WI 센트럴 샌드의 물-에너지 균형에 대한 관개 및 기후 영향

Irrigation and climate impacts to the water-energy balance of the WI Central Sands

위스콘신 센트럴 샌즈에 대용량 우물이 늘어나는 것에 대한 논란이 계속되고 있습니다, 위스콘신 대학교 박사 과정 학생인 말리카 노코는 농지 이용, 관개, 기후 변화가 이 지역의 물 에너지 균형에 어떤 영향을 미치는지 연구하고 있습니다. 그녀와 그녀의 팀은 몇 가지 놀라운 결과를 발견했습니다.

물 사용 논쟁

센트럴 샌드 지역에는 1급 송어 하천이 있는데, 일부 사람들은 농업에 사용되는 대용량 우물이 늘어나면서 하천의 수위가 낮아질 것을 우려하고 있습니다. 센트럴 샌즈 지역의 한 주민은 "휴런 호수는 2000년 이후 약 11피트의 물이 사라졌다"며 "수위가 계속 낮아지고 있다"고 말합니다. 2008년에는 식수를 퍼 올리던 작은 우물이 말라버렸고, 그는 대용량 우물을 탓하고 있습니다." (알자지라 아메리카) 논쟁의 반대편에서는 이 우물로 관개되는 농업이 주에 매우 중요하며, 재배자들은 물의 순환과 그 안에서 자신의 역할을 이해하는 데 상당한 시간을 할애해 왔습니다. 여기에서 물 관리 목표와 성과에 대해 읽어볼 수 있습니다.

이전 연구 업데이트

1950년대에 대용량 우물을 이용한 지하수 관개가 가능해지기 전까지 위스콘신 센트럴 샌즈에서는 관개 농업이 널리 보급되지 않았고 수익성도 높지 않았습니다. 그 이후로 이 비교적 작은 생태 지역은 1960년 60개의 대용량 우물에서 현재 2,500개가 넘는 우물을 보유하게 되었습니다. 말리카 노코는 우물을 사용하는 관개 작물 재배 시스템에서 지하수 재충전 가능성을 연구하며 관개용수가 손실되거나 지하수로 되돌아가는지 파악하고자 합니다. 그녀는 "지금까지는 1970년대에 두 개의 라이시미터로 검증된 모델에 의존해 왔습니다. 챔프 태너(환경 생물물리학의 아버지 중 한 명)가 계량 라이시미터를 설계했고, 매우 정확했지만 여러 작물을 대상으로 대규모 연구를 수행하여 연도별 변동성을 파악하고 지역의 재충전에 대한 이해를 높여 관개 및 지하수 관리를 더 잘할 수 있기를 원했습니다."라고 설명합니다.

A researcher's hand holding a TEROS 12 soil moisture sensor over a plowed field

충전량 측정

노코는 감자와 옥수수 작물 재배 시스템에서 25개의 METER G3 배수 게이지 라이시미터를 사용하여 바도스 영역 플럭스를 캡처했습니다. 그녀는 토양 표면에서 1.4미터 깊이까지 METER 수분 함량 센서를 계층화하여 토양 수분(및 온도) 플럭스를 모니터링했습니다. 또한 미기상학( leaf area index)과 기체 교환 측정 외에도 기공 전도도를 측정하기 위해 METER SC-1 포로미터를 사용하여 증발산량(ET)을 추정했습니다.

노코와 그녀의 팀은 경작을 피하기 위해 센서를 넣어야 했기 때문에 토양 표면까지 올라오는 배수구 PVC를 연장하고 경작이나 심기 등 주요 밭 작업이 있을 때마다 제거하여 lysimeter 지역이 다른 농지와 동일한 처우를 받도록 했습니다.

