Роль степных экосистем России в депонировании углерода | №35 лето 2012 | Степной Бюллетень 
ISSN 1726-2860
(печатная версия ISSN 1684-8438)

Содержание номера

№35 лето 2012

СтратегияСтепи под охранойРежимы сохранения степейКультурное наследие в степяхСтепи под угрозойЗащита уязвимых видовКлючевые видыОрганизацииПроектыЗаконодательствоСобытияОбъявления Новые книги Финансирование номера

Стратегия

Роль степных экосистем России в депонировании углерода

Глобальное изменение климата, как известно, принято связывать с растущим содержанием в атмосфере Земли парниковых газов, значительная часть которых является соединениями углерода (углекислый газ и метан). Именно эти два вещества образуют основной антропогенный вклад в увеличение концентрации парниковых газов. В последние годы все большее внимание привлекает еще один фактор изменения климата – содержащиеся в атмосфере аэрозоли и пылевые частицы. Большая часть их также имеет углеродную природу («черный углерод» – см. ниже). Как следствие, растет интерес к геохимическому обороту углерода. Оборот складывается, в самых общих чертах, из процессов депонирования углерода – то есть его изъятия из атмосферы, связывания и накопления в иных средах, и эмиссии – то есть выделения в атмо­сферу.

Речь идет не только об отвлеченном научном интересе. В последние десятилетия проблема имеет политическую и экономическую составляющие, формат которых определен Рамочной конвенцией ООН об изменении климата и ее Киотским протоколом, а после 2012 г. будет определяться посткиотскими соглашениями. Данные о балансе углерода оказываются важны для формирования политики стран в киотском (и посткиотском) процессе. Среди прочего, в этом контексте сложилось и было закреплено в международном праве представление об особой важности лесов для депонирования углерода.

К сожалению, оно привело к негативным последствиям для степных экосистем. Во-первых, площади, занятые степными экосистемами (как и вообще любыми нелесными), не учитывались при расчете национального углеродного баланса, и потому для них оказался неприменим важный инструмент повышения ценности экосистем, созданный Киотским протоколом. Во-вторых, если не буква, то дух Киотского протокола спровоцировал попытки­ облесения «неиспользуемых» безлесных терри­торий в степной зоне нескольких стран (как минимум, в России, Украине и Китае). В результате для многих участков степных экосистем возникла угроза уничтожения (для некоторых, к сожалению, уже реализовавшая­ся). Сообщения о таких случаях можно найти почти в каждом выпуске СБ за последние два-три года.

В 2012 г. истекает срок действия первого этапа Киотского протокола, и вместо него готовится новый рамочный документ. Ожидается, что в нем будет повышено внимание к механизмам сокращения эмиссии и депонирования углерода природными экосистемами, причем могут быть учтены и нелесные экосистемы (прежде всего, степные и тундровые). В связи с этим оценка роли степных экосистем в депонировании углерода становится очень актуальной задачей.

Степные экосистемы уникальны по своей способности формировать в водораздельных (не пойменных) условиях исключительно богатые органикой почвы – черноземы и каштановые почвы (каштаноземы). Именно богатство этих почв определяет их высокое плодородие. Но оно же определяет их важную роль в качестве глобального депо углерода. По существующим оценкам, в травяных экосистемах связано около трети всего запаса углерода суши, причем более 70% этого количества сохраняется в почве (White et al., 2000).

По оценкам, произведенным для азиатской части степного биома (юг Средней Сибири в России, Внутренняя Монголия в Китае), настоящие и луговые степи фиксируют углерод в количестве около 1500 кг/га·год (Belelli Marchesini et al., 2007; Belelli et al., 2007). В западной половине биома, для которой характерны более высокие величины первичной продукции и больший запас гумуса в почвах степных экосистем, этот показатель должен быть еще выше.

В результате в степных почвах хранится огромный запас углерода. По структуре этот углеродный пул включает в себя органический и неорганический углерод. Первый состоит из двух основных фракций: углерод, связанный в живой и мертвой биомассе (преимущественно растительной), и углерод, входящий в состав бесструктурного органического вещест­ва почв, прежде всего гумуса, гуминовых и фульвокислот. В составе пула неорганического углерода выделяются две основные фракции: так называемый «черный углерод», то есть мелкие и мельчайшие частицы угля, образовавшиеся в результате природных пожаров, и углерод, связанный в карбонатах.

