Изменения экосистем в условиях климатических факторов: анализ, причины и пути решения



Статья рассматривает динамику высыхания пруда в контексте климатических изменений, исследуя влияние снижения осадков и повышения температуры на водные ресурсы. Анализируется взаимосвязь между высыханием водоема и более обширными изменениями в гидрологическом цикле, оказывающими воздействие на экосистемы региона. Поднимается вопрос о рисках опустынивания земель в результате этих процессов и предлагаются инновационные методы восстановления водных ресурсов для противостояния деградации экосистем.

Ключевые слова: опустынивание почвы, деградация экосистем, высыхание водоемов, устойчивое использование, борьба с деградацией.

The article examines the dynamics of pond drying in the context of climate change, examining the impact of decreased precipitation and increased temperature on water resources. The relationship between the drying up of the reservoir and broader changes in the hydrological cycle that affect the region's ecosystems is analyzed. The question of the risks of land desertification as a result of these processes is raised and innovative methods for restoring water resources are proposed to counteract the degradation of ecosystems.

Keywords: soil desertification, ecosystem degradation, drying up of water bodies, sustainable use, combating degradation.

Засуха является одним из разрушительных стихийных бедствии на нашей планете. В последствии мы наблюдаем проблемы со всеми сферами жизнедеятельности людей, то есть это потери урожая в сельскохозяйственных культурах в следствии — голод, лесные пожары и нехватка воды. Всё это влияет на жизни продолжительность населения земли. Ожидаемая продолжительность жизни при рождении в 2023 году — 72,95 лет, Женщины — 74,6 лет, Мужчины — 71,3 лет [1]. По данным ООН, треть поверхности Земли подвергается деградации [2]. Ежегодно человечество теряет 12 млн гектаров земель и 75 млрд тонн плодородных почв. На землях, которые теряются ежегодно, можно было бы получать 20 млн тонн зерна, каждую минуту в мире от голода умирает 16 человек, из которых 12 детей. Около 40 % населения земного шара страдает от недостатка воды. К 2030 году потребности в продовольствии, энергии и воде увеличатся минимум на 50,45 и 30 % [3]. Для решения проблем была проведена конференция ООН по защите окружающей среды и развитию в Рио-де-Жанейро в 2012 г. В следствии было принято несколько конвенции. Немаловажную роль играла Конвенция о борьбе с опустыниванием (КБО). Казахстан ратифицировал Конвенцию и взял на себя обязательство по выполнению их положений.

Опустынивание земель происходит под давлением самих природных факторов, но наносимый ущерб слабее чем от воздействий антропогенных процессов. Деградация почвы, или опустынивание, представляет собой ухудшение качества почвы и ее способности поддерживать растительный покров. Этот процесс может быть вызван разнообразными факторами, включая природные и антропогенные воздействия. Проиллюстрируем факторы, которые могут привести к деградации почвы (Рис. 1).

Рис. 1. Факторы способствующие деградации почвы

Аномальные или неблагоприятные климатические условия: Продолжительные периоды засухи и недостаток осадков могут снизить влажность почвы, что усложняет рост растений и способствует эрозии.

Эрозия: Эрозия почвы, будь то в результате дождя и водных потоков или ветровой эрозии, может унести плодородный слой почвы, делая ее несостоятельной для сельского хозяйства.

Солонизация: Накопление солей в почве может сделать ее несостоятельной, непригодной для сельскохозяйственного использования.

Некорректные сельскохозяйственные практики: Неправильные методы ведения сельского хозяйства, такие как монокультуры, чрезмерная обработка почвы и неправильное использование удобрений, могут ухудшить качество почвы и привести к ее деградации.

Изменение земельного использования: Расширение городов, строительство инфраструктуры и промышленных объектов может забирать сельскохозяйственные угодья, способствуя деградации почвы.

Лесозаготовка: Вырубка лесов и замена их сельскохозяйственными угодьями может привести к уменьшению органического вещества в почве и ухудшению ее состояния.

Недостаточное управление: Отсутствие эффективного управления и мер по сохранению почвы, такие как использование берм и контурной обработки, может усугубить деградацию почвы.

Климатические изменения: Глобальное потепление и изменения климата могут влиять на паттерны осадков и температур, усиливая процесс деградации почв.

