За периода от 2001 до 2020 г. Китай реализира най-мащабните в съвременната история програми за възстановяване на природните екосистеми и промяна в земеползването. Държавни проекти като „Защитни горски насаждения в Северна Китай“, „Превръщане на обработваеми земи в гори и ливади“ и „Защита на естествените гори“ значително промениха ландшафта на страната. За две десетилетия на Китай се паднаха около 25% от общия световен прираст на площта на листата.
Успоредно със засаждането на гори в страната се наблюдаваше бърза урбанизация. Милиони селски жители се преселиха в градовете, което доведе до изоставянето на малопродуктивните земеделски земи по склоновете на планините. В същото време обработваемите земи започнаха да се преместват от икономически развитите югоизточни региони към северозападната част на страната.
Всички тези процеси преследваха важни цели: да се спре деградацията на почвите, да се намали рискът от наводнения, да се увеличи свързването на въглерода с цел борба с климатичните промени и да се осигури продоволствена сигурност. Промяната в типа на земната повърхност обаче оказа пряко влияние върху хидрологичния цикъл. Засаждането на дървета и разширяването на земеделските площи променят количеството вода, което се изпарява от повърхността на земята и постъпва в атмосферата.
В списание Earth’s Future е публикувано проучване на специалисти от Китайския селскостопански университет, Университета в Утрехт и Университета Цинхуа. Учените оцениха хидрологичните последствия от промените в земеползването в Китай за периода от 2001 до 2020 г. Резултатите показаха, че мащабното озеленяване е увеличило общия обем на валежите, но в същото време е намалило количеството на достъпната течна вода, като е преразпределило ресурсите между регионите.
Обикновенит хидрологичен баланс: как растенията влияят върху водатаЗа да се разберат резултатите от изследването, е необходимо да се разграничат две понятия: изпарението на вода от растителността и общата наличност на вода.
Общото изпарение (евапотранспирация) е съвкупност от два процеса: прякото изпарение на вода от повърхността на почвата или водоемите и транспирацията. Транспирацията е процес, при който растенията усвояват вода от почвата чрез корените си, пренасят я по стъблата и я изпаряват през микроскопичните пори на листата. Дърветата с дълбока коренова система изпаряват много повече вода, отколкото тревистата растителност или откритата почва.
Наличността на вода е обемът на течната вода, който остава на повърхността на земята или в почвата след приспадане на изпарението. Тя се изчислява по проста формула:
Наличност на вода = Валежи − Общо изпарение
Именно достъпната вода формира речния отток, пълни езерата, попълва подземните водоносни хоризонти и се използва от човека за пиене, промишленост и напояване.
Когато изпарената вода се издига в атмосферата, въздушните течения я пренасят на разстояние от 500 до 7000 km. След това тази влага пада на земята под формата на дъжд или сняг. Този процес се нарича вътрешноконтинентален воден цикъл. Промяната в типа растителност в един регион променя обема на водната пара в атмосферата и оказва пряко влияние върху количеството валежи в други места, разположени далеч по посоката на вятъра.
Как е проведено изследванетоЗа да оценят промените във водните ресурси, авторите на изследването обединиха няколко масива от данни с висока точност за 20-годишен период:
Данни за използването на земята: сателитните снимки MODIS с разделителна способност 500 m са зафиксирали всички промени в типовете на повърхността — от изсичането на горите до разрастването на градовете и обработваемите земи. Данни за изпарението и валежите: за изчисляване обема на изпарението и валежите учените са използвали метеорологичния масив ERA5 на Европейския център за средносрочни прогнози за времето, както и биофизичния модел PML-V2.Моделът за атмосферен пренос на влага UTrack: Този модел проследява движението на въздушните маси и водната пара в триизмерно пространство на 25 нива на атмосферата. Той позволява точно да се определи от коя точно област се е изпарила водата и над кой регион е паднала под формата на валежи.
За да отделят влиянието на засаждането на растения от общото изменение на климата, изследователите създадоха две моделирани ситуации. В първата ситуация площите на горите, ливадите и обработваемите земи бяха фиксирани на нивото от 2001 г., но бяха използвани реалните климатични данни за всяка година. Във втората ситуация бяха използвани реални данни както за климата, така и за промените в ландшафта. Разликата между тези два сценария показа чистия хидрологичен ефект от човешката дейност по промяната на ползването на земята.
Географското положение (а), подрегионите (b) и видовете земеползване (c) в Китай. Линиите на картата обозначават границите на изследваните райони и може да не съвпадат с официалните държавни граници
Общонационалните резултати: валежите са повече, но водата е по-малко
Като цяло в Китай за периода от 2001 до 2020 г. промените в ландшафта доведоха до ускоряване на водния цикъл. Въпреки това крайният воден баланс се оказа отрицателен.
Средногодишно, поради промените в земеползването, се наблюдаваха следните процеси:
Общото изпарение се увеличаваше с 1,71 mm годишно. При това се наблюдаваше устойчиво годишно нарастване на този показател. Количеството валежи се увеличаваше с 1,24 mm годишно. Допълнителната пара в атмосферата водеше до образуването на нови облаци и дъждове. Наличността на вода намаляваше с 0,46 mm годишно.Тъй като растенията изпаряваха повече вода, отколкото се връщаше на територията на страната под формата на валежи, част от влагата се отнасяше от ветровете извън границите на Китай. В резултат на това общият обем на речния отток и влагата в почвата постепенно намаляваше.
