Pour points:En ny metode til forvaltning af skov vandressourcer

Undersøgelse af banksia skove i det vestlige Australien, Ashvanth Kunadi, en ph.d. forsker ved University of Western Australia og kolleger kombinerede feltdata med nedbørssimuleringseksperimenter for at bestemme rollen af ​​hældepunkter i skove, der modtager begrænset nedbør, svarende til dem i andre middelhavsregioner (varme tørre somre og milde våde vintre). Faktisk er træk ved denne undersøgelse også blevet observeret på figentræer, amerikanske bøgetræer og egetræer.

Da Ashvanth forklarede, at den første interesse for emnet kom, mens han sad under et figentræ under et regnskyl, bemærkede Ashvanth, at vand, der strømmede under en gren, "kontinuerligt løsnede sig på et bestemt tidspunkt, og vandpytten under dette punkt voksede."

"Dette vakte min interesse. Der er vandmangel i den sydvestlige del af det vestlige Australien, og vi er stærkt afhængige af grundvand. Hvis træer i stedet for bare at stoppe regnen rent faktisk kanalisere mere vand til jorden under dem, så er vores opfattelse af deres virkningen ville fundamentalt ændre sig."

Yderligere detaljerede betydningen af ​​denne forskning, fortsatte Ashvanth, "Jeg vil sige, at mængden og den rumlige fordeling af regn, der falder fra himlen, ændres fundamentalt af tilstedeværelsen af ​​en trækrone. Vi har ikke en god forståelse af 1) hvor en vis mængde vand skal gå og 2) hvorfor hældepunkter er en indgang til at forstå vandstrømmen på et træ.

"Bortset fra den store ambition kan områder, hvor nedbørsstrømmene er koncentreret (såsom ved flydepunkter) 1) skabe biologiske hotspots (vand er en forudsætning for liv), 2) afgrænse steder med øget og dybere infiltration, og 3) kan repræsentere en betydelig del af den samlede nedbørsflux, der når jorden (så hvis du ignorerer fluxen, undervurderer du mængden af ​​vand, dit system får, og den fejl forplanter sig længere ind i analysen)."

Holdet placerede regnmålere under 16 formodede hældepunkter for de to codominante banksia-arter i skovene:Banksia menziesii og Banksia attenuata, og yderligere seks under grene, hvor betingelserne ikke var opfyldt for at skabe et hældepunkt ('negativ' test), over en toårig periode. Derudover blev fem Banksia menziesii-grene (fire med mistænkte hældepunkter og en 'negativ') undersøgt under kontrollerede forhold i en regnsimuleringsopsætning.

Denne opsætning af nedbørssimulering viste sig at være særlig udfordrende at vedligeholde alle variablerne, som Ashvanth afslører, "Der var så mange ting at holde styr på:er grenvinklen stabil, svajer grenen, er der vand nok i regnsimulatoren, er trykket konstant, har jeg taget billeder og videoer af interessante fænomener, har jeg afløvet bladene ordentligt?

"Oven i købet er grenene ikke designet til at blive skåret fra stammen, så hvis solen er ude, må grenen hellere være våd, eller den er død. Følgelig, fra omkring kl. … det var helt sindssygt, men fuldstændig det værd."

Banksia-blade har et stort overfladeareal, høj stivhed og en vinkel, der letter kanaliseringen af ​​vand ned på stænglerne i stedet for at dryppe af bladene. De fandt ud af, at regnopsamlingen fra hældepunkter var 1,5 til 15 gange så stor som den omgivende nedbør og gennemløb og normalt var større end stængelstrømmen.

Ud fra nedbørssimuleringsforsøgene fastslog forskerne, at en gren med høj bladdækning oplevede større vandstrøm ved flydepunktet. Denne flux var mindre følsom over for ændringer i grenvinklen. Fluxer fra en fuldt folieret gren virkede ufølsom over for vinkelændringer, men når en tredjedel af bladene blev fjernet, blev opdelingen af ​​vand mellem stilkflow og hældepunkter væsentligt påvirket af ændringer i grenvinklen.

Selvom der ikke blev fundet nogen endelig optimal grenvinkel for hældepunktsinitiering i dette eksperiment, afslører Ashvanth, at dette er igangværende arbejde for forskerholdet. "Et af de negative testpunkter, hvor vi mente, at de nødvendige ikke-tilstrækkelige forhold var til stede, havde en virkelig lille grenvinkel (~ <5°) ændring. Men dette var tilstrækkeligt til at forårsage et flydepunkt. Det betyder dog ikke nogen 5° ændring vil forårsage et flydepunkt.

"Vi arbejder i øjeblikket på et andet papir, hvor vi laver idealiserede eksperimenter for at besvare dette præcise spørgsmål. Vi har brugt PVC-rør til at fjerne den heterogenitet, der findes på overfladen af ​​naturligt forekommende grene og derefter fået vand til at løbe på overfladen for at se, hvad der sker. er også en masse fed teoretisk udvikling der, så hold helt sikkert øje med det."

Ved at måle vandindholdet i jorden direkte under hældepunkter fandt forskerholdet, at 20%-30% af årstidens nedbørsmængde infiltreret til en dybde på 1 m her, sammenlignet med kun 5% i kontroltestområder væk fra hældepunkter. Dette gør hældepunkter til vigtige zoner for genopfyldning og lagring af grundvand i skovens økosystem, selvom der på undersøgelsesstedet blev identificeret et hældepunkt pr. ~30 m ² , der matcher fordelingen af ​​banksiatræer, idet det i gennemsnit er ét hældepunkt pr. træ.

Dette særlige studiested i det vestlige Australien er vigtigt, da det ligger over en betydelig grundvandskilde, der forsyner befolkningen i Perth. Derfor er hældepunkters evne til potentielt at genoplade grundvandsforsyninger på dette sted (og på andre via andre træer globalt) afgørende for at understøtte vandressourceforvaltning både for skove og menneskeheden.

"Som art stræber vi hele tiden efter bedre at forstå os selv og den naturlige verden omkring os," konkluderer Ashvanth.

"Vi begrebsliggør vores forståelse af verden som systemer, og disse systemer er nødvendige forenklinger af den uendeligt komplekse verden. Et af disse systemer er vandets kredsløb, og aflytning mener vi potentielt er den mindst forståede del af vandkredsløbet. Hvis vi kan forudsige og forstå hældepunktsadfærd, kan vi bevæge os tættere på at finde ud af strømmen af ​​vand på træer, så vi har en bedre opfattelse af aflytningsystemet og i sidste ende Jordens vandkredsløb."

Flere oplysninger: Ashvath S. Kunadi et al, Introducing Pour Points:Characteristics and Hydrologic Significance of a Rainfall-Concentrating Mechanism in a Water-Limited Woodland Ecosystem, Water Resources Research (2024). DOI:10.1029/2023WR035458

Journaloplysninger: Vandressourceforskning

© 2024 Science X Network