ANTECEDENTES

En la mayoria de las cuencas semi-áridas, los recursos de agua subterránea constituyen la fuente primordial que sustenta la vida humana, la agricultura, y los ecosistemas ribereños.  Los sistemas ribereños en el suroeste se encuentran bajo una gran presión, sin embargo, ellos le dan abrigo a la gran mayoria de la biodiversidad regional.  En la actualidad, no existen herramientas en las cuales se pueda confiar para administrar las comunidades ribereñas por varias razones. Estas razones incluyen incertidumbres en: (i) las relaciones ribereñas entre las plantas y el agua, (ii) las condiciones de frontera de la cuenca, (iii)los procesos físico-hidrológicos en grandes áreas, así como la evapotranspiración ribereña, que es un factor significativo en el balance del agua de una cuenca en regiones semi-áridas, y (iv) la dirección hidrológica de las corrientes y el tiempo de residencia.  Es común que los conflictos entre el desarrollo y la preservación surjan en una atmósfera de ignorancia y sean empeorados por disputas y leyes institucionales que carecen de una adecuada fundación científica.

Innovaciones Prometedoras

Análises precisos químico/isótopos.  Explorador Raman LIDAR. El flujo de la savia, conducción estomatal, el cambio de los nutrientes, y las medidas de la arquitectura de plantas para estimar la evapotranspiración de los álamos de Virginia, los suaces, los tamariscos, y el área debajo de las copas de los árboles, así como el funcionamiento de las plantas.  Mejores productos de percepción-remota de satélites, aeronaves, y tierra.  Procedimientos de prueba en acuíferos y zonas activas no saturadas para calcular las propiedades de la zonas no saturadas y las saturadas, y para la conducción espacial promedio del cauce.

Aplicaciones

Nuestros estudios de cambios hidrológicos que transfieren agua y solventes en arroyos, agua subterránea, y comunidades de plantas, proveerán una fundación científica para manejar las decisiones que afecten a los sistemas ribereños  Nos concentraremos en dos acciones de manejo primordiales: (i) bombear los acuíferos conectados a los sistemas ribereños y (ii) las perturbaciones a los cambios de los nutrientes en sistemas sensibles ribereños.  Unas de las principales herramientas científicas de administración serán una metodología de medidas muy bien documentada, software para diseñar, y un proceso de decisión que permitirá que los manejadores simulen los efectos de diferentes niveles de agua subterránea y presión de nutrientes, para así tomar las decisiones correctas.  Nosotros influenciaremos los esfuerzos de investigación del Programa de la Superficie Atmosférica de Tierra Semi-Árida (SALSA, por sus siglas en inglés) e Investigaciones Ecológicas a Largo Plazo (LTER, por sus siglas en inglés) en el sur de Arizona y Nuevo México.  La meta del programa de SALSA es el determinar las consecuencias de los cambios naturales e inducidos por el hombre en el balance del agua y la diversidad ecológica en cuencas áridas y semi-áridas a través de escalas de tiempo de décadas.

SUB-ÁREAS

3.1- Intercambio de agua en sistemas ribereños (Arias, Cooper, Goodrich, Leake, Maddock, Mohanty, Moran, Stromberg, van Genuchten, Warrick, Watts, Webb, Williams).

3.2 - El ciclo de los nutrientes (Bales, Conklin, Grimm, Harvey).

