บทความเบื้องหลังนี้จัดทำขึ้นเพื่อ Livescience โดยร่วมมือกับมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ
เกือบห้าปีแล้วที่ฉันพบว่าตัวเองถูกล้อมรอบไปด้วยเมฆยุงที่อยู่กลางพื้นที่ชุ่มน้ำทางตอนเหนือของรัฐวิสคอนซินสงสัยว่าฉันได้รับอะไร
นี่เป็นจุดเริ่มต้นของเวลาของฉันในฐานะนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในโครงการสหวิทยาการที่ได้รับทุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติที่มหาวิทยาลัยที่บัฟฟาโล, SUNY, ทำงานในโครงการวิจัยเพื่อลองและหาว่าต้นไม้ป่าใช้น้ำอย่างไร การทำเช่นนั้นกลายเป็นเรื่องยากกว่าที่ฉันคิด
เป็นเวลากว่าหนึ่งสัปดาห์ที่ปรึกษาของฉัน Scott MacKay และฉันพร้อมกับเพื่อนร่วมงานคนอื่น ๆ หลายคนได้ทำงานเพื่อตั้งเว็บไซต์ เราต้องการทราบว่าต้นไม้ใกล้กับพื้นที่ชุ่มน้ำใช้น้ำมากกว่าที่อยู่ไกลออกไปหรือไม่ ในการคิดสิ่งนี้เราได้เลือกต้นไม้ 150 ต้นและวัดปริมาณน้ำที่แต่ละอันใช้โดยใส่เซ็นเซอร์ลงในต้นไม้
ใช้สายเคเบิลมากกว่า 4 ไมล์เราเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ในแต่ละต้นกับเครื่องบันทึกข้อมูล เซ็นเซอร์และเครื่องบันทึกข้อมูลทั้งหมดเหล่านี้ต้องการพลังงานในการทำงานดังนั้นเราจึงมีแบตเตอรี่รถยนต์ 40 คันซึ่งมีน้ำหนักมากกว่า 2,000 ปอนด์ลงในป่าและจัดแผงโซลาร์เซลล์ 30 แผงในการล้างเพื่อให้พวกเขาชาร์จ
เว็บไซต์ของเราอยู่ในพื้นที่ห่างไกลที่ใช้เวลา 45 นาทีในการเข้าถึงรถยนต์จากสถานีวิจัยที่เราพัก นี่หมายความว่าเราจะออกเดินทาง แต่เช้าและมักจะไม่กลับมาจนกว่าจะมืด เราเก็บอาหารกลางวันและกินในป่าหรือในรถถ้ายุงน่ารำคาญเกินไป โชคดีสำหรับเรามีร้านอาหารใกล้สถานีวิจัยที่ให้บริการชีสเบอร์เกอร์ที่ยอดเยี่ยมและคัสตาร์ดแช่แข็งสด เรากินที่นั่นทุกคืน
เมื่อไซต์ทำงานอยู่และข้อมูลถูกรวบรวมจากต้นไม้ทั้งหมดฉันก็ถูกทิ้งไว้ด้วยตัวเองเพื่อดูแลเว็บไซต์และดาวน์โหลดข้อมูล เรื่องนี้ดูง่าย แต่ยังมีงานอีกมากมายให้ทำทุกวัน ด้วยการเดินสายทั้งหมดสิ่งต่าง ๆ เช่นลมและฝนอาจทำให้เซ็นเซอร์หลวมหรือขัดขวางการเชื่อมต่อ
นอกจากนี้สัตว์เล็ก ๆ เช่นกระรอกและกระต่ายก็ชอบเคี้ยวสายเคเบิลและหมีก็อยากรู้อยากเห็นว่ามีอะไรอยู่ในกล่องแปลก ๆ เหล่านี้ที่มีแบตเตอรี่และเครื่องบันทึกข้อมูล มันเป็นหน้าที่ของฉันในการค้นหาและซ่อมแซมปัญหาเหล่านี้ทั้งหมดเพื่อให้เว็บไซต์ทำงานได้อย่างราบรื่น ในตอนท้ายของฤดูร้อนฉันปิดเว็บไซต์ลงในฤดูหนาวและกลับบ้านเพื่อดูข้อมูล
