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 видов

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
3 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