Перерисовка глобальной карты распределения сельскохозяйственных культур на существующих сельскохозяйственных угодьях может помочь удовлетворить растущий спрос на продукты питания и биотопливо в ближайшие десятилетия, при этом значительно снизив дефицит воды в сельскохозяйственных районах, говорится в новом исследовании. Опубликованное сегодня в журнале Nature Geoscience исследование является первой попыткой одновременно и в глобальном масштабе решить как потребности производства продуктов питания, так и устойчивость ресурсов.
Результаты показывают, что «во многих местах наблюдается неэффективное использование воды и производство питательных веществ», - говорит ведущий автор Кайл Дэвис, научный сотрудник Института Земли Колумбийского университета. По его словам, эту неэффективность можно исправить, заменив культуры более питательными и менее вредными для окружающей среды.
Спрос на сельскохозяйственную продукцию, по прогнозам, существенно возрастет в течение следующих нескольких десятилетий из-за роста населения, более богатого рациона питания и использования биотоплива. В то же время ожидается, что нехватка воды усугубится в связи с изменением климата и быстрым истощением глобальных водоносных горизонтов. Пытаясь решить эти две проблемы, авторы рассмотрели модели водопользования сельскохозяйственных культур и карты урожайности для 14 основных продовольственных культур. Их особенно интересовало определение распределения культур, которое сделало бы богарное земледелие менее восприимчивым к засушливым периодам и уменьшило бы потребление воды в орошаемых системах.
Исследователи решили сосредоточиться на 14 культурах, которые составляют 72 процента всех культур, собираемых во всем мире: арахис, кукуруза, просо, масличная пальма, рапс, рис, корнеплоды, сорго, соя, сахарная свекла, сахарный тростник, подсолнухи, клубни и пшеница. Фрукты и овощи не были включены, потому что не было надежных данных об их потребностях в воде.
Новые карты посевов, предложенные Дэвисом и его коллегами, будут производить на 10 процентов больше калорий и на 19 процентов больше белка - достаточно, чтобы накормить дополнительные 825 миллионов человек - при этом потребление дождевой воды сократится на 14 процентов, а поливной воды - на 12 процентов..
В глобальном масштабе такие улучшения могут быть достигнуты за счет резкого увеличения производства арахиса, корнеплодов, соевых бобов, сорго и клубнеплодов и сокращения производства проса, риса, сахара и пшеницы, которые потребляют больше воды, но имеют более низкий выход калорий и белка на гектар. Но конкретные изменения сильно различаются в зависимости от страны и типа водопользования из-за различий в местном климате, характеристиках почвы и урожайности. Например, неорошаемое сорго, соя, клубнеплоды и пшеница могут заменить просо, сахарную свеклу и подсолнечник на западе России. Орошаемая кукуруза, просо, корнеплоды и клубнеплоды вытеснили рис, сорго и пшеницу в северной Индии.
Исследование определило перераспределение культур, которое привело бы к существенной экономии воды - не менее 20 процентов потребности в воде для сельскохозяйственного производства - в 42 странах, многие из которых уже испытывают значительный дефицит воды. К ним относятся Австралия, Индия, Мексика, Марокко и Южная Африка. Значительная экономия воды была также достигнута в значительных мировых сельскохозяйственных центрах, таких как Центральная долина Калифорнии, дельта Нила, юго-восточная Австралия и Индо-Гангский бассейн. Однако нехватка воды сохранялась в других важных сельскохозяйственных районах, таких как Средний Запад США, независимо от выбора сельскохозяйственных культур. Еще для 63 стран, большинство из которых в значительной степени зависит от импорта продовольствия, чтобы прокормить себя, перераспределение приведет к более чем 20-процентному увеличению производства либо калорий, либо белков, что повысит продовольственную самообеспеченность. Среди них были Эфиопия, Иран, Кения и Испания.
В последние годы некоторые исследователи выступали за удовлетворение растущего мирового спроса на сельскохозяйственные культуры с помощью технологий или увеличения использования воды и удобрений. Но крупные инвестиции в технологии были бы недоступны для мелких сельских фермеров, и многие из методов повышения эффективности использования воды, предложенных для защиты от нехватки воды, такие как повышение эффективности орошения и посадка высокоурожайных культур, снижение содержания животного белка в рационе и минимизация пищевых отходов. - сталкиваются со значительными препятствиями на пути реализации, отмечается в исследовании, включая экономические, медицинские, инфраструктурные и экологические проблемы.
Модель распределения урожая новой газеты не потребует огромных инвестиций в технологии. Это также не приведет к потере разнообразия сельскохозяйственных культур или питательных веществ в почве, что в противном случае могло бы сделать сельское хозяйство более уязвимым для засухи, вредителей и других потрясений. Тем не менее, Дэвис говорит, что результаты - это всего лишь отправная точка, а не окончательное решение. В исследовании не учитывались потенциальные культурные или политические барьеры, рыночный спрос и предложение, диетические предпочтения или модели потребления, которые необходимо будет изучить в будущих исследованиях. Полученные данные «можно использовать как один из нескольких инструментов повышения устойчивости продовольственных систем», - говорит он.
Дэвис сейчас проводит дополнительное исследование в Индии, где рис и пшеница сильно субсидируются. Он и его коллеги изучают влияние, которое замена традиционных злаков с более высоким содержанием питательных веществ на эту программу субсидирования окажет на потребление воды и производство питательных веществ, как эти альтернативные злаки должны быть оценены по ценам, чтобы конкурировать на рынке, и как модели потребления и диетические предпочтения может повлиять на их принятие.
"Если мы думаем об экономических, социальных и экологических аспектах продовольственной безопасности в конкретной стране и тесно сотрудничаем с местными лицами, принимающими решения, мы можем создавать решения, адаптированные к потребностям и целям населения этой страны", - говорит Дэвис.
Другими авторами исследования являются Мария Кристина Рулли и Антонио Севесо из Миланского политехнического университета в Италии, а также Паоло Д'Одорико из Университета Вирджинии и Калифорнийского университета в Беркли.