Table of Contents

Расширяющийся охват деградации земель

Опустынивание часто понимается как кризис, ограниченный самыми сухими регионами мира. Тем не менее, основные процессы деградации земель не ограничиваются климатическими зонами. Все чаще районы с исторически обильными осадками испытывают значительное снижение здоровья почв и биологической продуктивности. Эта деградация, обусловленная изменениями погодных условий, проявляется в способах, которые отличаются от классического опустынивания, но с одинаково серьезными последствиями для продовольственной безопасности, биоразнообразия и стабильности климата.

Сам термин опустынивание, как определено Конвенцией Организации Объединенных Наций по борьбе с опустыниванием (] КБОООН, относится к деградации земель в засушливых, полузасушливых и сухих субгумидных районах.Однако механизмы, которые ухудшают состояние земель — эрозия почв, истощение питательных веществ, засоление и потеря растительного покрова — действуют во всех режимах осадков.Какие изменения являются основным фактором: в более влажных регионах избыток воды, более интенсивные штормы и измененные сезонные ритмы ускоряют деградацию менее заметными, но не менее разрушительными способами.

Понимание того, как погодные условия приводят к этому процессу, имеет решающее значение для разработки эффективных стратегий управления земельными ресурсами. По мере повышения глобальной температуры и увеличения количества осадков различие между засушливыми и водно-болотными угодьями размывается, что требует более комплексного подхода к управлению земельными ресурсами.

Парадокс деградации в условиях высокого уровня осадков

Идея о том, что слишком большое количество воды может ухудшить состояние земель, кажется нелогичной. В конце концов, вода необходима для роста растений и формирования почв. Тем не менее во многих влажных регионах проблема заключается не в отсутствии воды, а в ее распределении и интенсивности. Основная проблема заключается в том, что погодные условия, измененные изменением климата, обеспечивают осадки таким образом, что подавляют естественную буферную способность экосистем.

В стабильном климате почвы на протяжении веков развивают структуру и органическое вещество, создавая матрицу, которая может поглощать и фильтровать воду. Когда нарушается этот баланс, та же вода, которая поддерживает жизнь, становится агентом разрушения. Сильные ливни отделяют частицы почвы, насыщают поровые пространства и смывают питательные вещества. Результатом является медленное, но устойчивое снижение способности земли поддерживать растительность, удерживать влагу во время сухих периодов и противостоять эрозии.

Этот парадокс разворачивается в разных географических регионах, от влажных тропиков до умеренных сельскохозяйственных угодий.Обычная нить заключается в том, что погодные условия, когда-то предсказуемые, теперь колеблются более бурно, выталкивая экосистемы за пределы порогов устойчивости.

Как изменения погодных условий приводят к деградации

Интенсивный дождь и эрозивная сила

Наиболее непосредственным механизмом, связывающим погодные условия с деградацией земель во влажных регионах, является увеличение экстремальных осадков. Более теплый воздух удерживает больше влаги, и при каждом повышении температуры на 1 ° C атмосфера может удерживать примерно на 7% больше водяного пара. Эта дополнительная влажность часто выделяется короткими, интенсивными всплесками, а не мягкими, продолжительными дождями.

Кинетическая энергия капель дождя в таких событиях значительно выше. Когда вода падает на голую или малорастительную почву, она вытесняет мелкие частицы и распыляет их в суспензию. Этот процесс, известный как брызговая эрозия, является первой стадией потери почвы. По мере накопления воды она образует листы и рылки, которые переносят осадок вниз по склону. В сельскохозяйственных полях это может лишить богатый питательными веществами верхний слой почвы в одном штормовом событии, оставляя после себя недра, которые менее плодородны и более склонны к уплотнению.

Регионы, которые когда-то считались безопасными от эрозии из-за их лесного покрова или пастбищ, теперь уязвимы там, где вырубка лесов или изменение землепользования обнажили почву.Сочетание интенсивных осадков и снижение вегетативной защиты создает условия для быстрой деградации даже в районах с высокими годовыми суммами осадков.

