Οικολογικοί κίνδυνοι στους υδάτινους πόρους στην Εσωτερική Μογγολία λόγω ενός έργου αναδάσωσης μεγάλης κλίμακας
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: Ecological Risks Arising in the Regional Water Resources in Inner Mongolia Due to a Large-Scale Afforestation Project
Συγγραφείς: Peng Chen, Rong Ma, Jiansheng Shi, Letian Si, Lefan Zhao and Jun Wu
Δημοσιεύθηκε: Sustainability 2023, 15, 16091. https://doi.org/10.3390/su152216091
Λέξεις κλειδιά: αναδάσωση- υδατικοί πόροι- οικολογικός κίνδυνος- Εσωτερική Μογγολία
Αντικείμενο εφαρμογής: Καταγραφή - Παρακολούθηση Ερημοποίησης (αναγνώριση συνθηκών, εδαφών, βλάστησης, κλίσεων, προσανατολισμού
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Στην προσπάθειά της να καταπολεμήσει την ερημοποίηση, να ελέγξει τις καταιγίδες σκόνης και να διατηρήσει το εύθραυστο οικοσύστημα και την οικονομία, η Κίνα έχει αναλάβει διάφορα έργα οικολογικής μηχανικής, όπως το Σχέδιο Μετατροπής της Γης σε Πλαγιές, το Σχέδιο Προστασίας των Φυσικών Δασών της Κίνας, το Σχέδιο Προστατευτικής Ζώνης Ποταμών και το Σχέδιο Επιστροφής Αγροτικών Εκτάσεων σε Δάση και Βοσκότοπους. Οι πρωτοβουλίες αυτές έχουν συμβάλει σημαντικά στην παγκόσμια τάση "πρασίνισης", με την Κίνα και την Ινδία να συμβάλλουν κατά 25% και 6,8%, αντίστοιχα, στην αύξηση των εκτάσεων πρασίνου. Ωστόσο, η εκτεταμένη αναδάσωση, ενώ περιορίζει την ερημοποίηση, έχει προκαλέσει ανησυχίες σχετικά με τις επιπτώσεις της στους υδάτινους πόρους. Μελέτες αποκαλύπτουν ότι τα δάση μπορούν να μεταβάλουν την περιφερειακή εξατμισοδιαπνοή και να μειώσουν τη συνολική απορροή σε σύγκριση με τις μη δασικές περιοχές. Η αναδάσωση έχει ως αποτέλεσμα την αναχαίτιση των συννέφων, με απώλεια του 10-40% της ετήσιας βροχόπτωσης, ενώ η αποτελεσματική βροχόπτωση και ο εμπλουτισμός των υπόγειων υδάτων στα δάση είναι χαμηλότερα από ό,τι σε άλλες περιοχές. Η μεγάλης κλίμακας δενδροφύτευση στην Κίνα προειδοποιείται ότι μπορεί να οδηγήσει σε περιφερειακή έλλειψη υδάτινων πόρων. Το έγγραφο μετατοπίζει την προσοχή στην Εσωτερική Μογγολία, μια άνυδρη και ημιάνυδρη περιοχή στην οποία παρατηρείται ταχεία αναδάσωση μέσω έργων οικολογικής αποκατάστασης μεγάλης κλίμακας από το 2000. Παρά την αναγνώριση της επιρροής αυτών των έργων στο υδατικό ισοζύγιο των περιφερειακών οικοσυστημάτων, η αξιολόγηση των οικολογικών κινδύνων παραμένει ανεπαρκής. Οι πρωταρχικοί στόχοι της μελέτης είναι να προσδιοριστούν οι περιοχές αναδάσωσης στην Εσωτερική Μογγολία από το 2000 έως το 2020 και να εκτιμηθούν οι αλλαγές στους υδάτινους πόρους και οι σχετικοί οικολογικοί κίνδυνοι. Στόχος είναι να ενισχυθεί η ρύθμιση των πολιτικών οικολογικής μηχανικής, προσφέροντας ιδέες για τη βιώσιμη ανάπτυξη τόσο για τους περιφερειακούς υδάτινους πόρους όσο και για τις αναδασώσεις, προς όφελος τελικά της ανθρωπότητας.
2. ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΛΟΓΙΑ
2.1. Περιοχή μελέτης
Στη φτωχή σε νερό Εσωτερική Μογγολία, η αξιολόγηση των οικολογικών κινδύνων της αναδάσωσης είναι ζωτικής σημασίας για τη βιώσιμη ανάπτυξη. Η μελέτη, η οποία εκτείνεται από το 2000 έως το 2020, αποκαλύπτει μια σημαντική αύξηση της αναδάσωσης κατά 5,37 × 10^4 km², κυρίως στην ανατολική περιοχή. Παρά τους συνολικούς υδάτινους πόρους των 50,39 BCM το 2020, που συγκεντρώνονται στο βορειοανατολικό τμήμα, το βορειοδυτικό τμήμα αντιμετωπίζει σοβαρή λειψυδρία, με κατά κεφαλήν πόρους το ένα πέμπτο του παγκόσμιου μέσου όρου. Η μεγάλης κλίμακας αναδάσωση επιδεινώνει την κατανάλωση νερού, με συνολικό ποσοστό 19,4 BCM. Η γεωργική άρδευση, ο μεγαλύτερος καταναλωτής σε ποσοστό 63,9%, παρουσιάζει αξιοσημείωτη τάση μείωσης. Οι μελλοντικοί κίνδυνοι υποδεικνύουν μεγαλύτερες προκλήσεις όσον αφορά τους υδάτινους πόρους στις κεντρικές και δυτικές περιοχές, τονίζοντας την ανάγκη για βελτιστοποιημένες στρατηγικές αναδάσωσης και ενισχυμένη αποδοτικότητα της χρήσης του νερού για την αποτροπή πιθανών οικολογικών απειλών στην Εσωτερική Μογγολία. (Εικόνα 1) (Εικόνα 2) .
2.2. Συλλογή και Επεξεργασία Δεδομένων
Τα μετεωρολογικά δεδομένα που καλύπτουν την περίοδο 2000-2020, τα οποία προέρχονται από 37 σταθμούς μέσω του Εθνικού Κέντρου Μετεωρολογικών Πληροφοριών της Κίνας, περιλάμβαναν μηνιαία βροχόπτωση και θερμοκρασία. Η χωρική παρεμβολή και η επαναδειγματοληψία σε δεδομένα ράστερ 1000 m πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση του ArcGIS 10.2. Τα δεδομένα χρήσης/κάλυψης γης από το 2000-2020 στην Κίνα προήλθαν από το Data Center for Resources and Environmental Sciences της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών. Το σύνολο δεδομένων NDVI που καλύπτει την περίοδο 2000-2020 προήλθε από το Global Inventory Modeling and Mapping Studies, το οποίο ελήφθη από το Ames Research Center της NASA. Τα ετήσια δεδομένα εξατμισοδιαπνοής (ET) για την περίοδο 2000-2020 αποκτήθηκαν από το Land Processes Distributed Active Archive Center. Τα δεδομένα για την αναδάσωση και τους υδάτινους πόρους για την περίοδο 2000-2020 συλλέχθηκαν από τις Στατιστικές Επετηρίδες Δασών της Κίνας και την Απογραφή Δασικών Πόρων της Εσωτερικής Μογγολίας, αντίστοιχα.
2.3. Μεθοδολογία
2.3.1. Εντοπισμός των Αναδασωμένων Περιοχών
Η μελέτη χρησιμοποίησε μια μεθοδολογική προσέγγιση για τον εντοπισμό των περιοχών αναδάσωσης και την αξιολόγηση των επιπτώσεών τους στους υδάτινους πόρους στην Εσωτερική Μογγολία. Χρησιμοποιώντας δεδομένα NDVI και κάλυψης γης, οι περιοχές αναδάσωσης προσδιορίστηκαν μέσω ανάλυσης τάσεων, χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο μοναδιαίας γραμμικής παλινδρόμησης. Η σημαντικότητα των τάσεων αξιολογήθηκε με τη χρήση του F-test. Η μελέτη χρησιμοποίησε πέντε περιόδους δεδομένων κάλυψης γης για την περίοδο 2000-2020 για να αναλύσει την αύξηση των δασικών περιοχών, θεωρώντας τιμές NDVI εντός του εύρους 20-80% ως όριο αναδάσωσης. Οι περιοχές αναδάσωσης εντοπίστηκαν στη συνέχεια με την επικάλυψη των αποτελεσμάτων από τα προηγούμενα βήματα. Η επαλήθευση πραγματοποιήθηκε με τη χρήση στατιστικών δεδομένων και σημείων δειγματοληψίας, επιτυγχάνοντας συνολική ακρίβεια αναγνώρισης 78,24%. Για την αποτελεσματικότερη απεικόνιση των οικολογικών κινδύνων, τα δεδομένα ράστερ αναδάσωσης μετατράπηκαν σε σημειακά δεδομένα μέσω του μέσου όρου της περιοχής. (Εικόνα 3), (Εικόνα 4), (Εικόνα 5).
