Росс, участник программы исследований систем водоразделов Университета Манитобы, измеряет поток воды в части почвы, называемой зоной вадозы. Хотя название может заставить вас вспомнить страшные эпизоды «Сумеречной зоны», зона вадозы — это просто насыщенный уровень почвы прямо под поверхностью. Его глубина может составлять от нескольких сантиметров до метра.
А зона вадозы — это то место, где в почве происходят важные вещи.Зона вадозы сложна.
Внутри него частицы песка огромны по сравнению с частицами глины, влияя на поток воды. Вот почему на пляже можно увидеть, как вода быстро просачивается сквозь песок. Здоровые почвы также содержат большое количество органического вещества от гниющих растений или насекомых.
Наконец, существуют крошечные поры, заполненные воздухом или накопленной водой. Корни растений врастают в почву, собирая воду и питательные вещества. Там живут микроскопические микробы, а также более крупные животные, такие как дождевые черви и нематоды.
Работа Росса важна, потому что имеет значение то, как вода движется по всем этим частицам почвы, органическому веществу, порам, микробам и корням и вокруг них. Это то, что производители хотели бы знать, особенно в местах, где осадки выпадают нечасто. В юго-восточной части Канадских прерий, где исследует Росс, климат сезонно засушливый.
«Изучение движения воды помогает нам лучше понять доступность воды в периоды нехватки (засуха) и изобилия (наводнения)», — говорит Росс. «Это также помогает нам понять, как наши действия влияют на доступность и качество водных ресурсов». Это, в свою очередь, может повлиять на политические решения.
Предыдущие работы по движению воды в зоне вадозы проводились в холмистых районах США или в западной части канадских прерий. Точно так же, как вы не можете ожидать, что один эпизод «Сумеречной зоны» будет таким же, как другой, вы не можете ожидать, что почва в одном регионе будет действовать как один в другом. Могут быть даже различия на одном и том же поле фермы в зависимости от количества органического вещества, состава почвенных частиц и других характеристик. Почвы юго-восточных канадских прерий по сравнению с западными содержат больше органического вещества.
Это увеличение органического вещества помогает почве удерживать влагу летом и осенью. Это влияет на дренажный потенциал.
Органические вещества также влияют на то, как долго земля остается промерзшей зимой и весной.Различия в рельефе местности тоже значительны. Представьте, что вы катаетесь на санях по склону холма в Вермонте … а теперь представьте, что вы пытаетесь кататься на санях по равнине на юго-востоке Канадских прерий. Гравитация здесь не особо поможет.
То же самое и с водой.На движение воды в почве также влияют ее химические свойства.
Частицы глины почвы на самом деле имеют отрицательный заряд. Это означает, что почвы с более высоким содержанием глины могут удерживать воду лучше, чем песчаные почвы. Органические вещества также могут поглощать и выделять воду.Росс использовал математические формулы других исследователей и разработал некоторые из них, чтобы предсказать, как движется вода во время ливней и во время таяния снега.
Краска, которую он вводил в колодцы, помогла ему определить, была ли вода, собранная им из водных путей, «новой» после дождя или «старой» из предыдущего хранилища.«Исследования, посвященные возрасту воды, имеют значение для многих приложений», — говорит Росс. «Мы хотим знать, поступает ли вода, идущая в ручей, прямо с поля или идет по альтернативному пути.
Меняет ли этот альтернативный маршрут качество воды? Все эти вопросы могут привести к полезным инструментам прогнозирования.«Как и в большинстве других дисциплин, математика очень полезна», — говорит Росс. «Мы использовали математические выражения, чтобы помочь нам понять, как вода движется в почве. Возможность использовать математические модели таким образом очень сильна.
Часто это дешевле, чем физические наблюдения, особенно в обстоятельствах, когда исследования сосредоточены на больших или труднодоступных регионах. "Исследование Росса показало, что, в отличие от других мест, к ручьям переместилось значительное количество старой воды. «Предыдущие исследования, проведенные в Прериях, указали на преобладание новой воды», — говорит Росс. «В нашем исследовании этого не было».Хотя вы не можете контролировать, будет ли у вас засуха или наводнение, изучение движения воды в почве важно. «Лучшее понимание того, как вода движется по ландшафту, дает представление о решениях по управлению водными ресурсами», — говорит Росс. «Понимание относительного вклада старых и новых источников воды может повлиять на управленческие решения, связанные с наводнениями и качеством воды».
Дальнейшие исследования, основанные на работе Росса, могут быть сосредоточены на других местах, чтобы увидеть, насколько общие выводы Росса. «Исследования, посвященные тому, как землепользование и изменение климата влияют на движение воды в почве в юго-восточной части Канадских прерий, были бы полезны», — добавляет Росс.