Расширение сухих заклинаний в влажные сезоны

В то время как общее годовое количество осадков может оставаться высоким или даже увеличиваться в некоторых регионах, его распределение меняется. Более длинные сухие интервалы между событиями дождя становятся все более распространенными, даже в традиционно влажном климате. Эти сухие периоды вызывают высыхание поверхностных почв и коры, уменьшая способность к инфильтрации.

Когда наступает следующий сильный дождь, поверхность корки не может быстро поглощать воду, что приводит к увеличению стока и затоплению. Вода, которая бы перезаряжала грунтовые воды и поддерживала рост растений, вместо этого течет по поверхности, перенося осадочные породы и питательные вещества в водные пути. Эта структура не только деградирует землю, из которой теряется почва, но и наносит ущерб водным экосистемам вниз по течению путем осаждения и загрузки питательных веществ.

Растения тоже страдают. Расширенные засушливые периоды напрягают растительность, снижают развитие корней и покрова навеса. Ослабленные растения более восприимчивы к вредителям и болезням, а их уменьшенная биомасса означает меньшее возвращение органического вещества в почву, увековечивая цикл снижения плодородия.

Повышение температуры и спрос на испарение

Повышение температуры влияет на здоровье земель за пределами их влияния на интенсивность осадков. Более высокие температуры повышают испаряющую потребность атмосферы - по сути, способность воздуха вытягивать влагу из почв и растений. Даже во влажных регионах это может создать дефицит влаги в критические периоды роста.

Растительность реагирует на закрытие устьиц для сохранения воды, что снижает фотосинтез и поглощение углерода. Со временем этот стресс снижает бодрость растений и почвенный покров. В экосистемах, адаптированных к постоянной влаге, таких как тропические тропические леса, длительный стресс может привести к отмиранию полога и повышенной воспламеняемости. В Специальном докладе МГЭИК об изменении климата и земле подчеркивается, что такие петли обратной связи могут превращать лесные ландшафты в деградировавшие саванны или кустарники, представляя собой форму опустынивания, вызванную не засухой, а тепловым стрессом и измененной сезонностью.

Конкретные пути деградации в более влажном климате

Заболачивание и структурный коллапс почвы

В регионах, где количество осадков превышает испарение в течение длительных периодов, почвы могут стать заболоченными. Устойчивое насыщение заполняет поровые пространства, которые обычно содержат воздух, создавая анаэробные условия. Это имеет несколько вредных эффектов.

Во-первых, корни растений не могут дышать в заболоченной почве, что приводит к снижению роста или гибели, особенно для видов, не приспособленных к таким условиям. Во-вторых, анаэробная микробная активность способствует денитрификации, превращая ценный почвенный азот в газообразные формы, которые улетучиваются в атмосферу. В-третьих, физическая структура почвы деградирует по мере того, как агрегаты разрушаются в длительных влажных условиях, что приводит к поверхностному коррозии и уменьшению дренажа в долгосрочной перспективе.

Особенно проблематична заболачивание в низменных районах с плохим естественным дренажем, но оно может также влиять на хорошо дренированные почвы, когда осадки случаются исключительно часто и интенсивно.Расширение непроницаемых поверхностей в городских и пригородных районах усугубляет это, концентрируя стоки на окружающих землях.

Соленость почвы в прибрежных и внутренних влажных районах

Засоление обычно связано с орошением в засушливых регионах, но оно также угрожает влажным районам, особенно вдоль береговых линий и во внутренних бассейнах с соленой грунтовой водой. Повышение уровня моря и более частые штормовые нагоны выталкивают соленую воду в пресноводные водоносные горизонты и прибрежные почвы. Внутренние изменения в землепользовании и динамике таблицы воды могут привести к появлению естественных солей на поверхности.