2.3.2. Χωροχρονικές μεταβάσεις και δομή του τοπίου
Η μελέτη χρησιμοποίησε την εξίσωση του υδατικού ισοζυγίου για να αξιολογήσει τις επιπτώσεις της αναδάσωσης στους υδάτινους πόρους στην Εσωτερική Μογγολία. Για τον υπολογισμό των μεταβολών των υδάτινων πόρων στις περιοχές αναδάσωσης από το 2000 έως το 2020, χρησιμοποιήθηκε μία εξίσωση, που λαμβάνει υπόψη τις βροχοπτώσεις, την πραγματική εξατμισοδιαπνοή και τη μεταβολή των υδάτινων πόρων της λεκάνης. Το μοντέλο γραμμικής παλινδρόμησης ελαχίστων τετραγώνων εφαρμόστηκε για τον εντοπισμό μεταβαλλόμενων τάσεων στους υδάτινους πόρους, με έμφαση στα ρηχά υπόγεια ύδατα που επηρεάζονται από την αναδάσωση και όχι στα βαθιά υπόγεια ύδατα που χρησιμοποιούνται για γεωργική άρδευση.
2.3.3. Οικολογικός Κίνδυνος
Η μελέτη χρησιμοποίησε τον δείκτη ασφάλειας νερού (WSI) για την αξιολόγηση του οικολογικού κινδύνου των υδάτινων πόρων που προκύπτει από την αναδάσωση. Ο δείκτης WSI, ο οποίος υπολογίζεται με βάση το ισοζύγιο προσφοράς και ζήτησης νερού, υποδεικνύει την περιφερειακή ασφάλεια των υδάτων. Οι τιμές του WSI κατηγοριοποίησαν τα επίπεδα κινδύνου: WSI < -0,5 ως υψηλός κίνδυνος, -0,5 ≤ WSI < 0 ως χαμηλός κίνδυνος, 0 ≤ WSI < 0,5 ως χαμηλή ασφάλεια και 0,5 ≤ WSI < 1 ως υψηλή ασφάλεια.
3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ
Η χωρική κατανομή της αναδάσωσης στην Εσωτερική Μογγολία από το 2000 έως το 2020 αποκάλυψε ότι περίπου το 65% της περιοχής παρουσίασε αυξητική τάση του δείκτη κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), γεγονός που υποδηλώνει βελτιωμένη φυτοκάλυψη, ιδίως στο κεντρικό και ανατολικό τμήμα της Εσωτερικής Μογγολίας. Η αναδάσωση, η οποία προσδιορίστηκε με βάση την τάση του NDVI, παρουσίασε έντονη χωρική ετερογένεια, κυρίως συγκεντρωμένη στην ανατολική περιοχή. Η αναδασωτέα έκταση αυξήθηκε από 20,74 × 10^4 km² το 2000 σε 26,11 × 10^4 km² το 2020, με ρυθμό αύξησης 0,27 × 10^4 km²/έτος, και το ποσοστό δασικής κάλυψης αυξήθηκε από 17,53% σε 22,07%. Το Hulunbuir είχε τη μεγαλύτερη αναδασωτέα έκταση, αντιπροσωπεύοντας το 45,81% του συνόλου. (Εικόνα 6), (Εικόνα 7). Συγκρίνοντας την εξατμισοδιαπνοή (ΕΤ) μεταξύ τεχνητών και φυσικών δασών, τα τεχνητά δάση παρουσίασαν υψηλότερη ετήσια ΕΤ (488,77 mm) από τα φυσικά δάση (418,82 mm) και η δυνητική ΕΤ τους ήταν σημαντικά υψηλότερη. Η αυξητική τάση της ET από το 2000 έως το 2020 ήταν πιο έντονη στα τεχνητά δάση, υποδεικνύοντας μεγαλύτερη κατανάλωση νερού σε σύγκριση με τα φυσικά δάση. (Εικόνα 8). Αξιολογώντας τις αλλαγές στους υδάτινους πόρους που προκλήθηκαν από τις αναδασώσεις κατά την περίοδο 2000-2020, παρατηρήθηκε μια τάση μείωσης με χωρική ανομοιογένεια. Περίπου το 43% των