Выше представленные факторы влияют на различные местности земной поверхности. Территория Казахстана практически целиком входит в засушливую зону, то есть две трети уже подвержено разной степени опустынивания. Основными типами опустынивания на территории Казахстана, принятые в Конвенции, определено 9 типов:

1. ветровая эрозия почв;
2. водная эрозия почв;
3. химическое загрязнение почв;
4. химическое загрязнение грунтовых и поверхностных вод;
5. ухудшение состояния растительного покрова;
6. дегумификация почв;
7. нарушение гидрологического режима;
8. засоление почв;
9. техногенное нарушение земельного покрова;

Опустынивание территории Казахстана связаны с низкой устойчивостью ландшафтов к антропогенным факторам. Деградация земель в Казахстане приводит к проблемам с уровнем жизни, здоровья. Социально-экономического положения населения.

Основные влияния деградации:

(i) снижение продуктивности сельскохозяйственных культур в результате деградации пахотных земель;

(ii) снижение эффективности и высокий риск для скотоводства в результате деградации пастбищ и нехватки кормов,

(iii) утрата потенциала и доходов (частного и государственного) охотничьего хозяйства и рыболовства в связи со снижением численности и видов животных из-за чрезмерного отлова и разрушения среды обитания,

(iv) ухудшение качества питьевой воды и связанные с этим проблемы со здоровьем людей,

(v) недостаток древесных и не древесных лесопродуктов, особенно для местного населения, зависимого от этих продуктов, а также утрата экологических услуг, предоставляемых лесами [4].

Воздействие, оказываемое на территорию Казахстана, пагубно влияет не только на природные ресурсы страны, но и сказывается на уязвимых слоях общества. Из-за специфического образования, расположения ландшафтов, на территории Казахстана есть и остаются местности естественные, засушливые биомы (степи, полупустыни, солончаки, горные степи, сухие леса и т. д.) которые не должны идентифицироваться с проблемой опустынивания. По статистике 2023 года около 38,2 % населения страны, насчитывающей около 7,5 млн. человек [5], живут в сельских районах, также большинство из них зависят от доходов, косвенно или напрямую связанных с аграрным сектором. Изменения в климатических условиях, такие как повышение температуры, изменение осадков и частоты экстремальных событий, могут привести к ухудшению влагообеспеченности почв и уменьшению уровня водоемов. Опустынивание земель, вызванное длительным дефицитом влаги и неблагоприятными климатическими условиями, усиливает деградацию почв, снижает плодородие и увеличивает риск образования пустынь. Высыхание водоемов, в свою очередь, связано с изменениями в гидрологическом цикле, что может быть вызвано климатическими факторами. Снижение влажности почвы и уровня водоемов может содействовать распространению опустынивания и усугублять проблемы в устойчивости биосферы.

В данной статье мы рассмотрим высыхание пруда и снижение уровня подземных вод в результате климатических изменений и человеческой деятельности, которое в дальнейшем приводит к опустыниванию земель. На примере мы рассмотрели экосистему пруда «Қарасу» расположенное на территории Казахстана, в Туркестанской области, в районе Турар Рыскулов.

Пруд „Қарасу» — это уединённый водоём в окружении лесных деревьев, расположенное на равнине, предположительно, сформировался под воздействием подземных вод. Водоём к сожалению, высыхает с каждым годом. Оно важно для сохранения экологического равновесия как местного, мягкого климата в поддержании экосистемы и жизни деятельности присущих ему флоры и фауны, для орошения сельскохозяйственных угодий и в рыболовстве, а также в рекреационных целях, предоставляющих возможности для отдыха, плавания.

Для более детального изучения масштаба проблемы высыхания пруда, проведены оценочные расчеты его размеров в два периода времени: до высыхания (2006 год) и после (2023 год).

Данные до Высыхания (2006 год):

Длина: 45 метров

Ширина: 65 метров

Площадь: 2925 кв. метров

Предполагаемая Средняя Глубина: 2.9 метра

Объем: Приблизительно 8467.5 куб. метров

Данные после Высыхания (2023 год):

Длина: 40 метров

Ширина: 35 метров

Площадь: 1400 кв. метров

Предполагаемая Средняя Глубина: 1,5 метра

Объем: Приблизительно 2800 куб. метров

Сравнение: Уменьшение Площади: Площадь пруда сократилась с 2925 кв. м до 1400 кв. м.

Уменьшение Объема: Объем пруда уменьшился с примерно 8467.5 куб. м до 2800 куб. м.