Регионалният анализ: кой е загубил и кой е спечелил
Територията на Китай е разделена на три големи природно-климатични зони:
Източен мусонен регион (влажен климат, където е съсредоточена по-голямата част от населението и горите). Северозападният ариден регион (сух климат, пустини, полупустини и нови земеделски земи). Регионът на Тибетското плато (високопланински суров климат, алпийски ливади).Изследването показа, че залесяването и промяната в характера на земеползването са довели до преразпределение на водните ресурси между тези зони.
Източният мусонен регионВ тази част на страната се извършваше най-активното залесяване. Площта на дървесните насаждения се увеличаваше със скорост от 12,96 хил. km² годишно. Поради това общото изпарение нарасна най-силно — с 1,99 mm годишно.
Въпреки това водната пара, образувала се над горите, под въздействието на мусонните ветрове се преместваше в други региони. Обемът на падналите валежи не компенсираше тези загуби. В резултат на това наличността на вода в източната част на Китай намаляваше с 0,59 mm годишно.
Северозападният ариден регион
В сухите северозападни провинции протичаха два основни процеса: от една страна, възстановяваха се естествените ливади, а от друга — разширяваха се площите на напояваните обработваеми земи (прирастът им възлизаше на 2,21 хил. km² годишно). Селското стопанство се преместваше от гъстонаселения изток към сухия запад.
Напояването на селскостопанските култури и растежът на тревистата растителност увеличиха изпарението. При това на тази географска ширина преобладават западните ветрове. Те улавяха изпарената влага и я отнасяха на изток и югоизток.
В резултат на това Северозападният регион се сблъска с най-сериозния дефицит: наличността на вода тук намаляваше със скорост от 1,14 mm годишно. Изкуственото напояване на обработваемите земи в сухия климат доведе до изчерпване на подземните и речните води, които след това се разнасяха с въздуха към съседните региони.
Регионът на Тибетското платоТибетското плато показа обратна динамика. Тук основната форма на промяна в земеползването беше възстановяването на увредените пасища и замяната на деградиралите земи с ливади (прираст на площта на ливадите — 1,57 хил. km² годишно).
Поради студения високопланински климат Тибет изпарява сравнително малко вода. Платото обаче е разположено по пътя на въздушните маси, идващи от Северозападния ариден регион. Изпарената на северозапад вода под въздействието на западните ветрове се издигаше към Тибетското плато и там падаше под формата на валежи.
Прирастът на валежите на Тибетското плато възлиза на 1,66 mm годишно — това е най-високият показател в страната. В резултат на това Тибет се оказа единственият регион, където достъпността на вода се е увеличила — с 0,38 mm годишно.
Промени в площта на различните видове земеползване (LUC) в Китай от 2001 до 2020 г.
Новите подходи към управлението на водните ресурси
Основният научен извод от изследването е, че традиционните методи за планиране на водните ресурси са остарели.
Преди това еколозите и държавните органи управляваха водите единствено в границите на речните басейни. Те отчитаха само речния отток, каналите и подземните пластове. Изследването обаче да показва необходимостта от отчитане на атмосферните водосборни басейни.
Атмосферният водосборен басейн е територия на сушата, която чрез изпарение осигурява валежи за конкретен целеви регион. Засаждането на гори или създаването на напоявани полета в един район променя количеството на валежите в други региони, намиращи се на разстояние от стотици и хиляди километри.
За преодоляване на възникналия дисбаланс изследователите предлагат две практически мерки:
1. Преход към „разумно залесяване“ (smart afforestation)Не бива да се засаждат дървета единствено въз основа на показателите за улавяне на въглерод. При планирането на залесяването е необходимо да се отчита хидрологичният лимит на региона. В сухите и полуаридни райони е необходимо отказване от дървесни видове с висока транспирация в полза на устойчиви на суша растения и храсти, които изразходват минимално количество подпочвени води.
2. Междурегионални компенсационни механизми
Регионите, разположени по-надолу по посоката на движение на въздушните маси и получаващи допълнителни валежи (като Тибет или отделни източни територии), на практика се възползват от водата, изпарила се в наветрените региони.
Авторите предлагат да се въведе система за финансови компенсации за управление на атмосферата по аналогия със съществуващите програми за заплащане на екосистемни услуги. Регионите, получаващи валежи, могат да компенсират на сухите наветрени региони разходите за въвеждане на технологии за пестене на земята и ограничаване на изпомпването на подземни води.
ЗаключениеОпитът на Китай показва, че всякакви мащабни промени в ландшафта дават нелинеен резултат. Засаждането на гори и възстановяването на ливади помагат в борбата с опустиняването и свързват въглерода, но едновременно с това увеличават общото изпарение и отнемат течна вода от реките и почвите.
Промяната в растителния покрив в единия край на страната може да промени режима на валежите в другия. За да не доведат екологичните програми до изчерпване на водните ресурси, държавното планиране трябва да отчита не само повърхностния отток на реките, но и пътищата на пренос на водната пара в атмосферата.