Wetenschap
Vloeipunten:een nieuwe methode voor het beheer van watervoorraden in bossen
Vegetatie speelt een cruciale rol bij het reguleren van het percentage neerslag dat de grond bereikt om de wortelsystemen van planten, zowel in het bladerdak als in de ondergroei, te voeden, waardoor het voortbestaan van het hele bosecosysteem wordt ondersteund. Water komt via meerdere mechanismen op de grond terecht, waaronder doorval (water dat rechtstreeks door het bladerdak valt) of stemflow (water dat langs stengels en stammen stroomt), terwijl een deel ervan wordt onderschept door de bladeren van het bladerdak en het grondniveau niet bereikt.
Nieuw onderzoek, gepubliceerd in Water Resources Research , heeft zich geconcentreerd op vloeipunten, plekken waar water dat onder de takken doorstroomt, loslaat. Deze onderscheiden zich van de grote druppels die van de bladeren vallen, de zogenaamde druppelpunten.
Een stolpunt wordt gevormd wanneer de regendruppels, aanvankelijk opgevangen door bladeren of de bovenste helft van de tak, naar de onderkant van de takken stromen, samenvloeien met andere druppels om een beekje te vormen, maar vallen voordat ze deel gaan uitmaken van de stengelstroom.
Het loskomen van het beekje kan plaatsvinden waar meerdere takken samenkomen of waar een enkele tak van hoek verandert, wat leidt tot een vloeipunt. Deze zijn belangrijk omdat ze op vaste punten het water dat vanuit het bladerdak naar de bosbodem wordt ontvangen, aanzienlijk vergroten, waardoor een betere infiltratie van water naar de grond wordt ondersteund.
Het volume water dat op de vloeipunten wordt ontvangen, wordt beïnvloed door een aantal factoren, zoals de structuur van de takken, het bladoppervlak (bladvorming) en de hoeveelheid neerslag. De grotere waterdruppels die op deze punten voorkomen, hebben meer kinetische energie dan normale regenval, wat betekent dat ze bij impact meer uitgesproken dieptepunten in de bodem creëren, waardoor de infiltratie-efficiëntie toeneemt.
Onderzoek naar banksiabossen in West-Australië, Ashvanth Kunadi, een Ph.D. onderzoeker aan de Universiteit van West-Australië, en collega's combineerden veldgegevens met experimenten met regenvalsimulatie om de rol van vloeipunten te bepalen in bossen die beperkte regenval ontvangen, vergelijkbaar met die in andere mediterrane regio's (hete, droge zomers en milde natte winters). Kenmerken van dit onderzoek zijn ook waargenomen bij vijgenbomen, Amerikaanse beuken en eiken.
Ashvanth legde uit dat de aanvankelijke interesse in het onderwerp ontstond terwijl hij tijdens een regenbui onder een vijgenboom zat. Ashvanth merkte dat het water dat onder een tak stroomde "op een bepaald punt voortdurend losliet en de plas onder dat punt groeide."
"Dit wekte mijn interesse. Er is een watertekort in het zuidwesten van West-Australië, en we zijn sterk afhankelijk van grondwater. Als bomen, in plaats van alleen maar de regen tegen te houden, feitelijk meer water naar de grond eronder zouden leiden, dan zou onze opvatting van hun impact zou fundamenteel veranderen."
Ashvanth vervolgde de betekenis van dit onderzoek verder en vervolgde:"Ik zou zeggen dat de hoeveelheid en ruimtelijke verdeling van de regen die uit de lucht valt fundamenteel wordt veranderd door de aanwezigheid van een bladerdak. We hebben geen goed begrip van 1) waar een bepaald volume water naartoe gaat en 2) waarom. Gietpunten zijn een toegangspoort tot het begrijpen van de waterstroom door een boom.
“Afgezien van deze grootse ambitie, kunnen gebieden waar de regenstromen geconcentreerd zijn (zoals bij vloeipunten) 1) biologische hotspots creëren (water is een voorwaarde voor leven), 2) plaatsen afbakenen van verbeterde en diepere infiltratie, en 3) kunnen een een aanzienlijk deel van de totale regenstroom die de grond bereikt (dus als je de stroom negeert, onderschat je de hoeveelheid water die je systeem krijgt en die fout plant zich verder in de analyse voort)."
Het team plaatste regenmeters onder zestien vermoedelijke stolpunten van de twee codominante banksia-soorten in de bossen:Banksia menziesii en Banksia attenuata, en nog eens zes onder takken waar niet aan de voorwaarden werd voldaan om een stolpunt te creëren ('negatieve' test). een periode van twee jaar. Daarnaast werden vijf Banksia menziesii-takken (vier met vermoedelijke stolpunten en één 'negatief') bestudeerd onder gecontroleerde omstandigheden in een regensimulatieopstelling.
