Почему почва в лесу суше, чем в лугах
Где и как распределяется ограниченная влага в периоды с дефицитом осадков и существуют ли возможности для улучшения удерживания воды в почве и ландшафте? Ответы на эти вопросы ищет межотраслевая команда в Германии.
Возглавляет группу Дорте Тецлафф, исследователь в Институте пресноводной экологии и рыболовства во внутренних водоемах им. Лейбница (IGB), профессор экогидрологии в Университете Гумбольдта в Берлине. Команда под ее руководством изучает хранение, распределение и качество воды в ландшафте на примере чувствительных к засухе земель в Бранденбурге, районе водосбора Шпрее.
В своей работе ученые количественно измерили потоки воды во время и вскоре после засухи 2018 года, чтобы понять роль растительного покрова в круговороте воды.
Годовое количество осадков в Бранденбурге составляет 560 литров на квадратный метр. Это делает Бранденбург регионом с самым низким уровнем осадков в Германии. В 2018 году на квадратный метр приходилось 390 литров воды, что на 40 процентов меньше осадков, чем обычно.
Даже при нормальных климатических условиях около 90 процентов осадков испаряется обратно в атмосферу и не попадает в грунтовые воды или реки. Уровень подземных вод в этом районе сегодня показывает, что снижение уровня воды из-за дефицита осадков с 2018 года не может быть возвращено к нормальным условиям в период между вегетационными периодами.
«В связи с текущим климатическим кризисом с увеличением засухи нам необходимо знать, сколько воды используют различные растения. Как исследователи, мы задаемся вопросом: можем ли мы применять устойчивое землепользование для контроля потребления воды и сделать целые ландшафты более устойчивыми к экстремальным климатическим воздействиям? Полученные данные являются основой для растениеводства и производства продуктов питания», - говорит Дорте Тецлафф, объясняя мотивацию для темы своей работы.
Лесная почва суше лугов
Группа проверила два участка с типичным для региона землепользованием: смешанный лесной массив с песчаными почвами и зону глубокого укоренения; и лугопастбищные угодья с суглинистыми почвами и более мелкой зоной укоренения.
Лесная почва оказалась намного суше, и этому есть объяснение.
Например, во время засухи самый верхний метр песчаной почвы в лесу содержал только 37 литров на квадратный метр, в то время как под лугами было целых 146 литров воды на квадратный метр.
Верхушки деревьев и лиственный навес леса получали часть дождевой влаги, которая испарялась прямо из листьев и никогда не достигала земли. Кроме того, песчаная лесная почва стимулировала более быстрый поток воды через почву и уменьшала запас влаги. Дождевые осадки проникли глубоко в почву, но были поглощены деревьями в течение вегетационного периода до того, как они достигли грунтовых вод.
Под лугами же вода постоянно пополняла грунтовые воды, почва хранила больше влаги, а растения потребляли воду только из верхнего слоя почвы за счет мелкой корневой системы.
«Мы смогли показать, насколько плохо лесные почвы в Бранденбурге хранят осадки, ограничивая устойчивость к засухе. Тип леса, который мы исследовали, обычен для Северо-Европейской равнины. Было грустно видеть, что даже естественный смешанный лес сильно страдает от засухи. Для экономически используемых лесов, где преобладают хвойные деревья, ситуация еще хуже. Фактически, можно предречь смертность хвойных в Бранденбурге в условиях глобального потепления», - говорит Лукас Кляйне, докторант в команде Тецлафф.
Одним из их самых важных партнеров научного является Бенедикт Бозель, владелец агрохолдинга «Gut & Boesel».
Агрохолдинг «Gut & Boesel» тестирует и разрабатывает концепции многофункционального землепользования в области восстановительного сельского и лесного хозяйства.
Бозель подтверждает наблюдения ученых IGB: «Восстановление наших почв и их состояние - самая серьезная задача нашего поколения. И нам нужны инновационные решения в сельском и лесном хозяйстве, чтобы бороться с причинами проблем, а не просто лечить симптомы. Только так мы можем действовать в соответствии со сложностью экосистем. Мы пытаемся разработать эти решения на основе полученных результатов команды профессора Тецлафф, среди прочего», - прокомментировал Бозель.
«Мы видим, что после продолжительного засушливого сезона в 2019 году и до 2020 года уровни грунтовых вод будут продолжать падать. Растительность все еще не может восстановиться из-за малого количества осадков в зимние месяцы. К сожалению, мы далеки от нормальных условий, так что необходимо принять меры, способствующие пополнению запасов подземных вод и созданию влагоудерживающих почв. Наши результаты подчеркивают центральную роль растительности в развитии таких стратегии», - резюмирует Тецлафф.
Ученые различают так называемую голубую воду, которая наполняет озера, реки и водоносные горизонты и сразу же доступна для водоснабжения; и зеленую воду – она находится под непосредственным влиянием растительности и возвращается в атмосферу в результате испарения и транспирации после поглощения растениями.
Тецлафф и ее команда исследуют взаимодействие между потоками синей и зеленой воды. Они анализируют, что происходит в критической зоне и какое влияние оказывает растительность на общий водный режим.
Слой земли, находящийся между растительным покровом, почвой и грунтовыми водами, именуется критической зоной. Долгое время это был «черный ящик», в частности, роль растений в распределении зеленой воды игнорируется, поскольку наука сосредоточена на потоках голубой воды.
В этой работе ученые сосредоточились на потоках воды в критической зоне, взяв стабильные изотопы в воде в качестве маркеров для определения путей течения, возраста и происхождения воды.
Для всестороннего понимания важны не только абсолютные объемы потоков воды в ландшафте, но также и то, как долго вода хранится на месте и пути потоков.
Когда эта информация интегрируется с данными о динамике растительности, то моделирование на основе индикаторов может выявить некоторые из наиболее важных процессов в экогидрологической системе, например, где и с какой скоростью растения берут воду из почвы.
Источник: www.eurekalert.org
