Наводњавање у условима климатских промена

Нужност и обим

Наводњавање се односи на радње и поступке који се користе за вештачко снабдевање потребном водом за усеве, посебно у периодима када нема довољно падавина и када земљиште има дефицит воде. Ове праксе су омогућавале људима да имају извор хране независно од смањених падавина, као што је током сушне сезоне у тропским и суптропским областима. Наводњавање изгледа као једноставан поступак; међутим, многи фактори се морају узети у обзир. Прво, доступност извора воде је кључна. Због загађења и непољопривредне употребе, понекад је тешко пронаћи добар извор воде за наводњавање [1]. Око 70% глобалних слатководних ресурса се користи за наводњавање [2]. Повлачење воде из слатководних извора се интензивира због повећања потражње за храном. Међу свим регионима, највише наводњавања одговара најнасељенијим земљама (Кина, Индија) и САД.

У том оквиру неопходно је прилагодити све пољопривредне праксе, укључујући и наводњавање, које је прилагођено климатским променама и не подстиче их.

Климатске промене изазване наводњавањем

Да би се превазишле потребе за храном, врши се или проширење обрадивих површина или интензивирање биљне производње на постојећем земљишту. Ово последње подразумева савремене технологије усева које користе наводњавање и повећавају производњу најмање два пута према најновијим извештајима [4,5]. С друге стране, са повећањем наводњавања, исцрпљивање слатководних ресурса се повећава, што негативно утиче на биодиверзитет ових екосистема.

Утицај наводњавања на климатске промене још увек није добро познат у свим климатским условима, недостају запажања у многим пољопривредним областима. Неке недавне анализе образаца испаравања су показале регионалне климатске промене [6]. У пољопривреди, наводњавање мења влажност и температуру близу површине земљишта. Утицај наводњавања се једва проучава, упркос ширењу праксе наводњавања широм света. Испаравање воде у атмосфери зависи од неколико фактора као што су сунчево зрачење, температура, влажност ваздуха и ветар, додатна количина воде у атмосфери утиче на климу кроз промену обрасца и понашања падавина , што даље утиче на доступност водни ресурси у земљи. На токове топлоте на нивоу земљишта снажно утиче наводњавање. Верује се да ове промене утичу и на производњу конвективних падавина, као што се може приметити из обрасца градоносних догађаја у неким областима, на пример, који су постали више проширени у времену и простору. Све у свему, пренос топлоте и воде у атмосфери се мења у областима са високим степеном наводњавања, што има снажан утицај на животну средину и мења климу. Одрживо наводњавање мора узети у обзир све факторе почев од сигурности хране, утицаја на хидроклиму, квалитета воде, утицаја на земљиште и искоришћене енергије.

Важно питање је везано за складиштење воде. Повећање потражње за водом доводи до веће потребе за изградњом инфраструктуре која може да складишти воду, као што су резервоари, бране. Вода углавном долази из речних токова, тако да њена употреба у пољопривреди може утицати не само на екосистеме већ и на производњу хидроенергије, може повећати ризик од поплава и подразумева додатне оперативне трошкове, тако да је управљање водама важно питање у овом питању. Истовремено, недостатак падавина услед климатских промена утиче и врши притисак на слатководне ресурсе.

Интензивирање наводњавања доводи до повећане примене пестицида и ђубрива који се испирају у циклусу воде и утичу на квалитет воде. Ово утиче на екосистем и има велике ризике по здравље људи који утичу на квалитет водних ресурса. Услед повећане евапотранспирације, соли се концентришу на површини земљишта, а затим се транспортују у водена тела или само повећавају салинитет земљишта и излажу биљке стресу због сланости. Заслањивање земљишта доводи до деградације земљишта и смањења плодности што директно утиче на принос јер је количина воде која стиже до биљака ограничена акумулацијом соли у земљишту. Планирање наводњавања мора такође узети у обзир ове аспекте, ради бољег управљања квалитетом воде и успешног исхода наводњавања усева.

Посебан случај су постројења која се користе као BECCS (биоенергија са хватањем и складиштењем угљеника). То су брзорастуће врсте које се узгајају и њихова биомаса се користи за производњу енергије и истовремено захвата много угљен-диоксида из атмосфере. Све у свему, претпоставља се да процес раста има добар потенцијал секвестрације CO₂, снабдевајући важне количине енергије. С друге стране, узгој таквих усева у условима климатских промена захтева велике количине воде, надмећући се са другим културама и изазивајући водени стрес. Очекује се да ће плантаже биомасе повећати стрес воде у земљишту више од климатских промена за до 20% до око 90% земљишних површина у будућем веку [8], посебно у високо насељеним подручјима, као и у земљама где су велике површине се обрађују таквим биљкама. Неопходно је успоставити и спроводити водне политике како би се ограничили негативни ефекти интензивног наводњавања за усеве који производе биомасу.

