Изменение землепользования относится к изменению естественного земельного покрова в результате деятельности человека, охватывая широкий спектр преобразований, таких как расширение городов, очистка лесов и развитие сельского хозяйства. Эти изменения являются одними из наиболее значительных факторов, влияющих на экосистемы, регулирование климата и биоразнообразие во всем мире. Понимание того, как землепользование развивается с течением времени, имеет решающее значение для планирования устойчивого развития и стратегий сохранения, которые уравновешивают человеческие потребности с экологической целостностью. За последнее столетие быстрый рост населения, экономическое развитие, технологические достижения и меняющиеся модели потребления ускорили изменения в землепользовании в беспрецедентных масштабах, изменяя ландшафты по всему миру.

Достижения в области геопространственных технологий, в частности дистанционного зондирования и географических информационных систем (ГИС), произвели революцию в нашей способности контролировать, количественно оценивать и анализировать изменения в землепользовании в больших пространственных и временных масштабах. Программы спутниковых изображений, такие как Landsat и Sentinel, предоставили непрерывные записи с высоким разрешением, начиная с 1970-х годов, что позволило детально оценивать урбанизацию, обезлесение и расширение сельского хозяйства. Путем отслеживания темпов и пространственных моделей этих изменений исследователи, политики и менеджеры ресурсов могут лучше понять движущие силы, оценить воздействие на окружающую среду и разработать основанные на фактических данных стратегии для устойчивого управления земельными ресурсами, смягчения последствий изменения климата и сохранения биоразнообразия.

Урбанизация

Урбанизация — это процесс, посредством которого города и поселки расширяются, часто превращая сельские и природные земли в застроенные среды, характеризующиеся инфраструктурой, жильем и коммерческими разработками. Этот сдвиг представляет собой одно из самых глубоких изменений в землепользовании во всем мире, обусловленное в первую очередь ростом населения, экономическим развитием и миграцией из сельских районов в города. По данным Организации Объединенных Наций, доля населения мира, живущего в городских районах, увеличилась с 30% в 1950 году до 56% в 2020 году и, как ожидается, вырастет до 68% к 2050 году. Этот быстрый рост городов представляет как возможности и проблемы, включая повышение экономической производительности и инноваций, но также деградацию окружающей среды, социальное неравенство и уязвимость к последствиям изменения климата.

Водители городской экспансии

Несколько взаимосвязанных факторов способствуют расширению городов:

  • Миграция из сельских районов в города:] Экономические возможности, улучшение услуг и социальных удобств привлекают людей из сельских районов в города, особенно в развивающихся странах.
  • Естественный прирост населения: Более высокие показатели рождаемости в городском населении способствуют расширению города.
  • Экономическая реструктуризация: Концентрация промышленности, услуг и знаний в городских центрах привлекает капитал и рабочую силу.
  • Субурбанизация и разрастание:] В развитых странах растущий спрос на жилье и предпочтения в образе жизни способствуют распространению поселений низкой плотности за пределы традиционных городских границ.
  • Развитие инфраструктуры: Дорожные сети, общественный транспорт и коммунальные услуги позволяют городам расти пространственно.

Во многих развивающихся регионах неформальные поселения или трущобы быстро возникают из-за недостаточного городского планирования и предложения жилья, часто не имея доступа к основным услугам, в то время как в развитых странах обширные пригороды потребляют соседние леса и сельскохозяйственные земли, вызывая обеспокоенность по поводу устойчивости и использования ресурсов.

Экологические и социальные последствия урбанизации

Урбанизация непосредственно изменяет почвенный покров, заменяя естественные и проницаемые поверхности непроницаемыми материалами, такими как бетон, асфальт и крыши. Это приводит к нескольким экологическим последствиям:

  • Гидрологические изменения: Снижение инфильтрации увеличивает поверхностный сток, что приводит к более высоким рискам наводнений и загрязнения воды.
  • Раздробление среды обитания: Расширение городов разделяет естественные среды обитания, нарушая коридоры дикой природы и сокращая биоразнообразие.
  • Эффект городских тепловых островов: Населенных пунктов поглощают и удерживают тепло, повышая местные температуры на 3-5 °C по сравнению с окружающими сельскими зонами, усиливая спрос на энергию для охлаждения и усугубляя связанные с теплом риски для здоровья.
  • Загрязнение воздуха и воды: Увеличение выбросов транспортных средств, промышленная деятельность и неправильное удаление отходов ухудшают качество окружающей среды.

