Там, где цветёт ковыль
Карбоновый полигон в Башкирии показывает первые результаты
В Давлекановском районе на участке ковыльной степи Евразийского карбонового полигона немногим меньше года работает уникальное оборудование — станция Eddy Covariance. Она помогает изучать, в каких объемах растительность поглощает парниковые газы. Чтобы разобраться, почему станцию установили именно на этом участке и какое значение она имеет для науки, мы отправились на сам карбоновый полигон.
— Мы видим, насколько в последние годы растет роль науки как ведущей силы укрепления нашей экономики, цифровизации и обеспечения технологического суверенитета страны. Безусловно, для управленческой команды региона поддержка научно-исследовательской работы — это важнейшая задача.
Радий Хабиров
глава Республики Башкортостан
Восстановить баланс
О том, для чего вообще в России была создана сеть карбоновых полигонов, мы подробно писали в статье «Замести углеродный след» (в номере «РБ» от 16 января 2024 года). Но вкратце напомним читателям, что работа эта проводится в рамках так называемой климатической повестки. Основная ее задача — достичь углеродной нейтральности, когда углекислого газа поглощается столько же, сколько выбрасывается в атмосферу. Конечная цель — остановить парниковый эффект и глобальное потепление, которые человек своей кипучей деятельностью вызвал во всем мире.
В 2021 году президент России Владимир Путин заявил, что Россия будет стремиться достичь углеродной нейтральности к 2060 году, а в октябре 2023 года подтвердил свое заявление Климатической доктриной. Она предполагает не только сокращение выбросов парниковых газов в атмосферу, но и поглощение углекислого газа природными экосистемами — лесами, морями, степями, болотами.
Карбоновые полигоны, созданные под эгидой министерства науки и высшего образования России, стали теми самыми площадками, где ученые исследуют поглощающую способность ландшафтов и разрабатывают технологии декарбонизации.
В Башкирии эту задачу взяли на себя Уфимский государственный нефтяной технический университет (а именно кафедра охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов) совместно с Уфимским институтом биологии УФИЦ РАН, Башкирским государственным аграрным университетом и Уфимским университетом науки и технологий при содействии Евразийского НОЦ мирового уровня. А на базе УГНТУ открылся Центр технологий декарбонизации.
Евразийский карбоновый полигон в Башкирии включает в себя семь участков общей площадью более 11 тысяч гектаров. По характеру растительности они разнообразны: здесь и лес, и пашня, и залежные земли. А в Давлекановском районе их сразу два, неподалеку друг от друга — ковыльная степь и болото Берказан-Камыш.
В 2021 году президент России Владимир Путин заявил, что Россия будет стремиться достичь углеродной нейтральности к 2060 году, а в октябре 2023 года подтвердил свое заявление Климатической доктриной. Она предполагает не только сокращение выбросов парниковых газов в атмосферу, но и поглощение углекислого газа природными экосистемами — лесами, морями, степями, болотами.
Карбоновые полигоны, созданные под эгидой министерства науки и высшего образования России, стали теми самыми площадками, где ученые исследуют поглощающую способность ландшафтов и разрабатывают технологии декарбонизации.
В Башкирии эту задачу взяли на себя Уфимский государственный нефтяной технический университет (а именно кафедра охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов) совместно с Уфимским институтом биологии УФИЦ РАН, Башкирским государственным аграрным университетом и Уфимским университетом науки и технологий при содействии Евразийского НОЦ мирового уровня. А на базе УГНТУ открылся Центр технологий декарбонизации.
Евразийский карбоновый полигон в Башкирии включает в себя семь участков общей площадью более 11 тысяч гектаров. По характеру растительности они разнообразны: здесь и лес, и пашня, и залежные земли. А в Давлекановском районе их сразу два, неподалеку друг от друга — ковыльная степь и болото Берказан-Камыш.