Изменение Геометрии: Длина и ширина пруда также заметно уменьшились (Рис. 2,3). Использование картографических данных из Google Earth [6]. Проиллюстрируем на рис. 2, 3.

Рис. 2. Состояние пруда в 2006 году: Размеры и геометрия до высыхания [6]

Рис. 3. Состояние пруда в 2023 году: Размеры после процесса высыхания [6]

Это графическое представление изменений объема воды позволяет наглядно оценить динамику и важные временные тренды, что может быть ключевым в понимании гидрологических процессов в рассматриваемой области. Высыхание пруда может быть вызвано различными факторами, и их взаимодействие может быть сложным. В данном случае, рассматривая изменения объема воды в пруду с течением времени, возможные факторы влияния могут включать:

Климатические Факторы. Исследование климатических условий в регионе пруда "Қарасу» за период с 2006 по 2023 годы показывает, что повышенная температура и недостаток осадков могли оказать существенное воздействие на уровень водоема. Эти изменения климата могут привести к увеличению испарения воды и снижению уровня в пруду.

Также кроме абиотических и биотических факторов мы рассмотрели наиболее интенсивные воздействия как антропогенные. В хозяйственной деятельности человечества мы выделили фактор водопотребление. Интенсивное использование воды в сельском хозяйстве, рост населения в поселке, также анализ данных водоснабжения в регионе позволил нам предположить, изменения в водопотреблении, которые повлияли на объем воды в пруду «Карасу».

Задачами и методами Конвенции в борьбе с опустыниванием выступили следующие меры:

– Более эффективное управление лесами обеспечивает целый ряд преимуществ — сокращение масштабов обезлесения вдвое к 2030 году позволит избежать ущерба от изменения климата в результате выброса парниковых газов, составляющего, по оценкам, 3,7 трлн. долл. США, если даже не учитывать стоимость рабочих мест и дохода, биоразнообразия, чистой воды и медицинских препаратов, обеспечиваемых лесами.

– Улучшение способов сохранения и управления водными ресурсами в целях содействия развитию и защиты от опустынивания [7].

Изучив данные материалы, мы бы хотели привести примеры восстановления прудов и водоёмов. Практики восстановления поврежденных и деградировавших экосистем включает четыре основные возможности:

– восстановить в точности то, что было раньше (восстановление);

– воссоздать систему, в чем-то похожую на ту, что была раньше (реабилитация);

– превратить местность в другую экосистему (замещение);

– оставить землю в покое и позволить экологической сукцессии делать свое дело (невмешательство) [8].

Из всех перечисленных возможностей невмешательство может оказаться самым лучшим вариантом, потому что экосистема имеет такую особенность как самоочищаться, так же в экономическом плане это может оказаться потраченным впустую. К тому же есть риск нанести более серьёзный ущерб экологии, так как мы не можем быть уверены в том что вмешательство такого рода может оказаться удачным для восстановления экосистемы. Полагаясь на эти рассуждения, с нашей стороны нужно снизить уровень антрополгического воздействия и поддержание с минимальным ущербом.

В нынешнее время есть множество инновационных методов решения таких проблем. Но инновационные технологии могут оказаться не эффективны если не снизить антропологический ущерб. То есть поддержание экологического фона природы самим человеком. Это значит что нужно начать с детей, которые вскоре будут отвечать за сохранность экосистемы. Школа является очагом воспитывания экологических ценностей в подрастающем поколении. Для более эффективного распространения, формирования в них знания и самодисциплины в окружающей среде, нужно организовывать более тесные коммуникации как с экспертами, так и связь с окружающей средой. К примеру можно организовать практические занятия и экскурсии, проекты и исследования, гостевые лекции и мастер-классы, сотрудничество с местными организациями, использование технологий такие как интерактивные приложения, цифровые игры — симуляторы, геотехнологии, виртуальные туры и онлайн-ресурсы для более интересного и доступного обучения, создание экологического клуба, конкурсы и мероприятия посвященные тем или иным проблемам, начиная с простых вещей как загрязнение отходами и их сортировка и т. д. Видов и техник обучения детей к этому массово, только нужно найти подход. То есть нужно развивать у детей цифровую грамотность для понимания и защите природы.

