СТЮАРТ БОУЛИН

Стюарт, жеке ұшқыш, ұшқышсыз ұшу аппаратының операторы және rTek негізін қалаушылардың бірі, экологиялық проблемаларды шешу үшін қашықтықтан зондтау мен жасанды интеллектті қолданумен әуестенеді. Ол бұл технологияларды жабайы табиғатқа мониторинг жүргізу және қорғау, ормандардың жойылуын бақылау және табиғи апаттарды болжау үшін пайдалануға ерекше қызығушылық танытады. Стюарт өзінің дағдыларын әлемге жағымды әсер ету үшін қолдануға тырысады.

Қазақстанда көміртектісеквестрлеудің әлеуеті орасан зор, алайда жобаларды әзірлеушілер үшін тәуекелдерді азайту үшін қосымша зерттеулер қажет. Көміртекті секвестрлеу атмосфералық қыл газын топырақ органикалық көміртегі ретінде байланыстыруды қамтиды.

Ақпараттың жетіспеушілігі ауыл шаруашылығы саласының бүкіл ел бойынша жердің құны мен оныңдаму әлеуеті туралы негізделген шешімдер қабылдау қабілетін шектейді.

Қазақстан Республикасының көміртегі бейтараптығына қол жеткізуінің 2060 жылға дейінгі стратегиясында (1) айтылғандай: «Ауыл шаруашылығында топырақпен дұрыс жұмыс істемеу (ауыспалы егістің сақталмауы, тыңайтқыштардың жеткілікті және уақтылы енгізілмеуі және т.б.) топырақта қара шіріктің азаюына әкелді, ол жылдан жылға төмендеуін жалғастыруда; тиісінше, топырақтың атмосферадан көмірқышқыл газын тұту және оны сақтау қабілеті де төмендейді».

2023 жылы Қазақстан мен БҰҰДБ БҰҰ-ның Климаттың өзгеруі туралы негіздемелік конвенциясының (2) Қазақстан Республикасы бойынша Сегізінші ұлттық хабарламасын және Бесінші екі жылдық баяндамасын дайындады, онда топырақты басқарудың маңыздылығы айқын көрсетілген: «Жер учаскесін немесе оның бір бөлігін пайдалану ауыл шаруашылығы жерлерінің құнарлылығының елеулі нашарлауына не экологиялық залалға әкеп соққан жағдайларда, жер учаскесінің меншік иесі немесе жер пайдаланушы Қазақстан Республикасының заңнамасына сәйкес залалды жоюға міндетті».

Экологиялық кодекстің 228-бабының 3-тармағына сәйкес (3) «жер тозудан, сарқылудан, зақымданудан және нашарлаудан (жел эрозиясы, шөлейттену және т.б.) қорғалуы тиіс».

Экологиялық кодекстің 238-бабында «жеке және заңды тұлғалар жерді пайдалану кезінде топырақтың тозуына және сарқылуына жол бермеуі керек» делінген.

Қазақстанда бүкіл ел бойынша 401,6 млн тоннаны (2) құрайтын СО2 шығарындыларының жалпы көлемінен жер пайдалану, жер пайдаланудағы өзгерістер мен орман шаруашылығына (ЖПЖПӨОШ) секторына жылына 40,7 млн тонна шығарындылар келеді, оның үштен екісі малға және үштен бірі егістікжайылымдарға тиесілі, 2023 жылы бүкіл елүшін ФАО Ротамстед көміртегі моделінің топырақтыңтұтуы жаһандық әлеуеті шеңберінде топырақты тұрақты басқарудың тамаша сценарийі (SSM3) кезінде топырақ жылына 45,2 миллион тонна тұта алатыны, бұл ағымдағы шығын деңгейін жылына 32 миллион тоннаға айналдырып, жылына 77,2 миллион тоннаға төмендететіні есептелді.

Тұрақты топырақтың пайызы 2016 жылғы 57%-дан 2022 жылы 22%-ға дейін төмендеді. «Ерте құлдырау белгілері» бар топырақтың пайызы 22%-дан 48%-ға дейін өсті. Ең үлкен құлдырау ағымдағы ауыл шаруашылығы өндірісі ең жоғары аудандарда Солтүстік Қазақстанда, Оңтүстік-Шығыс бөлігінде және Ақтөбе облысында байқалады.