Степная наука
Когда-то рядом с участком ковыльной степи располагалась деревня Воздвиженка, и местные жители постоянно использовали его в качестве сенокоса. Но затем деревенька прекратила существование, а обитатели чуть более отдаленного села Курятмасово наведывались сюда в хозяйственных целях лишь время от времени. Да и для заготовки сена оказался он не слишком удобным: чтобы добраться сюда, нужно преодолеть склон «каменной» горы — Таш-тау, сама степь тоже на всхолмьях. Зато благодаря нерегулярности посещений местная растительность сохранилась практически в неприкосновенности. Целых три вида ковылей, включенных в Красные книги России и Башкирии, мятлик, шалфей, лабазник, чабрец, тимьян и другие растения сформировали ковыльную степь, которая в почти ненарушенном состоянии обладает хорошей поглотительной способностью.
Причем для Башкирии такие участки — редкость. Степи занимают всего около семи процентов территории республики, и большинство из них деградировали из-за нерегулируемого выпаса скота.
— В сентябре прошлого года здесь установили станцию Eddy Covariance с комплексом специального оборудования, способного производить точные замеры поглощения и эмиссии парниковых газов и различных климатических параметров, — пояснил замдиректора Центра технологий декарбонизации УГНТУ, ведущий научный сотрудник Уфимского института биологии УФИЦ РАН Павел Широких. — Ее уникальность в том, что она единственная в России, которая располагается именно на степном участке карбонового полигона. Мы уже получаем и интерпретируем ее данные. Так, по нашим наблюдениям, поглощение метана на этом участке весной составляло 0,57 — 0,6 мг в час. Это рекордные данные по сравнению с теми исследованиями, что ранее производились в России. Например, леса поглощают всего от 0,05 до 0,20 мг метана в час, а луга — до 0,1 мг. Но чтобы делать более точные выводы, нужно накопить хотя бы годовые данные — подождем до конца года.
Исследования на участках степи оказались очень своевременными: ранее в стране они почти не проводились. Известно было лишь, что степные экосистемы очень активно поглощают углекислый газ растениями и он быстро переходит в почву с образованием плодородной земли. Сейчас это можно будет подтвердить инструментально: Eddy Covariance фиксирует потоки углекислого газа, метана и паров воды в радиусе 200 метров. Учитываются и метеоданные: уровень освещенности, количество осадков, влажность, направление ветра, температура воздуха и почвы — все они напрямую влияют на газообмен. Замеры производятся с частотой десять раз в секунду, автоматически регистрируются в памяти станции и дистанционно передаются на сервер УГНТУ, где их интерпетируют ученые.
Причем для Башкирии такие участки — редкость. Степи занимают всего около семи процентов территории республики, и большинство из них деградировали из-за нерегулируемого выпаса скота.
— В сентябре прошлого года здесь установили станцию Eddy Covariance с комплексом специального оборудования, способного производить точные замеры поглощения и эмиссии парниковых газов и различных климатических параметров, — пояснил замдиректора Центра технологий декарбонизации УГНТУ, ведущий научный сотрудник Уфимского института биологии УФИЦ РАН Павел Широких. — Ее уникальность в том, что она единственная в России, которая располагается именно на степном участке карбонового полигона. Мы уже получаем и интерпретируем ее данные. Так, по нашим наблюдениям, поглощение метана на этом участке весной составляло 0,57 — 0,6 мг в час. Это рекордные данные по сравнению с теми исследованиями, что ранее производились в России. Например, леса поглощают всего от 0,05 до 0,20 мг метана в час, а луга — до 0,1 мг. Но чтобы делать более точные выводы, нужно накопить хотя бы годовые данные — подождем до конца года.
Исследования на участках степи оказались очень своевременными: ранее в стране они почти не проводились. Известно было лишь, что степные экосистемы очень активно поглощают углекислый газ растениями и он быстро переходит в почву с образованием плодородной земли. Сейчас это можно будет подтвердить инструментально: Eddy Covariance фиксирует потоки углекислого газа, метана и паров воды в радиусе 200 метров. Учитываются и метеоданные: уровень освещенности, количество осадков, влажность, направление ветра, температура воздуха и почвы — все они напрямую влияют на газообмен. Замеры производятся с частотой десять раз в секунду, автоматически регистрируются в памяти станции и дистанционно передаются на сервер УГНТУ, где их интерпетируют ученые.
