ИСТИНА

Целью исследования является количественная оценка и пространственно-временной прогноз состояния резервуаров углерода и потоков трех основных биогенных парниковых газов (СО2, метана и закиси азота) в аграрных и природных экосистемах лесостепной подзоны европейской части РФ, преимущественно, на черноземах, с применением имитационного моделирования. Работа является компонентом создания общенациональной системы мониторинга этих важнейших экосистемных показателей на всей территории РФ.

The aim of the study is a quantitative assessment and spatial and temporal forecast of the state of carbon pools and fluxes of the three major biogenic greenhouse gases (CO2, methane and nitrous oxide) in agrarian and natural ecosystems of the forest-steppe subzone of the European part of Russia, mainly on chernozems, using simulation modeling. The work is a component of the creation of a nationwide system for monitoring these most important ecosystem indicators throughout the Russian Federation. The objectives of the study include determination of seasonal and inter-annual variability of the balance of major biogenic greenhouse gases in the main agricultural, industrial and natural ecosystems of the forest-steppe subzone of the European part of Russia; creation of a unified system of permanent sites for long-term field observations of the dynamics of GHG and related components of the main biogeochemical cycles; based on field observations it is planned to select, adjust and verify parameters of simulation models reflecting the biogeochemical carbon cycle in agricultural areas. It is planned to organize an automated system of observations of fluxes of CO2 and water vapor in the ground atmosphere layer, and also to model area net balance of the main biogenic greenhouse gases (CO2, CH4, N2O) depending on the spatial scale and land uses represented within it; to use RS data for evaluation of soil carbon content, primary productivity, soil emission and net balance of CO2 in agro-ecosystems and reference ecosystems of the forest-steppe zone. The optimal technology of crop cultivation combining a neutral greenhouse gas balance with high yields and preservation of soil fertility will also be developed. The results will be in the form of reports, recommendations and publications in the open press.

определена сезонная и межгодовая изменчивость баланса главных биогенных парниковых газов (СО2, СН4, N2O) в сельскохозяйственных, промышленных и природных экосистемах лесостепной подзоны европейской части РФ по многолетним наблюдениям в пределах тестового полигона; создана единая система постоянных участков долговременных наблюдений за динамикой ПГ и связанных с ними компонентов цикла углерода, произведен подбор, настройка и верификация параметров имитационных моделей, отражающих биогеохимический цикл углерода в аграрно-освоенной зоне; методическое обеспечение пространственно-временных моделей и количественной оценки компонентов углеродного баланса на основе ДДЗ и наземных измерений для использования в общенациональной системе мониторинга; разработка оптимальной технологии возделывания, сочетающей нейтральность баланса парниковых газов с высокой урожайностью и сохранением почвенного плодородия. Сформирована структура информационно-аналитической системы с учетом накопленных полевых и расчетных данных по пулам углерода и потокам парниковых газов в аграрно-освоенной лесостепной подзоне.

В ходе многолетних исследований динамики запасов углерода и азота, а также оценки баланса ПГ в черноземной зоне параметризована имитационная модель циклов углерода и азота в пахотных почвах (DNDC). С помощью модельных экспериментов определены ключевые антропогенные факторы динамики компонентов цикла углерода. Разработана методика применения модели DNDC в России. На ее основе оценены дыхание почвы, нетто-обмен и запасы почвенного органического углерода в агроэкосистемах Центрального Нечерноземья за 1990-2017 гг. Для модели RothC разработана методика поиска и подготовки входных данных для оценки потерь органического углерода из пахотных почв. Обе модели применены для анализа динамики этого параметра как одного из показателей нейтрального баланса деградации земель, а также для оценки воздействия постоянных и спорадических факторов на эмиссию СО2 из почвы. С помощью онлайн-калькуляторов, основанных на методике МГЭИК, определен углеродный след от животноводства на ЕТР. Оценены фактические эмиссии метана и СО2 от различных видов землепользования в черноземной зоне и даны рекомендации по снижению точечных выбросов ПГ. Оценен вклад импульсных составляющих эмиссии СО2 из почв. С помощью мультимодального подхода рассчитан С-баланс двух территориальных образований в пределах Курской области. Созданы и регулярно обновляются цифровые ландшафтные карты и цифровые модели рельефа окрестностей. Общий список публикаций участников проекта по этой тематике за последние 5 лет составляет 81 статью, индексированную в международных базах данных и 2 монографии; кроме того, участниками проекта за последние пять лет было выиграно 9 грантов и целевых государственных программ по этой тематике. Институт географии РАН в районе исследований располагает Курской биосферной станцией.

1. Выбраны постоянные площадки измерений в пределах тестового полигона и по ним получены оценки сезонной и многолетней динамики эмиссии СО2 из почв, и первые сезонные оценки нетто-баланса метана и закиси азота в ключевых аграрных и природных экосистемах лесостепной подзоны РФ на черноземах 2. Разработана методика полевых измерений эмиссии СО2, метана и закиси азота из почвы, подобрана приборная база и необходимые материалы для мониторинга парниковых газов на Курской Биосферной станции ИГ РАН. 3. Подобраны и параметризованы имитационные и регрессионные математические модели, адресно описывающие и предсказывающие эмиссию СО2 из почвы, экосистемное дыхание, валовую первичную продукцию и нетто-потоки СО2 для конкретных типов региональных экосистем. Оценены вклады постоянно действующих и спорадических факторов эмиссии из почвы. 4. С помощью подобранного ансамбля моделей рассчитаны площадные оценки потоков СО2 и метана, а также общий С-бюджет в СО2-эквиваленте для отдельно взятого административного р-на Курской области (Льговский р-н). 5. Рассчитана регрессионная модель зависимости содержания С, микробной массы в верхнем слое пахотного чернозема от величины уклона (эрозионный фактор). 6. Создана структура базы данных и система расчетов потоков парниковых газов в ключевых экосистемах лесостепной подзоны на основе многолетнего массива собственных полевых наблюдений9. В рамках разработки единой информационно-аналитической системы мониторинга наземных экосистем России проведена работа по инвентаризации и систематизации полевых данных, полученных по потокам ПГ за многолетний период наблюдений на Курской биосферной станции ИГ РАН в лесостепной подзоне Европейской части РФ. На основе MS Excel сформирована структура базы данных (БД) и система расчетов по потокам парниковых газов, включающая исходную информацию, вспомогательные величины и факторы, расчеты и формулы. БД является ежемесячно пополняемой. Имеющийся массив данных получен стандартными камерными методами в 2014-2022 гг. в Курской области и объединяет более 2500 единичных газометрических наблюдений (записей). 7. Подготовлена наземная инфраструктура спутниковых реперов для дистанционного зондирования ключевых экосистем. 8. Выполнены оценки содержания углерода в верхнем слое почв и в растительности ключевых экосистем исследуемой подзоны.