КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер проекта 23-27-00253

НазваниеТрансформация системы землепользования как инструмент регулирования углеродного баланса аграрного региона

Руководитель Красноярова Бэлла Александровна, Доктор географических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук , Алтайский край

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-711 - Геоэкология и природопользование

Ключевые слова углеродный баланс, углеродный след, агроэкосистемы, система землепользования, карбоновое земледелие, данные ДЗЗ, углеродные калькуляторы

Код ГРНТИ87.15.19


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


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


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


 

Публикации

1. Красноярова Б.А., Назаренко А.Е., Плуталова Т.Г., Шарабарина С.Н. ОСОБЕННОСТИ ОЦЕНКИ УГЛЕРОДНОГО СЛЕДА В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ: СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ Известия Вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки, Известия Вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2024. №1. (год публикации - 2024)
нет

2. КРАСНОЯРОВА Б.А., НАЗАРЕНКО А.Е., ПЛУТАЛОВА Т.Г., ШАРАБАРИНА С.Н. ДИНАМИКА ПЕРВИЧНОЙ ПРОДУКЦИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЗАПАСОВ УГЛЕРОДА АГРАРНОГО РЕГИОНА ПО ДАННЫМ MODIS Обработка пространственных данных в задачах мониторинга природных и антропогенных процессов (SDM-2023):сборник трудов всероссийской конференции с международным участием, Обработка пространственных данных в задачах мониторинга природных и антропогенных процессов (SDM-2023):сборник трудов всероссийской конференции с международным участием. - Новосибирск, 2023. – С. 273-277. (год публикации - 2023)
10.25743/sdm.2023.99.26.046


Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Разработаны сценарии трансформации системы землепользования с целью уменьшения углеродного следа ключевых сельхозпредприятий, которые включали: изменение структуры посевов, основных технологических операций (обработка почвы, обращение с растительными остатками) и изменения в системе ведения животноводства. Так как набор сельскохозяйственных культур, их доля в севообороте и технологии выращивания различаются на модельных предприятиях, а углеродный след зависит от ряда факторов (массы растительных остатков, объема и состава вносимых удобрений и средств защиты посевов, объема сжигаемого сельхозтехникой топлива и т.д.), то были предложены разные сценарии изменения структуры посевов групп сельскохозяйственных культур (зерновых, кормовых, технических) на -30/-20/-10/+10/+20/+30%, соответственно, и рассчитан углеродный след предприятий при данных сценариях. В каждом из рассмотренных сценариев при снижении доли группы культур в структуре посевов освободившаяся площадь замещается другими выращиваемыми на предприятии культурами (без добавления новых культур), пропорционально занимаемой ими площади на начальный период, принятый по итогам 2023 года. Расчет проведен с использованием двух методик – углеродного калькулятора Cool Farm Tool и Минприроды, 2015 (Распоряжение Минприроды РФ от 16.04.2015 N15-р «Об утверждении методических рекомендаций по проведению добровольной инвентаризации объема выбросов парниковых газов в субъектах Российской Федерации»). В общей сложности для всех хозяйств проведено около 1000 расчетов углеродного следа растениеводства и рассмотрено 72 варианта структуры посевов. Они показывают, что в каждом хозяйстве разные культуры вносят разный вклад в углеродный след, поэтому изменение структуры посевов по-разному определяет динамику выбросов парниковых газов. Так, в ООО «Агро-Сибирь» самое большое сокращение углеродного следа (на 1,5-9,4%) будет наблюдаться при увеличении площади зерновых на 30%. В ИП Дайрабаев М.М. наибольший удельный углеродный след оставляют посевы пшеницы яровой (433 кг СО2экв./га) и суданской травы (305 кг СО2экв./га). В связи с этим, сокращение площади посевов данных культур приведет к снижению общего углеродного следа хозяйства: сокращение площади посевов зерновых культур на 30% снизит углеродный след на 0,41-1,75%. В АО «ПЗ Бурлинский» при снижении на 30% площадей посевов зерновых культур (от текущего положения) углеродный след хозяйства увеличится на 0,69%, технических – на 2,22%, при снижении доли кормовых культур (сенаж, кукуруза на силос) – углеродный след сократится на 5,18%. В КФХ «Тузовский Я.М.» наибольший удельный углеродный след растениеводства отмечен для пшеницы яровой (808 кг СО2экв./га) и рапса (780 кг СО2экв./га), что позволяет сделать вывод о том, что сокращение площадей посевов данных культур с их замещением другими выращиваемыми культурами позволит снизить углеродный след хозяйства. При рассмотрении сценариев перехода хозяйств к сокращенной и нулевой обработке почвы везде будет наблюдаться значительное снижение углеродного следа растениеводства, а в ряде случаев – его снижения до нуля с существенным накоплением запасов углерода в почве. Что касается разных вариантов обращения с растительными остатками, то наименьший углеродный след будет давать вариант «убрано с поля для использования или продажи» и «оставлено распределенным по полю или внесено или мульчировано» (этот вариант в настоящее время практикуют все изучаемые хозяйства). Применительно к животноводству, в связи с тем, что углеродный след при выращивании КРС в своей структуре включает выбросы N2O и CH4 от процессов внутренней ферментации и разложения животноводческих отходов, рассмотрены сценарии снижения углеродного следа за счет изменения структуры кормовой базы и технологий обращения с навозом. Результаты показали, что наименьший углеродный след будет наблюдаться при преобладании в рационе животных овощных остатков, свежей травы и силоса, наибольший – при кормлении корнеплодными культурами. Применительно к выбору способа обращения с животноводческими отходами, вывоз навоза с фермы даст наименьшие выбросы парниковых газов, а его хранение в открытом анаэробном бассейне – наибольшие. Также был рассмотрен сценарий пастбищного содержания скота (в летний период), так как в настоящее время все хозяйства применяют стойловое содержание скота. При переходе на выпас скота в теплый период года углеродный след животноводства снизится незначительно – на 1,6%. Так как каждое рассматриваемое предприятие характеризуется собственной структурой посевов и технологией их обработки, поэтому и рекомендации по выбору оптимального сценария должны иметь индивидуальный характер. Предложено следующее концептуальное положение, которое может обеспечить снижение углеродного следа без внедрения новых сельхозкультур (1) и с внедрением (2), для чего следует: 1) Без внедрения новых сельхозкультур: • провести оценку углеродного следа растениеводства; • выявить культуры с наиболее высоким удельным углеродным следом (кг СО2экв/га); • сократить посевную площадь данных культур в пользу других выращиваемых культур с оцененным на данном предприятии углеродным следом. 2) С внедрением новых сельхозкультур: • провести оценку углеродного следа растениеводства; • выявить культуры с наиболее высоким удельным углеродным следом (кг СО2экв/га); • провести оценку углеродного следа внедряемых новых культур с учетом применяемых на предприятии технологий, а также климатических и почвенных условий; • на основе полученных результатов углеродного следа внедряемых культур (кг СО2экв/га) в сравнении с уже выращиваемыми культурами принимать решение о внедрении.

