Россия
УДК 631.58 Отдельные системы земледелия
Рост содержания парниковых газов (ПГ) в атмосфере, влияющий на потепление климата на Земле, – один из основных вызовов XXI века. В значительной степени это связывают с антропогенной деятельностью (использование ископаемых видов топлива транспортом, при выработке энергии, при производстве продукции в промышленности и сельском хозяйстве и др.). Цель исследований – ретроспективный анализ планетарного потепления климата, обусловленного деятельностью человека для определения проблем, связанных с декарбонизацией отрасли растениеводства. Методология исследования основана на изучении и анализе публикаций отечественных и зарубежных авторов по карбоновой тематике с использованием общенаучных методов. Считать антропогенную деятельность основным виновником потепления климата на планете некорректно. Декарбонизация отраслей экономики путем снижения эмиссии в атмосферу СО2, метана, оксида азота – приоритетное направление при разработке и использовании технологий в различных сферах материального производства, в том числе в сельском хозяйстве. В то же время переход растениеводства на низкоуглеродные модели сталкивается с множеством сложностей, требующих философского, методологического и методического анализа. Почвы и агрофитоценозы выполняют важную роль в регулировании содержания ПГ в тропосфере. Одной из ключевых проблем выступает отсутствие унифицированной методики для оценки объемов депонирования и эмиссии ПГ в сельском хозяйстве, что затрудняет объективную оценку полученных результатов, а также нормативной базы по эмиссии и депонированию их разными типами почвы по широкому спектру сельскохозяйственных культур при различных технологиях возделывания. Инвентаризация источников и количественная оценка потоков ПГ в растениеводстве и земледелии позволит разрабатывать адекватные уровню хозяйствования стратегии снижения их углеродной нейтральности для сдерживания темпов глобального изменения климата.
изменение климата, парниковые газы, диоксид углерода, метан, оксид азота, секвестрация парниковых газов, эмиссия, почвы
Введение. Одним из наиболее значимых вызовов современности выступает рост концентрации парниковых газов в атмосфере, что связывается с концепцией глобального потепления (global warming). Согласно этой концепции, повышение средней температуры поверхности Земли обусловлено антропогенными выбросами парниковых газов, прежде всего диоксида углерода (CO₂). Этот процесс требует не только научного осмысления, но и разработки практических решений для смягчения его последствий. Термин «глобальное потепление» появился в 70-х годах прошлого века с легкой руки американского исследователя Уоллеса Брокера (Wallace Smith Broecker) [1] и породил не прекращающуюся вот уже около 50 лет дискуссию о вкладе деятельности людей в этот процесс на Земле.
Согласно современным научным воззрениям, ключевым фактором, ответственным за повышение среднегодовой температуры поверхности Земли, выступает увеличение концентрации парниковых газов в приземном слое атмосферы. К ним относятся углекислый газ (CO₂), гексафторид серы (SF₆), метан (CH₄), оксид азота (N₂O), трифторид азота (NF₃), а также фторорганические соединения, используемые в качестве хладагентов. Эти газы, удерживая инфракрасное излучение солнечной радиации вблизи поверхности планеты, создают парниковый эффект, что приводит к нагреванию Земли. Чем выше их концентрация, тем интенсивнее становится глобальное потепление [2].
Эффективным решением для снижения выбросов парниковых газов служит декарбонизация экономики. Это включает переход на низкоуглеродные источники энергии, такие как возобновляемая энергетика, повышение энергоэффективности, сокращение выбросов метана (например, предотвращение утечек природного газа), а также увеличение поглощения углерода экосистемами и технологическими средствами. Кроме того, необходимо внедрение низкоуглеродных технологий в ключевых отраслях: в металлургии и химической промышленности, при производстве цемента, в сельском хозяйстве и др. [3, 4].
Цель исследований – ретроспективный анализ и нетривиальный взгляд на проблему планетарного потепления климата, связанную с деятельностью людей, означить проблемы декарбонизации отрасли растениеводства при переходе на достижение углеродной нейтральности.
Условия, материалы и методы. Методология исследования основана на изучении и анализе публикаций отечественных и зарубежных авторов по карбоновой тематике с использованием общенаучных и методов исследования – системного подхода, обобщения, восхождения от абстрактного к конкретному и др.
