«Текущий метод оценки водопользования очень произвольный», — говорит доктор наук Елизавета Литвак, первый автор нового исследования, опубликованного в Journal of Arid Environments. «И не было никаких научных оснований для более точных рекомендаций».Поле параУченые изучают, сколько воды теряют растения, чтобы ландшафтные менеджеры могли знать, сколько воды им нужно вернуть.
Вода испаряется в результате простого физического процесса, который зависит в первую очередь от температуры и влажности воздуха. Но растения также теряют воду через транспирацию, выдыхая водяной пар как часть своего метаболизма. Транспирация менее предсказуема, потому что она контролируется биологическими процессами растений.
Например, растения могут ограничивать транспирацию в условиях засухи. Скорость транспирации также может варьироваться от вида к виду. Комбинированная мера испарения и транспирации называется «эвапотранспирацией» (ЭП), и ее трудно измерить. «Нет прямого способа измерить это», — говорит Литвак. «Это похоже на попытку захватить то, что невозможно захватить».
Исследователи пытаются определить уровень инвазии растений, помещая большую тепличную камеру над участком растений и измеряя, как температура и влажность изменяются внутри камеры. Но наличие такой большой камеры настолько меняет среду обитания растений, что метод далек от идеала.
Современный метод заключается в размещении высоких башен, украшенных научными приборами, на больших полях. Башни измеряют небольшие атмосферные изменения несколько раз в секунду, и исследователи вводят данные в математическую модель, чтобы вычислить скорость ET для этого поля.
Газоны Лос-Анджелеса
Современная ET-модель газона служит для оценки водопотребления лесами и сельскохозяйственными культурами в различных погодных условиях. Однако городские газоны намного меньше посевных площадей. Несмотря на то, что газон — самая крупная орошаемая культура в США, исследователи не уверены, насколько модель инопланетян выдерживает фрагментированный городской ландшафт. Высокие башни потока водяного пара — не ответ. «Вы не можете использовать этот метод на городских лужайках, потому что они слишком маленькие», — говорит профессор биологии Университета Дайан Патаки. «Это просто невозможно сделать там, где газоны образуют лоскутное одеяло с улицами и зданиями.
Люди не заходили в города и не измеряли, что на самом деле делает газон».Городские газоны бросают вызов модели. Во-первых, городская среда создает острова тепла, поскольку воздух нагревается в таких развитых районах, как парковки. Горячий сухой воздух, вероятно, увеличивает скорость испарения и изменяет реакцию растений на воду по сравнению с естественными и сельскохозяйственными условиями.
Во-вторых, тень от ландшафтных деревьев и зданий может создать противоположный эффект и снизить уровень ET, возможно, на почасовой основе.Тем не менее, как лучший доступный метод, модель ET из газона является основой рекомендаций Калифорнии по поливу и направляет действия передовых ирригационных систем через близлежащие метеостанции. «Это золотой стандарт Калифорнии для полива», — говорит Патаки.
Из-за непрактичности строительства опор потока водяного пара на газонах для жилых домов Патаки и Литвак обратились к простому камерному методу измерения ЕТ. Они построили небольшую прозрачную коробку немного больше, чем обувную коробку, оснащенную датчиками, которые мгновенно измеряли бы температуру и влажность внутри коробки, а при установке на лужайке могли бы быстро оценить ET. Они тщательно откалибровали метод, взвесив кусочки газона на точных весах, чтобы зафиксировать потерю веса, вызванную ЭТ. Литвак говорит, что она получила несколько озадаченных взглядов и вопросов, пока таскала мини-камеру по Лос-Анджелесу.
Некоторые спрашивали, был ли это научный эксперимент. «Это выглядит так примитивно», — говорит она о коробке. «Это выглядит так просто».Бросьте теньЛитвак и Патаки обнаружили, что их измерения ET в газоне не всегда совпадали с предсказаниями моделирования.
По словам Патаки, рекомендации модели по поливу затененных газонов очень расплывчаты, и большинство газонов в определенной степени затенено деревьями или зданиями в определенное время дня. Тень резко снижает потребность растений в воде, поэтому частично затененный газон потребуется меньше воды, чем незатененный.
Модель также не учитывает ветры Санта-Ана, массы горячего и сухого воздуха, которые периодически падают с гор и проходят через район Лос-Анджелеса. Температура повышается, а влажность резко падает. «Модели вообще не могут справиться с этим», — говорит Патаки. «Они предсказывают очень высокий ЕТ, но не такой высокий, как то, что мы наблюдали в те периоды времени».Литвак говорит, что модель лучше всего работает на густой незатененной траве, возможно, намеренно переувлажненной, чтобы она оставалась зеленой. На таких пышных лужайках реальный инопланетянин очень близок к предсказанному.
Литвак и Патаки разработали подход к корректировке нормы ET для различных городских условий, включая сухой воздух или полутень, что может привести к корректировке рекомендаций по поливу. «На определенном уровне смоделированные методы работают», — говорит Литвак. «Но когда мы переходим к действительно низкой влажности, они просто не соответствуют нашим результатам».«Объем водопотребления, который мы измерили в поле, был выше, чем рекомендации, которые уже давала Калифорния», — говорит Патаки. «Так что, если бы все люди следовали рекомендациям, это уже значительная экономия воды.
К тому же, рекомендации можно было бы улучшить».На домашнем поле
Дерн в Калифорнии — это, как правило, типичная овсяница или бермудская трава, а не синяя трава Кентукки, которая распространена в Юте. Хотя точные числа инопланетян могут не иметь прямого отношения к Юте, общие уроки исследования остаются в силе.
У Патаки и Литвака есть одно убедительное предложение по уходу за травой летом: «Затените лужайку!» Затем уменьшите расход воды для орошения соответствующим образом.«Вы знаете, сколько воды вы используете для полива лужайки?» — говорит Литвак. Многие люди этого не делают, в том числе ландшафтные менеджеры, с которыми она беседовала в ходе своего исследования.
Управляющие водными ресурсами штата Юта рекомендуют два полива в неделю в начале и конце лета и три полива в самые жаркие месяцы. При каждом поливе должно подаваться полдюйма воды, что должно занять 20-40 минут, в зависимости от типа спринклерной системы.«Большая часть газонов, которые мы видим во дворах людей, похоже, не используется ни для чего, кроме эстетики», — говорит Патаки. «Так что это будет стоить немного воды».
Городские джунглиДокторская диссертация Литвака, продолжением которой является данное исследование, приводит к предстоящему анализу использования воды растениями на всей территории Лос-Анджелеса, включая «городской лес» из деревьев.
После завершения анализ станет первым в своем роде крупномасштабной мерой транспирации, которую можно будет применить и к другим городским районам.«Если вы посмотрите на этот пейзаж в Солт-Лейк-Сити, сколько воды вытекает из этой растительности?» — говорит Патаки, указывая на окно своего офиса, из которого открывается вид на шумную долину Соленого озера, покрытую кронами деревьев. "Никто не знает."
