Треть поверхности суши Земли уже деградирована. По оценкам ООН, более 2,6 миллиарда человек страдают от деградации земель, а страны теряют до 10,6 триллионов долларов США (7,8 триллионов фунтов стерлингов) в год из-за ущерба «экосистемным услугам», включая блага, которые мы получаем от природы, такие как вода и пища.
Неблагополучное состояние почв является основной причиной деградации земель. Это может привести к потере биоразнообразия, вреду для растений и животных, песчаным и пыльным бурям и снижению урожайности сельскохозяйственных культур.
Эти последствия влияют на регулирование климата планеты и круговорот воды, социально-экономическую деятельность, продовольственную безопасность и вынужденную миграцию людей.
Новые интеллектуальные технологии, такие как искусственный интеллект, спутниковое дистанционное зондирование и анализ больших данных, дают шанс защитить наши почвы. Эти инструменты могут помочь отслеживать состояние почв в режиме реального времени. Это поддержит фермеров, землевладельцев, государственные учреждения и местные сообщества в принятии более эффективных решений по уходу за почвой.
Как профессор геогидроинформатики — области, которая объединяет науки о Земле, гидрологию и информационные технологии — я занимаюсь исследованиями в области использования искусственного интеллекта, алгоритмов и передовых инструментов моделирования для более точного анализа и прогнозирования состояния почв.
Моя команда и я разработали первую глобальную карту засоления почв (накопление соли в почве) при различных климатических сценариях с использованием методов на основе искусственного интеллекта. Засоление почв является одной из основных причин деградации почв и может происходить естественным путём или из-за деятельности человека, такой как использование солёной оросительной воды или неэффективные дренажные системы.
С ростом климатической неопределённости наши модели помогают определить регионы, наиболее уязвимые к засолению. Наш анализ на основе искусственного интеллекта предсказывает, что к 2100 году регионы засушливых земель в Южной Америке, южной и западной Австралии, Мексике, юго-западе США и Южной Африке станут ключевыми очагами засоления почв.
В другом ключевом исследовании мы использовали спутниковые данные, искусственный интеллект и инструменты анализа больших данных для изучения взаимодействия между засолённостью почв и органическим углеродом — важной частью здоровых почв, которая накапливает питательные вещества, удерживает воду и поддерживает растения.
Часть этого анализа выявила общую отрицательную корреляцию между уровнем засолённости и содержанием органического углерода в почве. По мере повышения засолённости мы обнаружили, что содержание органического углерода в почве имеет тенденцию к снижению.
Наши исследования подчёркивают преобразующий потенциал технологий искусственного интеллекта и аналитики больших данных в понимании деградации почв. Благодаря более глубокому пониманию, землёй можно будет лучше управлять с помощью более эффективной политики смягчения последствий и планирования устойчивого землепользования.
Крупномасштабное восстановление земель может преобразовать деградированные почвы. На Лёссовом плато в Китае столетия вырубки лесов и неустойчивое ведение сельского хозяйства привели к значительным экологическим проблемам. Лёссовые почвы (тип, не ограниченный только этим местоположением в Китае, образованный в основном за счёт накопления переносимой ветром пыли) легко подвергаются эрозии, поскольку состоят из мелких и рыхлых частиц.
Деградация здесь привела к более частым наводнениям, засухам и пыльным бурям, поскольку деградация почв часто связана с 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 созданию знакового проекта по восстановлению водосборного бассейна Лёссового плато с основной целью стимулирования ведения сельского хозяйства и увеличения доходов на площади в 15 600 км² в районе притока Жёлтой реки. Общая стоимость проекта составила 150 миллионов долларов США, частично профинансированных Всемирным банком, и была утверждена в 1994 году.
В другом месте, в регионе Тыграй в Эфиопии, проект EthioTrees был запущен в 2016 году для борьбы с деградацией земель путём общинного лесовосстановления, ограждений для ограничения выпаса скота и реинвестирования средств, полученных с помощью механизмов климатического финансирования.
Несмотря на такие проблемы, как засуха и ограниченные финансовые ресурсы, эти крупномасштабные проекты восстановления изменили ландшафт и жизнь людей, живущих там.
Но проекты на Лёссовом плато и в Тыграе были сложными и дорогостоящими. Требуется большая координация между людьми в огромных регионах и в разных секторах для обеспечения успешного комплексного подхода. Искусственный интеллект может взять эти успешные, но ресурсоёмкие усилия по восстановлению и помочь масштабировать их.
Я также участвую в проекте, финансируемом Европейской комиссией под названием AI4SoilHealth, целью которого является продвижение использования искусственного интеллекта для мониторинга и количественной оценки состояния почв в Европе. Этот проект показывает, как инициативы, основанные на данных, могут поддержать более устойчивую политику управления земельными ресурсами, предоставляя своевременную, действенную информацию правительствам, фермерам и другим заинтересованным сторонам, таким как землевладельцы, агропромышленные компании и местные сообщества.
Интегрируя спутниковые снимки с точными данными о свойствах почв в разных местах, искусственный интеллект может помочь разработать надёжные масштабируемые модели, которые пересекут местные границы. Знание того, куда лучше всего инвестировать деньги, ресурсы и усилия для масштабирования решений по улучшению состояния почв, поможет защитить людей, предприятия и экосистемы от экстремальных явлений в будущем.