Новое исследование изучает изменение структуры почвы и её влияние на водные ресурсы США

Структурные изменения в почве под ногами происходят повсеместно — от сада на заднем дворе до целого континента Северной Америки. Данные свидетельствуют, что эти процессы идут быстрее, чем считалось ранее, влияя на качество и доступность воды по всей территории США.

"Водные ресурсы определяются свойствами почвы прямо под поверхностью Земли", — отмечает Памела Салливан, доцент географии и атмосферных наук в Университете Канзаса. Ранее считалось, что эти свойства меняются медленно, но появляется всё больше доказательств их быстрой реакции на изменение климата и различные виды землепользования. Это происходит из-за отклика почвенной биоты — растений и микробов, — что, в свою очередь, меняет свойства почвы. Однако у учёных пока нет точных измерений этих процессов и возможности включить взаимодействия и обратные связи в модели, определяющие будущие водные ресурсы.

Теперь Салливан возглавляет работу по гранту Национального научного фонда США (NSF) в размере 738 562 долларов. Цель проекта — разработать новые математические модели для анализа причин наблюдаемых изменений структуры почвы (расположения частиц и пор) и изучения реакций системы "растение-почва-вода" на меняющиеся условия окружающей среды.

Исследование охватывает как биогеохимию почвы, так и её влияние на структуру. По словам Салливан, это важно для любого, кого волнует будущее водных ресурсов: прогнозы, управленческие решения и понимание динамики паводков зависят от структуры почвы. Изменения в режиме осадков влияют на круговорот органического углерода, что меняет структуру, либо способствуя инфильтрации воды, либо увеличивая поверхностный сток. Больший сток ведёт к усилению эрозии и более масштабным паводкам.

Работа ведётся в рамках подхода "критической зоны" с участием учёных разных дисциплин — от экологов и почвоведов до гидрологов. Проект включает анализ данных в масштабах от отдельного участка до всего континента. Исследование позволит создать новые моделирующие инструменты для оценки экологической устойчивости, прогнозирования динамики "суша-атмосфера", подземного хранения воды и паводковых событий.

"Недавние данные, опубликованные в журнале Nature соавтором проекта Дэниелом Хирмасом, показывают, что в более влажном климате происходит общее снижение пористости и способности пропускать воду, а при иссушении климата пористость и способность впитывать воду увеличиваются", — пояснила Салливан. Ключевой вопрос проекта — какую обратную связь эти изменения дают самому климату, поскольку при взаимодействии суши с атмосферой происходит обмен именно водой.