Forecasting the Carbon Stock Dynamics in the Soils of Cultivated Croplands in European Russia in the Context of the Low-Carbon Development

V. A. Romanenkov; Романенков В. А.; Yu. L. Meshalkina; Мешалкина Ю. Л.; A. Yu. Gorbacheva; Горбачева А. Ю.; V. A. Dobrovolskaya; Добровольская В. А.; A. N. Krenke; Кренке А. Н.

doi:10.31857/S2587556623040106

Прогноз динамики запасов углерода в почвах возделываемых земель Европейской России в контексте стратегии низкоуглеродного развития

Авторы: Романенков В.А.¹^,2, Мешалкина Ю.Л.¹^,3, Горбачева А.Ю.¹, Добровольская В.А.¹, Кренке А.Н.⁴
Учреждения:
1. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
2. ВНИИ агрохимии имени Д.Н. Прянишникова
3. РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева
4. Институт географии РАН
Выпуск: Том 87, № 4 (2023)
Страницы: 584-596
Раздел: ЗЕМЛИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
URL: https://journals.rcsi.science/2587-5566/article/view/135604
DOI: https://doi.org/10.31857/S2587556623040106
EDN: https://elibrary.ru/ZPYPTE
ID: 135604

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Потенциал секвестрации органического углерода в верхнем 30-сантиметровом слое почв возделываемых земель для Европейской территории России оценен на основе почвенно-экологического районирования с использованием Ротамстедской углеродной динамической модели RothC и общедоступных глобальных баз данных, таких как массив климатических данных Climatic Research Unit (CRU) TS v4.05, 1901–2020, коллекция карт SoilGrids250m версия 2.0, а также временной ряд вегетационных индексов NDVI и EVI, полученных со спутника MODIS (MOD13A1.006 Terra Vegetation Indices). Для оценки современных запасов углерода использованы данные национальной карты запасов почвенного органического углерода на глубине 0–30 см. Методика работы соответствовала унифицированной методологии ФАО по составлению Глобальной карты секвестрации почвенного углерода. Средняя скорость секвестрации углерода по природным зонам при неизменном хозяйствовании изменялась от 0.076 до −0.002 т/га в год, убывая от зоны северной тайги к полупустыне. Увеличение поступления углерода на 5% при внедрении углеродосберегающих технологий может обусловить рост секвестрации углерода в два раза, а увеличение на 20% − в 5 раз. При росте поступления углерода в почву отмечено двукратное возрастание скорости секвестрации углерода от южной тайги с максимумом в зоне лесостепи, с последующим снижением в 1.5 раза и более в степной и сухостепной зоне. Использованная методика позволяет с пространственным разрешением 1 км выделить контуры, обладающие наибольшим и наименьшим потенциалом изменения запасов углерода при внедрении углеродосберегающих технологий.

Ключевые слова

секвестрация углерода, углеродосберегающие технологии в сельском хозяйстве, изменение климата, модель RothC, сельскохозяйственные земли, баланс углерода, инициатива “4 per 1000”

