En studie av skogsekosystem som ger livsmiljö för sällsynta och hotade arter längs bäckar och floder i hela Kalifornien avslöjar att vissa av dessa ekologiskt viktiga områden oavsiktligt drar nytta av vatten som människor avleder för sina egna behov. Även om det verkar vara en kortsiktig välsignelse för dessa ekosystem, den konstgjorda försörjningen skapar ett oavsiktligt beroende av dess rikedom, hotar den långsiktiga överlevnaden för naturliga samhällen och lyfter fram behovet av förändringar i hur vatten hanteras i hela staten.

"Vi måste vara mer avsiktliga när det gäller att införliva ekosystemens vattenbehov när vi hanterar vatten - både för vattenlevande organismer och arter på land, sa Melissa Rohde, huvudförfattaren till en studie publicerad 14 juni, 2021 i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) . "Dessa skogsekosystem är i ett prekärt tillstånd eftersom vi har stört de naturliga hydrologiska processerna som dessa växtarter är beroende av för att stödja och upprätthålla viktiga livsprocesser."

I Kaliforniens säsongsmässigt torra medelhavsklimat, växter och djur är anpassade för att förlita sig på nederbörd och jordfuktighetsladdning under den regniga vinter- och vårsäsongen för reproduktion och tillväxt under de typiskt torra somrarna. När markfukten är uttömd, trädarter som ofta finns i strömkorridorer som pilar, bomullsträ och ek, använder vanligtvis grundvatten från djupare djup. Dock, som Rohde, som ledde studien som Ph.D. kandidat vid State University of New York College of Environmental Science and Forestry (ESF) och forskare vid The Nature Conservancy of California, och hennes kollegor upptäckte, historien var mer komplicerad.

Genom att analysera fem års vegetationsgrönhetsdata från satellitbilder, forskarna fann att i vissa fall, dessa ekosystem påverkades av "subventioner av vatten" som levererades via mänsklig reglering av floder, jordbrukskanaler och utsläpp från avloppsreningsverk. Den upptäckten, Rohde sa, var en "mind Bender". Förändrade skogsmarker vid stränderna i de mest torra delarna av staten förblev grönare längre in i torrperioden och var mindre känsliga för förändringar i grundvattennivåer än naturliga ekosystem.

Många av de mest förändrade strömekosystemen finns i Kaliforniens Central Valley, statens jordbruksnav, som producerar en tredjedel av produktionen för USA. Sedan guldrushen på 1850-talet, den massiva mänskliga bosättningen som följde ledde till röjning av 95 procent av de naturliga översvämningsskogarna i regionen. Dessa isolerade och begränsade skogar vid stränderna, eller vid bäcken, ger nu viktiga livsmiljöer för hotade och hotade arter..

När vattnet omdirigeras från floder till kanaler för att tillgodose urbaniseringen och mångmiljarddollarjordbruksindustrin, det skapar en artificiellt stabil miljö för ekosystem i kustnära skogsmarker och ett "lev snabbt, dö ung"-fenomen som gynnar snabbväxande träd som toppar och sedan minskar inom några decennier. Men andra viktiga ekosystemfunktioner, såsom föryngring av nya skogsbestånd och deras utveckling över tid, äventyras av de omfattande förändringarna av strömflöden och flodkanaler, som är fixerade och inte längre skapar nya översvämningsområden där unga träd kan etablera sig.

"Vi kallar dessa skogar för 'levande döda' eftersom skogsbotten saknar plantor och yngre träd som kan ersätta de mogna träden när de dör, " sa Rohde. Detta har återverkningar relaterade till livsmiljön för hotade arter, biologisk mångfald, kolbindning och klimatförändringar.

Rohde sa, "Kalifornien är en av de mest biologiska mångfaldsområdena i världen, som innehåller fler arter än resten av USA och Kanada tillsammans. Mitt i den sjätte massutrotningen, den långsiktiga hållbarheten för Kaliforniens flod-ekosystem och bevarandet av de sällsynta och endemiska arterna som lever inom dem förlitar sig nu på avsiktlig, samordnad förvaltning av resurs- och statliga myndigheter." Hon och TNC kommer att använda insikterna från studien för att ge vetenskaplig vägledning till Kaliforniens naturresursorgan för hållbar hantering av grundvattenberoende ekosystem i hela staten.

Forskargruppen genomförde PNAS studera med allmänt tillgänglig onlinedata och Google Earth Engine, ett verktyg med öppen källkod för att analysera data från satelliter och andra globala rumsliga datamängder. "Våra metoder och rön öppnar upp en helt ny värld av tvärvetenskapliga forskningsmöjligheter och sätt som vattenutövare kan överväga ekosystemens vattenbehov för att uppnå hållbar vattenförvaltning, sa Rohde.

John Stella, en ESF-professor och Rohdes Ph.D. rådgivare, är huvudutredare på National Science Foundation-anslaget som finansierade studien. Han sa, "Det här arbetet är banbrytande eftersom Melissa kunde kombinera flera stora datamängder på ett innovativt sätt för att förstå hur klimat- och vattenförvaltning samverkar för att utsätta dessa känsliga ekosystem i riskzonen. Hennes resultat är viktiga för hållbar hantering av grundvatten, inte bara i hela Kalifornien, men i vattenbegränsade regioner över hela världen. Genom att kreativt utnyttja och integrera dessa stora miljödataset, vi kan nu svara på resurshanteringsfrågor i en skala som tidigare var omöjlig."