CC BY
5УДК 332.3; 551.588.7
DOI: 10.24412/cl-37200-2024-622-626
УГЛЕРОДНЫЙ СЛЕД СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ В СТЕПНЫХ РАЙОНАХ АЛТАЙСКОГО КРАЯ
CARBON FOOTPRINT OF AGRICULTURAL LAND USE IN THE STEPPE REGIONS OF
THE ALTAI KRAI
Красноярова Б.А.1, Назаренко А.Е.2, Шарабарина С.Н.3, Плуталова Т.Г.4 Krasnoyarova B.A.1, Nazarenko A.E.2, Sharabarina S.N.3, Plutalova T.G.4
Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, Россия Institute for water and environmental problems SB RAS, Barnaul, Russia
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Аннотация. Изучение влияния землепользования на потоки парниковых газов является актуальной научной задачей в рамках глобальной проблемы изменения климата. Настоящее исследование посвящено оценке вклада сельского хозяйства в данный процесс. В статье представлены результаты расчетов углеродного следа, который понимается как общая масса выбросов в атмосферу парниковых газов (CO2, N2O, CH4) в процессе сельскохозяйственного производства. Оценка проведена с использованием углеродных калькуляторов: Cool Farm Tool, AgRe-Calc, Farm Carbon и Ex-Act V9.4, а также Методических рекомендаций Минприроды РФ (2015). Объектом исследования являются два сельхозпредприятия, расположенные в зоне сухой степи Алтайского края.
Результаты, полученные при расчете по углеродным калькуляторам и методике Минприроды, значительно отличаются. При этом различия зафиксированы не только в общих объемах углеродного следа от выращивания различных сельскохозяйственных культур, но и в структуре углеродного следа для каждой культуры.
В одних и тех же природных условиях сухой степи удельные показатели выбросов СО2 (на 1 га и на 1 тонну продукции) на изучаемых предприятиях также различны, что обусловлено особенностями технологического процесса при выращивании сельхозкультур и их разной урожайностью. Таким образом, с точки зрения нагрузки углеродного следа на 1 га посевной площади культуры могут быть карбоноемкими, но с точки зрения производства продукция может иметь низкий углеродный след, что делает возможным его снижение за счет интенсификации производства.
Ключевые слова: парниковые газы, углеродные калькуляторы, углеродный след, сельское хозяйство, степные территории.
Abstract. Studying the impact of land use on greenhouse gas flows is an urgent scientific task within the framework of the global problem of climate change. This study aims to assess the contribution of agriculture to this process. The article presents the results of calculations of the carbon footprint, which is understood as the total mass of greenhouse gas emissions (CO2, N2O, CH4) into the atmosphere during agricultural production. The assessment was carried out using carbon calculators: Cool Farm Tool, AgRe-Calc, Farm Carbon and Ex-Act V9.4, as well as Methodological Recommendations of the Ministry of Natural Resources of the Russian Federation (2015). The objects of the study are two agricultural enterprises located in the dry steppe zone of the Altai Krai.
The results obtained when calculating using carbon calculators and the methodology of the Ministry of Natural Resources differ significantly. At the same time, differences are recorded not only in the total volumes of the carbon footprint from growing various crops, but also in the structure of the carbon footprint for each crop. Under the same natural conditions of the dry steppe, the specific indicators of CO2 emissions (per 1 hectare and per 1 ton of product) at the enterprises under study are also different, which is due to the peculiarities of the technological process when growing crops and their different yields. Thus, from the point of view of the carbon footprint load per 1 hectare of crop area, crops may be carbon-intensive, but from a production point of view, products may have a low carbon footprint, which makes it possible to reduce it through intensification of production.
Key words: greenhouse gases, carbon calculators, carbon footprint, agriculture, steppe.
Актуальность. Вклад землепользования в глобальную эмиссию парниковых газов очень существенен и составляет 23% [1]. При этом, землепользование является одновременно и мощным поглотителем СО2: глобальные модели оценивают его углероддепонирующую способность в 11,2+/—2,6 ГтСО2/год из атмосферы в течение 2007-2016 годов. Поэтому изучение составляющих углеродного баланса и возможностей его регулирования при разных видах и
способах землепользования является актуальной научной задачей в рамках глобальной проблемы изменения климата и развития концепции углеродной нейтральности.
