CC BY
5УДК [553.97:504.7](470.1/.2)
Шахматов К. Л.
Шахматов Кирилл Леонидович, доцент, к. т. н., Тверской государственный технический университет, Тверь, Академическая, 12, krl81@list.ru
Орлов Т.В.
Орлов Тимофей Владимирович, ведущий научный сотрудник, к. г.-мин. н., Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН), Москва, Уланский пер., 13, tim.orlov@gmail.com
Суворов Г.Г.
Суворов Геннадий Геннадьевич, старший научный сотрудник, к. б. н., Институт лесоведения РАН, Московская область, с. Успенское, ул. Советская, 21, suvorovg@gmail.com
Чередниченко О.В.
Чередниченко Оксана Владимировна, старший научный сотрудник, к. б. н., Институт лесоведения РАН, Московская область, с. Успенское, ул. Советская, 21, gentiana07@yandex.ru
Фурса Ю.В.
Фурса Юрий Владимирович, генеральный директор ООО «Центр технологий устойчивого развития», Москва, ул. Авиамоторная, д. 50, стр. 2, офис 433, пом. 29/2, yury.fursa@csdt.ru
Моченов С.Ю.
Моченов Семен Юрьевич, младший научный сотрудник, Институт проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН, Москва, Ленинский проспект, 33, semenum7@gmail.com
Архипова М.В.
Архипова Мария Владимировна, старший научный сотрудник, к. г. н., Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН), Москва, Уланский пер., 13
Бондарь В.В.
Бондарь Валентина Владимировна, инженер, Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН), Москва, Уланский пер., 13
Бахтина И.С.
Бахтина Ирина Сергеевна, директор по устойчивому развитию, ОК «РУСАЛ», Москва, ул. Василисы Кожиной, 1
Shakhmatov K.L.
Shakhmatov Kirill L., Associate Professor, PhD, Tver state technical university, Tver, Akademicheskaya, 12, krl81@list.ru
Orlov T.V.
Orlov Timofey V., leading researcher, Candidate of Geo-logo-Mineralogical Sciences, Sergeev Institute of Environmental Geosciences of Russian Academy of Sciences, Moscow, Ulansky lane, 13, tim.orlov@gmail.com
Suvorov G.G.
Suvorov Gennady G., senior researcher, Candidate of Biological Sciences, Institute of Forest Science of Russian Academy of Sciences (IFS RAS), Moscow region, Uspenskoe v., st. Sovetskaya, 21, suvorovg@gmail.com
Cherednichenko O.V.
Cherednichenko Oxana V., senior researcher, Candidate of Biological Sciences, Institute of Forest Science of Russian Academy of Sciences (IFS RAS), Moscow region, Uspenskoe v., st. Sovetskaya, 21, gentiana07@yandex.ru
Fyrsa Y.V.
Fyrsa Yuriy V., general Director, Centre of Sustainable Development, Moscow, st. Aviamotornaya, 50, b. 2, off. 433, r. 29/2, yury.fursa@csdt.ru
Mochenov S.Y.
Mochenov Semen Y., Junior researcher, A.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution of the Russian Academy of Sciences (IEE RAS), Moscow, Leninsky Prospekt, 33, semenum7@gmail.com
Arhipova M.V.
Arhipova Maria V., senior researcher, Candidate of Geographic Sciences, Sergeev Institute of Environmental Geosciences of Russian Academy of Sciences, Moscow, Ulansky lane, 13
Bondar' V.V.
Bondar' Valentina V., engineer, A.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution of the Russian Academy of Sciences (IEE RAS), Moscow, Ulansky lane, 13
Bakhtina I.S.
Bakhtina Irina S., Director of Sustainable Development of UC RUSAL, Moscow, st. Vasilisa Kozhina, 1
Климов Е.В.
Климов Евгений Владимирович, начальник отдела регулирования выбросов парниковых газов АО «РУСАЛ», Москва, ул. Василисы Кожиной, 1, Evgeniy. Klimov3@rusal.com
Гордеева Е.М.
Гордеева Елена Михайловна, к. ю. н., доцент, Вятский государственной университет, г. Киров, ул. Московская, д. 36, консультант по климатическим проектам АО «РУСАЛ», Москва, ул. Василисы Кожиной, 1, еlena.gordeeva2@rusal.com
АПРОБАЦИЯ МЕТОДОВ ПЛОЩАДНОЙ ОЦЕНКИ ЭМИССИИ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ НА ОСУШЕННЫХ ТОРФЯНИКАХ СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ С ПОМОЩЬЮ GEST-ПОДХОДА (НА ПРИМЕРЕ ТОРФЯНИКА ДЕДОВО ПОЛЕ)
Аннотация. В статье рассматривается комплексный подход к оценке выбросов парниковых газов с территорий ранее осушенных торфяных месторождений с помощью косвенных методов, в частности на основе однородных местообитаний, которые могут свидетельствовать об одинаковых уровнях потоков парниковых газов. На первом этапе апробации данного метода была картографирована территория торфяника Дедово поле, каждому однородному классу был присвоен определенный уровень эмиссии согласно опубликованным источникам. На втором этапе были проведены широкомасштабные полевые изыскания, которые включали геоботанические описания, определение остаточной мощности торфа и его основных характеристик, уровня болотных вод и их характеристик, а также непосредственные замеры парниковых газов методом «закрытых камер». Сравнение величин эмиссий по классам GEST, измеренных авторами и полученных из литературы, показало, что для класса GEST № 5 Комплексы открытого или слабозадернованного сильноосушенного торфа (олиготрофного) получено значение 11,5 тСО2-экв га-1 год-1, при этом оценка по литературе составляет 7,5; для GEST № 7 Комплексы открытого или слабозадернованного
Klimov E.V.
