يلعب الغطاء النباتي دورًا حيويًا في تنظيم نسبة هطول الأمطار التي تصل إلى الأرض لتغذية النظم الجذرية للنباتات في كل من المظلة والشجيرات، وبالتالي دعم بقاء النظام البيئي للغابات بأكمله.
يصل الماء إلى الأرض عبر آليات متعددة، بما في ذلك التدفق (المياه التي تتساقط مباشرة عبر المظلة) أو التدفق الجذعي (المياه المتدفقة أسفل السيقان والجذوع)، في حين أن بعضها تعترضه أوراق المظلة ولا يصل إلى مستوى الأرض.
يبحث بحث جديد، نُشر في مجلة أبحاث الموارد المائية، في نقاط الانسكاب، وهي المواقع التي ينقطع فيها الماء المتدفق تحت الفروع، وهي تختلف عن القطرات الكبيرة المتساقطة من الأوراق، والمعروفة باسم نقاط التنقيط.
يتشكل القطر عندما تتدفق قطرات المطر، التي اعترضتها الأوراق أو النصف العلوي من فرع في البداية، إلى الجانب السفلي من الفروع، وتتجمع مع قطرات أخرى لتشكل نهرًا، ولكنها تسقط قبل أن تصبح جزءًا من تدفق الساق.
تعزيز العزل المائي على الأرض
يمكن أن يحدث انفصال النهر عندما تتقارب فروع متعددة أو عندما يغير فرع واحد زاوية، مما يؤدي إلى إنشاء نقطة صب. وهذه مهمة لأنها تزيد بشكل كبير من المياه الواردة من المظلة إلى أرضية الغابة في نقاط ثابتة، وبالتالي تدعم تسرب المياه المعزز إلى الأرض.
يتأثر حجم الماء الذي يتم تلقيه عند نقاط التدفق بعدد من العوامل، مثل بنية الفروع ومساحة سطح الورقة (ترقيم الأوراق) وحجم هطول الأمطار.
تتمتع قطرات الماء الكبيرة التي تحدث في هذه النقاط بطاقة حركية أكبر من هطول الأمطار العادية، مما يعني أنها تخلق انخفاضات أكثر وضوحًا في التربة عند الاصطدام، وبالتالي تزيد من كفاءة التسرب.
أثناء دراسة غابات بانكسيا في غرب أستراليا، قام أشفانث كونادي، باحث الدكتوراه في جامعة أستراليا الغربية، وزملاؤه بدمج البيانات الميدانية مع تجارب محاكاة هطول الأمطار لتحديد دور نقاط التدفق في الغابات التي تتلقى كميات محدودة من الأمطار، مماثلة لتلك الموجودة في مناطق البحر الأبيض المتوسط الأخرى. المناطق. (حار جاف صيفا ومعتدل رطب شتاءا). وبالفعل فقد لوحظت ملامح هذه الدراسة أيضًا على أشجار التين والزان الأمريكي والبلوط.
شرح الاهتمام الأولي بالموضوع جاء أثناء جلوسه تحت شجرة تين أثناء هطول الأمطار، لاحظ أشفانث أن الماء يتدفق تحت فرع “ينقطع باستمرار عند نقطة معينة وكانت البركة الموجودة أسفل تلك النقطة تنمو”، قائلاً: “لقد أثار هذا الأمر غضبي”. اهتمام. هناك نقص في المياه في الجنوب الغربي”. “في غرب أستراليا، نحن نعتمد بشكل كبير على المياه الجوفية، فإذا كانت الأشجار، بدلاً من مجرد إيقاف هطول الأمطار، تقوم في الواقع بتوجيه المزيد من المياه إلى الأرض تحتها، فإن تصورنا لنموها وتأثيرها سيتغير جذرياً.”
تتغير كمية المياه بسبب وجود مظلة شجرة
وتوضيحًا لأهمية هذا البحث، تابع أشفانث قائلاً: “أود أن أقول إن كمية المطر التي تسقط من السماء وتوزيعها المكاني تتغير بشكل أساسي بسبب وجود مظلة شجرة. ليس لدينا فهم جيد للمكان الذي ستذهب إليه كمية معينة من الماء ولماذا: نقاط التدفق هي بوابة لفهم تدفق المياه على الشجرة.
“وبصرف النظر عن هذا الطموح الأكبر، فإن المناطق التي تتركز فيها تدفقات الأمطار (مثل نقاط التدفق) 1) تخلق نقاطًا بيولوجية ساخنة (الماء شرط أساسي للحياة)، 2) ترسيم مواقع التسلل المعزز والأعمق، و 3) قد تكون مسؤولة عن نسبة كبيرة من التدفق.” إجمالي كمية الأمطار التي تصل إلى الأرض (لذلك، إذا تجاهلت الجريان السطحي، فإنك تقلل من كمية المياه التي يحصل عليها نظامك وينتشر هذا الخطأ بشكل أكبر في التحليل).
وضع الفريق أجهزة قياس المطر تحت 16 نقطة صب مشتبه بها في نوعين من غابات بانكسيا السائدة: بانكسيا مينزيسي وبانكسيا أتينواتا، وستة أخرى تحت الفروع حيث لم يتم استيفاء شروط إنشاء نقطة صب (اختبار “سلبي”)، على مدار عامين. فترة سنة. بالإضافة إلى ذلك، تمت دراسة خمسة فروع لنبات Banksia menziesii (أربعة بها نقاط صب مشتبه بها وواحد “سلبي”)، في ظل ظروف خاضعة للرقابة في بيئة محاكاة لهطول الأمطار.
