Fram till nu har grundvatten – en kritisk vattenresurs runt om i världen, särskilt i torra regioner – varit till stor del outstuderat i sin betydelse och roll för att upprätthålla ekosystem. En ny forskningssatsning ledd av SUNY College of Environmental Science and Forestry (ESF) i samarbete med University of California Santa Barbara (UCSB), Cardiff University och Desert Research Institute (DRI) undersöker förhållandet mellan grundvatten och ekosystem i Kalifornien.
Deras resultat finns med i Naturvatten .
Under ledning av Dr. Melissa Rohde, som avslutade studien som en del av sin doktorandforskning vid Dr. John Stellas Riparian Echohydrology Lab vid ESF, använde teamet satellitbilder och grundvattenövervakningsdata för att identifiera trösklar för grundvattendjup och säsongsmässiga förändringar som kan stödja känsliga ekosystem i hela Kalifornien under statens ramverk för hållbar grundvattenförvaltning.
"En stor majoritet av vår planets sötvatten är grundvatten, men vi erkänner eller hanterar det inte på ett hållbart sätt, vilket resulterar i allvarliga konsekvenser för människor och naturliga ekosystem", säger Dr. Rohde, numera rektor på Rohde Environmental Consulting, LLC.
"Grundvatten är avgörande för många ekosystem, men vattenmyndigheter och naturvårdare tar sällan hänsyn till sina vattenbehov. För att förena det ger vår studie ett enkelt och praktiskt tillvägagångssätt för att upptäcka ekologiska trösklar och mål som utövare kan använda för att allokera och hantera vattenresurser."
Genom att använda 38 år av Landsat-satellitbilder (1985–2022) och statliga grundvattenbrunnsdata undersökte studien effekterna på viktiga växtsamhällen. En stor utmaning var att utveckla standardiserade mätetal som kan tillämpas på olika ekosystem med platsspecifika vattenförhållanden.
Teamet tillämpade en gemensam dataomvandlingsmetod på ett nytt sätt för att identifiera trösklar för vegetationsgrönhet och grundvattendjup över tid som kan bestämma grundvattenbehov för ekosystem, vilket hjälper till att informera beslut om vattenanvändning och planering.
"Grundvattenberoende ekosystem som våtmarker, översvämningsslätter och strandzoner har mycket stor betydelse för biologisk mångfald. Uppemot 80 till 90 procent av arterna i en allmän region kan vara beroende av dessa ekosystem i någon eller annan form", säger Dr. Stella , studiemedförfattare och vicepresident för forskning vid ESF.
"Vi tillämpade en enkel statistisk metod för mycket stora datamängder för att identifiera varningsskyltar och bevarandemål för en stor mångfald av ekosystemtyper."
Den stora geografiska omfattningen och långa tidslinjen som omfattas av studien gjorde det möjligt för teamet att utvärdera hur storskaliga system reagerar på stora klimatchocker, såsom den historiska torkan i Kalifornien som inträffade 2012–2016, samt var individuella grundvattenberoende ekosystem kan tjäna som en motståndskraftig torkarefugia.
"Den här typen av studier, som täcker hela delstaten Kalifornien under närmare fyrtio år, har verkligen bara blivit möjlig under de senaste åren och visar löftet om liknande studier över ett mycket större geografiskt område med hjälp av det tillvägagångssätt som Dr. Rohde banat väg för, " kommenterade medförfattaren, Dr. Dar Roberts från UCSB.
Det upptäcktes att under torkahändelser kunde grundvattenberoende vegetation som upprätthåller en koppling till grundvattnet fungera som kritisk torkarefugia för associerade arter, såsom strandfåglar eller fiskar. Men när grundvattennivåerna fördjupas bortom växternas rotzoner under torka, kan dessa säkra tillflyktsorter gå förlorade.
"En viktig del av den här studien är att vi kan använda det vi vet om hur djupa rötterna hos olika typer av växter tenderar att vara för att uppskatta vilka grundvattennivåer som behövs för att upprätthålla ekosystemets hälsa", säger medförfattaren Dr. Christine Albano från DRI. "Vi fann att vegetationen var friskare där grundvattennivåerna var inom cirka 1 meter från maximalt rotdjup, jämfört med där grundvattnet var djupare."
Forskargruppen är hoppfull om att deras tillvägagångssätt och resultat kan hjälpa till att informera om vattenförvaltningsbeslut i Kalifornien och utanför.
"Denna studie beväpnar grundvattenförvaltare med ett intuitivt, platsspecifikt mått som kan ge en datadriven grund för att vägleda vattentilldelning och ansträngningar för återställande av ekosystem", säger medförfattare och professor Kelly Caylor från UCSB.
"Globalt finns det ökande ansträngningar för att hantera grundvattenresurser för flera ändamål, inte bara för att stödja dricksvattenbehov eller högvärdigt jordbruk. Vårt arbete ger en sund grund för att utveckla tydliga riktlinjer för hur man hanterar grundvatten för att stödja ett brett utbud av behov inom dräneringsbassänger i Kalifornien och utanför, säger medförfattaren Prof. Michael Singer från Cardiff University.
Mer information: Melissa M. Rohde et al, Etablering av ekologiska trösklar och mål för grundvattenhantering, Naturvatten (2024). DOI:10.1038/s44221-024-00221-w
Journalinformation: Naturvatten
Tillhandahålls av SUNY College of Environmental Science and Forestry