ТОПЫРАҚТЫҢ БАЙЛАНЫСТЫРУ ӘЛЕУЕТІ НЕГІЗІНЕН ТӨРТ АЙМАҚТА ШОҒЫРЛАНҒАН:

•     Ақмола -жылына 15,2 млн тонна,

•     Солтүстік Қазақстан жылына 10,5 млн тонна,

•     Шығыс Қазақстан жылына 11,3 млн тонна,

•     Алматы жылына 10,9 млн тонна.

ТОПЫРАҚТЫҢ БАСТАПҚЫ ПАРАМЕТРЛЕРІН ӨЛШЕУ МҮМКІНДІГІ

Көптеген елдер, атап айтқанда 160 ел, Қазақстанға қарағанда әлдеқайда егжей-тегжеймен топырақтың бастапқы көрсеткіштерін өлшейді.

Алайда Қазақстанда мұндай мүмкіндікбар. Қазақстанда ұлттық зертханалардың көпшілігінде топырақ үлгілеріндегі қарапайым көміртегі мен азотты жоғары дәлдікпен өлшеуге қабілетті, топырақтан сынама алу және өзектерді алудың толық автоматтандырылған жабдықтарымен толықтырылған NDIR заманауи топырақтық дисперсиялық емес инфрақызыл спектрометрлері бар.

ҚАЗАҚСТАНДАҒЫ ТОПЫРАҚ ТУРАЛЫ ДЕРЕКТЕРДІҢ АҒЫМДАҒЫ ЖАҒДАЙЫ

Біздің топырақ деректерінің негізгі көздері әрқайсысының өз шектеулері бар ғылыми-зерттеу институттары, үкіметтік есептер және халықаралық дерекқорлар болып табылады.

Халықаралық ашық дерекқорлардың ішінде Халықаралық топырақ туралы ақпарат орталығы (ISRIC) өз деректерін халықаралық ғалымдарға беретін жалғыз орталық болып табылады, бірақ қазіргі қамту көлемі оны мақсатына сай пайдалану үшін жарамсыз етеді.

Қазақстан көміртегі сынамаларының тығыздығы бойынша 160-орында (сынамаға гектар), Ресейден бес есе, Өзбекстаннан 20%-ға және ЖПЖПӨОШ секторында жобалар іске асырылып жатқан барлық басқа елдерден артта қалады.

Өнеркәсіптік және ғылыми пайдаланушылар (мысалы, Сан-Францискода орналасқан көміртегі кредиттері эмитенті Boomitra) әлі де инвестициялық шешімдер қабылдау үшін осы дерекқорға сүйенеді, бұл Қазақстанның ауыл шаруашылығы саласының дамуына елеулі қауіп төндіреді.

 ISRIC ДЕГЕНІМІЗ НЕ?

ISRIC (Топырақ жөніндегі халықаралық анықтамалық-ақпараттық орталық) 1966 жылы БҰҰ Азық-түлік және ауыл шаруашылығы ұйымы (ФАО) және Халықаралық топырақтану қоғамы (ISSS) Нидерланды үкіметінің қаржылай қолдауымен құрған тәуелсіз коммерциялық емес ұйым.

Оның миссиясы халықаралық қауымдастыққа топырақ, жер ресурстары және оларды тұрақты басқару туралы ақпарат беру. ISRIC танымал SoilGrids.org геопорталы сияқты жаһандық және аймақтық топырақ дерекқорларын әзірлеуге және таратуға маманданған жетекші әлемдік топырақ туралы ақпарат орталығы ретінде танылды. Ұйым бүкіл әлемде ғалымдар мен саясаткерлерге топырақ туралы мәліметтерге қол жеткізуді қамтамасыз етеді және топырақтану саласындағы зерттеулер мен әлеуетті арттыруды қолдайды.

