CC BY
276
doi: 10.24411/0235-2451-2020-10703 УДК 631.4:004.9
Регенеративное земледелие и смягчение изменений климата
В. С. СТОЛБОВОЙ
Федеральный исследовательский центр Почвенный институт им. В. В. Докучаева, Пыжевский пер. 7, Москва, 109017, Российская Федерация
Резюме. Использование почв в сельском хозяйстве, включая распашку, заготовку растительных кормов, выпас животных и др., приводят к деградации/дегумификации органического вещества. В результате образуется двуокись углерода (СО2), что служит причиной потепления климата. По последним данным международной организации по изменению климата выбросы СО2 сельским и лесным хозяйствами вместе с другими видами землепользования составляют 23 % от суммы антропогенных выбросов. Использование регенеративных технологий, направленных на восстановление содержания углерода в сельскохозяйственных почвах, позволит снизить концентрацию CO2 в атмосфере к 2100-2150 гг. на 50.. .100 ГтС (гигатонн углерода). Запасы углерода в почвах России составляют около 373 ГтС. Даже небольшие изменения этого огромного резервуара могут иметь глобальные последствия. Применение регенеративных технологий в земледелии может позволить секвестировать почти 2,2 ГтС, что составляет около 8808 млн т С02-экв (диоксид углерода эквивалент). Потенциал поглощения углерода пахотными почвами России (около 80 млн га) составляет около 80,6...1l2,8 млн тС в год. Суммарный объем ежегодного поглощения углерода почвами России (регенеративные технологии плюс естественная динамика) составляет около 160.190 млн т, или 25.30 % совокупного выброса углекислого газа (СО2) в атмосферу. В нашей стране есть все основания использовать пахотные почвы в целях смягчения изменения климата. Развитие регенеративного земледелия имеет двойную (win-to-win) выгоду, решая одновременно две задачи: развития устойчивого сельскохозяйственного производства, формирования здоровых почв, перехода на органическое земледелие, производства экологически безопасной продукции и др.; смягчения изменений климата. Ключевые слова: здоровые почвы, регенеративное земледелие, 4 промилле, климатические изменения. Сведения об авторах: В. С. Столбовой, доктор географических наук, зав. отделом (e-mail: [email protected]). Для цитирования: Столбовой В. С. Регенеративное земледелие и смягчение изменений климата // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т. 34. № 7. С. 19-26. doi: 10.24411/0235-2451-2020-10703.
Regenerative agriculture and climate change mitigation
V. S. Stolbovoy
Federal Research Center DokuchaevSoil Science Institute, Pyzhevskii per., 7, Moskva, 119017, Russian Federation
Abstract. The use of soils in agriculture, including ploughing, harvesting plant feed, cattle grazing, etc. leads to the degradation/ dehumification of organic matter. This results in the formation of carbon dioxide (CO2), which causes climate warming. According to the latest data from the International Organization for Climate Change, CO2 emissions from agriculture and forestry, together with other types of land use, account for 23% of the total anthropogenic emissions. The use of regenerative technologies aimed at restoring the carbon content in agricultural soils will reduce the concentration of CO2 in the atmosphere by 50-100 GtC (gigatons of carbon) by 2100-2150. Carbon stocks in Russian soils are about 373 GtC. Even small changes to this huge reservoir can have global consequences. The use of regenerative technologies in agriculture can sequester almost 2.2 GtC, which is about 8808 million tons of CO2-eq (carbon dioxide equivalent). The Russian arable soils (about 80 million hectares) can potentially absorb about 80.6-112.8 million tC per year. Totally, Russian soils annually absorb (owing to regenerative technologies and natural dynamics) about 160-190 million tons, or 25-30% of the total carbon dioxide (CO2) emissions into the atmosphere. For Russia, it is expedient to use arable soils to reduce climate change. Regenerative agriculture has a double (win-to-win) benefit, solving simultaneously two tasks: it facilitates the development of sustainable agricultural production, formation of healthy soils, transition to organic farming, production of environmentally friendly products, etc. and it mitigates climate changes.
Keywords: healthy soils; regenerative agriculture; 4 per mille; climate changes.
Author Details: V. S. Stolbovoy, D. Sc. (Geogr.), head of division (e-mail: [email protected]).
For citation: Stolbovoy VS. [Regenerative agriculture and climate change reduction]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2020;34(7):19-26. Russian. doi: 10.24411/0235-2451-2020-10703.
Почвы контролируют обмен веществом и энергией между биосферой, атмосферой, гидросферой и литосферой, а также осуществляют контроль за балансом между биологическим и геологическим циклами углерода [1, 2]. Распад и синтез органического вещества - одни из главных особенностей почвообразования. Многообразие метаболизмов органического вещества и развитие специфических органопрофилей почвы формируют пространственно-географическую мозаику почвенного покрова. При этом концентрация почвенного органического вещества (ПОВ) и его запасы выступают главными индикаторами направлений (типов) почвообразования.
В последние десятилетия были даны многочисленные оценки глобальных запасов ПОВ. Согласно одной из наиболее часто цитируемых [3], верхний 1,0 м слой почв планеты содержит около 1550 ГтС органического и 700 ГтС минерального углерода. По запасам органического вещества почвы зани-
мают третье место среди основных планетарных резервуаров углерода, после 39 000 ГтС в мировом океане и 5000 ГтС в геологическом резервуаре [4]. В глобальном контексте почвы содержат примерно в два раза больше органического углерода, чем атмосфера (760 ГтС) и почти в три раза больше, чем растительность (500 ГтС).