Объект и методы исследования. Алтайский край - крупнейший за Уралом производитель сельскохозяйственной продукции, характеризуется широким спектром агроклиматических условий, его территория расположена в пределах степной, лесостепной природных зон и горных областей Алтая и Салаира. Объектом данного исследования являются два сельскохозяйственных предприятия в Бурлинском районе Алтайского края (таблица 1). Район расположен в западной части региона на границе с Казахстаном в степной природной зоне (Кулундинская сухостепная ландшафтная провинция).
АО «Племзавод Бурлинский» находится в с. Бурла Бурлинского района и специализируется на растениеводстве и молочном животноводстве. Посевная площадь составляет 5250 га, поголовье КРС - 1100 голов. В структуре посевов преобладают подсолнечник (34%), сенаж (27%) и кукуруза на силос (16%).
Хозяйство ИП Дайрабаев расположено в с. Кинерал Бурлинского района. Специализируется на растениеводстве и мясном скотоводстве. Посевная площадь составляет 3400 га, поголовье КРС - 650 голов. В структуре посевов лидируют подсолнечник (35%), лен масличный (32%) и пшеница яровая (15%). В целом, в Бурлинском районе в структуре посевов преобладают технические культуры - 43% (среди них - подсолнечник на зерно), так что оба предприятия типичны для данной территории.
Таблица 1
Основные показатели выращивания сельскохозяйственных культур в исследуемых предприятиях (2022 г.)
Культуры 8, га Урожайность, ц/га Обращение с растительными остатками Удобрения, объем внесения Средства защиты посевов, объем внесения
ИП Дайрабаев
Пшеница яровая 500 26 Измельчаются, запахиваются №К 16-16-16(6), 1 00 кг/га Торнадо-540 (1,5 кг/га) Балерина Форте (1л/га) Борей Нео (0,1 л/га)
Торнадо-540 (1,5 кг/га)
Подсолнечник 1200 11 Измельчаются, запахиваются 20:20(14), 70 кг/га Балий (0,6л/га) Борей Нео (0,1 л/га) Мортира (0,05 кг/га) Квик-степ (0,8л/га)
Сенаж 200 80 Скашиваются АМУ 40%, Борей Нео (0,1 л/га)
(продукция) 80 кг/га Балерина Форте (1л/га)
Торнадо-540 (1,5 кг/га)
Борей Нео (0,1 л/га)
Хакер (0,1 кг/га)
Лён 1100 12 Измельчаются, АМУ 40%, Гербитокс (0,6л/га)
запахиваются 70 кг/га Магнум (0,004 кг/га) Граммидицид Миура (1л/га) Ф Кредо (0,5 л/га)
Суданская 400 35 Скашиваются АМУ 40%, 7
трава (продукция) 0 кг/га
АО «Племзавод Бурлинский»
Солома
Пшеница яровая 734 3 используется в качестве подстилки для скота Удобрения не вносились Торнадо-540 (1,5 кг/га) Балерина Форте (1л/га) Борей Нео (0,1 л/га)
Торнадо-540 (1,5 кг/га)
Подсолнечник 1800 3 Измельчаются, запахиваются Удобрения не вносились Балий (0,6 л/га) Борей Нео (0,2 л/га) Мортира (0,05 кг/га) Квик-степ (0,8 л/га)
Сенаж 1400 15 Скашиваются АМУ 40%, Борей Нео (0,1 л/га)
(продукция) 80 кг/га Балерина Форте (0,7 л/га)
Культуры S, га Урожайность, ц/га Обращение с растительными остатками Удобрения, объем внесения Средства защиты посевов, объем внесения
Кукуруза (силос) 856 40 Скашиваются (продукция) Удобрения не вносились Торнадо-540 (1,5 кг/га) Балерина Форте (0,7 л/га) Дублон (1,7 л/га)
Ячмень 460 5 Солома используется в качестве подстилки для скота Удобрения не вносились Торнадо-540 (1,5 кг/га) Балерина Форте (1 л/га) Борей Нео (0,1 л/га)
В данной статье представлены результаты расчетов лишь одного из составляющих углеродного баланса сельского хозяйства - углеродного следа, который понимается как общая масса выбросов в атмосферу парниковых газов (CO2, №О, CH4) в процессе сельскохозяйственного производства и выражается в СО2-эквиваленте. Потенциал поглощения сельскохозяйственными угодьями парниковых газов не приводится.