Klimov Evgeniy V., Head of the Greenhouse Gas Regulation Department of UC RUSAL, Moscow, st. Vasilisa Kozhina, 1, Evgeniy.Klimov3@rusal.com
Gordeeva E.M.
Gordeeva Elena M., PhD, Associate Professor, Vyatka State University, Kirov, Moskovskaya st., b. 36, Consultant on solutions to climate change of UC RUSAL, Moscow, st. Vasilisa Kozhina, 1, elena.gordeeva2@rusal. com
APPROBATION OF METHODS FOR AREA ASSESSMENT OF GREENHOUSE GAS EMISSIONS ON DRAINED PEATLANDS IN THE NORTHWEST OF RUSSIA USING THE GEST APPROACH (ON THE EXAMPLE OF THE DEDOVO POLE PEATLAND)
Abstract. The article discusses an integrated approach to assessing greenhouse gas emissions from areas of previously drained peat deposits using indirect methods, in particular based on homogeneous habitats, which may indicate similar levels of greenhouse gas flows. At the first stage of testing this method, the territory of the Dedovo Pole peat bog was mapped, each homogeneous class was assigned a certain emission level according to published sources. At the second stage, large-scale field surveys were carried out that included: vegetation plots, determination of the residual thickness of peat and its main characteristics, the level of mire waters and their characteristics, as well as direct measurements of greenhouse gases using the "closed chamber" method. A comparison of emission values by GEST classes, measured by the authors and obtained from the literature, showed that for class GEST No. 5 Bare peat dry (oligotrophia) a value of 11.5 tCO2-eq ha-1 year-1 was obtained, while the estimate from the literature is 7.5; for GEST No. 7 Bare peat wet (oli-gotrophic) - -2.1 and 1.6; for GEST No. 22 Moderately moist forest and shrubberies - 13.4 and 20; for GEST No. 23 Moist forests and shrubberies - 9.5 and 9.4; for GEST No. 20, Open water/ditches - 36.3 and 3; for GEST No. 16 Wet peat moss lawn - -2.6 and -0.3. The only
влажного торфа (олиготрофного) - -2,1 и 1,6; для GEST № 22 Слабоувлажненные лесные травяные, кустарничковые зеленомошные комплексы - 13,4 и 20; для GEST № 23 Среднеувлажненные сосняки кустарничковые сфагновые - 9,5 и 9,4; для GEST №20 Комплексы открытой воды на торфе/каналы -36,3 и 3; для GEST № 16 Пушицевые сфагновые комплексы - -2,6 и -0,3. Единственным существенным отличием по факторам эмиссии, полученным в результате полевых измерений и на основе анализа мирового опыта, является поток парниковых газов по обводненным участкам и каналам. Результаты работы показали высокую сходимость в оценке потоков парниковых газов на основе косвенных методов, что в дальнейшем позволит существенно сократить объемы полевых работ без ущерба в качестве и достоверности итоговых показателей.
significant difference in emission factors obtained as a result of field measurements and based on an analysis of world experience is the flow of greenhouse gases through flooded areas and channels. The results of the work showed high convergence in the assessment of greenhouse gas flows based on indirect methods, which in the future will significantly reduce the volume of field work without compromising the quality and reliability of the final indicators.
Ключевые слова: торф, торфяные месторождения, парниковые газы, GEST-подход, картографирование торфяников.
Keywords: peat, peat deposits, green houses gases, GEST-approach, peatlands mapping.
Введение
Проблема достоверной оценки потоков парниковых газов (ПГ) становится все более актуальной. Это связано с осознанием глобального изменения климата, и в первую очередь за счет антропогенных факторов. В этой связи необходимо разработать эффективные методы для максимально точного определения уровня ПГ, причем на значительных по площади территориях, которыми обладает РФ. В первую очередь интерес представляют такие территории, как леса, сельскохозяйственные угодья, а также водно-болотные угодья (ВБУ). При этом ВБУ и в частности торфяные болота, по многим оценкам, содержат в несколько раз больше углерода, чем все леса и почвы. И именно этот факт делает их наиболее интересными и актуальными для изучения и эффективного управления. Более того, торфяные болота в своем природном состоянии являются эффективными накопителями углерода, а при их антропогенном использовании для сельского хозяйства, выращивания леса и добычи торфа, наоборот, - источниками ПГ. Вопросу эффективного управления этими территориями, в том числе с помощью их вторичного обводнения, уделяется все большее внимание во всем мире, а за последние 10 лет количество научных работ увеличилось в несколько раз. Россия обладает огромными территориями торфяных болот, примерно 35% от площади всех болот на нашей планете. При этом значительная часть из них была нарушена для целей с/х, лесного хозяйства и добычи торфа. Сейчас эти территории брошены
и являются значительными источниками ПГ, и более того, пожароопасными территориями.