Использование почв в сельском хозяйстве, включая распашку, заготовку растительных кормов, выпас животных и др., приводят к деградации/дегумификации, накопленного ПОВ. В процессе минерализации последнего образуется один из главных биогенных парниковых газов - двуокись углерода (СО2), увеличение концентрации которого в атмосфере служит одной из главных причин потепления климата [1]. Восстановление содержания ПОВ, с которым связывают развитие регенеративного (восстановительного) земледелия, происходит в результате увеличения поступления отмерших растительных остатков в почвы. Это связано с повышением про- 19
дукции растительной биомассы при интенсификации процесса фотосинтеза и усиления поглощения СО2 из атмосферы. Технологии сельскохозяйственного производства, основанные на подходах регулирования баланса ПОВ, так называемые регенеративные, могут рассматриваться в качестве одного из перспективных инструментов для решения вопросов смягчения изменения климата. По некоторым оценкам [5], применение регенеративных технологий в сельском хозяйстве позволит снизить концентрацию С02 к 2100-2150 гг. на 50...100 ГтС. Очевидно, что такое уменьшение концентрации парниковых газов в атмосфере будет способствовать сдерживанию потепления климата. Необходимо отметить, что Россия, как часть бывшего СССР, имеет огромный практический опыт применения регенеративных технологий. Этот уникальный опыт и имеющиеся в стране технологии становятся крайне востребованным в условиях развития современного низкоуглеродного мира.
Регулирование концентрации парниковых газов в атмосфере в целях смягчения потепления климата -одна из наиболее актуальных задач современности. По последним данным экспертов международной организации по изменению климата [6]: «Сельское хозяйство, лесное хозяйство и другие виды землепользования составляют 23 % выбросов парниковых газов человеком. В то же время природные процессы на земле поглощают углекислый газ, эквивалентный почти трети выбросов углекислого газа от ископаемого топлива и промышленности». Очевидно, что снижение концентрации парниковых газов в атмосфере требует комплексного подхода, включающего трансформацию энергетического и промышленного секторов экономики, а также изменение природопользования. При этом в области природопользования на конференции по климату в Париже [7] основной акцент был сделан на роль лесов в поглощении углекислого газа. Предложенный конференцией подход был поддержан в нашей стране [8]. Возможности использования почв в целях абсорбции углерода оказались не востребованы, что противоречит процитированному мнению 1РСС. Действительно, почвы - главный регулятор цикла углерода в биосфере и их игнорирование при использовании лесов в целях снижения концентрации парниковых газов невозможно, более того, даже ошибочно с научно-методической точки зрения. Кроме того, Россия в силу наличия обширных земельных ресурсов обладает огромным потенциалом накопления углерода в сельскохозяйственных почвах, а также в почвах других категорий земель при изменении землепользования. В стране выполняется ряд программ по поддержанию плодородия почв, мониторингу качества и кадастровой оценке сельскохозяйственных земель и др., в рамках которых осуществляется контроль и управление содержанием почвенного органического вещества (ПОВ). Очевидно, что перечисленные программы должны быть не только частью национальных докладов (например, [9]), но и войти в число практических государственных мер, направленных на смягчение изменений климата.
Цель нашего исследования - демонстрация перспектив перехода земледелия России на регенеративные технологии сельскохозяйственного производства, связанные с улучшением здоровья почвы путем восстановления в них органического углерода, и оценка потенциала почв сельскохозяйственных и
других категорий земель в решении задачи уменьшения концентрации С02 в атмосфере в целях смягчения климатических изменений.
Условия, материалы и методы. В работе обобщены сведения базы данных Почвенные ресурсы России [10], а также результаты полевых опытов по управлению углеродным бюджетом пахотных земель. В качестве почвенной основы использован Единый государственный реестр почвенных ресурсов России, принятый МСХ РФ в 2014 г. [11], и новая цифровая база данных почв сельскохозяйственных угодий России, разработанная в ФГБНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева. Сведения из перечисленных источников обрабатывали средствами ГИС.
Органическое вещество в почвах РФ. Общие запасы ПОВ в верхнем 2 м слое России составляют 373 ГтС (табл. 1). При этом 45 % массы наиболее биологически активного органического углерода находятся в верхнем 0,3 м слое почв. Запасы ПОВ в слое 0,5 м составляют 59 % от общей массы органического углерода. Содержание ПОВ уменьшается с глубиной. Вместе с тем, можно рассчитать, что даже в более глубоком 1.2 м слое почв находится около 20 % запасов органического углерода, что демонстрирует проникновение биологических процессов в почве на большую глубину. Поверхностная аккумуляция органического вещества в профиле почв указывает на его почвенно-растительное происхождение.
Таблица 1. Запасы органического и минерального углерода в почвах России [12].
Органический Минеральный
Слой, м ГтС доля от 0...2,0 м, % ГтС доля от 0.2,0 м, %
0.0,3 0.0,5 167,4 221,1 45 59 2,2 9,9 3 13
0.1,0 297,6 80 39,4 53
0.2,0 373,0 100 75,0 100
Резервуар минерального углерода в 2 м слое почв составляет 75 ГтС. Его содержание в верхнем 0,3 м слое почв находится на уровне 3 %, а в слое 0,0.0,5 м - 13 % от общих запасов. Максимум содержания минерального углерода находится в нижнем 1.2 м слое почв и составляет почти половину (около 47 %) от запасов минерального углерода. Отмеченное распределение по профилю почв свидетельствует о выносе минерального углерода из верхних слоев почвы, то есть о его геологической природе.
Таким образом, регенеративное регулирование содержания ПОВ может быть связано исключительно с манипуляцией его органической биологически активной частью. Минеральный резервуар углерода в почвах формируется в результате геологических процессов в условиях аридного литогенеза. Регулирование запасов минерального резервуара углерода возможно только методами, связанными с механическим перемещением рыхлых отложений, то есть не с использованием почв, как объекта хозяйственной деятельности, а с их нарушением.
Около 87 % территории России заняты зрелыми нативными экосистемами, в которых такие процессы углеродного цикла, как поступление, минерализация, накопление и транспорт продуктов трансформации органических веществ в почвах регулируются природной обстановкой. Особенностью зрелых нативных экосистем выступает сбалансированность элементов структуры потоков и резервуаров углеродного цикла,
Таблица 2. Послойные запасы и потери ПОВ (ГтС) в сельскохозяйственных угодьях РФ [13].
Использование 0...0,3 м 0.1,0 м
натив-ные используемые потеря % от на-тивных натив-ные используемые потеря % от на-тивных
Пашня Пастбища Всего 13,47 6,37 19,84 10,84 5,92 16,75 2,63 0,45 3,09 20 7 16 22,60 10,02 32,61 19,02 8,92 27,94 3,58 1,10 4,68 16 11 14
когда изменение одного из потоков или резервуаров органического углерода вызывает трансформацию других элементов. Перестройка потоков и резервуаров углеродного цикла контролируется изменением природных условий и обусловливает эволюцию на-тивных экосистем. На сегодняшний день управление природным углеродным циклом и эволюцией натив-ных экосистем в широком биосферном плане не востребовано. Более того, современный тренд развития мирового сообщества направлен на максимальное сохранение окружающей среды в ее естественном состоянии.
