Изучение роли подземных вод в устойчивости экосистем

Схематические диаграммы Z-балла и оценки потребностей экосистем в воде. a Схематическая диаграмма ландшафта, иллюстрирующая, как колебания индекса нормированной разницы растительности (NDVI) и глубины залегания грунтовых вод (DTG) могут изменяться во времени и пространстве по всему ландшафту в зависимости от высоты поверхности суши и расположения ландшафта. Глубины залегания подземных вод и связанные с ними значения NDVI зависят от конкретного участка и приведены здесь в иллюстративных целях. Большая часть растительности адаптирована к естественным колебаниям DTG (например, в пределах от -1 до + 1 стандартного отклонения (σ) за базовый период), но если DTG превышает эти естественные колебания, на растительность может оказываться негативное воздействие. b, DTG естественным образом колеблется с течением времени, но засухи и интенсивная откачка грунтовых вод могут привести к тому, что уровни грунтовых вод окажутся намного ниже естественного диапазона изменчивости, наблюдаемого с течением времени. c, баллы Z могут использоваться для стандартизации уровней грунтовых вод в качестве альтернативного показателя для количественной оценки экологических пороговых значений и целевых показателей в средах с изменяющимися местными условиями.

До настоящего времени подземные воды — важнейший водный ресурс по всему миру, особенно в засушливых регионах, — в значительной степени не изучались с точки зрения их важности и роли в поддержании экосистем. Новое исследование, проводимое Колледжем экологических наук и лесного хозяйства SUNY (ESF) в партнерстве с Калифорнийским университетом Санта-Барбары (UCSB), Кардиффским университетом и Институтом исследований пустынь (DRI), исследует взаимосвязь между подземными водами и экосистемами по всей Калифорнии.

Их выводы опубликованы в Nature Water.

Под руководством доктора Мелиссы Роде, которая завершила исследование в рамках своей докторской диссертации в Лаборатории прибрежной эхогидрологии доктора Джона Стеллы в ESF, команда использовала спутниковые снимки и данные мониторинга подземных вод для определения пороговых значений глубины подземных вод и сезонных изменений, которые могут поддержать чувствительные экосистемы по всей Калифорнии в соответствии с Законом штата об устойчивом управлении подземными водами.

"Подавляющее большинство запасов пресной воды на нашей планете - это подземные воды, но мы не признаем этого и не управляем ими устойчиво, что приводит к серьезным последствиям для людей и природных экосистем", - сказал доктор Роде, ныне директор Rohde Environmental Consulting, LLC.

"Подземные воды имеют решающее значение для многих экосистем, но агентства водного хозяйства и защитники природы редко учитывают их потребности в воде. Чтобы примирить это, наше исследование предлагает простой и практичный подход к определению экологических пороговых значений и целевых показателей, которые практики могут использовать для распределения водных ресурсов и управления ими."

Используя спутниковые снимки Landsat за 38 лет (1985-2022) и данные о подземных скважинах по всему штату, в исследовании изучалось воздействие на ключевые растительные сообщества. Основная задача заключалась в разработке стандартизированных показателей, которые можно было бы применять в различных экосистемах с особыми водными условиями на конкретном участке.

Команда применила общий метод преобразования данных по-новому для определения пороговых значений зелености растительности и глубины грунтовых вод с течением времени, которые могут определять потребности экосистем в грунтовых водах, помогая принимать обоснованные решения о водопользовании и планировании.

"Экосистемы, зависящие от подземных вод, такие как водно-болотные угодья, поймы рек и прибрежные зоны, имеют очень большое значение для биоразнообразия. От 80 до 90 процентов видов в регионе в целом могут в той или иной форме зависеть от этих экосистем ", - сказала доктор Стелла, соавтор исследования и вице-президент по исследованиям ESF.

"Мы применили простой статистический подход к очень большим наборам данных, чтобы определить предупреждающие знаки и цели по сохранению для большого разнообразия типов экосистем".

Обширный географический охват и длительные сроки, охваченные исследованием, позволили команде оценить, как крупномасштабные системы реагируют на серьезные климатические потрясения, такие как историческая засуха в Калифорнии, произошедшая в 2012-2016 годах, а также где отдельные экосистемы, зависящие от грунтовых вод, могут служить устойчивыми убежищами от засухи.

"Такого рода исследования, охватывающие весь штат Калифорния на протяжении почти сорока лет, на самом деле стали возможными только в последние несколько лет и демонстрируют перспективность аналогичных исследований на гораздо большей географической территории с использованием подхода, впервые предложенного доктором Роде", - отметил соавтор, доктор Дар Робертс из Калифорнийского университета в Калифорнии.

Было обнаружено, что во время засухи зависящая от грунтовых вод растительность, поддерживающая связь с грунтовыми водами, может служить важным убежищем от засухи для связанных с ними видов, таких как прибрежные птицы или рыбы. Однако, когда во время засухи уровень грунтовых вод выходит за пределы зон укоренения растений, эти безопасные убежища могут быть потеряны.

"Ключевым выводом из этого исследования является то, что мы можем использовать то, что мы знаем о том, насколько глубоко залегают корни различных видов растений, чтобы приблизительно определить, какой уровень грунтовых вод необходим для поддержания здоровья экосистем", - сказала соавтор доктор Кристин Альбано из DRI. "Мы обнаружили, что растительность была более здоровой там, где уровень грунтовых вод находился в пределах примерно 1 метра от максимальной глубины залегания корней, по сравнению с теми местами, где грунтовые воды были глубже".

Исследовательская группа надеется, что их подход и выводы могут помочь в принятии обоснованных решений по управлению водными ресурсами в Калифорнии и за ее пределами.

"Это исследование предоставляет менеджерам по управлению подземными водами интуитивно понятную меру для конкретного участка, которая может обеспечить основанную на данных основу для руководства распределением воды и усилиями по восстановлению экосистем", - сказала соавтор и профессор Келли Кейлор из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

"Во всем мире предпринимаются все более активные усилия по управлению ресурсами подземных вод для различных целей, а не только для удовлетворения потребностей в питьевой воде или ведения высокоценного сельского хозяйства. Наша работа обеспечивает надежную основу для разработки четких руководящих принципов управления подземными водами для удовлетворения широкого спектра потребностей в дренажных бассейнах Калифорнии и за ее пределами ", - сказал соавтор профессор. Майкл Сингер из Кардиффского университета.

https://phys.org/news/2024-04-groundwater-role-ecosystem-sustainability.html

04.04.2024 | Категория: Наука