С другой стороны, в последнее время развивается мировой рынок углеродных единиц. В России в последние два года этот процесс развивается очень стремительно - принят ряд основополагающих законов, создана инфраструктура для нового рынка, разработаны ключевые методологии. Этот процесс в настоящее время привлекает крупный бизнес, который может способствовать восстановлению торфяников и снижению выбросов ПГ. Таким образом, разработанные методы оценки выбросов ПГ дадут интенсивный толчок для дальнейшего развития этого рынка, а также будут способствовать объективной и точной оценке уровня потоков ПГ для определения на национальном уровне вклада (ОНУВ) в снижение выбросов парниковых газов.
За последние 300 лет произошли губительные изменения в общей площади ВБУ на нашей планете, ключевой частью которых и являются торфяные болота. Так, согласно [1], общая площадь ВБУ за этот интервал времени сократилась на 21% (16-23%). При этом торфяные болота хранят около 30% от всего почвенного углерода, который составляет, по современным оценкам, более 600 Гт [2, 3].
Торфяные болота накапливают углерод благодаря превышению его накопления в торфе над выделением в виде СО2 и СН4. Это происходит вследствие того, что в неосушенном слое торфяной залежи создаются анаэробные условия и таким образом замедляются процессы
разложения остатков растений и формируется гумус торфа [4].
При оценке взаимодействия торфяных болот с окружающей средой (атмосферным воздухом) необходимо понимать, что торфяники выделяют и поглощают ПГ. Этот процесс можно сравнить с газовым «дыханием» болот. Происходит постоянный газообмен. Для оценки такого обмена вводится понятие баланса ПГ и чистого потока (NEE нетто-экосистемный обмен, или иначе чистый обмен СО2, между экосистемой и атмосферой, чистый обмен экосистемы диоксидом углерода, чистый экосистемный обмен).
Тем не менее при различных методах оценки баланса ПГ от торфяных болот, при всем их многообразии и сложности такого «дыхания», большинство исследований сводятся к общему выводу о том, что торфяные болота являются глобальными поглотителями ПГ [5]. И вместе с тем существуют опасения, что активное антропогенное нарушение торфяных болот может способствовать изменению такого баланса и превратить торфяники в значительные источники ПГ [6]. Главным образом антропогенное влияние здесь проявляется в осушении торфяников, что и приводит к созданию аэробных условий, и следовательно, интенсивному разложению торфа и высвобождению в атмосферу накопленного углерода.
Эффективным методом снижения такого явления является вторичное обводнение, которое по своей сути имеет значительное количество положительных сторон. В целом опыт снижения эмиссии ПГ за счет обводнения торфяников в разных прирородно-климатических зонах подтверждается многими работами, например Калифорния с эмиссии 12,5 тСО2-экв./га-г до поглощения 14,55 тСО2-экв./га-г [7]. В Индонезии установлены средние эмиссии углерода 4,5 тСО2-экв./га-г [8], в бореальной зоне от 5,9 и 12,9 тСО2-экв./га-г в различных комплексах [9]. Показано, что при отрицательном водном балансе верховое болото становится источником СО2 для атмосферы [10, 11].
Приводятся цифры для умеренных широт в 16,1 ± 5,5 тСО2-экв./га-г, 61,2 ± 38,5 тСО2-экв./ га-г для тропических торфяников [12, 13].
Существуют опасения, что положительные последствия вторичного обводнения в виде снижение выбросов СО2 компенсируются отрицательными последствиями в виде увеличения высвобождения в атмосферу СН4. Однако было доказано, что итоговый баланс все же имеет перевес в положительную сторону, т. е.
значения сокращения выбросов СО2 выше, чем увеличение потоков СН4 [14-16].
При этом существует явный недостаток измерения динамики потоков ПГ с торфяников после их вторичного обводнения в умеренной зоне [17, 18]. Одним из немногочисленных примеров исследований по вопросам выбросов ПГ с осушенных торфяных месторождений являются работы, реализованные в рамках проекта «LifePeat Restore», в основном на торфяниках Прибалтики и Польши [19].
Для болот России, имеющих свою явную специфику в истории нарушений и последующего использования, такие измерения единичны.
Таким образом, следует констатировать несколько важных моментов на основе проанализированных публикаций: 1) возрастающий интерес к вопросу вторичного обводнения торфяников в мире; 2) значительное развитие методов оценки ПГ с торфяников и их отдельных частей; 3) сходимость общих результатов в оценке уровней ПГ в разных регионах планеты и климатических зонах с обоснованной вариативностью; 4) возрастающую потребность развития исследований в России.
Целью настоящей работы является реализация комплекса научно-практических работ для верификации камеральных методов для определения уровней эмиссии парниковых газов с территорий осушенных ранее торфяников Северо-Запада России на основе использования косвенных факторов, и в первую очередь таких как растительность, остаточная мощность торфа, уровень болотных вод.
Характеристика объекта
Торфяное месторождение (т/м) Дедово поле расположено на границе Ленинградской и Вологодской областей в Чагодощенском районе Вологодской области. Оно является типичным торфяником для условий северо-запада Российской Федерации, и в том числе для условий Ленинградской области, по следующим соображениям.
1. Это верховое болото с торфом малой и средней степени разложения, имеющее преимущественное озерное образование, характерное для болот северо-запада Российской Федерации, в т. ч. Ленинградской области.
2. Площадь осушенной части составляет 4500 га, что является средним значением, и на такой площади характерно формирование всего типичного набора природно-территориальных комплексов.
