Гранты научных фондов

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер:  23-27-00253
Название:  Трансформация системы землепользования как инструмент регулирования углеродного баланса аграрного региона
Руководитель:  Красноярова Бэлла Александровна, Доктор географических наук
Организация финансирования, регион:  Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук, Алтайский край
Годы выполнения при поддержке РНФ  2023 - 2024
Конкурс:  Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора:  07 - Науки о Земле, 07-711 - Геоэкология и природопользование
Ключевые слова:  углеродный баланс, углеродный след, агроэкосистемы, система землепользования, карбоновое земледелие, данные ДЗЗ, углеродные калькуляторы
Код ГРНТИ:  87.15.19

Аннотация:
Изучение современных механизмов глобального изменения климата является одним из ключевых условий обеспечения устойчивого социально-экономического развития. Различные инициативы международного сообщества (РКИК ООН, 1992; Киотский протокол, 1997; Парижское соглашение, 2015; IPCC, 1992, 1994, 1996, 2000, 2014, 2019; и др.) определяют и демонстрируют основные направления научных исследований и практических действий в данной области. Однако лишь с 2000-х годов началось детальное изучение влияния землепользования в глобальном масштабе на взаимодействие подстилающей поверхности и атмосферы в отношении потоков парниковых газов и энергии (IPCC, 2000; Climate Change and Land, 2019). Согласно последним данным (IPCC, 2019), вклад землепользования (сельского хозяйства, лесного хозяйства и других видов землепользования – по определению МГЭИК) в глобальную эмиссию парниковых газов очень существенен и составляет 23 %. С другой стороны, землепользование является одновременно и мощным поглотителем СО2. Баланс между этими двумя процессами является ключевым источником неопределенности для оценки будущего стока углерода на суше. Все это указывает на значимость всестороннего и мультимасштабного изучения составляющих углеродного баланса в разных типах экосистем и при разных видах землепользования. С позиций концепции углеродного баланса новое звучание приобретает проблема поиска оптимальной структуры землепользования с учетом сохранения высокоуглеродных экосистем (например, пастбищ) и оптимальной структуры посевных площадей с учетом увеличения посевов под биоэнергетическими культурами (Climate Change and Land, 2019). В России данное научное направление только начинает развиваться. Поэтому необходимость научного обоснования оптимальной пространственной структуры землепользования с позиций обеспечения углеродного баланса определяет актуальность и значимость решения обозначенной проблемы. Основная цель исследования – выяснить влияние различных типов землепользования и сценариев изменения его структуры на сохранение/высвобождение углерода в аграрном регионе и предложить оптимальную / трансформируемую структуру посевных площадей и системы землепользования, в целом, для управления углеродным балансом. Объектом исследования являются агроэкосистемы модельных сельхозпредприятий Алтайского края, одного из ведущих сельскохозяйственных регионов страны. Ключевые районы будут выбраны в степной, лесостепной, предгорной степной и предгорной лесостепной зонах. Это позволит провести оценку потенциала депонирования углерода в разных природно-географических условиях и при разных уровнях сельскохозяйственного освоения. Для решения поставленной задачи будут задействованы современные методы и алгоритмы, среди них: математическая модель RothC для моделирования изменений содержания углерода, углеродные калькуляторы Cool Farm Tool, AgRE-Calc, Farm Carbon Calculator и Ex-Act для расчета углеродного следа сельскохозяйственных предприятий, спутниковые снимки серии Landsat 7, 8 и Sentinel 2 для диагностики структуры землепользования и ее динамики, средства геоинформационного картографирования для создания карта-схем. В итоге это даст возможность получить научные результаты высокого уровня для корректного их сопоставления с аналогичными российскими и международными исследованиями. Научная новизна исследования заключается: 1) в комплексном подходе к оценке депонирующей способности агроэкосистем и углеродного следа от их сельскохозяйственного использования на основе сочетания полевых исследований, математической обработки полученных данных и их верификации с использованием ДЗЗ; 2) сценарном моделировании воздействия изменений системы и структуры землепользования на углеродный баланс аграрного региона; 3) разработке научно-методических рекомендаций по экологоприемлемой структуре сельскохозяйственного землепользования с учетом основных принципов карбонового земледелия для территорий с разными природными условиями и аграрной специализацией.