Қазіргі уақытта ISRIC-те 2017-2018 жылдары Назарбаев Университетінің жобасы аясында ұсынылған Қазақстаннан тек 52 топырақ үлгісі бар. Бұл сан Қазақстанның кең аумағын ескере отырып, бүкіл ел деңгейінде жоғары рұқсаттағы топырақ қасиеттерінің сенімді карталарын құру үшін жеткіліксіз.

Тағы бір зерттеу 2001-2005 жылдары Шортанды қаласында (7915 га) А. И. Бараев атындағы астық шаруашылығы ҒӨО-мен ынтымақтастықта жүргізілді. Олар байланыстыру деңгейі арпа мен бидайдың ауыспалы егісіне негізделген базалық деңгейден жылына 1 мгС/га дейін жоғары екенін анықтады.

АУЫСПАЛЫ ЕГІС ЖҮЙЕСІНІҢ СОЛТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН ТОПЫРАҒЫНДАҒЫ ОРГАНИКАЛЫҚ КӨМІРТЕГІ БАЛАНСЫНЫҢ КЕҢІСТІКТІК ЖӘНЕ УАҚЫТТЫҚ АУЫТҚУЛАРЫНА ӘСЕРІ

2021 жылы ISRIC қолжетімді деректер жинағына сүйене отырып, ФАО мен Қазақстан ауыл шаруашылығы министрлігі GSOCSeq картасы үшін (Топырақтағы органикалық көміртекті секвестрлеудің жаһандық картасы) ұлттық ақпаратты ұсынды. Оң қадамға қарамастан, бұл модель Танаканың 2008 жылғы зерттеуінен 300%-дан астам алшақтап, көміртекті секвестрлеу әлеуетін жете бағаламайды.

ФАО-ның GSOCSeq деректерін пайдалана отырып, өңірлер бойынша SSM3* сәйкес орташа ықтимал сіңіру көрсеткіштері есептелген. Көміртекті байланыстырудың болжамды көрсеткіштері өте төмен, жылына шамамен 0,07 т/га құрайды. Мысалы, Солтүстік Дакотада (ұқсас климаттық жағдайларда) байқалатын байланыстыру жылдамдығы жылына 0,3 т/га мәніне жақын.

Осы төмен сіңіру болжамын ескере отырып, конверсия коэффициенті 3,6663 т балама СО2/ТС қурайды, біз әр гектар шамамен 0,25 т балама СО2/ жыл сіңіре алатынын көреміз, бұл ретте ең жоғары деңгейлер Шығыс Қазақстанда.

Бұл картада 2040 жылға арналған топырақтағы органикалық көміртектің болжамды қорлары (яғни, т С га-1) 0-30 сантиметр тереңдікте көміртегі түсімінің (З-сценарий) 20 пайызға өсуін қамтамасыз ететін топырақты турақты басқару (ТТБ) әдістерін 20 жыл енгізгеннен кейін ұсынылған.

 ТҮЗЕТУ КОЭФФИЦИЕНТІ 2,9Х

2008 жылғы Танака зерттеуі топырақтағы көміртекті байланыстырудың айтарлықтай жоғары көрсеткіштерін анықтады және біз топырақта байқалған байланыстыру көрсеткіштерін GSOCSeq болжамды көрсеткіштерімен тікелей салыстыра аламыз.

Бүл қабаттасқан салыстыруды орындау шамамен 290% түзету коэффициентін береді, оны тек Солтүстік Қазақстанның қара топырақтарына қолдануға болады, бірақ қазіргі уақытта ол белгісіз.

Егер түзету коэффициенті бүкіл Қазақстанға 2,9 есе қолданылса, онда GSOCSeq топырақты байланыстырудың неғұрлым ақылға қонымды деңгейін (түзетілген) болжайды. Бұл жергілікті тәжірибенің қателігі шегінде Танака зерттеу учаскесі үшін 0,95 т балама СО2/га/жыл бағасын береді.

ОПТИМИСТІК БОЛЖАМ

Егер мұны өңірдегі басқа учаскелерге жобаласақ (жоғарыдан қар.),онда ~0,8 -1,2 т балама Со2/га/ жыл шегінде болжам жасауға болады, бұл белгілі бір климат пен топырақтипі үшін эмпирикалық күтілетін диапазонда.