3. Хозяйственное использование торфяника типично для всех подобного рода торфяных месторождений: начало добычи торфа относится к 20-30-м гг. ХХ в., первый способ добычи торфа - машиноформовочный. Начиная с 50-х гг. ХХ в. торф начали добывать фрезерным способом на всей территории освоенной части торфяника. После 90-х гг. XX в. большая часть территории не использовалась, добыча сохранялась фрагментарно на отдельных картах.
Материалы и методы
Описание GEST-подхода Модель ГЕСТ (GEST, Greenhouse Gas Emission Site Type) была разработана ведущими европейскими учеными [27, 28]. В соответствии с этой моделью растительность индицирует однородный природно-территориальный комплекс, который, в свою очередь, отвечает однородному состоянию всех факторов, определяющих эмиссию ПГ. Растительность является наиболее подходящим индикатором потоков парниковых газов [27] по следующим причинам:
• растительность - хороший индикатор глубины залегания грунтовых вод и их долгосрочных колебаний, которая, в свою очередь, сильно коррелирует с потоками ПГ;
• на нее воздействуют другие факторы местообитания, которые определяют объем выбросов ПГ от торфяников: наличие питательных веществ, реакция почвы (кислотность) и землепользование (история);
• сама растительность прямо или косвенно ответственна за преобладающую часть выбросов ПГ, т. к. она регулирует обмен CO2, поставляя органические вещества (включая корневые выделения) для образования CO2 и CH4, уменьшает влажность торфа и обеспечивает альтернативные пути повышения эмиссии метана через аэренхиму («шунтирующие виды»).
Полевые методы описания растительности, воды и торфа
Геоботанические описания проведены по классическим методикам [20], модифицированным под задачи современного болотоведения, в том числе выделение функционально значимых единиц для определения углеродного баланса. Методика основана на иерархии единиц болотных ландшафтов, разработанной В.В. Мазингом [21] и дополненной другими болотоведами [22, 23]. Сначала были сделаны
геоботанические очерки 5 характерных для этого торфяника классов GEST. Далее для этих классов были определены ключевые участки, для которых были выполнены подробные геоботанические описания на круговых площадках диаметром 20 м. Для учета мозаичности в пределах ключевых участков определены и описаны основные типы микроценозов. Помимо геоботанических описаний в выделенных ключевых участках были проведены измерения уровня болотных вод (УБВ), остаточной мощности торфа и эмиссии парниковых газов.
Измерение потоков СО2 и СН4
Потоки СО2 и СН4 измерялись в течение трех дней 22-24 августа 2023 года в круглосуточном режиме. На всех пяти классах GEST были выполнены утренние (7:00-12:00), дневные (12:00-18:00) и ночные (21:00-00:00) измерения потоков парниковых газов (ППГ). Из-за удаленности точек измерения в сухом и влажном сосняке утренние измерения на них были смещены на более позднее время.
Для измерения ППГ использовались статические камеры квадратного сечения с площадью основания 0,49 м2, высотой 25 и 50 см, объемом 119 и 206 л соответственно. Низкая камера (h = 25 см) использовалась на открытом торфе, высокая (h = 50 см) - на остальных объектах с растительностью. Использовались металлические основания (70 х 70 см) из нержавеющей стали с гидрозатвором из отстоянной водопроводной воды, врезаемые в торф на 5-10 см. Глубина их врезки измерялась рулеткой и учитывалась для конечного расчета объема камер. При установке оснований растительность внутри них оставалась в естественном состоянии. Камеры были изготовлены из прозрачного оргстекла со светопропускной способностью для фотосинтетически активной радиации « 93%, оснащались вентиляторами и съемными светоотражающими чехлами. Измерения прозрачной камерой соответствовали измерению чистого экосистемного обмена напочвенного покрова (NEE). NEE отражает разность двух противоположно направленных процессов - ассимиляции СО2 экосистемой напочвенного покрова из атмосферы (в результате фотосинтеза) и процесса выделения СО2 экосистемой напочвенного покрова в атмосферу (в результате ее дыхания). Отрицательные значения NEE соответствуют ассимиляции СО2 экосистемой из атмосферы, положительные - его выделению в атмосферу. Измерения камерой с чехлом соответствовали
измерению экосистемного дыхания напочвенного покрова (Reco - Ecosystem respiration).
Для измерения потоков с открытой воды картового канала использовались плавающие камеры круглого сечения с площадью основания 0,09 м2 и объемом 12 л. При измерениях потоков с водной поверхности вентиляторы внутри камеры не использовались для избежания эффекта «выдувания газа» из воды.
Изменение концентрации СО2 и CH4 в камере измерялось портативным газоанализатором LI-7810 (Li-Cor, США) подключаемым к камере по замкнутой схеме. Точность прибора для СО2 - 3500 млрд-1, для CH4 - 0,6 млрд-1. Частота измерений - 1 раз в секунду, экспозиция камеры - 3 мин, первые 60 с из которых не учитывались при расчете величины потока (т. н. deadband). Величина потока ПГ в камере рассчитывалась методом наименьших квадратов, исходя из допущения о его линейности в течение экспозиции. При измерении плавающими камерами концентрация газа измерялась внутри камер сразу после установки на воду и спустя 15 минут, таким образом определялся общий поток СО2 и СН4 из воды, обусловленный как диффузионным, так и пузырьковым переносом.
При расчете среднесуточного потока было принято допущение, что он характеризуется как среднее арифметическое утреннего, дневного и ночного потока в прозрачной камере. Результаты измерений ППГ камерами с чехлом в данной работе не анализируются.
