Почему Хирмас пытается предсказать движение воды в почве?«Есть ряд причин, по которым более точные прогнозы расхода воды важны. Лучшее управление водными ресурсами — одна из них», — говорит Хирмас.
Водный поток в сельском хозяйстве вызывает множество вопросов: можем ли мы правильно спрогнозировать скорость пополнения наших водоносных горизонтов в засушливых регионах? Возможно, мы сможем более эффективно использовать воду для производства продуктов питания или предсказать, как регионы отреагируют на изменение климата. Кроме того, мы могли бы лучше прогнозировать сток воды и эрозию почвы, осаждение и осаждение поверхностных водоемов.
Наконец, мы могли предсказать, как питательные вещества растений переносятся в почвенной среде.Почва состоит из частиц песка, ила и глины. Также в почве есть органические вещества — разложившийся растительный мусор, почвенные микробы, другие организмы и корневые системы.
Остальное составляют воздух и вода.Хирмас исследовал легкость движения воды через почву, называемую проводимостью.
Это происходит в больших пустых пространствах, в макропорах, которые помогают перемещать воду через почву.«Структура почвы влияет на то, насколько легко вода может переноситься через почву. Это называется« гидравлической проводимостью », — говорит Хирмас. «Электропроводность — это свойство почвы.
Она влияет на то, как быстро вода может переноситься через почву. Под насыщенной гидравлической проводимостью понимается проводимость почвы, когда почва полностью насыщена водой. В этом случае все поры почвы заполнены с водой."Размер пор почвы важен для проводимости из-за сложной геометрии и научных свойств.
Проще говоря, почвенная пора, которая в два раза больше другой, будет проводить в шестнадцать раз больше воды, чем меньшая пора за то же время.Ученые-почвоведы называют это движение предпочтительным потоком воды. Хирмас объясняет: «Предпочтение в этом случае означает, что значительная часть воды будет транспортироваться через относительно небольшое количество крупных пор.
То есть несколько крупных пор предпочтительно переносят большую часть воды».Хирмас использовал специальный инструмент, называемый многополосным лазерным триангуляционным сканером (MLT). Сканер изначально разрабатывался для инженерных целей. Хирмас адаптировал его использование для изучения пор почвы и предпочтительного потока.
Чтобы определить, можно ли использовать сканер MLT для прогнозирования предпочтительного потока, Хирмас разработал исследование. Исследовательская группа взяла насыщенную почву и позволила синему красителю течь через образец. Появился легко узнаваемый видимый узор. Участки почвы, которые посинели, показали более крупные поры.
Эти поры пропускали окрашенную воду — предпочтительный режим потока. Затем они взяли тот же образец почвы и отсканировали его с помощью MLT.
Рисунок лазера значительно совпадал с рисунком красителя.MLT предлагает преимущества исследователям в области гидрологии почв. «Сканер MLT лучше обнаруживает и отображает макропористость почвы, когда почва сухая, а не насыщенная водой», — говорит Хирмас. Используя математику для объяснения разницы между двумя состояниями почвы, Хирмас может делать прогнозы относительно движения воды.
Работа Хирмаса недавно была опубликована в Vadose Zone Journal. Это продукт команд из Канзасского университета и Университета Рутгерса.