Результаты и обсуждение. У концепции, что виной «глобального потепления» выступает антропогенный фактор, имеются как сторонники, так и противники [5]. Известно, что климат Земли никогда не был постоянным. Наличие в атмосфере парниковых газов периодически создавало парниковый эффект на нашей планете и в доиндустриальный период [6]. Энергогенерация вследствие использования угля, нефти, природного газа, определяя формирование прибавочной стоимости и материально-финансовых ресурсов, в рамках рыночной парадигмы выступает соблазнительным инструментом конкуренции и различных манипуляций [7]. Поэтому научная дискуссия по этому вопросу плавно перетекла из экологической проблемы в политическую плоскость, завязанную на экономике. В этом контексте невозможно не согласиться с мнением члена-корреспондента РАН, доктора экономических наук И. С. Королева, который отмечает: «Глобальное потепление представлено как главная угроза человечеству, превосходящая даже социальное неравенство, бедность, болезни и риск ядерного конфликта. Этот нарратив используется для оправдания форсированного перехода к возобновляемым источникам энергии, несмотря на значительные экономические и социальные издержки. Климатическая повестка стала инструментом политической игры, направленной на получение выгод отдельными государствами и корпорациями. Ярким примером является решение Европейского союза ввести углеродный налог на импорт товаров с высоким углеродным следом, включая минеральное сырье, металлы, цемент, удобрения и другие продукты» [8].
Известно, что в основном парниковый эффект создает водяной пар, о чем в большинстве случаев умалчивают при обсуждении карбоновой проблемы. Его же вклад составляет примерно 50 %, облачности – 25 %, то есть суммарное вложение атмосферной влаги в парниковый эффект достигает 75 %. При этом доля СО2 составляет 20 %, а на вклад всех остальных газов приходится не более 5 % [9]. В то же время эмиссия парниковых газов, связанная с растениеводством, составляет примерно 5 % всех их выбросов, вызванных деятельностью человека [10].
Кроме людей, значительная лепта в повышение выбросов в атмосферу парниковых газов, и в первую очередь СО2, принадлежит естественным для планеты процессам – извержениям вулканов [11], выделению диоксида углерода Мировым океаном в процессе нагревания его вод и др. Известно, например, что растворимость газа и его накопление в воде увеличивается при понижении температуры; и наоборот, при повышении температуры воды депонирование СО2уменьшается, о чем свидетельствуют публикации [12].
Из всего сказанного следует, что некорректно однозначно считать антропогенную деятельность основным виновником потепления климата на планете.
Рассмотрим другой аспект проблемы декарбонизации экономики – вклад аграрного сектора в эмиссию парниковых газов. Опубликованы данные, которые показывают, что мировой агропромышленный комплекс образует от 1 до 12 % парниковых газов от всего антропогенного объема [13], а объединенный вклад сельского и лесного хозяйства по оценкам 2022 г. равен 24 % [14]. При этом основные составляющие растениеводства и земледелия – почва и сельскохозяйственные культуры – выступают одновременно в качестве поглотителей и эмитентов парниковых газов. Так, дыхание почвы [15] и растений вносят значительный вклад в эмиссию СО2 в атмосферу. В то же время растения в ходе фотосинтеза поглощают СО2 из атмосферы с образованием органического вещества. По экспертным оценкам усвоение диоксида углерода в процессе фотосинтеза в течение года составляет около 260 млрд т, что эквивалентно 7,8×1010 т углерода [16]. Установлено, что при концентрации СО2 в 300 ppm потенциал фотосинтеза используется лишь наполовину. По данным C. D. и K. E. Idso [17], удвоение текущей концентрации диоксида углерода приведет (в среднем) к ускорению прироста биомассы у С3растений (большинство известных видов) на 41 %, а у С4 (некоторые травянистые растения, в том числе важные сельскохозяйственные культуры – кукуруза, сорго, сахарный тростник, просо и др.) – на 22 %. Это успешно используют при производстве сельскохозяйственной продукции (овощей, ягод, цветов) в закрытых объемах (теплицах). Практически у всех видов растений рост концентрации СО2 в воздухе приводит к активизации фотосинтеза и росту продуктивности растений. По расчетам В. А. Ковды [18], без непрерывного поступления диоксида углерода из почвы в атмосферу существующих запасов его хватило бы не более чем на 35 лет.
