Gräsmarker över hela världen, som stöder majoriteten av världens betande djur, har övergått till buskmarker i en process som forskare kallar "intrång av träiga växter."

Hanterad bete av torrmarker är den mest omfattande formen av markanvändning på planeten, vilket har lett till omfattande ansträngningar för att vända denna trend och återställa grästäcket på grund av tron ​​att det resulterar i att mindre vatten kommer in i bäckar och grundvattenakviferer.

En ny studie ledd av Adam Schreiner-McGraw, en postdoktoral hydrologiforskare vid University of California, Riverside, modellerade buskintrång i ett sluttande landskap och kom fram till en häpnadsväckande slutsats:Buskintrång i sluttningar kan öka mängden vatten som går till grundvattenlagret. Effekten av buskar är så kraftfull att den till och med uppväger de lägre årliga nederbördsmängderna som förväntas under klimatförändringarna.

Tills nu, forskare har trott att vedartade växter som träd och buskar har djupare rötter än gräs. Denna övertygelse härrörde från forskare som utförde sina relaterade studier på plan mark.

"Det är slående att ekosystemsammansättningen är det som styr förväntade framtida förändringar av grundvattentillförseln, " sade Schreiner-McGraw. "Detta betyder inte att klimatförändringarna inte är viktiga, men att vegetationsförändringar potentiellt är viktigare och något som forskare och markförvaltare borde fokusera mer på att förstå."

Medförfattare Hoori Ajami, en biträdande professor i grundvattenhydrologi vid UC Riverside, sa tidningen tittar på de kombinerade effekterna av klimat- och vegetationsförändringar på grundvattenladdningsprocesser i torra miljöer.

"De flesta studier hittills har tittat på dessa förändringar isolerat, "Ajami sa. "Här illustrerar vi att de kombinerade effekterna av vegetationsförändringar och klimatförändringar kan vara större eller mindre än summan av dess delar."

Intrång av buskar i gräsmarker anses ofta vara ett problem eftersom det minskar mängden foder som är tillgängligt för boskapsbete och kan leda till fler barmarksfläckar och efterföljande ökning av jorderosion. Denna process att skapa mer bar mark kallas "xerifiering". Klimatförändringar bidrar till xerifiering, men brandsläckning och överbetning spelar de största rollerna.

Det är vettigt att buskar, som har djupa rotsystem tillsammans med tjocka stjälkar och många löv, fånga upp mer vatten än vad gräs gör när det sipprar ner genom jorden, lämnar mindre tillgängligt vatten för att fylla på de underjordiska akvifererna. Forskning om "diffus laddning, "processen genom vilken vatten fyller på grundvattenförsörjningen över ett stort område, verkar bära detta för platta landskap. Xerifiering av gräsmarker har därför ansetts vara dåligt för både boskap och vattenkretslopp.

"Vi närmade oss denna forskning med en enkel premiss att topografi spelar en roll för att omfördela tillgängligt vatten, och detta bör påverka resultaten av xerifiering, " sa medförfattaren Enrique R. Vivoni, professor vid Arizona State University.

Gruppen tittade på fokuserad laddning, som uppstår när sluttningar leder vatten till koncentrerade områden, såsom bäckar. Bäckbäddar har ofta sandbotten, som gör att vatten snabbt kan infiltrera och hindrar de djupt rotade buskarna från att suga upp det.

Data från en mycket övervakad ökenbergssluttning i New Mexico användes för att simulera effekterna av träiga växters intrång och klimatförändringar på vattenresurser. Teamet upptäckte att buskarna inte bara ökade fokuserad grundvattentillförsel, men att de gjorde det även under förhållanden där klimatförändringarna minskade mängden nederbörd.

De modellerade också en mer omfattande form av buskintrång som kallas för tjockbildning, där växter växer i täta bestånd utan kala fläckar, och hittad, som i tidigare planlandskapsforskning, buskarna minskade mängden grundvattentillförsel på sluttningar också.

På sluttningar, bar jord mellan fläckar av buskar är nödvändigt för att driva vatten in i bäcken. Ökad avrinning ökar fokuserad grundvattentillförsel.

"Vi blev förvånade över att finna att en övergång från gräsmark till buskmark kan öka hållbarheten för grundvattenakviferer, ", sa Schreiner-McGraw. "Det bästa sättet att öka fokuserad uppladdning i detta system är att öka mängden avrinning från sluttningar som koncentreras i bäckarna."

Klimatförändringar kommer med största sannolikhet att öka grundvattentillförseln genom att göra regnstormar större, men mindre frekvent. Större stormar ökar mängden avrinning som når sandbottenkanaler och ökar grundvattentillförseln. Fynden från denna studie tyder på att vegetation också kommer att spela en viktig roll i grundvattenuppladdningen i framtiden.

Även om studien ägde rum i New Mexico, Schreiner-McGraw sa att det gäller liknande miljöer. Stora delar av Kalifornien är också ökensavanner. Södra Kalifornien och Central Valley har landformer som liknar de som finns på studieplatsen i New Mexico. Dessa områden kan uppleva liknande hydrologiska processer, även om atmosfäriska floder skapar stormar som skiljer sig mycket från monsunstormar, så det krävs mer forskning.

"Studien belyser rollen av långtidsövervakning för att förstå vattenbalansdynamiken i vattendelar, och den roll som processbaserad modellering spelar för att förstå systemdynamik, " sa Ajami.