スイッチグラスは、バイオエネルギー原料生産の有力な選択肢であるが、モノカルチャーとして植栽すると、浸透率に悪影響を及ぼす可能性がある。これは、地下水の涵養が頻繁に起こらない地域では大きな問題となる。しかし、ワインが調査を始めると、センサーの設置に最適な場所を決めるには、多くの要素を考慮する必要があることがわかった。
Wine氏は、オクラホマ州ウッドワードのスイッチグラス単一栽培に関連するベースラインの水循環と水収支の両方の理解を深めるため、METERG3 ライシメータを使用して、自然植生、小麦、スイッチグラスの下での深部排水量を測定した。彼は涵養量を調べるため、ライシメーターとMETER社製の土壌水分センサーをビーバー・ノース・カナディアン・リバー沖積帯水層に設置したが、当初からセンサーの設置に難題があった。
ワインが学んだことのひとつは、彼の研究場所ではバイオ燃料はあまり成功しないということだった。
ほとんどの場所では、何年もの間、降水による涵養はないでしょう。しかし、亜湿潤な環境などでは、非常に短期間に大量の浸透が起こるような場所もあります」。今にして思えば、ワインは「涵養イベントの頻度をより効率的に決定するために、予備データの利用を増やしただろう」と言う。
ワインは、計器を設置する際にはシステムの時定数を考えることが重要であること、そして予備データが重要であることを学んだ。センサーを設置する前に、塩化物のマスバランスを測定し、リシメーターを設置する場所を決めるのに役立てました。彼はUSDA-ARSサザン・プレインズ・レンジ・リサーチ・ステーションの流域に設置する予定だったが、塩化物マスバランスの結果、その場所では過去200年間涵養が起こっていないことがわかった。そこで彼は、ビーバー・ノース・カナディアン・リバー沖積帯水層に位置するUSDA-ARSサザン・プレインズ実験場にリシメーターを設置することにした。
ワインはまた、数値モデリングが設置場所の決定に役立ったと考えている。「数値モデリングがあれば、涵養イベントの可能性や頻度を予測することができたからです。ですから、予備データ、数値モデリング、環境トレーサーはすべて、リシメータや土壌水分センサーの設置場所の決定に役立つと思います」。
もうひとつの課題は、研究者たちが研究場所から遠く離れたオクラホマ州スティルウォーターにいたことだ。実験はフェンスで守られていたが、長期不在の後、ワインはしばしば牛による損傷を修復しなければならなかった。「牛に何度も踏みつけられたり、電池室が水でいっぱいになったりすることもあるのです」とワインは言う。「埃を払い、乾燥させ、新しい電池を入れるだけで、とてもよく動くようになった。
というのも、彼の場合、車で片道3時間ではなく、15分程度の距離であれば、牛の問題はそれほど大きくならなかったからだ。例えば、特定の年が乾燥しすぎて自然涵養が起こりにくいことが判明した場合、近くに研究場所があれば、人工降雨のシミュレーションをより簡単に行うことができたでしょう」。
ワインが観測機器の正しい配置を決めると、彼はようやく興味深いデータを得ることができた。
特定の場所で集中涵養の大きなパルスが発生することがあり、私たちはライシメーターのひとつを使って嵐の後のパルスのひとつを定量化しました。約1年分のデータがあります。隣接する高地(拡散性涵養)と低地(集中性涵養)にライシメータを設置したので、これらの近接した場所での涵養フラックスの大きな違いを観測することに成功しました」。
ワイン氏の計画は、数値モデリングを使ってlysimeter の実験結果を再現できるかどうかを確認することである。「データは妥当なように見えるが、牛が私たちのサイトで大混乱を起こすため、測定値を確認したい」と彼は言う。ワインは、これらのライシメーターがビーバー・ノース・カナディアン・リバー沖積層帯水層における拡散性・集中性地下水涵養の初の直接的物理計測結果をもたらしていることに興奮しており、数値モデリングがこのユニークな地下水涵養の直接的物理計測の時系列と一致することを楽観視している。
フォレスト・エコロジー&マネジメント』誌のマイケル・ワインの研究を読む
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