Температура почвы измерялась термометром HI98509 Checktemp 1 (Hanna Instruments, США) на глубине 10 см рядом с каждым основанием во время замеров ППГ. Фотосинтетически активная радиация, температура и влажность воздуха определялась сенсором Minikin QTH (EMS Brno, Чехия) 1 раз в минуту в течение всего времени выполнения полевых измерений.
Расчет факторов эмиссии
При расчете факторов эмиссии были сделаны следующие допущения: • гидротермические условия периода измерений парниковых газов на объекте Дедово поле (22-24 августа 2023 г.) в целом характерны для вегетационного периода данного региона и характеризуют его многолетнюю климатическую норму;
• изменение потоков СО2 и СН4 в течение вегетационного периода, обусловленное изменением растительного покрова, длины светового дня, температуры почвы и уровня грунтовых вод, отсутствует;
• продолжительность вегетационного периода в районе исследования 130 дней, остальные 235 дней относятся к зимнему периоду, с нулевыми потоками;
• потоки закиси азота (N2O) для данного типа объекта пренебрежимо малы, и их вклад не учитывается;
• среднесуточный поток ПГ можно рассчитать как среднее арифметическое утреннего, дневного и ночного потока. Коэффициенты эмиссии для естественного болота были получены при допущении, что ночное дыхание в три раза ниже дневного, продолжительность ночи и дня - 7 и 17 ч соответственно, кочки занимают 30% поверхности рельефа, мочажины - 70%.
Среднесуточный поток парникового газа с одного типа поверхности (класса GEST) рассчитывался как среднее арифметическое среднесуточных потоков, измеренных на основных типах растительности данного класса GEST (осока, плаун, береза и т. д.). В свою очередь, среднесуточный поток для типа растительности рассчитывался как среднее арифметическое утреннего, дневного и ночного потока (NEE в случае СО2). Для пересчета потока СН4 в СО2-эквиваленты использовался потенциал глобального потепления метана, равный 28 [29]. Для канала рассчитывалась медиана потоков за все три дня наблюдений (n = 15), т. к. выраженного суточного хода эмиссии СО2 и СН4 выявлено не было.
Методы обработки снимков, картографирования
Для картографирования был использован подход полуавтоматической классификации мультиспектрального разносезонного космического снимка среднего разрешения (Sentinel 2).
Картографирование велось в несколько этапов.
1. На основании зимнего снимка отделялись области с различным лесным покровом или подростом.
2. На основании летнего снимка и применения индексов NDWI1, NDVI2 отделялись области
1 Normalized Difference Water Index.
2 Normalized Difference Vegetation Index.
открытого торфа, воды и комплексов, занятых травяной растительностью.
3. Зоны с травяной растительностью разделялись на более сухие луга и обводненные сообщества (тростник, осока).
4. Результаты экспертно верифицировались по снимку сверхвысокого разрешения.
Результаты
На исследованной территории были выделены 5 преобладающих классов GEST. • GEST № 5 «Комплексы открытого или слабо задернованного сильно осушенного торфа (верхового)» (рис. 1, а). Этот класс характерен для сильно осушенных фрезерных полей разного возраста с остаточной мощностью торфа 1-2 м. На участках, где торфодобыча прекратилась 10-15 лет назад, преобладает открытый
торф, на более старых - березово-моховые группировки из подроста берез белой и повислой и политрихума можжевельниковид-ного. Из сосудистых растений наибольшим участием характеризуется пушица влагалищная, ее проективное покрытие может достигать 50%.
• GEST № 20 «Комплексы открытой воды на торфе/каналы» (рис. 1, б).
Открытая вода встречается в осушительных каналах, глубина каналов достигает 1,5 м. С краев каналов и на мелководьях поселяются пушицы влагалищная и узколистная, а также осока вздутая, могут поселяться погруженные растения - пузырчатка обыкновенная и сфагновые мхи.
• GEST № 7 «Комплексы открытого или слабо задернованного влажного торфа (верхового)» (рис. 2, а).
Рис. 1. а - GEST № 5 «Комплексы открытого или слабо задернованного сильно осушенного торфа (верхового); б - GEST № 20 «Комплексы открытой воды на торфе/каналы»
Fig. 1. a - GEST No. 5 Bare peat dry (oligotrophia); b - GEST No. 20 Open water/ditches
Рис. 2. а - GEST № 7 «Комплексы открытого или слабо задернованного влажного торфа (верхового)»; б - GEST № 22 «Среднеувлажненные лесные травяные, кустарничковые зеленомошные комплексы»
Fig. 2. a - GEST No. 7 Bare peat wet (oligotrophia); b - GEST No. 22 Moderately moist forest and shrubberies
Этот класс GEST объединяет заброшенные фрезерные поля в более влажных условиях по сравнению с классом GEST № 5. На влажных участках развиваются кочкарники из пушицы влагалищной, а также узколистно-пушицевые и вздуто-осоковые группировки. В значительном числе встречается подрост берез белой и повислой и сосны. Моховой ярус слабо развит и представлен одним видом мхов (Polytrichum juniperinum).
• GEST № 22 «Среднеувлажненные лесные травяные, кустарничковые зеленомошные комплексы» (рис. 2, б).
