Assessment of the Carbon Content in Agricultural Soils of the European Russia for Climate Projects

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Soils and their organic carbon (SOC) are recognized as the main regulators of the global carbon cycle. At the same time, the calculations of SOC stock are not considered for climate projects and remain unclaimed. The aim of the study is to demonstrate the perspective of SOC stock analysis for planning and decision-making within the framework of Land Use, Land-Use Change and Forestry Programs. The study exploits modern available digital soil databases processed by QGIS tools. Using the example of agricultural soils in European Russia, it has been shown that SOC reserves in the 0.3 m layer of the base year 1990 were 7.0 Gt C in arable and 3.1 Gt C in pasture lands. It was found that during the period of agricultural use, the stock of SOC decreased by 1.8 Gt C (21% of the original content) on arable land and 0.3 Gt C (9% of the original content) on pastures. The loss of SOC stock from 0.3 m layer amounted to about 2.1 Gt C (some 7.7 Gt CO2-eq.). The decline of SOС stock from the 0.3–1.0 m layer of arable and pasture lands amounted to about 1.4 Gt C or 5.2 Gt CO2-eq., which reaches almost 70% of the loss of the surface 0.3 m layer. The total loss of SOC stock from agricultural soils from a 1.0 m layer is about 12.9 Gt CO2-eq., which is almost 9 times higher than the total greenhouse gas emission of the Russian Federation in 2020. It is proposed to include deeper layers of agricultural soils in the national standard for emissions and removals of greenhouse gas accounting. An approach is shown to use the spatial distribution of SOC stock for preliminary planning of climate projects within the framework of Land Use, Land-Use Change and Forestry Programs. For the practical establishment of greenhouse gas absorption projects, detailed justifications are required. The performed studies are harmonized with the requirements of the Intergovernmental Panel on Climate Change, which confirms the potential of soils use in climate projects of the Russian Federation.

