Мультимодальный подход к разработке стратегии снижения эмиссии парниковых газов от сельского хозяйства

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 20-76-00023

НазваниеМультимодальный подход к разработке стратегии снижения эмиссии парниковых газов от сельского хозяйства

Руководитель Суховеева Ольга Эдуардовна, Кандидат географических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт географии Российской Академии наук , г Москва

Конкурс №49 - Конкурс 2020 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-106 - Растениеводство

Ключевые слова диоксид углерода, животноводство, закись азота, имитационные модели, метан, растениеводство, рациональное землепользование, статистический анализ, структура посевных площадей, углеродные калькуляторы

Код ГРНТИ68.01.77

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Сельское хозяйство стоит на втором месте (после энергетики, или сжигания ископаемого топлива) среди источников парниковых газов (ПГ) для атмосферы, ответственных за текущее потепление климата. Современные имитационные модели биогеохимических циклов азота и углерода являются ярким примером возможности применения математических методов для перехода к более экологически чистому агрохозяйству путем снижения эмиссии ПГ. Методы математического моделирования заменяют собой эксперименты и прямые измерения, служат альтернативой многолетнему мониторингу и позволяют делать прогнозы, зачастую являясь единственных способом экстраполяции данных в пространстве и времени. При этом единой методики оценки потоков ПГ от сельского хозяйства на сегодняшний день не существует. В работе реализуется мультимодальный подход, суть которого заключается в совместном использовании имитационных моделей, углеродных калькуляторов и статистических методов для анализа источников, причин и интенсивности эмиссии ПГ в растениеводстве и животноводстве, а также поиска путей ее снижения (рис. 1). Задачи проекта включают в себя: • Мониторинговые измерения эмиссии СО2, СН4 и N2O из почв и агроэкосистем пашен, пастбищ и сенокосов, как источников ПГ для атмосферы, параллельно с анализом метеорологических условий, • Оценка содержания органического вещества, в том числе углерода и азота, в почве и поступающих в нее растительных остатках, как основных путей поглощения и депонирования ПГ из атмосферы, • Создание баз данных по растениеводству и животноводству в хозяйствах для использования их в качестве входной информации для моделей и калькуляторов, • Количественная оценка компонентов биогеохимических циклов углерода и азота в агроэкосистемах, в т.ч. расчет потоков ПГ от различных технологических процессов и восстановление значений потоков, недоступных для измерений, • Разработка рекомендаций по использованию наиболее эффективных способов сокращения эмиссии ПГ в хозяйствах, • Экстраполяция полученных результатов на субъекты РФ на основе официальной статистической информации. Новизна проекта заключается в том, что он направлен на комплексную и разностороннюю оценку проблемы, учет всего разнообразия факторов и источников эмиссии, обращает внимание на минорные аспекты, часто ускользающие из внимания, в том числе: • Использование различных математических методов: имитационных моделей, калькуляторов парниковых газов, статистической оценки, • Учет и природных, и антропогенных факторов формирования эмиссии ПГ, • Измерение и анализ природных и антропогенных потоков трех парниковых газов, • Рассмотрение двух отраслей – растениеводства и животноводства, • Охват преобладающих типов земель сельскохозяйственного назначения: пашен, сенокосов, пастбищ, • Объектами исследования выступают как модельные участки, так и реальные хозяйства. Использование имитационных моделей для оценки эмиссии ПГ от сельского хозяйства рекомендуется РКИК ООН (Рамочной конвенцией ООН по изменению климата) в качестве альтернативы методикам МГЭИК (Межгосударственной группы экспертов по изменению климата), а также ФАО (Продовольственной и сельскохозяйственной организацией ООН). Одной из таких моделей является углерод-азотная DNDC (DeNitrification-DeComposition), которая апробирована и успешно применяется на национальном уровне во многих странах мира. Ранее DNDC была нами верифицирована и скорректирована, разработана методика ее применения в России. С ее помощью можно оценить эмиссию СО2, СН4 и N2O от растениеводства. Второй моделью, которая широко применяется в мире и России и планируется к использованию в проекте, является углеродная RothC (Rothamsted long term field experiment Carbon model). На основе этой модели можно оценить эмиссию СО2 из почвы. Применение калькуляторов ПГ, оценивающих углеродный след (по трем ПГ в переводе на СО2-эквивалент), особенно актуально в животноводстве. Были выбраны широко распространенные углеродные калькуляторы EX-ACT, CoolFarmTool, FarmCarbonToolkit и AgRE-Calc, работающие онлайн и пригодные для использования в любой стране на уровне хозяйства. Статистические методы - корреляционный и регрессионный анализы - позволят оценить связь эмиссии ПГ с погодными факторами и их влияние на нее. Полевые исследования и отбор проб для лабораторных анализов (измерение эмиссии ПГ, оценка содержания органического вещества в почве и анализ послеуборочных растительных остатков с точки зрения депонирования углерода и азота) (рис. 2) будут осуществляться в трех хозяйствах, специализирующихся на производстве как растениеводческой, так и животноводческой продукции: • СПК «Амосовский» ‒ Курская область, Центрально-Черноземный экономической район, • КФХ Е.А. Гусева – Рязанская область, Центральный экономической район, • ОАО Племенной конный завод им. В.И. Чапаева – Республика Чувашия, Волго-Вятский экономической район. Они расположены в лесостепной зоне Европейской части России в области умеренно континентального климата с преобладанием черноземов и серых лесных почв. Хозяйства лежат на одной линии с юго-запада на северо-восток в соответствии с направлением движения воздушных масс и сменой почвенного покрова. Тестовой площадкой станет Курская биосферная станция Института географии РАН, где на протяжении трех лет ведутся мониторинговые измерения потоков СО2 из почвы под различными природными и антропогенными фитоценозами (рис. 3).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Золотухин А.Н. Дыхание почвы различных биотопов черноземной лесостепной зоны Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2020». М.: МАКС Пресс, iud496791 (год публикации - 2020)

2. Суховеева О.Э. Мультимодальный подход к разработке стратегии снижения парниковых газов от сельского хозяйства Почва как компонент биосферы: эволюция, функционирование и экологические аспекты. Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 50-летию ИФХиБПП РАН, 165-166 (год публикации - 2020)

3. Суховеева О.Э. Carbon Calculators as a Tool for Assessing Greenhouse Gas Emissions from Livestock Doklady Earth Sciences, Vol. 497, Part 1, pp. 266–271. (год публикации - 2021)
10.1134/S1028334X21030119

4. Суховеева О.Э. Анализ компонентов азотного обмена в пахотных почвах с помощью модели DNDC Материалы международного научного семинара «Вызовы и возможности управления азотом в сельском хозяйстве» ФГБНУ АФИ, Санкт-Петербург, Россия 23 марта 2021 г. –, С. 48-53 (год публикации - 2021)

5. Карелин Д.В., Суховеева О.Э., Золотухин А.Н., Лунин В.Н., Куст Г.С. Современные исследования и мониторинг углеродного баланса на Курской биосферной станции Института географии РАН в рамках концепции нейтрального баланса деградации земель Вопросы географии, Сб. 152. Человек и биосфера (год публикации - 2021)

6. Золотухин А.Н., Суховеева О.Э., Карелин Д.В. Площадные показатели эмиссии СО2 из почвы различных биотопов в районе Курской биосферной станции Географическое исследование в период глобальных изменений: Сборник материалов XIII Молодежной научной школы-конференции, С. 21-25 (год публикации - 2021)

7. Карелин Д.В., Суховеева О.Э. Contribution analysis of permanent and sporadic controls of CO2 efflux from chernozems over four seasons Geography. Environment. Sustainability., Vol. 15, no.1, pp. 35-45 (год публикации - 2022)
10.24057/2071-9388-2021-042

8. Суховеева О.Э. Multimodal approach to estimation of carbon cycle in agrolandscapes IGU 2021 Congress Abstract book, P. 77 (год публикации - 2021)

9. Суховеева О.Э., Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Карелин Д.В. Решение обратной задачи для моделирования потоков углерода в почвах Математическое моделирование в экологии. Материалы седьмой национальной научной конференции с международным участием, С. 119-121 (год публикации - 2021)

10. Золотухин А.Н. Сезонная динамика эмиссии СО2 из почвы в различных биотопах Курской области Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2022», uid496791_report (год публикации - 2022)

11. Суховеева О.Э., Лыскова И.В., Лыскова Т.В. Влияние изменений климата и внесения удобрений на урожайность и качество зерна (по многолетним данным Фаленской селекционной станции, Кировская область) Известия РАН. Серия географическая, Т. 86, № 2, С. 220-231 (год публикации - 2022)
10.31857/S2587556622020108

12. Суховеева О.Э. Input of organic carbon to soil with post-harvest crop residues Eurasian Soil Science, Vol. 55, No. 6, pp. 810-818 (год публикации - 2022)
10.1134/S1064229322060126

13. Суховеева О.Э., Лыскова И.В. Example of the benefit from climate change for agriculture in northern Russia Agroecosystems, Land Reclamation, and Sustainable Water Resources in the Face of Climate Change. Springer Nature (год публикации - 2022)

14. Суховеева О.Э., Карелин Д.В., Куманяев А.С. Оценка отклика дыхания почвы на потепление климата с помощью параметризации модели T&P на примере дерново-подзолов южной тайги Лесные почвы и изменение климата: Материалы IХ Всероссийской научной конференции с международным участием, С. 194-195 (год публикации - 2021)

15. Суховеева О.Э., Карелин Д.В. Оценка дыхания почв с помощью модели Райха-Хашимото: параметризация и прогноз Известия РАН. Серия географическая (год публикации - 2022)
10.31857/S2587556622030153

Публикации

8. Суховеева О.Э. Multimodal approach to estimation of carbon cycle in agrolandscapes IGU 2021 Congress Abstract book, P. 77 (год публикации - 2021)