Мы постоянно говорим о количестве и запасах органического вещества почв, но вот о формах – морфологических, химических, молекулярном строении, содержании гумусовых веществ – мы почти не говорим, когда речь заходит о карбоновых полигонах или о ВИП ГЗ.
ВИП ГЗ – важнейший инновационный проект государственного значения, утвержденный Правительством страны и создающий необходимое нормативное и инфраструктурное обеспечение единой национальной системы мониторинга климатически активных веществ, в том числе и парниковых газов.
Система обеспечит формирование достоверных научных данных для оценки антропогенных и природных потоков климатически активных веществ на территории Российской Федерации.
Собственные данные, полученные с помощью национальной системы мониторинга, помогут улучшить качество принимаемых управленческих решений при проведении декарбонизации российской экономики и ее адаптации к изменениям климата, которая включает в себя и качество жизни граждан. Эти данные в дальнейшем будут использоваться для корректировки мероприятий плана реализации Стратегии низкоуглеродного развития до 2050 года, которая разработана во исполнение поручения Президента и утверждена в ноябре прошлого года.
Первый этап проекта будет реализовываться до 2025 года, и согласно его параметрам, ключевые результаты можно условно разделить на климатические (ответственный Росгидромет) и экономические (ответственный Минэкономразвития РФ).
К 2025 году в рамках проекта расширят и систему экологического мониторинга на территории России. Полученные данные помогут в принятии адаптационных решений в отраслях и регионах, включая борьбу с опустыниванием. Также будет создана система наземного и дистанционного мониторинга углерода и потоков парниковых газов на территории Российской Федерации, а также – система учета данных о потоках климатически активных веществ и накоплении углерода в лесах и других экосистемах.
Мы говорим не только о почвенном гумусе, а о natural organic matter. В России используются другие определения того, что такое почвенное органическое вещество (ПОВ) и гумус почв, иные, чем в ЕС или США. В ЕС и США используется термин soil organic matter (SOM), он включает следующие фракции: растительные остатки, частично трансформированный растительный материал, микробную биомассу почвы и гумус. В отечественном почвоведении под гумусом часто понимают коллоидное органическое вещество, состоящее из гуминовых кислот и прекурсоров гумификации (белков, углеводов, лигнина и др.). Органические остатки, сохранившие свое анатомическое строение (растительный опад, органические удобрения – торф, сапропель), в российской почвенной школе не считаются гумусом. Поэтому при определении органического углерода из почвы тщательно удаляются корни и детритные формы органического вещества. При этом в отечественном почвоведении существует понятие органического вещества почв, которое соответствует понятию SOM. Следовательно, концепции гумуса и ПОВ, а также общего органического углерода не вполне эквивалентны. Поэтому необходимо решить, что будет использоваться в качестве объ-екта мониторинга, из каких горизонтов будет проводиться регулярный отбор почвенных проб. Будет ли лесная подстилка и все поверхностные неразложившиеся органические остатки, которые являются довольно важной частью запасов углерода, включены в количественный учет. Секвестрация углерода происходит на разных уровнях организации органического вещества, в лесной подстилке, в торфе, в органо-минеральных и минеральных горизонтах. Благодаря различным механизмам стабилизации (механическим, химическим, молекулярным) ПОВ трансформируется в более стабильную форму и может храниться в почве в течение длительного времени.
Когда мы говорим, например, об органическом веществе городских почв, там появляются такие полуэкзотические формы органического углерода, как ПАУ (полициклические ароматические углеводороды), черный (пирогенный) углерод или устойчивые органические поллютанты и так далее. Их мало, но они очень важны в биохимическом смысле, ведь они долго сохраняются в почве и вовлекаются в последующем в биологический круговорот.
Традиционные для нас показатели, такие, как содержание углерода (С%), содержание углерода и азота (C/N), запасы в мировом масштабе, запасы по климатическим зонам – всё это мы хорошо оцениваем, хотя и не без ошибок.
Создание карбоновых полигонов для мониторинга процессов эмиссии и депонирования соединений углерода в наземных экосистемах является одной из приоритетных задач в области сохранения климата и биосферы в целом. Особенно велика роль почв, которые являются не только основным источником эмиссии парниковых газов в атмосферу Земли, но и долговременным резервуаром, депонирующим значительные количества органического углерода в виде почвенного гумуса. Сегодня в России уже создан ряд карбоновых полигонов. С инициативой создания карбонового полигона «Ладога» в конце 2021 года выступил СПбГУ. Ученые СПбГУ намерены следить за уровнем газов в атмосфере и изменениями климата на научной площадке, где расположена главная геофизическая обсерватория имени А. И. Воейкова. Эту идею поддержали в ГГО и выразили готовность предоставить земельный участок общей площадью 150 гектаров, а также научную и хозяйственную инфраструктуру.
