Věda o změně půdy - Land change science
Věda o změně půdy odkazuje na interdisciplinární studium změn klimatu , využívání půdy a pokrytí půdy . Věda o změnách půdy se konkrétně snaží vyhodnotit vzorce, procesy a důsledky změn ve využívání půdy a pokrytí v průběhu času. Účelem vědy o změně půdy je přispět k existujícím znalostem o změně klimatu a k rozvoji udržitelného řízení zdrojů a politiky využívání půdy. Tato oblast má informovaný počet souvisejících oborů, jako je dálkový průzkum Země , krajinná ekologie a politická ekologie , a využívá širokou škálu metod k hodnocení vzorů a procesů, které jsou základem změny krajinného pokryvu. Věda o změně půdy se zabývá využíváním půdy jako spojeným systémem člověk-životní prostředí, aby pochopila dopady vzájemně propojených environmentálních a sociálních problémů, včetně odlesňování a urbanizace .
Dějiny
Původ
Lidské změny povrchu země byly po staletí dokumentovány jako změny, které mají významný dopad jak na pozemské systémy, tak na lidský blahobyt. Přetváření krajiny, aby sloužil lidským potřebám, jako je odlesňování pro zemědělské půdy , může mít dlouhodobý vliv na Zemi systémů a zhoršují příčin klimatických změn. Přestože spalování fosilních paliv je hlavní hnací silou současné změny klimatu, před průmyslovou revolucí byly odlesňování a zavlažování největšími zdroji emisí skleníkových plynů způsobených člověkem . I dnes lze 35% antropogenních příspěvků oxidu uhličitého připsat na vrub využívání půdy nebo změnám krajinného pokryvu. V současné době je téměř 50% ne ledového povrchu Země přeměněno lidskou činností, přičemž přibližně 40% této půdy je využíváno k zemědělství a překonává přírodní systémy jako hlavní zdroj emisí dusíku.
Věda o změnách půdy je nedávno vyvinutá oblast, která se objevila ve spojení s pokrokem výzkumu v oblasti změny klimatu a globálních změn v životním prostředí a je důležitá pro vývoj vědy a adaptace na změnu klimatu. Je jak problémově orientovaný, tak interdisciplinární. V polovině 20. století se objevovaly vztahy mezi člověkem a prostředím ve studovaných oblastech, jako je antropologie a geografie . Někteří vědci tvrdí, že disciplína vědy o změnách půdy je volně odvozena z německých konceptů krajiny jako celkového množství věcí na daném území. Ve druhé polovině 20. století vědci studující kulturní ekologii a ekologii pro hodnocení rizik pracovali na vývoji vědy o změně půdy jako prostředku k řešení půdy jako systému člověka a prostředí, který lze chápat jako základ globální vědy o životním prostředí.
Účelem vědy o změně půdy dosud bylo:
- Sledujte a sledujte změny pozemků probíhající po celém světě
- Pochopte změnu půdy jako systém člověk-životní prostředí
- Modelová změna půdy
- Posoudit výsledky systému, jako je zranitelnost, udržitelnost a odolnost
Vlivy
Věda o změnách půdy je interdisciplinární obor, a proto je ovlivněna řadou souvisejících oblastí studia, včetně dálkového průzkumu Země , politické ekologie , ekonomiky zdrojů , ekologie krajiny a biogeografie . Je zamýšleno jako doplněk ke studiu změny klimatu a prostřednictvím zkoumání půdního pokryvu a změn ve využívání půdy ve spojení se změnami klimatu ve stejném časovém období mohou vědci lépe pochopit, jak postupy lidské využívání půdy přispívají ke změně klimatu. Vzhledem k úzkému spojení se studiem o změně klimatu je věda o změně půdy ve své podstatě výzkumem udržitelnosti a vědecké poznatky, které produkuje, se používají k ovlivnění rozvoje udržitelného zemědělství a postupů a politik udržitelného využívání půdy.
