Китай посадил больше всех деревьев в мире. Почему это привело к засухе на западе страны?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

С 2001 по 2020 год Китай реализовал наиболее масштабные в современной истории программы по восстановлению природных экосистем и изменению землепользования. Государственные проекты, такие как «Защитные лесонасаждения в Северном Китае», «Превращение пашен в леса и луга» и «Защита естественных лесов», существенно изменили ландшафт страны. За два десятилетия на долю Китая пришлось около 25% от всего общемирового прироста площади листьев.

Параллельно с высадкой лесов в стране происходила быстрая урбанизация. Миллионы сельских жителей переселились в города, что привело к забросу малопродуктивных сельскохозяйственных земель на склонах гор. В то же время пахотные земли стали смещаться из экономически развитых юго-восточных регионов на северо-запад страны.

Невидимый круговорот воды, вольная интерпретация
Невидимый круговорот воды, вольная интерпретация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Все эти процессы преследовали важные цели: остановить деградацию почв, снизить риск наводнений, увеличить связывание углерода для борьбы с изменением климата и обеспечить продовольственную безопасность. Однако изменение типа поверхности земли напрямую влияет на гидрологический цикл. Высадка деревьев и расширение посевов меняют объем воды, который испаряется с поверхности земли и поступает в атмосферу.

В журнале Earth's Future опубликовано исследование специалистов из Китайского сельскохозяйственного университета, Утрехтского университета и Университета Цинхуа. Ученые оценили гидрологические последствия изменения землепользования в Китае за период с 2001 по 2020 год. Результаты показали: масштабное озеленение увеличило общий объем осадков, но одновременно сократило количество доступной жидкой воды, перераспределив ресурсы между регионами.

Простой гидрологический баланс: как растения влияют на воду

Чтобы понять результаты исследования, необходимо разграничить два понятия: испарение воды растительностью и общую доступность воды.

  1. Суммарное испарение (эвапотранспирация) — это совокупность двух процессов: прямого испарения воды с поверхности почвы или водоемов и транспирации. Транспирация — это процесс, при котором растения всасывают воду из почвы через корни, проводят ее по стеблям и испаряют через микроскопические поры на листьях. Деревья с глубокой корневой системой испаряют намного больше воды, чем травянистая растительность или открытая почва.
  2. Доступность воды — это объем жидкой воды, который остается на поверхности земли или в почве после вычета испарения. Он рассчитывается по простой формуле:

Доступность воды = Осадки − Суммарное испарение

Именно доступная вода формирует сток рек, наполняет озера, пополняет подземные водоносные горизонты и используется человеком для питья, промышленности и орошения.

Когда испарившаяся вода поднимается в атмосферу, воздушные потоки переносят её на расстояние от 500 до 7000 километров. Затем эта влага выпадает на землю в виде дождя или снега. Этот процесс называется внутриконтинентальным круговоротом влаги. Изменение типа растительности в одном регионе меняет объем пара в атмосфере и напрямую влияет на количество осадков в других местах, расположенных далеко по направлению ветра.

Как проводилось исследование

Для оценки изменений водных ресурсов авторы работы объединили несколько массивов данных высокой точности за 20-летний период:

  • Данные о землепользовании: спутниковые снимки MODIS с разрешением 500 метров зафиксировали все изменения типов поверхности — от высадки лесов до расширения городов и пашен.
  • Данные об испарении и осадках: для расчета объема испарения и осадков ученые использовали метеорологический массив ERA5 Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды, а также биофизическую модель PML-V2.
  • Модель атмосферного переноса влаги UTrack: эта модель отслеживает движение масс воздуха и водяного пара в трехмерном пространстве на 25 уровнях атмосферы. Она позволяет точно определить, из какого именно района испарилась вода и над каким регионом она выпала в виде осадков.

Чтобы отделить влияние высадки растений от общего изменения климата, исследователи создали две моделируемые ситуации. В первой ситуации площади лесов, лугов и пашен зафиксировали на уровне 2001 года, но использовали реальные климатические данные для каждого года. Во второй ситуации использовали реальные данные и по климату, и по изменению ландшафта. Разница между этими двумя сценариями показала чистый гидрологический эффект от деятельности человека по изменению землепользования.

Географическое положение (a), субрегионы (b) и типы землепользования (c) Китая. Линии на карте обозначают границы исследуемых районов и могут не совпадать с официальными государственными границами.
Географическое положение (a), субрегионы (b) и типы землепользования (c) Китая. Линии на карте обозначают границы исследуемых районов и могут не совпадать с официальными государственными границами.
Автор: Qiang An et al. Источник: agupubs.onlinelibrary.wiley.com
Общенациональные результаты: осадков больше, воды меньше

В целом по Китаю за период с 2001 по 2020 год изменение ландшафта привело к ускорению круговорота воды. Однако итоговый водный баланс оказался отрицательным.

