Graslanden over de hele wereld, die de meerderheid van 's werelds grazende dieren ondersteunen, zijn overgegaan naar struikgewas in een proces dat wetenschappers 'aantasting door houtachtige planten' noemen.

Beheerde begrazing van droge gebieden is de meest uitgebreide vorm van landgebruik op aarde, wat heeft geleid tot wijdverbreide inspanningen om deze trend te keren en de grasbedekking te herstellen vanwege de overtuiging dat dit ertoe leidt dat er minder water in beken en grondwaterlagen komt.

Een nieuwe studie onder leiding van Adam Schreiner-McGraw, een postdoctoraal hydrologisch onderzoeker aan de Universiteit van Californië, rivieroever, gemodelleerde struikaangroei op een glooiend landschap en kwam tot een verrassende conclusie:struikaangroei op hellingen kan de hoeveelheid water die in de grondwaterberging terechtkomt vergroten. Het effect van struiken is zo krachtig dat het zelfs de lagere jaarlijkse neerslaghoeveelheden tijdens klimaatverandering compenseert.

Tot nu, onderzoekers hebben gedacht dat houtachtige planten zoals bomen en struiken diepere wortels hebben dan gras. Dit geloof kwam voort uit wetenschappers die hun verwante studies op vlakke grond uitvoerden.

"Het is opvallend dat de samenstelling van het ecosysteem de geprojecteerde toekomstige veranderingen in het aanvullen van grondwater controleert, "Zei Schreiner-McGraw. "Dit betekent niet dat klimaatverandering niet belangrijk is, maar dat vegetatieverandering potentieel belangrijker is en iets dat wetenschappers en landbeheerders meer moeten proberen te begrijpen."

Co-auteur Hoori Ajami, een assistent-professor grondwaterhydrologie aan UC Riverside, zei dat het artikel kijkt naar de gecombineerde effecten van klimaat- en vegetatieverandering op processen voor het opladen van grondwater in droge omgevingen.

"De meeste studies tot nu toe hebben deze veranderingen afzonderlijk bekeken, "Zei Ajami. "Hier illustreren we dat de gecombineerde effecten van vegetatieverandering en klimaatverandering groter of kleiner kunnen zijn dan de som der delen."

Het binnendringen van struiken in graslanden wordt vaak als een probleem beschouwd omdat het de hoeveelheid voer die beschikbaar is voor het grazen van vee vermindert en kan leiden tot meer kale gronden en daaropvolgende toename van bodemerosie. Dit proces van het creëren van meer kale grond wordt 'xerificatie' genoemd. Klimaatverandering draagt ​​bij aan xerificatie, maar brandbestrijding en overbegrazing spelen de grootste rol.

Het is logisch dat struiken, die diepe wortelsystemen hebben, samen met dikke stengels en veel bladeren, vangen meer water op dan gras doet als het door de grond sijpelt, waardoor er minder beschikbaar water overblijft om de ondergrondse watervoerende lagen aan te vullen. Onderzoek naar "diffuus opladen, " het proces waarbij water de grondwatervoorraden over een groot gebied aanvult, lijkt dit te bevestigen voor vlakke landschappen. Xerificatie van graslanden wordt daarom als slecht beschouwd voor zowel het vee als de waterkringloop.

"We hebben dit onderzoek benaderd met een eenvoudig uitgangspunt dat topografie een rol speelt bij de herverdeling van beschikbaar water, en dit zou de resultaten van xerificatie moeten beïnvloeden, " zei co-auteur Enrique R. Vivoni, een professor aan de Arizona State University.

De groep keek naar geconcentreerd opladen, die optreedt wanneer hellingen water naar geconcentreerde gebieden leiden, zoals stroombeddingen. Stroombeddingen hebben vaak zandbodems, waardoor water snel kan infiltreren en voorkomen dat de diepgewortelde struiken het opzuigen.

Gegevens van een sterk gecontroleerde woestijnberghelling in New Mexico werden gebruikt om de effecten van aantasting door houtachtige planten en klimaatverandering op watervoorraden te simuleren. Het team ontdekte dat de struiken niet alleen de gerichte grondwateraanvulling verhoogden, maar dat ze dat zelfs deden onder omstandigheden waarin klimaatverandering de hoeveelheid regen verminderde.

Ze hebben ook een meer uitgebreide vorm van struikaantasting gemodelleerd, verdikking genoemd, waarin planten groeien in dichte opstanden zonder kale plekken, en gevonden, zoals in eerder vlak landschapsonderzoek, de struiken verminderden ook de hoeveelheid grondwateraanvulling op hellingen.

Op hellingen, kale grond tussen stukken struiken is nodig om water in stroombeddingen te drijven. Verhoogde afvoer verhoogt gerichte grondwateraanvulling.

"We waren verrast toen we ontdekten dat een overgang van grasland naar struikgewas de duurzaamheid van grondwaterlagen kan vergroten, "zei Schreiner-McGraw. "De beste manier om geconcentreerd opladen in dit systeem te vergroten, is door de hoeveelheid afvloeiing van hellingen die geconcentreerd wordt in de stroombeddingen te vergroten."

Klimaatverandering zal hoogstwaarschijnlijk de grondwateraanvulling vergroten door regenbuien groter te maken, maar minder frequent. Grotere stormen vergroten de hoeveelheid afvoer die zandbodemkanalen bereikt en verhogen de grondwateraanvulling. Bevindingen uit deze studie suggereren dat vegetatie in de toekomst ook een belangrijke rol zal spelen bij de grondwateraanvulling.

Hoewel de studie plaatsvond in New Mexico, Schreiner-McGraw zei dat het van toepassing is op vergelijkbare omgevingen. Grote delen van Californië zijn ook woestijn savannes. Zuid-Californië en de Central Valley hebben landvormen die lijken op die van de studielocatie in New Mexico. Deze gebieden kunnen vergelijkbare hydrologische processen ondergaan, hoewel atmosferische rivieren stormen veroorzaken die heel anders zijn dan moessonstormen, dus meer onderzoek is nodig.

"De studie benadrukt de rol van langetermijnmonitoring bij het begrijpen van de waterbalansdynamiek van stroomgebieden, en de rol die procesgebaseerde modellering speelt bij het begrijpen van systeemdynamiek, ' zei Ajami.