В социальном плане быстрая урбанизация может нанести ущерб таким инфраструктурным системам, как жилье, транспорт, санитария и здравоохранение, что часто приводит к переполненности районов, социальному неравенству и проблемам общественного здравоохранения.Однако хорошо продуманная городская среда может способствовать эффективному использованию ресурсов, инновациям и сокращению выбросов углерода на душу населения за счет компактного проживания и общественного транспорта.

Мониторинг городского роста с помощью дистанционного зондирования и ГИС

Технологии дистанционного зондирования преобразовали городские исследования, предоставив последовательные и подробные данные о городской форме и динамике. Спутниковые датчики, такие как датчики на борту миссий Landsat и Sentinel, захватывают изображения высокого разрешения, которые позволяют со временем отображать городские масштабы, типы земельного покрова и морфологические характеристики. Ключевые наборы данных и инструменты включают:

  • Глобальный слой человеческих поселений (GHSL): Предоставляет глобальную пространственную информацию о населенных пунктах и распределении населения.
  • World Urban Database and Access Portal Tools (WUDAPT): Предлагает стандартизированные данные по морфологии городов, климату и функциям для городов по всему миру.
  • Анализ временных рядов: позволяет исследователям количественно оценить модели роста городов, темпы и пространственное распределение с 1970-х годов по настоящее время.

Исследования, использующие эти ресурсы, показали, что глобальный городской земельный покров увеличился примерно в 2,5 раза в период с 1975 по 2020 год, причем самый быстрый рост произошел в Азии и Африке. Эти идеи поддерживают местные органы власти и планировщиков в мониторинге разрастания городов, обеспечении соблюдения правил землепользования и содействии устойчивому уплотнению для сохранения зеленых насаждений и экосистемных услуг. Для всеобъемлющих данных и прогнозов Перспективы урбанизации в мире ООН служит авторитетным ресурсом.

Вырубка лесов

Обезлесение — это крупномасштабное удаление лесного покрова для размещения сельского хозяйства, лесозаготовок, инфраструктуры и городского развития. Это глубоко влияет на глобальное биоразнообразие, хранение углерода и экосистемные услуги. Леса являются критическими поглотителями углерода, резервуарами биоразнообразия и регуляторами водных циклов. Наибольшие темпы обезлесения происходят в тропических регионах, особенно в бассейне Амазонки, бассейне Конго и Юго-Восточной Азии. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), с 1990 по 2020 год во всем мире было потеряно около 420 миллионов гектаров леса — площадь, превышающая площадь Европейского союза. Хотя глобальные чистые темпы потери лесов замедлились, деградация и потеря первичных лесов — тех, которые не затронуты деятельностью человека — продолжаются с тревожными темпами.

Основные причины обезлесения

Прямые причины обезлесения разнообразны и часто взаимосвязаны:

  • Расширение сельского хозяйства: Как натуральное хозяйство, так и крупномасштабное коммерческое сельское хозяйство способствуют расчистке лесов.
  • Бег: Легальная и незаконная заготовка древесины уменьшает лесной покров и ухудшает оставшиеся стоянки.
  • Горная промышленность и развитие инфраструктуры: Дороги, плотины и расширение городов способствуют преобразованию и фрагментации лесов.

К числу основных факторов относятся слабое управление, нечеткое землевладение, нищета и растущий глобальный спрос на сельскохозяйственные товары. Например, в Амазонии более 80% обезлесения связано с созданием пастбищ для скотоводства и пахотных земель для производства сои.

Экологические и климатические последствия

Леса содержат около 80% наземного биоразнообразия. Их удаление фрагментов среды обитания, уменьшает популяцию видов и нарушает экологические процессы, такие как опыление, рассеивание семян и циклическое использование питательных веществ. Обезлесение также выделяет значительное количество накопленного углекислого газа, способствуя примерно 8-10% ежегодных глобальных выбросов парниковых газов от потери тропических лесов. Кроме того, потеря лесов изменяет региональный климат за счет сокращения эвапотранспирации, которая может уменьшить количество осадков и увеличить частоту засухи. В Амазонке эти обратные связи угрожают вытолкнуть тропический лес за пределы переломного момента, превратив его в деградировавшую экосистему, похожую на саванну.

Глобальный мониторинг тенденций обезлесения

Современные спутниковые системы мониторинга предоставляют данные об изменениях лесного покрова во всем мире в режиме реального времени. Такие платформы, как Global Forest Watch, интегрируют спутниковые снимки с полевыми отчетами для обнаружения и картирования событий обезлесения ежегодно и даже ежемесячно. Анализ данных по временным рядам Landsat помогает создавать подробные карты потерь лесов, показывая, что только в 2023 году было потеряно около 11,1 миллиона гектаров тропических лесов — площадь, сопоставимая с размером Гватемалы. Исторически Бразилия и Индонезия зафиксировали самые высокие темпы обезлесения, хотя недавние усилия по политике и обеспечению соблюдения помогли сократить потери в некоторых районах.

Инициативы по лесовосстановлению и восстановлению лесов

В ответ на потерю лесов международные и национальные усилия направлены на восстановление деградированных земель и сохранение оставшихся лесов. Боннский вызов, например, нацелен на восстановление 350 млн га обезлесенных и деградированных ландшафтов к 2030 году. Стратегии восстановления включают в себя естественное восстановление, вспомогательную посадку и лесовосстановление с местными видами. В то время как лесные плантации могут увеличить лесной покров, им часто не хватает биоразнообразия и экосистемных функций первичных лесов. Поэтому сохранение нетронутых лесов остается наивысшим приоритетом для смягчения последствий изменения климата и сохранения биоразнообразия. Успешное восстановление зависит от долгосрочного управления, участия сообщества и согласования с местными экологическими условиями.

Сельскохозяйственная экспансия

Изменение землепользования в сельском хозяйстве включает преобразование природных экосистем, таких как леса, луга и водно-болотные угодья, в сельскохозяйственные угодья для удовлетворения растущего спроса на продовольствие, клетчатку и биоэнергию. Хотя сельскохозяйственная экспансия имеет важное значение для поддержания жизнедеятельности человека, сельскохозяйственная экспансия часто приводит к деградации почв, истощению водных ресурсов и потере биоразнообразия, если не управлять устойчивым образом. В глобальном масштабе сельскохозяйственные земли покрывают приблизительно 5 миллиардов гектаров, около 38% земной поверхности Земли. За последние три столетия площадь пахотных земель расширилась более чем на 450%, в основном за счет лесов и местных лугов.

Расширение против интенсификации

Сельскохозяйственный рост происходит по двум основным направлениям:

  • Расширение: Привлечение новых земель в сельскохозяйственное производство путем расчистки лесов или преобразования лугов. Этот процесс вызывает прямую потерю среды обитания и является основным фактором обезлесения и фрагментации экосистем.
  • Интенсификация:] Повышение производительности на существующих сельскохозяйственных угодьях за счет улучшения семян, удобрений, орошения, механизации и более эффективных методов управления. Хотя интенсификация может снизить давление для очистки дополнительных земель, она создает экологические проблемы, такие как сток питательных веществ, выбросы парниковых газов и истощение подземных вод.

Баланс между этими подходами имеет решающее значение для достижения глобальной продовольственной безопасности без дальнейшего ухудшения состояния природных экосистем.

Воздействие на земельные и водные ресурсы

Сельское хозяйство является крупнейшим потребителем пресной воды в мире, на долю которого приходится почти 70% общего объема изъятий, в первую очередь для орошения. В то время как ирригация повышает урожайность сельскохозяйственных культур, она может чрезмерно эксплуатировать водоносные горизонты и уменьшать потоки рек, угрожая доступности воды для других целей. Деградация почв влияет примерно на одну треть глобальных сельскохозяйственных земель посредством эрозии, засоления, истощения питательных веществ и потери органических веществ. Такие практики, как перевыпасы, монокультурное выращивание и чрезмерная обработка почвы, усугубляют эти проблемы. В тропических регионах традиционные циклы смещения культивирования (скрытое сельское хозяйство) через лесные подстилки для поддержания плодородия почвы, но увеличение давления населения сокращает периоды подстилки, часто вызывая постоянную деградацию земель.

