Сколько воды человечество действительно забирает у природы, выращивая продукты и создавая лесные плантации? Ответ на этот вопрос оказался сложнее, чем принято считать. Новое исследование ученых из Чили показало, что традиционная оценка водного следа сельского хозяйства может существенно завышать реальное воздействие на природные водные ресурсы. Главная причина — в том, как учитывается дождевая вода: далеко не вся вода, попавшая на сельскохозяйственное поле, является дополнительным расходом, связанным именно с деятельностью человека, передает inbusiness.kz со ссылкой на earth.com.
Дождь выпадает на поле, растения поглощают влагу и используют ее для роста. Однако если бы на этом месте никогда не было сельского хозяйства, ту же дождевую воду использовали бы трава, кустарники или деревья. Поэтому исследователи предложили оценивать не весь объем воды, который проходит через сельскохозяйственные культуры, а только ту его часть, которая действительно представляет собой дополнительное использование, по сравнению с естественной растительностью.
Именно такой подход применили докторант Стивен Идальго-Топанта и Патрисио Нойманн-Лангдон из Университета Био-Био в Чильяне, Чили, совместно с Пасиано Ривас-Гарсия из Автономного университета Нуэво-Леона в Мексике.
Для расчетов исследователи использовали метеорологические данные, сведения о выращиваемых культурах и результаты национальной переписи сельского хозяйства за 2021 и 2022 годы. При этом речь не идет о непосредственных измерениях на полях: ученые построили оценки на основе уже имеющейся статистики и климатической информации.
"Дождевые осадки все равно использовались бы растительностью без сельского хозяйства или лесного хозяйства, — сказал Нойманн-Лангдон.- Наш подход спрашивает, насколько землепользование человеком действительно изменяет естественные водные потоки, а не считает всю воду, проходящую через сельскохозяйственные культуры".
Именно эта разница принципиально меняет итоговые цифры. Обычная оценка водного следа оказалась, примерно, в 2,7 раза выше пересмотренного показателя. Вся разница возникла из-за того, каким образом исследователи учитывали дождевую воду.
"В традиционной системе водного следа принято учитывать воду, которую растения получают из разных источников. Так называемая голубая вода поступает из рек и подземных источников и используется, в частности, для орошения. Зеленой водой называют дождевую влагу, которая попадает в почву, а затем используется растениями", - пояснили ученые.
Стандартная методика, изложенная в руководстве Water Footprint Network 2011 года, включает весь этот объем зеленой воды в общий водный след сельскохозяйственной культуры. Однако ученые обратили внимание на важную проблему: естественная растительность на той же территории также использовала бы часть дождевых осадков.
На это указывали и более ранние исследования. Например, работа 2014 года, проведенная в Северной Европе, показала, что лесные плантации и естественные леса могут нуждаться в сопоставимых объемах дождевой воды.
В новом исследовании ученые сравнили 100 культур. В выборку вошли пшеница, рис, вишня, сосна, эвкалипт и другие сельскохозяйственные и лесные культуры. В качестве условного аналога естественной растительности использовалась хорошо увлажненная трава.
Расчеты проводились ежемесячно в 149 муниципалитетах пяти регионов центральной и южной части Чили.
Главным критерием стало не количество дождя, которое получила культура вообще, а только дополнительный объем воды, по сравнению с тем, сколько использовала бы трава на этом же месте.
Иными словами, если поле получало определенный объем дождевой воды, но естественная растительность использовала бы практически столько же, этот объем не считался дополнительной водой, забранной сельским хозяйством у природы. В естественных условиях эта вода, в противном случае, могла бы попасть в ручьи или просочиться в грунт.
В результате, общий объем воды, который сельское хозяйство и лесное хозяйство в исследуемых районах забирали у природы, ученые оценили, примерно, в 1,3 триллиона галлонов, или 5 миллиардов кубометров в год. Для наглядности, такого количества воды хватило бы, приблизительно, на 2 миллиона олимпийских бассейнов.