Утицај климатских промена на наводњавање

Због глобалног загревања, обрасци падавина су измењени, повећавајући стрес воде на веома великом подручју које је храњено кишом. Очекују се и јаки топлотни таласи због климатских промена, повећања топлотног стреса за усеве и смањења приноса. Истовремено, испаравање се смањује и нивои CO₂ у атмосфери се повећавају, тако да би у топлијој клими усевима било потребно више воде. Тако се највећа осетљивост на климатске промене може очекивати у случају кишних усева.

Истраживања су показала да само наводњавање није довољно за ублажавање климатских промена. Чак ни планиране и високо контролисане стратегије наводњавања нису биле у стању да доведу до максималног повећања приноса у неким областима [7]. Обично усеви који се наводњавају дају приносе мање од потенцијалних јер су биљке изложене другим факторима, од којих су неки директно повезани са климатским променама (нпр. топлота, суша и стрес салинитета), неки су резултат лоших пракси управљања наводњавањем које су не узимајући у обзир све факторе (нпр. доступност извора воде, економска ограничења).

Потребе биљака за водом се мењају у условима климатских промена. Прво, неки фактори модификују дужину фаза раста биљака до зрелости, тако да промена у фенологији усева утиче на потребе за водом и може утицати на принос. Због тога је потребно добро управљање наводњавањем како би се потребе усева задовољиле упркос климатским условима. У другом поглављу ћемо разговарати о најбољим праксама за управљање наводњавањем.

Одрживо наводњавање

Вода која се користи за наводњавање може имати различите изворе и различите методе се примењују у зависности од контекста. Углавном се користе слатководни подземни извори ( нпр. реке, језера); у неким случајевима, отпадне воде се третирају на начин да се могу користити за наводњавање, или се чак и морска и океанска вода могу десалинизирати у исту сврху. Техника наводњавања највише зависи од усева, али и од енергетских потреба и других фактора који углавном зависе од трошкова. Стога би и ефикасност наводњавања била другачија; пријављено је да је најефикасније наводњавање кап по кап, затим прскање и површинско наводњавање.

Највећи проблем у овој ситуацији је то што већина наводњавања није одржива, што значи да потрошња воде снажно исцрпљује резерве слатке воде. Међу резултатима неодрживих пракси можемо навести негативне ефекте на водене екосистеме и деградацију земљишта и токова, који угрожавају сигурност воде и хране. На основу ових ефеката, требало би размотрити нове мере за ограничавање негативних ефеката, чиме би наводњавање постало одрживије. Ове праксе ублажавања укључују смањење потражње за водом прилагођавањем усева и стварањем биљака отпорних на сушу, повећањем ефикасности коришћења воде и одржавањем влаге у земљишту смањењем испаравања и повећањем инфилтрације воде (нпр. технологија узгоја без обраде, уклањање корова, повећање ефикасност система за наводњавање, спровођење сакупљања кишнице за допуну слатководних ресурса за наводњавање, коришћење обновљивих извора енергије за рад система за наводњавање).

Тренутно се разматрају два приступа за имплементацију одрживог наводњавања у условима климатских промена:

• решења на бази земљишта – су у вези са физичким факторима који одређују принос и ефикасност усева. Ова решења имају за циљ:

  • повећање влажности земљишта, смањењем испаравања и смањењем изложености тла сунчевој светлости

  • побољшање задржавања воде у земљишту

  • коришћење ефикасне технике наводњавања како би се одржали благи услови стреса воде за биљке и коришћење алтернативних извора зелене енергије за рад система за наводњавање, као и усвајање техника фокусираних на сакупљање кишнице

  • коришћење технологија које побољшавају задржавање воде у земљиштима

• решења на бази усева – која имају за циљ:

  • повећање отпорности биљака на стрес од суше

  • побољшање водне продуктивности усева

  • коришћење усеве који се боље понашају под стресом воде

Проширење наводњавања могло би негативно утицати на многе нивое, утичући на сигурност хране, животну средину (хидроклиматске повратне информације, водни ресурси и квалитет, утрошена енергија, итд.), заслањивање земљишта, итд.

