Ross prépare des échantillons d'eau après une pluie. Ces échantillons soigneusement étiquetés aideront à raconter l'histoire de la façon dont l'eau se déplace pendant et après une tempête de pluie ou la fonte des neiges. Crédit :Janelle Laing.
Juste avant une tempête de pluie, Cody Ross pourrait se rendre sur un site de recherche agricole dans le cadre de ses études supérieures. Il devra mettre du colorant dans un puits d'injection. Le point? Évaluer le chemin que suit l'eau du champ pendant et après l'orage.
Ross, membre du Watershed Systems Research Program de l'Université du Manitoba, mesure le débit d'eau dans une partie du sol appelée zone vadose. Bien que le nom puisse vous rappeler des épisodes effrayants de la "Twilight Zone, " la zone vadose est juste le niveau saturé du sol juste sous la surface. Elle peut être de quelques centimètres à plus d'un mètre de profondeur. Et la zone vadose est l'endroit où les choses importantes se produisent dans le sol.
La zone vadose est complexe. À l'intérieur, les particules de sable sont énormes par rapport aux particules d'argile, affectant le débit d'eau. C'est pourquoi vous pouvez voir l'eau s'infiltrer rapidement à travers le sable sur une plage. Les sols sains contiennent également une bonne quantité de matière organique provenant de plantes ou d'insectes en décomposition. Finalement, de minuscules pores existent, rempli d'air ou d'eau stockée. Les racines des plantes poussent dans le sol pour recueillir l'eau et les nutriments. Des microbes microscopiques y vivent, ainsi que des animaux plus gros comme les vers de terre et les nématodes.
Le travail de Ross est important parce que la façon dont l'eau se déplace, par, et autour de toutes ces particules de sol, matière organique, pores, microbe, et les racines comptent. C'est quelque chose que les producteurs aimeraient savoir - en particulier dans les endroits où les précipitations sont rares. La région du sud-est des Prairies canadiennes, où Ross fait des recherches, a un environnement saisonnier sec.
« Étudier le mouvement de l'eau nous aide à mieux comprendre la disponibilité de l'eau en période de pénurie (sécheresse) et d'abondance (inondations), " dit Ross. " Cela nous aide également à comprendre comment nos actions ont un impact sur la disponibilité et la qualité des ressources en eau. à son tour, pourrait affecter les décisions politiques.
Ross applique un colorant fluorescent près des puits de recherche avant une tempête printanière. Le colorant aidera à tracer le chemin de l'eau dans l'environnement. Crédit :Halya Petzold
Des travaux antérieurs sur le mouvement de l'eau dans la zone vadose ont été effectués dans des régions vallonnées aux États-Unis, ou dans l'ouest des Prairies canadiennes. Tout comme vous ne pouvez pas vous attendre à ce qu'un épisode de Twilight Zone soit le même qu'un autre, vous ne pouvez pas vous attendre à ce qu'un sol d'une région agisse comme l'un dans l'autre. Il peut même y avoir des différences dans le même champ agricole, selon la quantité de matière organique, composition des particules de sol, et d'autres fonctionnalités. Les sols du sud-est des Prairies canadiennes, par rapport à l'ouest, contiennent plus de matière organique. Cette augmentation de la matière organique aide les sols à retenir l'humidité en été et en automne. Il impacte le potentiel de drainage. La matière organique influence également la durée pendant laquelle le sol reste gelé en hiver et au printemps.
Les différences dans la topographie du terrain sont importantes, trop. Imaginez-vous en train de dévaler une colline au Vermont... et imaginez maintenant que vous essayez de faire de la luge dans les régions plates du sud-est des Prairies canadiennes. La gravité ne va pas beaucoup vous aider là-bas. Il en est de même pour l'eau.
Le mouvement de l'eau dans le sol est également influencé par ses propriétés chimiques. Les particules d'argile du sol ont en fait une charge négative. Cela signifie que les sols à plus forte teneur en argile peuvent mieux retenir l'eau que les sols sablonneux. La matière organique peut absorber et libérer de l'eau, trop.
Ross a utilisé les formules mathématiques d'autres chercheurs - et a développé certaines des siennes - pour prédire comment l'eau se déplaçait pendant les tempêtes de pluie et les périodes de fonte des neiges. Le colorant qu'il a injecté dans les puits l'a aidé à déterminer si l'eau qu'il a collectée dans les cours d'eau était « nouvelle » de la pluie, ou "ancien" du stockage précédent.
"La recherche axée sur l'âge de l'eau a une importance dans de nombreuses applications, " dit Ross. " Nous voulons savoir si l'eau qui alimente un ruisseau provient directement du champ, ou suivi un chemin alternatif. Cette route alternative change-t-elle la qualité de l'eau? Est-ce que cela ralentit la livraison au canal ?" Toutes ces questions peuvent conduire à des outils prédictifs utiles.
Le colorant est versé dans un puits souterrain pour suivre le mouvement de l'eau pendant la fonte des neiges. Bien que le colorant semble à peine perceptible, son empreinte sera visible lors de l'analyse en laboratoire. Crédit :Halya Petzold
« Comme dans la plupart des disciplines, l'utilisation des mathématiques a une utilité énorme, " dit Ross. "Nous avons utilisé des expressions mathématiques pour nous aider à interpréter comment l'eau se déplace dans le sol. La capacité d'utiliser des modèles mathématiques de cette manière est très puissante. C'est souvent moins cher que les observations physiques, surtout dans des circonstances où la recherche est axée sur des régions vastes ou inaccessibles. »
Les recherches de Ross ont révélé que, contrairement à d'autres domaines, il y avait une quantité importante d'anciennes eaux qui se déplaçaient vers les ruisseaux. « Des recherches antérieures menées dans les Prairies ont indiqué que l'eau nouvelle était plus dominante, " dit Ross. " Ce n'était pas le cas dans notre étude. "
Bien que vous ne puissiez pas contrôler si vous aurez une sécheresse - ou une inondation - il est important d'étudier le mouvement de l'eau dans le sol. "Une meilleure compréhension de la façon dont l'eau se déplace à travers le paysage donne un aperçu des décisions de gestion de l'eau, " dit Ross. " Comprendre les contributions relatives des anciennes et des nouvelles sources d'eau peut influencer les décisions de gestion liées aux inondations et à la qualité de l'eau. "
Les futures recherches pour s'appuyer sur les travaux de Ross pourraient se concentrer sur d'autres emplacements, pour voir à quel point les découvertes de Ross sont courantes. « Des études axées sur l'impact de l'utilisation des terres et du changement climatique sur le mouvement de l'eau dans le sol dans le sud-est des Prairies canadiennes seraient bénéfiques, ", ajoute Ross.