ӘР ТҮРЛІ БАСТАПҚЫ ӨЛШЕМДЕР МЕН БОЛЖАМДАРҒА ҚАТЫСТЫ ПРОБЛЕМАЛАР

(Төменде осы проблемаларды қарастырудың нақты мәліметтері туралы ФАО техникалық есебін қараңыз)

1.    Топырақтағы көміртегі деңгейі (өзгеріссіз) статикалықемес, динамикалық болып келеді. Парниктік газдарды атмосферадан жерүсті/жерасты суларына тасымалдау жолдары өтеүлкен және оларды анаэробты жағдайлар мен метанотрофты ағзалар арқылы одан әрі арттыруға болады.

2.    Климатқа байланысты топырақтағы органикалық көміртектің (ТОК) жоғалуы (ауа-райының күрт өзгеруіне байланысты кебу, тұздану және биоалуантүрліліктің төмендеуі) кез келген байланыстырудан, тіпті, ең жақсы сценарийлерде де (кем дегенде 100 жылдық масштабта) едәуір асып кетуі мүмкін, бұл ТТБ тәжірибесін олар көміртекті сақтаудың орнына шығынның алдын алуына байланысты СВОД+ұқсас етеді.УМ0042 Verra мұны шынымен түсіндіреді, өйткені SSM базалық деңгейінің төмендеуі көміртегі кредиттерін береді.

3.    Топырақтағы органикалық көміртегі (ТОК) жоғарылаған кезде, тез қолжетімді резервуарлар топырақтағы органикалық көміртекті сақтайтын ұзақ мерзімді резервуарларға (мысалы, агрегаттардың минералдануы және адсорбциясы) көшуді белсендіру үшін органикалық заттармен тұрақты «қоректену ағынын» қажет етеді. Бұл резервуарлар теориялық тұрғыдан қанықтыра алады, уақыт өте келе топырақтағы органикалық көміртектің секвестрлену жылдамдығын баяулатады және барған сайын «қорек беруді» қажет етеді. Екінші жағынан, биоалуантүрліліктің жоғарылауы секвестрлену процестерін жеделдетеді. Бұл өзара әрекеттесулердің күрделілігіне байланысты эмпирикалық зерттеулер басталғанға дейін белгілі бір учаскеге қандай сценарий қолданылатынын болжау мүмкін емес.

4.    Алдыңғы тәжірибелерді жоспарлармен салыстыру өте қиын, өйткені бастапқы жағдайларды өлшеу әдістері тәжірибеден-тәжірибеге ерекшеленеді. Көміртекті кредит алудыңең нашар сценарийі дәстүрлі мал жаю тәжірибесіне байланысты болуы мүмкін (В). Базалық деңгей (өзгеріссіз) секвестрлеу шегіне жақындаған сайын, ТТБ мен базалық деңгей арасындағы айырмашылықтың жыл сайынғы өсуі нөлге ұмтылады, яғни көміртегі кредиттерін бір жерде бірдей жылдамдықпен тұрақты түрде өндіріле алмайды, текуақытша ғана өндіріледі дегенді білдіреді, дегенмен ТТБ тәжірибесі қысқа мерзімді сақтаудан ұзақ мерзімді сақтауға аударуды жеңілдету үшін ұзақ уақыт бойы жалғасуы керек.

Кейбір ағымдағы кредит беру тетіктері (BCarbon, Gold Standard) С немесе D сияқты негізгі сценарийлерді есепке алмайды, олар СВОД+тәрізді БУ шеңберінде шығындарға қарсы тұру немесе баяулатуүшін ТТБ пайдаланады.

ЖАСАНДЫ ИНТЕЛЛЕКТКЕ НЕГІЗДЕЛГЕН ИНТЕРПОЛЯЦИЯНЫҢ ЗАМАНАУИ ӘДІСТЕРІНІҢ ТӘУЕКЕЛДЕРІ:

Топырақ деректерінің жетіспеушілігі ғалымдар мен саясаткерлерді үлкен географиялық аймақтарда топырақтың қасиеттерін бағалау үшін жасанды интеллектке (ЖИ) негізделген интерполяция әдістеріне сүйенуге мәжбүр етті.