Однако структура этого объема оказалась значительно важнее самой итоговой цифры.
Большая часть воды приходилась на орошение. В традиционной оценке на дождь приходилось 77% водного следа, тогда как по новой методике его доля снизилась до 39%.
"Особенно показателен результат для зерновых культур, включая пшеницу и кукурузу, а также других изученных полевых культур. Дополнительное использование дождевой воды для них оказалось нулевым: эти растения не использовали больше дождевой влаги, чем использовала бы трава, если бы сельскохозяйственных посевов на данной территории не было", - отметили исследователи.
Это, однако, не означает, что таким культурам вообще не требуется дополнительная вода. Им по-прежнему необходимо орошение. Среди однолетних культур больше всего воды для полива требовалось рису — ежегодный объем был эквивалентен слою воды глубиной около 28 дюймов, или 721 миллиметр, если распределить его по площади рисовых полей.
Если рассматривать только фермерские хозяйства, на орошение приходилось 99,9% воды, забираемой из природных ресурсов.
При этом структура водопотребления сильно различалась между регионами. В двух северных регионах исследования, О’Хиггинсе и Мауле, крупнейшая доля воды для орошения приходилась на виноград для производства вина: 46,8% в О’Хиггинсе и 31,9% в Мауле.
"Сельскохозяйственное изъятие воды определялось, в основном, орошением, особенно в более засушливых сельскохозяйственных районах", — отметил Нойманн-Лангдон.
Совершенно другая картина сложилась с лесными плантациями Чили. В отличие от сельскохозяйственных культур, деревья на исследуемых плантациях не орошались. Поэтому вся вода, которую ученые засчитали для них, поступала с осадками.
Здесь ключевую роль играют сосна и эвкалипт. Более ранние исследования показывали, что замена естественной растительности лесными плантациями может сокращать поверхностный сток на 30–90%.
Для своих расчетов чилийская команда использовала показатель снижения стока на 44%. Именно такую величину ранее зафиксировала другая исследовательская группа в одном из речных бассейнов Чили.
На основании этого значения ученые оценили, что лесные плантации забирали от, примерно, 13,7 миллиметра дождевой воды в год в О’Хиггинсе до 189 миллиметров в Араукании.
Полученные результаты показывают, что лесные плантации, предназначенные для производства древесины и целлюлозы, могли значительно сильнее менять направление движения дождевой воды, чем сельскохозяйственные культуры.
По расчетам исследователей, плантации забирали до 26 раз больше дождевой воды, чем ореховые сады, показавшие самый высокий показатель среди фруктовых культур. По сравнению с ягодными культурами, разница доходила до 50 раз.
"Лесные плантации были главным источником изъятия дождевой воды, потому что сосна и эвкалипт могут уменьшать сток, который происходил бы при естественной растительности", — объяснил Нойманн-Лангдон.
Наибольшие площади плантаций и, соответственно, самые высокие совокупные показатели изъятия дождевой воды пришлись на регионы Био-Био и Араукания.
Исследователи связывают распространение сосны и эвкалипта не только с природными условиями. В этих районах климат оказался подходящим для выращивания таких деревьев, но важную роль играла и государственная политика.
В частности, авторы исследования обращают внимание на декрет-закон №701, принятый в 1974 году. Он предусматривал освобождение от земельных налогов и покрывал до 75% расходов на посадку и управление лесными насаждениями.
Таким образом, вопрос воды в Чили оказался связан не только с сельскохозяйственными технологиями или количеством осадков. На него влияли структура землепользования, выбор культур, развитие лесных плантаций и государственные решения, которые стимулировали их распространение.
Отдельная часть исследования посвящена еще одной важной теме — международной торговле. Оказывается, значительная часть воды, изъятой из природных систем, фактически была связана с товарами, которые затем отправлялись за пределы страны.