Органическое вещество в почвах сельскохозяйственных угодий. Почвы сельскохозяйственных угодий - основной резерв регенеративного управления углеродным циклом. Каков ожидаемый объем массы ПОВ, который может быть дополнительно восстановлен сельскохозяйственными почвами? Общие запасы ПОВ в слое 0...1,0 м почв сельскохозяйственных угодий России, по нашим расчётам
[13], составляют около 28 ГтС (табл. 2). Эта величина хорошо согласуется (расхождение в пределах 7 %) с обобщенными данными почвенных обследований РосНИИземпроекта (ГОСКОМЗЕМ), проведенных на всех сельскохозяйственных землях РФ в ^-м туре
[14]. Наши расчеты опираются на опубликованные и собственные данные по определению гумуса почв, полученные в 1985-1995 гг. Отмеченный период почти совпадает с временем проведения IV тура обследования РосНИИземпроекта. Особенность наших данных [12, 13], а также доступной базы данных запасов углерода в почвах России [10]заключается в том, что они подготовлены по международным стандартам учета парниковых газов [15] и изначально должны были выступать в качестве базовых (нулевых) для России. Согласно международным соглашениям (Киотский протокол, Парижское соглашение), все антропогенно-обусловленные изменения содержания углерода в наземных экосистемах, которые могут рассматриваться международным сообществом в качестве национального вклада в снижение концентрации парниковых газов в атмосфере, отсчитываются исключительно от базовых значений 1990 г.
Можно рассчитать, что доля ПОВ сельскохозяйственных земель (28 ГтС) составляет 9 % от запасов углерода в верхнем 1,0 м слое почв РФ (297,6 ГтС, см. табл. 1). Это почти на 4 % меньше доли почв сельскохозяйственных угодий в почвенном фонде страны (13 %). Отмеченная разница объясняется тем, что в сельском хозяйстве используют в основном теплые почвы с многолетней среднегодовой температурой воздуха выше 0 оС. Лугово-лесные, лесо-тундровые, тундровые и болотные почвы, находящиеся вне зоны товарного земледельческого освоения (87 % территории страны), имеют мощные лесные подстилки, торфянистые и торфяные горизонты, что определяет повышенное содержания ПОВ.
Большая часть (19,0 ГтС, или 68 %) резервуара ПОВ сельскохозяйственных земель приходится на пахотные почвы. Из них почти 11 ГтС (около 60 %
резервуара) находится в верхнем 0,3 м слое почв. Почти 9 ГтС (32 %) ПОВ приходится на почвы пастбищ, из которых около 6 ГтС (около 70 % резервуара) содержится в верхнем 0,3 м слое.
Потери органического вещества почвами сельскохозяйственных угодий. Использование сельскохозяйственных земель привело к потере около 4,7 ГтС из слоя почв 1,0 м (см. табл. 2). Это почти 2 % от общего содержания ПОВ России. По-существу, потери ПОВ представляют потенциальный объем регенерации углерода сельскохозяйственными землями. Из общего количества верхний слой пахотных почв потерял 2,6 ГтС, что составляет почти 20 % исходного содержания ПОВ. Потери из поверхностного 0,3 м слоя почв пастбищ гораздо меньше - 0,45 ГтС. Более значительная дегумификация пахотных почв, по сравнению с пастбищами, связана с технологиями земледелия. Обработка почв, оборот пахотного слоя, его крошение, перемешивание приводит к дополнительной аэрации, что интенсифицирует минерализацию ПОВ. Нижние горизонты сельскохозяйственных почв (слой 0,3.1,0 м) также характеризуются уменьшением содержания ПОВ. Однако интенсивность процессов дегумификации с глубиной резко падает.
Отмеченные потери ПОВ в сельскохозяйственных угодьях России значительно меньше, чем в других странах. Так, по опубликованным зарубежным данным, в развитых странах потери достигают 50 % и более [16]. Относительно меньшие потери ПОВ сельскохозяйственными почвами России объясняются тем, что традиционно в земледелии страны использовали гумус/углерод сберегающие технологии, которые поддерживали природное плодородие почв в условиях ограниченного применения минеральных удобрений. Определенное значение в снижении потерь ПОВ сыграло и то, что все сельскохозяйственные почвы России прошли землеустройство, которое, кроме рекомендаций по гумус сберегающим технологиям производства, также включало систему противоэро-зионных мероприятий, обеспечивающих сохранение верхнего насыщенного ПОВ пахотного слоя.
Вместе с тем, в России, как и в других странах мира [3], земледелие не всегда сопровождается дегумификаций почв, возможно и накопление ПОВ. Последнее отмечено для почв 15 нечерноземных областей России. Накопление ПОВ наблюдается в почвах лесо-луговой зоны, таких как дерново-подзолистые, подзолистые, у которых до освоения не было мощных гумусовых горизонтов. Традиционные технологии обработки перечисленных почв, включая увеличение корневого опада, применение органических удобрений, известкования и др., привели к формированию гумусированного пахотного слоя. Потери ПОВ характерны для гумусово-аккумулятивных темно-серых, черноземных и каштановых почв лесостепной и степной зон, которые до освоения имели мощные гумусовые горизонты.
Устранение причин дегумификации почв в результате сельскохозяйственного использования выступа- 21
Таблица 3. Факторы снижения содержания органического вещества в пахотных почвах России [10].