Когда солевые грунтовые воды поднимаются в корневую зону, они подавляют поглощение растительной воды через осмотическое напряжение. Накопление соли также нарушает структуру почвы, заставляя частицы глины рассеиваться и забивать поры, что уменьшает инфильтрацию и увеличивает стоки. Со временем почва становится менее продуктивной, и сообщество растительности переходит к солеустойчивым видам, часто с более низкой экономической или экологической ценностью.

В таких регионах, как дельта Меконга, вторжение соленой воды уже превращает плодородные рисоводческие районы в деградированные земли, угрожая средствам к существованию миллионов фермеров.Подобная динамика наблюдается в прибрежных зонах Западной Африки, Юго-Восточной Азии и некоторых частях Карибского бассейна.

Выщелачивание питательных веществ и подкисление почвы

В условиях высокого уровня осадков движение воды вниз по профилю почвы может нести необходимые питательные вещества ниже корневой зоны — процесс, называемый выщелачиванием. Кальций, магний и калий особенно подвижны и часто теряются в значительных количествах. Поскольку эти базовые катионы удаляются, ионы водорода и алюминия доминируют в обменном комплексе, что приводит к подкислению почвы.

Кислые почвы ограничивают рост растений за счет снижения доступности фосфора, молибдена и других микроэлементов. Они также повышают растворимость токсичных элементов, таких как алюминий и марганец, которые могут повредить корневые системы. В природных экосистемах циклическое перемещение питательных веществ через выщелачивание и разложение восполняет то, что теряется при выщелачивании. Но в сельскохозяйственных системах, особенно в тех, где вводимые органические вещества низки, чистая потеря питательных веществ может сделать почвы бесплодными в течение нескольких десятилетий.

По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FLT:0) истощение питательных веществ является одной из наиболее распространенных форм деградации почв во всем мире, затрагивающей как сухие, так и влажные регионы. В районах с высоким уровнем осадков и интенсивным обрезом уровень потери питательных веществ может значительно превышать скорость естественного пополнения, создавая тихий кризис снижения продуктивности почвы.

Инвазивные виды и трансформация экосистем

Измененные погодные условия создают возможности для инвазивных видов растений, которые адаптированы к нарушению. В влажных регионах повышенная изменчивость осадков или более высокие температуры могут дать быстрорастущим сорнякам конкурентное преимущество перед местной растительностью. Эти захватчики часто имеют более высокие потребности в воде и питательных веществах, что еще больше подчеркивает почвенную ресурсную базу.

Инвазивные травы, такие как Imperata cylindrica в Юго-Восточной Азии или различные экзотические виды в тропических Америках, могут образовывать плотные монокультуры, исключающие местные растения. Они часто производят большое количество мелкого топлива, увеличивая частоту и интенсивность пожаров. Эти пожары убивают огнечувствительные деревья и кустарники, увековечивая состояние, в котором преобладает трава, которое более деградирует и менее продуктивно, чем первоначальная экосистема.

Этот сдвиг растительности представляет собой форму деградации земель, которую трудно обратить вспять. Потеря глубоко укоренившихся деревьев уменьшает испарение и изменяет местные модели осадков, в то время как повышенная воспламеняемость вводит режим пожара, который предотвращает регенерацию лесов. Таким образом, сочетание изменений погодных условий и биологических вторжений может запереть ландшафты в деградировавшие состояния.

Деятельность человека, которая усиливает деградацию, вызванную погодой

Обезлесение и конверсия земельного покрова

Решения о землепользовании человека сильно взаимодействуют с погодными условиями для определения результатов деградации. Обезлесение, пожалуй, является наиболее значительным усилителем. Леса регулируют водный цикл в местном и региональном масштабах. Они перехватывают осадки, снижают скорость стока и поддерживают высокие показатели инфильтрации. Их корневые системы связывают почву, предотвращая эрозию, а их навесы умеренные экстремальные температуры.

При расчистке лесов для сельского хозяйства, плантаций или городского развития эти защитные функции утрачиваются. В влажных регионах следствием часто является резкое увеличение темпов эрозии. Исследования бассейна Амазонки и Конго показывают, что урожайность осадочных пород из обезлесенных водосборных бассейнов в 10—100 раз выше, чем из нетронутых лесов. Потеря верхнего слоя почвы снижает производительность сельского хозяйства в течение нескольких лет, заставляя фермеров расчищать дополнительные леса, увековечивая цикл.

Интенсивное сельское хозяйство и почвенная органическая материя сокращаются

Современное интенсивное сельское хозяйство, особенно монокультурное земледелие, истощает органическое вещество почвы - клей, который удерживает частицы почвы вместе, и губку, которая сохраняет влагу. Тяжелая техника уплотняет почвы, уменьшая пористость и инфильтрацию. В влажных климатах уплотненные почвы более склонны к заболачиванию и поверхностному стоку, даже во время умеренных осадков.

Чрезмерное использование синтетических удобрений также может усугубить деградацию. Азотные удобрения со временем способствуют подкислению почвы, в то время как фосфорные удобрения могут накапливаться в формах, которые не являются доступными для растений. Получающийся дисбаланс питательных веществ еще больше усиливает нагрузку на культуры и снижает устойчивость почвенной системы.

Многие сельскохозяйственные ландшафты во влажных регионах сейчас находятся в состоянии чистого выпадения почв. Скорость эрозии превышает скорость образования почв на порядки. Это не является устойчивым ни в каком значимом смысле, и представляет собой форму опустынивания во всем, кроме названия.

Урбанизация и развитие инфраструктуры

Расширение городов и дорог во влажных районах создает непроницаемые поверхности, которые препятствуют проникновению осадков в почву. Вместо этого вода направляется в дренажные системы, которые концентрируют поток и увеличивают эрозионную энергию в районах нижнего течения. Строительная деятельность подвергает голую почву дождю и ветру, вызывая сильную эрозию на этапе строительства.

Урбанизация также увеличивает спрос на грунтовые воды, что может снизить уровень грунтовых вод и вызвать оседание земель. В прибрежных районах это делает землю более уязвимой для вторжения соленой воды. Сочетание измененной гидрологии, изменения почвенного покрова и загрязнения создает условия для быстрой деградации земель, которая влияет не только на городское присутствие, но и на окружающие сельскохозяйственные и природные районы.

Региональные перспективы деградации в условиях более влажного климата

Бассейн Амазонки: система под давлением

Дождевые леса Амазонки являются одним из самых влажных мест на Земле, и это также одно из самых опасных мест деградации. Обезлесение для скотоводства и производства сои снизило способность леса перерабатывать влагу посредством эвапотранспирации. Это удлинило сухой сезон по частям бассейна, сократив количество осадков на 10-20% в некоторых районах.

В результате этого петля обратной связи вызывает глубокую озабоченность. Меньше лесов означает меньше дождей, что означает больше нагрузки на оставшийся лес, увеличивая его уязвимость к огню. Большие районы восточной и южной Амазонки в настоящее время находятся в состоянии перехода к деградировавшей саванне. Это представляет собой форму опустынивания, обусловленную не засушливостью, а разрушением собственной системы регулирования климата леса.

Утрата биоразнообразия и углеродного хранения в этом процессе имеет глобальные последствия. Деградация Амазонки является суровым напоминанием о том, что влажные регионы не защищены от сил, которые превращают плодородные земли в бесплодные ландшафты.

Нагорья Юго-Восточной Азии и прибрежные низменности

В горных районах Юго-Восточной Азии, таких как северный Таиланд, Вьетнам и Лаос, сменные системы выращивания были заменены интенсивно управляемыми плантациями каучука, пальмового масла и кофе.Эти системы часто включают удаление всей местной растительности и посадку монокультур на крутых склонах.Сочетание интенсивных муссонных дождей и уменьшенного почвенного покрова приводит к ускоренной эрозии, при этом урожайность осадков из водосборных бассейнов плантаций намного превышает урожайность из лесов.

