По оценкам ученых, 80 процентов поверхности Земли в настоящее время несут следы человеческой деятельности, от дорог до посевов и вышек сотовой связи.
Исследования показывают, что при нынешней практике землепользования общество использует все большую долю биологических ресурсов планеты для удовлетворения потребностей людей. Растет обеспокоенность тем, что возникающие в результате изменения окружающей среды могут серьезно подорвать естественные функции наземных экосистем. Это может поставить под угрозу их долгосрочную способность поддерживать жизнь на Земле, предоставляя такие важные услуги, как производство продуктов питания, фильтрация воды и воздуха, регулирование климата, защита биоразнообразия, борьба с эрозией и хранение углерода.
«В конечном итоге нам нужно поставить под вопрос, какую производительность биосферы мы можем использовать до разрушения планетных систем», - предостерегает Джонатан Фоули и группа соавторов в статье, опубликованной в июле прошлого года в Слушаниях Национальной академии наук (PNAS). ).
Фоли, директор Центра устойчивости и глобальной окружающей среды в Университете Висконсин-Мэдисон, использует самые современные компьютерные модели и спутниковые измерения для анализа связей между изменениями в землепользовании и условиями окружающей среды во всем мире. Это исследование показало, что сельское хозяйство является доминирующей формой землепользования людей сегодня, при этом около 35 процентов всех свободных ото льда земель в настоящее время используются для выращивания сельскохозяйственных культур и разведения скота. Это только с 7 процентов в 1700 году.
Однако физическая степень переустройства земель для человеческой деятельности является лишь частью истории. Интенсивность такой деятельности также имеет большое значение: более интенсивное использование земли обычно потребляет больше ресурсов.
Одна из лучших картинок коллективного воздействия человечества на земные экосистемы на данный момент получена в результате нового исследования, проведенного также в июле PNAS группой европейских исследователей. Они составили пространственно четкие карты в единицах по 6, 2 квадратных миль, указывающие не только, какие типы местного землепользования преобладают во всем мире, но и примерно то, сколько энергии биомассы - или естественной продуктивности - потребляют различные практики землепользования. (Остальная энергия биомассы доступна для поддержки биологических функций на всех других трофических уровнях или в пищевых сетях экосистем).
«Наши результаты показывают, что люди, являющиеся одним из 2–20 миллионов видов на планете, используют 25 процентов трофической энергии, доступной во всех наземных экосистемах», - говорит ведущий автор Хельмут Хаберл из Клагенфуртского университета в Вене. «Это довольно драматическое неравенство».
Модели землепользования человека широко варьируются по всему миру, на которые влияют биофизические и социально-экономические условия. Например, на больших территориях Азии и Африки к югу от Сахары натуральное сельское хозяйство и мелкие фермерские хозяйства все еще остаются стандартом. Но в целом сегодня наблюдается устойчивый сдвиг в сторону более интенсивного землепользования, обусловленный повышением уровня жизни и ростом населения, что стимулирует рост спроса на товары и услуги.
Современное сельское хозяйство предлагает хороший пример. За последние 40 лет урожай зерновых в мире удвоился, хотя общая площадь пахотных земель увеличилась всего на 12 процентов. Выжимать больше продукции из сельхозугодий возможно благодаря новым сортам зерна, химическим удобрениям, механизации и ирригации. Но недостатком является больший ущерб окружающей среде, в том числе деградация почвы, увеличение использования пестицидов и загрязнение воды из-за стока питательных веществ.
Другое новое исследование иллюстрирует тот огромный ущерб окружающей среде, который современные фермерские практики могут нанести в долгосрочной перспективе. Опубликованный в PNAS в августе, отчет предполагает, что база сельскохозяйственных земель на планете уже может быть более хрупкой, чем общество осознает. Собрав записи со всего мира, Дэвид Монтгомери из Вашингтонского университета в Сиэтле пришел к выводу, что традиционные методы ведения сельского хозяйства на основе плугов значительно ускоряют глобальную эрозию почвы. Это происходит, говорит он, со скоростью в 10-100 раз выше, чем при создании новой почвы.
«Это означает, что мы можем снять верхний слой почвы через пару сотен до пары тысяч лет», - говорит Монтгомери. «Нынешние темпы размывания - это то, что должно волновать цивилизацию в течение следующих нескольких веков, но проблема развивается настолько медленно, что людям трудно обернуть ее вокруг».
Чтобы противостоять этой проблеме, Монтгомери выступает за широкое внедрение беспахотного сельского хозяйства. Этот подход воздерживается от использования плуга для переворачивания почвы, что делает верхний слой почвы более подверженным эрозии; вместо этого фермеры слегка сбивают стерню в верхний слой почвы. По словам Монтгомери, несмотря на то, что в некоторых условиях для ведения сельского хозяйства может потребоваться применение пестицидов и гербицидов, в долгосрочной перспективе это может перевесить ряд преимуществ. Он утверждает, что беспахотное земледелие уменьшит эрозию до уровня, близкого к естественному. Другие преимущества включают улучшение плодородия почвы и увеличение накопления углерода, так как в почве накапливается больше органического вещества.
В течение многих лет ученые широко предполагали, что массивная эрозия почвы от сельского хозяйства играет значительную роль в изменении уровня углерода в атмосфере. Тем не менее, точная природа этой связи не совсем понятна, и данные различных исследований были весьма противоречивыми. Некоторые исследования пришли к выводу, что глобальная эрозия почвы от сельского хозяйства выделяет значительные количества углерода в атмосферу; другие обнаружили значительный углеродный эффект «впитывания».
Октябрьский отчет в Science опровергает оба эти утверждения. Используя новый метод анализа, международная группа ученых во главе с Кристофом Ван Оостом из Католического университета Лювена в Бельгии установила, что глобальная эрозия почв в сельском хозяйстве оказывает минимальное влияние на уровень содержания углерода в атмосфере. Исследователи утверждают, что он захватывает углерод, но только его фрагмент в количествах, значительно меньших, чем некоторые предыдущие оценки.
Диана Парселл из Фолс-Черч, Вирджиния, часто пишет на темы в науке.
