К 2050 году глобальный спрос на продовольствие вырастет на 50–60%, что требует минимизации любых потерь в растениеводстве. Однако экстремальные погодные явления, такие как засуха, становятся более частыми, длительными и суровыми. Впервые с высокой точностью определены конкретные географические «горячие аграрные точки» Земли, где засуха наносит максимальный экономический ущерб сельскому хозяйству и требуется переход на устойчивое орошение с переключением культур.
Исследование «Решение проблемы глобальных очагов потерь урожая, связанных с засухой», выполненное под руководством Кайла Дэвиса из Делавэрского университета, было опубликовано в журнале Nature Communications.
«Нашей целью было разработать комплексную систему показателей для точной оценки устойчивости или, наоборот, чувствительности различных сельскохозяйственных культур к засухе в планетарном масштабе», говорит Кайл Дэвис (профессор Делавэрского университета).
Работа оценивает 17 основных сельскохозяйственных культур (включая рис, кукурузу, пшеницу и сою), которые обеспечивают 75% калорий и белка, потребляемых человечеством.
Ученые нанесли на карту регионы с максимальным риском неурожая из-за засухи. Сюда вошли Средний Запад США, восточная часть Бразилии, Средиземноморский бассейн (включая Испанию) и Южная Азия (преимущественно Центральная и Северная Индия).
Исследование подтверждает критическую уязвимость неполивных (богарных) земель, где медианные потери урожая составляют 10,1%, тогда как на орошаемых территориях за счет полива потери снижаются до 6,8%.
Авторы показывают, что устойчивое орошение в сочетании с точечной заменой культур на более засухоустойчивые способны предотвратить до 62% потерь на богарных землях, увеличив общий объем производства в этих зонах на 14%.
Устойчивое орошение по модели Кайла Дэвиса определяется как контролируемый полив, объем которого ограничен естественным возобновлением местных водных ресурсов, исключая истощение водоносных горизонтов и сохраняя экологический сток для пресноводных экосистем. Концепция базируется на повышении «продуктивности воды» через технологии (капельный полив, ИИ) и математическом совмещении гидрологических карт с агрономическими данными для адаптации культур к доступным ресурсам.
Проще говоря, устойчивая ирригация сегодня — не просто «экономный полив», а масштабное пространственное моделирование, связывающее гидрологию и выбор культур. Технологии (вроде капельного полива) работают в полную силу только тогда, когда они применяются к правильно подобранной культуре.
Например, Индо-Гангская равнина — один из главных «продовольственных переходов» мира, где из-за избыточного традиционного полива затоплением катастрофически истощились подземные воды. Группа ученых (включая К. Дэвиса) смоделировала сценарий «переключения культур». В сезон муссонов они предложили заменить часть посевов влаголюбивого риса на просо и сорго, а зимой заменить часть пшеницы на сорго. В таком сценарии потребление поливной воды снизилось на 32%, нагрузка на подземные водоносные горизонты упала, а производство калорий выросло на 39% за счет более высокой питательности альтернативных культур. При этом доходы фермеров увеличились.
Израиль на сегодня считается эталоном внедрения устойчивой ирригации в условиях пустыни. Научные центры страны разработали систему, где около 87% всех сточных вод (коммунальных и промышленных) проходят многоступенчатую очистку и направляются исключительно на полив технических и продовольственных культур. Этот объем синхронизирован с подземными датчиками капельного орошения. Таким образом достигнута независимость сельского хозяйства от естественных осадков. Страна не тратит питьевую или чистую воду природных водоемов на аграрный сектор, сохраняя локальный баланс экосистем.
На заглавном графике вы видите очаги повышенной чувствительности к засухе для глобального производства сельскохозяйственных культур, выращиваемых без орошения.