Павел Широких рассказывает об особенностях работы станции Eddy Covariance.
Для чего эти исследования нужны, в конечном итоге? Во многих регионах России, включая Башкирию, площади степей сократились и остались в виде небольших фрагментов на не пригодных для распашки участках и на особо охраняемых природных территориях. Значительная часть современной степной растительности нарушена в результате неконтролируемого выпаса, а в обедненных ее вариантах преобладают полынь и типчак. При этом в степях происходит потеря углерода, которая значительно влияет на многие важнейшие функции экосистем: снижаются водоудерживающая способность и плодородие почвы, увеличиваются ветровая и водная эрозии.
Участок ковыльной степи станет модельным для других подобных территорий, где растительность постепенно восстанавливается после антропогенного воздействия, и ученые смогут оценить влияние различных видов нарушений ее человеком (например, выпаса и сенокошения) на эмиссию углекислого газа и разработать рекомендации по оптимизации использования степных экосистем республики. Это позволит не только снизить выброс углерода в атмосферу, но и увеличить поглощающую способность степных экосистем, восстановить плодородие почвы, а также сохранить и вернуть к первозданному виду уникальные сообщества, в состав которых входит большое количество редких и исчезающих видов растений, включенных в Красные книги РФ и РБ.
Кроме того, результаты таких исследований позволят в скором времени разработать технологии увеличения депонирующей способности углекислого газа в степных экосистемах, а также проводить оценку изменения углеродного баланса экосистем. Это особенно важно при разработке региональных планов адаптации к изменениям климата.
Для того чтобы станция бесперебойно работала, на участке карбонового полигона установили солнечные батареи и ветрогенератор, а кроме того, развернули мобильный лабораторный комплекс для проведения стационарных исследований и практических занятий студентов, магистрантов и аспирантов. Благодаря уникальности расположения и оборудования участок планируют включить в еще одну государственную программу — «Ритм углерода».
Участок ковыльной степи станет модельным для других подобных территорий, где растительность постепенно восстанавливается после антропогенного воздействия, и ученые смогут оценить влияние различных видов нарушений ее человеком (например, выпаса и сенокошения) на эмиссию углекислого газа и разработать рекомендации по оптимизации использования степных экосистем республики. Это позволит не только снизить выброс углерода в атмосферу, но и увеличить поглощающую способность степных экосистем, восстановить плодородие почвы, а также сохранить и вернуть к первозданному виду уникальные сообщества, в состав которых входит большое количество редких и исчезающих видов растений, включенных в Красные книги РФ и РБ.
Кроме того, результаты таких исследований позволят в скором времени разработать технологии увеличения депонирующей способности углекислого газа в степных экосистемах, а также проводить оценку изменения углеродного баланса экосистем. Это особенно важно при разработке региональных планов адаптации к изменениям климата.
Для того чтобы станция бесперебойно работала, на участке карбонового полигона установили солнечные батареи и ветрогенератор, а кроме того, развернули мобильный лабораторный комплекс для проведения стационарных исследований и практических занятий студентов, магистрантов и аспирантов. Благодаря уникальности расположения и оборудования участок планируют включить в еще одну государственную программу — «Ритм углерода».
Портативный прибор для определения концентрации хлорофилла в растениях Apogee MC-100
Вторая жизнь болота
Болото Берказан-Камыш площадью около 700 га также стало уникальным для изучения в рамках климатической повестки объектом. Имеет оно очень необычную историю: ученые оценивают его возраст в 15 тысяч лет, расположено в котловине между холмами в пойме речки Тюлянь и является одним из крупнейших болот лесостепной зоны. Однако в 40 — 50-е годы, когда в СССР массово осушали болота для добычи торфа и под сенокосы и пастбища, попал в эту программу и Берказан-Камыш.
