DEBATA NA TEMAT ZUŻYCIA WODY

W regionie Central Sands znajdują się strumienie pstrągowe klasy 1, a niektórzy obawiają się, że rosnąca liczba studni o dużej wydajności wykorzystywanych w rolnictwie obniży poziom wody w tych strumieniach. "Jezioro Huron straciło około 11 stóp wody od 2000 roku", mówi jeden z mieszkańców obszaru Central Sands, "a poziom wody nadal spada". W 2008 roku mała studnia, której używał do pompowania wody pitnej, wyschła, a on obwinia za to studnie o dużej wydajności". (Aljazeera America) Po drugiej stronie debaty, rolnictwo nawadniane przez te studnie jest niezwykle cenne dla stanu, a hodowcy poświęcili sporo czasu, aby zrozumieć obieg wody i swoją rolę w nim. O ich celach i osiągnięciach w zakresie gospodarki wodnej można przeczytać tutaj.

AKTUALIZACJA WCZEŚNIEJSZYCH BADAŃ

Nawadniane rolnictwo nie było powszechne ani opłacalne w Wisconsin Central Sands, dopóki nawadnianie wód gruntowych za pomocą studni o dużej wydajności nie stało się możliwe w latach pięćdziesiątych XX wieku. Od tego czasu ten stosunkowo niewielki region ekologiczny przeszedł od 60 studni o dużej wydajności w 1960 r. do ponad 2500 obecnie. Mallika Nocco bada potencjalne zasilanie wód gruntowych z nawadnianych systemów upraw, które wykorzystują studnie, mając nadzieję na zrozumienie, czy woda do nawadniania jest tracona lub zwracana do wód gruntowych. Mówi: "Do tej pory polegaliśmy na modelach zweryfikowanych przez dwa lizymetry w latach 70-tych. Champ Tanner (jeden z ojców biofizyki środowiskowej) zaprojektował lizymetry ważące i były one bardzo dokładne, ale chcieliśmy przeprowadzić badanie na większą skalę z wieloma uprawami, aby uzyskać kontrolę nad zmiennością międzyroczną i poprawić nasze zrozumienie ładowania w regionie, abyśmy mogli lepiej zarządzać nawadnianiem i wodami gruntowymi ".

Nocco i jej zespół musieli umieścić swoje czujniki, aby uniknąć uprawy, więc przedłużyli miernik drenażu PVC, który dochodzi do powierzchni gleby i usuwali go za każdym razem, gdy wykonywano większe prace polowe, niezależnie od tego, czy była to uprawa czy sadzenie, tak aby obszar nad lysimeter był traktowany tak samo jak reszta pól uprawnych.

PONIŻEJ STREFY KORZENIOWEJ

Nocco mówi, że umieszczenie lizymetrów poniżej strefy korzeniowej było dużym wyzwaniem. "Próbowaliśmy kilku rzeczy, ale zdecydowaliśmy się zainstalować wszystkie lizymetry za pomocą 18-calowego świdra, który wywierciłby otwór nieco większy niż cały lysimeter. Wykopaliśmy 80-centymetrowy rów do szczytu strefy monolitu. Następnie wbiliśmy rurkę kontrolną rozbieżności drenomierza do 1,4 m, aby uzyskać nienaruszony monolit, wszędzie tam, gdzie było to możliwe. Rozwarstwiliśmy również czujniki wilgotności gleby na wysokości 10, 20, 40 i 80 cm. Użyliśmy ciężkiego sprzętu, aby powoli podnieść monolit, wykopać glebę poniżej i umieścić go z powrotem, śledząc wszystkie różne poziomy gleby i zasypując tak blisko gęstości nasypowej, jak to tylko możliwe ".

ZNAJDOWANIE LIZYMETRÓW ZA POMOCĄ GPS

Zazwyczaj naukowcy zakopują lizymetry blisko krawędzi pola, aby były łatwe do zlokalizowania, ale Nocco obawiała się, że mogą one zaszkodzić ich danym ze względu na efekt pączka nawadniania centralnego: więcej nawadniania trafia na środek pola, a mniej na krawędzie. Komentuje: "Kiedy zainstalowałam pierwsze dziesięć lizymetrów, nie wymyśliłam jeszcze sposobu na znalezienie wszystkiego. Wszystkie te instrumenty znajdują się około 15 metrów od krawędzi pola, dzięki czemu mogłam triangulować pomiary i znajdować je podczas uprawy. Ale wtedy poznałem naukowca z uniwersytetu, który miał dostęp do systemu GPS RTK, który może zlokalizować oprzyrządowanie z dokładnością do pół cala. Dzięki jego pomocy i szkoleniu byliśmy w stanie zainstalować resztę lizymetrów w bardziej losowych miejscach na całym polu".

ZASKAKUJĄCE WNIOSKI

Nocco twierdzi, że ET i różnice w fizjologii upraw nie wyjaśniają ani nie wyjaśniają całej zmienności, którą zaobserwowała w ładowaniu wód gruntowych. Jej zespół przeprowadził analizę wielkości cząstek na glebach sąsiadujących z lizymetrami, a ona komentuje: "Myśleliśmy, że im większa względna zawartość piasku w glebach, tym więcej doładowania byśmy widzieli, ale to, co widzimy, jest odwrotne. Analiza wielkości cząstek wykazała ujemną liniową korelację między potencjalnym doładowaniem a zawartością piasku. Im więcej mułu znajduje się w tych lizymetrach, tym większa jest objętość doładowania. Zastanawiam się teraz, czy obserwujemy większą objętość doładowania w bardziej zamulonych miejscach w wyniku konwergencji strumienia. Próbuję uzyskać dane szeregów czasowych z przetworników ciśnienia, aby sprawdzić, czy może bardziej piaszczyste obszary miały mniejsze potencjalne doładowanie, ale być może szybciej się opróżniały. Zauważyłem korelację między poprzednią zawartością wilgoci w glebie a wielkością cząstek (bez korelacji opartej na typie uprawy). Wygląda więc na to, że bardziej zamulone gleby zatrzymują więcej wody podczas opadów deszczu".

CO DALEJ?

Ostatecznie Nocco planuje wykorzystać wygenerowane w terenie szacunki naładowania wód gruntowych i ET do parametryzacji i walidacji dynamicznego modelu agroekosystemu Agro-IBIS, symulującego reakcje hydrologiczne na zmiany klimatu i użytkowania gruntów w ciągu ostatnich 60 lat. Nocco udostępni następnie budżety wodno-energetyczne i symulacje ilości wody/klimatu zainteresowanym stronom w obszarze Wisconsin Central Sands.

Odkryj G3 lysimeter, SC-1 porometr i czujniki wilgotności gleby METER.