Бразильский штат Мату-Гросу производит столько соевых бобов, сколько Айова и Иллинойс вместе взятые. Но он также служит домом для пышных тропических лесов Амазонки, одного из самых богатых и наиболее уязвимых экологических сокровищ на нашей планете.
Используя спутниковые снимки и уникальную наземную информацию, взаимосвязь между высокомеханизированным сельским хозяйством и тропическим лесом в Мату-Гросу показана с исключительной детализацией в новом исследовании под руководством Джуда Кастенса, доцента Канзасского прикладного дистанционного зондирования. Программа Канзасской биологической службы, в соавторстве с Дж. Кристофер Браун, профессор географии и атмосферных наук и директор Программы экологических исследований Канзасского университета.
Их статья появляется в PLOS ONE.
«Мато-Гросу является границей в том смысле, что естественная растительность, как тропические леса, так и саванна, известная как серрадо, заменяется растениеводством и другими сельскохозяйственными угодьями», - сказал Кастенс. «В 1990-х годах механизированное сельское хозяйство быстро проникло в этот район, поэтому здесь есть много возможностей для растениеводства и развития бизнеса, связанного с фермерским хозяйством».
Действительно, исследователи заявили, что сельское хозяйство в этом районе переживает бум энергии города, ежегодно генерируя миллиарды долларов, которые вносят вклад в экономику штата.
«Есть случаи, когда американские фермеры продают все в Айове и переезжают в Мату-Гросу в Бразилии», - сказал Браун. «Это отличный показатель того, что вы находитесь на передовой. Здесь есть возможности. Я часто садился в самолеты, направляющиеся в Бразилию, в Хьюстоне и стоял в очереди с множеством фермеров, направлявшихся в Бразилию, чтобы изучить там операции по перемещению."
Однако расширение сельского хозяйства произошло за счет тропических лесов Амазонки. Обеспокоенность по поводу повсеместной вырубки лесов в этом районе привела к заключению в 2006 году соглашения между экологическими группами и крупными сельскохозяйственными корпорациями под названием «Соевый мораторий». В соответствии с мораторием основные покупатели сои согласились не покупать сою, произведенную на землях, вырубленных после июля того же года.
"В связи с этим возникает вопрос - на такой большой территории, как вы узнаете, какие обезлесенные участки были заменены соевыми бобами после этой даты?" - сказал Браун. «Чтобы знать это, вам нужен действительно подробный набор данных о земном покрове, который мы подготовили».
Кастенс и Браун вместе с коллегой из KU Кристофером Бишопом, а также Александром Коутиньо и Жулио Эскердо из Бразильской корпорации сельскохозяйственных исследований (Embrapa) частично полагались на наборы спутниковых данных спектрорадиометра визуализации со средним разрешением или MODIS. Просматривая изображения, сделанные за 14 вегетационных сезонов, исследователи смогли изучить изменения в расположении пахотных земель и интенсивности производства в Мату-Гросу. Большая часть производства сои в лесном биоме Амазонки происходит в этом большом штате.
«Спутниковые изображения фиксируют значения коэффициента отражения от земли в различных длинах волн - те, которые обычно используются в исследованиях растительности, - это красный и ближний инфракрасный диапазоны», - сказал Кастенс. «Коэффициент отражения красного света снижается по мере увеличения фотосинтеза, тогда как коэффициент отражения ближнего инфракрасного диапазона увеличивается с более плотным лиственным пологом. Эти две полосы объединяются, чтобы сформировать Нормализованный разностный индекс вегетации. Сигналы NDVI со здоровых соевых полей будут выглядеть иначе, чем со здоровых хлопковых полей, которые будет отличаться от других типов обложек."
Для интерпретации спутниковых данных соавторы из Embrapa, бразильского аналога USDA, собрали беспрецедентный объем наземных эталонных данных в Мату-Гросу, опросив фермеров. В 2006 году KU и бразильские исследователи начали работу в соответствии с меморандумом о взаимопонимании, чтобы поделиться методами сбора наземных данных и классификации земного покрова. С тех пор исследователи посещали лаборатории друг друга и вместе проводили полевые работы.
«Богатство наземных эталонных данных сделало это исследование возможным», - сказал Браун. «Ничего подобного для такой большой территории за пределами США не было. Наши коллеги работали с фермерами, чтобы проследить границы полей на распечатанных спутниковых снимках и предоставить историю посевов для различных участков земли».
Основной вывод исследования показывает, что мораторий на сою 2006 года оказал большее влияние на сокращение обезлесения в Амазонии, чем предполагалось ранее.
«Основываясь на нашем анализе, мы обнаружили гораздо более сильное снижение обезлесения, совпадающее с мораторием на сою, чем сообщалось в других исследованиях», - сказал Кастенс. «В некоторых исследованиях мораторий на сою недооценивался как фактор сокращения вырубки лесов. Наше изучение практически того же набора данных вырубки лесов, который использовали другие, показало, что значительное снижение вырубки лесов произошло сразу после вступления моратория в силу.
«Вырубка лесов все еще происходит, но она замедлилась, и меньше этой земли используется для производства сои», - сказал Кастенс.
В исследование были включены данные о вырубке лесов, подготовленные Бразильским институтом космических исследований (INPE).
Команда также обнаружила резкий рост производства на существующих пахотных землях после моратория, получившего название «вертикальная интенсификация», в то время как расширение пахотных земель, вызванное обезлесением, или «горизонтальная интенсификация», существенно замедлилось.
«При вертикальной интенсификации мы наблюдаем резкое увеличение количества двойных культур, когда фермеры сажают первый урожай сои, а затем второй товарный урожай, как правило, кукурузу, в один и тот же вегетационный период и на том же поле», - сказал Браун.
Исследователи предоставили свои данные о земном покрове в свободный доступ. Они надеются, что это поможет управляющим землей и политикам найти баланс между сельским хозяйством и охраной природы.
«Тропический лес помогает регулировать многие факторы, связанные с климатом в бассейне Амазонки и близлежащих регионах, включая температуру и гидрологический цикл», - сказал Кастенс. «Он имеет очевидную экологическую ценность и является горячей точкой биоразнообразия со многими неиспользованными природными ресурсами».
Амазонка также является домом для многих коренных народов.
«Коренные жители заповедников тропических лесов полностью окружены этими соевыми полями, многие из которых расположены выше по течению», - сказал Браун.
Кастенс добавил: «Исследователи могут использовать наши картографические данные с их подробным пространственным и классовым разрешением для изучения влияния доступности рынка и других вопросов, связанных с сельскохозяйственными границами, а также вопросов, связанных с климатом, экологией и географией человека."