Суммарный запас углерода в почвах, сфор­мированных степными и ландшафтно свя­занными с ними иными экосистемами в пре­делах лесостепной, степной и полупустынной зон равнинной части России, грубо оценивается величиной около 100 млн т в слое толщиной 1 м при совокупной площади указанных зон 2232,589 тыс. км2 (Rozhkov et al., 1996). Запас углерода в почвах горно-степных экосистем эти авторы отдельно не выделяют, давая его оценку в комплексе с почвами иных горных экосистем на территории России. В совокупности запас углерода, связанный с этими ландшафтными сочетаниями, оценивается ими около 140 млн т для общей площади 242,039 тыс. км2, однако доля собственно степных почв не указана и может быть невелика (Rozhkov et al., 1996). Тем не менее она несомненно не может быть ниже 20% общего запаса (с учетом вероятного соотношения площадей и богатства почв, входящих в эти сочетания).

Таким образом, для России суммарная оценка углерода, депонированного в почвах, сформированных степными экосистемами составит около 130 млн т. Это несколько менее 30% от всего запаса углерода, депонированного в почвах страны. Относительная важность степной части национального депо углерода демонстрируется тем, что степные почвы занимают всего около 13,5% площади страны (Kolchugina et al., 1995; Rozhkov et al., 1996).

Однако эти оценки относятся ко всей площади почв, сформированных степными и связанными с ними экосистемами – как остающихся в естественном состоянии, так и антропогенно нарушенных. Фактически же существует принципиальная разница между этими состояниями. Только почвы естественных экосистем устойчиво удерживают углерод и продолжают его накопление, уменьшая содержание парниковых газов в атмосфере (см. ниже). Поэтому важно определить количество углерода, депонированного именно в сохраняю­щихся степных экосистемах.

В тучном черноземе заповедной луговой степи на Русской равнине (Курск) количество связанного органического углерода оценивается в 462 т/га (при толщине почвы 2 м), в аналогичной экосистеме при ежегодно косимом режиме запас углерода несколько меньше – 451 т/га (Mikhailova, Post, 2006). Тучные черноземы Центрально-Черноземной области относятся к наиболее богатым степным почвам (и наиболее богатым вообще). В почвах других типов степей запас органического углерода меньше – до 3–5 раз в наиболее аридных типах степей.

В черноземах луговых степей Центрального Черноземья количество «черного углерода» определено около 25 т/га (Hammes et al., 2008). Скорость оборота этой фракции углерода значительно выше, чем у органического углерода почв, и составляет в Центральном Черноземье в среднем 293 года (Hammes et al., 2008).

Высокое содержание плохо растворимых солей карбоновой кислоты, в том числе в форме присыпок, стяжек и др., характерно именно для степных почв, особенно в западной половине биома. Количество углерода, связанного с карбонатами, в этих почвах очень велико и для равнинных территорий составляет от 30 до 85% и более общего запаса углерода, в зависимости от типа почв (и типа степной экосистемы соответственно) (Rozhkov et al., 1996). В частности, для тучных черноземов луговых степей лесостепной зоны доля карбонатов оценивается около 30%. Таким образом, полный запас углерода в тучном черноземе под луговой степью Русской равнины в условиях отсутствия ее хозяйственного использования составляет около 700 т/га, из которых только около 3,5% имеют период оборота порядка 300 лет, для основной же части пула этот период оценивается в тысячи лет.

В менее богатых органическим углеро­дом почвах более аридных типов степных экосистем доля карбонатного углерода значительно выше, вплоть до 80–85% в полупустынях. В итоге общий запас депонированного углерода в этих экосистемах оказывается не меньше, чем в луговых степях. Различается лишь соотношение фракций.