В среднем за год из-за изменения землепользования происходили следующие процессы:

  • Суммарное испарение увеличивалось на 1,71 мм в год. При этом наблюдался устойчивый годовой рост этого показателя.
  • Объем осадков увеличивался на 1,24 мм в год. Дополнительный пар в атмосфере приводил к формированию новых облаков и дождей.
  • Доступность воды сокращалась на 0,46 мм в год.

Поскольку растения испаряли больше воды, чем возвращалось на территорию страны в виде осадков, часть влаги уносилась ветрами за пределы Китая. В результате общий объем речного стока и влаги в почве постепенно уменьшался.

Схема этапов исследования: (1) определение интенсивности суммарного испарения (ET) для каждого типа землепользования; (2) расчет изменений испарения (ET), вызванных сменой типов ландшафта (LUCC); (3) применение данных модели UTrack о переносе влаги для оценки изменений объема осадков (P) и доступности воды из-за изменений землепользования.
Схема этапов исследования: (1) определение интенсивности суммарного испарения (ET) для каждого типа землепользования; (2) расчет изменений испарения (ET), вызванных сменой типов ландшафта (LUCC); (3) применение данных модели UTrack о переносе влаги для оценки изменений объема осадков (P) и доступности воды из-за изменений землепользования.
Автор: Qiang An et al. Источник: agupubs.onlinelibrary.wiley.com
Региональный анализ: кто потерял и кто выиграл

Территория Китая разделена на три крупные природно-климатические зоны:

  1. Восточный муссонный регион (влажный климат, сосредоточена большая часть населения и лесов).
  2. Северо-Западный аридный регион (сухой климат, пустыни, полупустыни и новые сельскохозяйственные земли).
  3. Регион Тибетского плато (высокогорный суровый климат, альпийские луга).

Исследование показало, что высадка лесов и изменение характера землепользования вызвали перераспределение водных ресурсов между этими зонами.

Восточный муссонный регион

В этой части страны проводилась наиболее активная высадка лесов. Площадь древесных насаждений увеличивалась со скоростью 12,96 тыс. км² в год. Из-за этого суммарное испарение выросло сильнее всего — на 1,99 мм в год.

Однако сформировавшийся над лесами водяной пар под действием муссонных ветров перемещался в другие регионы. Объем выпавших осадков не компенсировал эти потери. В итоге доступность воды на востоке Китая снижалась на 0,59 мм в год.

Северо-Западный аридный регион

В сухих северо-западных провинциях происходили два основных процесса: с одной стороны, восстанавливали естественные луга, с другой — расширяли площади орошаемых пашен (их прирост составил 2,21 тыс. км² в год). Сельское хозяйство переносилось из густонаселенного востока на засушливый запад.

Орошение сельскохозяйственных культур и рост травянистой растительности увеличили испарение. При этом в данной широте преобладают западные ветры. Они подхватывали испарившуюся влагу и уносили ее на восток и юго-восток.

В результате Северо-Западный регион столкнулся с самым сильным дефицитом: доступность воды здесь падала со скоростью 1,14 мм в год. Искусственное орошение пашен в сухом климате привело к выкачиванию подземных и речных вод, которые затем улетали с воздухом в соседние регионы.

Регион Тибетского плато

Тибетское плато показало противоположную динамику. Здесь основной формой изменения землепользования стало восстановление поврежденных пастбищ и замена деградировавших земель лугами (прирост площади лугов — 1,57 тыс. км² в год).

Из-за холодного высокогорного климата сам Тибет испаряет относительно немного воды. Однако плато расположено на пути воздушных масс, идущих с Северо-Западного аридного региона. Испарившаяся на северо-западе вода под воздействием западных ветров поднималась к Тибетскому плато и выпадала там в виде осадков.

Прирост осадков на Тибетском плато составил 1,66 мм в год — это самый высокий показатель в стране. В результате Тибет оказался единственным регионом, где доступность воды увеличилась — на 0,38 мм в год.

Изменение площади различных типов землепользования (LUC) в Китае с 2001 по 2020 год: (a) динамика площади разных типов ландшафта; (b) линейные тренды изменения площади в целом по Китаю и его субрегионам. Все общенациональные тренды на графике (b) статистически значимы на уровне 95%. Одна и две звездочки у региональных трендов обозначают статистическую значимость на уровне 95% и 99% соответственно.
Изменение площади различных типов землепользования (LUC) в Китае с 2001 по 2020 год: (a) динамика площади разных типов ландшафта; (b) линейные тренды изменения площади в целом по Китаю и его субрегионам. Все общенациональные тренды на графике (b) статистически значимы на уровне 95%. Одна и две звездочки у региональных трендов обозначают статистическую значимость на уровне 95% и 99% соответственно.
Автор: Qiang An et al. Источник: agupubs.onlinelibrary.wiley.com
Влияние конкретных типов изменения землепользования

Ученые также проанализировали, как именно отдельные виды хозяйственной деятельности повлияли на водные ресурсы.