About the authors

V. S. Stolbovoy

Dokuchaev Soil Institute

Author for correspondence.
Email: vladimir.stolbovoy@gmail.com
Russia, Moscow

P. P. Fil

Dokuchaev Soil Institute

Email: vladimir.stolbovoy@gmail.com
Russia, Moscow

References

  1. Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера. РАН. Комиссия по сохранению и разработке научного наследия академика В.И. Вернадского / ред. А.Л. Яншин. Институт геохимии и аналитической химии. М.: Наука, 1994. 669 с.
  2. Глазовская М.А. Роль и функции педосферы в геохимических углеродных циклах // Почвоведение. М.: Наука, 1996. № 2. С. 174–186.
  3. Доклад о состоянии и использовании земель сельскохозяйственного назначения Российской Федерации в 2020 году. М.: ФГБНУ “Росинформагротех”, 2022. 384 с.
  4. Докучаев В.В. Учение о зонах природы и классификация почв. Собрание сочинений. М.–Л.: Изд-во АН СССР, 1951. Т. 6. С. 375–535.
  5. Единый государственный реестр почвенных ресурсов России. Версия 1.0 / ред. А.Л. Иванов, С.А. Шоба. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 2014. 768 с.
  6. Единая федеральная информационная система о землях сельскохозяйственного назначения и землях, используемых или предоставленных для ведения сельского хозяйства в составе земель иных категорий. Руководство пользователя. 2020. 117 с.
  7. Иванов А.Л., Столбовой В.С. Инициатива “4 Промилле” – новый глобальный вызов для почв России // Бюл. Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2019. № 98. С. 185–202. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2019-98-185-20
  8. Когут Б.М., Семенов В.М. Оценка насыщенности почвы органическим углеродом // Бюл. Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2020. № 102. С. 103–124.
  9. Крылатов А.К. и др. Динамика баланса гумуса на пахотных землях Российской Федерации. М.: Госкомзем России, 1998. 60 с.
  10. Национальный доклад “Глобальный климат и почвенный покров России: оценка рисков и эколого-экономических последствий деградации земель, адаптивные системы и технологии рационального природопользования (сельское и лесное хозяйство)” / под ред. А.И. Бедрицкого. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева, ГЕОС. 2018. 286 c. ISBN 978-5-89118-762-2
  11. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество в почвах России. М.: Наука, 1996. 256 с.
  12. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990. 325 с.
  13. Романовская А.А., Нахутин А.И., Гинзбург В.А. и др. Национальный доклад о кадастре антропогенных выбросов из источников и абсорбции поглотителями парниковых газов, не регулируемых Монреальским протоколом за 1990–2020 гг. М., 2022. Ч. 1. 468 с.
  14. Столбовой В.С., Гребенников А.М., Оглезнев А.К. и др. Реестр индикаторов качества почв сельскохозяйственных угодий Российской Федерации. Версия 1.0 / Коллективная монография. Иваново: ПресСто, 2021а. 260 с. ISBN 978-5-6046374-0-1
  15. Столбовой В.С., Гребенников А.М., Оглезнев А.К., Шилов П.М., Филь П.П. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2021621903 “Информационно-справочная база данных индикаторов качества почв сельскохозяйственных угодий РФ”. 2021б.
  16. Тюрин И.В. Органическое вещество почв и его роль в почвообразовании и плодородии. Л.: Сельхозгиз, 1937. 287 с.
  17. Крылатов А.К., Родин А.З., Носов С.И. Физико-химические свойства почв сельскохозяйственных угодий и баланс гумуса в пашне Российской Федерации. М.: Русслит, 1996. 392 c. ISBN 5-86508-049-0
  18. Baldock J.A., Skjemstad J.O. Role of the soil matrix and minerals in protecting natural organic materials against biological attack // Organic Geochem. 2000. Vol. 31. № 7–8. P. 697–710.
  19. Batjes N.H. Total carbon and nitrogen in the soils of the world. European J. of Soil Sci. 1996. Vol. 47. № 2. C. 151–163.
  20. Bolin B. et al. Global carbon cycle: SCOPE 13. NY: John Wiley & Sons, 1979. № CONF-7703140.
  21. IPCC, 2000. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) (2000) / J. Penman, D. Kruger, I. Ga-lbally, T. Hiraishi, B. Nyenzi, S. Emmanuel, L. Buendia, R. Hoppaus, T. Martinsen, J. Meijer, K. Miwa, K. Tanabe (Eds.). Good Practice Guidance and Uncertainty Management in National Greenhouse Gas Inventories. IPCC/OECD/IEA/IGES, Hayama, Japan.
  22. IPCC, 2003. Intergovernmental Panel on Climate Change Good Practice Guidance for Land Use, Land-Use Change and Forestry IPCC National Greenhouse Gas Inventories Programme UNEP / J. Penman, M. Guitarsky, T. Hiraishi (Eds.). Hayama: Inst. Glob. Envir. Strateg., 2003.
  23. IPCC, 2006. IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme / H.S. Eggleston, L. Buendia, K. Miwa, T. Ngara, K. Tanabe (Eds.). Hayama: Inst. Glob. Envir. Strateg., 2006.
  24. IPCC, 2021. Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Annex VII: Glossary / J.B.R. Matthews, V. Möller, van Diemen R., J.S. Fuglestvedt, V. Masson-Delmotte, C. Méndez, S. Semenov, A. Reisinger (Eds.). Cambridge; NY: Cambridge Univ. Press, 2021. P. 2215–2256. https://doi.org/10.1017/9781009157896.022
  25. Hiederer R., Jones R.J.A. Development of a Spatial European Soil Property Data Set. Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities, 2009. 30 p. ISBN 978-92-79-12535-5, ISSN 1018-5593.https://doi.org/10.2788/19220
  26. Lal R. Managing soils for negative feedback to climate change and positive impact on food and nutritional security // Soil Sci. and Plant Nutrition. 2020. Vol. 66. № 1. P. 1–9. https://doi.org/10.1080/00380768.2020.1718548
  27. Lehmann J., Kleber M. The contentious nature of soil organic matter // Nature. 2015. Vol. 528. № 7580. P. 60–68.
  28. Minasny B., Malone B.P., McBratney A.B. et al. Soil carbon 4 per mille // Geoderma. 2017. Vol. 292. P. 59–86. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.01.002
  29. Paustian K., Larson E., Kent J., Marx E., Swan A. Soil C Sequestration as a Biological Negative Emission Strategy // Front. Clim. 2019. P. 1–8. https://doi.org/10.3389/fclim.2019.00008
  30. Poulton P. et al. Major limitations to achieving “4 per 1000” increases in soil organic carbon stock in temperate regions: Evidence from long-term experiments at Rothamsted Research, United Kingdom // Global Change Biology. 2018. Vol. 24. № 6. P. 2563–2584.
  31. Schmid M.W.I., Torn M.S., Abiven S., Dittmar T., Guggenberger G., Janssens I.A. et al. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property // Nature. 2011. Vol. 478. P. 49–56. https://doi.org/10.1038/nature10386
  32. Six J., Frey S.D., Thiet R.K., Batten K.M. Bacterial and Fungal Contributions to Carbon Sequestration in Agroecosystems // Soil Sci. Society of America J. 2006. Vol. 70. P. 555–569. https://doi.org/10.2136/sssaj2004.0347
  33. Six J., Conant R.T., Paul E.A., Paustian K. Stabilization mechanisms of soil organic matter: implications for C-saturation of soils // Plant and Soil. 2002. Vol. 241. P. 155–176. https://doi.org/10.1023/A:1016125726789
  34. Stevenson F.J. Humus chemistry: genesis, composition, reactions. John Wiley & Sons, 1995. 512 p.
  35. Stewart C.E., Paustian K., Conant R.T. et al. Soil carbon saturation: concept, evidence and evaluation // Biogeochemistry. 2007. Vol. 86. P. 19–31.
  36. Stolbovoi V. Carbon in Russian soils // Climatic Change. 2002. Vol. 55. № 1–2. P. 131–156.
  37. Stolbovoy V. Carbon in agricultural soils of Russia. In: Soil Organic Carbon and Agriculture: Developing Indicators for Policy Analyses. Proceedings of an OECD expert meeting, Ottawa Canada / C.A.S. Smith (Ed.). Ottawa: Agricult. Agri-Food; Paris: OECD, 2002. P. 301–306.
  38. Stolbovoy V., Ivanov A. Carbon Balance in Soils of Northern Eurasia // Soil Carbon. Progress in Soil Science / A.E. Hartemink, K. McSweeney (Eds.). 2014. P. 381–391. https://doi.org/10.1007/978-3-319-04084-4_38
  39. Technical specifications and country guidelines for Global Soil Organic Carbon Sequestration Potential Map (GSOCseq). Rome: FAO, 2020. 34 p.
  40. Watson R.T., Noble I.R., Bolin B. et al. Land Use, Land Use Change, and Forestry. IPCC Special Report. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2000. 375 p.
  41. Zimov S.A., Schuur E.G., Chapin F.S. Permafrost and the global carbon budget // Science. 2006. Vol. 312. № 5780. P. 1612–1613.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (1MB)
Indexing metadata
3.

Download (1MB)
Indexing metadata
4.

Download (45KB)
Indexing metadata
5.

Download (44KB)
Indexing metadata
6.

Download (489KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 В.С. Столбовой, П.П. Филь

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies