Nei periodi di scarse precipitazioni, dove e come viene distribuita la limitata acqua disponibile, e quali possibilità ci sono per migliorare la ritenzione nel suolo e nel paesaggio? Dörthe Tetzlaff e il suo team del Leibniz-Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB) hanno scoperto che la vegetazione ha una grande influenza su questo. I ricercatori stanno studiando lo stoccaggio, distribuzione e qualità dell'acqua nel paesaggio. Utilizzando l'esempio del Demnitzer Mühlenfließ sensibile alla siccità nel Brandeburgo, un sottobacino della Sprea, hanno quantificato i flussi d'acqua visibili e invisibili durante e poco dopo la siccità del 2018.

La piovosità annua nel Brandeburgo è di 560 litri per metro quadrato. Ciò rende il Brandeburgo una regione con le precipitazioni più basse della Germania. Nel 2018 c'erano 390 litri di acqua per metro quadrato, che è circa il 40 percento in meno di precipitazioni rispetto al solito.

Anche in condizioni climatiche "normali", circa il 90% delle precipitazioni viene rilasciato nell'atmosfera e non scorre nelle acque sotterranee o nei fiumi. I livelli delle acque sotterranee nell'area oggi mostrano che i livelli diminuiti dell'acqua dovuti ai deficit di precipitazioni dal 2018 non possono essere riportati alle condizioni normali tra le stagioni di crescita.

Uso del suolo critico per la gestione delle risorse idriche

Dörthe Tetzlaff è ricercatrice presso l'IGB e professoressa di Ecoidrologia presso l'Università Humboldt di Berlino. Lei e il suo team hanno studiato in che modo il processo di evaporazione e ricarica delle acque sotterranee differisce a seconda del suolo e dell'uso del suolo.

"A causa dell'attuale crisi climatica con l'aumento della siccità, dobbiamo sapere quanta acqua usano le diverse piante. Come ricercatori, ci chiediamo:possiamo applicare un uso sostenibile del suolo per controllare il consumo di acqua e rendere interi paesaggi più resistenti agli estremi climatici? Questi risultati sono la base per soddisfare le richieste di produzione di cibo e approvvigionamento idrico, " dice Dörthe Tetzlaff spiegando la sua motivazione per il suo argomento di ricerca.

Terreno forestale più secco della prateria

Nel Demnitzer Mühlenfließ, il team ha studiato due siti con usi del suolo tipici della regione:un sito forestale misto con suoli sabbiosi e una zona di radicazione profonda; e sito di praterie con suoli più argillosi e una zona di radicazione meno profonda. Il suolo della foresta era molto più secco, che è dovuto alle caratteristiche del suolo e delle piante.

Per esempio, durante la siccità, il metro più alto del suolo sabbioso della foresta conteneva solo 37 litri per m ² , e sotto i prati c'erano fino a 146 litri di acqua per m ² . Le cime degli alberi/fronde della foresta schermavano parte della pioggia che evaporava direttamente dalle foglie e non raggiungeva mai il suolo. Inoltre, il suolo sabbioso della foresta ha causato un flusso d'acqua più veloce attraverso il suolo e ha ridotto l'accumulo di acqua. La pioggia è penetrata più in profondità nel suolo, ma veniva riassorbito dagli alberi durante la stagione vegetativa prima di raggiungere le falde acquifere.

Sotto il prato, l'acqua ricaricava continuamente la falda acquifera. Il terreno potrebbe immagazzinare più acqua. Poiché le piante prendevano solo acqua dal terreno superiore, questo ha portato ad acqua del suolo "più vecchia".

"Siamo stati in grado di mostrare quanto scarse siano le precipitazioni nei paesaggi del Brandeburgo, limitare la resistenza alla siccità. Il tipo di foresta che abbiamo studiato è tipico della pianura nordeuropea. È stato triste vedere che anche una foresta mista naturale soffre molto per la siccità. Per le foreste utilizzate economicamente che sono dominate da conifere, la situazione è anche peggiore. Infatti, la mortalità delle conifere nel Brandeburgo è ormai evidente, "dice Lukas Kleine, studente di dottorato nel team di Tetzlaff.

"Piantare acqua":come l'agricoltura può trarre vantaggio dai risultati della ricerca

I ricercatori lavorano insieme ai settori agricolo e forestale per mettere in pratica i risultati della loro ricerca. Uno dei loro partner più importanti è Benedikt Bösel, proprietario di Gut &Bösel. L'azienda agricola Gut &Bösel testa e sviluppa concetti multifunzionali di utilizzo del suolo di agricoltura e selvicoltura rigenerativa e conferma le osservazioni dei ricercatori IGB:"La rigenerazione dei nostri suoli e la salute del suolo è il compito più grande e più importante della nostra generazione. Per questo noi abbiamo bisogno di soluzioni innovative in agricoltura e silvicoltura per combattere le cause dei nostri problemi invece di curare solo i sintomi. Solo in questo modo possiamo agire in accordo con la complessità degli ecosistemi. Stiamo cercando di sviluppare queste soluzioni sulla base delle scoperte del Prof. La squadra di Tetzlaff, tra gli altri".

"Vediamo che dopo le ulteriori stagioni secche nel 2019 e finora nel 2020, i livelli delle acque sotterranee continueranno a scendere. La vegetazione non è ancora riuscita a riprendersi a causa delle scarse precipitazioni dei mesi invernali. Purtroppo siamo lontani dalle condizioni 'normali'. Al fine di migliorare la resistenza degli ecosistemi del Brandeburgo alla siccità e ad altri cambiamenti climatici, devono essere attuate misure che promuovano la ricarica delle acque sotterranee e creino suoli in grado di immagazzinare più acqua. I nostri risultati sottolineano il ruolo centrale della vegetazione nello sviluppo di tali strategie, " dice Dörthe Tetzlaff.

Acqua nel paesaggio:Acqua blu e verde

I ricercatori distinguono tra la cosiddetta acqua blu, che riempie i laghi, fiumi e falde acquifere ed è immediatamente disponibile per l'approvvigionamento idrico; e l'acqua verde, che è direttamente influenzato dalla vegetazione e viene restituito all'atmosfera per evaporazione e traspirazione dopo essere stato assorbito dalle piante. Dörthe Tetzlaff e il suo team stanno studiando le interazioni tra i flussi di acqua blu e verde. Stanno analizzando cosa succede nella zona critica e quale influenza ha la vegetazione sul regime idrico complessivo.

La zona critica - il sottile, pelle della terra dinamica e vitale

Lo strato di terra che si estende tra la chioma, il suolo e la falda acquifera sono chiamati zona critica. Per molto tempo è stata una 'scatola nera'; in particolare, trascurato il ruolo delle piante nella distribuzione dell'acqua, poiché la scienza si è concentrata sui flussi dell'acqua blu.'

In questo studio, i ricercatori hanno studiato i flussi d'acqua nella zona critica con isotopi stabili nell'acqua. Gli isotopi stabili nell'acqua possono essere utilizzati come "marcatori" per determinare i percorsi di flusso, età e origine dell'acqua. Per una comprensione globale, non sono solo le quantità assolute dei flussi d'acqua nel paesaggio che sono importanti, ma anche per quanto tempo l'acqua viene immagazzinata in loco e quali percorsi di flusso impiega. Quando queste informazioni sono integrate con i dati sulla dinamica della vegetazione, la modellazione basata su traccianti può rivelare alcuni dei processi più importanti nel sistema ecoidrologico, come dove e con quale velocità le piante attingono acqua dal terreno.