Список литературы

Виноградова В.В., Глезер О.Б., Грачева Р.Г. и др. Воздействие изменения климата на человеческий потенциал, экономику и экосистемы: Докл. к XXIII Ясинской (Апрельской) междунар. науч. конф. по проблемам развития экономики и общества, Москва, 2022 г. Нац. исслед. ун-т “Высшая школа экономики”. М.: Изд. дом Высшей школы экономики, 2022. 76 с.
Второй оценочный докл. Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. М.: Росгидромет, 2014. 60 с.
Глушков И.В., Лупачик В., Прищепов А.В., Потапов П.В., Пукинская М.Ю., Ярошенко А.Ю., Журавлева И.В. Картирование заброшенных земель в восточной Европе с помощью спутниковых снимков Landsat и Google Earth Engine // Современная наука о растительности: Материалы науч. конф. (Москва, октябрь 2019). М., 2019. С. 35–37.
Иванов А.Л., Савин И.Ю., Столбовой В.С., Духанин Ю.А., Козлов Д.Н. Методологические подходы формирования единой Национальной системы мониторинга и учета баланса углерода и выбросов парниковых газов на землях сельскохозяйственного фонда Российской Федерации // Бюл. Почвенного ин-та имени В.В. Докучаева. 2021. Вып. 108. С. 175–218. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2021-108-175-218
Иванов А.Л., Савин И.Ю., Столбовой В.С., Духанин Ю.А., Козлов Д.Н., Баматов И.М. Глобальный климат и почвенный покров – последствия для землепользования России // Бюл. Почвенного ин-та имени В.В. Докучаева. 2021. Вып. 107. С. 5–32. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2021-107-5-32
Иванов А.Л., Столбовой В.С. Инициатива “4 промилле” – новый глобальный вызов для почв России // Бюл. Почвенного ин-та имени В.В. Докучаева. 2019. Вып. 98. С. 185–202. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2019-98-185-202
Когут Б.М., Семенов В.М. Оценка насыщенности почвы органическим углеродом // Бюл. Почвенного ин-та имени В.В. Докучаева. 2020. Вып. 102. С. 103–124. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2020-102-103-124
Кренке А.Н. Выявление инвариантных состояний агроландшафтов на основе иерархического факторного анализа дистанционной информации // Принципы экологии. 2020. № 3. С. 16–27. https://doi.org/10.15393/j1.art.2020.10942
Романенков В.А. Динамика запасов почвенного углерода в агроценозах Европейской территории России (по данным длительных агрохимических опытов): Дисс. … д-ра биол. наук. М.: МГУ имени М.В. Ломоносова, 2011. 403 с.
Романенков В.А., Романенко И.А., Рухович Д.И., Королева П.В., Сиротенко О.Д., Шевцова Л.К. Прогноз динамики запасов органического углерода пахотных земель Европейской территории России / ред. В.Г. Сычев. М.: ВНИИА, 2009. 95 с.
Романовская А.А. Органический углерод в почвах залежных земель России // Почвоведение. 2006. № 1. С. 52–61.
Романовская А.А. Оценка неопределенности инвентаризации выбросов парниковых газов в сельском хозяйстве России // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2007. Т. XXI. С. 44–57.
Россия в цифрах. 2020: Краткий стат. сб. / под ред. П.В. Малкова. M.: Росстат, 2020. 550 с.
Третий оценочный докл. об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Общее резюме / общ. ред. И.А. Шумаков. СПб.: Наукоемкие технологии, 2022. 124 с.
Урусевская И.С., Алябина И.О., Шоба С.А. Карта почвенно-экологического районирования Российской Федерации. М-б 1 : 8 000 000. Пояснительный текст и легенда к карте: Учеб. пособие / отв. ред. И.С. Урусевская. М.: МАКС Пресс, 2020. 100 с.
Чернова О.В., Голозубов О.М., Алябина И.О., Щепащенко Д.Г. Комплексный подход к картографической оценке запасов органического углерода в почвах России // Почвоведение. 2021. № 3. С. 273–286. https://doi.org/10.31857/S0032180X21030047
Alcamo J., Dronin N., Endejan M., Golubev G., Kirilenko A. A new assessment of climate change impacts on food production shortfalls and water availability in Russia // Global Environ. Change. 2007. Vol. 17. P. 429–444. https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2006.12.006
Amelung W., Bossio D., de Vries W., Kögel-Knabner I. et al. Towards a global-scale soil climate mitigation strategy // Nature Communications. 2020. Vol. 11. № 5427. P. 1–10. https://doi.org/10.1038/s41467-020-18887-7
Chernova O.V., Ryzhova I.M., Podvezennaya M.A. Historical trends in the amount and structure of organic carbon stocks in natural and managed ecosystems in European Russia // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2020. Vol. 438. № 012005. https://doi.org/10.1088/1755-1315/438/1/012005