Rozměry
Věda o změně půdy funguje hlavně v rámci mezinárodních rámců vědeckého výzkumu, ze kterých byly vyvinuty její základní otázky. Ačkoli pole má vazby na společenských a kulturních studií ve svém chápání půdy a změny ve využívání půdy jako systém člověk-prostředí, změny ve využívání půdy věda se také zaměřuje na ekosystémech a systémů Země struktury ", funkce a účinky na změny ve využívání půdy, nezávisle na lidské činnosti . Věda o změně půdy zahrnuje širokou škálu dimenzí, od kvantifikace ekologických účinků změny krajinné pokrývky až po pochopení socio-environmentálních faktorů pro rozhodnutí o využití půdy na institucionální úrovni. Výsledkem je, že věda o změnách půdy závisí do značné míry na syntéze široké škály dat a rozmanité škály metod sběru dat, z nichž některé jsou podrobně popsány níže.
Monitorování a hodnocení krajinného pokryvu
Primární funkcí vědy o změně půdy je dokumentovat a modelovat dlouhodobé vzorce změny krajiny, které mohou být výsledkem lidské činnosti i přírodních procesů. V průběhu monitorování a hodnocení změn krajinného pokryvu a využití půdy se vědci zabývají několika faktory, včetně toho, kde se mění krajinná pokrývka a využití půdy, rozsah a časový rozsah změn a jak se změny v čase mění. Za tímto účelem vědci používají řadu nástrojů, včetně satelitních snímků a dalších zdrojů dálkově snímaných dat (např. Leteckých snímků), terénních pozorování, historických účtů a modelování rekonstrukce. Tyto nástroje, zejména satelitní snímky, umožňují vědcům zabývajícím se změnami půdy přesně monitorovat rychlost změn půdy a vytvářet konzistentní dlouhodobý záznam pro kvantifikaci variability změn v čase. Prostřednictvím pozorování vzorů změn krajinného pokryvu mohou vědci určit důsledky těchto změn, předvídat dopad budoucích změn a použít tyto informace k informování o strategickém obhospodařování půdy .
Aralské moře
Rychlý pokles Aralského moře je příkladem toho, jak místní využití půdy a změny půdy mohou mít kombinované dopady na regionální klimatické systémy, zvláště když lidské činnosti silně narušují přirozené klimatické cykly, jak lze vědu o změně půdy využít k mapování a studiu takových Změny. V roce 1960 bylo Aralské jezero ve střední Asii čtvrtým největším jezerem na světě. Projekt odvádění vody, který uskutečnil Sovětský svaz za účelem zavlažování vyprahlých plání v dnešním Kazachstánu , Uzbekistánu a Turkmenistánu , však vedl ke ztrátě Aralského moře na 85% rozlohy a 90% jejího objemu. Ztráta Aralského moře měla významný dopad na interakce člověka a prostředí v regionu, včetně decimování mořského rybářského průmyslu a zasolení zemědělské půdy větrem šířeným sušenými mořskými solnými lůžky. Vědci navíc byli schopni použít technologii, jako je spektrometr NASA pro zobrazování se středním rozlišením (MODIS), ke sledování změn Aralského moře a okolního podnebí v průběhu času. Toto použití modelování a satelitních snímků ke sledování změn krajinného pokryvu způsobených člověkem je charakteristické pro rozsah vědy o pozemkových změnách.
Riziko a zranitelnost
Modelování rizika a zranitelnosti je také jednou z praktických aplikací vědy o změně půdy. Přesné předpovědi toho, jak bude lidská činnost ovlivňovat změny krajinného pokryvu v průběhu času, jakož i dopad těchto změn na udržitelnost ekologických a lidských systémů, mohou být podkladem pro vytvoření politiky určené k řešení těchto změn.
Studium rizika a zranitelnosti v kontextu vědy o změnách půdy vyžaduje vývoj kvantitativních , kvalitativních a geoprostorových modelů, metod a podpůrných nástrojů. Účelem těchto nástrojů je komunikovat zranitelnost lidských společenství i přírodních ekosystémů vůči nebezpečným událostem nebo dlouhodobým změnám půdy. Modelování rizika a zranitelnosti vyžaduje analýzy citlivosti komunity na nebezpečí, pochopení geografického rozložení lidí a infrastruktury a přesný výpočet pravděpodobnosti výskytu konkrétních poruch .
