Ухудшение здоровья почв — глобальная проблема: как может помочь ИИ

Треть поверхности суши Земли уже деградировала. По оценкам ООН, более 2.6 миллиарда человек страдают от деградации земель, а страны теряют до 10.6 триллионов долларов США в год из-за ущерба «экосистемным услугам», включая получаемые от природы блага, такие как вода и пища.

Нездоровая почва — основной фактор деградации земель. Это может привести к потере биоразнообразия, навредить растениям и животным, вызвать песчаные и пыльные бури и повлиять на урожайность.

Эти последствия затрагивают регуляцию климата и круговорота воды на планете, социально-экономическую деятельность, продовольственную безопасность и вынужденную миграцию людей.

Перспективные технологии, такие как искусственный интеллект, спутниковое дистанционное зондирование и анализ больших данных, дают шанс защитить наши почвы. Эти инструменты могут помочь отслеживать здоровье почв в реальном времени. Это поддержит фермеров, землевладельцев, государственные органы и местные сообщества в принятии более обоснованных решений по уходу за почвой.

Моя исследовательская группа разработала первую глобальную карту засоления почв (накопления соли в почве) при различных климатических сценариях с использованием методов на базе ИИ. Засоление почв — один из ведущих факторов деградации, который может происходить естественно или из-за деятельности человека, например, использования солёной поливной воды или плохих дренажных систем.

В условиях растущей климатической неопределённости наши модели помогают выявить регионы, наиболее уязвимые к засолению. Наш анализ на основе ИИ прогнозирует, что к 2100 году засушливые регионы Южной Америки, южной и западной Австралии, Мексики, юго-запада США и Южной Африки станут ключевыми очагами засоления почв.

В другом ключевом исследовании мы использовали спутниковые данные, ИИ и инструменты больших данных для изучения взаимодействия между засолением почвы и почвенным органическим углеродом — важным компонентом здоровой почвы, который хранит питательные вещества, удерживает воду и поддерживает растения.

Часть этого анализа выявила общую отрицательную корреляцию между уровнем засоления и содержанием органического углерода в почве. По мере роста засоления мы обнаружили тенденцию к снижению содержания почвенного органического углерода.

Наши два исследования подчёркивают преобразующий потенциал технологий ИИ и анализа больших данных в понимании деградации почв. Более глубокое понимание позволяет лучше управлять землёй через более эффективную политику смягчения последствий и устойчивое планирование землепользования.

Восстановление в крупных масштабах

Крупномасштабное восстановление земель может преобразовать деградированные почвы. На Лёссовом плато в Китае столетия вырубки лесов и неустойчивого земледелия привели к серьёзным экологическим проблемам. Лёссовые почвы легко подвергаются эрозии, так как состоят из мелких и рыхлых частиц.

Деградация здесь привела к более частым наводнениям, засухам и пыльным бурям, поскольку деградация почвы часто связана с её уплотнением. Это снижает способность почвы поглощать и удерживать воду.

В 1990-х годах это побудило китайское правительство инвестировать в лесовосстановление и устойчивое сельское хозяйство. Это привело к знаковому проекту реабилитации водосбора Лёссового плато с основной целью повысить продуктивность сельского хозяйства и доходы на 15 600 км² территории в бассейне притока Жёлтой реки. Общая стоимость проекта в 150 миллионов долларов США, частично финансируемая Всемирным банком, была одобрена в 1994 году.

В другом месте, в регионе Тыграй в Эфиопии, в 2016 году был запущен проект EthioTrees для борьбы с деградацией земель путём общинного лесовосстановления, ограничения выпаса скота и реинвестирования средств, полученных через механизмы климатического финансирования.

Несмотря на такие проблемы, как засуха и ограниченные финансовые ресурсы, эти крупномасштабные проекты восстановления преобразовали ландшафт и жизнь местного населения.

Но проекты на Лёссовом плато и в Тыграе были сложными и дорогими. Требовалась большая координация между людьми в огромных регионах и разных секторах для обеспечения успешного комплексного подхода. ИИ может взять эти успешные, но ресурсоёмкие усилия по восстановлению и помочь масштабировать их.

Я также участвую в финансируемом Европейской комиссией проекте AI4SoilHealth, цель которого — продвигать использование ИИ для мониторинга и количественной оценки здоровья почв по всей Европе. Этот проект показывает, как инициативы, основанные на данных, могут поддерживать более устойчивую политику управления земельными ресурсами, предоставляя своевременную, практическую информацию правительствам, фермерам и другим заинтересованным сторонам, таким как землевладельцы, агробизнес и местные сообщества.

Интегрируя спутниковые снимки с точными данными о свойствах почвы в разных местах, ИИ может помочь разработать надёжные, масштабируемые модели, выходящие за локальные границы. Знание того, куда лучше всего вкладывать деньги, ресурсы и усилия для масштабирования решений по оздоровлению почв, поможет защитить людей, бизнес и экосистемы от экстремальных событий в будущем.