КЕЗДЕЙСОҚ ОРМАН ӘДІСІМЕН ИНТЕРПОЛЯЦИЯ. БҰЛ ДЕГЕНІМІЗ НЕ?

Кездейсоқ орман интерполяциясы кең географиялық аумақтарда топырақтың белгісіз қасиеттерін бағалау үшін қолданылатын машиналық оқыту әдісі. Ол қолжетімді мәліметтер жиынтығы негізінде оқытылады. Алгоритм деректердің әрбір ішкі жиыны үшін шешім ағашын жасайды және оларды болжам жасау үшін біріктіреді. Бул әдіс әдетте шектеулі топырақ деректерімен жумыс кезінде қолданылады.

Кездейсоқ орман интерполяциясы қолжетімді деректердің ішкі жиынында оқыту арқылы үлкен географиялық аймақтарда топырақтың белгісіз қасиеттерін бағалау үшін қолданылатын машиналық оқытуәдісі.Алгоритм деректердің әрбір ішкі жиыны үшін шешім ағашын жасайды және оларды болжам жасау үшін біріктіреді. Бул әдіс әдетте сирек топырақ деректерімен жумыс істегенде қолданылады.

КЕЗДЕЙСОҚ ОРМАН ИНТЕРПОЛЯЦИЯСЫНЫҢ ШЕКТЕУЛЕРІ

Кездейсоқорман интерполяциясы құнды ақпарат бере алатынына қарамастан, ол сирек үлгідегі деректермен жұмыс істегенде тиімсіз болады, әсіресе үлгілер нашар бөлінген және үлкен аумақты көрсетуге тырысқанда. Бұл модельдер әр түрлі өңірлерде топырақ қасиеттеріндегі айырмашылықтарды ескеру қиын болғандықтан орын алады.

Егер үлгілер арасында мыңдаған шақырым болса, модельдурыс емес болжамдар жасап, деректерді асыра бағалауы мүмкін, бұл дұрыс емес болжамдарға әкеледі.

Қазақстан жағдайында топырақ туралы қолда бар шектеулі деректер бүкіл ел бойынша шашыраңқы. Нәтижесінде, кездейсоқ орман интерполяциясы моделі топырақтың қасиеттерін бүкіл ел деңгейінде, 60% немесе одан төмен дәлдікпен бағалау үшін тиімді болмайды, бұл монета лақтырумен салыстырылады.

Модель сенімсіз немесе дурыс емес болжамдар жасауы мүмкін, бұл тиімсіз шешімдерге және ауыл шаруашылығы саласы мен қоршаған ортаны қорғау жұмыстарына ықтимал апатты салдарға әкеледі.

Осы шектеулерді ескере отырып, ғылыми зерттеулер, саясатты әзірлеу және ауыл шаруашылығын жүргізудің тұрақты әдістері үшін дәл және сенімді деректерді ұсынатын Қазақстан үшін топырақ туралы жан-жақты ұлттық деректер базасын әзірлеуге басымдық беру маңызды.

Жасанды интеллектке негізделген заманауи әдістер кейбір құнды ақпарат бере алатынына қарамастан, айтарлықтай шектеулер мен ықтимал тәуекелдер бар, әсіресе Қазақстан сияқты үлгілердің аз санына негізделген калибрлеу кезінде.

Төмен дәлдік: Небәрі 52 үлгісі бар жасанды интеллект үлгілері Қазақстанның әр түрлі өңірлерінде топырақ қасиеттерінің күрделі вариацияларын дәл көрсетпеуі мүмкін. Бұл топырақтың жағдайы мен оның құрамы туралы жаңылыстыратын тұжырымдарға әкелуі мүмкін.

Жоғары белгісіздік: Сирек іріктеу интерполяцияланған карталардың белгісіздігін арттырады, бұл ықтимал сенімсіз немесе қате шешім қабылдауға әкеледі, ол жерді пайдалануды жоспарлауға, ауыл шаруашылығының өнімділігіне және қоршаған ортаны қорғауға теріс әсер етуі мүмкін.