В прибрежных низинах дельта Меконга и подобные ей районы сталкиваются с проникновением соленой воды, оседанием и эрозией. Строительство плотин вверх по течению сократило снабжение дельты осадками, а добыча подземных вод приводит к затоплению земель. Повышение уровня моря добавляет еще одно давление. В результате обширные площади плодородных рисовых земель деградируют, некоторые из них доходят до заброшенности.

Влажная прибрежная зона Западной Африки

Такие страны, как Гана, Кот-д'Ивуар и Нигерия, испытали значительную деградацию земель в своих влажных южных регионах. Расширение плантаций какао и масличных пальм в массовом масштабе заменило лесной покров. Увеличение интенсивности осадков, связанное с изменением климата, ускорило эрозию оврагов на незащищенных почвах. В городских районах недостаточный дренаж концентрирует стоки и углубляет каналы эрозии.

Потеря мангровых зарослей вдоль побережья еще больше снизила естественную защиту от штормовых нагонов и вторжения соленой воды. Эти комбинированные нагрузки снижают производственные мощности земли и повышают уязвимость сельских общин.

Пазлы обратной связи между деградацией земель и погодными системами

Альбедо и эффект энергетического баланса

При деградации растительного покрова часто изменяется альбедо поверхности. Грустные почвы и сухая растительность отражают больше солнечного света, чем здоровые, темно-зеленые навесы. Это изменяет местный энергетический баланс, уменьшая количество энергии, доступной для испарения воды и приводя в движение атмосферную конвекцию.

В некоторых регионах более высокое альбедо может уменьшить образование облаков и количество осадков, создавая самоусиливающийся цикл сушки. Этот механизм наблюдался в обезлесенных районах Амазонки и в деградировавших саваннах по всей Африке.

Утилизация атмосферной влаги

Леса и другие растительно-растительные ландшафты вносят существенную долю влаги, которая выпадает в виде дождя во многих регионах. В Амазонии, например, до 50% осадков происходит от испарения в самом бассейне. Когда земля деградирует и испарение уменьшается, меньше влаги доступно для районов подветренной погоды.

Это означает, что деградация в одном месте может уменьшить количество осадков в другом, потенциально далеком. Потеря влагоутилизации может распространять деградацию по регионам, превращая местную проблему землепользования в проблему климата континентального масштаба.

Пыль и аэрозоль взаимодействия

Эрозия почвы из деградированных земель порождает пыль, которая может влиять на процессы облаков и осадков. Пылевые частицы действуют как ядра льда и могут подавлять осадки, образуя большое количество мелких облачных капель, которые не сливаются эффективно. Этот аэрозольный эффект может уменьшить осадки вниз по ветру деградировавших районов, потенциально расширяя зону влажного стресса.

Хотя этот механизм более изучен в сухих регионах, он также работает в более влажных районах в сезонные сухие периоды, когда почвы подвергаются воздействию и ветры достаточно сильны, чтобы поднимать частицы.

Стратегии мониторинга и смягчения

Наблюдение за Землей и раннее предупреждение

Спутниковый мониторинг стал важным инструментом для обнаружения ранних признаков деградации земель. Индексы растительности, такие как NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), продукты влажности почвы и измерения температуры поверхности земли, могут выявить тенденции в здоровье земель, прежде чем они станут необратимыми. Несколько инициатив, включая FLT:0] ] Обсерватория Земли НАСА , предоставляют бесплатные и открытые данные, которые помогают исследователям и политикам отслеживать динамику деградации в режиме реального времени.

Системы раннего предупреждения, которые сочетают дистанционное зондирование с наземным мониторингом, могут предупреждать общины о неизбежных рисках, таких как события эрозии или тенденции засоления. Это позволяет проводить активные мероприятия, а не реагировать на них после того, как деградация укоренилась.

Подходы к устойчивому управлению земельными ресурсами

Широкий набор методов может предотвратить или обратить вспять деградацию в более влажных регионах.