El objetivo es el desarrollar un acercamiento holístico para valorar los efectos del desarrollo del agua subterránea y la administración conjuntiva del agua superficial junto con medidas innovadoras y herramientas de simulación para sustentar la disponibilidad de los recursos de agua subterránea, y la viabilidad de los ecosistemas ribereños como cruciales corredores de diversidad ecológica en regiones áridas y semi-áridas.  Un tratamiento integrado de los movimientos de tierra, zonas no saturadas, superficie, y agua de las plantas (ET) juntamente asociado con ecología ribereña es crítico, tomando en cuenta la interacción de las diferentes escalas de tiempo: (i) la evapotranspiración varia sobre ambos ciclos diarios y temporales, (ii) el agua subterránea generalmente cambia a lo largo de meses o años, (iii) la humedad de la zona no saturada varia acorde las escalas diarias o multi-anuales dependiendo de la locación, (iv) el flujo superficial tiene un componente que es el flujo base (agua subterránea) y un componente de respuesta rápida, y (v) la sucesión ecológica de plantas de presiones del agua varia de años a décadas.  Nuestra forma de abordar el tema es novedoso, ya que las interacciones hidrológicas y ecológicas serán estudiadas en todas estas escalas de tiempo.  Esto será realizado usando campañas experimentales de corto plazo junto con estudios a largo plazo y monitoreo.  Intensas campañas experimentales multi-disciplinarias serán llevadas a cabo simultáneamente con medidas hidrológicas, de plantas, y percibidas remotamente del acuífero regional de agua subterránea a través de todos los caminos de agua a la capa divisoria en la atmófera inferior que experimenten varios grados de estrés hidrológico (alcanzes ganadores, intermedios, y efímeros).  Estudios a largo plazo de estos alcanzes resultarán en herramientas para predecir la sucesión ecológica con el cambiante estrés hidrológico.  Un Centro es el único mecanismo realístico que permita a los hidrologistas de agua subterránea, zona no saturada, y agua superficial trabajar de cerca con fisiólogos de plantas, ecologistas, y micrometeorologistas a través de un período suficientemente largo para reunir los datos necesarios, llevar a cabo análisis, y desarrollar un modelo detallado del funcionamiento ribereño.  Estas sub-tareas van a interactuar muy de cerca con las áreas de enfoque 1, 2, y 4.

Sub-área 3.2  El ciclo de los nutrientes
Bales, Conklin, Grimm, Harvey

El objetivo central es el entender el papel del ciclo biogeoquímico en las zonas ‘hyporheic’ de los arroyos como un camino para remover los solubles natural y antropogénicos en los ecosistemas ribereños.  Las zonas ribereñas pueden ser bastante variables, dependiendo del tipo de cauce, perturbaciones (como presas de castores), y la vegetación local.  La interacción de los nutrientes y la biota afecta las condiciones de reducción de la oxidación en el agua subterránea poco profunda, la cual influencía la adición de movimientos antropogénicos en el sistema (ejem., metales).  La eficiencia de este ciclo biogeoquímico depende de la disponibilidad de nutrientes, las características del tono ecológico ribereño, y las características hidrológicas de la trayectoria del flujo ‘hyporheic’.  En los arroyos del semi-árido suroeste, el nutriente limitante más común es el nitrógeno.  La adición cuantiosa de nitrógeno a través de la precipitación, la aplicación de fertilizante, y otras actividades humanas, tal vez puede contribuir a la eutroficación de los ecosistemas acuáticos.  Además, la lluvia y la adición de nitrógeno proveniente de inundaciones exhibe un patrón temporal similar. Tomando en cuenta la central importancia de este elemento, concentraremos nuestra investigación en determinar el papel del tono ecológico ribereño en retener las adiciones de nitrógeno, aunquen también otros materiales serán estudiados.  Vamos a edificar sobre los esfuerzos de la sub-área 3.1 e introduciremos rastreadores para determinar la extensión de la zona ‘hyporheic’ (Br-, radón, isótopos de radio de corta vida, y pendiente de temperatura).  El uso innovador de estos trazadores ayudará a identificar la trayectoria del flujo en la sub-superficie (hyporheic) del cauce activo así como en la zona ribereña.  Nitrógeno 15 será usado para determinar el transporte de nitrógeno y la retención en el ecosistema.  Los estudios se extenderán al usar nuestras versiones modificadas de OTIS, un código númerico usado para calcular los parámetros en la zona ‘hyporheic’.  Al usar nuestros resultados diseñados bajo la sub-área 3.1, se incorporará la zona ‘hyporheic’ al describir las interacciones de agua subterránea y agua superficial.  La identificación de las fuentes y el destino del nitrógeno será coordinado con las sub-áreas 2.1 y 2.3.