περιοχών αναδάσωσης, κυρίως στα ανατολικά με επαρκείς βροχοπτώσεις (Hulunbuir και Hinggan), παρουσίασαν αύξηση των υδάτινων πόρων, ενώ το 57% στις κεντρικές και δυτικές περιοχές αντιμετώπισε μείωση, ιδίως στις περιοχές Alxa, Ordos, Hohhot, Baotou και Ulanqab. Η κατανάλωση υδάτινων πόρων στις αναδασωτέες περιοχές παρουσίασε αυξητική τάση, κυμαινόμενη μεταξύ 6,0 και 9,0 BCM από το 2000 έως το 2020, με μέση τιμή 7,31 BCM. (Εικόνα 9), (Εικόνα 10). Ο οικολογικός κίνδυνος των υδάτινων πόρων στις αναδασωτέες περιοχές αξιολογήθηκε με τη χρήση του δείκτη υδατικής ασφάλειας (WSI). Οι περισσότερες περιοχές αντιμετώπιζαν οικολογικούς κινδύνους λόγω της αναδάσωσης, οι οποίοι αυξάνονταν από τα ανατολικά προς τα δυτικά. Περίπου το 24% των περιοχών αναδάσωσης διέτρεχαν υψηλό κίνδυνο, κυρίως στο κεντρικό και δυτικό τμήμα, ενώ το 52% διέτρεχαν χαμηλό κίνδυνο, κυρίως στο ανατολικό τμήμα, ιδίως στο Chifeng και στο Tongliao. Διαχρονικά, ο WSI παρουσίασε φθίνουσα τάση από χαμηλό κίνδυνο σε υψηλό κίνδυνο, με τον υψηλότερο οικολογικό κίνδυνο το 2008 και τον χαμηλότερο το 2013 και το 2020. Περίοδοι υψηλού οικολογικού κινδύνου βρέθηκαν το 2003, το 2009, το 2011, το 2013, το 2015 και το 2020. (Εικόνα 11), (Εικόνα 12).
4. ΣΥΖΗΤΗΣΗ & ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Ο προσδιορισμός των περιοχών αναδάσωσης στην Εσωτερική Μογγολία είναι ζωτικής σημασίας για την αξιολόγηση των οικολογικών κινδύνων για τους υδάτινους πόρους. Συνδυάζοντας δεδομένα κάλυψης γης και NDVI, η παρούσα μελέτη προσδιόρισε τις περιοχές αναδάσωσης, αποκαλύπτοντας συνέπεια με προηγούμενες έρευνες. Ωστόσο, οι περιορισμοί στον εντοπισμό της δασικής και θαμνώδους βλάστησης χαμηλής κάλυψης υποδηλώνουν πιθανή υποεκτίμηση, γεγονός που προτρέπει τη μελλοντική χρήση εργασιών πεδίου και βαθιάς μάθησης με τηλεπισκόπηση υψηλής ανάλυσης για ακριβέστερες εκτιμήσεις. Ο αντίκτυπος της κλιματικής αλλαγής στη μεγάλης κλίμακας αναδάσωση στην Εσωτερική Μογγολία καταδεικνύει χωρική ετερογένεια. Η μετατόπιση των δραστηριοτήτων αναδάσωσης από τα ανατολικά προς τα δυτικά, από τα δέντρα στους θάμνους, αντανακλά τις αλλαγές στις οικολογικές λειτουργίες από τη διατήρηση του νερού στην προστασία από τον άνεμο και τη σταθεροποίηση της άμμου. Η πυκνότητα της αναδάσωσης, ζωτικής σημασίας για την κλιματική καταλληλότητα, πρέπει να λαμβάνει υπόψη το υδατικό ισοζύγιο του συστήματος εδάφους-βλάστησης. Η υπέρβαση της ικανότητας υδροδότησης της περιοχής οδηγεί σε ταχύτερη κατανάλωση υπόγειων υδάτων, επηρεάζοντας την επιβίωση της βλάστησης και δημιουργώντας οικολογικούς κινδύνους. Διαπιστώνεται ότι η μεγάλης κλίμακας αναδάσωση αυξάνει την κατανάλωση