Жалпылау қателері: Жасанды интеллект модельдері шектеулі деректерге негізделген қате болжамдар жасай алады, нәтижесінде айтарлықтай жалпылау қателері пайда болады. Қазақстанның географиялық алуантүрлілігін ескере отырып, бұл қателіктер елеулі болуы мүмкін.

Топырақ туралы деректер қорын қолданудың көрнекі мысалдары:

Кешенді топырақ дерекқорының әлеуетті артықшылықтарын одан әрі атап өту үшін осы практикалық қолдануларды қарастырайық:

Ауыл шаруашылығының оңтайландырылған әдістері: кең топырақ дерекқорының арқасында жасанды интеллект модельдері топырақ қасиеттерінің нақты карталарын жасай алады.

Фермерлер оларды өз жерлерін жақсы түсіну үшін пайдалана алады, бұл оларға қолайлы дақылдарды таңдауға, отырғызудың оңтайлы уақытын анықтауға және тыңайтқыштарды тиімдірек енгізуге мүмкіндік береді, осылайша қоршаған ортаға аз әсер ете отырып, ауыл шаруашылығы өнімділігін арттырады.

Ауыл шаруашылығына негізделген инвестициялар: Топырақтуралы кеңдеректер қоры бар ауылшаруашылық инвесторлары жерді сатып алутуралы негізделген шешімдер қабылдай алады және жаңа дақылдарды өсіру әлеуетін бағалай алады.

Бұл ақпарат сонымен қатар белгілі бір дақылдарға қиындық тудыруы мүмкін топырақ қасиеттері бар аймақтарды анықтау арқылы салалық инвесторлардың кіру тәуекелдері мен кедергілерін азайтуға көмектеседі.

Тұрақты жер пайдалануды жоспарлау:

Саясаткерлер экологиялық сезімтал аймақтарды сақтауға, инфрақұрылымдық жобаларды жоспарлауға және климаттың өзгеруін азайтуға көмектесу арқылы жер пайдалану саясатын негіздеу үшін жоғары рұқсаттағы топырақ карталарын пайдалана алады.

Қоршаған ортаны қорғау: Табиғатты қорғау мамандары топырақтың деградациясын және биоалуантүрліліктің жоғалуын бақылау үшін топырақ деректерін пайдалана алады, осылайша қоршаған ортаны қорғаудың тиімді стратегияларын бағыттайды.

Топырақ туралы ұлттық деректер қорының маңыздылығы:

Осы пайымдарды ескере отырып, Қазақстан үшін топырақ туралы ұлттық деректер қоры қажеттілік болып табылатыны анық. Ол көптеген артықшылықтар әкеледі:

1.    Шоғырландырылған ақпарат: Бұл барлық топырақ деректерін бір қолжетімді көзге жинауға мүмкіндік береді, салаға қажетсіз кіру кедергілерін жояды.

2.    Стандартталған деректерді жинау: Ол бүкіл ел бойынша топырақ деректерін жинау үшін стандартталған, қатаң әдістемелерді қолдануды қамтамасыз етеді.

3.    Негізделген шешімдер қабылдау: Бұл саясаткерлерге, фермерлерге және ғалымдарға қолжетімді ақпараттың сапасын едәуір арттырады.

4.    Жетілдірілген топырақ картографиясы: Ол қазіргі жасанды интеллекттің ағымдағы модельдері жасайтын жалпылау мен белгісіздік қаупін азайта отырып, жоғары егжей-тегжейлі жасанды интеллект модельдерін пайдалана отырып, топырақ қасиеттерінің дәлірек және егжей-тегжейлі карталарын жасауға мүмкіндік береді.

ҚОРЫТЫНДЫ

Қазақстан үшін уақыт қатарлары бар топырақтар туралы жан-жақты ұлттық деректер қорын әзірлеу елеулі әлеуетті пайда ұсынатын шұғыл қажеттілік болып табылады. Ол тұрақты ауылшаруашылық тәжірибелеріне, негізделген саясатты әзірлеуге және ғылыми зерттеулерге айтарлықтай үлес қосады, сонымен бірге қазіргі тәжірибеге байланысты тәуекелдерді азайтады және ауыл шаруашылығы секторының дамуына айтарлықтай үлес қосады.