Dr Wafa Al Yamani pracowała dla Agencji Ochrony Środowiska Abu Dhabi, która zawarła umowę z Plant and Food Research w Nowej Zelandii w celu zbadania wykorzystania oczyszczonych ścieków i wód gruntowych do nawadniania lasów pustynnych wzdłuż autostrad.

Lasy pustynne

Zjednoczone Emiraty Arabskie odsalają całą wodę dla swoich miast, więc trzeciorzędne oczyszczone ścieki z tych miast mogą być opłacalnym zasobem, zastępując niektóre wody gruntowe do nawadniania lasów pustynnych. Lasy te pełnią szeroki zakres usług ekosystemowych, od stabilizacji piasku wzdłuż wszystkich autostrad w Zjednoczonych Emiratach Arabskich po ochronę dużej różnorodności biologicznej. Z lasami związany jest również aspekt kulturowy. Pierwotny władca ZEA, szejk Zayed, rozpoczął w latach 70. program "zazieleniania pustyni", więc ludzie postrzegają pustynne lasy jako dziedzictwo swojego założyciela.

Pomiar zużycia wody

Dr Al Yamani i jej promotor, dr Brent Clothier, postawili sobie za cel zminimalizowanie zużycia wód gruntowych i zmaksymalizowanie ich wartości poprzez ilościowe określenie potrzeb nawadniania pięciu najważniejszych gatunków lasów pustynnych w Zjednoczonych Emiratach Arabskich. Chcieli również określić wpływ oczyszczonych ścieków na wzrost i zdrowie lasów. Do zbadania działania systemu nawadniania kropelkowego wykorzystano mini infiltrometry dyskowe METER. Dr Clothier mówi: "Gleby te mają przewodność hydrauliczną od 2 do 5 metrów na godzinę. Są to wysoce przepuszczalne piaski pustynne. Możemy dowiedzieć się, jak szeroka jest bańka (zwilżony obszar pod kroplownikiem irygacyjnym) i jak głęboko woda będzie się przemieszczać, używając infiltrometru do zbadania właściwości hydraulicznych gleby".

Dowiedz się więcej o przyrządach do pomiaru przewodności hydraulicznej METER Field

Dr Clothier opracował również oprogramowanie do przewidywania ruchu wody w kierunku promieniowym, w zależności od głębokości i czasu, w którym kroplowniki są włączone. Komentuje: "Mamy teraz konfigurację dwóch kroplowników na drzewo i wykorzystamy to w przyszłości do modelowania, w jaki sposób drzewa pobierają wodę ze strefy korzeniowej".

Naukowcy wykorzystali metodę impulsów cieplnych do pomiaru zużycia wody przez drzewa poprzez porównanie przepływu soków z zapotrzebowaniem na parowanie (ETo). Wykorzystali reflektometrię w dziedzinie czasu (TDR) do pomiaru wilgotności gleby (zawartości wody) i opracowali "lekki kij" wykorzystujący czujniki światła do wykrywania obszaru cienia drzew w celu pomiaru powierzchni liści drzew w celu przewidywania współczynnika uprawy, który umożliwi przewidywanie zużycia wody przez drzewa na podstawie ETo.

Dr Clothier mówi: "Zrobiliśmy to na dwóch głowicach i możemy użyć równania Woodingsa do rozwiązania nachylenia wykładniczej krzywej przewodności. Dzięki temu mogę z czasem przewidzieć ruch frontu zwilżania z dala od kroplownika. Jest to bardzo przydatne do określenia objętości gleby, którą zwilżamy. Dzięki temu wiemy, czy powinniśmy mieć jeden czy dwa kroplowniki. W tym lesie uważamy, że możemy zrezygnować z dwóch kroplowników, ponieważ jeśli nawadniamy przez dwie godziny, promień mokrego frontu wyniesie 20 cm, a głębokość około 40 cm, co jest wystarczającą ilością wody dla korzeni drzew". Dr Clothier twierdzi, że wokół kroplowników zbudowano również niewielki wał, aby w przypadku hydrofobowości lub nierównego piasku woda mogła zatrzymać się wewnątrz strefy kroplowania.

Oczyszczone ścieki rozwiązują problem zasolenia

W przeszłości Zjednoczone Emiraty Arabskie pompowały ścieki do Zatoki Arabskiej, ale ostatnio zaczęto postrzegać je jako cenne źródło wody, nie tylko dla lasów pustynnych, ale także do nawadniania upraw owoców i palm daktylowych. Dr Clothier mówi: "Kiedy zaczęliśmy uzyskiwać wyniki, zdaliśmy sobie sprawę, że nawadniamy wodą gruntową o wysokim zasoleniu, około 10 dS/m, a oczyszczone ścieki miały tylko 0,5 dS/m. Było to ważne odkrycie, ponieważ w przypadku wód gruntowych o wysokim zasoleniu trzeba było nadmiernie nawadniać, aby utrzymać frakcję wymywania soli. Kiedy jednak zastosujemy oczyszczone ścieki, natychmiast zauważymy reakcję drzew, ponieważ zawierają one 1/20 ładunku soli".

Dr Clothier zauważył, że istnieje jeden problem związany z tak dobrą reakcją drzew na ścieki. Oczyszczone ścieki sprawiają, że drzewa rosną wyższe i szybciej, więc jeśli usługą ekosystemową, której oczekujemy od lasów pustynnych, jest ich wysokość od 4 do 6 metrów, staje się to problemem. Dodaje: "W rzeczywistości jest to pozytywny problem, ponieważ możemy teraz wywołać deficyt nawadniania, tworząc w ten sposób większe zasoby oczyszczonych ścieków w celu nawadniania znacznie większej liczby lasów".

Jaka jest przyszłość?

Dr Clothier mówi, że zaczęli od badań pilotażowych w Zjednoczonych Emiratach Arabskich w 2014 roku i były one tak udane, że zakończyły się dwoma w pełni finansowanymi czteroletnimi projektami, jednym dotyczącym oczyszczonych ścieków, a drugim badającym nawadnianie palm daktylowych. Mówi, że mają kolejne 3,5 roku pracy w Zjednoczonych Emiratach Arabskich nad tymi projektami, a ich celem jest opracowanie modelu nawadniania lasów i zarządzania zasoleniem gleby, wraz z rozwojem możliwości pomiaru i modelowania wpływu nawadniania na zrównoważone leśnictwo. Niedawno opracowali prototyp skomputeryzowanego narzędzia wspomagania decyzji w zakresie nawadniania, które zapewni zrównoważone doradztwo w zakresie nawadniania w celu optymalizacji zużycia wody. Narzędzie wspierające uwzględnia potrzebę utrzymania wymywania soli, a rzeczywiste zapisy nawadniania mogą być wprowadzane w celu umożliwienia ich wykorzystania w czasie rzeczywistym.

Odkryj Mini Disk Infiltrometer