæren, mindre vand vil strømme til floder og reservoirer. Men den præcise karakter af hvert træs rolle og hvad det betyder for vand- og kulstofniveauer varierer meget afhængigt af en række biologiske og miljømæssige faktorer.

Disse faktorer er i konstant forandring, forskere sagde, fordi skovene ændrer sig ved siden af ​​klimaet, da planter og træer reagerer på stigende temperaturer og svingende nedbørsmønstre. I Sierra Nevada, der er mange års data, der viser, at visse slags træer begynder at vokse i højere højder, efterhånden som statens klimaudviklinger er varmere og mere tørre.

"Langsigtede overvågningsområder på tværs af Sierra Nevada viser ekspansion af bredbladede træer mod højere højder, "Silva sagde." Et af de vigtigste svar på klimaændringer i bjergmiljøer er trævandring op ad bakke. "

I betragtning af at disse skovvandområder skaber vand til så mange som 20 millioner mennesker i Californien, skift i disse skove - og vandet, der strømmer gennem deres vandområder - kan have betydelige konsekvenser for staten.

"En af hovedårsagerne til, at jeg var interesseret i at undersøge, hvad ændringer i skovsammensætning kan betyde for vand- og kulstofkredsløb, er på grund af konsekvenserne for naturressourcer og disse landskaber, "Sagde Maxwell.

Maxwell var også interesseret i at bruge sin forskning til at undersøge et område med stor usikkerhed i, hvordan skovene fungerer:samspillet mellem jord og træarter.

Fra tre forskellige højder i Sierra Nevada, fra granitskråninger uden for Tahoe -søen til vulkanerne på Mount Lassen, de indsamlede 225 prøver af jord- og planteaffald og 345 bladprøver fra ni træarter for at måle vandforbrugseffektivitet-et indeks, der viser, hvor meget vand der går tabt via transpiration i forhold til mængden af ​​kuldioxid, de fjerner fra luften-på tværs forskellige landskaber.

"Jeg fik min anden ph.d. i slibeanlæg, "spøgte Maxwell, der rekrutterede hjælp fra en kaffekværn og syreløsninger til at arbejde sig igennem de tidlige stadier af ekstraktion af cellulose fra hundredvis af blade og fyrrenåle.

En af de første observationer var forvirrende:Dataene viste, at træer på steder med de højeste nedbørsniveauer var mest vandbelastede-hvilket betyder, at træerne rationerede vand, fordi de følte, at det var en knap ressource. Det virker kontraintuitivt, i betragtning af den betydelige nedbørsmængde i den region, hvor disse træer lå, Sagde Maxwell.

Da forskerne gravede dybere ned i dataene og undersøgte jorden, de opdagede, at jorden ikke tilbageholdt meget vand, begrænsning af transpiration. Dette var en af ​​deres første vigtige opdagelser for at forstå, hvordan jord og arter interagerer for at påvirke, hvordan vand bevæger sig fra land til luft.

De fortsatte med at sortere enorme mængder data for at udtrække oplysninger om, hvordan hver træart transporterer vand, og hvordan det ændrer sig baseret på den jord, de er forankret i.

"Det var temmelig støjende data i starten. Det var virkelig den interaktion mellem træer og jordudvikling, der førte til meningsfulde takeaways, "Sagde Silva." Hvis du bare ser på træer, du ser en masse datapunkter, uden nogen klar tendens. Når du overvejer deres interaktioner med jord og atmosfæriske ændringer, det giver virkelig mening. "

Ved at undersøge interaktionerne, de var i stand til at forvandle deres komplicerede datasæt til kondenserede fund, der hjælper med at finde ud af, hvilke kombinationer af træer og jord, der producerer forskellige transpirationsniveauer.

"Vi fandt ud af, at mængden af ​​vandtab varierer meget mellem forskellige træarter, og at forskellige jordtyper regulerer, der påvirker, "Sagde Maxwell.

Silva tilføjede, "Når du sætter de to sammen, du kan gå fra at forstå, hvad der sker på et bladniveau til at forstå, hvad det betyder for landskabet. "

Resultaterne bør være nyttige for skovforvaltere og beslutningstagere, når de tænker over, hvordan de strategisk forvalter skove og naturressourcer, Sagde Maxwell og Silva. Oplysningerne skal også hjælpe med modelleringen af, hvordan klimaændringer vil påvirke landskaber.

Maxwell planlægger at fortsætte denne forskning i Silvas Soil-Plant-Atmosphere Research Lab ved UO gennem et nyligt tildelt tilskud fra National Geographic Committee for Research and Exploration. Den nye undersøgelse, "Klimaparadokset:Kortlægning af robuste skove, der er modstandsdygtige og sårbare, "vil inkorporere nye steder fra skove i hele Oregon.

Forskerne planlægger at generere regionale kort over vandforbrug og kulstofbinding i et samarbejde med forskere på Infographics Lab i UO Department of Geography.