CC BY
145ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПЛОДОРОДИЯ
УДК 551.583:061.1(042.3); 57.045; 631.8; 631.452 D01:10.25680/S19948603.2021.122.01
ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА И УГЛЕРОДНАЯ НЕЙТРАЛЬНОСТЬ: СОВРЕМЕННЫЕ ВЫЗОВЫ ПЕРЕД АГРАРНОЙ НАУКОЙ
В.Г. Сычёв, ак. РАН, А.Н. Налиухин, д.с. "X Я. > ФГБНУВсероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова
127550, ул. Прянишникова, 31а, Москва, Россия E-mail: naliuhin@yandex.ru
Нарушение глобального баланса парниковых газов приводит к увеличению их концентрации в атмосфере, что способствует повышению среднепланетарной температуры. В России скорость роста среднегодовой температуры воздуха за 1976-2017 г. (10 лет) составила 0,46° С, что в 2,5 раза больше, чем на Земном шаре. В 2021 г. концентрация парниковых газов (СО2- СН4, N2Q) в атмосфере достигла максимума за весь период инструментальных наблюдений. Концентрация СОг в приземном слое составила 413 млн -1, СН4 - 1889 млрд'1, N20 - 333,2 млрд'1. Для мониторинга потоков парниковых газов в 2021 г. начали создаваться «карбоновые полигоны», оснащённые современным оборудованием для изучения длительной временной динамики их концентрации. «Карбоновые фермы» призваны повысить углерод-секвестрирующую способность агроценозов и депонирование углерода в состав почвенного органического вещества (гумуса). Показано, что длительные стационарные полевые опыты Географической сети являются уникальными мониторинговыми экспериментами, в которых проводятся сопряжённые исследования изменения продуктивности сельскохозяйственных культур, плодородия почв в условиях изменяющегося климата. Именно в длительных полевых опытах можно разработать математические модели - прогнозы отклика агроценозов на повышение концентрации парниковых газов в атмосфере. Это позволит спроектировать системы удобрения таким образом, чтобы адаптировать технологии возделывания сельскохозяйственных культур к различным климатическим сценариям. Именно поэтому длительным полевым опытам Географической сети необходимо придать особый статус с целью недопущения их закрытия и сохранения, как не имеющих аналогов в мире.
Ключевые слова: изменение климата, парниковые газы, карбоновые полигоны, карбоновые фермы, длительные полевые опыты.
Для цитирования: Сычёв В.Г., Налиухин А.И. Изменение климата и углеродная нейтральность: современные вызовы перед аграрной наукой//Плодородие. - 2021. - №5. - С. 3-7.
DOI: 10.25680/S 19948603.2021.122.01
В последние годы значительно возрос интерес к достижению углеродной нейтральности, снижению эмиссии и повышению депонирования парниковых газов, в первую очередь диоксида углерода. С одной стороны, это связано с усилением скорости роста глобальной температуры на Земле, причём наиболее быстрыми темпами потепление происходит в России, с другой, -вызвано желанием сократить выбросы, чтобы приостановить темпы глобального потепления. Естественно, перед наукой поставлен целый ряд вопросов, которые на сегодняшний день малоизучены и носят междисциплинарный характер.
Цель нашей работы - показать взаимосвязь климата с ростом концентрации парниковых газов и выявить способы повышения углерод-секвестрирующей способности агроценозов, а также с новыми возможностями, открывающимися перед длительными стационарными опытами Географической сети с удобрениями в рамках решения проблемы углеродной нейтральности.
Атмосфера, гидросфера, криосфера (снег, морской и горный лёд, лёд, содержащийся в материковых щитах Гренландии, Антарктиды и полярных островов, вечная мерзлота) и биосфера, находясь во взаимосвязи друг с другом, формируют климат Земли [4]. В настоящее время климат можно определить как совокупность всех погодных условий, наблюдавшихся на данной территории за определённый, достаточно длительный, проме-
жуток времени. Согласно рекомендациям Всемирной метеорологической организации (ВМО), оптимальным считается 30-летний период, за который усредняют данные метеорологических показателей [9, 23].
