Translated by Marina Agarkova

Задумывались ли вы когда-нибудь, хватит ли еды в магазине на всех в вашем районе? Если вы часто посещаете продуктовый магазин или рынок, то скорее всего нет. Каждое воскресенье я иду в продуктовый магазин со списком продуктов, которые мне понадобятся на неделю, не учитывая непредвиденные обстоятельства, если их не хватит. Если чего-то нет в наличии, я просто иду в следующий по дороге продуктовый магазин. Мы считаем само собой разумеющимся, что определенные продукты всегда будут доступны для покупки. В то же время многие люди не имеют такую роскошь как надежный источник пищи. В 2020 году 34,8% населения Латинской Америки, 55,5% населения Африки, 23,6% населения Азии, 12,9% населения Океании и 8% населения Северной Америки и Европы испытывали умеренное или высокое отсутствие продовольственной безопасности (FAO, 2020 год). В Латинской Америке, Африке и Азии эти цифры выросли по сравнению с предыдущими годами – в 2015 году только 27,9%, 48,8% и 19% населения испытывали отсутствие продовольственной безопасности, соответственно (FAO, 2020). По мере того, как население планеты продолжает расти, а изменение климата продолжает бросать вызов продовольственным и водным системам, все больше людей, вероятнее всего, не смогут воспринимать продовольственную безопасность как что-то обычное. Однако теперь у нас есть новая космическая технология, которая борется с отсутствием продовольственной безопасности. 

В эпоху антропогенного изменения климата обеспечение продуктивности сельского хозяйства и устойчивого производства продовольствия стало задачей для сельскохозяйственных систем. Следовательно, защита продовольственной безопасности является развивающейся задачей. Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО) заявляет, что:

«Продовольственная безопасность существует, когда все люди в любое время имеют физический и экономический доступ к достаточной, безопасной и питательной пище, отвечающей их диетическим потребностям и предпочтениям в еде для активной и здоровой жизни» - ФАО на Всемирном саммите по продовольствию (1996 г.).

До 2015 года мир добивался прогресса в повышении продовольственной безопасности и достижении второй Цели в области устойчивого развития (ЦУР), которая направлена на искоренение голода во всем мире. Однако, если недавняя тенденция к росту уровня отсутствия продовольственной безопасности сохранится, то к 2030 году 840 миллионов человек будут испытывать хронический голод (WFP, 2020) (рисунок 1). Помимо прочего, изменение климата является одним из основных факторов отсутствия продовольственной безопасности из-за его влияния на урожайность сельскохозяйственных культур. Например, в период с 1964 по 2007 год засухи и экстремальная жара привели к снижению мирового урожая зерновых культур на 10% (Lesk, 2016). В своем докладе о состоянии продовольственной безопасности в мире за 2020 год ФАО и ее партнеры определили изменчивость климата и экстремальные явления в качестве одного из основных факторов отсутствия продовольственной безопасности (рисунок 2).

Стрессовая среда, в том числе очень высокие температуры или засушливые условия, влияет на развитие растений. Более высокие температуры и/или нехватка доступной воды вынуждают растения замедлять или останавливать процессы роста, чтобы сохранить воду для выживания, что снижает продуктивность растений. Снижение продуктивности растений приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур (Farooq, 2009). Эвапотранспирация (ЭТ) может быть полезным индикатором стрессовых состояний. Поскольку ЭT связывает два понятия как вода и растения, она может предоставить информацию о водном стрессе и о том, как наземная биосфера реагирует на изменение климата (Fischer, 2017). Таким образом, мониторинг изменений ЭT предоставляет ценную информацию для более эффективного управления сельскохозяйственными культурами и водными ресурсами.