С биосферной точки зрения, ключевым процессом, обеспечивающим круговорот углерода, служит фотосинтез. Он выступает основным источником кислорода и потребителем углекислого газа. Углерод накапливается в живой биомассе, органическом веществе, известковых породах, горючих ископаемых, гумусовом слое почв и каустобиолитах [19]. В агроэкосистемах круговорот углерода определяется балансом между его поглощением растениями для синтеза органического вещества и выделением в процессе дыхания почв и растений. Почвы играют двойную роль: они выступают источником CO₂ (так называемое «почвенное дыхание») и одновременно представляют собой важный буферный резервуар как органического (гумус, пожнивно-корневые остатки), так и неорганического углерода [20]. Карбонаты, присутствующие в твердой и жидкой фазах почвы, находятся в динамическом равновесии с углекислым газом почвенной атмосферы. В зависимости от условий, они могут либо аккумулировать CO₂, либо высвобождать его, регулируя газообмен между почвой, атмосферой и другими геосферами [15]. Углерод, выступая одним из ключевых элементов процессов фотосинтеза растений (так называемого воздушного питания растений), также занимает значительную долю в структуре гумуса, участвует в процессах минерализации и иммобилизации азота, выступает источником питания микроорганизмов, чувствителен к воздействию удобрений [20, 21].
Одной из проблем повышения углеродной нейтральности агропромышленного производства выступает отсутствие общепринятой единой методики определения объемов депонирования и эмиссии парниковых газов в растениеводстве, что затрудняет объективно анализировать и оценивать полученные результаты [2, 22, 23].
В октябре 2021 г. была утверждена Стратегия социально-экономического развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 г., основная цель которой – обеспечение углеродной нейтральности при стабильном росте экономики страны и среднем темпе не менее 3 % годовых ВВП [24]. В ней, кроме прочих, разработаны конкретные мероприятия и для растениеводческой составляющей сельского хозяйства:
распространение применения медленнодействующих минеральных удобрений и удобрений с ингибиторами процессов нитрификации, которые растворяются и высвобождают азот медленнее, нежели традиционные азотные удобрения, соблюдение норм и сроков внесения удобрений в почву, изменение способов внесения удобрений [25, 26];
дифференцированное внесение на возделываемых землях агрохимикатов, использование наилучших доступных технологий в сельском хозяйстве, применение дистанционного зондирования Земли из космоса для наблюдения за состоянием почв и мониторинга посевов [27];
использование прогрессивных агрономических методов (регенеративных технологий), повышающих урожайность и способствующих более интенсивному поглощению остаточного углерода [28, 29];
противоэрозионные и полезащитные мелиоративные мероприятия [28, 30];
обеспечение накопления углерода в почвах сельскохозяйственных земель [24].
Предложенные меры способствуют частичному решению задачи достижения углеродной нейтральности в сельском хозяйстве. Однако вопрос накопления углерода в почвах сельскохозяйственных угодий требует дополнительного глубокого анализа. Например, депонирование углерода в форме органического вещества (гумуса) сопровождается фиксацией азота, который часто находится в дефиците для большинства культур. Это вынуждает фермеров вносить азотные удобрения, что создает дополнительные сложности. Более того, значительное увеличение содержания гумуса в почвах возможно только при применении специальных мер, таких как внесение больших доз органических удобрений или перевод земель в залежь, что не всегда экономически оправдано [31].
Долгосрочные исследования показывают, что традиционные агротехнические методы, направленные на повышение урожайности (оптимизация доз удобрений, минимизация обработки почвы, отказ от чистого пара), приводят лишь к незначительному увеличению содержания гумуса в почве (на 0,1…0,2 %) [31, 32, 33]. Даже систематическое внесение растительных остатков (соломы, корневых и пожнивных остатков) не обеспечивает непрерывного накопления углерода. На определенном уровне достигается равновесие между поступлением углерода и его потерями в процессе минерализации («дыхания почвы») [34, 35, 36].
Выводы. Анализ зарубежных и отечественных публикаций по вопросам «глобального потепления климата» и «карбоновой тематики» указывает, что однозначно считать антропогенную деятельность основным и главным виновником потепления климата на Земле некорректно. Это планетарный процесс, в котором задействовано множество «игроков».
Растениеводческая отрасль сельского хозяйства практически единственная сфера, которая способна стать поглотителем выбросов парниковых газов и депонирования углерода.
Декарбонизация сельскохозяйственной отрасли и ее отдельных элементов –комплексный и многоступенчатый процесс. Вряд ли возможно найти универсальный подход к достижению углеродной нейтральности растениеводства, который будет оптимальным для всех регионов и хозяйств разных форм собственности и уровней интенсивности технологий возделывания культур как с точки зрения сокращения эмиссии парниковых газов и депонирования углерода, так и по критерию экономической эффективности.
Отсутствие научно обоснованной и общепринятой нормативной базы по эмиссии и депонированию парниковых газов разными почвами и широким спектром сельскохозяйственных культур при различных технологиях их возделывания (системах и способах обработки, уровнях удобренности и методах защиты растений от вредных организмов и др.), отсутствие адекватной методики определения потоков СО2, СН4, N2O в растениеводстве, затрудняет возможности объективного сравнения и оценки полученных результатов.