Температура Земли определяется балансом между солнечной энергией и энергией, поступающей из атмосферы в космос. Следует отметить, что благодаря присутствию в атмосфере газов и аэрозолей происходит поглощение теплового излучения, испускаемого сушей и океаном. Это приводит к природному (не связанному с деятельностью человека) парниковому эффекту, благодаря которому средняя глобальная температура воздуха у земной поверхности равна примерно +14°С. Если бы этого не происходило, то она бы составила -19°С. Основной вклад в природный парниковый эффект вносит водяной пар [7, 23]. Ввиду глобальных масштабов круговорота водяного пара, человечество не может сколько-нибудь существенно повлиять на его баланс. Второе место по влиянию на усиление парникового эффекта занимает С02, третье - СН4, четвёртое - N20 и другие климатически активные газы.
Доля диоксида углерода во влиянии на потепление составляет 66%. Основная причина увеличения концентрации СОг при антропогенной деятельности - сжигание ископаемого топлива и других источников [21, 22].
Ассимиляция СОг растениями происходит в результате процесса фотосинтеза в ходе которого солнечная
2000 гого
Рис. 2. Изменение среднегодовых температур у поверхности Земли в России и на Земном шаре [3]
энергия запасается в энергии химических связей органического вещества. Наряду со стоком наблюдается эмиссия ССЬ, связанная с дыханием самих растений, ризосферных и почвенных микроорганизмов, а также с продуктами переработки растительной биомассы травоядными животными и горением лесов.
Главные потоки и резервуары углерода на Земле (биота) - 560 млрд. т приведены на рисунке 1 [6, 17, 19].
L-III ли,-
гкпякмм
Рис. 1. Резервуары и потоки С02 мирового биогеохимического цикла углерода
Следует отметить, что время пребывания С различно и колеблется в наземной растительности и почве от года до тысяч лет соответственно, в то время как в осадочных породах и ископаемом топливе оно исчисляется миллионами лет [6, 17, 19].
Океан считается основным поглотителем углекислоты, поскольку общее содержание ССЬ в нём в 50-60 раз больше, чем в атмосфере. Следует отметить, что изме-
нение концентрации ССЬ в океане может происходить под влиянием тёплых течений (явление El-Nino), которое возникает каждые 4-5 лет. В результате из океана дополнительно выделяется в атмосферу около 1 млрд. т С-С02[6].
В поглощении углекислоты велика роль наземной биоты. Многолетние исследования показывают, что сток ССЬ в Северном полушарии в настоящее время увеличился по сравнению с 70-80-ми годами прошлого столетия. При расчёте общемирового баланса диоксида углерода образуется разница, называемая «не обнаруживаемый наземный сток», составляющая примерно 2,5-3,0 млрд. т С/год, одну половину которой относят к поглощению океаном, а другую- к дополнительному поглощению ССЬ экосистемами Северного полушария, в том числе территорией России [6]. Именно поэтому в России наблюдается наиболее сильное потепление, особенно в Арктике. При этом в Антарктиде изменение среднегодовой температуры незначительно. Россия считается основной климатической «кухней» мира, в связи с огромными площадями лесов, лугов, тундры, болот и других биоценозов, в которых происходит поглощение (сток) диоксида углерода.
Нарушение углеродного баланса приводит к увеличению концентрации ССЬ в атмосфере, что усиливает парниковый эффект, который способствует увеличению среднепланетарной температуры [9].
В России средняя скорость роста среднегодовой температуры воздуха в 1976-2017 г., по данным Института глобального климата и экологии имени академика Ю. А. Израэля (ИГКЭ), составила 0,46°С за 10 лет (рис. 2).
Это в 2,5 раза больше скорости роста глобальной температуры на Земном шаре за тот же период: 0,18°С/10 лет, и более чем в 1,5 раза больше средней скорости потепления приземного слоя воздуха над сушей Земного шара: 0,28°С/10 лет. Наиболее быстрыми темпами росла температура в Арктике в течение последних тридцати лет (1988-2017 г.) - рост среднегодо-
вой температуры составил 0,75°С/10 лет, т.е. 2,25°С за 30 лет [3, 14].'
Согласно математическим моделям, потепление климата в России будет происходить быстрее, чем в Южном полушарии [13]. Это приведёт, с одной стороны, к серьёзным последствиям, например, таянию вечной мерзлоты, с другой, за счёт потепления к увеличе-
нию длины вегетационного периода и, как следствие, к повышению первичной продуктивности экосистем. Однако возможна и иная тенденция - изменение знака эффекта [1]. В целом, в ближайшие десятилетия изменение климата будет приводить к увеличению количе-
ства неблагоприятных метеорологических явлений и стихийных бедствий [18].
Согласно ВМО [22], в последние годы наблюдается увеличение темпов роста среднегодовой концентрации парниковых газов (табл. 1).
1. Содержание у поверхности Земли и тенденции изменения концентраций основных парниковых газов [22]
Парниковые газы
ности Земли СО, СН4 N•,0
Средняя концентрация парниковых газов (ПГ) у поверхности Земли в 2020 г. 413.2±0.2 ррт 1889±2 ррЬ 333.2±0.1 ррЬ
Рост концентрации ПГ. % от доиндустриального периода (1750 г.)* 149 262 123
Абсолютное увеличение концентрации ПГ за период 2019-2020 г. 2.5 ррт 11 ррЬ 1.2 ррЬ
Относительное увеличение концентрации ПГ за период 2019-2020 г.. % 0.61 0.59% 0,36%
Среднегодовой абсолютный прирост концентрации ПГ за последние 10 лет 2.40 ррт/год 8.0 ррЬ/год 0.99 ррЬ/год
*Предполагается, что в доиндустриальный период молярная доля С02 составляла 278 млн , СН4 - 722 млрд , а N20 - 270 млрд . Примечание. Единицы измерения представляют собой молярные доли сухого воздуха (1 ррт = 0.001%о = 0,0001% = 0,000001 = 10 ' 1 ррЬ = 0.000001 %0 = 0.0000001 % = 10~9).
Так, например, глобально усредненная концентрация СО2 в 2020 г. достигла нового максимума и составила 413,2 ррт (рис. 3). Доля СН4 во влиянии долгоживущих парниковых газов (порядка десяти лет) на потепление составляет около 16 % (рис. 4). Примерно 40 % метана поступает в атмосферу из естественных источников (болота) и около 60 % - из антропогенных (жизнедеятельность жвачных животных, выращивание риса, использование ископаемого топлива, захоронение отходов и сжигание биомассы) [21-23].
Несмотря на значительно меньшую концентрацию закиси азота в атмосфере - 333,2 ррЬ (рис. 5), Ы20 является одним из самых долгоживущих газов с периодом
пребывания в атмосфере 160 лет. К тому же, закись азота оказывает сильное влияние на разрушение озонового слоя. Его доля в радиационном воздействии долгоживущих парниковых газов составляет около 7 % [21-23]. N^0 поступает в атмосферу как из естественных (~ 60 %), так и из антропогенных (~ 40 %) источников, включая океаны, почву, выбросы при сжигании биомассы, использование удобрений, в первую очередь азотных, и различные промышленные процессы. Основные источники выбросов N20 в растениеводстве приходятся на азотные удобрения и пахотные угодья [21].
430 410 400 190
зао
370
зао
350 340
1
19Н 1Ю0 1«
1000 Уел г
гот 20И 2020
А и
3.0 -
1.0
00
19Е5 1АЭ0 *9В5
2Ю0 МОГ 20*0 Л**
К15 20;0
Рис. 3. Глобальная усреднённая концентрация С02 (а) и её ежегодная скорость роста (Ь)
Примечание. Прирост последовательных среднегодовых значений показан в виде затененных столбцов (рис. ЗЬ). Линией на графике (рис. 3 а) показана среднемесячная молярная доля без учета сезонных колебаний; Точками и линией обозначены среднемесячные значения. Для данного анализа использовались данные 129 станций (здесь и на рис. 4. 5).
19Н
1900
о
а '350
с
$ 1ВОО
1
и 1750
п
Ё
ч X 17«
и
1650
1900
(а)
г ■ ■■ 1
1№ 1ВЗС 1905
30« 2010 ИМ Гаи
ЗОИ)
20-
1Е
ш
Л1
Л Ь.
V-
£ *
(Ь)
V
* |
м
1963 1Ю0 1995 Ж0 2006 2616 2015 Уаяг
2020
Рис. 4. Глобальная усреднённая концентрация СН4 (а) и ежегодная скорость роста (Ь)
YHr
1И5 19ffl 1H5 20W 2D05 2010 2D15 20Л Year
Рис. 5. Глобальная усреднённая концентрация N20 (а) и её ежегодная скорость роста (Ь)
Для научного обоснования проблем, связанных с изменением климата, была создана Межправительственная комиссия по изменению климата IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), в России получившая аббревиатуру МГЭИК [15].
В пятом оценочном докладе МГЭИК, вышедшем в 2013-2014 г., было отмечено, что антропогенные выбросы парниковых газов возросли относительно доин-дустриальной эпохи и с вероятность более 95% можно считать, что именно они являются главной причиной потепления, наблюдаемого с середины XX в. [7, 8]. В 2021 г. в первом томе Шестого оценочного доклада МГЭИК (отчёт Первой рабочей группы), посвященного физическим основам изменения климата, говорится о том, что в последние 50 лет и в XXI в. в целом основное долгосрочное влияние на изменение климата оказывает человек, прежде всего, усиливая парниковый эффект с помощью выбросов С02 от сжигания ископаемого топлива [18]. Таким образом, учёные всего мира практически однозначно подтвердили, что антропогенная деятельность является ключевым фактором в изменении глобальной температуры на Земле.
Мировое сообщество пытается приостановить изменение климата, вызванное, в том числе, антропогенными факторами. В связи с этим была заключена Рамочная конвенция по изменению климата (РКИК), которая обязывает страны-участницы составить баланс углерода на своих территориях, а также выработать мероприятия по уменьшению эмиссии парниковых газов и увеличению стоков, консервации в резервуарах. Приложением к конвенции служит Киотский протокол, обязывающий страны не допускать увеличения выбросов ПГ по отношению к 1990 г. [5, 10].
В кадастр парниковых газов, указанных в Приложении А к Киотскому протоколу, кроме вышеупомянутых диоксида углерода (СО:), метана (СН4) и закиси азота (N20) также включены: гидрофторуглерод (ГФУ), пер-фторуглерод (ПФУ), гексафторид серы (SF6) и трифто-рид азота (NF3), а также газы с косвенным парниковым эффектом - оксиды азота (NOx), окись углерода (СО) и диоксид серы (S02) [12].
В настоящее время более 120 стран заявили о достижении «углеродной нейтральности» к 2050 или 2060 г., декларируя о полном балансе между выбросами парниковых газов техногенного происхождения и поглощением С02 [3].
В России для мониторинга изменения концентрации парниковых газов и составления региональных балансов ПГ, согласно приказу Минобрнауки России от
05.02.2021 № 74 «О полигонах для разработки и испытаний технологий контроля углеродного баланса», принято решение о создании карбоновых полигонов [11].
Карбоновый полигон представляет собой участок местности полевых или луговых угодий, лесных, болотных и других биоценозов, на котором проводится длительный мониторинг изменения содержания парниковых газов, изучение источников и поглотителей с помощью наземных инструментальных наблюдений и дистанционного зондирования местности. Эти исследования позволят составить баланс парниковых газов для каждого биоценоза с дальнейшей экстраполяцией данных на регион с целью увеличения секвестрации и сохранения углерода в древесной растительности и почвенном органическом веществе [2, 11].
На официальном сайте Минобрнауки России [11] сформулирован ряд важнейших исследований, проводимых на карбоновых полигонах.
В 2021 г. карбоновые полигоны созданы в Чеченской Республике, Краснодарском крае. Калининградской, Новосибирской, Сахалинской, Свердловской и Тюменской областях [11].
Несколько иные задачи стоят перед карбоновой фермой, которая, согласно работе [2], предназначена для контроля над эмиссией парниковых газов с целью разработки технологий их секвестрации. В созданных агроценозах технологии возделывания сельскохозяйственных культур должны строиться таким образом, чтобы обеспечить максимальное поглощение С02 и перевод (консервацию) углерода в составе почвенного органического вещества (гумуса). Наибольшей эффективностью, как показали результаты длительных полевых опытов Географической сети, обладают органомине-ральные системы удобрения, обеспечивающие, с одной стороны, максимальную продуктивность полевых севооборотов, с другой, наибольшее депонирование диоксида углерода из атмосферы [15]. Карбоновую ферму можно считать «успешной», если прирост углерода в почве (в составе гумуса) превышает его минерализаци-онные потери [2].