Потери
Слой, м общие технологии эрозия
ГтС % от натив-ных ГтС % от натив-ных ГтС % от натив-ных
0.0,3 2,63 20 2,2 85 0,43 15
0.1,0 3,58 16 3,1 85 0,48 15
ет главным фактором регенерации содержания ПОВ. Анализ обобщенного вклада различных факторов в дегумификацию сельскохозяйственных почв страны, полученного методом наложения пространственно-распределенных баз данных деградации почв и данных изменения содержания ПОВ на основе ГИС [10] свидетельствует, что потеря почвами около 2,2 ГтС связана с технологиями сельскохозяйственного производства, включая механические обработки, подбор культур, дефицит органических и минеральных удобрений и др.. Технологически обусловленные потери составляют около 85 % общих потерь ПОВ. Интересно отметить, что потеря почвами почти 1 ГтС обнаруживается даже в нижних подпахотных слоях (табл. 3). Это наблюдение подтверждает факт того, что сельскохозяйственная деятельность затрагивает не только поверхностный, но и более глубокие слои почвы, оказывая мощное воздействие на углеродный цикл наземных экосистем. Сельскохозяйственные почвы страны потеряли почти 0,5 ГтС в результате эрозии почв, что составляет около 15 % от величины общей потери ПОВ. В основном это связано с плоскостной эрозией, которая находит отражение в понижении содержания ПОВ в верхнем 0,3 м пахотном слое. Лишь небольшая часть, составляющая около 0,03 ГтС, теряется из подпахотного 0,3.1,0 м слоя почв, что связано с их размывом в результате линейной эрозии и формированием овражно-балочной сети.
Динамика содержания ПОВ в сельскохозяйственных угодьях. В целом, политика управления содержанием ПОВ может преследовать несколько целей: сохранение, улучшение и оптимизация. Сохранение уровня ПОВ направлено на поддержание достигнутого уровня производства и предотвращение деградации почв [17]. Задача повышения (ре-
генерации) содержания ПОВ, как правило, ставится при переходе к органическому и биологическому земледелию. Она совпадает с целями смягчение изменения климата и др. [18]. Оптимизация содержания ПОВ на сегодняшний день не получила широкого распространения. Вместе с тем, отдельные исследования показывают существование некоторого порога, увеличение ПОВ выше которого не оказывает положительного влияния на продуктивность [19].
Перечисленные цели управления содержанием ПОВ достигаются, как отмечалось ранее, изменением сельскохозяйственных технологий и распространением мероприятий по охране почв. Анализ деталей управления углеродным циклом в условиях сельскохозяйственного производства выходит за рамки этой статьи. Тем не менее, не будет преувеличением сказать, что уровень ПОВ отражает и интегрирует практически все природные и антропогенные процессы в сельскохозяйственных почвах. При этом успех в достижении поставленных целей регулирования содержания ПОВ может быть достигнут при использовании комплексных подходов. Это связано с отмеченным выше системным уровнем сложности организации и функционирования углеродного цикла наземных экосистем.
Начальный(природный)уровень ПОВ в стационарных природных условиях соответствует равновесному состоянию ПОВ (рис. 1), когда изменения (А) ПОВ приближаются к нулю (АПОВ » 0). Трансформация природной экосистемы в пахотные земли сопровождается потерями ПОВ (АПОВ < 0). Длительное устойчивое использование почв приводит к квази-равновесному состоянию ПОВ (АПОВ » 0). Модификация землепользования в целях регенерации содержания ПОВ (АПОВ > 0), может осуществляться путем освоения гумус/углерод сберегающих технологий. Их продолжительное устойчивое использование приводит к квази-равновесному состоянию (АПОВ » 0) на новом более высоком уровне содержания ПОВ. Длительность периода перехода почв к новому квази-равновесному состоянию принята равной 20 годам [20].
Консервация сельскохозяйственных земель. Манипуляции землепользованием признаны одним из легитимных подходов к смягчению климатических изменений [4, 22]. В его основу положена идея о том,
Время
Содержание ПОВ Нативная почва Дегумификация Квази-равновесное содержание Накопление Квази-равновесное содержание
ДПОВяО
ДПОВяО
АПОВ<0 ДПОВяО АПОВ>0
Природное ' ^ Распашка ' ^ Устойчивое ' ^ Гумус/углерод^ ^Устойчивое
равновесие использование 1 сберегающие использование
технологии
Рис. 1. Динамика содержания ПОВ, вызванная трансформацией и модификацией землепользования (адаптировано из [21]).
что различные землепользования (лесные, сельскохозяйственные земли) характеризуются неодинаковым содержанием органического вещества в растительности и почвах. Поэтому замещение землепользова-ний с низким содержанием органического вещества в растительности и почвах на землепользования с более высоким резервуаром последних будет стимулировать поглощение СО2 из атмосферы. Отмеченное поглощение СО2 рассматривается как один из разрешенных инструментов Киотского протокола (статья 3,4 протокола Киото; в деталях см. [4]), называемого «изменение землепользования» (land-use land cover change). Разница между запасами органического вещества, полученная в результате изменения землепользования, засчитывается как легитимное снижение концентрации СО2 в атмосфере, т. е. как мероприятие в целях смягчения парникового эффекта. Преимущество такого подхода состоит в исключительно низкой себестоимости поглощенного углерода при изменении землепользования, по сравнению с затратами на развитие новых низкоуглеродных, энергоэффективных промышленных технологий. Его недостаток - глобальный дефицит земельных ресурсов во всех странах, кроме России, для проведения широкомасштабных конверсий в системах использования земель.
Трансформация пахотных земель в залежь (консервация) еще одна из легитимных мер секвестрации углерода из атмосферы. Результаты многочисленных исследований свидетельствуют, что консервация пахотных земель приводит к реставрации деградированных почв, включая регенерацию запасов ПОВ [4]. Это согласуется с отраженной (см. рис. 1) динамикой содержания ПОВ при переходе на гумус/углерод сберегающие технологии. Исходя из того, что в России переход пахотных земель в залежь произошел более 20 лет назад, можно оценить объем регенерации ПОВ Так, если считать, что площадь залежных земель составляет около 40 млн га, а общая площадь пахотных земель в 1990 г. (начало отсчета перехода в залежь) была равна 130 млн га, количество регенерированного углерода составит около 1,2 ГтС. Это соответствует доле образованных залежей в пахотном фонде страны и, соответственно, доле общей потери ПОВ пахотными почвами (доля от 3,6 ГтС, см. табл. 2). Отметим, что величина регенерированного углерода почвами России (1,2 ГтС) составляет около 23 % глобального объема секвестрации углерода почвами (5,2 ГтС) за период с 1990-2009 гг. [23, 24]. Значительная роль почв России в глобальных изменениях концентрации ПОВ связана с огромной площадью земель, перешедших в залежь в 90-х гг. ХХ в.
Исключив углерод, регенерированный залежами (1,2 ГтС) из суммы его общих потерь ПОВ пахотными почвами (около 3,6 ГтС, см. табл. 2) можно рассчитать величину потенциала регенерации углерода сельскохозяйственными почвами России, которая составит почти 2,4 ГтС, не включая пастбища.
По нашим данным, на сегодняшний день в России сложилось квази-равновесное состояние ПОВ. Это находит подтверждение при расчете баланса углерода в сельскохозяйственных почвах России [25]. Так, средний годовой баланс углерода ПОВ в пахотных почвах составляет -0,1 млн тС, в почвах пастбищ -около -31 млн тС. В пересчете на площадь это будет равно около -0,0008 тС/га и -0,2 тС/га соответственно, с ошибкой средней около 0,4.0,8 тС/га и почти 0,4.0,7 тС/га при уровне ошибки определения ПОВ
в пределах 5.10 %. Иными словами, рассчитанные значения современного годового баланса ПОВ в сельскохозяйственных угодьях России находятся в пределах ошибки определений, что соответствуют квази-равновесному состоянию.
Несоответствие наших выводов данным мониторинга земель сельскохозяйственного назначения [14, 26] объясняется различием в методах расчетов динамики ПОВ. К сожалению, до сих пор выводы в большинстве исследований делаются на основании изменения содержания гумуса в процентах. Такой метод подсчета неверен и приводит, по выражению Орлова с соавторами [27], к ошибочным «кажущимся» потерям ПОВ. Действительно, если верить опубликованным данным по ежегодному объему дегумификации, например [9], то сельскохозяйственные почвы России должны быть полностью лишены гумуса, что противоречит действительности. Объяснение заключается в методической ошибке подсчетов. Так, снижение содержания ПОВ приводит к разрушению структуры и уплотнению почвы, то есть к увеличению ее объемной массы. Поэтому, процентное уменьшение содержания углерода оказывается больше реального, поскольку компенсируется уменьшением объема почвенной массы. Методически точной признается оценка динамики не содержания в процентах, а запасов ПОВ, которые рассчитываются в тСга, как произведение процентного содержания углерода на объемную массу почвы [28, 29].
Международная инициатива «4 промилле». Понятие «4 промилле» (синоним «четыре на 1000») предложено на Парижском совещании по климату в 2015 г. [30]. Рассматриваемая инициатива - одно из направлений вовлечения почв в мероприятия по смягчению глобального изменения климата [31]. «4 промилле» представляет собой отношение величины совокупных выбросов С02 в атмосферу к запасам углерода в 2 м слое почв. Суть инициативы состоит в предложении компенсировать антропогенный выброс СО2 в атмосферу секвестированием углерода почвами в количестве 4 промилле в год. С этой целью авторы инициативы предлагают использовать на глобальном уровне специальные углерод-аккумулирующие технологии, которые стимулируют фотосинтез и, соответственно, увеличивают поступление углерода в почву. Очевидно, что управление балансом органического углерода в почвах тундры и таежно-лесной природных зонах России вряд ли возможно. Поэтому реальным потенциалом для имплементации инициативы «4 промилле» на территории страны обладают пахотные почвы сельскохозяйственных угодий. При этом, нам представляется, что в приложении к России именно регенерация содержания ПОВ в пахотных землях может выступать ближайшей задачей инициативы «4 промилле» [32].
Как было отмечено выше, цель инициативы «4 промилле» - компенсация почвами совокупного годового выброса СО2, который для России в пересчете на углерод составляет около 681 млн тС [9]. Эта величина и представляет собой национальную цель инициативы «4 промилле». Зная объем выброса, можно вычислить, сколько промилле он составит для нашей страны. Для этого необходимо соотнести величину совокупного годового выброса С-СО2 (681 миллион тС) с запасами углерода в 2 м слое почв России (373,0 ГтС, см. табл. 1). Расчеты показывают, что искомая доля составляет менее 2 промилле. Иными словами,
а) культура севооборота
Культуры:
1 - многолетние травы
2 - озимая рожь
3 - озимая пшеница
4 - овес
5 - яровая пшеница
6 - ячмень
7 - картофель
б) обработка
в)система удобрений
-0,5 3
1,5
1
0,5 0
-0,5
Обработка: а - отвальная
Ь - комбинированноэнергосберегающая с - комбинированноярусная сС - противоэрозионная
Удобрения:
I - нулевой (фон)
II - ^0Р30^0
III - К0Р60К60
IV - ^0Р90К90
V - ^20Р120К120
VI - навоз 40 тонн
VII - навоз 40 тонн +N„0
VIII - навоз 40 тонн + N
'60
Рис. 2. Ежегодный баланс углерода (тС/га) в пахотных серых лесных почвах Владимирского ополья в зависимости от: а) культуры севооборота; б) способа обработки почвы; с) системы применяемых удобрений [32].
глобальная инициатива «4 промилле» транслируется в национальную цель «2 промилле», которая в 2 раза меньше глобальной нормы. Объяснение такого значительного снижения кроется в том, что почвы России характеризуются повышенным, по отношению к другим странам мира, запасом ПОВ. Так, доля органического углерода в слое 0,3 м почв нашей страны составляет около 23 % от глобальных запасов, в слое почв 1,0 м - почти 19 % [12]. Напомним, что на долю России приходится около 12 % площади почвенного покрова мира. Повышенные запасы органического вещества в почвах нашей страны объясняются интенсивным накоплением органического углерода в лесных подстилках, часто оторфованных, и торфах, что характерно для всех почв холодного, влажного климата [12].
Отмеченное снижение нормы поглощения углерода («трансформация» международной инициативы «4 промилле» в национальную цель «2 промилле»), также связано с уменьшением выбросов СО2 в результате спада промышленного производства в стране. Вместе с тем, такое уменьшение нормы не несет практических преимуществ, поскольку не влияет на величину совокупного годового выброса СО2, составляющую, как отмечено ранее, 681 миллиона тС.