Утрата биоразнообразия на сельскохозяйственных рубежах

Преобразование естественных мест обитания в сельскохозяйственные поля резко сокращает местное биоразнообразие и упрощает экосистемы. Быстрое расширение плантаций масличных пальм в Юго-Восточной Азии и частях Южной Америки опустошило места обитания знаковых видов, таких как орангутанги и тигры. Аналогичным образом, преобразование бразильского саванны - богатой видами саванны - в соевые плантации и пастбища имеет фрагментированные места обитания, критически важные для ягуаров, гривенных волков и многих других видов. В то время как сельскохозяйственные ландшафты могут поддерживать некоторое биоразнообразие через такие особенности, как поля, изгороди и системы агролесоводства, они остаются плохими заменителями неповрежденных природных экосистем.

Устойчивая сельскохозяйственная практика

В целях смягчения воздействия на окружающую среду и повышения устойчивости к внешним воздействиям, набирают внимание подходы к устойчивой интенсификации, которые включают:

  • Точное земледелие: Использование технологий для оптимизации ввода и сокращения отходов.
  • Интегрированное управление вредителями: Сочетание биологических, культурных и химических методов борьбы с вредителями с минимальным вредом для окружающей среды.
  • Сохранение обработки почвы и покрытие посевов: Методы, которые улучшают здоровье почвы и уменьшают эрозию.
  • Агроэкология и агролесоводство: Интеграция экологических принципов и древесных культур для повышения биоразнообразия, поглощения углерода и производительности.
  • Сильвопастюра: Сочетание деревьев с пастбищами и домашним скотом для улучшения качества почвы и благополучия животных.

Схемы сертификации, такие как Альянс тропических лесов и Круглый стол по устойчивому производству пальмового масла (RSPO), способствуют экологически и социально ответственному производству сырьевых товаров для сокращения обезлесения в цепочках поставок. Тем не менее, внедрение устойчивых методов остается неравномерным во всем мире, и их масштабирование требует поддерживающей политики, рыночных стимулов и повышения осведомленности потребителей.

Взаимосвязи и компромиссы между изменениями в землепользовании

Урбанизация, обезлесение и расширение сельского хозяйства являются глубоко взаимосвязанными процессами, которые оказывают влияние и усиливают друг друга сложными способами. Например, рост городов часто вытесняет сельскохозяйственную деятельность, толкая сельское хозяйство в лесные или маргинальные земли, тем самым ускоряя обезлесение. Рост цен на сырьевые товары, обусловленный городским спросом, может стимулировать дальнейшую расчистку лесов для сельскохозяйственных культур и пастбищ. Развитие инфраструктуры, такое как дороги и плотины, облегчает доступ к отдаленным лесным районам, увеличивая риск незаконной вырубки и преобразования земель.

Изменение климата еще больше осложняет эту динамику, влияя на урожайность сельскохозяйственных культур, состояние лесов и уязвимость городских районов к воздействию тепла. Повышение температуры и изменение структуры осадков создают петли обратной связи, которые могут усугубить деградацию земель и утрату биоразнообразия. Например, засухи могут снизить производительность сельского хозяйства и устойчивость лесов, что приводит к сдвигам в землепользовании, которые усиливают давление на окружающую среду.

Торговые компромиссы между развитием и сохранением неизбежны, но могут управляться посредством комплексного планирования землепользования, которое учитывает одновременно несколько целей. Балансирование производства продовольствия, хранения углерода, сохранения биоразнообразия и благосостояния человека требует инструментов и рамок, способных анализировать пространственные и временные взаимодействия между землепользованием. Системы поддержки принятия решений, включающие данные дистанционного зондирования, оценку экосистемных услуг и участие заинтересованных сторон, имеют важное значение для создания устойчивых путей.