Общая площадь актуально существующих степных экосистем в России оценивается около 500 тыс. км2 (Smelansky, Tishkov, 2012). Принимая указанную выше оценку общего коли­чества углерода, его суммарный запас для степного биома в России можно оце­нить в 35 млрд т. Суммарный среднемноголет­ний потенциал стока углерода с долговременной фиксацией в степных экосистемах оценивается в 75 млн т/год.

Особенность депонирования углерода в степных экосистемах – долговременность его запасания и высокая надежность связывания. Это прямо следует из того, что основная часть углерода сохраняется в почве, где его подвижность невелика, и возможность эмиссии в ненарушенных степных экосистемах минимальна. Значительная эмиссия наблюдается только в случае антропогенных нарушений – прежде всего, вследствие распашки.

Для луговых степей азиатской и европейской частей биома (Внутренняя Монголия в Китае и Русская равнина соответственно) показано, что долгосрочные потери углерода в результате распашки составляют до 22–26% его исходного содержания (Mikhailova et al., 2000; Mikhailova, Post, 2006; Wang et al., 2009). Эмиссия углерода вследствие массовой распашки степей в степной и лесостепной зонах Западной Сибири, начавшейся около 150 лет назад, оценивается в 1280 млн т (Титлянова, 2000).

Таким образом, сохранение существующих степных экосистем от распашки само по себе обеспечивает (а) фиксацию углерода из атмосферы в количестве около 1,5 т/га ежегодно и (б) долгосрочное (многовековое) сохранение депо углерода в количестве около 700 т/га.

В то же время прекращение распашки земельного участка в степной зоне приводит к восстановительной сукцессии, в ходе которой вновь формируется степная экосистема. При этом потери углерода из почвы вновь сменяются его быстрым запасанием. Накопление уг­лерода в восстанавливающихся залежах степной зоны Русской равнины в течение первых 15 лет восстановления оценивалось величинами от 660 до 1750 кг/га·год, в зависимости от типа почв (и соответственно степей) и возраста залежи; в следующие 15 лет скорость накопления снижается примерно вдвое – до 890 кг/га·год для черноземов (Kurganova et al., 2008). По уточненным данным скорость оказалась даже выше – 2450±730 кг/га·год в течение первых 15 лет восстановления (Kur­ga­nova et al., 2010). Скорость депонирования углерода на залежах вдвое превосходит показатели, полученные для лесов России (Vuichard et al., 2008), при том что надежность фиксации (потенциальное время оборота углерода) существенно выше, чем в лесных экосистемах (Kurganova et al., 2010).

Время восстановления степных экосистем на залежи составляет от 10 до 60 лет и более, в зависимости от природных особенностей экосистемы, истории ее пахотного использования и условий восстановления. Для всего клина залежных земель бывшего СССР, основная часть которого приходится именно на степную зону России и Украины (включая лесостепь и полупустыню), показано, что за первое десятилетие после 1990 г. содержание депонированного в почвах углерода уже восстановилось до половины его уровня в 1950 г. и прогнозируется, что полное восстановление до этого уровня потребует более 50 лет с учетом замедления процесса со временем (Vuichard et al., 2008).

Площадь залежей в степных регионах России (34 субъекта РФ) на 2007 г. по официальным данным составляла 32,09 тыс. км2 (Кулик и др., 2009). Начиная с 2008 г. она медленно сокращается, так как земли возвращаются в распашку (Петриков, 2010). Учитывая, что в земельном учете отражено не более половины реально заброшенных земель (скорее, существенно менее), и что возврат в распашку составил несомненно меньше половины всех залежей, учтенных на 2007 г., можно принять 32 тыс. км2 за консервативную нижнюю оценку актуально существующей площади земель, выведенных из распашки в степных регионах России. В этом случае, основываясь на приведенных уточненных оценках скорости фиксации углерода на залежах можно утверж­дать, что сукцессионные экосистемы на этих территориях ежегодно депонируют более 6 млн т углерода.

Другое важнейшее нарушение степных экосистем, приводящее к эмиссии углерода, – пожары. Степные и сельскохозяйственные палы – существенный источник «черного углерода» в атмосфере. Показано, что существует дальний перенос «черного углерода» в Арктику, где его частицы оседают на поверхности ледников, что приводит к снижению альбедо и, таким образом, обеспечивает опережающие (относительно хода потепления) темпы таяния арктических льдов.