Таким образом, карбоновая ферма должна служить полигоном для поглощения выбросов С02, что может быть достигнуто за счёт ведения севооборотов с высокой насыщенностью многолетними травами, выращивания сидератов, промежуточных культур, сочетания земледелия и лесоводства (так называемые управляемые леса на неиспользуемых землях), научно обоснованного использования органических и минеральных удобрений. Опытами доказано, что без применения
удобрений эмиссия СО: значительно превышает его ассимиляцию; при применении удобрений происходит депонирование углерода в почвенное органическое вещество (гумус) [15].
В этой связи использование длительных стационарных опытов Географической сети позволит изучить возможности секвестрации углерода различными почвами России и выявить системы удобрения, обеспечивающие сохранение углерода в различных пулах органического вещества. Кроме того, благодаря наличию сопряжённых данных между погодными условиями (температура, осадки), урожайностью и изменением плодородия почвы при внесении удобрений, представляется уникальная возможность для разработки моделей прогноза отклика агроценозов на изменяющиеся условия климата. С их помощью можно будет оценивать риски снижения урожайности, ухудшения плодородия почвы и разрабатывать такие системы удобрения, которые обеспечат высокую и одновременно устойчивую продуктивность сельскохозяйственных культур. Именно поэтому длительные стационарные опыты Географической сети с удобрениями, которая была основана в 1941 г. по инициативе выдающегося учёного, основателя агрохимической науки в России академика Дмитрия Николаевича Прянишникова, являются единственными в нашей стране мониторинговыми экспериментами [16]. Благодаря длительным опытам Геосети можно значительно расширить научные познания в области изучения влияния изменения климата на биоценозы и разработать меры адаптации к различным климатическим сценариям. Для решения этих и других вопросов, углубления исследований в области агрономической химии, необходимо придать особый статус сверхдлительным полевым опытам с целью недопущения закрытия уникальных экспериментов Геосети, как не имеющей аналогов в мире.
Литература
1. Доклад о климатических рисках на территории Российской Федерации. - Санкт-Петербург, 2017.- 106 с.
2. Иванов А.Л., Савин П.Ю., Столбовой B.C., Духанин Ю.А.. Козлов Д.Н.. Баматов ILM. Глобальный климат и почвенный покров - последствия для землепользования России // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. - 2021. - Вып. 107. - С. 5-32. DOI: 10.19047/0136-1694-2021-107-5-323.
3. Изменение климата России. Web-сайт ФГБУ «Институт глобального климата и экологии имени академика Ю.А. Израэля». http://climatechange.igce.ru/index.php7optioiFcom content&task=view&i d=34&Itemid=55&lang=ru.
4. Король П.Л.. Киселев A.A. Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной? - М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА. 2013. - 288 с.
5. Киотский протокол к Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата, 1997. http://www.un.org/ru/documents/decl conv/conventions/kvoto.
6. Кудеяров В.Н.. Заварзин ГА.. Благодатский CA.. Борисов A.B. и др. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России. - М.: Наука. 2007. - 315 с'
7. Изменение климата, 2013 г. Физическая научная основа. Вклад рабочей группы I в пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата. - МГЭИК, 2013. - 222 с.
8. Изменение климата, 2014 г. Обобщающий доклад. Резюме для политиков. - МГЭИК. 2014. - 33 с.
9. Национальный доклад о кадастре антропогенных выбросов из источников и абсорбции поглотителями парниковых газов, не регулируемых Монреальским протоколом за 1990 - 2017 г. Ч. 1. - М., 2019. -471 с.
10. Парижское соглашение. FCCC/CP/2015/L.9/Rev.l. 2015. https://unfccc.int/resource/docs/2015/сор2 l/eng/109r01 .pdf.
11. Приказ Минобрнауки России от 05.02.2021 № 74 «О полигонах для разработки и испытаний технологий контроля углеродного баланса».