Около 45% всей воды, или примерно 600 миллиардов галлонов, что соответствует 2,2 миллиарда кубометров в год, приходилось на производство товаров для экспорта.
Наибольшая доля этой "экспортной воды" была связана с товарами, которые приобретал Китай. Его доля оказалась почти вдвое выше, чем доля США, занявших второе место.
При этом водная составляющая экспорта заметно отличалась, в зависимости от региона.
В О’Хиггинсе почти весь объем воды, связанный с экспортом, приходился на орошение. Одну из крупнейших долей здесь занимала вишня — только на нее приходилась примерно треть такого объема.
В регионах Ньубле и Био-Био ситуация была иной. Здесь большая часть воды, связанной с экспортной продукцией, приходилась на дождевую влагу, используемую лесными плантациями. Значительную роль играли сосна и эвкалипт, выращиваемые для производства целлюлозы.
Таким образом, международная торговля фактически связывает потребление товаров в одной стране с использованием природных ресурсов в другой. Покупатель получает продукт, но вместе с ним косвенно получает и определенную водную нагрузку, возникшую на территории страны-производителя.
Для управления такими ресурсами важно понимать, какая часть воды действительно является дополнительным потреблением, а какая все равно использовалась бы природной растительностью.
"Более четкое различие между потреблением и изъятием воды может помочь лицам, принимающим решения, определить то использование воды, которым действительно можно управлять", — добавил Нойманн-Лангдон.
При этом авторы исследования не скрывают, что их методика имеет ограничения. Главным упрощением стало использование травы в качестве условного представителя естественной растительности.
Центральная и южная части Чили включают не только пастбищные территории, но и кустарники, а также естественные леса. Все эти типы растительности имеют разные потребности в воде. Восстановить точный естественный растительный покров для каждого из 149 муниципалитетов оказалось за рамками нынешнего исследования.
Есть неопределенность и в расчетах для лесных плантаций. Они напрямую зависели от принятого значения снижения стока на 44%. Если использовать другие опубликованные показатели, итоговые оценки могли оказаться до 1,4 раза ниже или до 2,8 раза выше.
Сельскохозяйственные расчеты также основывались на допущении, что каждое поле получает весь объем воды, необходимый выращиваемой культуре. В реальности орошается далеко не вся сельскохозяйственная земля.
Данные переписи 2021 года показывают значительный разброс между регионами. В Араукании орошение получали только 5,5% площадей, занятых зерновыми культурами. В О’Хиггинсе и Мауле этот показатель составлял от 84% до почти 87%.
Еще одним ограничением стали ежемесячные расчеты. Такой временной масштаб не позволяет полностью учитывать ежедневные изменения поверхностного стока и влажности почвы. Кроме того, ученым еще предстоит точнее установить, сколько дождевой воды использовали бы естественные леса и кустарники в разных частях региона.
Тем не менее, авторы считают, что предложенный принцип может быть полезен и для дальнейших исследований. Более небольшие исследования с большим количеством локальных данных способны уточнить оценки для отдельных территорий, не меняя саму идею: необходимо отделять воду, которую человек действительно добавочно изымает из природной системы, от воды, которую растительность использовала бы и без сельского или лесного хозяйства.
Новое исследование фактически предлагает иначе взглянуть на привычный показатель водного следа. Если раньше вся вода, поступавшая к сельскохозяйственным культурам вместе с дождем, могла автоматически попадать в расчеты, то теперь ученые предлагают задаться более точным вопросом: сколько воды природа потеряла именно из-за изменения землепользования?
Такой подход особенно важен для регионов, где конкуренция за воду становится все более острой. Он позволяет увидеть, что одинаковое количество осадков может иметь совершенно разное значение, в зависимости от того, какая растительность находится на земле, используется ли орошение, и куда, в итоге, направляется вода.
Исследование опубликовано в научном журнале International Soil and Water Conservation Research.
Читайте по теме:
В четыре раза больше денег Казахстан направит на экономию воды в сельском хозяйстве