Оценка проведена с использованием наиболее распространенных углеродных калькуляторов: ^ol Farm Tool, AgRe-Calc, Farm Carbon и Ex-Act V9.4, а также Методических рекомендаций Минприроды РФ [2] (далее - методика Минприроды). В основе расчета выбросов парниковых газов посредством углеродных калькуляторов и Методики Минприроды лежат Руководящие принципы по национальным инвентаризациям парниковых газов МГЭИК с последними дополнениями и обновлениями, а также различные базы данных исследований выбросов парниковых газов национального уровня. Так как наборы данных, на которые опираются вышеуказанные методики, имеют различия, то различаются и результаты расчета массы выбросов, полученные с их использованием [3]. Например, для пересчета выбросов CH4 и N2O в эквивалент CO2 калькулятор Cool Farm Tool использует пересчетные коэффициенты, равные 25 и 273 соответственно (методика Минприроды принимает данные коэффициенты равными 21 и 310, что говорит о разном понимании значимости парникового эффекта CH4 и N2O).
Углеродные калькуляторы - это специальные программы для расчета эмиссии парниковых газов (углеродного следа) от сельскохозяйственного производства. Обычно они состоят из нескольких блоков, характеризующих растениеводство, животноводство, управление отходами, использование топлива и пр., в которых нужно заполнить данные по каждому предприятию. В качестве исходных материалов настоящего исследования выступает информация о посевных площадях сельскохозяйственных культур, урожайности, применяемых способах обращения с растительными остатками, удобрениях и средствах защиты посевов, а также данные о расходе топлива в процессе проведения сельскохозяйственных работ, поголовье сельскохозяйственных животных, их кормовом рационе, пастбищеобороте, системе обращения с отходами. Исходные данные получены в процессе экспедиционных исследований и анкетирования руководства предприятий летом 2023 г.
Результаты исследования и обсуждение. В результате оценки были рассчитаны общий и удельный углеродный след растениеводства на единицу земельной площади и единицу продукции по основным выращиваемым сельскохозяйственным культурам, а также углеродный след животноводства. В ИП Дайрабаев удельный углеродный след растениеводства на единицу площади (кг СО2 экв./га) по выращиваемым культурам в порядке возрастания распределяется следующим образом: подсолнечник (218,21-355,01), суданская трава (238,75-509,74), лён (399,07-488,64), пшеница яровая (399,93-546,82), сенаж (513,96-554,02). Данное распределение обусловлено, в первую очередь, тремя основными факторами - объемом растительных остатков культур и применяемыми методами обращения с ними, количеством полевых операций и применяемой сельхозтехникой, определяющими расходы топлива, а также составом и массой внесенных удобрений. Таким образом, особенности технологического процесса растениеводства в комплексе формируют углеродный след.
Удельный углеродный след в расчете на единицу продукции (кг СО2 экв./тонну) зависит как от особенностей технологического процесса для каждой культуры, так и от полученной урожайности. В ИП Дайрабаев в порядке возрастания он распределяется следующим образом: сенаж (64,24-69,25), суданская трава (71,25-145,64), пшеница яровая (148,61-210,32), подсолнечник (198,37-322,73), лён (332,56-407,20).
В АО «ПЗ Бурлинский» удельный углеродный след растениеводства на единицу площади выращиваемых культур (кг СО2 экв./га) в порядке возрастания распределяется следующим образом: кукуруза (силос) (101,91-210,11), подсолнечник (140,74-278,52), пшеница яровая (153,34-216,39), ячмень (154,57-226,32), сенаж (339,21-349,12). Низкие объемы выбросов парниковых газов обусловлены тем, что предприятие испытывало финансовые сложности и практически не вносило удобрения под посевы. Относительное распределение углеродного следа по культурам совпадает с полученным на полях ИП Дайрабаев М.М.
Удельный углеродный след в расчете на единицу продукции (кг СО2 экв./тонну) в порядке возрастания: кукуруза (силос) (25,48-52,53), сенаж (226,14-232,75), ячмень (309,15452,64), подсолнечник (469,12-928,39), пшеница яровая (511,59-721,97). Высокие удельные показатели выбросов на тонну продукции зерновых и подсолнечника обусловлены низкой урожайностью в условиях отсутствия удобрений.
Структура углеродного следа по совпадающим культурам (которые выращиваются на обоих предприятиях) представлена на рисунке 1. Разные компоненты технологического процесса вносят разный вклад в формирование углеродного следа.
Рисунок 1. Структура углеродного следа при выращивании пшеницы, подсолнечника и сенажа (рассчитано по: ^ol Farm Tool).
Удельные показатели выбросов СО2 в данных предприятиях представлены на рисунке 2, где наглядно показаны различия при интенсивном ведении хозяйства в ИП Дайрабаев и экстенсивном в АО «ПЗ Бурлинский» в одних и тех же природных условиях засушливой степи.