  • Агролесоводство: Интеграция деревьев с культурами и домашним скотом для поддержания почвенного покрова, улучшения органического вещества и регулирования потока воды.
  • Покрытие посевов: Посадка сельскохозяйственных культур специально для защиты почвы между основными сезонами сельскохозяйственных культур, снижения эрозии и улучшения инфильтрации воды.
  • Контурное земледелие и террасирование: Выравнивание выращивания по контурам для замедления стока и улавливания осадка на склонах.
  • Управляемый дренаж: Установка контролируемых дренажных систем для предотвращения заболачивания при сохранении достаточной влажности почвы для сельскохозяйственных культур.
  • Восстановление почвенных органических веществ: Добавление компоста, навоза или биоугольного материала для восстановления почвенного углерода и улучшения структуры почвы.

Эти методы наиболее эффективны при адаптации к местным условиям и внедрении с участием фермеров. Работа Всемирного банка по устойчивому управлению земельными ресурсами предоставляет многочисленные примеры успешного внедрения в различных климатических зонах.

Лесопосадка и экологическое восстановление

Восстановление древесного покрова является одним из самых мощных инструментов для обращения вспять деградации во влажных регионах. Восстановление лесов стабилизирует почвы, усиливает инфильтрацию воды и создает локальные охлаждающие эффекты, снижающие испарительный стресс. Коренные виды, адаптированные к местным условиям и обеспечивающие множественные преимущества, предпочтительнее монокультурных плантаций.

Экологическое восстановление выходит за рамки посадки деревьев; оно включает в себя восстановление всей функциональной системы, включая биоту почвы, гидрологию и взаимодействие растений и животных.Успех требует долгосрочной приверженности и адаптивного управления, поскольку восстановленным системам требуется время для развития устойчивости.

Интегрированная политика и вовлечение сообщества

Для эффективного смягчения последствий деградации земель необходимы меры политики, направленные на устранение ее коренных причин, включая отсутствие гарантий землевладения, сельскохозяйственные субсидии, поощряющие неустойчивую практику, и неадекватное управление изменениями в землепользовании. Политика, направленная на обеспечение гарантированных прав на землю, выплаты за экосистемные услуги и услуги по распространению знаний в интересах устойчивого ведения сельского хозяйства, может создать благоприятные условия для восстановления земель.

Не менее важно участие общин. Местные знания о почвах, гидрологии и растительности неоценимы для разработки соответствующих мероприятий. Подходы, предусматривающие участие фермеров, скотоводов и лесных общин в принятии решений, приводят к более долгосрочным результатам, чем мандаты сверху вниз.

Вывод: Переосмысление опустынивания в меняющемся климате

Доказательства очевидны: опустынивание и деградация земель не являются проблемами, ограниченными засушливыми землями. Более влажные регионы во всем мире испытывают значительное снижение здоровья земель, обусловленное изменением погодных условий, деятельностью человека и усилением циклов обратной связи. Механизмы различаются - заболачивание и выщелачивание питательных веществ заменяют ветровую эрозию и засуху, но последствия сопоставимы: потеря производительности, сокращение биоразнообразия и уменьшение экосистемных услуг.

По мере того, как глобальный климат продолжает нагреваться, а режимы осадков становятся все более неустойчивыми, различие между деградацией сухих и влажных районов будет становиться все более искусственным. Процессы взаимосвязаны, и решения должны быть интегрированы. Рамочная программа управления земельными ресурсами, которая работает для всех климатических условий, должна уделять первоочередное внимание здоровью почв, поддерживать растительный покров и адаптироваться к местной гидрологии.

Существуют инструменты для решения этой проблемы: спутниковый мониторинг, устойчивая практика управления, восстановление экологии и поддерживающая политика. Необходимо признать, что деградация земель во влажных регионах представляет собой серьезную и растущую угрозу, и политическая воля действовать соответствующим образом. От этого зависит будущее плодородных земель во многих из наиболее ценных экосистем мира.