Deze regensimulatie-opstelling bleek bijzonder uitdagend om alle variabelen te behouden, zoals Ashvanth onthult:"Er waren zoveel dingen om bij te houden:is de hoek van de tak stabiel, zwaait de tak, is er voldoende water in de regensimulator, is er voldoende water in de regensimulator? de druk constant, heb ik foto's en video's gemaakt van interessante verschijnselen, heb ik de bladeren goed ontbladerd?
"Bovendien zijn de takken niet ontworpen om uit de stam te worden gesneden, dus als de zon schijnt, kan de tak beter nat zijn of is hij dood. Daarom zou ik van ongeveer 08.00 uur tot 22.00 uur alleen maar regensimulaties doen. … het was absoluut waanzinnig, maar absoluut de moeite waard."
Banksia-bladeren hebben een groot oppervlak, een hoge stijfheid en een hoek die het kanaliseren van water naar de stengels vergemakkelijkt, in plaats van van de bladeren te druipen. Ze ontdekten dat de regenopvang vanaf de stolpunten 1,5 tot 15 keer zo groot was als de omringende regenval en doorval, en meestal groter was dan de stamafvoer.
Uit de regensimulatie-experimenten hebben de wetenschappers vastgesteld dat een tak met een hoge bladbedekking een grotere waterstroom ondervond bij het vloeipunt. Deze flux was minder gevoelig voor veranderingen in de vertakkingshoek. Fluxen van een volledig bladrijke tak leken ongevoelig voor hoekveranderingen, maar toen een derde van de bladeren werd verwijderd, werd de verdeling van het water tussen de stengelstroom en de vloeipunten aanzienlijk beïnvloed door veranderingen in de takhoek.
Hoewel er in dit experiment geen overtuigende optimale vertakkingshoek voor vloeipuntinitiatie werd gevonden, onthult Ashvanth dat dit voortdurend werk is voor het onderzoeksteam. "Een van de negatieve testpunten, waar we dachten dat de noodzakelijke, niet voldoende omstandigheden aanwezig waren, had een heel kleine verandering in de vertakkingshoek (~ <5°). Maar dit was voldoende om een stolpunt te veroorzaken. Dat betekent echter niet dat er sprake is van een Een verandering van 5° zal een stolpunt veroorzaken.
"We werken momenteel aan een ander artikel waarin we geïdealiseerde experimenten doen om deze exacte vraag te beantwoorden. We hebben PVC-buizen gebruikt om de heterogeniteit op het oppervlak van natuurlijk voorkomende takken te verwijderen en vervolgens water over het oppervlak laten stromen om te zien wat er gebeurt. Daar Er zit ook veel coole theoretische ontwikkeling in, dus houd daar zeker rekening mee."
Door het watergehalte van de bodem direct onder de stolpunten te meten, ontdekte het onderzoeksteam dat 20% tot 30% van het seizoensgebonden neerslagvolume hier tot een diepte van 1 meter was geïnfiltreerd, vergeleken met slechts 5% in controletestgebieden ver weg van de stolpunten. Dit maakt vloeipunten tot belangrijke zones voor het aanvullen en opslaan van grondwater in het bosecosysteem, hoewel op de onderzoekslocatie één stolpunt per ~30 m 2 werd geïdentificeerd. , overeenkomend met de verspreiding van banksiabomen, zijnde gemiddeld één stolpunt per boom.
Deze specifieke onderzoekslocatie in West-Australië is belangrijk omdat deze boven een belangrijke bron van grondwater ligt die de bevolking van Perth van water voorziet. Daarom is het vermogen van vloeipunten om de grondwatervoorraden op deze locatie (en op andere locaties via andere bomen wereldwijd) mogelijk aan te vullen, van cruciaal belang voor het ondersteunen van het waterbeheer, zowel voor de bossen als voor de mensheid.
"Als soort streven we er voortdurend naar om onszelf en de natuurlijke wereld om ons heen beter te begrijpen", besluit Ashvanth.
“We conceptualiseren ons begrip van de wereld als systemen, en deze systemen zijn noodzakelijke vereenvoudigingen van de oneindig complexe wereld. Een van deze systemen is de watercyclus, en onderschepping is volgens ons potentieel het minst begrepen deel van de watercyclus. Als we kunnen Door vloeipuntgedrag te voorspellen en te begrijpen, kunnen we dichter bij het uitzoeken van de waterstroom door bomen komen, zodat we een beter beeld krijgen van het onderscheppingssysteem en uiteindelijk van de watercyclus van de aarde."