Ученые из Университета Сунь Ятсена в Китае совместно с коллегами из Института мониторинга окружающей среды Environmental Pulse и Университета Джорджа Мейсона провели масштабное исследование, в котором впервые оценили, как сразу несколько видов загрязнения воздуха влияют на урожай сельскохозяйственных культур в Индии. Если раньше подобные исследования изучали загрязнители по отдельности, то здесь ученые посмотрели на совокупное воздействие приземного озона, мелкодисперсных частиц PM2,5 и азотных соединений, оседающих из атмосферы при сжигании угля, нефти и газа, а также на то, как этот набор загрязнений влияет на урожайность риса, кукурузы и сои.
Для анализа исследователи объединили спутниковые данные, климатические модели и сельскохозяйственную статистику Индии за 2001-2017 годы. В основе лежит структурная модель уравнений – метод, который позволяет отделить влияние разных факторов и понять, какие из них действительно играют ключевую роль, с учетом температуры, осадков и концентрации CO₂.
Исследование было сосредоточено на сезоне хариф – периоде летних дождей, когда выращиваются основные культуры. Все данные были приведены к единому масштабу – ученые разбили территорию на небольшие участки примерно 5 на 5 км и для каждого считали показатели одинаковым способом.
Выяснилось, что загрязнители действуют на растения по-разному.
Озон оказался наиболее агрессивным фактором – он повреждает ткани листа, мешает фотосинтезу и нарушает работу устьиц. В результате растение хуже усваивает углерод и теряет в урожайности. В среднем его влияние снижало урожай примерно на 5,6%. Мелкодисперсные частицы влияют иначе – они уменьшают количество солнечного света, доходящего до растений, и тем самым ограничивают фотосинтез. Их вклад в снижение урожая оценивается примерно в 3,4%. Азот же, напротив, в умеренных количествах работает как удобрение и может даже повышать урожай – в среднем примерно на 4,8%. Но при его избытке эффект меняется на противоположный – почва закисляется, баланс питательных веществ нарушается и его положительное действие исчезает.
Ключевой вывод связан с тем, как эти факторы работают вместе. Оказалось, что их совместное влияние не складывается напрямую – при высоком уровне загрязнения они частично «поглощают» эффект друг друга. Это означает, что суммарный ущерб оказывается меньше, чем простая сумма отдельных воздействий. Тем не менее общий баланс остается отрицательным.
Причем влияние сильно различается по регионам. Наиболее заметное снижение урожайности зафиксировано в Индо-Гангской равнине – одном из главных сельскохозяйственных районов страны. Здесь урожай риса снижался примерно на 6,3%, а кукурузы – на 5,2%. В южных регионах эффект выражен слабее: потери риса составляют около 0,8%, а кукуруза в отдельных случаях даже показывает рост примерно на 2,2%.
Практический вывод из этой работы состоит в том, что загрязнение воздуха напрямую связано с производством продовольствия. А значит выбор источников энергии и структура энергетики оказывают прямое влияние не только на экологию и здоровье, но и на сельское хозяйство. И снижение выбросов в энергетике (например, за счет перехода на более чистые источники или повышения эффективности генерации) может одновременно работать и как инструмент поддержки продовольственной безопасности.
