Table of Contents

Реалии жизни в засушливых регионах

Засушливые регионы, определяемые стойким дефицитом воды и экстремальными колебаниями температуры, покрывают примерно одну треть поверхности суши в мире. Эти ландшафты, начиная от гиперзасушливых пустынь, таких как Атакама, до полузасушливых саванн, являются не статичными пустынями, а динамическими средами, где как экосистемы, так и человеческие общества разработали замечательные стратегии выживания. Определяющие климатические параметры суровы: ежегодные осадки обычно ниже 250 миллиметров, потенциальное испарение, которое намного превышает количество осадков, и ежедневные колебания температуры 30 ° C или более. Понимание этих базовых условий имеет важное значение для понимания масштабов экологических проблем и изобретательности адаптации человека.

В засушливых зонах Программой Организации Объединенных Наций по окружающей среде признаются четыре основных подтипа: гипераридный (например, ядро Сахары), засушливый (например, Аравийская пустыня), полузасушливый (например, Сахель) и сухой субгумидный (например, части Средиземноморского бассейна). Каждый подтип накладывает различные экологические ограничения и требует индивидуальных человеческих ответов. Например, кочевой скотоводство процветает в полузасушливых зонах, где сезонные осадки поддерживают эфемерные пастбища, в то время как оазисное сельское хозяйство жизнеспособно только там, где грунтовые воды достигают поверхности.

Углубление экологического давления

Нехватка воды: помимо простого дефицита

Нехватка воды в засушливых регионах — это не просто вопрос низких осадков. Это системная проблема, связанная с истощением подземных вод, загрязнением и несправедливым распределением. Ископаемые водоносные горизонты — невозобновляемые запасы воды, накопленные за тысячелетия, — добываются с неустойчивыми темпами для сельского хозяйства и городского снабжения. Например, Нубийская система водоносных горизонтов под Сахарой быстро сокращается по всему Египту, Ливии, Чаду и Судану. Между тем, поверхностные источники воды, такие как река Колорадо на американском юго-западе, сталкиваются с хроническим перераспределением, а водохранилища, такие как озеро Мид и озеро Пауэлл, падают до исторических минимумов.

Показатели эвапотраспирации в засушливом климате экстремальны: один гектар орошаемой люцерны на юго-западе может ежедневно терять 10 000 литров воды в атмосферу. Это означает, что даже эффективные методы орошения требуют тщательного управления. Салинизация усугубляет проблему - поскольку вода испаряется из почвы, растворенные соли накапливаются, что в конечном итоге делает землю непродуктивной. По оценкам Всемирного банка, деградация почвы, вызванная солью, затрагивает примерно 20% орошаемых сельскохозяйственных угодий во всем мире, причем засушливые регионы несут самое тяжелое бремя.

Деградация почв и опустынивание

Деградация почв в засушливых регионах обусловлена сочетанием чрезмерного выпаса, обезлесения, неустойчивого сельского хозяйства и эрозии, вызванной климатом. Ветровая эрозия лишает богатые питательными веществами верхние слои почвы, в то время как водная эрозия - когда происходят редкие, но интенсивные осадки - вырезает овраги и удаляет органическое вещество. Опустынивание, постоянная деградация экосистем засушливых земель, угрожает средствам к существованию более 2 миллиардов человек. Конвенция Организации Объединенных Наций по борьбе с опустыниванием (КБОООН) сообщает, что каждый год 12 миллионов гектаров продуктивных земель становятся бесплодными - область примерно размером с Грецию.

Salinization, often a direct result of poor irrigation practices, poses a separate but related threat. When water with high salt content is used repeatedly without adequate drainage, salts accumulate in the root zone. Historical examples include the collapse of Mesopotamia's irrigation-based agriculture due to salinization. Modern examples are found in the Indus Basin of Pakistan and the Murrumbidgee Irrigation Area in Australia, where sodium and chloride levels are steadily rising.

Усиление изменения климата

Изменение климата усиливает каждый ранее существовавший стрессор в засушливых регионах. В Шестом оценочном докладе МГЭИК говорится, что большинство засушливых районов будут испытывать повышенную засушливость, более частые и сильные волны тепла и измененные режимы осадков. Даже там, где общее годовое количество осадков остается неизменным, усиление осадков (более короткие, более сильные штормы) увеличивает стоки и снижает подпитку подземных вод. На Ближнем Востоке и в Северной Африке средние температуры растут почти вдвое по сравнению с глобальными темпами, подталкивая регион к тому, что некоторые эксперты называют «порогами жизнеспособности».

