Consultare uno scienziato ambientale

Erba canadese dell'Oklahoma: Come i sistemi radicali più profondi influenzano la ricarica delle acque sotterranee e il ciclo dell'acqua

Oklahoma switchgrass: How deeper root systems affect groundwater recharge and the water cycle

A volte vengono forniti incentivi governativi per convertire i terreni marginali alla switchgrass , Michael Wine, ricercatore del New Mexico Tech, ha voluto indagare se l'apparato radicale più profondo della switchgrass avrebbe influenzato il ciclo dell'acqua sia durante che dopo l'insediamento della coltura.

L'erba da taglio è una delle principali scelte per la produzione di materie prime bioenergetiche, ma piantarla come monocoltura può avere un impatto negativo sui tassi di infiltrazione. Questo può rappresentare un problema significativo nelle aree che non ricevono spesso eventi di ricarica delle falde acquifere. Quando Wine ha iniziato la sua indagine, però, ha capito che bisognava considerare molti fattori per determinare la posizione ottimale per l'installazione dei sensori.

Ricarica dell'acquifero

Wine ha utilizzato i lisimetri METER G3 per determinare il drenaggio profondo sotto la vegetazione naturale, il grano e la gramigna per migliorare la comprensione del ciclo idrico di base e del bilancio idrico associato a una monocoltura di gramigna a Woodward, Oklahoma. Ha inserito i lisimetri e alcuni sensori di umidità del suolo METER nell'acquifero alluvionale del Beaver-North Canadian River per analizzare la ricarica, ma ha incontrato difficoltà nell'installazione dei sensori fin dall'inizio.

Considerazioni sul clima

Una cosa che Wine ha imparato è che i biocarburanti non hanno molto successo nel suo luogo di ricerca: non c'era abbastanza acqua per sostenere la switchgrass.

Dice: "La maggior parte dei luoghi qui può non avere una ricarica da precipitazioni per molti anni. Ma ci sono siti, come gli ambienti subumidi, in cui si potrebbe avere un'infiltrazione molto abbondante in un tempo molto breve". Col senno di poi, Wine dice che "avrebbe aumentato l'uso dei dati preliminari per determinare in modo più efficiente la frequenza degli eventi di ricarica".

Utilizzare i dati preliminari per aiutare la strumentazione del sito

Wine ha imparato che è importante pensare alla costante di tempo del sistema quando si posiziona la strumentazione e che i dati preliminari sono fondamentali. Prima di installare i sensori, ho fatto un bilancio di massa del cloruro che mi ha aiutato a determinare dove installare i lisimetri". Aveva previsto di collocarli nei bacini idrografici della USDA-ARS Southern Plains Range Research Station, ma il bilancio di massa del cloruro ha mostrato che in quel sito non c'era stato un evento di ricarica negli ultimi 200 anni. Ha quindi scelto di installare i lisimetri presso la USDA-ARS Southern Plains Experimental Range, situata nell'acquifero alluvionale del Beaver-North Canadian River, un sito con un terreno più grossolano e una maggiore permeabilità.

Wine ritiene inoltre che la modellazione numerica avrebbe potuto essere utile per determinare il posizionamento. "Nella collocazione degli strumenti, la modellazione numerica sarebbe stata di grande aiuto perché avremmo potuto prevedere la probabilità e la frequenza degli eventi di ricarica. Quindi penso che i dati preliminari, il modello numerico e i traccianti ambientali possano essere utili per stabilire dove posizionare i lisimetri e i sensori di umidità del suolo".

Vicinanza al sito di ricerca

Un'altra sfida era rappresentata dal fatto che i ricercatori si trovavano a Stillwater, in Oklahoma, lontano dal sito di ricerca. L'esperimento era protetto da recinzioni, ma dopo lunghe assenze, Wine doveva spesso riparare i danni causati dal bestiame. "Devo davvero riconoscere che questi strumenti possono essere calpestati numerose volte dalle mucche e che il vano batteria si è riempito d'acqua", dice Wine. "Bastava spolverarli, asciugarli, inserire nuove batterie e funzionavano alla grande".

Wine aggiunge che i ricercatori devono considerare la distanza tra il loro ufficio e il sito di ricerca: nel suo caso, infatti, le mucche sarebbero state un problema minore se si fosse trattato di un tragitto di quindici minuti invece che di tre ore a testa. Aggiunge: "La scelta di un sito di ricerca vicino ci avrebbe permesso una maggiore flessibilità nei nostri metodi sperimentali; ad esempio, con un sito vicino avremmo potuto condurre più facilmente simulazioni di precipitazioni artificiali se un particolare anno si fosse rivelato troppo secco per il verificarsi di eventi di ricarica naturale".

La corretta collocazione delle apparecchiature fa la differenza

Una volta determinato il corretto posizionamento degli strumenti, Wine fu finalmente in grado di ottenere alcuni dati interessanti.

Ci sono grandi impulsi di ricarica concentrata che si verificano in certi luoghi e abbiamo quantificato uno di questi impulsi dopo una tempesta con uno dei lisimetri. Abbiamo circa un anno di dati. Poiché abbiamo installato i lisimetri in siti adiacenti in alto (ricarica diffusa) e in basso (ricarica concentrata), siamo riusciti a osservare grandi differenze tra i flussi di ricarica in questi siti vicini".

Il piano di Wine è di vedere se è possibile replicare i risultati dell'esperimento di lysimeter utilizzando la modellazione numerica, perché, dice, "i dati sembrano ragionevoli, ma vorrei confermare le misurazioni a causa delle mucche che giocano con il nostro sito". Wine è entusiasta perché questi lisimetri stanno producendo le prime misurazioni fisiche dirette della ricarica diffusa e concentrata delle acque sotterranee nell'acquifero alluvionale del Beaver-North Canadian River ed è ottimista sul fatto che la sua modellazione numerica possa corrispondere a questa serie temporale unica di misurazioni fisiche dirette della ricarica delle acque sotterranee.

Leggi lo studio di Michael Wine in Ecologia e gestione delle foreste

Scoprire il G3 lysimeter

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