Переход на регенеративные технологии сельскохозяйственного производства включает подбор культур, систем удобрений, технологий обработок и др. Результаты анализа данных (рис. 2) свидетельствуют, что наибольший положительный баланс ПОВ (+2,4 тС/га) отмечается под многолетними травами, отрицательный (-1,4 тС/га) - под культурой картофеля. Положительный баланс (+1,2 тС/га) формируется также при внесении повышенных доз навоза. Применяемые обработки почв не оказывали существенного влияния на баланс ПОВ. Перечисленное варьирование балансов ПОВ иллюстрирует практическую возможность управления содержанием углерода в почвах. Так, производство яровой пшеницы по унавоженному пару позволяет ежегодно статистически достоверно накапливать в почве 1,08.1,41 тС/га (см. рис. 2а). Приведенный пример относится к по-
чвам лесо-степной и лесо-луговой зон. При этом в России разработаны регенерирующие технологии и для черноземных почв степной зоны. В пересчете на площадь пахотных земель страны (около 80 млн га) общий объем регенерации может достичь 80,64.112,8 млн тС. Это составляет 12.17 % от требуемого инициативой «4 промилле» национального объема. Механизм инициативы «4 промилле» будет действовать успешно в течение 12.15 лет, что соответствует времени регенерации запасов углерода в пахотных почвах.
Говоря о почвах в целом, включая углерод, накапливаемый в естественной природной среде и составляющий 76 млн тС в год [25], суммарный объем ежегодной регенерации углерода почвами России (гумус/углерод сберегающие технологии плюс естественная динамика) может достигать 160.190 млн тС, что составит 25.30 % от национальной цели в рамках глобальной инициативы «4 промилле».
В заключение необходимо отметить, что переход на регенеративные технологии сельскохозяйственного производства - главный тренд развития современности [32]. С этим связывают также устойчивое развитие сельского хозяйства, переход на органическое и экологически безопасное земледелие и др. Иными словами, переход на регенеративные технологии сельскохозяйственного производства имеет очевидную двойную «шт-1о-шт» выгоду.
Выводы. В перспективе перехода на регенеративные технологии сельскохозяйственного производства, почвы сельскохозяйственных угодий России могут восстановить почти 2,2 ГтС ПОВ. Это позволит успешно решать задачи устойчивого сельскохозяйственного развития, формировать базу для органического, экологически безопасного земледелия и др. Кроме того, регенеративные технологии могут играть значительную роль в уменьшении концентрации СО2 в атмосфере. Так, поглощение почти 2,2 ГтС ПОВ составляет более 3-х совокупных годовых выбросов СО2 страны. Эта величина может быть существенным дополнительным резервом достижения обязательств России в смягчения климатических изменений.
Ь
с!
а
с
Наиболее эффективный подход для регенерации углерода в почвах - подбор сельскохозяйственных культур с использованием навоза в качестве органического удобрения. В пересчете на площадь пахотных земель России (около 80 млн га) общий объем регенерации может достичь 80,6.112,8 миллионов тС в год. Общий объем ежегодного поглощения углерода почвами России (регенеративные технологии плюс естественная динамика) может достигать 160.190 млн тС, что составляет 25.30 % от
уровня, определенного национальной целью в рамках глобальной инициативы «4 промилле», то есть совокупного объема выбросов парниковых газов страны. Иными словами, Россия имеет все возможности для использования пахотных почв в целях смягчения глобального потепления.
Регенерация содержания ПОВ имеет двойную (шт-1о-шт) выгоду, решая одновременно задачи развития устойчивого сельскохозяйственного производства и смягчения изменения климата.
Литература.
1. Reichle D. The global carbon cycle and climate change. 1st Edition. Elsevier, 2019. 388 p.
2. Вернадский В. И. Живое вещество и биосфера / отв. ред. тома А. Л. Яншин // Библиотека трудов академика В. И. Вернадского. М.: Наука, 1994. Т. 2. 669 с.
3. Batjes N. H. Total carbon and nitrogen in the soils of the world // European Journal of Soil Science. 1996. Vol. 47. Р. 151-163.
4. LULUCF. Land Use, Land-Use Change, and Forestry/ eds. R. Watson, N. Ravindranath, I. Noble, et al. //A special Report of the IPCC. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2000. 377 р.
5. Target atmospheric CO2: Where should humanity aim? / J. Hansen, M. Sato, P. Kharecha, et al. // Open Atmos. Sci. J. 2008. Vol. 2. P. 217-231. doi: 10.2174/1874282300802010217.
6. Summary for policymakers. Climate change and land: an IPCC special report on climate change, desertification, land degradation, sustainable land management, food security, and greenhouse gas fluxes in terrestrial ecosystems. P. R. Shukla, J. Skea, E. Calvo Buendia, et al. IPCC, 2019. 34 p.
7. Парижское соглашение // ООН, 2015. 30 с. [Электронный ресурс]. URL: http://unfccc.int/files/essential_background/ convention/application/pdf/russian_paris_agreement.pdf (дата обращения: 14.05.2020).
8. Распоряжение Правительства РФ от 03.11.2016 N 2344-р (ред. от 23.12.2019) «Об утверждении плана реализации комплекса мер по совершенствованию государственного регулирования выбросов парниковых газов» //КонсультантПлюс [Электронный ресурс]. URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_206786/(дата обращения: 14.05.2020).
9. Седьмое национальное сообщение Российской Федерации, представленное в соответствии со статьями 4 и 12 Рамочной Конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата и статьей 7 Киотского протокола //ред. М. Е. Яковенко, А. А. Романовская, М. Л. Гитарский и др. М., 2017. 348 с.
10. Stolbovoi V., McCallum I. Land resources of Russia [CD-ROM]. M.: International Institute for Applied Systems Analysis, Laxenburg, Austria and the Russian Academy of Sciences, 2002.
11. Единый государственный реестр почвенных ресурсов России. Версия 1.0: коллективная монография / отв. ред.
B. С. Столбовой. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 2014. 768 с.
12. Stolbovoi V. Carbon in Russian soils// Climatic Change. 2002. Vol. 55. Is. 1-2. Р. 131-156.
13. Stolbovoy V. Carbon in agricultural soils of Russia // Soil Organic Carbon and Agriculture: Developing Indicators for Policy Analyses (Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa and Organisation for Economic Co-operation and Development, Paris); ed.
