Летом 2010 года Лос-Анджелес терял около 100 галлонов воды на человека в день в атмосферу из-за испарения и поглощения растениями газонов и деревьев. Согласно исследованию Университета Юты, опубликованному в Water Resources Research, на газоны приходится 70 процентов потерь воды, а на деревья - 30 процентов.
Результаты, основанные на измерениях, проведенных до того, как Лос-Анджелес ввел обязательные ограничения на полив в 2014 году, показывают закономерность систематического чрезмерного полива городских газонов и удивительную эффективность использования воды в древесном покрове. Кроме того, исследователи обнаружили корреляцию между потерями воды и доходом домохозяйства.
«Почва была настолько влажной, что растения не ограничивались в использовании воды», - говорит Елизавета Литвак, аспирант и первый автор нового исследования. «Это была максимально возможная потеря воды».
Испарение + Транспирация=Эвапотранспирация, или ET
Потерю воды, которую измерили Литвак и Дайан Патаки, профессор биологии, лучше всего описать как «эвапотранспирацию», измерение, которое суммирует испарение воды из почвы и выделение водяного пара растениями, называемое транспирацией.. Скорость эвапотранспирации (ET) зависит от нескольких факторов, включая тип растения, температуру, влажность и количество воды в почве. Для каждого условия ученые могут рассчитать потенциальную скорость ET, которая оценивает максимально возможное количество ET при условии наличия большого количества воды.
И, согласно измерениям Литвака, почвы Лос-Анджелеса были богатым источником воды. Представьте, что в жаркий летний день вы раскладываете мокрое полотенце, чтобы высохнуть. Это полностью влажная поверхность, и она должна испаряться с максимально возможной скоростью. Потери воды с чрезмерно орошаемого газона намного больше, потому что транспирация травы перекачивает еще больше воды из почвы в атмосферу. «Растения способствуют испарению», - говорит Литвак. «Вот почему это не выглядит хорошо».
Для измерения ET на газонах Литвак разработал камеру размером с обувную коробку, которая могла измерять быстрые изменения температуры и влажности над травой. Она и ее коллеги путешествовали по Лос-Анджелесу летом 2010 года и зимой 2011 года, проводя измерения для разработки математической модели показателей ET на газонах в различных условиях.
Водные стили богатых и знаменитых
При последующем анализе данных они проверили гипотезу о том, что в более богатых районах было больше растений, чем в более бедных. Они обнаружили, что уровень ET в самых богатых районах был примерно вдвое выше, чем в более бедных районах. Вероятно, это связано с рядом факторов, говорят Литвак и Патаки, в том числе с большими размерами участков более богатой недвижимости.
Деревья стали героями исследования по экономии воды, используя гораздо меньше воды, чем трава. Это опять же, вероятно, связано с несколькими факторами. Деревья имеют гораздо меньшую площадь листовой поверхности, а листья деревьев не орошаются напрямую, поэтому они менее подвержены испарению. Кроме того, деревья регулируют скорость испарения в зависимости от влажности окружающего воздуха. В засушливых условиях деревья будут сурово править транспирацией.
«Я был удивлен, что мы можем поддерживать крону деревьев в Лос-Анджелесе с относительно небольшим количеством воды», - говорит Патаки. «Существует предположение, что нам нужно обильное орошение для поддержки деревьев. Мы можем резко сократить потребление воды и при этом сохранить крону деревьев».
Долгосрочные изменения
Многое изменилось в гидрологии Калифорнии с тех пор, как были проведены измерения, приведшие к этим результатам. Перед лицом исторической засухи в Калифорнии в 2014 году были введены обязательные ограничения на полив. Весной 2017 года ограничения были сняты, поскольку в штате стояла очень влажная погода. Долгосрочные последствия ограничений на полив пока неизвестны.
«Существовала программа финансового стимулирования удаления газонов, - говорит Патаки. "Люди сделали."
Но ограничения на полив бьют по скупым деревьям не меньше, чем по расточительным газонам. «При ограничении орошения деревья могут не получать достаточно воды», - говорит Литвак. «Деревьям не нужно много, но если полив полностью прекратится, они могут погибнуть».
«Недавняя засуха в Калифорнии подчеркивает необходимость сохранения городских и сельскохозяйственных угодий», - говорит Том Торгерсен, программный директор отдела наук о Земле Национального научного фонда (NSF), который финансировал исследование вместе с подразделениями NSF. экологической биологии; Интегративные системы организма; и поведенческие и когнитивные науки.«В Лос-Анджелесе наибольшая эвапотранспирация была обусловлена травянистой травой и деревьями, дающими семена; пальмы внесли очень небольшой вклад. И то, и другое обеспечивает смягчение эффекта теплового острова и снижает потребность в кондиционировании воздуха. Однако польза неравномерна. Чем выше средний доход, тем выше эвапотранспирация, что указывает на более низкие температуры там и более высокие температуры в более бедных районах города."
Патаки говорит, что еще слишком рано говорить о том, вернутся ли режимы полива и выбор ландшафта к своим излишествам до засухи. «Изменило ли это предпочтения людей в отношении пейзажей надолго - это то, что нам еще предстоит изучить».