Восстановление высыхающего пруда может включать в себя ряд инновационных мероприятий. Ниже представлены версии таких методов:

– Внедрение водоудерживающих материалов;

– Создание подводных барьеров;

– Программы по зонированию использования земель;

– Использование гидрофильных полимеров;

– Меры по управлению стоками воды [9].

Такие инновационные методы обычно требуют применения современных технологий, новых материалов или подходов, чтобы эффективно справиться с вызовами восстановления водоёма.

В данном случае мы можем использовать несколько методов, одним из них является использование гидрофильных полимеров, внедрение водоудерживающих материалов и создание подводных барьеров. Это инновационные методы, основанные на применении современных материалов, гидрогелей, использование новых технологий для создания подводных структур и для уменьшения испарения воды и улучшения её удержания в водоеме. В нашем случае меры по управлению стоками воды, то есть использование автоматизированных систем управления стоками воды, основанных на современных технологиях и данных о климатических изменениях, которые, будут необходимы для прекращения дальнейшего высыхания пруда и деградации почвы, должны регулироваться местными или региональными управлениями по водным ресурсам.

Аэрация и оксигенация (насыщение воздухом или кислородом) применяются для восстановления нормального кислородного режима в водоеме для улучшения условий существования рыб и других гидробионтов [10].

Программы по зонированию использования земель. Использование современных геоинформационных технологий и методов пространственного анализа для разработки программ зонирования, направленных на эффективное управление землепользованием вокруг водоема.

Заключение: исследование высыхания пруда «Қарасу» за период с 2006 по 2023 год выявило серьезные изменения в его состоянии. Пруд представляет серьезную экологическую проблему, которая может иметь далеко идущие последствия для биоразнообразия и устойчивости экосистемы региона как опустынивание или деградация почвы. Основными факторами, влияющими на высыхание, являются изменения климата и техногенные воздействия человека, такие как демографический рост и изменения водоотводных систем. Инновационные подходы к проблеме включают в себя внедрение водо-сберегающих технологий, рекультивацию береговой зоны, использование экологически чистых материалов, создание резервуаров и активное вовлечение местного сообщества. Так же важным аспектом в борьбе с деградацией водоема является также внедрение цифровой грамотности среди школьников. Обучение молодого поколения использованию цифровых инструментов и технологий способствует повышению экологической осведомленности и активному участию в сохранении водных ресурсов. Школьники, обладающие цифровой грамотностью, могут играть ключевую роль в мониторинге и распространении информации о состоянии пруда и принимать участие в инновационных инициативах по его восстановлению.

Литература:

1. Источник: https://visasam.ru/emigration/vybor/srednyaya-prodolzhitelnost-zhizni-v-mire.html
2. Всемирный день борьбы с опустыниванием и засухой, 17 июня // Организация Объединённых Наций.— [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.un.org/ru/events/desertificationday/
3. Барабанщиков, Д. А. Борьба с опустыниванием земель / Д. А. Барабанщиков, А. Ф. Сердюкова. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 25 (159). — С. 95–98. — URL: https://moluch.ru/archive/159/44712/ (дата обращения: 20.09.2023).
4. Ибрагимов Ф. Б., Агибаева К. Н., Бекнияз Б. К. Стратегические меры по борьбе с опустыниванием в Республике Казахстан до 2025 года. Астана, 2015 г. — 336 с.
5. https://www.zakon.kz/sobytiia/6385745-skolko-kazakhstantsev-prozhivaet-v-selakh.html
6. G1. Google Earth. [Электронный ресурс] / Картографические данные. Режим доступа: URL. https://goo-gl.me/Zcc7m (дата обращения: 25 октября 2023 г.)
7. / Конференция Организации Объединенных Наций по устойчивому развитию «Рио+20»./ Официальный сайт ООН ./Дата обращения: 26 октября 2023
8. Митчелл П. 101 ключевая идея: Экология. — М.: ФАИР-Пресс, 2001. — С. 21–23.
9. С. В. Кривицкий, Е. В. Станис, Т. Н. Бирчак Экологическая реабилитация водоемов с использованием биоинженерных методов // Вестник РУДН. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2010. № 5. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ekologicheskaya-reabilitatsiya-vodoemov-s-ispolzovaniem-bioinzhenernyh-metodov (дата обращения: 21.11.2023).
10. Никитин О. В., Латыпова В. З., Поздняков Ш. Р. Экотехнологии восстановления водоемов: учебное пособие. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2015.– 139 с.