Modelování změn půdy
Klíčovou metodou pro studium rizika a zranitelnosti v kontextu vědy o změnách půdy je modelování změn půdy (LCM), které lze použít k simulaci změn a využití půdy a pokrytí půdy. LCM lze použít k předpovědi toho, jak se za střídavých okolností mohou měnit využívání půdy a půdní pokryv, což je užitečné pro hodnocení rizik, protože umožňuje předvídat potenciální dopady a lze je použít k informování o politických rozhodnutích, i když s určitou nejistotou.
Dopad na člověka a věda o změně půdy
Ačkoli věda o změnách půdy zahrnuje kvantifikaci polohy, rozsahu a variability pokrytí změnami půdy a analýzu vznikajících vzorů, zůstává zásadně interdisciplinární, včetně sociálních a ekonomických složek. Lidská činnost je nejen nejvýznamnější příčinou změny krajinného pokryvu, ale i lidé jsou přímo ovlivněni environmentálními důsledky těchto změn. Kolektivní využívání půdy a změny krajinného pokryvu zásadně změnily fungování klíčových systémů Země . Například lidské změny ve využívání půdy a pokrytí půdy mají na místní a regionální úrovni zásadní dopadové klima, což zase přispívá ke globálnímu oteplování. Obecněji řečeno, maximalizace přírodních zdrojů a ekosystémových služeb pro krátkodobé výhody často brání dlouhodobé odolnosti ekosystémů a následně jejich schopnosti podporovat lidské potřeby.
Vzhledem k důležité úloze, kterou lidé hrají při změně krajinného pokryvu, ak porozumění vzorům změn půdy a jejich vlivu na klima, musí vědci v oblasti změny půdy identifikovat sociální a ekonomické hnací síly historických změn půdy. Níže uvádíme několik příkladů využití půdy a změn krajinného pokryvu, které hrají klíčovou roli ve společenských a ekonomických dimenzích vědy o změnách půdy.
Tropické odlesňování
Odlesňování je v kontextu vědy o změnách půdy systematické a trvalé přeměny dříve zalesněné půdy pro jiné účely. Historicky byl primárním zprostředkovatelem využívání půdy a změn krajinného pokryvu, je zvláštním zaměřením vědy o změnách půdy. Lesy jsou důležitou součástí globálního ekosystému a jsou nezbytné pro zachycování uhlíku , ekologické procesy a biologickou rozmanitost . Od vynálezu zemědělství se však globální lesní porost snížil o 35%. Dále zejména tropické lesy podporují nejméně dvě třetiny světové biologické rozmanitosti a předpokládá se, že trvalé změny v krajinném pokryvu v těchto regionech přispívají k masovému vyhynutí . Vzhledem k závažným ekologickým důsledkům plynoucím z přeměny lesní půdy způsobené člověkem a pokračujícímu klesajícímu trendu lesního porostu, aby bylo možné efektivně modelovat a hodnotit vzorce změn ve využívání půdy, musí vědci také studovat sociální a ekonomické hnací síly samotného odlesňování.
Využívání půdy a změna krajinného krytu vyplývající z odlesňování je primárně důsledkem rozsáhlých sociálně-ekonomických procesů. Důležité je, že zřídka existuje jedna přímá nebo základní příčina odlesňování. Odlesňování je spíše výsledkem prolínání systémových sil pracujících současně nebo postupně na změně krajinného pokryvu. Například hmotnost odlesňování je často vnímána jako produktu z průmyslového zemědělství, ale značná část prales odlesňování je výsledkem zemědělství migrujícího drobného. Jakmile bude lesní porost odstraněna, lesní zdroje se vyčerpají a rostoucí populace povede k nedostatku, což přiměje lidi, aby se znovu přestěhovali do dříve nerušeného lesa a znovu zahájili proces odlesňování. Tento proces se označuje jako migrace z venkova na venkov. Za touto pokračující migrací stojí několik důvodů: nedostatek dostupné zemědělské půdy z důvodu chudoby a vysoké náklady mohou vést ke zvýšení intenzity zemědělství na stávající zemědělské půdě. To vede k nadměrnému využívání zemědělské půdy a následkem toho je dezertifikace , další změna pokryvu půdy, která činí půdu nepoužitelnou a nerentabilní a vyžaduje, aby zemědělci vyhledávali nedotčené a neobydlené pralesy.