ข้อมูลสำหรับต้นไม้แอสเพนซึ่งเป็นสายพันธุ์สำคัญในพื้นที่แสดงให้เห็นว่าต้นไม้ในพื้นที่ชุ่มน้ำใช้น้ำน้อยลงเพราะพวกมันมีขนาดเล็กลง การดูข้อมูลอย่างใกล้ชิดเผยให้เห็นความแตกต่างที่น้อยลงตลอดระยะเวลาหนึ่งวันในการใช้ต้นไม้น้ำมากแค่ไหน ต้นไม้ต้องการแสงและน้ำที่จะเติบโตและต้นไม้ควรใช้น้ำมากที่สุดในช่วงกลางของวันที่มีแสงแดดมากมาย อย่างไรก็ตามต้นไม้บางต้นใช้น้ำมากขึ้นในช่วงต้นหรือปลายวันและน้อยลงในช่วงกลางของวัน การสังเกตนี้แตกต่างกันสำหรับต้นไม้แต่ละต้น คำอธิบายที่เป็นไปได้อย่างหนึ่งสำหรับเรื่องนี้คือต้นไม้บางต้นไม่ได้รับแสงแดดมากนักเพราะพวกเขาอยู่ในที่ร่มของเพื่อนบ้านที่สูงขึ้น
ฉันตื่นเต้นที่จะทดสอบความคิดนี้และตัดสินใจที่จะทำเช่นนั้นในฤดูร้อนถัดไป เพื่อนร่วมงานของฉันอีกครั้งและฉันกลับไปที่วิสคอนซินเพื่อตั้งค่าเว็บไซต์ เวลานี้เรารวบรวมข้อมูลที่ไซต์เดียวกันในช่วงครึ่งแรกของฤดูร้อนจากนั้นย้ายทุกอย่างไปยังไซต์อื่นเพื่อวัดต้นไม้ชนิดต่าง ๆ ในช่วงครึ่งหลังของฤดูร้อน
นอกเหนือจากการรวบรวมข้อมูลการใช้น้ำฉันเริ่มบันทึกตำแหน่งที่แน่นอนและความสูงสำหรับต้นไม้ที่ใช้ในการใช้น้ำและเพื่อนบ้านของพวกเขา ในการวัดความสูงฉันใช้เครื่องมือที่ดูเหมือนว่ามีกล้องส่องทางไกลคู่หนึ่งและใช้เลเซอร์ในการวัดระยะทางเรียกว่า Rangefinder ในตอนท้ายของฤดูร้อนฉันเปรียบเทียบการวัดเหล่านี้กับข้อมูลการใช้น้ำและปรากฏว่าต้นไม้ที่มีแรเงาโดยเพื่อนบ้านของพวกเขาใช้น้ำน้อยลง
ด้วยเหตุนี้ฉันจึงตัดสินใจกลับไปที่ไซต์เป็นเวลาหลายสัปดาห์ในช่วงฤดูร้อนต่อไปนี้เพื่อวัดต้นไม้มากขึ้น โดยรวมแล้วฉันวัดตำแหน่งและความสูงมากกว่า 1,500 ต้น
ด้วยข้อมูลความสูงของต้นไม้ทั้งหมดฉันสามารถใช้โมเดลคอมพิวเตอร์ที่สร้างการเป็นตัวแทน 3 มิติของป่าและคำนวณจำนวนแสงแดดที่ถูกปิดกั้นจากต้นไม้โดยเพื่อนบ้าน การวิเคราะห์นี้ยืนยันว่าต้นไม้ที่มีสีเทาใช้น้ำน้อยลง
การค้นพบจากการวิจัยนี้มีความสำคัญเนื่องจากช่วยให้เข้าใจว่าสภาพแวดล้อมของต้นไม้มีผลต่อปริมาณน้ำที่ใช้ นักวิทยาศาสตร์ที่ต้องการประมาณว่าน้ำทั้งหมดที่ใช้ในป่าทั้งหมดจะได้รับประโยชน์จากความรู้ประเภทนี้
ผลการศึกษาของฉันแสดงให้เห็นว่าเพื่อให้การประมาณการที่แม่นยำของปริมาณน้ำที่ป่าใช้เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องรู้ว่าขนาดของต้นไม้เปลี่ยนแปลงไปทั่วป่าอย่างไรและสภาพแวดล้อมของต้นไม้ส่งผลกระทบต่อปริมาณน้ำที่ใช้ ป่าไม้มีบทบาทสำคัญในระบบสภาพภูมิอากาศโลก เพื่อให้เข้าใจถึงผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอย่างเต็มที่จำเป็นต้องรู้ให้มากที่สุดเกี่ยวกับวิธีการทำงานของป่า
หมายเหตุบรรณาธิการ: งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนโดยมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (NSF) หน่วยงานรัฐบาลกลางถูกเรียกเก็บเงินจากการระดมทุนการวิจัยขั้นพื้นฐานและการศึกษาในทุกสาขาของวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมดูเบื้องหลังการเก็บถาวร