Рисунок 2. Углеродный след растениеводства в хозяйствах: АО «ПЗ Бурлинский» (слева) и ИП Дайрабаев (справа). Точками обозначены выращиваемые сельскохозяйственные культуры. Рассчитано по: ^ol Farm Tool.
Углеродный след животноводства оценивался с использованием того же инструментария, который был применен для растениеводства. Структура углеродного следа при выращивании крупного рогатого скота в условиях стойлового содержания включает в себя выбросы СН4 от внутренней ферментации, а также выбросы СН4 и N2O, образующиеся при разложении навоза. В углеродном эквиваленте объем выбросов составил (тонн СО2 экв./голову в год): ИП Дайрабаев М.М. (1,74-3,39), АО «ПЗ Бурлинский» (2,18-3,51). На рассматриваемых предприятиях углеродный след животноводства, в первую очередь, зависит от структуры рациона скота, и имеет потенциал к снижению. Так, высокие показатели АО «ПЗ Бурлинский» обусловлены значительной долей кукурузного силоса в рационе.
Выводы. Наиболее высокий общий углеродный след в рассмотренных предприятиях образует выращивание льна, подсолнечника и сенажа. Данные результаты обусловлены не только особенностями возделывания тех или иных сельскохозяйственных культур, но и их разной посевной площадью.
Удельный углеродный след сельскохозяйственных культур на 1 га посевной площади распределяется иначе по причине разной продуктивности культур, разных объемов растительных остатков, внесенных удобрений и разного расхода топлива. По совпадающим культурам, которые выращиваются на обоих предприятиях, наибольший углеродный след образует сенаж, на втором месте - пшеница, на третьем - подсолнечник.
Удельный углеродный след в расчете на единицу продукции (кг СО2 экв./тонну) зависит как от особенностей технологического процесса для каждой культуры, так и от урожайности. Поэтому, по совпадающим культурам данный показатель очень сильно различается, например, удельный углеродный след подсолнечника в АО «ПЗ Бурлинский» в 2,4-2,9 раза больше, чем у ИП Дайрабаев. Таким образом, с точки зрения нагрузки углеродного следа на 1 га посевной площади культуры могут быть карбоноемкими, но с точки зрения производства продукция может иметь низкий углеродный след, что делает возможным его снижение за счет интенсификации производства.
Основными факторами, определяющими величину углеродного следа животноводства, выступают особенности содержания скота и рациона кормления. На рассматриваемых предприятиях углеродный след животноводства, в первую очередь, зависит от структуры рациона скота, и имеет потенциал к снижению путем его изменения.
В связи с различиями в алгоритмах оценок углеродного следа (различающийся набор вводимых параметров, разные значения применяемых для расчета коэффициентов и удельных значений выбросов, разный уровень обобщения и разная логика расчетов), результаты, полученные при расчете по углеродным калькуляторам Cool Farm Tool, AgRe-Calc, Farm Carbón и Ex-Act, а также по методике, утвержденной Минприроды, значительно отличаются. При этом различия зафиксированы не только в полученных общих объемах углеродного следа от выращивания различных сельскохозяйственных культур, но и в структуре углеродного следа для каждой культуры. Отдельные калькуляторы большую роль в углеродном следе относят удобрениям, другие - влиянию растительных остатков.
По результатам исследования выявлено, что для оценки отдельных элементов углеродного баланса и углеродного следа следует использовать рассмотренные инструменты в комплексе, комбинируя существующие подходы и сложившийся мировой опыт.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-27-00253 «Трансформация системы землепользования как инструмент регулирования углеродного баланса аграрного региона» https://rscf.ru/project/23-27-00253/ в Институте водных и экологических проблем СО РАН.
Список литературы
1. IPCC 2019. 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. URL: https://www.ipcc.ch/srccl-report-download-page/ (дата обращения: 28.08.2023).
2. Распоряжение Минприроды РФ от 16.04.2015 № 15-р «Об утверждении методических рекомендаций по проведению добровольной инвентаризации объема выбросов парниковых газов в субъектах Российской Федерации». Москва, 2015.
3. Суховеева О. Э. Углеродные калькуляторы как инструмент для оценки эмиссии парниковых газов от животноводства // Доклады Российской Академии наук. Науки о земле. 2021. Т. 497. № 1. С. 96-102. DOI: 10.31857/S2686739721030117.