C. A. S. Smith. Ottawa, Canada, 2002. Р. 301-306.
14. Крылатов A. K. Физико-химические характеристики сельскохозяйственных земель и баланс углерода в пашне Российской Федерации. М.: Руслит, 1996. 392 с.
15. Revised 1996 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories: reference manual / eds. J. T. Houghton, L. G. Meira Filho, B. Lim, et al. IPCC, 1997. Vol. 3 [Электронный ресурс]. URL: https://www.ipcc.ch/report/revised-1996-ipcc-guidelines-for-national-greenhouse-gas-inventories/(дата обращения: 14.05.2020).
16. Oldeman L. R., Hakkeling R. T. A., Sombroek W. G. World map of the status of human-induced soil degradation: an explanatory note. Nairobi, Kenya: UNEP/ISRIC, 1990. 3 maps and explanatory note + 27 p.
17. Climate change in Europe. 2. Impact on soil. A review/ A. Jones, V. Stolbovoy, E. Rusco, et al. // Agron. Sustain. Dev. 2009. Vol. 29. Р. 423-432.
18. Carbon sequestration in European agricultural soils /A. Freibauer, M. A. Rounsevell, P. Smith, et al. // Geoderma. 2004. Vol. 122. P. 1-23.
19. Toth G., Stolbovoy V., Montanarella L. Soil quality and sustainability evaluation - an integrated approach to support soil-related policies of the European Union. Luxenburg, 2007. 40 p.
20. Climate change 2007: synthesis report. Contribution of working groups I, II and III to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change // eds. Core Writing Team, R. K Pachauri, A. Reisinger. Geneva, Switzerland: IPCC, 2007. 104 pp.
21. Johnson D. W. Role of carbon in the cycling of other nutrients in forested ecosystems // Carbon: Forms and functions in forest soils; eds. J. M. Kelly and W. M. McFee. Madison, USA: Soil Science Society of America, 1995. P. 299-328.
22. Report of the Conference of the Parties on its Third Session, held in Kyoto from 1 to 11 December 1997. Addendum, 1998. Document UNFCCC/CP/1997/7/Add1 [Электронный ресурс]. URL: http://www.unfccc.de (дата обращения: 15.04.2020).
23. Carbon and other biogeochemical cycles/ P. Ciais, C. Sabine, G. Bala, et al.// IPCC. Climate Change 2013: The physical science basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, UK, and New York, USA: Cambridge University Press, 2013. 222 рр.
24. Managing ecosystems in the context of climate change mitigation: A review of current knowledge and recommendations to support ecosystem-based mitigation actions that look beyond terrestrial forests / C. Epple, S. Garcia Rangel, M. Jenkins, et al. // Secretariat of the Convention on Biological Diversity. Technical Series. 2016. No. 86. 55 р.
25. Stolbovoy V., Ivanov A. Carbon balance in soils of Northern Eurasia // Soil carbon. Progress in soil science; eds. A. E. Hartemink, K. McSweeney. Switzerland: Springer International Publishing, 2014. P. 381-390. doi 10.1007/978-3-319-04084-4_38.
26. Динамика баланса гумуса на пахотных землях Российской Федерации / A. K. Крылатов и др. М.: Госкомзем России, 1998. 60 с.
27. Орлов Д. С., Бирюкова О. Н., Розанова М. С. Реальные и кажущиеся потери органического вещества почвами Российской Федерации//Почвоведение. 1996. № 2. C. 197-207.
28. Тюрин И. В. Органическое вещество почв и его роль в плодородии почв. М.: Наука, 1965. 319 с.
29. Орлов Д. С., Бирюкова О. Н., Суханова Н. И. Органическое вещество в почвах России. М.: Наука, 1996. 256 с.
30. Soil carbon 4 per mille / B. Minasny, B. P. Malone, A. B. McBratney, et al.// Geoderma. 2017. Vol. 292. P. 59-86.
31. Иванов А. Л., Столбовой В. С. Инициатива «4 промилле» - новый глобальный вызов для почв России // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2019. Вып. 98. C. 185-202. doi: 10.19047/0136-1694-2019-98.
32. Regenerative agriculture: good for soil health, but limited potential to mitigate climate change / J. Ranganathan, R. Waite, T. Searchinger, et al. World Resources Institute, 2020. [Электронный ресурс]. URL: https://www.wri.org/blog/2020/05/ regenerative-agriculture-climate-change (дата обращения: 10.06.2020).
References
1. Reichle D. The global carbon cycle and climate change. 1st ed. Elsevier; 2019. 388 p.
2. Yanshin AL, editor. Zhivoe veshchestvo i biosfera [Living material and biosphere]. Moscow: Nauka; 1994. 669 p. (Vernadskii VI. Biblioteka trudov akademika V. I. Vernadskogo [Library of academician V.I.Vernadsky's works]; vol. 2). Russian.
3. Batjes NH. Total carbon and nitrogen in the soils of the world. European Journal of Soil Science. 1996;47:151-63.
4. Watson R, Ravindranath N, Noble I, et al., editors. LULUCF. Land Use, Land-Use Change, and Forestry. Cambridge (UK): Cambridge University Press;, 2000. 377 p.
5. Hansen J, Sato M, Kharecha P, et al. Target atmospheric CO2: Where should humanity aim? Open Atmos. Sci. J. 2008;2:217-31. doi: 10.2174/1874282300802010217.
6. Shukla PR, Skea J, Calvo Buendia E, et al., editors. Summary for policymakers. Climate change and land: an IPCC special report on climate change, desertification, land degradation, sustainable land management, food security, and greenhouse gas fluxes in terrestrial ecosystems. IPCC; 2019. 34 p.
7. Parizhskoe soglashenie [Parisian agreement] [Internet]. [place unknown]: UNO; 2015. 30 p. Available from: http://unfccc. int/files/essential_background/convention/application/pdf/russian_paris_agreement.pdf (data obrashcheniya: 14.05.2020). Russian.
8. Rasporyazhenie Pravitel'stva RF«Ob utverzhdenii plana realizatsii kompleksa merpo sovershenstvovaniyu gosudarstvennogo regulirovaniya vybrosov parnikovykh gazov» [Order of the Government of the Russian Federation "On approval of the plan for the implementation of a set of measures to improve state regulation of greenhouse gas emissions"] N 2344-r (Nov. 3, 2011; edited Dec. 23, 2019).