Роль именно российской территории тут особенно велика. По существующим оценкам, в 2004–2007 гг. 78–84% «черного углерода», каж­дую весну попадающего в атмосферу, происходило в результате сельскохозяйственных палов в России (CATF Report, 2009). При этом основной сельскохозяйственный регион­ России и соответственно основной регион проведения палов – степная зона. Масштабы­ сельскохозяйственных палов в России (как сте­пей, так и пашни и посевов многолетних трав) сопоставимы с общей площадью степей, сохраняющихся в стране: по оценке ФАО,  еже­годно выгорает около 300 тыс. км2 (FAO, 2006).

Количественных оценок выброса «черного углерода» при этом нет, но общая эмиссия соответствует запасу углерода в надземной биомассе пройденных пожаром экосистем. Масса сгорающего при пожаре материала в степях составляет 3,8–12,4 т/га (Тишков, 2005), из них на долю углерода приходится около четверти. Если предположить, что из общей площади сельскохозяйственных палов на степные и связанные с ними природные экосистемы также приходится около четверти, то связанная с пожарами общая эмиссия с этой площади может быть оценена в 30–40 млн т углерода ежегодно.

Таким образом, в России исключение или хотя бы сокращение основных нарушений степных экосистем (распашки для любых целей и пожаров) способно предотвратить значительную эмиссию углерода, как в форме парниковых газов (СО2 и метана), так и в форме «черного углерода». В масштабах страны речь идет о десятках миллионов тонн углерода ежегодно.

Необходимо сказать еще об одном характерном нарушении степных экосистем. Подавляющая часть площади степных экосистем в России используется как пастбище либо юридически предназначена к такому использованию. Выпас оказывает многообразное и сложное воздействие на степную растительность и почвы. Прямых оценок его влияния на баланс углерода в степных экосистемах России нет. Однако существуют такие данные для очень близких по природным условиям прерий Северной Америки. Показано, что в высокотравной прерии умеренный выпас слабо (на 8%) снижает скорость накопления углерода, тогда как в низкотравной прерии существенно ее увеличивает (на 24%) (Derner et al., 2006). Высокотравная прерия может рассматриваться как аналог луговой степи, низкотравная – как аналог сухих и опустыненных степей России. Таким образом, умеренный выпас в целом не приводит к заметному снижению накопления углерода степными экосистемами, а для большей (по площади в пределах России) части степного биома, вероятно, ведет даже к более или менее существенному повышению этого показателя.

Таким образом, в глобальном масштабе степной биом вносит значительный вклад в сокращение эмиссии и депонирование углерода в России. Без учета этого в международных документах климатической повестки дня углероддепонирующий потенциал России оказывается недооцененным. Соответственно и внутри страны недооценивается таковой потенциал территорий, не занятых лесом.

Если же соответствующие изменения в позицию страны будут внесены, это не только улучшит ее положение на переговорах, но и может иметь практические следствия. Во-первых, повышается значимость правовых и административных инструментов сохранения степных экосистем – прежде всего, путем расширения и адаптации к этой задаче системы ООПТ. Во-вторых, будет привлечено внимание к проблеме степных пожаров – их сокращение в сезон вегетации и усиление контроля пожарной ситуации способны существенно сократить эмиссию углерода с территории России и особенно сократить вынос «черного углерода». В-третьих, это основание для прекращения стимулирования лесопосадок на месте степных экосистем (но не вообще в степной зоне) как процедуры, прямо снижающей (а не повышающей) потенциал депонирования углерода на участках, подвергающихся облесению. В-четвертых, создаются основания поддерживать массовый перевод залежей из пашни в пастбища, чтобы гарантировать их от новой распашки, связанной с эмиссией углерода (аналогично созданию «киотских лесов»).

Литература

Кулик В.В., Ратникова Г.Н., Шубич С.М., Фатеева Т.В. (сост.) 2009. Государственный (национальный) доклад о состоянии и использовании земель в Российской Федерации в 2008 году. М.: Минэкономразвития РФ, Роскадастр. 256 с.