أثبت إعداد محاكاة هطول الأمطار هذا أنه يمثل تحديًا خاصًا لإبقاء جميع المتغيرات تحت السيطرة، كما يكشف أشفانث، “كان هناك الكثير من الأشياء التي يجب تتبعها: هل زاوية الفرع متسقة، هل يتمايل الفرع، هل هناك ما يكفي من الماء في الشجرة؟” محاكاة هطول الأمطار، الضغط المستمر، هل التقطت صورًا ومقاطع فيديو لظواهر مثيرة للاهتمام، هل قشرت الأوراق بشكل صحيح؟
ويضيف أشفانث: “علاوة على ذلك، فإن الفروع ليست مصممة بحيث يتم قطعها من الجذع، لذا، إذا كانت الشمس خارجة، فمن الأفضل أن يكون الفرع رطبًا أو ميتًا”. لذلك، من الساعة 8 صباحًا حتى الساعة 10 مساءً تقريبًا، سأجري فقط محاكاة لهطول الأمطار. … لقد كان الأمر جنونيًا تمامًا ولكنه يستحق ذلك تمامًا.
تتمتع أوراق بانكسيا بمساحة سطحية كبيرة وصلابة عالية وزاوية تسهل توجيه المياه إلى السيقان بدلاً من توجيهها إلى الأوراق. ووجدوا أن تجمع المطر من نقاط المجرى كان 1.5 إلى 15 مرة من الهطول والسقوط المحيطين به، وكان عادة أكبر من تدفق الساق.
من خلال تجارب محاكاة هطول الأمطار، قرر العلماء أن الفرع ذو التغطية الورقية العالية شهد تدفقًا أكبر للمياه عند نقطة التدفق. وكان هذا التدفق أقل حساسية للتغيرات في زاوية الفرع.
بدا التدفق من فرع كامل الأوراق غير حساس لتغيير الزاوية، ولكن عند إزالة ثلث الأوراق، تأثر تقسيم الماء بين نقاط الجذع والصب بشكل كبير بالتغيرات في زاوية الفرع.
على الرغم من عدم العثور على زاوية فرعية مثالية حاسمة لبدء نقطة الصب في هذه التجربة، يكشف أشفانث أن هذا عمل مستمر لفريق البحث. “إحدى نقاط الاختبار السلبية، حيث اعتقدنا أن الظروف الضرورية غير كافية كانت موجودة، كان بها تغيير بسيط جدًا في زاوية الفرع (~ <5°). ولكن هذا كان كافيا لإحداث نقطة تدفق. ومع ذلك، هذا لا يعني أن أي تغيير بمقدار 5 درجات سيؤدي إلى نقطة صب.
“نحن نعمل حاليًا على ورقة أخرى حيث نقوم بإجراء تجارب نموذجية للإجابة على هذا السؤال بالتحديد. استخدمنا أنابيب PVC لإزالة المخالفات التي تحدث بشكل طبيعي على سطح الفروع ثم قمنا بتمرير المياه على أسطحها لنرى ما يحدث. هناك أيضًا الكثير من التطور النظري الرائع هناك، لذا ترقب ذلك بالتأكيد.
ومن خلال قياس المحتوى المائي للتربة مباشرة أسفل نقاط الصب، وجد فريق البحث أن 20% إلى 30% من حجم الأمطار الموسمية تتسرب إلى عمق متر واحد هنا، مقارنة بـ 5% فقط في مناطق اختبار التحكم البعيدة. من نقاط الصب. وهذا يجعل نقاط صب مناطق مهمة لإعادة شحن المياه الجوفية وتخزينها في النظام البيئي للغابات، على الرغم من أنه في موقع الدراسة تم تحديد نقطة صب واحدة لكل ~ 30 مترًا مربعًا، وهو ما يتوافق مع توزيع أشجار بانكسيا، حيث تكون نقطة صب واحدة لكل شجرة في المتوسط. .
توقع وفهم سلوك نقطة الانسكاب
يعد موقع الدراسة هذا في غرب أستراليا مهمًا لأنه يقع على مصدر مهم للمياه الجوفية التي تغذي سكان بيرث، وبالتالي فإن قدرة نقاط التدفق على إعادة شحن إمدادات المياه الجوفية في هذا الموقع (وفي المواقع الأخرى عبر الأشجار الأخرى على مستوى العالم)، أمر حيوي دعم إدارة الموارد المائية لكل من الغابات والإنسانية.
ويخلص أشفانث إلى القول: “كجنس بشري، نسعى باستمرار إلى فهم أنفسنا والعالم الطبيعي من حولنا بشكل أفضل. نحن نتصور فهمنا للعالم كأنظمة، وهذه الأنظمة هي تبسيطات ضرورية للعالم المعقد بلا حدود، وواحدة من وهذه الأنظمة هي دورة المياه، ونعتقد أن الاعتراض هو الجزء الأقل فهمًا من دورة المياه. إذا تمكنا من التنبؤ وفهم سلوك نقطة الانسكاب، فيمكننا الاقتراب من معرفة تدفق المياه على الأشجار حتى يكون لدينا تصور أفضل لنظام الاعتراض وفي نهاية المطاف دورة المياه على الأرض.