Изменения в атмосферных режимах циркуляции также влияют на время муссонных дождей в Сахеле и на Индийском субконтиненте.Усилия по озеленению, такие как инициативы Сахеля «Великая зеленая стена», направлены на противодействие этим тенденциям, но сталкиваются с огромными масштабами и проблемами финансирования.

Биоразнообразие в осаде

Биоразнообразие засушливых районов уникально адаптировано к экстремальным условиям, но эти адаптации делают виды очень уязвимыми для быстрых изменений окружающей среды. Например, обитающая в пустыне крыса-кенгуру (FLT:0) может выжить без питьевой воды, метаболизируя воду из семян, но она не может справиться с длительной засухой, которая убивает семенные растения. Аналогично, кактус сагуаро пустыни Соноран полагается на узкое окно температуры и осадков для прорастания; повышение ночных температур снижает выживаемость саженцев.

Фрагментация среды обитания от развития инфраструктуры — дорог, трубопроводов, разрастания городов — еще больше изолирует популяции, уменьшая генетическое разнообразие. Инвазивные виды, такие как буйвол (FLT:0) Pennisetum ciliare (FLT:1)) на американском юго-западе, изменяют режимы пожара, создавая непрерывные нагрузки на топливо, где их не существовало естественным образом, что приводит к более жарким, более частым лесным пожарам, которые разрушают местные растительные сообщества.

Адаптация человека: от древней мудрости к современной инженерии

Адаптация человека в засушливых регионах не является недавним явлением. Цивилизации от набатейцев до предков пуэблоанцев разработали сложные системы управления водными ресурсами. Сегодня адаптация сочетает проверенные временем методы с передовой наукой.

Сохранение и увеличение воды

Сбор дождевой воды и сбор тумана

Во многих засушливых районах каждый миллиметр осадков захватывается. Системы сбора дождевой воды - как сбор на крыше, так и захват поверхностного стока - могут удовлетворить значительную часть внутренних и сельскохозяйственных потребностей. В пустыне Негев древние системы «сбора стока», известные как wadi , сельское хозяйство отвлекало внезапные наводнения на террасированные поля, практика, все еще используемая. Современные сборщики тумана, такие как те, которые развернуты в пустыне Атакама в Чили, могут собирать до 10 литров на квадратный метр сетки в день в сезоны, подверженные туману, обеспечивая воду для отдаленных общин.

Опреснение и переработка воды

Там, где есть энергия, опреснение предлагает способ превратить морскую воду или солоноватые водоносные горизонты в пресную. Израильский завод Сорек, один из крупнейших в мире объектов обратного осмоса, поставляет половину внутренней воды страны. Однако опреснение является энергоемким и производит рассол, который необходимо тщательно утилизировать, чтобы избежать морского вреда. Утилизация сточных вод все более распространена; технология NEWater Сингапура обрабатывает сточные воды до почти дистиллированной чистоты, обеспечивая до 40% потребностей города-государства в воде. В засушливых регионах, таких как американский Юго-Запад, Оранжевый округ округа Водный округ в Калифорнии перерабатывает 130 миллионов галлонов в день посредством усовершенствованной обработки и впрыска грунтовых вод.

Капельная ирригация и точное земледелие

Капельное орошение, которое доставляет воду непосредственно к корням растений, использует на 20-50% меньше воды, чем традиционное орошение от наводнений, при этом часто увеличивая урожайность. Израильская компания Netafim впервые применила эту технологию в 1960-х годах, и теперь она используется во всем мире. Точное сельское хозяйство продвигает это дальше, используя датчики влажности почвы, спутниковые снимки и ирригацию с переменной скоростью для применения воды именно там и когда это необходимо. Такие системы уменьшают стоки, глубокую перколяцию и потери испарения.

Селекционирование сельскохозяйственных культур и генетическая адаптация

Устойчивые к засухе культуры образуют основу сельского хозяйства засушливой зоны. Сорго, просо, ковпея и голубиный горох являются основными зерновыми культурами в Сахеле. Киноа, первоначально одомашненная в андском альтиплано, переносит как засуху, так и соленость. Программы улучшения урожая сети CGIAR разработали сорта пшеницы, риса и кукурузы с повышенной толерантностью к тепловому и водному стрессу. Например, Международный центр улучшения кукурузы и пшеницы (CIMMYT) выпустил засухоустойчивую кукурузу для стран Африки к югу от Сахары, которая дает на 20-30% больше при влажном стрессе, чем обычные сорта.