  1. Переход от лугов к лесу (22,5% от всей площади изменений):Это самый массовый тип озеленения, происходивший в основном на востоке. Насаждение лесов на месте лугов дало наибольший вклад в увеличение испарения (8,44 млрд м³ в год) и осадков (5,08 млрд м³ в год). Но из-за высокой потребности деревьев в воде этот процесс вызвал наибольшее абсолютное сокращение доступной жидкой воды — на 3,36 млрд м³ в год.
  2. Переход от открытых грунтов и пустынь к лугам (21,1% от площади изменений):Происходил на Тибетском плато и на Северо-Запада. Восстановление трав увеличило испарение на 3,14 млрд м³ в год. Однако за счет циркуляции воздуха большая часть этой влаги вернулась обратно на территорию Китая в виде дождей. Потери доступной воды оказались минимальными — 0,62 млрд м³ в год.
  3. Перевод пашен в луга: Обратный процесс, при котором сельхозугодья засаживали травой. Травянистый покров без искусственного орошения испаряет меньше воды, чем сельскохозяйственные культуры. В результате этот процесс снизил испарение на 1,9 млрд м³ в год и увеличил локальную доступность воды на 1,15 млрд м³ в год.
Гидрологические последствия изменений землепользования (LUCC) в Китае с 2002 по 2020 год: (a, c, e) пространственное распределение среднегодовых изменений испарения (ΔET) (a), осадков (ΔP) (c) и доступности воды (ΔWA) (e); (b, d, f) региональная статистика показателей ΔET (b), ΔP (d) и ΔWA (f). Затененные области на графиках (b, d, f) обозначают статистическую значимость на уровне 95%. Две звездочки указывают на статистическую значимость на уровне 99%.
Гидрологические последствия изменений землепользования (LUCC) в Китае с 2002 по 2020 год: (a, c, e) пространственное распределение среднегодовых изменений испарения (ΔET) (a), осадков (ΔP) (c) и доступности воды (ΔWA) (e); (b, d, f) региональная статистика показателей ΔET (b), ΔP (d) и ΔWA (f). Затененные области на графиках (b, d, f) обозначают статистическую значимость на уровне 95%. Две звездочки указывают на статистическую значимость на уровне 99%.
Автор: Qiang An et al. Источник: agupubs.onlinelibrary.wiley.com
Прогнозы и риски на будущее

Авторы исследования отмечают, что выявленные тенденции продолжатся в ближайшие десятилетия, что создает новые гидрологические риски:

  • Леса на юго-востоке: в рамках выполнения международных соглашений по климату Китай планирует дальше увеличивать лесные площади. Однако нарастание лесной массы в южных и восточных провинциях может усилить почвенную засуху и снизить сток местных рек.
  • Перенос сельского хозяйства на северо-запад: полномасштабная урбанизация продолжит вытеснять пашни на периферию. Расширение орошаемого земледелия в аридном Северо-Западном регионе ускорит истощение подземных водоносных горизонтов. Это создает прямую угрозу устойчивости местного сельского хозяйства.
  • Озеленение Тибета: потепление климата и приток влаги способствуют росту растительности на Тибетском плато. На данном этапе это приводит к увеличению запасов воды, но в долгосрочной перспективе рост испарения может уравновесить этот эффект.
Гидрологические последствия в различных зонах изменения землепользования (LUCC) в Китае с 2002 по 2020 год: (a) пространственное распределение зон LUCC; (b) среднегодовое влияние различных зон LUCC на показатели испарения (ΔET), осадков (ΔP) и доступности воды (ΔWA); (c) среднегодовое влияние зон перехода лугов в леса на ΔET, ΔP и ΔWA; (d) среднегодовое влияние зон перехода открытых грунтов в луга на ΔET, ΔP и ΔWA. Столбчатые диаграммы в левом нижнем углу на графиках (c, d) отражают средние значения для Китая в целом, субрегиона 1, субрегиона 2 и субрегиона 3 соответственно.
Гидрологические последствия в различных зонах изменения землепользования (LUCC) в Китае с 2002 по 2020 год: (a) пространственное распределение зон LUCC; (b) среднегодовое влияние различных зон LUCC на показатели испарения (ΔET), осадков (ΔP) и доступности воды (ΔWA); (c) среднегодовое влияние зон перехода лугов в леса на ΔET, ΔP и ΔWA; (d) среднегодовое влияние зон перехода открытых грунтов в луга на ΔET, ΔP и ΔWA. Столбчатые диаграммы в левом нижнем углу на графиках (c, d) отражают средние значения для Китая в целом, субрегиона 1, субрегиона 2 и субрегиона 3 соответственно.
Автор: Qiang An et al. Источник: agupubs.onlinelibrary.wiley.com
Новые подходы к управлению водными ресурсами

