Ученые разрабатывают систему удержания углерода в почвах Горного Алтая
Ученые разрабатывают новую систему землепользования, которая должна помочь растениям поглощать больше углекислого газа, надолго сохранять углерод в почве и одновременно восстанавливать деградированные пастбища.
Источник: Фото предоставили сотрудники ТГУ
МОСКВА, 1 сентября /Новости науки/. Биологи Томского государственного университета разрабатывают обновленную систему землепользования в районе села Черга в Горном Алтае, которая должна способствовать поглощению углекислого газа растениями и длительному удержанию углерода в почве, сообщили в пресс-службе ТГУ.
«Глобальная цель проекта – разработка научно обоснованной концепции развития территории, которая позволит не только улавливать атмосферный углерод, но и повысить экономическую эффективность местного сельского хозяйства», – сказала Лариса Колесниченко.
В ходе экспедиционных работ исследователи обнаружили в районе Черги горные черноземы, где слой глубокого плодородного гумуса достигает более метра в толщину. Темный цвет почвы свидетельствует о высоких запасах органического углерода. По приведенным в материале научным оценкам, в травяных экосистемах хранится от 20% до 34% всех наземных запасов углерода планеты.
При этом десятилетия неконтролируемого выпаса овец, маралов, зубров и коров привели к деградации пастбищ. Почва уплотняется и теряет плодородие, одновременно снижается ее способность поглощать и удерживать углерод. Кроме того, значительные площади используются под монокультуры, например овес, без внесения удобрений и применения современных агротехнологий.
Для изменения ситуации биологи предлагают внедрить в Черге концепцию карбонового фермерства и умного севооборота. Такой подход основан на секвестрации — поглощении углекислого газа из атмосферы растениями во время фотосинтеза и последующем связывании углерода в почве на длительное время.
Одним из элементов предлагаемой технологии станет подбор растений с мощной и глубокой корневой системой: чем глубже и гуще корни, тем больше органического вещества остается под землей. В 1980-х годах в Черге уже проводились эксперименты с выращиванием 60 сортов амаранта — культуры с большой биомассой и разветвленной корневой системой, способной быстро связывать углерод.
Разрабатываемая система землепользования также предусматривает чередование сенокосов и пастбищ, подсев многолетних сидератов — растений, используемых как зеленые удобрения, применение вермикомпоста и механическую обработку почв.
Еще один перспективный подход, который тестируют биологи ТГУ, — использование пиролиза для переработки растительных остатков. В обычных условиях скошенная трава перегнивает за два-три года, а микроорганизмы при ее естественном разложении возвращают связанный углерод в атмосферу в виде углекислого газа.
Часть растительной биомассы специалисты предлагают подвергать пиролизу — воздействию высокой температуры без доступа кислорода. В результате образуются биоуголь и удобрения на его основе. Биоуголь имеет стабильную химическую структуру и не подвергается быстрому разложению.
При внесении такого материала в деградированные почвы углерод может сохраняться в них сотни лет. Пиролиз замедляет углеродный цикл более чем в 100 раз. Биоуголь также улучшает физическую структуру почвы, помогает удерживать влагу и питательные вещества и повышает урожайность лугов.
Для оценки эффективности предлагаемых агротехнологий исследователи используют стационарные и мобильные системы наблюдения за потоками углекислого газа.
«Для оценки эффективности новых агротехнологий необходим непрерывный и точный мониторинг дыхания экосистем», – отмечает Лариса Колесниченко. – «Стационарные карбоновые вышки дают исчерпывающие данные, но охватывают только фиксированный участок. Чтобы учесть сложный рельеф Горного Алтая, мы используем сочетание стационарных станций и мобильных систем мониторинга. Передвижная установка разворачивается всего за 30 минут и работает автономно в любых труднодоступных точках. Размещение мобильной камеры на разных участках от 3 до 7 дней позволяет получать точные данные об эмиссии и поглощении CO₂ в различных типах ландшафтов».
Мобильные измерения в сочетании со стационарными вышками и автоматическими почвенными камерами позволяют получать данные для построения цифровых моделей углеродного баланса. Эти результаты также служат основой для верификации спутниковых снимков.
По данным ТГУ, восстановление деградировавших земель, оптимизация севооборота и применение агро- и биотехнологий должны обеспечить долгосрочный сток парниковых газов. Одновременно программа развития территории должна повысить продуктивность пастбищ и сенокосов, укрепить кормовую базу для скотоводства и мараловодства и заложить основу для выращивания ценных культур, включая лекарственные растения.
Сбор материалов для изучения эмиссии парниковых газов и запасов углерода, а также геоботанические описания постоянных пробных площадей проводили сотрудники и аспиранты ТГУ, в том числе молодые исследователи из Пакистана, а также студенты магистерской программы «Изучение Сибири и Арктики».
«Глобальная цель проекта – разработка научно обоснованной концепции развития территории, которая позволит не только улавливать атмосферный углерод, но и повысить экономическую эффективность местного сельского хозяйства», – сказала Лариса Колесниченко.
В ходе экспедиционных работ исследователи обнаружили в районе Черги горные черноземы, где слой глубокого плодородного гумуса достигает более метра в толщину. Темный цвет почвы свидетельствует о высоких запасах органического углерода. По приведенным в материале научным оценкам, в травяных экосистемах хранится от 20% до 34% всех наземных запасов углерода планеты.
При этом десятилетия неконтролируемого выпаса овец, маралов, зубров и коров привели к деградации пастбищ. Почва уплотняется и теряет плодородие, одновременно снижается ее способность поглощать и удерживать углерод. Кроме того, значительные площади используются под монокультуры, например овес, без внесения удобрений и применения современных агротехнологий.
Для изменения ситуации биологи предлагают внедрить в Черге концепцию карбонового фермерства и умного севооборота. Такой подход основан на секвестрации — поглощении углекислого газа из атмосферы растениями во время фотосинтеза и последующем связывании углерода в почве на длительное время.
Одним из элементов предлагаемой технологии станет подбор растений с мощной и глубокой корневой системой: чем глубже и гуще корни, тем больше органического вещества остается под землей. В 1980-х годах в Черге уже проводились эксперименты с выращиванием 60 сортов амаранта — культуры с большой биомассой и разветвленной корневой системой, способной быстро связывать углерод.
Разрабатываемая система землепользования также предусматривает чередование сенокосов и пастбищ, подсев многолетних сидератов — растений, используемых как зеленые удобрения, применение вермикомпоста и механическую обработку почв.
Еще один перспективный подход, который тестируют биологи ТГУ, — использование пиролиза для переработки растительных остатков. В обычных условиях скошенная трава перегнивает за два-три года, а микроорганизмы при ее естественном разложении возвращают связанный углерод в атмосферу в виде углекислого газа.
Часть растительной биомассы специалисты предлагают подвергать пиролизу — воздействию высокой температуры без доступа кислорода. В результате образуются биоуголь и удобрения на его основе. Биоуголь имеет стабильную химическую структуру и не подвергается быстрому разложению.
При внесении такого материала в деградированные почвы углерод может сохраняться в них сотни лет. Пиролиз замедляет углеродный цикл более чем в 100 раз. Биоуголь также улучшает физическую структуру почвы, помогает удерживать влагу и питательные вещества и повышает урожайность лугов.
Для оценки эффективности предлагаемых агротехнологий исследователи используют стационарные и мобильные системы наблюдения за потоками углекислого газа.
«Для оценки эффективности новых агротехнологий необходим непрерывный и точный мониторинг дыхания экосистем», – отмечает Лариса Колесниченко. – «Стационарные карбоновые вышки дают исчерпывающие данные, но охватывают только фиксированный участок. Чтобы учесть сложный рельеф Горного Алтая, мы используем сочетание стационарных станций и мобильных систем мониторинга. Передвижная установка разворачивается всего за 30 минут и работает автономно в любых труднодоступных точках. Размещение мобильной камеры на разных участках от 3 до 7 дней позволяет получать точные данные об эмиссии и поглощении CO₂ в различных типах ландшафтов».
Мобильные измерения в сочетании со стационарными вышками и автоматическими почвенными камерами позволяют получать данные для построения цифровых моделей углеродного баланса. Эти результаты также служат основой для верификации спутниковых снимков.
По данным ТГУ, восстановление деградировавших земель, оптимизация севооборота и применение агро- и биотехнологий должны обеспечить долгосрочный сток парниковых газов. Одновременно программа развития территории должна повысить продуктивность пастбищ и сенокосов, укрепить кормовую базу для скотоводства и мараловодства и заложить основу для выращивания ценных культур, включая лекарственные растения.
Сбор материалов для изучения эмиссии парниковых газов и запасов углерода, а также геоботанические описания постоянных пробных площадей проводили сотрудники и аспиранты ТГУ, в том числе молодые исследователи из Пакистана, а также студенты магистерской программы «Изучение Сибири и Арктики».
