От сохранения воды до выбора культур: как фермеры могут бороться с засухой

Из-за изменения климата многие страны всё чаще сталкиваются с риском засухи. Нехватка воды стала одним из главных ограничений производства продовольствия в XXI веке и серьёзной угрозой продовольственной безопасности. В Африканском Роге четыре сезона подряд с дефицитом осадков привели к тому, что более 16 миллионов человек в Сомали, Эфиопии и Кении столкнулись с сильным голодом. Засухи и другие климатические потрясения, подобные аномальной жаре этим летом, становятся более частыми.

Поскольку основной источник воды для сельскохозяйственных культур — дождь, они крайне уязвимы к засухе. Даже там, где у фермеров есть подземные источники воды, многие из них иссякают. В Марокко водный кризис и конкуренция с другими секторами могут вскоре сделать земледелие в таких регионах, как Агадир, трудным или даже невозможным.

Однако в ближайшие 20–30 лет нам необходимо увеличить производство сельхозпродукции на целых 70%, особенно в Африке. Сельское хозяйство — главный потребитель водных ресурсов (70–80%), и поэтому ему необходимо радикально повысить эффективность их использования в условиях сокращения ресурсов и растущего спроса на питьевую воду и другие нужды.

Выбор культур и агротехника

Как можно устойчиво наращивать производство в условиях более частых, интенсивных и продолжительных засух? С научной точки зрения, это во многом сводится к выбору культур. Способность сорта пшеницы или гороха давать больше зерна при меньшем количестве воды — это комбинация трёх явлений:

• Способность растений поглощать воду из почвы на уровне корней: так они создают биомассу посредством фотосинтеза, не теряя слишком много воды через испарение. У растений есть листовые поверхности с микроскопическими отверстиями — устьицами, которые открываются или закрываются для обмена CO₂ и водяного пара. Исследования показали, что, изменяя светочувствительные механизмы открытия устьиц, растение может экономить 25% воды при той же произведённой биомассе.
• Увеличение количества зерна, производимого каждой культурой, в том числе за счёт максимально эффективного использования воды. Инновационная лизиметрическая система, взвешивающая отдельные растения и сканирующая поверхность листьев в реальном времени, показала, что эффективность транспирации у таких растений, как сорго, может сильно различаться у отдельных особей, но без разницы в урожайности. Это может быть перспективным признаком устойчивости к засухе.
• Исследование оптимальных комбинаций растений — разнообразие культур. В засушливых условиях жемчужное просо в ассоциации с вигной (важным бобовым в Западной Африке) может давать такой же урожай проса, как и просо в монокультуре. Это означает, что дополнительный богатый белками урожай вигны можно получить при том же количестве воды. Совместное выращивание злаков и бобовых на одном поле оптимизирует водные ресурсы в почве, ограничивая испарение с поверхности почвы благодаря растительному покрову. Это также способствует продовольственной безопасности, добавляя белок в рацион фермерских семей.

Другая стратегия борьбы с засухой — улучшение хранения «зелёной воды», удерживаемой в пористой структуре почвы. Этого можно достичь с помощью почвозащитных практик, ландшафтных структур, таких как террасирование или контурное земледелие, и других стратегий орошения. Например, дефицитное орошение — практика менее частого, но целенаправленного полива — может заставить растение углублять свою корневую систему и стать менее зависимым от полива.

Компьютерное моделирование и социально-экономические инструменты для принятия решений

С годами сельскохозяйственная наука разработала множество технологических решений против засухи. Однако, учитывая растущие риски, нам нужно лучше выбирать, что работает для каждого конкретного фермера. Выбор зависит от специфических условий каждой фермы, где агрономические и климатические условия сильно различаются в пространстве и времени. Неопределённость агроклиматических условий означает, что традиционных исследований культур недостаточно для поиска и масштабирования решений по адаптации к климату.

Прорывы последних лет позволили исследователям использовать недорогие датчики для измерения в реальном времени влажности почвы, гидрологического статуса растения и других параметров. С помощью дронов и других инструментов растения можно сканировать прямо в поле, собирая десятки параметров, таких как температура листьев (индикатор водного стресса) и индекс листовой поверхности. Это позволяет моделировать реакцию растений на засуху на уровне листа или корня. Эта революция в данных привела к отбору «вечнозелёного» сорго, способного выдерживать даже интенсивные засухи.

Но как разобраться во всей этой сложности? Моделирование роста растений в сочетании со статистическими моделями позволяет исследователям проводить «виртуальные» агрономические испытания для оценки комбинаций культур и агроприёмов в различных почвенных, водных и климатических условиях. Этот подход позволил классифицировать более 150 сортов пшеницы по их устойчивости к засухе в 13 различных условиях.

С точки зрения фермера, его уязвимость к засухе будет зависеть от выбора возделываемых культур и сортов, времени посева (которое становится всё труднее определить из-за растущей неопределённости прогнозов осадков) и от того, как управляют почвами для сохранения драгоценной воды.

Экономическое и политическое измерение имеет решающее значение, поскольку фермерам необходимо поддерживать хрупкий баланс между рисками, неопределённостью и потенциальными выгодами. Совместная разработка продуктов страхования от засухи по индексу, адаптированных для мелких фермерских хозяйств в развивающихся странах, могла бы преобразовать сельское хозяйство в этих странах, позволив фермерам лучше планировать риски и свою систему земледелия.

Некоторые африканские страны, такие как Сенегал, должны будут инвестировать в производство большего количества продовольствия на каплю воды. Это может произойти через радикальную трансформацию сельского хозяйства: от переориентации инвестиций в рис на новые водо-сберегающие рисовые системы, внедрения пшеницы в Сенегале или Мавритании для снижения растущих расходов на импорт продовольствия до развития традиционных устойчивых к засухе цепочек создания стоимости, таких как фонио (местное просо в Западной Африке). Все эти национальные выборы повлияют на уязвимость фермеров к будущим засухам.

Сочетание компьютерного моделирования (in silico) и социально-экономических инструментов может значительно облегчить принятие решений в отношении наиболее эффективных решений по адаптации к засухе — в масштабе растения (селекция сортов), фермы или территории (в сторону более интегрированного управления водными ресурсами).

С 28 ноября по 2 декабря 2022 года в Дакаре (Сенегал) пройдёт седьмая конференция Inter Drought. Впервые она проводится на континенте, который сталкивается с наиболее разрушительными последствиями изменения климата, и станет ключевым моментом для формирования устойчивого и водо-сберегающего сельского хозяйства, в котором так остро нуждается наше общество.