Главный научный вывод работы заключается в том, что традиционные методы планирования водных ресурсов устарели.

Ранее экологи и государственные органы управляли водой исключительно в границах речных бассейнов. Они учитывали только речной сток, каналы и подземные пласты. Однако исследование показывает необходимость учета атмосферных водосборов.

Атмосферный водосбор — это территория суши, которая обеспечивает испарением осадки для конкретного целевого региона. Посадка лесов или создание орошаемых полей в одном районе изменяет количество осадков в других регионах, находящихся на расстоянии сотен и тысяч километров.

Для решения возникшего дисбаланса исследователи предлагают два практических шага:

1. Переход к «грамотному лесоразведению» (smart afforestation)

Нельзя высаживать деревья исключительно на основе показателей связывания углерода. При планировании лесопосадок необходимо учитывать гидрологический лимит региона. В сухих и полуаридных районах необходимо отказываться от видов деревьев с высокой транспирацией в пользу засухоустойчивых растений и кустарников, которые минимально расходуют грунтовые воды.

2. Межрегиональные компенсационные механизмы

Регионы, находящиеся ниже по направлению движения воздушных масс и получающие дополнительные осадки (как Тибет или отдельные восточные территории), фактически пользуются водой, испарившейся в наветренных регионах.

Авторы предлагают внедрить систему финансовых компенсаций за управление атмосферой по аналогии с существующими программами оплаты экосистемных услуг. Регионы-получатели осадков могут компенсировать засушливым наветренным регионам затраты на внедрение сберегающих технологий землепользования и ограничение выкачивания подземных вод.

Заключение

Опыт Китая демонстрирует, что любые масштабные изменения ландшафта дают нелинейный результат. Высадка лесов и восстановление лугов помогают бороться с опустыниванием и связывают углерод, но одновременно увеличивают суммарное испарение и забирают жидкую воду из рек и почв.

Изменение растительного покрова на одном конце страны способно изменить режим осадков на другом. Чтобы экологические программы не приводили к истощению водных ресурсов, государственное планирование должно учитывать не только наземный сток рек, но и пути переноса водяного пара в атмосфере.

Источник: Earth's Future

1 комментарий

B
Это прямо-таки эффект бабочки, очень показательно. Не просто насажать деревьев, а понять, каких именно и сколько и где.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Каспийское море потеряло территорию размером с Албанию: почему в последние годы вода отступает всё быстрее

Каспий теряет не просто воду. Он теряет территорию. За последние тридцать лет площадь крупнейшего озера планеты сократилась почти на 29 тысяч квадратных километров. Это территория, сопоставимая с...

Инженерное решение Sony CF-300: как опция Invisible Monitor упростила запись радио в 1971 году

В 1971 году японская корпорация Sony выпустила портативную радиомагнитолу Cassette Corder FM-AM CF-300. Монофонический кассетный магнитофон и радиоприемник супергетеродинного типа были размещены в...

И почему я не купил его раньше? Обзор геймпада GameSir G7 Pro 8K Champion Edition

Как истинный ПК-боярин, я предпочитаю играть на геймпаде и использую его практически во всех играх, за исключением различных шутеров (Дум, Колда и прочее), в них клавамыш forever. В качестве...

Обзор игровой мыши EPOMAKER NEX Lite

Компания Epomaker хорошо знакома любителям компьютерной периферии прежде всего благодаря механическим клавиатурам и сопутствующим аксессуарам. Однако в ассортименте производителя есть и игровые...

«Черный октябрь», когда ИИ чуть не хакнул половину интернета: главное за неделю

Самые интересные новости финансов и технологий в России и мире за неделю: найдена критическая дыра в PHP (на котором держится 70% интернета), ЦБ РФ не стал снижать ставку...

Кофе в турке без гадания на гуще: как одна и та же джезва может сварить и густой шоколад, и легкий ягодный чай

Приготовление кофе в джезве (турке) — старейший метод заваривания, при котором молотое зерно и вода находятся в одном сосуде на протяжении всего времени нагрева. В капельных кофеварках...