Ожидаемые результаты:
В результате выполнения проекта мы получим следующие основные результаты: 1) оценку потенциала депонирования углерода агроэкосистемами и углеродного следа от их сельскохозяйственного использования для условий юга Западной Сибири при разных сценариях землепользования, 2) экологоприемлемую модель структуры посевных площадей для повышения продуктивности агроландшафтов и обеспечения углеродного баланса аграрного региона, 3) научно-методические рекомендации по снижению углеродного следа муниципальных районов Алтайского края в зависимости от природных условий и особенностей хозяйственной деятельности. Решение задач, обозначенных в проекте, позволит: 1) внести вклад в развитие научных представлений о процессе формирования карбонового потенциала агроэкосистем, развивающихся в условиях значительного сельскохозяйственного воздействия (на примере Алтайского края), 2) расширить понимание процессов формирования пространственной матрицы структуры землепользования с учетом вклада разных типов земель и сельскохозяйственных культур в углеродный баланс и 3) получить новые знания о возможностях адаптации принципов карбонового земледелия для условий юга Западной Сибири и его масштабирования на другие территории. Данные результаты имеют и прикладное значение и могут внести свой вклад в развитие стратегии биоэкономики – нового для России направления, развивающегося в рамках концепции устойчивого развития и смягчения последствий изменения климата, их можно будет экстраполировать для других территорий со схожими природными условиями.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году:
Оценка углеродного следа сельского хозяйства, понимаемого как общая масса выбросов в атмосферу парниковых газов (CO2, N20, CH4) в процессе сельскохозяйственного производства и выраженная в СО2-эквиваленте, проведена с помощью углеродных калькуляторов – Сool Farm Tool, AgRe-Calc, FarmCarbon и Ex-Act V9.4, а также с использованием Методических рекомендаций Минприроды РФ (Распоряжения Минприроды РФ от 16.04.2015 N 15-р «Об утверждении методических рекомендаций по проведению добровольной инвентаризации объема выбросов парниковых газов в субъектах Российской Федерации»). Объектами исследования выступали 4 модельных предприятия Алтайского края, расположенные в разных природных зонах: КФХ «Тузовский Я.М.» (Заринский район, лесостепная зона), ООО «Агро-Сибирь» (Смоленский район, предгорная степная зона), ИП Дайрабаев М.М. (Бурлинский район, сухостепная зона) и АО «ПЗ Бурлинский» (Бурлинский район, сухостепная зона). Полученные результаты оценок углеродного следа позволяют сделать ряд выводов: 1) в связи с различиями в исходных данных и применяемых расчетных коэффициентов результаты, полученные с использованием разных методик, могут в значительной степени различаться. В связи с этим, данные методики необходимо применять в комплексе; 2) удельный углеродный след для различных культур на модельных предприятиях варьируется в диапазоне от 100 кг до 1 тонны СО2 экв. /га; 3) основными факторами, влияющими на величину углеродного следа растениеводства, выступают: набор выращиваемых культур; способы обращения с растительными остатками; состав, количество и методы внесения удобрений и средств защиты посевов; особенности технологического процесса, в частности – количество полевых операций и парк применяемой техники, определяющие расходы топлива; 4) углеродная нейтральность растениеводства может рассматриваться с двух основных позиций: с позиции нагрузки углеродного следа на 1 гектар пашни, а также с точки зрения углеродной нейтральности собственно продукции (углеродного следа на 1 тонну продукции). При этом, с точки зрения нагрузки углеродного следа на 1 га посевной площади культуры могут быть карбоноемкими и одновременно с точки зрения производства продукция может иметь минимальный вклад в глобальное потепление, что делает возможным снижение углеродного следа сельскохозяйственной продукции за счет интенсификации производства. Углеродный след животноводства оценивался с использованием того же инструментария, который был применен для растениеводства. На всех рассматриваемых предприятиях углеродный след животноводства, в первую очередь, зависит от структуры рациона скота, и имеет потенциал к снижению. Углеродный баланс почвы, который отражает изменение количества углерода, накопленного в углеродном пуле почв пахотных земель, и выражается в тоннах углерода в год, рассчитан по методике Минприроды (Приказ Минприроды РФ от 27 мая 2022 г. N 371). Отрицательный углеродный баланс отмечен для всех видов культур, кроме пшеницы яровой, в сухостепной зоне Алтайского края. Минимальные потери углерода, менее 10 кг С/га, характерны для технических культур, гречихи и гороха, посеянных во всех природных зонах. Прежде всего, это связано с культурой ведения хозяйствования – растительные остатки после уборки запахиваются в почву, выступают в роли удобрений и участвуют в накоплении гумуса. Наибольшими значениями потери углерода характеризуются поля, занятые кормовыми культурами (люцерна, суданская трава, фуражный овес), что связано с изъятием всех растительных остатков при уборке.

 Публикации: