Switchgrass aus Oklahoma: Wie tiefere Wurzelsysteme die Grundwasseranreicherung und den Wasserkreislauf beeinflussen
Manchmal gibt es staatliche Anreize, um marginales Land in Switchgrass umzuwandeln , Der Forscher Michael Wine von der New Mexico Tech wollte untersuchen, ob das tiefere Wurzelsystem von Switchgrass den Wasserkreislauf während und nach der Anpflanzung beeinflussen würde.
Switchgrass ist eine führende Wahl für die Produktion von Bioenergie-Rohstoffen, aber die Anpflanzung als Monokultur kann die Infiltrationsraten negativ beeinflussen. Dies kann in Gebieten, in denen die Grundwasserneubildung nicht häufig erfolgt, ein großes Problem darstellen. Als Wine mit seiner Untersuchung begann, stellte er jedoch fest, dass bei der Bestimmung des optimalen Standorts für die Installation der Sensoren viele Faktoren berücksichtigt werden müssen.
Grundwasseranreicherung
Wine verwendete METER G3 Lysimeter, um die Tiefenentwässerung unter natürlicher Vegetation, Weizen und Switchgrass zu bestimmen, um unser Verständnis sowohl des grundlegenden Wasserkreislaufs als auch des Wasserhaushalts im Zusammenhang mit einer Switchgrass-Monokultur in Woodward, Oklahoma, zu verbessern. Er setzte die Lysimeter und einige METER-Bodenfeuchtesensoren in den Beaver-North Canadian River Alluvial Aquifer ein, um die Anreicherung zu untersuchen, stieß aber von Anfang an auf Probleme bei der Installation der Sensoren.
Klima-Überlegungen
Eine Sache, die Wine lernte, war, dass Biokraftstoffe an seinem Forschungsstandort nicht sehr erfolgreich sind - es gab nicht genug Wasser, um support switchgrass.
Er sagt: "An den meisten Orten hier kann es über viele Jahre hinweg zu keiner Anreicherung von Niederschlägen kommen. Aber es gibt Orte, wie z.B. subhumide Umgebungen, an denen man in sehr kurzer Zeit eine große Menge an Infiltration erhalten kann. Im Nachhinein sagt Wine, dass er "die vorläufigen Daten besser genutzt hätte, um die Häufigkeit der Anreicherungsereignisse effizienter zu bestimmen."
Vorläufige Daten als Hilfe für den Standort der Instrumente verwenden
Wine hat gelernt, dass es wichtig ist, die Zeitkonstante Ihres Systems zu berücksichtigen, wenn Sie die Messgeräte aufstellen, und dass vorläufige Daten entscheidend sind. Er sagt: "Vor der Installation der Sensoren führte ich eine Chlorid-Massenbilanz durch, die mir half zu bestimmen, wo ich die Lysimeter installieren sollte." Er hatte geplant, sie an den Wassereinzugsgebieten der USDA-ARS Southern Plains Range Research Station aufzustellen, aber die Chlorid-Massenbilanz zeigte, dass es an diesem Standort in den letzten 200 Jahren kein Anreicherungsereignis gegeben hatte. Daher entschied er sich, die Lysimeter auf der USDA-ARS Southern Plains Experimental Range im Beaver-North Canadian River Alluvial Aquifer zu installieren, einem Standort mit gröberem Boden und höherer Durchlässigkeit.
Wine ist auch der Meinung, dass numerische Modelle bei der Bestimmung der Platzierung nützlich gewesen wären. "Bei der Platzierung der Instrumente wären numerische Modelle eine große Hilfe gewesen, weil wir die Wahrscheinlichkeit und Häufigkeit von Anreicherungsereignissen hätten vorhersagen können. Ich denke also, dass vorläufige Daten, numerische Modelle und Umwelttracer bei der Entscheidung helfen können, wo diese Lysimeter und Bodenfeuchtesensoren platziert werden sollten.
Nähe zum Forschungsstandort
Eine weitere Herausforderung bestand darin, dass sich die Forscher in Stillwater, Oklahoma, weit entfernt von ihrem Forschungsstandort befanden. Das Experiment war durch Zäune geschützt, aber nach längerer Abwesenheit musste Wine oft Schäden reparieren, die von Rindern verursacht worden waren. "Ich muss es diesen Instrumenten wirklich lassen, dass sie mehrmals von Kühen zertrampelt werden können und sich das Batteriefach mit Wasser füllt", sagt Wine. "Man musste sie nur abstauben, abtrocknen, neue Batterien einlegen und sie funktionierten großartig."
Wine fügt hinzu, dass Forscher die Entfernung zwischen ihrem Büro und ihrem Forschungsstandort berücksichtigen müssen, denn in seinem Fall wären die Kühe weniger ein Problem gewesen, wenn die Fahrt nur fünfzehn Minuten statt drei Stunden pro Strecke gedauert hätte. Er fügt hinzu: "Die Wahl eines nahegelegenen Forschungsstandorts hätte uns zusätzliche Flexibilität bei unseren Versuchsmethoden ermöglicht. So hätten wir zum Beispiel leichter künstliche Regensimulationen durchführen können, wenn sich ein bestimmtes Jahr als zu trocken für eine natürliche Anreicherung erwiesen hätte."
Die richtige Platzierung der Geräte macht den Unterschied
Nachdem Wine die richtige Platzierung seiner Instrumente bestimmt hatte, konnte er endlich einige interessante Daten erhalten.
Er sagt: "Es gibt an bestimmten Orten große Impulse der konzentrierten Anreicherung, und wir haben einen dieser Impulse nach einem Sturm mit einem der Lysimeter quantifiziert. Wir haben die Daten von etwa einem Jahr. Da wir Lysimeter an benachbarten Standorten im Hochland (diffuse Anreicherung) und im Tiefland (konzentrierte Anreicherung) installiert haben, konnten wir große Unterschiede zwischen den Anreicherungsflüssen an diesen nahe gelegenen Standorten beobachten."
Wine plant zu sehen, ob er die Ergebnisse des lysimeter Experiments mit Hilfe von numerischen Modellen wiederholen kann, denn er sagt: "Die Daten sehen vernünftig aus, aber ich würde die Messungen gerne bestätigen, da die Kühe unserem Standort übel mitgespielt haben." Wine ist begeistert, da diese Lysimeter die ersten direkten physikalischen Messungen der diffusen und konzentrierten Grundwasserneubildung im Beaver-North Canadian River Alluvial Aquifer liefern, und er ist optimistisch, dass seine numerische Modellierung mit dieser einzigartigen Zeitreihe direkter physikalischer Messungen der Grundwasserneubildung übereinstimmen wird.
Lesen Sie die Studie von Michael Wine in Forest Ecology and Management
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