Још једну одрживу опцију за заштићену култивацију представљају стакленици којима управљају аутоматски системи који контролишу употребу воде и повећавају ефикасност њене примене за максималну продуктивност.

Закључци

Многе области су погођене као резултат наводњавања које је довело до промене у обрасцу падавина и температуре услед повећања испаравања воде. Више воде на нивоу земљишта повећава брзину евапотранспирације мењајући енергетски биланс на том нивоу, што резултира променом температурних градијената, а самим тим и преносом топлоте у атмосфери. Упркос смањењу утицаја високих температура, влага која настаје наводњавањем ствара топлију климу због повећане влажности ваздуха. Ово представља хидроклиматску повратну информацију наводњавања. Интензивно наводњавање такође може изазвати повећану сланост земљишта због повећане стопе испаравања, при чему заслањеност земљишта углавном негативно утиче на усеве.

За одрживе системе за наводњавање потребно је узети у обзир све горе наведене аспекте у вези са спољним факторима. Планирање система за наводњавање за различите усеве обично узима у обзир врсту усева и климатске факторе. Међутим, у оквиру климатских промена, потребно је размотрити више аспеката да би се постигле одрживе праксе наводњавања, као што су:

• Одаберите да узгајате биљке погодне за дотично подручје с обзиром на климатске услове и водне ресурсе за наводњавање

• Више пажње треба посветити хидроклиматској повратној спрези и промени образаца преноса топлоте у областима које се наводњавају

• Узмите у обзир ефекат других абиотичких фактора, као што су топлотни стрес и стрес салинитета и, ако је могуће, користите усеве који имају позитиван одговор на овај абиотички стрес; плодоред и диверзификација такође могу бити мере ублажавања

• Предвидјети инфраструктуру за складиштење воде која је прикладна за дотично подручје у којем се наводњавање користи тако да има минималан утицај на екосистем и друге активности које користе те водне ресурсе

• Боља контрола примене различитих хемикалија (нпр. пестицида, ђубрива) јер се очекује да ће се оне наћи у земљишту и води на наводњаваном подручју, а не само

• Са економске тачке гледишта, треба направити процену како би се наводњавање оценило као исплатива пракса

• Спровођење мера за ублажавање негативних ефеката климатских промена кроз наводњавање мора да узме у обзир комбинацију горе наведених фактора, а не појединачне акције.

Референце

1. Cai, X. Risk in Irrigation Water Supply and the Effects on Food Production, Journal of the American Water Resources Association (JAWRA), 2005, 41(3), 679-692, https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.2005.tb03763.x

2. Corinsh, G.A., Kielen, N.C. Wastewater irrigation – hazard or lifeline? Empirical results from Nairobi, Kenya and Kumasi, Ghana, in Wastewater use in irrigated agriculture: confronting the livelihood and environmental realities, 2004, pp.69-79, https://doi.org/10.1079/9780851998237.0069

3. Rosa, L. Adapting agriculture to climate change via sustainable irrigation: biophysical potentials and feedbacks. Environmental Research Letters, 2022, 17(6), 063008, https://orcid.org/0000-0002-1280-9945

4. Nocco, M.A.; Smail, R.A.; Kucharik, C.J. Observation of irrigation-induced climate change in the Midwest United States, Global Change Biology, 2019, 25(10), 1-13, https://doi.org/10.1111/gcb.14725

5. World Bank 2022 Water in agriculture available at: www.worldbank.org/en/topic/water-in-agriculture#1(Accessed March 2022)

6. Nocco, M.A.; Smail, R.A.; Kucharik, C.J. Observation of irrigation-induced climate change in the Midwest United States, Global Change Biology, 2019, 25(10), 3472-3484, https://doi.org/10.1111/gcb.14725

7. Kaini, S.; Harrison, M.T.; Gardner, T.; Nepal, S.; Sharma, A.K. The impact of climate change on the irrigation water demand, grain yield of wheat crop in Nepal, Water, 2022, 14, 2728, https://doi.org/10.3390/w14172728

8. Stenzel, F.; Greve, P.; Lucht, W.; Tramberend, S.; Wada, Y.; Gerten, D. Irrigation of biomass plantations may globally increase water stress more than climate change, Nature communications, 2021, 12, 1512, https://doi.org/10.1038/s41467-021-21640-3

9. Nikolaou, G.; Neocleous, D.; Christou, A.; Kitta, E.; Katsoulas, N. Implementing sustainable irrigation in water-scarce regions under the impact of climate change, Agronomy, 2020, 10(8), 1120, https://doi.org/10.3390/agronomy10081120