Обсерватория уже более 30 лет выполняет наблюдения за атмосферной концентрацией парниковых газов на территории Российской Федерации, в том числе и на экспериментальной базе в поселке Воейково, где планируется создание карбонового полигона. Сотрудничество ГГО с СПбГУ в области мониторинга парниковых газов также имеет многолетнюю и успешную историю. В рамках проекта планируется создать не только стационарный карбоновый полигон, но также и быстроразвертываемую измерительную обсерваторию – так называемый мобильный полигон для оперативного изучения источников и стоков парниковых газов как на территории полигона, так и за его пределами. Такое сочетание позволит существенно увеличить охват территории Ленинградской области и ее ландшафтов для получения более точных сведений.
Карбоновая ферма – следующий этап работы в рамках проекта – место, где созданы условия для использования на практике технологий поглощения углекислого газа. Именно здесь ученые смогут оперативно применять собственные разработки и использовать ресурсы экосистем Ленобласти для снижения экологического вреда.
Одно из главных отличий проекта «Ладога» – комплексный подход. В рамках работы карбонового полигона для решения научных задач вместе будут работать физики, химики, биологи, экономисты и юристы. Эксперты собираются уделить большое внимание экономической составляющей и заняться вопросами выпуска углеродных единиц, а также выполнять другие проекты по улавливанию, хранению и переработке углеродосодержащих соединений.
19 мая этого года состоялись полевые работы на проектируемом карбоновом полигоне «Ладога» в рамках проекта «От карбонового полигона к углеродному регулированию: потенциал и пути развития секвестрационной углеродной индустрии на территории Ленинградской области и СанктПетербурга». Сотрудники кафедры Прикладной экологии и Физики атмосферы СПбГУ продолжили измерения параметров углеродного цикла в зональной южно-таежной экосистеме и низинном болоте.
На конференции ещё не было сказано про экстракцию, изоляцию и характеристику молекулярного состава гуминовых кислот. Эта дискуссия про гумификацию органического вещества нашла отражение в журнале Nature несколько лет назад, и на Западе теперь многие говорят, что гумификации нет, а есть стабилизация гумусовых веществ, поэтому я именно так назвал свой доклад. Рассмотрим слайд с зональностью спектра гуминовых веществ. Вы видите, как с севера на юг увеличивается ароматический пик, и пусть во всех этих почвах будет по 4% гумуса – этот гумус будет совершенно разный. Органическое вещество будет с разным соотношением условных ароматических фенилпропановых, алифатических, низкомолекулярных, высокомолекулярных фрагментов. Существует серия методов, которые позволяют раскрыть эту структуру гумусовых веществ, узнать, насколько они стабилизированы. Нам нужно создавать гумотеку России с единой коллекций почвенных проб и препаратов гуминовых веществ.
Содержание в почвах полициклических и ароматических углеводородов (ПАУ), расчет изомерных коэффициентов, литогенная или петрогенная основа – тоже значимые характеристики происхождения органического вещества, в том числе его происхождения. Влияние пожаров на почвы тоже можно оценивать по фракционному составу ПАУ, а также по дыханию почвы (респираторной эмиссии). В качестве примера – слайд с компонентным составом ПАУ до пожара и после пожара. Так, карбоновый полигон «Ладога» будет иметь выноску в городской экосистеме и в агроэкосистеме. Очень важно сравнить содержание ПАУ в этих двух экосистемах. Валовое содержание гумуса по методу Тюрина или методом прямого сухого сжигания – это хорошо, но нам нужно идти вглубь, на молекулярный уровень, чтобы понимать функциональную роль органического вещества.
Ещё один важный момент – в нашей стране почти нигде не установлены опадоуловители. С их помощью ведется фракционный учет опада – хвои, коры, листвы и так далее. Ранее во многих заповедниках это подсчитывалось. Зачем нужно знать компоненты опада – для качественного, точного имитационного моделирования трансформации органического вещества. Litretraps (опадомеры) нам критически нужны, хотя бы на карбоновых полигонах в каждом из природных поясов.