Инвентаризация источников и количественная оценка объемов поступления и использования парниковых газов в растениеводстве и земледелии позволит разрабатывать стратегии достижения углеродной нейтральности адекватные уровню хозяйствования.
1. Broecker W. S. Climatic change; are we on the brink of a pronounced global warming. // Science. 1975. Vol. 189. No. 4201. P. 460–463.
2. Битва за климат: карбоновое земледелие как ставка России: экспертный доклад / А. Ю. Иванов, Н. Д. Дурманов, М. П. Орлов и др. / под ред. А. Ю. Иванова, Н. Д. Дурманова. М.: Изд. дом Высшей школы экономики, 2021. 120 с.
3. Башмаков И. А. Стратегия низкоуглеродного развития российской экономики // Вопросы экономики. 2020. № 7. С. 51–74.
4. Перспективы декарбонизации мировой экономики в контексте реализации Парижского климатического соглашения ООН / Г. В. Сафонов, М. Л. Козельцев, А. В. Стеценко и др. // Вестник международных организаций: образование, наука, новая экономика. 2022. Т. 17. № 4. С. 38–61. doi:https://doi.org/10.17323/1996-7845-2022-04-02.
5. Maslin M. Global Warming: A Very Short Introduction. Oxford University Press; 3 edition (December 1, 2014). 200 р.
6. Глаголев М. В., Сабреков А. Ф. Ответ А. В. Смагину: II. Углеродный баланс России // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. 2014. Т. 5. № 2. С. 50–70.
7. Снакин В. В. Глобальные изменения климата: прогнозы и реальность // Жизнь Земли. 2019. Т. 41. № 2. С. 148–164.
8. Королев И. С. «Глобальное потепление» и энергетический переход (внешнеэкономический аспект) // Анализ и прогноз. Журнал ИМЭМО РАН. 2022. № 2. С. 13–22.
9. Вклад углекислого газа и воды в парниковый эффект / Н. В. Сырчина, Г. Я. Кантор, В. Н. Пугач и др. // Теоретическая и прикладная экология. 2021. № 4. С. 218–223.
10. Greenhouse gas emissions intensity of global croplands / K. M. Carlson, J. S. Gerber, N.D. Mueller, et al. // Nature Climate Change. 2017. Vol. 7. P. 63–68.
11. The emissions of CO2 and other volatiles from the world’s subaerial volcanoes / T. P. Fischer, S. Arellano, S. Carn, et al. // Scientific reports. 2019. Vol. 9. No. 1. URL: https://www.nature.com/articles/s41598-019-54682-1 (дата обращения: 18.01.2025). doi:https://doi.org/10.1038/s41598-019-54682-1.
12. Гудзенко В. Т., Вареничев А. А., Громова М. П. Мировая экономика и газогидраты // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. № 10. С. 43–57.
13. Carbon, nitrogen and Greenhouse gases budgets over a four years crop rotation in northern France / B. Loubet, P. Laville, S. Lehuger, et al. // Plant Soil. 2011. Vol. 343. P. 109–137.
14. Agriculture, Forestry and Other Land Uses (AFOLU) / G. J. Nabuurs, R. Mrabet, A. A. Hatab, et al. // Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, UK and New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2023. P. 747–860.
15. Кудеяров В. Н. Дыхание почв и биогенный сток углекислого газа на территории России // Почвоведение. 2018. № 6. С. 643–658.
16. Ивлев А.А. Фотосинтез и оценки баланса углерода в глобальном цикле углерода // Геология нефти и газа. 2020. № 3. С. 71–77. doi:https://doi.org/10.31087/0016-7894-2020-3-71-77.
17. Idso C. D., Idso K. E. Forecasting world food supplies: the impact of rising atmospheric CO2 concentration // Technology 7 (suppl). 2000. P. 33–56.
18. Ковда В. А. Основы учения о почвах. В 2 кн.: Общая теория почвообразовательного процесса. М.: Наука, 1973. Кн. 1. 448 с. Кн. 2. 468 с.
19. Ковда В. А. Биогеохимия почвенного покрова. М.: Наука, 1985. 264 с.
20. Strawn D. G., Bohn H. L., OʹConnor G. A. Soil Chemistry. Fourth Edition. John Wiley & Sons, Ltd, 2015. 397 p.
21. Семенов В. М., Лебедева Т. Н. Проблема углерода в устойчивом земледелии: агрохимические аспекты // Агрохимия. 2015. № 11. С. 3–12.