Для местообитаний этого класса характерна значительная мощность торфа - 3,5-4 м. Здесь было проведено осушение ориентировочно в 30-40-е годы, но торфодобыча не велась. Микрорельеф слабо выражен, в некоторых случаях представлен приствольными повышениями, моховыми кочками и межкочьями. Древостой сформирован сосной с примесью березы. Сомкнутость крон составляет 30-40%, высота яруса - до 13 м. В травяно-кустарничковом ярусе насчитывается 22 вида сосудистых растений -болотных, лесоболотных и лесных. Мохово-ли-шайниковый ярус хорошо развит, его общее проективное покрытие составляет 50-70%. В моховом покрове преобладают лесные виды зеленых мхов.
• GEST № 23 «Среднеувлажненные сосняки кустарничковые сфагновые» (рис. 3). Этот класс объединяет местообитания, где
болотная растительность восстановилась в значительной степени, в том числе присут-
Рис. 3. Среднеувлажненные сосняки кустарничковые сфагновые
Fig. 3. Medium-watered forests and shrubberies
ствует сфагновый покров, присутствуют типичные виды верховых болот. Можно выделить такие микроформы, как высокие гряды (40 см высотой), низкие гряды (20 см), мочажины и обводненные мочажины. Древостой (болотные формы сосны, сомкнутость 30%, высота 6 м) приурочен преимущественно к высоким грядам.
Измерения эмиссий
В результате выполненной полевой компании был измерен 101 поток СО2 и такое же количество потоков СН4. На основе полученных данных были рассчитаны среднесуточные потоки (г м-2 сут-1) и факторы эмиссии (тСО2-экв./га-г), представленные в табл. 1.
Таблица 1. Факторы эмиссии для исследованных классов GEST и промежуточные расчетные значения Table 1. Emission factors for the studied GEST classes and intermediate calculated values
Класс GEST Газ гСО2 м-2 сут-1 гСО2-экв м-2 сут-1 тСО2-экв./га-г тСО2-экв./га-г тСО2-экв./га-г
5 СО2 5,8 7,6 8,2
СН4 0,5 0,6
7 СО2 -8,3 -10,8 -1,1
СН4 7,4 9,7
22 СО2 10,3 13,4 13,4
СН4 -0,03 -0,04
23 СО2 3,8 5,0 10,1
СН4 3,9 5,1
20 СО2 2,0 2,5 40,3
СН4 29,1 37,8
Естеств. болото (кочка) СО2 3,6 4,7 -2,3*
СН4 5,0 6,5
Естеств. болото (мочажина) СО2 -6,7 -8,7
СН4 0,4 0,6
Полученные факторы эмиссии (ФЭ) логично согласуются между собой. Открытый торф имеет больший ФЭ, чем зарастающая добыча торфа. На зарастающем торфе на порядок увеличивается эмиссия метана, но она компенсируется снижением потока СО2. Полученный ФЭ для открытого торфа не учитывает вклад каналов, которые занимают всего 6% площади объекта, но имеют свой значительный ФЭ, в нашем случае 40,3 тСО2-экв./га-г. Следовательно, при сложении ФЭ открытого торфа и канала пропорционально доли их площадей на осушенном торфянике - 94% и 6% соответственно - ФЭ для всего данного объекта составляет 10,2 тСО2-экв./га-г, что согласуется с данными, приведенными в Пятом оценочном докладе МГЭИК [24] и оценивающими ФЭ для этого типа объектов 10,8 тСО2-экв./га-г с учетом вклада каналов.
Сухой сосняк имеет ФЭ 13,4 тСО2-экв./га-г, что сопоставимо с открытым торфом при учете, что измерения камерами не учитывают ассимиляцию СО2 кронами деревьев. Поэтому можно утверждать, что полученные оценки для обоих сосняков сдвинуты в сторону потерь углерода экосистемой, т. к. не включают значительную часть ассимиляционной компоненты. Полученные коэффициенты для двух классов сосняков также логичны: сухой сосняк выделяет СО2-эквивалентов больше, чем влажный. Эмиссия метана во влажном сосняке на два порядка больше, чем в сухом, но она компенсируется снижением потока СО2.
На основании выполненных однократных измерений и сделанных допущений ФЭ для естественного болота составляет -2,3 тСО2-экв./га-г, таким образом, болото является поглотителем углерода из атмосферы, несмотря на значительные потоки СН4. Необходимо отметить, что измерения на болоте были выполнены в пасмурную дождливую погоду, что сместило полученные оценки в сторону дыхания - снижения потребления углерода из атмосферы: более продолжительные исследования с охватом всех условий освещенности в теории должны дать большую ассимиляцию углерода данным классом GEST.
Обсуждение
Сравнение величин эмиссий по классам GEST, измеренных авторами и полученных из литературы, показывает следующее.
Для класса GEST № 4 Комплексы открытого или слабозадернованного сильноосушен-
ного торфа (верхового) получены значения 10,2 тСО2-экв./га-г, при этом оценка по литературе составляет 7,5; для GEST № 7 Комплексы открытого или слабозадернованного влажного торфа (олиготрофного) - -1,1 и 1,6; для GEST № 22 Слабоувлажненные лесные травяные, кустарничковые зеленомошные комплексы - 13,4 и 20; для GEST № 23 Средне-увлажненные сосняки кустарничковые сфагновые - 10,1 и 9,4; для GEST № 20 Комплексы открытой воды на торфе/каналы - 40,3 и 3; для GEST № 16 Пушицевые сфагновые комплексы - -2,3 и -0,3.
Таким образом, можно сказать, что фактические замеры подтвердили предшествующие измерения [25, 26] и полученные результаты, а также они показали соответствие фактических потоков парниковых газов данным, полученным другими исследователями в других регионах, и в первую очередь с данными, приведенными в Пятом оценочном докладе МГЭИК [29].
Единственным существенным отличием по факторам эмиссии, полученным в результате полевых измерений и на основе анализа мирового опыта, является поток парниковых газов по обводненным участкам и каналам. Надо сказать, что до недавнего времени в практике оценки объемов эмиссии данные по водным объектам на торфе отсутствовали. Так, в частности, в [26] данные по эмиссии по водным объектам на торфе имеют ссылку на устаревшую статью, и в современных данных на них отмечено «No data». Только в последнее время начинают появляться данные о значительной эмиссии метана с водных объектов на торфе, что и подтверждается нашими измерениями.
Величины расхождений по остальным классам GEST остаются в пределах допустимых значений.
Таким образом, в результате проведения полевых измерений всех основных факторов, влияющих на объемы эмиссии парниковых газов, большинство предположений были подтверждены. Это позволяет считать в целом значения, полученные в результате проведения экспресс-метода картографирования осушенных торфяников, справедливыми.
Выводы
В результате реализации комплекса научных работ, проведенных в рамках апробации методов для условий т/м Дедово поле, был выполнен широкий спектр научных исследо-
ваний. В частности, были выполнены следующие работы.
1. Предварительно была составлена карта однотипных мест обитаний.
2. Было показано, что наибольшие площади занимают классы GEST: № 5 Комплексы открытого или слабо задернованного сильно осушенного торфа (верхового), № 7 Комплексы открытого или слабо задернованного влажного торфа (верхового), № 20 Комплексы открытой воды на торфе/каналы, среднеувлажненные лесные травяные, № 22 Кустарничковые зеленомошные комплексы, № 23 Среднеувлажненные сосняки кустарничковые сфагновые.
3. Проведены геоботанические описания во всех однородных классах поверхности, а также подробные геоботанические описания на каждом ключевом участке.
4. Для каждого класса поверхности проведены детальные исследования характеристик торфа и воды, включая уровень болотных вод за весь период проведения исследований.
5. Были проведены фактические замеры выбросов парниковых газов в каждом классе поверхности, которые показали следующие значения: для GEST № 5 - 8,2, для № 7 -«-1,1», для № 22 - 13,4, для № 23 - 10,1, № 20 - 40,3 тСО2-экв./га-г соответственно.
6. В завершение были проанализированы ряды изменений в сукцессионных процессах однородных классов поверхности и произведен расчет общего сокращения потоков парниковых газов в случае эффективной реализации Климатического проекта в условиях торфяного месторождения Дедово поле Вологодской области.
Таким образом, это первый и единственный проект в Российской Федерации, реализованный для подготовки к реализации Климатического проекта. Данные работы соответствуют Методологии реализации Климатических проектов СРМ № 0016 (ИГКЭ).
Библиографический список
1. Fluet-Chouinard E., Stocker B.D., Zhang Z. et al. Extensive global wetland loss over the past three centuries // Nature. - 2023. -Vol. 614. - № 7947. - P. 281-286. https://doi. org/10.1038/s41586-022-05572-6
2. Leifeld J., Menichetti L. The underappreciated potential of peatlands in global climate change mitigation strategies // Nat. Com-
mun. - 2018. - № 9. - P. 1071. https://doi. org/10.1038/s41467-018-03406-6
3. Yu Z., Loisel J., Brosseau D.P. et al. Global pea-tland dynamics since the Last Glacial Maximum // Geophysical research letters. -2010. - Vol. 37. - L13402. https://doi. org/10.1029/2010GL043584
4. Limpens J., Berendse F., Blodau C. et al. Peatlands and the carbon cycle: from local processes to global implications - a synthesis // Bio-geosciences. - 2008. - Vol. 5. - P. 1475-1491. https://doi.org/10.5194/bg-5-1475-2008
5. Kayranli B., Scholz M., Mustafa A. et al. Carbon Storage and Fluxes within Freshwater Wetlands: a Critical Review // Wetlands. -2010. - Vol. 30. - P. 111-124. https://doi. org/10.1007/s13157-009-0003-4
6. Ise T., Dunn A., Wofsy S. et al. High sensitivity of peat decomposition to climate change through water-table feedback // Nature Geo-sci. - 2008. - Vol. 1. - P. 763-766. https://doi. org/10.1038/ngeo331
7. Knox S.H., Sturtevant C., MatthesJ.H. et al. Agricultural peatland restoration: effects of land-use change on greenhouse gas (CO2 and CH4) fluxes in the Sacramento-San Joaquin Delta // Glob Change Biol. - 2015. - Vol. 21. - P. 750765. https://doi.org/10.1111/gcb.12745
8. Hooijer A.S., Page P., Navratil R. et al. Carbon emissions from drained and degraded pea-tland in Indonesia and emission factors for measurement, reporting and verification (MRV) of peatland greenhouse gas emissions -a summary of KFCP research results for practitioners. IAFCP. - Jakarta, Indonesia, 2014. https://www.researchgate.net/profile/Ro-nald-Vernimmen-2/publication/323616904_ Carbon_emissions_from_drained_and_degra-ded_peatland_in_Indonesia_and_emission_fac-tors_for_measurement_reporting_and_verifi-cation_MRV_of_peatland_greenhouse_gas_ emissions_-_a_summary_of_KFCP_research_r/ links/5d003efd4585157d15a4278a/ Carbon-emissions-from-drained-and-degra-ded-peatland-in-Indonesia-and-emission-factors-for-measurement-reporting-and-ve-rification-MRV-of-peatland-greenhouse-gas-emissions-a-summary-of-KFCP-research.pdf
9. Вомперский С.Э., Ковалев А.Г., Глухова Т.В., Смагина М.В. Эмиссия диоксида углерода и метана с поверхности почв лесных и болотных экосистем разной увлажненности в подзоне южной тайги и Европейской территории России // Национальная
конференция с международным участием «Эмиссия и сток парниковых газов на территории северной Евразии», 20-24 ноября, 2000: Тезисы докладов. - Пущино, 2000. -С. 83.
10. Arneth A., Veenendaal E.M., Best C. et al. Water use strategies and ecosystem-atmosphere exchange of CO2 in two highly seasonal environments // Biogeosciences. - 2006. - Vol. 3. -No. 4. - P. 421-437. https://doi.org/10.5194/ bg-3-421-2006
11. Выгодская Н.Н., Курбатова Ю.А., Варла-гин А.В. и др. Потоки СО2 между атмосферой и бореальными экосистемами южной европейской тайги // Вторая Международная конференция «Эмиссия и сток парниковых газов на территории северной Евразии», 16-20 июня 2003: Тезисы докладов. - Пу-щино, 2003. - С. 29-30.
12. Leifeld J., Wüst-Galley C. & Page S. Intact and managed peatland soils as a source and sink of GHGs from 1850 to 2100 // Nat. Clim. Chang. - 2019. - Vol. 9. - P. 945-947. https:// doi.org/10.1038/s41558-019-0615-5
13. IPCC Climate Change 2014: Synthesis Report (eds Core Writing Team, Pachauri R.K. & Meyer L.A.) (IPCC, 2014). https://www.ipcc.ch/ report/ar5/syr/
14. Günther A., Barthelmes A., Huth V. et al. Prompt rewetting of drained peatlands reduces climate warming despite methane emissions // Nat. Commun. - 2020 Apr 2. - Vol. 11 (1). -P. 1644. https://doi.org/10.1038/s41467-020-15499-z
15. Nugent K.A., Strachan I.B., Roulet N.T. et al. Prompt active restoration of pea-tlands substantially reduces climate impact // Environmental Research Letters. - 2019. - Vol. 14 (12). - P. 124030. DOI 10.1088/1748-9326/ab56e6
16. Evans C.D., Peacock M., Baird A.J. et al. Overriding water table control on managed pea-tland greenhouse gas emissions // Nature. -2021. - Vol. 593. - P. 548-552. https://doi. org/10.1038/s41586-021-03523-1
17. Nugent K.A., Strachan I.B., Strack M. et al. Multi-year net ecosystem carbon balance of a restored peatland reveals a return to carbon sink // Glob Change Biol. - 2018. - Vol. 24. - P. 57515768. https://doi.org/10.1111/gcb.14449
18. Wilson D, Farrell C.A., Fallon D. et al. Multi-year greenhouse gas balances at a rewetted temperate peatland // Glob Change Biol. -
2016. - Vol. 22. - P. 4080-4095. https://doi. org/10.1111/gcb.13325
19. https://life-peat-restore.eu/en/
20. Программа и методика биогеоценотических исследований / Отв. ред. Н.В. Дылис. - М.: Наука, 1974. - 404 с.
21. Мазинг В.В. Актуальные проблемы классификации и терминологии в болотоведении // Типы болот СССР и принципы их классификации. - Л.: Наука, 1974. - С. 8.
22. Минаева Т.Ю., Сирин А.А. Биологическое разнообразие болот и изменение климата // Успехи современной биологии. - 2011. -Т. 131. - № 4. - С. 393-406.
23. Minayeva T.Y., Bragg O., Sirin A.A. Towards ecosystem-based restoration of peatland biodiversity // Mires and Peat. - 2017. - Т. 19. -№ 1. - С. 1-36. D0I:10.19189/MaP.2013. 0MB.150
24. IPCC, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. - Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. - 1535 pp.
25. Чистотин М.В., Сирин А.А., ДуловЛ.Е. Сезонная динамика эмиссии углекислого газа и метана при осушении болота в Московской области для добычи торфа и сельскохозяйственного использования // Агрохимия. - 2006. - № 6. - С. 54-62.
26. Jarasius L. et al. Handbook for assessment of greenhouse gas emissions from peatlands. Applications of direct and indirect methods by LIFE Peat Restore // Lithuanian Fund for Nature. - Vilnius, 2022. - 201 p.
27. Couwenberg J., Thiele A., Tanneberger F. et al. Assessing greenhouse gas emissions from pea-tlands using vegetation as a proxy // Hydro-biologia. - 2011. - Vol. 674. - 67-89 c.
28. Швиль Ш., Хаберль А., Штраус А. Выбросы парниковых газов из болот. Методика оценки климатической значимости на примере болота Целау. - Грейфсвальд, 2010. - 20 с.
29. IPCC/TEAP, 2005: Special Report on Safeguarding the Ozone Layer and the Global Climate System: Issues Related to Hydrofluorocarbons and Perfluorocarbons [Metz B. et al. (eds.)]. -Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. - 488 pp.
