Концепция хранения воды на сельскохозяйственных землях

Изучение концепции в Южной Флориде

Земли в сельскохозяйственном районе Эверглейдс могут быть использованы для увеличения запасов воды, чтобы избавить прибрежные эстуарии от избыточного стока в сезон дождей. Цели этого исследования заключались в следующем: (1) количественная оценка экологических и экономических компромиссов различных сценариев хранения воды с использованием водостойких сортов сахарного тростника; и (2) количественная оценка объема хранения воды, возможного при различных сценариях хранения воды. 

Была разработана математическая модель для расчета глубины почвы, просадки почвы, глубины до уровня грунтовых вод и хранения воды для трех различных сортов сахарного тростника с различными допусками по воде. 

Результаты показали повышение уровня грунтовых вод на приусадебном участке, способы имеют экологические преимущества снижения оседаний, продлевают жизнь фермы и увеличивают количество лет хранения воды. Кроме того, повышение уровня грунтовых вод для увеличения запасов воды в целом является более дорогостоящим, но ежегодные затраты очень низки. Поэтому хранение воды на сельскохозяйственных угодьях является доступным промежуточным методом хранения воды.

Ландшафт Южной Флориды резко изменился за последнее столетие. Развитие городов, сельскохозяйственных районов, каналов, дамб, дорог и другой инфраструктуры изменило историческую гидрологию Эверглейдс. Гидрологические изменения для предотвращения наводнений в городских и сельскохозяйственных районах привели к критической деградации экосистемы Эверглейдс, которая является уникальной средой глобального значения. Сейчас проводится комплексный план восстановления Эверглейдс, восстановление болот и окружающих их экосистем Южной Флориды (комплексный план восстановления Эверглейдс, 2012, Милонов и соавт., 1999). 

Ничего не делать для восстановления исторических гидрологических потоков - это будет иметь далеко идущие издержки, которые перевешивают любую предполагаемую экономию (Clark and Dalrymple, 2003, Haman and Svendson, 2006, NRC-CERGEE, 2005).

Кроме того, цели хранения воды могут быть достигнуты более экономично путем переосмысления того, как работают наши сельскохозяйственные системы. 

Например, путем включения идей экосистемных услуг и многофункционального сельского хозяйства - где утилитарные и не утилитарные ценности измеряются для стимулирования сохранения окружающей среды в государственной политике - система, ориентированная на производство, может трансформироваться в систему, которая служит другим функциям и потребностям, повышая как устойчивость, так и прибыльность.

Пахотные земли в сельскохозяйственном районе Эверглейдс могут повышать уровень грунтовых вод в течение вегетационного периода, чтобы обеспечить экосистемную услугу увеличения запасов воды для содействия достижению целей восстановления. Земли являются основными кандидатами для увеличения запасов воды из-за их расположения к югу от озера Окичоби и к северу от Эверглейдс.

Тот факт, что сахарный тростник, основной урожай местности, требует большого количества воды, повышает уровень грунтовых вод на активной полосе, что позволит снизить цены на окисление почвы, тем самым продлевая срок экономической жизни почв и сельского хозяйства.

Это исследование расширяет предыдущие исследования Aillery et al. (2001) путем использования новых водостойких сортов сахарного тростника для оценки затрат на увеличение запасов воды путем повышения уровня грунтовых вод на сельскохозяйственных угодьях. 

Целью данного исследования является количественная оценка экономических и экологических компромиссов различных сценариев хранения воды на сельскохозяйственных угодьях с использованием водостойких сортов сахарного тростника, а также количественная оценка объема возможного хранения воды с различными глубинами водного покрова. Это позволит ответить на следующие исследовательские вопросы: 

(1) каковы измеримые экологические выгоды, или экосистемные услуги, повышения уровня грунтовых вод на сельскохозяйственных землях?

(2) какова экономическая ценность экосистемных услуг, предоставляемых за счет повышения уровня грунтовых вод на сельскохозяйственных угодьях?

(3) является ли повышение уровня грунтовых вод на сельскохозяйственных землях более экономичным вариантом, чем строительство водохранилищ на сельскохозяйственных землях?

Подходы к экосистемным услугам

Подход, основанный на экосистемных услугах, направлен на измерение утилитарных и не утилитарных ценностей с помощью экономических средств и, таким образом, служит дополнительным стимулом для рассмотрения экологических вопросов в государственной политике.

Основная идея заключается в том, что экосистемы функционируют для предоставления услуг, необходимых для благополучия и выживания людей. Несмотря на то, что люди все больше отделяются от нашей природной среды с помощью технологий и культуры, мы по-прежнему являемся компонентами наших экосистем и, следовательно, мы зависим от нашей окружающей среды для предоставления экосистемных услуг. 

Управление водными ресурсами в сельском хозяйстве открывает много возможностей в этой области, поскольку оно тесно связано с многочисленными экосистемами и их различными услугами. По-прежнему отсутствует информация о последствиях прошлых усилий по управлению водными ресурсами в сельском хозяйстве, а также об общественных перспективах в отношении водных ресурсов и их распределения, которые могут различаться в зависимости от доходов, географии и наличия водных ресурсов.

Проект "Флорида-Ранчлендс за экологические услуги" (FRESP), финансируемый округом управления водными ресурсами Южной Флориды (SFWMD), стал первым крупным проектом в регионе по созданию программы оплаты экосистемных услуг (PES), служащей моделью для создания будущих программ для сельскохозяйственных культур в регионе. Все участвующие в программе скотоводы выразили сильную заинтересованность в продолжении расширенной программы PES в конце пилотной программы, которая предложит десятилетние контракты на общую сумму около $ 43 млн. 

Кроме того, в 2013 году компания SFWMD осуществила проект по хранению воды в устье реки Сент-Люси. Это трехлетний пилотный проект с компанией Caulkins Citrus Company, которая согласилась ежегодно захватывать около 6780 АК-ФТ воды на 450 акрах посадок цитрусовых.

Еще одно водохранилище, П-43, расположенное в округе Хендри от реки Калусахатчи, поможет удовлетворить региональные цели хранения воды. Это водохранилище будет служить для удержания избыточных потоков из озера Окичоби в сезон дождей, уменьшая сбросы в устье Калусахатчи, и обеспечит необходимые потоки воды в сухой сезон. Это поможет восстановить поврежденную экосистему лимана Калусахатчи. Усовершенствованная система доставки воды стабилизирует уровень солености в устье Калусахатчи, тем самым улучшая популяцию устриц и рыб.

3. Изучаемая территория

Экосистема Флориды Эверглейдс охватывает около 28000 км², начиная с водораздела Киссимми в центральной Флориде, в том числе озера Окичоби и Эверглейдс, с потоками воды, достигающих Флорида-Бей и Флорида-Кис. Определяющими чертами этой системы являются ее поверхностная и подповерхностная связность и пологие потоки воды по обширной, низкорельефной пространственной области.

Несмотря на кажущееся однообразие, казалось бы, бесконечной равнины, здесь обитают разнообразные растения и животные, особенно птицы, крокодилы.

Богатые почвы Эверглейдс сделали местность естественным выбором для сельскохозяйственной промышленности. В отличие от песчаных и минеральных почв, которые составляют большинство во Флориде, в этом районе преобладают богатые органические почвы (гистосоли) над коренной породой известняка. Эти почвы формировались на протяжении тысяч лет из разлагающегося органического вещества, состоящего преимущественно из лесопильной растительности. Аноксические условия водно-болотных угодий не позволяли аэробным микроорганизмам разлагать органическое вещество почвы, что приводило к ее чистому накоплению. В настоящее время из-за дренажа территории и просадки грунта скорость потери грунта превышает скорость аккреции почвы, что приводит к просадке грунта.

4. Выводы

Более водостойкие сорта сахарного тростника более продуктивны и способны к гораздо более высоким урожаям во всех сценариях водного покрова, смоделированных в исследовании. Однако результаты также показали, что, хотя водостойкие сорта сахарного тростника действительно имеют более высокие урожаи и более высокую чистую отдачу, затраты на повышение уровня грунтовых вод на сельскохозяйственных полях с водостойкими сортами фактически превышают затраты на хранение воды с неводоустойчивыми сортами.

Результаты этого анализа показали, что ежегодные затраты на хранение воды на сельскохозяйственных угодьях конкурентоспособны с затратами на водохранилища.

Увеличение запасов воды на сельскохозяйственных угодьях было бы относительно краткосрочным решением по сравнению со строительством мест хранения воды. С другой стороны, хранение воды на сельскохозяйственных угодьях могло бы быть более благоприятным вариантом, если средства для хранения водохранилищ и покупки земли не будут легко доступны.

Наконец, исследование ограничено различными допущениями. Они основывались на соответствующих исследованиях и предложениях экспертов в этой области. Будущие направления исследований могут включать в себя влияние увеличения запасов воды на качество воды и биогенные нагрузки, разработку соответствующих моделей оценки экосистем и инженерные аспекты ирригационных систем.