9. Yakovenko ME, Romanovskaya AA, Gitarskii ML, et al., editors. Sed'moe natsional'noe soobshchenie Rossiiskoi Federatsii, predstavlennoe vsootvetstvii so stat'yami 4 i 12 Ramochnoi Konventsii Organizatsii Ob"edinennykh Natsii ob izmenenii klimata i stat'ei 7 Kiotskogo protokola [Seventh national communication of the Russian Federation submitted in accordance with Articles 4 and 12 of the United Nations Framework Convention on Climate Change and Article 7 of the Kyoto Protocol]. Moscow; 2017. 348 p. Russian.
10. Stolbovoi V, McCallum I. Land resources of Russia [CD-ROM]. Moscow: International Institute for Applied Systems Analysis, Laxenburg, Austria and the Russian Academy of Sciences; 2002.
11. Stolbovoi VS. Edinyi gosudarstvennyi reestr pochvennykh resursov Rossii [Unified state register of soil resources of Russia ]. Moscow: Pochvennyi institut im. V.V. Dokuchaeva Rossel'khozakademii; 2014. 768 p. Russian.
12. Stolbovoi V. Carbon in Russian soils. Climatic Change. 2002;55(1-2):131-56.
13. Stolbovoy V. Carbon in agricultural soils of Russia. In: Smith CAS, editor. Soil organic carbon and agriculture: developing indicators for policy analyses (agriculture and agri-food Canada, Ottawa and organisation for economic co-operation and development, Paris). Ottawa (Canada); 2002. p. 301-6.
14. Krylatov AK. Fiziko-khimicheskie kharakteristiki sel'skokhozyaistvennykh zemel' i balans ugleroda v pashne Rossiiskoi Federatsii [Physical and chemical characteristics of agricultural land and carbon balance in arable land in the Russian Federation]. Moscow: Ruslit; 1996. 392 p. Russian.
15. Houghton JT, Meira Filho LG, Lim B, et al. Revised 1996 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories: reference manual [Internet]. [place unknown]: IPCC; 1997 [cited 2020 May 14]; vol. 3. Available from: https://www.ipcc.ch/report/revised-1996-ipcc-guidelines-for-national-greenhouse-gas-inventories.
16. Oldeman LR, Hakkeling RTA, Sombroek WG. World map of the status of human-induced soil degradation: an explanatory note. Nairobi (Kenya): UNEP/ISRIC; 1990. 27 p, 3 maps and explanatory note.
17. Jones A, Stolbovoy V, Rusco E, et al. Climate change in Europe. 2. Impact on soil. A review. Agron. Sustain. Dev. 2009;29:423-32.
18. Freibauer A, Rounsevell MA, Smith P, et al. Carbon sequestration in European agricultural soils. Geoderma. 2004;122:1-
23.
19. Toth G, Stolbovoy V, Montanarella L. Soil quality and sustainability evaluation - an integrated approach to support soil-related policies of the European Union. Luxenburg; 2007. 40 p.
20. Core Writing Team, Pachauri RK, Reisinger A, editors. Climate change 2007: synthesis report. Contribution of working groups I, II and III to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. Geneva: IPCC; 2007. 104 p.
21. Johnson DW. Role of carbon in the cycling of other nutrients in forested ecosystems. In: Kelly JM, McFee WM, editors. Carbon: Forms and functions in forest soils. Madison (USA): Soil Science Society of America; 1995. p. 299-328.
22. Report of the Conference of the Parties on its Third Session, held in Kyoto from 1 to 11 December 1997. Document UNFCCC/CP/1997/7/Add1 [Internet]. Addendum; 1998. Available from: http://www.unfccc.de.
23. Ciais P, Sabine C, Bala G, et al. Carbon and other biogeochemical cycles. In: IPCC. Climate Change 2013: The physical science basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge (UK); New York (USA): Cambridge University Press; 2013. 222 p.
24. Epple C, Garcia Rangel S, Jenkins M, et al. Managing ecosystems in the context of climate change mitigation: A review of current knowledge and recommendations to support ecosystem-based mitigation actions that look beyond terrestrial forests. Secretariat of the Convention on Biological Diversity. Technical Series. 2016;(86):55.
25. Stolbovoy V, IvanovA. Carbon balance in soils of Northern Eurasia. In: HarteminkAE, McSweeney K, editors. Soil carbon. Progress in soil science. Switzerland: Springer International Publishing; 2014. p. 381-90. doi 10.1007/978-3-319-04084-4_38.
26. Krylatov AK, et al. Dinamika balansa gumusa na pakhotnykh zemlyakh Rossiiskoi Federatsii [Dynamics of the humus balance on arable lands of the Russian Federation]. Moscow: Goskomzem Rossii; 1998. 60 p. Russian.
27. Orlov DS, Biryukova ON, Rozanova MS. [Real and apparent losses of organic matter by soils of the Russian Federation]. Pochvovedenie. 1996;(2):197-207. Russian.
28. Tyurin IV. Organicheskoe veshchestvo pochv i ego rol' v plodorodii pochv [Soil organic matter and its role in soil fertility]. Moscow: Nauka; 1965. 319 p. Russian.
29. Orlov DS, Biryukova ON, Sukhanova NI. Organicheskoe veshchestvo v pochvakh Rossii [Organic matter in Russian soils]. Moscow: Nauka; 1996. 256 p. Russian.
30. Minasny B, Malone BP, McBratney AB, et al. Soil carbon 4 per mille. Geoderma. 2017;292:59-86.
31. Ivanov AL, Stolbovoi VS. [4 ppm initiative is a new global challenge for soils in Russia]. Byulleten' Pochvennogo instituta imeni V.V. Dokuchaeva. 2019;98:185-202. Russian. doi: 10.19047/0136-1694-2019-98.
32. Ranganathan J, Waite R, Searchinger T, et al. Regenerative agriculture: good for soil health, but limited potential to mitigate climate change [Internet]. [place unknown]: World Resources Institute; 2020 [cited 2020 Jun 10]. Available from: https://www. wri.org/blog/2020/05/regenerative-agriculture-climate-change.