Петриков А.В. (отв. за подготовку доклада). 2010. Доклад о состоянии и использовании земель сельскохозяйственного назначения. М.: ФГНУ Росинформагротех. 100 с.

Титлянова А.А. 2000. Освоение лесостепной и степной зон Западной Сибири увеличило эмиссию углерода // СБ №8. 35–37.

Тишков А.А. 2005. Биосферные функции природных экосистем России. М.: Наука. 309 с.

Belelli Marchesini L., Papale D., Reichstein M., Vui­chard N., Tchebakova N., Valentini R. 2007. Carbon balan­ce assessment of a natural steppe of southern Siberia by multiple constraint approach // Biogeosciences, 4: 581–595.

Belelli L., Papale D., Reichstein M., Vuichard N., Tche­ba­kova N., Valentini R. 2007. Carbon balance assessment of a natural steppe of Southern Siberia by multiple constraint approach // American Geophysical Union, Fall Meeting 2007, abstract #B32B-08.

Derner J.D., Boutton T.W., Briske D.D. 2006. Grazing and ecosystem carbon storage in the North American Great Plains // Plant and Soil. 280 (1-2): 77–90

Hammes K. 2010. Centennial black carbon turnover observed in a Russia steppe soil. Lawrence Berkeley National Laboratory: Lawrence Berkeley National Laboratory. LBNL Paper LBNL-2343E. Retrieved from: http://escholarship.org/uc/item/12m122cp

Kolchugina T., Vinson T., Gaston G., Rozhkov V., Shvi­denko A. 1995. Carbon pools, fluxes, and sequestration potential in soils of the former Soviet Union // Lal R., J. Kimble, E. Levine, and B. Stewart. Soil management and greenhouse effect. Boca Raton, FL, USA: Lewis Publi­shers. 25–40.

Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O., Myakshina T. N., Sapronov D.V., Lichko V.I., Yermolaev A.M. 2008. Сhan­ges in the carbon stocks of former croplands in Russia // Žemés Üko Mokslai. 15 (4): 10–15.

Kurganova I., Kudeyarov V., Lopes de Gerenyu V. 2010. Updated estimate of carbon balance on Russian territory // Tellus B, 62: 497–505

Mikhailova E.A., Post C.J. 2006. Organic carbon stocks in the Russian Chernozem // European Journal of Soil Science, 57: 330–336.

Mikhailova E.A., Bryant R.B., Vassenev I.I., Schwager S. J., Post, C.J. 2000. Cultivation effects on soil carbon and nitrogen contents at depth in the Russian Chernozem // Soil Science Society of America Journal, 64, 738–745.

Rozhkov V.A., Wagner V.B., Kogut B.M., Konyus­hkov D.E., Nilsson S., Sheremet V.P., Shvidenko A.Z. 1996. Soil Carbon estimates and soil carbon map for Russia. Working paper. WP-96-60. IIASA, Laxenburg, Austria: 1–44.

Smelansky I.E., Tishkov A.A. 2012. The Steppe biome in Russia: Ecosystem services, conservation status, and actual challenges // Eurasian Steppes. Ecological Problems and Livelihoods in a Changing World.  Springer. 45–102.

Vuichard N., Ciais P., Belelli L., Smith P., Valentini R. 2008. Carbon sequestration due to the abandonment of agriculture in the former USSR since 1990 // Global Biogeochem. Cycles, 22

Wang Q., Zhang L., Li L., Bai Y.,Cao J., HanX. 2009. Changes in carbon and nitrogen of Chernozem soil along a cultivation chronosequence in a semi-arid grassland // European Journal of Soil Science, 60: 916–923.

Контакт:
Илья Смелянский, основной технический консультант
Проект ПРООН/ГЭФ/Минприроды России «Совершенствование системы и механизмов управления ООПТ в степном биоме России»
РОССИЯ 125009 Москва, Леонтьевский пер., 9. Программа развития ООН
Тел.: (383) 363 49 41 (в Новосибирске)
E-mail: ilya@savesteppe.org






Наверх
563 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