Глобальные климатические изменения оказывают значительное влияние на все стороны жизни людей, увеличивая риски, в том числе и в сфере обеспечения населения продовольствием. Среди факторов, определяющих развитие процессов изменения климата, особое значение имеют парниковые газы – углекислый газ (CO2), метан (CH4), закись азота (N2O), гексафторид серы (SF6), перфторуглероды (ПФУ) и гидрофторуглероды (ГФУ) (greenhouse gas (GHG)). Необходимо отметить, что Россия – это четвертый по объему (в 2017 году – 1536,9 млн. тонн) источник выбросов парниковых газов в мире.
Роль сельского хозяйства в выбросах парниковых газов достаточно значительна. Так, по некоторым оценкам, более четверти мировых выбросов парниковых газов приходится на сельское и лесное хозяйство, а также землепользование. Причем, с аграрным сектором связывают до 45% глобальной эмиссии СО2 и закиси азота (NO2). Сельскохозяйственная деятельность и изменения в землепользовании способствуют примерно 25% от общего объема выбросов парниковых газов, в основном из-за низкого уровня технологий, включая неэффективное использование химических удобрений, ненадлежащее использование сточных вод и навоза, чрезмерного выпаса скота и вырубки лесов.
Объемы выбросов парниковых газов в АПК РФ за период 2015-2019 гг. составляли в среднем 112,2 млн. т СО2-экв., что (с учетом абсорбции (поглощения) парниковых газов из атмосферы ЗИЗЛХ) составляет порядка 7,5% от общего выброса таких газов.
Глобальные выбросы от сельского хозяйства в среднем были равны 5,0-5,8 млрд. т CO2-экв. в год.
Снижение выбросов парниковых газов имеет жизненно важное значение для достижения целей в области устойчивого развития, обозначенных ФАО.
Несмотря на то, что сельское хозяйство является источником выбросов парниковых газов, в данной отрасли экономики существуют реальные возможности как по сокращению их эмиссии, так и по секвестрации (связыванию) GHG в сельскохозяйственных почвах при рациональном их использовании. Почвы – крупнейший земной резервуар углерода, в котором он содержится в форме органических и неорганических молекул.
Почвенный органический углерод (SOC) составляет около 1 500-2 400 Гт C (~ 5500-8800 Гт CO2) в верхнем метре почв по всему миру. Нижняя оценка в диапазоне примерно в три раза превышает запас углерода (C) в растительности и вдвое больше запаса C в атмосфере. Таким образом, небольшие изменения в запасах углерода могут оказать существенное влияние на атмосферу и изменение климата. С появлением земледелия около 8000 лет назад в ходе хозяйственной деятельности почвы потеряли около 140-150 Гт углерода (~ 510-550 Гт CO2). Известно, что почвосберегающие технологии могут восстановить по крайней мере часть этого потерянного углерода, поэтому было сделано предположение о том, что секвестрация почвенного углерода может стать элементом стратегии удаления парниковых газов (технологией отрицательных выбросов или вариантом удаления углекислого газа). Глобальные оценки потенциала связывания углерода в почве значительно различаются, но недавний систематический обзор предполагает годовой технический потенциал в 2-5 Гт CO2/год.
В ходе сельскохозяйственного использования, из-за развития эрозии и окисления, часть почвенного органического углерода теряется, превращаясь в газообразную форму, что с учетом процессов выделения закиси азота является одним из основных путей поступления парниковых газов в атмосферу. Однако данный процесс обратим: при применении современных почвозащитных технологий управления до 5066% потерь углерода из почвы можно восстановить. В качестве ключевых направлений в секвестрации углерода в сельскохозяйственных почвах выделяются – минимизация механического воздействия на почвы и увеличение поступления органических веществ. Следовательно, такие приемы, как использование покровных культур, мульчирование, минимальные или нулевые обработки почвы, использование органических удобрений и сокращение использования чистых паров можно отнести к рекомендуемым мерам по секвестрации парниковых газов. Такой подход получил название карбонового (углеродного) земледелия (carbon farming), суть которого заключается в увеличении запасов почвенного углерода за счет оптимизированных для данной цели приемов и агротехнологий.
Одним из необходимых условий углеродного земледелия является использование почвозащитных систем обработки почвы. Наиболее пригодной для данных целей является система нулевой обработки, или No-Till, при которой не происходит интенсивного механического воздействия на почву, а значит, уменьшаются выбросы парниковых газов, связанные с окислением гумуса.
Вместе с тем, применение No-Till в качестве основы карбонового земледелия предполагает адаптацию данной технологии к конкретным условиям, что требует дополнительных научных исследований, и возможно, при создании соответствующих научно-производственных площадок – агрокарбоновых полигонов, или опытных полей.
Селекция растений с хорошо развитой корневой системой для углеродного земледелия обусловлена тем, что порядка 20-30% образующегося в ходе фотосинтеза органического вещества идет в подземные органы растений. Из этого объема порядка 30% выделяется в ризосферу с корневыми выделениями (экссудатами), отмирающими клетками корня и в результате корневого дыхания. Данные источники активно используются почвенным микробиомом, в том числе для образования органического вещества и секвестрации углерода.
Увеличение содержания углерода в почве с помощью агротехнологий относительно недорого. По оценкам ряда исследований, связывание углерода в почве обходится в 10-100 долларов США за тонну удаляемого СО2 по сравнению со 100-1000 долларов за тонну для технологий, которые механически удаляют углерод из воздуха.
В РФ первые торги углеродными единицами прошли в сентябре 2022 года при стоимости одной УЕ на уровне 1000 руб. С учетом потенциала рынка, производство УЕ может стать одним из ресурсов для развития АПК РФ.
Углеродный след в растениеводстве
Одним из инструментов, позволяющих всесторонне оценить экологические последствия производства сельскохозяйственной продукции, является оценка жизненного цикла (life cycle assessment – LCA). В настоящее время исследования по экологической оценке производства и переработки сельскохозяйственной продукции с использованием LCA ведутся во всем мире. Проведение LCA имеет решающее значение для получения документа – Экологической декларации на продукт (Environmental Product Declaration – EPD). Это документ, который представляет ряд данных о потреблении ресурсов и воз-действии на окружающую среду за весь цикл производства продукта, а именно:
– потребление возобновляемых источников (биомасса, энергия);
– потребление невозобновляемых ресурсов (минеральные ресурсы, ископаемое топливо);
– расход воды;
– количество отходов для переработки;
– показатели категории воздействия на окружающую среду (потенциал подкисления, потенциал эвтрофикации, потенциал образования фотооксидантов и др.);
– экологические следы (углеродный след, экологический след, водный след).
Углеродный след (CF) используется для оценки объемов выбросов парниковых газов (ПГ), связанных с различными экономическими процессами и продуктами. Его определяют как баланс выбросов ПГ за весь жизненный цикл продукта или процесса его производства. Количественно углеродный след выражается в выбросах ПГ в кг эквивалента диоксида углерода (экв. CO2) на кг продукта или на единицу площади в год.
Определение величины углеродного следа при производстве продукции растениеводства получило широкое распространение за рубежом. В частности, в условиях Египта углеродный след для пшеницы составил 0,239, а для кукурузы 0,307 кг CO2 экв на 1 кг урожая зерна. В Финляндии аналогичные показатели для овса оценивались в 0,570 кг CO2 экв., для ячменя – в 0,570 кг CO2-экв., для пшеницы – 0,590 кг CO2 экв. и для ржи в 0,87 кг CO2 экв. на 1 кг зерна. В Китае кукуруза имела самый низкий углеродный след – 0,48 кг CO2 экв., пшеница – 0,75 кг CO2 экв., а рис – самый высокий углеродный след. порядка 1,60 кг CO2 экв. на единицу урожая. Для расчета углеродного следа при производстве продукции растениеводства разработаны соответствующие калькуляторы.
Использование углеродных единиц дает возможность информировать потребителя о климатической составляющей при производстве продуктов питания, что имеет важное значение с точки зрения маркетинга и продвижения продукции.
В ответ на общественное мнение в развитых странах создают системы маркировки продукции, информирующие об углеродном следе. Размещение экологических этикеток на продуктах и представление информации предназначено для предоставления потребителям точной информации об экологических последствиях получения продукции, облегчает их осознанный выбор, а также усиливает фактор конкуренции между разными производителями однородной продукции. Общепринятой системой обозначения CF в странах Европы является Климатическая декларация, предоставляющая информацию по суммарным выбросам ПГ и отдельно по каждому этапу жизненного цикла производства продукта, кг СО2 экв. за функциональную единицу продукта.
Использование климатически ориентированных агротехнологий имеет существенное значение для развития экспорта продовольствия АПК РФ. Уже сейчас в Китае и других странах ведется дискуссия о необходимости учитывать углеродный след при закупке продовольствия на мировом рынке.
Основные научные проблемы и направления исследований в области карбонового земледелия
1. Необходимость в разработке единой методики определения объемов секвестрации ПГ, расчета углеродных единиц и углеродного следа для АПК РФ с применением адаптированных международных методик (с учетом требований стран импортеров продовольствия).
2. Разработка научно-обоснованных методик верификации российских углеродных единиц на мировом рынке на базе аграрных карбоновых полигонов и опытных полей.
3. Разработка всех элементов карбонового земледелия (обработка почвы, система удобрений, сорта, защита растений и т.д.).
4. Экономическая оценка карбонового земледелия.
5. Интенсификация научных исследований в области агрономического почвоведения, в том числе в области биологии почв.
6. Создание отдельной научно-производственной Программы «Сельскохозяйственные почвы и климатическая нейтральность АПК РФ».
7. Организация обучения специалистов по технологиям карбонового земледелия.