12. Пересмотр руководящих принципов РКИК ООН для представления информации о годовых кадастрах сторон, включенных в приложение I к Конвенции. Документ FCCC/CP/2013/10/Add.3. 2014. - С. 225.
13. Росгидромет. Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Общее резюме. - М., 2014. -60 с.
14. Росгидромет. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2017 год. - М., 2018. - 69 с.
15. Сычев В.Г.. Налиухин А.Н.. Шевцова Л.К. и др. Влияние систем удобрения на содержание почвенного органического углерода и урожайность сельскохозяйственных культур: результаты длительных полевых оптов Географической сети России Н Почвоведение. - 2020. -№12.-С. 1521-1536. DOI: 10.31857/S0032180X20120138.
16. Шкуркин СЛ.. Шафран С.А.. Налиухин А.Н. Становление и развитие Географической сети полевых опытов с удобрениями в России (к 80-летию Географической сети полевых опытов с удобрениями) // Плодородие. - 2021. - № 3. - С. 12-15. DOI: 10.25680/S 19948603.2021.120.01.
17. Houghton R.A., Skole D.L. Carbon H The Earth as transformed by human action. Cambridge: Cambridge Univ. press, 1990. P. 393-412.
18. IPCC Working Group I report, Climate Change 2021: the Physical Science Basis. https://www.ipcc.ch/report/sixth-assessment-report-working-group-i.
19. Schlesinger W.H., Andrews J.A. Soil respiration and global carbon cycle // Biogeochemistry. 2000. Vol. 48. P. 7-20.
20. Tsutsumi Y. et al, 2009: Technical Report of Global Analysis Method for Major Greenhouse Gases by the World Data Center for Greenhouse Gases (WMO/TD-No. 1473). G AW Report No. 184. Geneva. WMO. https://librarv.wmo.int/index.php?lvl=notice displav&id= 12631.
21. WMO Greenhouse Gas Bulletin (GHG Bulletin) - No.17: The State of Greenhouse Gases in the Atmosphere Based on Global Observations through 2020. https://public.wmo.int/ru/media
22. WMO Greenhouse Gas Bulletin. 2021. No.17. Geneva. WMO. P. 3.
23. WMO. Understanding climate, 2015. https://www.wmo.int/pages/themes/climate/understanding climate.php.
CLIMATE CHANGE AND CARBON NEUTRALITY: MODERN CHALLENGES FOR AGRICULTURE
KG. Syclie\', A.N. Natiukhin Pryanishnikov All-Riissian Research Institute ofAgrochemistry, Pryanishnikov ill 31a, 127434 Moscow, Russia
E-mail: n aliuh inCa van ilex, ru
The disruption of the global balance of greenhouse gases leads to an increase in their concentration in the atmosphere, which contributes to an increase in the average planetary temperature. In Russia, the growth rate of the average annual air temperature for the period 1976-2017 years was 0.46°C/10 years, which is 2.5 times more than on the globe. In 2021 the concentration of greenhouse gases (C02, CH4, NjO) in the atmosphere reached a maximum over the entire period of instrumental observations. The concentration of COj in the surface layer M<as 413 ppm, CH4 - 1889 ppb, NjO - 333.2 ppb. To monitor the flows of greenhouse gases, in 2021, "carbonic polygons " began to be created, equipped with modem equipment to study the long-term dynamics of their concentration. "Carbon farms" are designed to increase the carbon sequestration capacity of agrocenoses and the deposition of carbon in the composition of soil organic matter (humus). It is shown that long-term stationary field experiments with fertilizers of the Geographic NetM'ork are unique monitoring experiments in which coupled studies of changes in the productivity of agricultural crops and soil fertility in a changing climate are carried out. It is in long-term field experiments that mathematical models can be developed -forecasts of the response of agrocenoses to an increase in the concentration of greenhouse gases in the atmosphere. This will allow the design offertilization systems in such a way as to adapt crop cultivation technologies to different climatic scenarios. That is why the long-term field experiments of the Geographic NetM'ork must be given a special status in order to prevent their closure and preservation, as having no analogues in the world. Key words: climate change, greenhouse gases, carbonic polygons, carbonic farms, long-term field experiments