22. Особенности оценки углеродного следа в сельском хозяйстве: сравнительный анализ методических подходов / Б. А. Красноярова, А. Е. Назаренко, Т. Г. Плуталова и др. // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естеств. науки. 2024. № 1. С. 76–88. doi:https://doi.org/10.18522/1026-2237-2024-1-76-88.
23. Методические указания по количественному определению объема парниковых газов. Распоряжение Минприроды России от 30.06.2017 № 20-р. URL: https://eipc.center/pdf/analitic/raspr_minprir_ros_30_06_2017_n_20.pdf (дата обращения: 18.01.2025).
24. Распоряжение Правительства РФ от 29 октября 2021 г. № 3052-р «Об утверждении стратегии социально-экономического развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года». URL: https://legalacts.ru/doc/rasporjazhenie-pravitelstva-rf-ot-29102021-n-3052-r-ob-utverzhdenii/ (дата обращения: 18.01.2025).
25. Хисматуллин М. М., Хисматуллин М. М., Сафиоллин Ф. Н. Практические приемы частичной замены минеральных удобрений листовой подкормкой многолетних трав на серых лесных почвах Среднего Поволжья // Кормопроизводство. 2019. № 7. С. 12–18.
26. Хисматуллин М. М. Агроэнергетическая и экономическая эффективность поверхностного улучшения пойменных лугов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2010. Т. 5. № 1 (15). С. 120–122.
27. Техника и технология поверхностного улучшения пойменных лугов Республики Татарстан / Ф. Н. Сафиоллин, А. Р. Валиев, С.Р. Сулейманов и др. // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2022. Т. 17. № 4 (68). С. 50–55. doi:https://doi.org/10.12737/2073-0462-2023-50-55.
28. Сычев В. Г., Хисматуллин М. М., Хисматуллин М. М. Роль мелиорации в повышении эффективности сельскохозяйственного производства и плодородия почв: экономико-правовые аспекты // Плодородие. 2023. № 1 (130). С. 57–63. doi:https://doi.org/10.25680/S19948603.2023.130.14.
29. Антистрессовые и фитогормонные препараты в технологии возделывания ярового рапса на серых лесных почвах Республики Татарстан / Д. Г. Гатауллин Ф. Н. Сафиоллин, Г. С. Миннуллин и др. // Агрохимический вестник. 2021. № 2. С. 45–49. doi:https://doi.org/10.24412/1029-2551-2021-2-009.
30. К вопросу развития и экономической эффективности мелиоративной отрасли Республики Татарстан / А.Р. Валиев, Н.М. Асадуллин, Л.В. Михайлова и др. // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2023. Т. 18. № 2 (70). С. 199–205. doi:https://doi.org/10.12737/2073-0462-2023-199-205
31. Шарков И. Н. Концепция воспроизводства гумуса в почвах // Агрохимия. 2011. № 12. С. 21–27.
32. Дедов А. А., Несмеянова М. А., Дедов А. В. Влияние приемов биологизации земледелия и способов обработки почвы на содержание органического вещества в черноземе типичном и продуктивность севооборотов // Агрохимия. 2017. № 9. С. 25–32.
33. Шарков И. Н., Антипина П. В. Некоторые аспекты углерод-секвестирующей способности пахотных почв // Почвы и окружающая среда. 2022. Т. 5. № 2. е175. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/nekotorye-aspekty-uglerod-sekvestriruyuschey-sposobnosti-pahotnyh-pochv/viewer (дата обращения: 18.01.2025). doi:https://doi.org/10.31251/pos.v5i2.175.
34. Демин Е. А., Миллер С. С., Ахтямова А. А. Влияние минеральных удобрений и температуры почвы на эмиссию углекислого газа в посевах яровой пшеницы в условиях лесостепной зоны Зауралья // Земледелие. 2024. № 1. С. 17–22. doi:https://doi.org/10.24412/0044-3913-2024-1-17-22.
35. Демин Е. А., Миллер С. С. Влияние различных способов обработки и температуры почвы на эмиссию углекислого газа в посевах яровой пшеницы в условиях лесостепной зоны Зауралья // Земледелие. 2024. № 4. С. 13–18. doi:https://doi.org/10.24412/0044-3913-2024-4-13-18.
36. Мирсаяпов Р. Р., Низаметдинов З. М., Асылбаев И. Г. Оценка эмиссии и секвестрация углерода сельскохозяйственными культурами // Достижения науки и техники АПК. 2024. Т. 38. № 12. С. 35–40. doi:https://doi.org/10.53859/02352451_2024_38_12_35.
