Могло ли освоение целины ускорить изменение климата на планете? 
ISSN 1726-2860
(печатная версия ISSN 1684-8438)

Содержание номера

№51-52 осень-зима 2018-2019

Стратегия сохранения степейСтепи под охранойСтепи под угрозойКлючевые территорииЗащита уязвимых видовЗаконодательствоОрганизацииПроектыИменаСобытияОбъявления Новые книги

Стратегия сохранения степей

Могло ли освоение целины ускорить изменение климата на планете?

И.Н. Курганова (ИФХиБПП РАН, Пущино)

Сельскохозяйственная деятельность, особенно вовлечение целинных или залежных земель в сельскохозяйственное использование, сопровождается интенсивным выделением СО2 в атмосферу в результате усиления процессов минерализации органического вещества (ОВ) почв, что в свою очередь приводит к их деградации (Mann, 1986). Эти процессы в широких масштабах имели место в середине прошлого столетия при распашке целинных земель в степных регионах бывшего СССР. Тогда за десятилетний период (1954–1963 гг.) около 45,2 млн га степных экосистем было вовлечено в сельскохозяйственное использование. Из них 19,7 млн га было распахано в России и 25,5 млн га – в Казахстане (Семенов, 2012). В подзоне собственно степей располагалось ¾ этой площади, в лесостепной и полупустынной подзонах было сосредоточено 10 и 15% новой пашни соответственно.

Беспрецедентное по своим масштабам освоение целины привело к тому, что к середине 1960-х гг. почти все пахотно-пригодные земли в степной зоне были распаханы (Чибилев, 1992, 1996). Экологический ущерб, обусловленный освоением целинных и залежных земель, заключался в практически полном исчезновении плакорных степных ландшафтов, резком уменьшении биоразнообразия и усилении аридизации климата (Чибилев, Левыкин, 1994; Семенов, 2012). Колоссальные потери углерода из почв – одно из важнейших негативных последствий, ранее не привлекавшее достаточного внимания. Несмотря на то что эти события имели место более 60 лет назад, углекислый газ, поступивший в газовую оболочку Земли в результате этой экологической катастрофы, сохраняется в атмосфере и может оставаться в ней еще многие тысячи лет, обусловливая длительную инерцию изменений климата на планете (IPCC, 2007). Проведя сравнительный анализ запасов углерода в почвах целинных и пахотных угодий, мы получили первые количественные оценки газообразных потерь углерода из почв России и Казахстана в результате минерализации органического вещества, вызванного массовой распашкой целинных и залежных почв в середине прошлого столетия.

Почему именно сегодня актуальны эти исследования? Во-первых, до сих пор газообразные (в виде СО2) потери почвенного углерода в результате самой грандиозной по своим масштабам единовременной распашки целинных земель оценены весьма приблизительно. Во-вторых, сегодня, когда на повестке дня опять стоит вопрос возвращения залежных земель в сельскохозяйственное производство, уроки прошлого помогут избежать ошибок в настоящем.

Первый этап работы заключался в сборе и анализе литературных данных (Титлянова, Наумов, 1995; Орлов, Бирюкова, 1995; Ерохина и др., 2008 и мн. др.) с целью сравнить запасы органического углерода (Сорг) в целинных и пахотных почвах степей с учетом их типовой принадлежности (черноземы, каштановые и серые лесные почвы). На основании этих данных и площадей, которые были затронуты распашкой в период освоения целины (Статистический сборник…, 1994; Баишев, Дахшлейгер, 1998), мы выполнили оценки исходных запасов углерода в целинных почвах разных биоклиматических зон и их пахотных аналогах (см. график). Такая дифференцированная оценка запасов Сорг в почвах необходима для более точного определения их суммарных потерь в результате освоения, поскольку тип почвы определяет не только исходные запасы Сорг, но и характер их изменений в результате смены землепользования (Титлянова, Наумов, 1995; Kurganova et al., 2015).

Запасы органического углерода в целинных и пахотных почвах различных биоклиматических зон (в слое 0–50 см) и их потери в результате расширения посевных площадей в годы освоения целины в России и Казахстане в 1954–1963 гг.

Запасы органического углерода в целинных и пахотных почвах различных биоклиматических зон (в слое 0–50 см) и их потери в результате расширения посевных площадей в годы освоения целины в России и Казахстане в 1954–1963 гг. (в скобках указаны площади освоенных земель, млн га, согласно: «Статистический сборник…», 1994; Баишев, Дахшлейгер, 1998).

Наши расчеты показали, что целинные степные почвы России, сформированные в массе более мезофитными вариантами степей, в среднем более гумусированными и содержали органического углерода в слое 0–50 см в 1,6 раза больше были, по сравнению с целинными почвами Казахстана. Благодаря этому суммарная эмиссия углекислого газа из российской части целинной пашни оказалась больше, чем из казахстанской, хотя площадь освоенной целины в России была в 1,3 раза меньше. Общие потери Сорг в результате распашки целинных и залежных земель, определенные как разность между запасами углерода в целинных и пахотных почвах (∆C, см. график), составили 1479±85 Мт (1 Мт= 1 млн т, или 1012 г), из которых ¾ (1106 ± 82 Мт С) приходилось на долю России.

Величина ∆C, отнесенная к исходным запасам Сорг в почвах до освоения, дает представление о том, какая доля органического вещества почв была потеряна в целинную кампанию в результате двух основных процессов – минерализации органического вещества почв и дефляции (ветровой эрозии). В соответствии с данными казахстанских ученых (Аханов, Соколенко, 1990), доли этих процессов в общих потерях органического вещества почв близки и составляют 55 и 45% соответственно. Согласно нашим расчетам (Таблица), общие потери Сорг из почв России (степная и лесостепная зоны) за годы освоения целины составили 1106±82 Мт, то есть около четверти исходных запасов Сорг (25,5%). Целинные почвы Казахстана (сухостепная и степная подзоны) в результате освоения потеряли значительно меньше – 373±24, или в среднем 1/8 часть исходных запасов Сорг (см. таблицу). Менее существенные потери Сорг в почвах Казахстана объясняются, с одной стороны, меньшими исходными запасами органического углерода, а с другой – меньшей скоростью его минерализации вследствие большей аридности климата, которая тормозит активность микробных сообществ, отвечающих за разложение органического вещества почв.

Потери Сорг из почв различных климатических зон и средняя скорость минерализации
органического вещества (в слое 0–50 см) в результате расширения посевных площадей
в первые 20 лет освоения целины на юго-востоке России и в Северном Казахстане
(приведены средние величины ± ошибка среднего).

* – потери Сорг в % от исходных запасов до распашки.

Поскольку часть общих потерь Сорг приходилась на процессы дефляции (45%), то за счет минерализации ОВ почв в атмосферу за время целинной компании поступило 813±47 Мт С, что эквивалентно 2,98±0,17 Гт СО2 (или 0,15 Гт СО2/год). Согласно существующим оценкам, в 1950–2005 гг. в атмосферу за счет изменений в землепользовании ежегодно выделялось от 2,9 до 5,9 Гт СО2 (Houghton, 2010). Таким образом, минерализационные потери СО2 в результате освоения целинных и залежных земель на территории бывшего СССР могли составлять от 2,5 до 5,2% глобальной эмиссии СО2 в результате изменений землепользования, усиливая парниковый эффект и ускоряя тем самым изменения климата на планете. В масштабах всей планеты полученные величины выглядят, возможно, не столь значительными, но для наших стран они очень велики. Так, потери почвенного органического вещества в виде СО2 в целинную кампанию всего на порядок меньше, чем эмиссия СО2, обусловленная сжиганием ис­копаемого топлива на территории России (в 1996–2002гг. она оценивалась в 1,53ГтСО2/год – Заварзин, Кудеяров, 2006).

Считается, что после распашки травяных экосистем умеренного пояса больше 80% всех потерь углерода происходит в первые 20 лет (Soussana et al., 2004). В дальнейшем содержание Сорг в почвах стабилизируется. Проведя несложные вычисления, мы нашли, что средняя скорость потерь Сорг в результате интенсивной минерализации органического вещества в первые 20 лет после распашки степей составляет около 0,87±0,33 т C/(га·год). Для сравнения, средняя скорость потерь Сорг из почв при распашке травяных экосистем в Европе оценивается в 0,95±0,30 т C/(га·год) (Soussana et al., 2004). Мы установили, что более богатые почвы степной и лесостепной подзон теряли углерод со скоростью 1,41± 0,25 тC/(га·год), тогда как почвы сухостепной и полупустынной зон – в четыре раза медленнее, 0,33±0,14 т C/(га·год). В последних засушливость климата выступала фактором, препятствующим активной минерализации органического вещества почв Сорг (см. таблицу).

Изменение посевных площадей в России и Казахстане в 1990–2017 гг. по данным официальной статистики

Изменение посевных площадей в России и Казахстане в 1990–2017 гг. по данным официальной статистики

Начиная с 2000 г. в Казахстане и с 2006 г. в России началось постепенное возвращение в сельскохозяйственное производство земель, заброшенных в результате системного кризиса начала 1990-х гг. (график). Использование этих почв без дополнительного внесения органических удобрений неизбежно будет запускать процесс минерализации органического вещества, накопленного в них за время нахождения в залежном состоянии. К началу 2016 г. «неоцелинная кампания» на территории двух стран охватила площадь в 12,4 млн га, из которых на территории России сосредоточено 5,8 млн га, а в Казахстане – 6,6 млн га (Российский статистический…, 2017; данные Комитета по статистике Министерства национальной экономики Республики Казахстан – www.stat.gov.kz). В результате повторного вовле­чения этих земель в распашку вероятные потери углерода уже могли составить 10,8 Мт С / год (40 Мт СО2 ежегодно) – всего лишь в 2,2 раза меньше современной (1996–2002 гг.) пожарной и послепожарной эмиссии СО2 с занятой лесом территории России (0,088 Гт СО2/год – Заварзин, Кудеяров, 2006).

Сегодня, когда изменение климата становится одной из самых острых экологических проблем, очень важно понимание, что органическое вещество почв представляет собой долговременный резервуар органического углерода, а его сохранение обеспечивает в значительной степени устойчивость общепланетарной климатической системы (Houghton et al., 2010). Учитывая объем углерода, накопленный в почвах целинных и восстановленных степей, и мощный стоковый потенциал этих экосистем, необходимо их сохранение и использование в таком режиме, который предотвращал бы переход к масштабным потерям углерода. Оптимальным использованием было бы такое, которое наилучшим образом отвечает природе степных экосистем – прежде всего, это мобильное пастбищное животноводство (Чибилев, 2017) и ограниченное растениеводство с обязательным использованием почвосберегающих технологий.

Работа проводилась в рамках государственного задания «Исследование почвенных предшественников, источников и стоков парниковых газов в связи с климатическими изменениями», рег. № АААА-А18-118013190177-9 и при поддержке РФФИ (проект № 18-04-00773а).

Литература

Аханов Ж.У., Соколенко Э.А. 1990. Агроэкологический потенциал Северного Казахстана // Вестн. АН КазССР, № 4. 48–58.

Баишев С.Б., Дахшлейгер Г.Ф. 1998. Социально-экономические итоги освоения целинных земель в Казахстане // Вопр. истории, № 2. 8–14.

Заварзин Г.А., Кудеяров В.Н. 2006. Почва как главный источник углекислоты и резервуар органического углерода на территории России // Вестн. РАН. 76 (1). 14–24.

Орлов Д.С., Бирюкова О.Н. 1995. Запасы углерода органических соединений в почвах Российской Федерации // Почвоведение, № 1. 21–32.

Ерохина О.Е., Пачикин К.М., Сапаров А.С. 2008. Содержание углерода в почвах Казахстана // Почвоведение и агрохимия, № 4. 5–20.

Российский статистический ежегодник. 2017. Росстат. М. 686 с.

Семенов Е.А. 2012. Освоение целинных земель России и Казахстана: предпосылки и экономические итоги // Вестн. Оренбургского университета, № 13 (149). 318–322.

Статистический сборник: Развитие сельского хозяйства в основных районах освоения целинных и залежных земель. 1994. Госкомстат России. М.: Республиканский информационно-издательский центр. 32 с.

Титлянова А.А., Наумов А.В. 1995. Потери углерода из почв Западной Сибири при их сельскохозяйственном использовании // Почвоведение, № 11. 1357–1362.

Чибилёв А.А. 1990. Лик степи: Эколого-географические заметки о степной зоне СССР. Л.: Гидрометеоиздат. 191 с.

Чибилёв А.А. 2017. Степная Евразия: региональный обзор природного разнообразия. М., Оренбург. 324 с.

Чибилёв А.А. 1992. Экологическая оптимизация степных ландшафтов. Свердловск: УрО АН СССР. 172 с.

Чибилёв А.А., Левыкин С.В. 1994. Ландшафтно-экологические последствия освоения целины в Заволжье и Казахстане // Тез. докл. науч.-практ. конф., посвящ. 40-летию освоения целины. Оренбург: Изд-во ВНИИМС. 52–54.

Houghton R.A. 2010. How well do we know the flux of CO2 from land-use change? // Tellus. 62 (5). 337–351.

IPCC. 2007. IPCC Fourth assessment report: Climate change 2007. Geneva, Switzerland. 104 pp.

Kurganova I., Lopes de Gerenyu V., Kuzyakov Y. 2015. Large-scale carbon sequestration in post-agrogenic ecosystems in Russia and Kazakhstan // Catena. 133. 461–466.

Mann L.K. 1986.  Changes in soil carbon storage after cultivation // Soil Science. 142 (5). 279–288.

Soussana J.-F., Loiseau P., Vuichard N., Ceschia E., Balesdent J., Chevallier T., Arrouays D. 2004. Carbon cycling and sequestration opportunities in temperate grasslands // Soil Use & Management. 20 (2). 219–230.

Контакт:

Ирина Николаевна Курганова, д. б. н., ведущий научный сотрудник, доцент
Лаборатория почвенных циклов азота и углерода – обособленное подразделение ФИЦ ПНЦБИ РАН
РОССИЯ 142290 Московская обл., Пущино, ул. Институтская, 2, кор. 2
Тел.: (4967) 73 68 45
E-mail: ikurg@mail.ru






Наверх
19 просмотров



Сибирский экологический центр
Центр охраны дикой природы
Проект ПРООН/ГЭФ по степным ООПТ России
Казахстанская ассоциация сохранения биоразнообразия
Об издании

Популярное
ПРООН ГЭФ Минприроды России