Dankers R., Anisimov O., Falloon P., Gornall J., Reneva S., Wiltshire A. Climate impacts in Russia: changes in carbon storage and exchange. UK: Met Office Hadley Centre, 2010. 112 p.
Falloon P., Smith P., Betts R., Jones C.D., Smith J., Hemming D., Challinor A. Carbon sequestration and greenhouse gas fluxes in cropland soils – climate opportunities and threats // Climate Change and Crops / S.N. Singh (Ed.). Berlin: Springer, 2009. Chapter 5. P. 81–111.
Gottschalk P., Smith J.U., Wattenbach M. et al. How will organic carbon stocks in mineral soils evolve under future climate? Global projections using RothC for a range of climate change scenarios // Biogeosciences. 2012. Vol. 9. № 8. P. 3151–3171. https://doi.org/10.5194/bg-9-3151-2012
Harden J.W., Hugelius G., Ahlstrom A. et al. Networking our science to characterize the state, vulnerabilities, and management opportunities of soil organic matter // Global Change Biology. 2018. Vol. 24. P. e705–e718. https://doi.org/10.1111/gcb.13896
Harris I., Osborn T.J., Jones Ph., Lister D. Version 4 of the CRU TS monthly high-resolution gridded multivariate climate dataset // Scientific Data. 2020. № 7. P. 1–18. https://doi.org/10.1038/s41597-020-0453-3
Herzfeld T., Heinke J., Rolinski S., Müller C. Soil organic carbon dynamics from agricultural management practices under climate change // Earth System Dynamics. 2021. Vol. 12. № 4. P. 1037–1055. https://doi.org/10.5194/esd-12-1037-2021
Lieth H. Modeling the Primary Productivity of the World // Primary productivity of the biosphere. Ecological studies, analysis and synthesis / H. Lieth, R.H. Whittaker (Eds.). Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 1975. P. 237–263.
Lugato E., Bampa F., Panagos P., Montanarella L., Jones A. Potential carbon sequestration of European arable soils estimated by modelling a comprehensive set of management practices // Global Change Biology. 2014. Vol. 20. № 11. P. 3557–3567. https://doi.org/10.1111/gcb.12551
Masson-Delmotte V., Zhai P., Pirani A. et al. Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2021. 2338 p. https://doi.org/10.1017/9781009157896
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
Paustian K., Collier S., Baldock J., Burgess R., Creque J. et al. Quantifying carbon for agricultural soil management: from the current status toward a global soil information system // Carbon Management. 2019. Vol. 10. № 6. P. 567–587. https://doi.org/10.1080/17583004.2019.1633231
Paustian K., Larson E., Kent J., Marx E., Swan A. Soil C sequestration as a biological negative emission strategy // Front. Clim. 2019. Vol. 1. № 8. https://doi.org/10.3389/fclim.2019.00008
Pinke Z., Decsi B., Jámbor A., Kardos M.K., Kern Z., Kozma Z., Ács T. Climate change and modernization drive structural realignments in European grain production // Scientific Reports. 2022. Vol. 12. № 7374. https://doi.org/10.1038/s41598-022-10670-6
Poggio L., De Sousa L.M., Batjes N.H. et al. SoilGrids 2.0: producing soil information for the globe with quantified spatial uncertainty // Soil. 2021. Vol. 7. № 1. P. 217–240. https://doi.org/10.5194/soil-7-217-2021
Romanenkov V., Belichenko M., Petrova A., Raskatova T., Jahn G., Krasilnikov P. Soil organic carbon dynamics in long-term experiments with mineral and organic fertilizers in Russia // Geoderma Regional. 2019. Vol. 17. № e00221. P. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2019.e00221
Romanenkov V.A., Smith J.U., Smith P., Sirotenko O.D., Rukhovitch D.I., Romanenko I.A. Soil organic carbon dynamics of croplands in European Russia: estimates from the “model of humus balance” // Reg. Environ. Change. 2007. Vol. 7. P. 93–104. https://doi.org/10.1007/s10113-007-0031-7
Smith J.O., Smith P., Wattenbach M. et al. Projected changes in mineral soil carbon of European croplands and grasslands, 1990–2080 // Global Change Biology. 2005. Vol. 11. № 12. P. 2141–2152. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2005.001075.x
Technical specifications and country guidelines for Global Soil Organic Carbon Sequestration Potential Map (GSOCseq). Rome: FAO, 2020. 34 p.
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.