Помимо годовых посевов, агролесоводство интегрирует деревья, такие как акация, моринга и финиковая пальма, в системы земледелия. Деревья обеспечивают тень, которая уменьшает испарение почвы, улучшает структуру почвы с корневыми системами и дает плоды, корм и древесину. В Сахеле природная регенерация, осуществляемая фермерами, восстановила более 5 миллионов гектаров деградированных сельскохозяйственных земель.

Строительство для теплового комфорта

Традиционная архитектура в засушливых регионах развивалась до умеренных температур в помещении без кондиционера. Adobe (солнечно-сушенная грязь) и протараненные земные стены имеют высокую тепловую массу: они поглощают тепло днем и медленно выпускают его ночью, демпфируя колебания температуры. Дворовые конструкции создают затененные микроклиматы, ветровые башни (баджиры) в Иране ловят бризы и направляют их в здания, а побеленные крыши отражают солнечное излучение. Современные интерпретации, такие как город Масдар с нулевым выбросом углерода в Абу-Даби, сочетают эти принципы с зелеными крышами, солнечным затенением и передовой изоляцией для снижения охлаждающих нагрузок.

Управление ресурсами на уровне сообществ

Во многих засушливых регионах существуют прочные традиции общинного управления общими ресурсами — пастбищами, лесами, водотоками. В северной Кении скотоводческие группы совместно регулируют выпас скота в периоды сезонного движения и отдыха, предотвращая чрезмерную эксплуатацию. Система ayllu в Андском альтиплано управляет водой как общей собственностью, распределяя ресурсы коллективно. Эти учреждения часто превосходят управление сверху вниз, поскольку они включают местные знания, обеспечивают гибкость в ответ на изменчивость климата и имеют встроенные механизмы разрешения конфликтов.

В Иране WUA управляют системами qanat — подземными каналами, перевозящими грунтовые воды на большие расстояния, — устанавливая графики добычи и обязанности по техническому обслуживанию. В бассейне реки Аваш в Эфиопии фермеры координируют выбросы из небольших водохранилищ для обеспечения справедливого распределения во время дефицита.

Тематические исследования устойчивости

Сахель: агролесоводство и регенерация, управляемая фермерами

Сахельский регион Западной Африки пережил сильные засухи и опустынивание с 1970-х годов. Тем не менее, в некоторых частях Нигера, Буркина-Фасо и Мали общины обратили вспять деградацию земель путем естественного восстановления, осуществляемого фермерами (FMNR). Эта недорогая технология включает в себя отбор и защиту деревьев и кустарникового восстановления на пахотных землях, а не полную расчистку полей. Более 200 миллионов деревьев были восстановлены на 5 миллионах гектаров только в Нигере, с измеримым увеличением плодородия почвы, инфильтрации воды и урожайности сельскохозяйственных культур. Урожаи проса и сорго на полях FMNR на 50-100 кг/га выше, чем на прилегающих участках без деревьев, и фермеры сообщают об улучшении доступности кормов в засушливые сезоны.

Дополнительные методы включают в себя «зайские» ямы — небольшие посадочные отверстия, которые концентрируют стоки, органическое вещество и семена, и каменные линии вдоль контуров для замедления потока воды. Эти местные технологии были масштабированы через сети расширения фермеров, демонстрируя, что местные инновации, поддерживаемые скромными внешними входами, могут достичь восстановления ландшафтного масштаба.

Американский юго-запад: от древних ацеквиев до современного опреснения

Человеческая оккупация американского Юго-Запада охватывает более 10 000 лет. Предки Пуэблоа построили сложные системы водосбора и водохранилища в Каньоне Чако, хранящие воду в течение сухих периодов. Испанские колонисты ввели системы acequia, которые все еще работают в северных штатах Нью-Мексико и Колорадо. Сегодня эти исторические фонды дополняются высокотехнологичными решениями. Опреснительный завод Кей Бейли Хатчисон в Эль-Пасо, штат Техас, ежедневно обрабатывает 27,5 миллиона галлонов солоноватых грунтовых вод, поставляя ценную муниципальную воду. Между тем, заводы по переработке, такие как недавно расширенный Расширенный центр очистки воды в Скоттсдейле, штат Аризона, восстанавливают почти все сточные воды города для орошения и промышленного использования.

Адаптация к городским условиям также включает в себя строгие мандаты по сохранению воды. Лас-Вегас, штат Невада, сократил потребление воды на 48% с 2002 по 2022 год, несмотря на рост населения на 700 000 человек, благодаря водосберегающим приспособлениям, программам удаления дерна и многоуровневым структурам ценообразования. Продолжающаяся засуха в реке Колорадо привела к сокращению в соответствии с Планом чрезвычайных ситуаций засухи 2019 года, заставив сельскохозяйственных пользователей принять более эффективные методы, такие как лазерные поля и планирование орошения на основе данных испарения.

Пожарные системы Австралии

Менее широко известная, но не менее мощная адаптация в засушливой и полузасушливой Австралии - это возрождение культурного сжигания коренных народов. На протяжении тысячелетий аборигены использовали огонь для управления ландшафтами - снижение нагрузки на топливо, продвижение огнестойких видов растений и создание мозаичных узоров, предотвращающих катастрофические лесные пожары. После колониального подавления этой практики многие районы стали переполнены легковоспламеняющейся растительностью. В регионе Кимберли Западной Австралии структурированные "легкие ожоги", проводимые в прохладные сезоны, теперь снижают риск массовых летних лесных пожаров, а также помогают сохранить биоразнообразие. Проект по борьбе с пожарами в Западном Арнеме объединил традиционные знания со спутниковым мониторингом для сокращения выбросов парниковых газов от пожаров саванны примерно на 100 000 тонн эквивалента CO2 ежегодно, генерируя углеродные кредиты, которые финансируют программы рейнджеров сообщества.

Будущие пути: вызовы и прорывы

В ближайшие десятилетия будут проверены адаптивные возможности засушливых регионов. Рост населения, урбанизация и усиление экстремальных климатических явлений будут напрягать водные и продовольственные системы. Всемирный банк прогнозирует, что к 2050 году дефицит воды может сократить ВВП в некоторых засушливых странах на 6%. Масштабная миграция из зон высыхания может стать более распространенной, как это уже наблюдается в Сахеле и Сухом коридоре Центральной Америки. Геополитическая напряженность в отношении трансграничных водоносных горизонтов, например, водоносного горизонта Гуарани в Южной Америке или водоносного горизонта Диси, разделяемого Иорданией и Саудовской Аравией, может возрасти.

Тем не менее, возможности для инноваций огромны. Опреснение и ирригация на солнечной энергии, используя обильное солнечное сияние засушливых регионов, могут сделать системы водоснабжения более устойчивыми. Например, в Эфиопии и Индии используются системы водоснабжения на солнечной энергии для перекачки подземных вод для общин и скота, снижая зависимость от дизельного топлива. Точное земледелие, мониторинг урожая на основе беспилотников и датчики Интернета вещей позволяют фермерам применять воду и питательные вещества с беспрецедентной точностью. Генетически модифицированные культуры, такие как засухоустойчивая кукуруза (выпущенная на коммерческой основе в США и Африке), могут стать более широко доступными.

Международное сотрудничество будет иметь важное значение. Цель 6 ООН в области устойчивого развития (чистая вода и санитария) и обязательства Парижского соглашения по адаптации обеспечивают рамки для финансирования и технической помощи. Великая зеленая стена для Сахары и Сахеля, начатая в 2007 году, направлена на восстановление 100 миллионов гектаров деградированных земель к 2030 году, улавливание углерода и создание рабочих мест. При наличии политической воли и участия общин такие инициативы могут превратить экологические обязательства в активы.

Заключение

Засушливые регионы никогда не будут легкими местами для жизни, но они не обречены. Сочетание древней мудрости - тщательный сбор воды, общинное землепользование, пассивное проектирование зданий - и современная инженерия - опреснение, точное орошение, возобновляемая энергия - предлагает мощный инструментарий. Наиболее устойчивые сообщества - это те, которые сочетают оба, адаптируя местные практики в соответствии с изменяющимися условиями, охватывая инновации, которые действительно служат их потребностям. По мере того, как изменение климата усиливается, уроки из засушливых зон станут актуальными далеко за пределами их границ, предлагая планы для устойчивой жизни в мире, ограниченном водой.