Undersøgelse af grundvandets rolle i økosystemernes bæredygtighed

Indtil nu har grundvand - en kritisk vandressource rundt om på kloden, især i tørre områder - stort set været ustuderet i dets betydning og rolle i at opretholde økosystemer. En ny forskningsindsats ledet af SUNY College of Environmental Science and Forestry (ESF) i samarbejde med University of California Santa Barbara (UCSB), Cardiff University og Desert Research Institute (DRI) undersøger forholdet mellem grundvand og økosystemer i Californien.

Deres resultater er omtalt i Naturvand .

Ledet af Dr. Melissa Rohde, der afsluttede undersøgelsen som en del af sin doktorgradsforskning i Dr. John Stellas Riparian Echohydrology Lab ved ESF, brugte holdet satellitbilleder og grundvandsovervågningsdata til at identificere tærskler for grundvandsdybde og sæsonbestemte ændringer, der kan understøtte følsomme økosystemer i hele Californien under statens Sustainable Groundwater Management Act-ramme.

"Størstedelen af ​​vores planets ferskvand er grundvand, men vi anerkender eller forvalter det ikke bæredygtigt, hvilket resulterer i alvorlige konsekvenser for mennesker og naturlige økosystemer," sagde Dr. Rohde, nu rektor hos Rohde Environmental Consulting, LLC.

"Grundvand er kritisk for mange økosystemer, men vandmyndigheder og naturbevarere redegør sjældent for deres vandbehov. For at forene det giver vores undersøgelse en enkel og praktisk tilgang til at opdage økologiske tærskler og mål, som praktikere kan bruge til at allokere og administrere vandressourcer."

Ved at bruge 38 års Landsat-satellitbilleder (1985-2022) og statsdækkende grundvandsbrønddata undersøgte undersøgelsen virkningerne på centrale plantesamfund. En stor udfordring var at udvikle standardiserede metrikker, der kan anvendes på tværs af forskellige økosystemer med stedspecifikke vandforhold.

Holdet anvendte en fælles datatransformationsmetode på en ny måde til at identificere tærskler for vegetationens grønhed og grundvandsdybde over tid, som kan bestemme grundvandsbehovet for økosystemer og hjælpe med at informere beslutninger om vandforbrug og -planlægning.

"Grundvandsafhængige økosystemer såsom vådområder, flodsletter og flodzoner har meget stor betydning for biodiversiteten. Op mod 80 til 90 procent af arterne i en generel region kan være afhængige af disse økosystemer i en eller anden form," sagde Dr. Stella , studiemedforfatter og vicepræsident for forskning ved ESF.

"Vi anvendte en simpel statistisk tilgang til meget store datasæt for at identificere advarselsskilte og bevaringsmål for en stor mangfoldighed af økosystemtyper."

Det enorme geografiske omfang og lange tidslinje, der er dækket af undersøgelsen, gjorde det muligt for holdet at evaluere, hvordan store systemer reagerer på store klimachok, såsom den historiske tørke i Californien, der fandt sted fra 2012-2016, samt hvor individuelle grundvandsafhængige økosystemer kan tjene som modstandsdygtig tørkerefugia.

"Denne type undersøgelse, der dækker hele staten Californien over næsten fyrre år, er virkelig først blevet mulig i de sidste par år og viser løftet om lignende undersøgelser over et meget større geografisk område ved at bruge den tilgang, som Dr. Rohde var pioneret med, " bemærkede medforfatter, Dr. Dar Roberts fra UCSB.

Det blev opdaget, at under tørkehændelser kunne grundvandsafhængig vegetation, der opretholder en forbindelse til grundvandet, tjene som kritisk tørkerefugia for tilknyttede arter, såsom strandfugle eller fisk. Men når grundvandsniveauet dybere ud over planters rodzoner under tørke, kan disse sikre tilflugtssteder gå tabt.

"En vigtig del af denne undersøgelse er, at vi kan bruge det, vi ved om, hvor dybe rødderne af forskellige typer planter har tendens til at være til at anslå, hvilke grundvandsniveauer der er nødvendige for at opretholde økosystemets sundhed," sagde medforfatter Dr. Christine Albano fra DRI. "Vi fandt ud af, at vegetationen var sundere, hvor grundvandsniveauet var inden for ca. 1 meter fra maksimal roddybde, sammenlignet med, hvor grundvandet var dybere."

Forskerholdet håber på, at deres tilgang og resultater kan hjælpe med at informere vandforvaltningsbeslutninger i Californien og videre.

"Denne undersøgelse bevæbner grundvandsforvaltere med en intuitiv, stedspecifik foranstaltning, der kan give et datadrevet grundlag til at vejlede vandtildeling og økosystemgendannelsesindsats," sagde medforfatter og professor Kelly Caylor fra UCSB.

"Globalt er der en stigende indsats for at forvalte grundvandsressourcer til flere formål, ikke kun for at understøtte drikkevandsbehov eller højværdilandbrug. Vores arbejde giver et solidt grundlag for at udvikle klare retningslinjer for, hvordan man kan håndtere grundvandet for at understøtte en bred vifte behov inden for afløbsbassiner i Californien og videre," sagde medforfatter prof. Michael Singer fra Cardiff University.

Flere oplysninger: Melissa M. Rohde et al., Etablering af økologiske tærskler og mål for grundvandsforvaltning, Naturvand (2024). DOI:10.1038/s44221-024-00221-w

Journaloplysninger: Naturvand

Leveret af SUNY College of Environmental Science and Forestry