Den globala spridningen av vidsträckta skogsplantager och jordbruksmonokulturer förvandlar en gång olika landskap till landområden som stöder enstaka växtarter, med djupgående konsekvenser för vårt landvattenkretslopp, enligt ny forskning.

En ny tidning publicerad i Naturgeovetenskap , och skriven av ett globalt samarbete mellan tvärvetenskapliga forskare som studerar ekohydrologiska system, Parlamentet uppmanar beslutsfattare och praktiker att beakta dessa interaktioner mellan vatten och vegetation i sina beslut om markförvaltning.

Professor David Hannah, som innehar UNESCO-stolen i vattenvetenskap vid University of Birmingham, är medförfattare till tidningen. Han sa:"Forskare och beslutsfattare måste arbeta nära för att omsätta vetenskaplig kunskap till handling. Vi måste utforma skogar och jordbrukssystem som omfattar och förbättrar mångfald. Detta tillvägagångssätt är avgörande om vi ska bevara den naturliga motståndskraften hos vårt vattenberoende ekosystem och ger bättre förvaltning av jordens ändliga vattenresurser."

Författarna till tidningen hävdar att, medan förändring av markanvändning kan vara välmenande – oavsett om det görs för att öka kolbindningen eller möta mat, vatten, och energibehov – det kan få oavsiktliga konsekvenser som påverkar vattnets kretslopp.

Professor Irena Creed, medförfattare vid University of Saskatchewan, sa:"Det finns hydrologiska konsekvenser att ta hänsyn till när man byter marktäckningstyper. Människor vill plantera träd för att hjälpa till med kolbindning och klimatförändringar, men ibland, när du gör det och du planterar många snabbväxande träd som är en enhetlig art och ålder, du sänker den biologiska mångfalden och du homogeniserar också vattnets kretslopp. Det betyder i princip att du minskar räckvidden och svaret på vattnets kretslopp, och det gör det mer mottagligt för stressfaktorer som klimatförändringar."

Plantenhetlighet i välskötta landskap som har ersatt våtmarker, till exempel, har kopplats till ökningar i frekvensen och svårighetsgraden av både översvämningar och torka, samt försämring av vattenkvaliteten. Någon annanstans, tillväxten av majsmonokulturer för att producera etanol och biodiesel i USA förväntas öka områden med risk för förorening av grundvattennitrat. Och trädplantager som odlats för att möta efterfrågan på trä kan minska eller till och med eliminera bäckar, leder till att marken blir surare eller saltare och med ökad känslighet för brand.

I kontrast, ett mer biologiskt mångsidigt system har träd och växter med olika arkitekturer, både över och under marken, leder till en robust, naturligt system.

Delphis Levia, medförfattare vid University of Delaware, förklarade:"Tänk på markfuktighet och rotdjup. Om det finns en mängd olika trädslag, vissa skickar rötterna ner lite grunt, några mellanliggande och några djupa. Det betyder att det finns mycket mer markfuktighet tillgängligt för vissa skogsarter än andra. Men om du befinner dig i en monokultursituation, som med många basgrödor, rotdjupen är mer enhetliga. De tränger inte ner i jorden i varierande grad som naturlig växtlighet i skogar. Och så, de kan vara mer mottagliga för torka."

Forskargruppen hävdar att ytterligare forskning behövs för att fullständigt analysera sambandet mellan vegetativ komplexitet och vattenanvändning. Detta skulle göras för att se hur förluster i växtmångfald påverkar vattnets kretslopp och planeternas motståndskraft mot globala förändringar, och hur det kan leda till ökad mottaglighet för sjukdomar, brand, och andra extrema väderhändelser som orkaner.

John Selker, professor vid Oregon State University och en medförfattare på tidningen, sade att att veta hur förändringen i vattnets kretslopp sker kvantitativt skulle tillåta korrekta förvaltningsmetoder att införas.

"Det är bra att känna till de kvalitativa trenderna, men för att omsätta detta i förvaltningspraxis, vi behöver några siffror om motståndskraften som en funktion av specifika komplexitetsmått, sa professor Selker.

Uppsatsen har sitt ursprung i Ettersburg Ecohydrology Workshop finansierad av University of Delaware och UNIDEL Foundation. 29 experter och studenter från 11 länder samlades i Weimar, Tyskland för att ta reda på hur man kan börja ta itu med världens mångfacetterade vattenkris. På verkstaden, experterna arbetade tillsammans för att identifiera de forskningsbehov som ekohydrologer måste ta itu med så att de kan tillhandahålla strategier och data för att lindra en del av världens vattenkris.