 

Публикации

1. Красноярова Б.А., Назаренко А.Е., Плуталова Т.Г., Шарабарина С.Н. Углеродный след сельского хозяйства: структура, методы оценки и факторы влияния ГЕОГРАФИЯ И ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ (год публикации - 2025)

2. Красноярова Б.А., Назаренко А.Е., Плуталова Т.Г., Шарабарина С.Н. Углеродный баланс в степных и лесостепных агроэкосистемах Алтайского края ЮГ РОССИИ: ЭКОЛОГИЯ, РАЗВИТИЕ (год публикации - 2025)

3. КРАСНОЯРОВА Б.А., НАЗАРЕНКО А.Е., ПЛУТАЛОВА Т.Г., ШАРАБАРИНА С.Н. ВОЗМОЖНОСТИ РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛЕРОДНОГО БАЛАНСА АГРАРНОГО РЕГИОНА Географические исследования Сибири и Алтае-Саянского трансграничного региона , Географические исследования Сибири и Алтае-Саянского трансграничного региона : Сборник статей Международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию Алтайского государственного университета, Барнаул, 25–26 апреля 2023 года. – Барнаул: Алтайский государственный университет, 2023. – С. 126-134. (год публикации - 2023)

4. Красноярова Б.А. , Шарабарина С.Н.,Назаренко А.Е. , Плуталова Т.Г. ВОЗМОЖНОСТИ СНИЖЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО СЛЕДА В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ Фундаментальная география в Сибири: этапы развития, результаты и перспективы, Фундаментальная география в Сибири: этапы развития, результаты и перспективы / Материалы Международной научной конференции (Иркутск, 27 ноября – 30 ноября 2024 г.). – Иркутск: Изд-во Института географии им.В.Б. Сочавы СО РАН, 2024. – с. 72-75. (год публикации - 2024)

5. Красноярова Б.А., Назаренко А.Е., Плуталова Т.Г., Шарабарина С.Н. Углеродный след сельскохозяйственного землепользования в степных районах Алтайского края Степи Северной Евразии : Материалы X международного симпозиума (Международного степного форума), Степи Северной Евразии : Материалы X международного симпозиума (Международного степного форума), Оренбург, 27 мая – 02 2024 года. – Оренбург: Институт степи Уральского отделения РАН, 2024. – С. 622-626. – DOI 10.24412/cl-37200-2024-622-626. (год публикации - 2024)
10.24412/cl-37200-2024-622-626


Возможность практического использования результатов
Результаты выполнения проекта внесут свой вклад в развитие концепции биоэкономики – нового для России направления, развивающегося в рамках устойчивого развития и смягчения последствий изменения климата, и их можно будет экстраполировать для других территорий со схожими природными условиями. Понимание процессов эмиссии и стока углерода в агроэкосистемах и возможности их регулирования в зависимости от системы и структуры землепользования позволит сформировать научный задел для развития перспективных «зеленых» технологий в России и, прежде всего, в такой важной отрасли как сельское хозяйство. Кроме того, результаты проекта значимы с позиций научно-прикладного развития идей карбонового земледелия в России и их адаптации к условиям юга Западной Сибири. В целом, тематика проекта и полученные результаты соответствуют задачам Стратегии социально-экономического развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года (2021 г.) и Распоряжения Правительства РФ от 14 июля 2021 г. N 1912-р «Об утверждении целей и основных направлений устойчивого (в том числе зеленого) развития РФ».