νερού, επηρεάζοντας τους οικολογικούς υδάτινους πόρους και τον εμπλουτισμό των υπόγειων υδάτων. Οι αλλαγές που προκαλούνται από την αναδάσωση στην κάλυψη της βλάστησης επηρεάζουν την κίνηση του εδαφικού νερού, μειώνοντας τον εμπλουτισμό των υπόγειων υδάτων και τη στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα, ιδίως σε ξηρές και ημίξηρες περιοχές. Η μελέτη υποδηλώνει ότι η αναδάσωση μπορεί να προκαλέσει μόνιμες μειώσεις στην ικανότητα αποθήκευσης νερού της περιοχής και να οδηγήσει σε εξάντληση των υπόγειων υδάτων. Η μελέτη υπογραμμίζει το ενδεχόμενο η αναδάσωση να επιδεινώσει την υποβάθμιση του εδάφους, ιδίως σε άγονες και ημίξηρες περιοχές. Η μεγάλης κλίμακας αποκατάσταση της βλάστησης διαταράσσει τα οικοσυστήματα, μεταβάλλοντας τις οικο-υδρολογικές διεργασίες και προκαλώντας σοβαρά οικολογικά προβλήματα. Οι αρνητικές επιπτώσεις της αναδάσωσης στο βάθος των υπόγειων υδάτων μπορεί να οδηγήσουν σε επιφανειακή βλάστηση και υποβάθμιση του εδάφους. Η μελλοντική έρευνα αποσκοπεί στην ολοκληρωμένη αξιολόγηση της επίδρασης της αναδάσωσης στο περιφερειακό βάθος των υπόγειων υδάτων. Λαμβάνοντας υπόψη τους μελλοντικούς οικολογικούς κινδύνους της αναδάσωσης, η μελέτη προτείνει την αποφυγή της αναδάσωσης σε άγονες και ημίξηρες περιοχές για να αποφευχθεί η μόνιμη μείωση της ικανότητας αποθήκευσης νερού. Η επιλογή της κατάλληλης βλάστησης με βάση τις τοπικές συνθήκες θεωρείται ζωτικής σημασίας για την οικολογική αποκατάσταση και τη βιώσιμη ανάπτυξη. Επιπλέον, συνιστάται ένα βελτιστοποιημένο σχέδιο άντλησης υπόγειων υδάτων ως αποτελεσματική στρατηγική διαχείρισης για την προστασία και τη διατήρηση του σημερινού οικολογικού περιβάλλοντος. Η μελέτη σημειώνει ότι η αύξηση των βροχοπτώσεων στο μελλοντικό κλίμα του οροπεδίου της Εσωτερικής Μογγολίας μπορεί να μετριάσει τους οικολογικούς κινδύνους που συνδέονται με την αναδάσωση. Στην άνυδρη Εσωτερική Μογγολία, η αξιολόγηση των οικολογικών κινδύνων της αναδάσωσης για τους υδάτινους πόρους είναι ζωτικής σημασίας για τη βιώσιμη ανάπτυξη. Αναλύοντας την κάλυψη γης, το NDVI και τα μετεωρολογικά δεδομένα από το 2000 έως το 2020, η μελέτη διαπιστώνει ότι η αναδάσωση αυξήθηκε κατά 5,37 × 10^4 km², κυρίως στα ανατολικά. Με περιορισμένους υδάτινους πόρους, η μεγάλης κλίμακας αναδάσωση εντείνει την κατανάλωση νερού, δημιουργώντας οικολογικούς κινδύνους. Οι κεντρικές και δυτικές περιοχές προβλέπεται να αντιμετωπίσουν μεγαλύτερους κινδύνους για τους υδάτινους πόρους. Η εφαρμογή βελτιστοποιημένων σχεδίων αναδάσωσης και η ενίσχυση της αποδοτικότητας της χρήσης του νερού είναι ουσιαστικής σημασίας για την πρόληψη πιθανών οικολογικών κινδύνων στην Εσωτερική Μογγολία.