루트 영역 아래

노코는 루트 영역 아래에 라이시미터를 설치하는 것이 큰 과제였다고 말합니다. "몇 가지 방법을 시도했지만 전체보다 약간 큰 구멍을 뚫을 수 있는 18인치 오거로 모든 라이시미터를 설치하기로 결정했습니다. lysimeter. 모놀리스 구역의 상단에 80cm의 트렌치를 팠습니다. 그런 다음 배수 게이지 발산 제어 튜브를 1.4m까지 두드려서 가능한 한 온전한 모놀리스를 확보했습니다. 또한 토양 수분 센서를 10, 20, 40, 80cm 간격으로 층층이 쌓았습니다. 중장비를 사용하여 모노리스를 천천히 들어 올리고 그 아래의 토양을 파낸 다음 다시 넣으면서 다양한 토양 지평을 모두 추적하고 가능한 한 벌크 밀도에 가깝게 다시 채웠습니다."

GPS로 라이시미터 찾기

일반적으로 과학자들은 라이시미터를 찾기 쉽도록 밭 가장자리에 가깝게 묻지만, 노코는 중앙 피벗 관개의 도넛 효과(관개가 밭 중앙에 더 많이 닿고 가장자리로 갈수록 관개가 줄어드는 현상)로 인해 데이터가 편향될까 봐 걱정했습니다. "처음 10개의 라이시미터를 설치했을 때는 아직 모든 것을 찾을 수 있는 방법을 찾지 못했습니다. 이 계측기는 모두 밭 가장자리에서 약 15미터 정도 떨어져 있어서 경작 중에 삼각 측량하여 찾을 수 있었습니다. 그러던 중 대학에서 0.5인치 이내의 정확도로 계측기의 위치를 찾을 수 있는 RTK GPS 시스템을 사용할 수 있는 한 과학자를 만났습니다. 그의 도움과 교육으로 나머지 라이시미터를 밭의 더 많은 임의의 지점에 설치할 수 있었습니다."

놀라운 결론

노코는 ET와 작물 생리의 차이가 지하수 재충전에서 관찰한 모든 변동성을 설명하거나 설명할 수는 없다고 말합니다. 그녀의 팀은 라이시미터에 인접한 토양에 대한 입자 크기 분석을 수행했으며, 그녀는 "토양의 상대적인 모래 함량이 클수록 더 많은 재충전을 볼 수 있을 것이라고 생각했지만 우리가 보고 있는 것은 그 반대입니다."라고 말합니다. 입자 크기 분석 결과, 잠재적 재충전량과 모래 함량 사이에 음의 선형 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다. 이 라이시미터에 모래가 많을수록 충전량이 더 많다는 뜻입니다. 제가 지금 궁금한 것은 플럭스 수렴으로 인해 미사가 많은 지점에서 더 많은 양의 재충전이 발생하는지 여부입니다. 저는 압력 트랜스듀서에서 시계열 데이터를 얻어 모래가 많은 지역의 잠재적 재충전량은 적지만 더 빨리 배수되는지 확인하려고 합니다. 선행 토양 수분 함량과 입자 크기 사이에 상관관계가 있는 것을 확인했습니다(작물 유형에 따른 상관관계는 없음). 따라서 비가 올 때 미사질 토양이 더 많은 물을 머금고 있는 것처럼 보이기도 합니다."

다음 단계는 무엇인가요?

최종적으로 Nocco는 현장에서 생성된 지하수 재충전 및 ET 추정치를 사용하여 지난 60년간의 기후 및 토지 이용 변화에 대한 수문학적 반응을 시뮬레이션하는 동적 농업 생태계 모델인 Agro-IBIS의 매개변수를 설정하고 검증할 계획입니다. 그런 다음 노코는 물 에너지 예산과 수량/기후 시뮬레이션을 위스콘신 센트럴 샌즈 지역의 이해관계자들과 공유할 것입니다.

알아보기 G3 lysimeter, SC-1 포로미터 및 METER 토양 수분 센서에 대해 알아보세요.

여러분이 좋아할 만한 사례 연구, 웨비나 및 기사

정기적으로 최신 콘텐츠를 받아보세요.

아이콘 각도 아이콘 바 icon-times