Мониторинг урожая из космоса

Недавно запущенный спутник представляет собой новую перспективную технологию для мониторинга состояния посевов и защиты продовольственной безопасности из космоса. Миссия ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station (ECOSTRESS) направлена на то, чтобы понять, можно ли снизить уязвимость сельского хозяйства за счет расширенного мониторинга потребления воды в сельском хозяйстве и улучшенной оценки засухи. С помощью теплового радиометра, размещенного на Международной космической станции (МКС), ECOSTRESS измеряет тепловую энергию (также известную как тепло), поступающую с Земли, которая затем используется для расчета карт ЭT, водного стресса и эффективности использования воды. С учетом повторного отслеживания каждые 3-5 дней, мы теперь можем наблюдать, как обстоят дела с урожаем чаще, чем еженедельно.

ECOSTRESS предоставляет уникальный набор данных благодаря своей орбитальной траектории и технологии. Он обеспечивает глобальное покрытие в масштабе фермерского поля (разрешение ~70 м), а поскольку он находится на МКС, он предоставляет данные в разное время суток на каждом подлете. Многие другие спутники находятся на солнечно-синхронной орбите, что означает, что они всегда проходят над одним и тем же географическим местом на Земле примерно в одно и то же время суток. С помощью ECOSTRESS мы теперь можем видеть, как растения реагируют на различные условия в разное время суток и года.

Люди могут помочь сельскохозяйственным культурам адаптироваться к изменениям условий окружающей среды, если у них есть правильная информация. Учитывая временную частоту и пространственный масштаб ЭКОСТРЕССА, он достаточно своевременен и в правильном масштабе (т. е. дает информацию в достаточно малом масштабе), чтобы фермеры могли использовать данные для принятия обоснованных решений по орошению. На рисунке 3 показан уровень детализации изображения ECOSTRESS. Когда растения «транспирируют» (Т-часть ЭT), это охлаждает их. Несмотря на то, что это также функция наличия воды, более высокая температура растений обычно означает, что растения испытывают больший стресс. Таким образом, измеряя тепло, ECOSTRESS предоставляет набор данных для лучшего понимания того, сколько воды требуется растениям и в какое время. Многие другие спутники на орбите предоставляют информацию о стрессе растений только тогда, когда растения становятся заметно коричневыми. К этому моменту уже слишком поздно что-либо предпринимать. С помощью ECOSTRESS фермеры теперь могут наблюдать медленное наступление засухи или водного стресса, испытываемого культурами, и либо готовиться к снижению урожайности, либо активно смягчать потери, увеличивая количество орошения. ECOSTRESS – это инструмент, который может помочь сохранить продуктивность и урожайность сельскохозяйственных культур без излишней траты воды.

Несмотря на то, что ECOSTRESS был запущен только в июне 2018 года, фермеры уже начали внедрять его в процесс принятия решений о точном орошении. Используя данные ECOSTRESS в приложениях, разработанных для того, чтобы помочь фермерам орошать свои поля только необходимым количеством воды, некоторые компании стремятся максимизировать использование воды и урожайность сельскохозяйственных культур (NASA JPL, n.d.).

Группа, спонсируемая Европейским космическим агентством, — Food Security TEP — также использует ECOSTRESS для защиты продовольственной безопасности. Они стремятся помочь мелким фермерам и международным организациям стать более устойчивыми к нестабильным климатическим условиям и, в конечном итоге, поддержать эффективное и устойчивое сельское хозяйство.

Несмотря на то, что изменение климата будет продолжать бросать вызов глобальной сельскохозяйственной системе на протяжении всего XXI века, космические технологии, такие как ECOSTRESS, облегчают людям защиту продовольственной безопасности и продолжают движение к достижению второй ЦУР. Несмотря на то, что ECOSTRESS находится за тысячи километров от нас, он соединяет фермеров с их полями новыми и уникальными способами, помогая гарантировать, что наши любимые продукты всегда есть в продуктовом магазине, а люди по всему миру имеют достаточно еды.

Примечание: Эта работа была выполнена автором в качестве частного лица, а не в качестве сотрудника Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института.