Ny undersøgelse undersøger ændrede jordstrukturer og indflydelse på vandressourcer i USA

Fra haven i din baghave til dit lokale vandskel til hele Nordamerika, strukturelle ændringer finder sted i jorden under fødderne - og bevis tyder på, at det sker hurtigere end tidligere antaget, ændre vandkvaliteten og tilgængeligheden i hele USA

"Vandressourcer styres af jordens egenskaber lige under jordens overflade, "sagde Pamela Sullivan, adjunkt i geografi og atmosfærisk videnskab ved University of Kansas. "I lang tid, vi troede, at disse jordes egenskaber ændrer sig langsomt. Men der kommer mange beviser for, at de reagerer hurtigere på klimaforandringer og forskellige former for arealanvendelse. De reagerer hurtigt, fordi biota i jorden reagerer - både planter og mikrober - og som de gør, de ændrer jordens egenskaber. Men vi har ikke gode målinger af, hvordan det sker, eller evnen til at sætte modeller på de interaktioner og feedbacks, der vil bestemme vandressourcer i fremtiden. "

Nu, Sullivan leder arbejde under $ 738, 562 tilskud fra National Science Foundation til at udvikle nye matematiske modeller til at analysere årsagerne til disse observerede ændringer i jordstrukturen-arrangementet af jordpartikler og porer-og for at undersøge plante-jord-vand-reaktioner på forskellige miljøforhold.

"Dette arbejde ser på både jordens biogeokemi og hvordan det ændrer jordens struktur, "Sullivan sagde." Enhver, der bekymrer sig om, hvordan vandressourcer vil være i fremtiden, vil bekymre sig om dette. Fremskrivninger og ledelsesbeslutninger og forståelse af oversvømmelsesdynamik kan påvirkes af jordens struktur. Hvis vi ikke forstår det, vi vil ikke gøre et godt stykke arbejde med at forstå, hvordan det påvirker vand. "

KU -forskeren sagde, at forholdet mellem jord og vand var defineret af jordens matrix af mineraler og organisk stof og mellemrummene mellem, kaldes porøsitet. Disse ejendomme undergår ændringer, som det nye NSF -tilskud vil undersøge ved at sigte enorme mængder data.

"Ændringer i nedbørsmønstre er årsag til ændringer i selve systemet, "Sullivan sagde." Det ændrer den måde, hvorpå organisk kulstof cykler gennem systemet. Strukturen ændres for at favorisere infiltration af vand eller favorisere afstrømning - vand, der løber over landoverfladen. Jo mere landstrøm vi har, der kommer med mere erosion og større oversvømmelser. "

Denne forskning omfatter, hvad der kaldes "kritisk zone" tilgang til videnskab, involverer forskere fra en lang række discipliner fra økologer, pedologer og ingeniører til hydrologer, der holistisk tænker på Jordens "levende hud" - fra toppen af ​​baldakinen ned til dybder af cirkulerende grundvand.

Sharon Billings, KU -professor i økologi og evolutionær biologi og seniorforsker ved Kansas Biological Survey, er en co-primær efterforsker. Daniel Hirmas, tidligere på KU og nu ved University of California Riverside, Li Li fra Pennsylvania State University og Alejandro Flores fra Boise State University er også medforskere.

Tilskudsarbejdet vil finansiere fire postdoktorale forskere og uddannelse af 10 bachelorforskere, der vil hjælpe med at udvikle en ny serie modeller til at omfatte biologiske, fysiske og kemiske interaktioner fra lokale jordarter i USA

"Det er meget nummerknusning og modelbygning, "Sullivan sagde." Hvordan tager vi data og udleder relationer og integrerer modeller i forskellige skalaer? "

Ja, forskningen vil tackle ændringer i jordens struktur på så store skalaer som en jord og lige så stor som hele kontinentet i Nordamerika.

"Når vi tænker på jord i en fin skala, er vi i stand til at forstå meget mere af mekanismerne, eller hvad driver hvad, "Sullivan sagde." Det er vigtigt, fordi vi kan være mere detaljerede og virkelig forstå, hvordan ændringer i måden, hvorpå mikrober eller rødder fungerer, kan styre den måde, kulstofcykler og fungerer som en lim til at danne jordstruktur, og hvad betyder det for mængden af ​​vand, der kan lagres og flyttes. Når vi går til skillevægte, vi inkluderer meget mere dynamik med hensyn til, hvordan vandet strømmer ned ad bakke, og hvad er de rumlige ændringer i form af vegetation, der kan forstærke effekten af ​​klimadrevne ændringer i jordens stof. Men du mister den fine skala med hensyn til processer. Når vi bevæger os til kontinentale skalaer, vi tager disse relationer, vi allerede kender - som ved visse højder og under visse betingelser forventer vi, at dette sker - i stedet for at beskrive hver enkelt proces med hensyn til jord. Alle processer fungerer i alle skalaer, men nogle er vigtigere end andre i at køre det, du kigger på. Vi forsøger at finde ud af, om noget som topografi er det vigtigste - eller er cyklussen af ​​kulstof med mikrober det vigtigste på alle skalaer? "

Arbejdet vil producere nye modelleringsværktøjer til vurdering af miljømæssig bæredygtighed over tid og forbedre evnen til at forudsige dynamik i landatmosfæren, opbevaring af under vand, udsving i vandstanden og oversvømmelser. Yderligere, forskningen vil give fællesskabstilgængelige værktøjer til at undersøge, hvordan jord, hydrologiske og biogeokemiske feedbacks styrer næringsstofstrømninger.

Sullivan sagde, at en del af arbejdet ville hjælpe med at afgøre, om jordstrukturen danner et positivt feedback -system med klimaet, der forværrer eller mindsker alvorligheden af ​​klimaændringer.

"Seneste bevis offentliggjort i tidsskriftet Natur af co-PI Hirmas og kolleger viser, at vi under vådere klimaer har en samlet reduktion i porøsitet og evne til at flytte vand, "sagde hun." Når klimaet tørrer, vi ser en stigning i porøsitet og evnen til at trække vand ind. Efterhånden som et system bliver vådere eller mere tørt, jordens porøsitet ændrer sig, og måden jorden bevæger sig og lagrer vand på, ændrer sig også. Spørgsmålet, vi tager fat på i dette projekt er, 'Hvilken feedback giver det til selve klimaet?' Ultimativt, når land interagerer med atmosfæren, det, der udveksles, er fordelingen af ​​vand. "