Kromě migrace venkova a obživy pro zemědělství může při odlesňování hrát podstatnou roli také hospodářský rozvoj. Například silniční a železniční expanze určené ke zvýšení kvality života vedly k významnému odlesňování v Amazonii a Střední Americe . Základní hybné síly hospodářského rozvoje jsou navíc často spojeny s globální ekonomickou angažovaností, nikoli s chudobou, od zvýšeného vývozu po zahraniční dluh . K odlesňování dochází z mnoha vzájemně propojených důvodů, a proto je důležité, aby jej vědci zabývající se změnami půdy sledovali, aby identifikovali vzorce, které mohou osvětlit, proč a kdy k tomu dojde. Fenomény, jako je ekonomická nejistota a migrace z venkova, nemusí být nutně kvantitativní, ale přesto poskytují cenné informace vědeckým modelům o změně půdy, které se pokoušejí předpovídat budoucí změnu krajinného pokryvu a její důsledky.
Urbanizace
Urbanizace obecně znamená rostoucí počet lidí, kteří žijí v městských oblastech. V kontextu vědy o změnách půdy se urbanizace týká růstu městského obyvatelstva i fyzického růstu městských oblastí. Podle OSN se globální městská populace od roku 1950 rychle zvýšila, ze 751 milionů na 4,2 miliardy v roce 2018, a současné trendy předpovídají, že tento počet bude nadále růst. K tomuto přesunu obyvatelstva přispívají významné změny v ekonomickém toku, kultuře a životním stylu a prostorové rozdělení populace. Ačkoli urbanizované oblasti pokrývají pouze 3% zemského povrchu, mají přesto významný dopad na využívání půdy a změny jejího pokrytí.
Urbanizace je důležitá z hlediska využívání půdy a změn krajinného pokryvu, a tedy vědy o změnách půdy, z různých důvodů. Zejména urbanizace ovlivňuje změnu půdy jinde přesouváním vazeb mezi městem a venkovem nebo ekologickou stopou převodu zboží a služeb mezi městskými a venkovskými oblastmi. Zvýšení urbanizace vede ke zvýšení spotřeby, což vytváří zvýšený tlak na okolní venkovské země. Šíření městských oblastí směrem ven může také převzít sousední půdu dříve používanou pro pěstování plodin.
Městské tepelné ostrovy
Urbanizace dále ovlivňuje krajinnou pokrývku prostřednictvím efektu městského tepelného ostrova. Tepelné ostrovy se vyskytují, když v důsledku vysokých koncentrací struktur, jako jsou budovy a silnice, které pohlcují a znovu emitují sluneční záření, a nízkých koncentrací vegetačního krytu, městské oblasti pociťují vyšší teploty než okolní oblasti. Tepelné ostrovy mohou způsobit zvýšenou spotřebu energie, což má za následek vyšší míru emisí skleníkových plynů. Vysoké teploty spojené s tepelnými ostrovy mohou také ohrozit lidské zdraví, zejména v oblastech s nízkými příjmy. Účinky městských oblastí na klima naznačují, že urbanizace se může stát významnou součástí vědy o změnách půdy.
Překážky
Věda o změně půdy jako disciplína čelí několika výzvám, z nichž mnohé vyplývají z jejích interdisciplinárních kvalit nebo problémů s vývojem závěrů pomocí agregovaných dat. Například věda o změnách půdy je omezena omezeními v datech a nepochopením základních problémů změny půdy. Konkrétně prostorové modely často používané ke studiu změn půdy mohou být omezeny nedostatečným přístupem k veřejným údajům o změnách půdy, vadnými senzory a vysokou mírou nejistoty. Modely jsou tedy často schopné provádět pouze krátkodobé projekce, což výrazně omezuje úroveň predikce, kterou mohou poskytnout. Navíc je obtížné syntetizovat a kombinovat případové studie sociálně-environmentálních systémů, které jsou nezbytné pro studium změn půdy v globálním měřítku. Tyto překážky tedy představují zásadní výzvy pro propojení komunit a prostředí, kterých se věda o změně půdy snaží dosáhnout.