Вот только в ту пору не задумывались об обратной стороне процесса подчинения природы человеку. Дело в том, что в осушенном состоянии торф начинает разлагаться, и болото, ранее достаточно интенсивно поглощавшее углерод и накапливавшее его, стало источником выбросов парниковых газов в атмосферу — около тысячи тонн в год.
Ситуация изменилась в 2016 — 2017 годах, когда Берказан-Камыш в числе четырех болот России попало в программу ООН по вторичному обводнению. Осушенный торфяник вновь начал наполняться водой, постепенно восстановилась характерная для болот растительность, следовательно, возобновился и процесс поглощения парниковых газов и метана. Ученым это дало возможность изучить разницу между объемами выбросов этих газов в атмосферу до обводнения и депонирования (то есть поглощения) после него.
Кроме того, с использованием ГИС-технологий ученые составили карту болотных экосистем республики (всего 1246 объектов), которая позволит экстраполировать данные, полученные с модельного болота Берказан-Камыш, на аналогичные объекты. На сегодняшний день уже выявили 296 осушенных болот, из них 45, площадью до 800 гектаров, было предложено для восстановления. Их вторичное обводнение увеличит поглощающую способность экосистем.
Как рассказала директор Центра технологий декарбонизации УГНТУ Лариса Белан, сейчас ученые выбирают в Предуралье болото, чтобы при помощи предприятия-инвестора также восстановить его и представить в качестве климатического проекта.
Вот только в ту пору не задумывались об обратной стороне процесса подчинения природы человеку. Дело в том, что в осушенном состоянии торф начинает разлагаться, и болото, ранее достаточно интенсивно поглощавшее углерод и накапливавшее его, стало источником выбросов парниковых газов в атмосферу — около тысячи тонн в год.
Ситуация изменилась в 2016 — 2017 годах, когда Берказан-Камыш в числе четырех болот России попало в программу ООН по вторичному обводнению. Осушенный торфяник вновь начал наполняться водой, постепенно восстановилась характерная для болот растительность, следовательно, возобновился и процесс поглощения парниковых газов и метана. Ученым это дало возможность изучить разницу между объемами выбросов этих газов в атмосферу до обводнения и депонирования (то есть поглощения) после него.
Кроме того, с использованием ГИС-технологий ученые составили карту болотных экосистем республики (всего 1246 объектов), которая позволит экстраполировать данные, полученные с модельного болота Берказан-Камыш, на аналогичные объекты. На сегодняшний день уже выявили 296 осушенных болот, из них 45, площадью до 800 гектаров, было предложено для восстановления. Их вторичное обводнение увеличит поглощающую способность экосистем.
Как рассказала директор Центра технологий декарбонизации УГНТУ Лариса Белан, сейчас ученые выбирают в Предуралье болото, чтобы при помощи предприятия-инвестора также восстановить его и представить в качестве климатического проекта.
— Климатическая повестка реализуется в Башкортостане в рамках работы Евразийского климатического консорциума и при постоянной поддержке правительства республики. В частности, большая работа по созданию методики оценки баланса парниковых газов с использованием наземных методов, методов дистанционного зондирования земли и машинного обучения выполнена в ходе реализации гранта РБ для поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых.
Мы благодарны главе республики Радию Хабирову за поддержку, которая позволяет вовлекать в работу не только именитых ученых, но и талантливую молодежь. Исследования углеродного баланса экосистем Башкортостана продолжаются и, несомненно, внесут весомый вклад в доказательную базу углеродной нейтральности России.
Мы благодарны главе республики Радию Хабирову за поддержку, которая позволяет вовлекать в работу не только именитых ученых, но и талантливую молодежь. Исследования углеродного баланса экосистем Башкортостана продолжаются и, несомненно, внесут весомый вклад в доказательную базу углеродной нейтральности России.
Олег БАУЛИН
ректор УГНТУ
Материал подготовили:
Текст и фото: Мария Сныткина.
Технический редактор: Артур Смолов.
Технический редактор: Артур Смолов.
