http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=a69b9afa-61a1-4c2e-a9e7-34db7c77c711&print=1© 2024 Российская академия наук
Заброшенные промышленные территории могут принести пользу экологии
На карбоновом полигоне WAY CARBON Чеченской Республики прошли полевые работы.
Благодаря нацпроекту «Наука и университеты», который реализует Министерство науки и высшего образования РФ, в нашей стране создается сеть карбоновых полигонов. Подавляющее большинство проектов карбоновых полигонов в России предполагается реализовывать на суше, особенно на территории лесных массивов. К ним относится и «Урал-Карбон» в Свердловской области. Он расположен в зоне тайги с хвойными лесами, которые обладают большим потенциалом по секвестрации (долгосрочному удалению, улавливанию или связыванию) атмосферного углерода в древесине и почвенном слое.
Еловый микс
Регион характеризуется разнообразием экосистем. Граница Европы и Азии здесь не условная, она отражает изменения в природных сообществах. На восточном склоне Уральских гор располагаются в основном светлохвойные сосновые леса, а с западного – темнохвойные, преимущественно пихтовые и еловые. Эти зоны по разные стороны хребта отражают разные природные условия и по-разному усваивают углерод, рассказал руководитель проекта «Урал-Карбон» доцент Уральского федерального университета (УрФУ), кандидат биологических наук Виктор Валдайских.
Неудивительно, что полигон было решено разбить на две площадки, как и в случае с калининградским проектом «Росянка». Только здесь обе площадки сухопутные, принадлежащие УрФУ и Лесотехническому университету: Коуровская обсерватория с примыкающей к ней территорией, и территория Учебно-опытного лесхоза. Более 300 га уникальных таежных экосистем. А при условии их успешного развития можно будет задействовать дополнительные участки, чтобы повысить репрезентативность исследований, так как хвойными лесами регион далеко не ограничивается.
УрФУ входит в Уральский межрегиональный научно-образовательный центр (НОЦ) мирового уровня «Новые производственные материалы и технологии», поэтому еще одной спецификой полигона стало привлечение огромного количества лучших специалистов из самых разных организаций, включая Уральский государственный лесотехнический университет, Уральский государственный аграрный университет, Институт экологии растений и животных УрО РАН, Институт промышленной экологии УрО РАН, Институт математики и механики УрО РАН, Уральский государственный горный университет и Ботанический сад УрО РАН.
Одной из первостепенных задач они считают синхронные подспутниковые измерения содержания парниковых газов в нижнем слое тропосферы наземными средствами через дистанционное зондирование. В этом поможет в том числе Фурье-спектрометр, который есть у коллектива исследователей. Также планируется непрерывное измерение содержания углеродсодержащих парниковых газов в атмосфере непосредственно на полигоне с помощью мачтового оборудования, включая построение вертикальных профилей методом турбулентных пульсаций.
Главными естественными процессами секвестрации углекислоты в природных сообществах сегодня считаются фотосинтез, гумусообразовательный процесс и торфонакопление, а в основе эмиссии лежат дыхание, а также окисление гумуса и торфа. За всеми этими процессами предстоит наблюдать: измерять фотосинтетическую активность и дыхание растений; измерять эмиссию СО2 из почвы с разделением на дыхание подстилки и минеральных горизонтов; оценивать существующие запасы углерода в растительности, почве и мортмассе (массе мертвого органического вещества); проводить количественную оценку фитомассы; сопоставлять динамику эмиссии и поглощения СО2 и многое другое.
Суть проекта в том, чтобы одни и те же процессы измерять несколькими способами, разным оборудованием и сравнивать результаты. При этом оборудование выбирается исключительно проверенное временем и признанное на международном уровне. «В нашей работе мы обязаны использовать оборудование, которое является стандартом для такого рода работ. То есть данные, получаемые с этого оборудования, должны признаваться не только в России, но и международным сообществом», – заметил Виктор Валдайских.
Быстрорастущее дерево павловния идеально подходит для карбоновых ферм, так как после каждой вырубки, скоса легко регенерирует.
Двойной контроль
Лесные массивы в горных и предгорных ландшафтах изучают и на карбоновом полигоне WAY CARBON площадью 1785 га в Чеченской Республике. Проект проводится на базе сразу двух вузов – Чеченского государственного университета им. А.А. Кадырова (ЧГУ им. А.А. Кадырова) и Грозненского государственного нефтяного технического университета им. академика М.Д. Миллионщикова (ГГНТУ). Помимо общих задач по изучению секвестрационного и эмиссионного потенциала лесных массивов, почв и конкретных растений, в их исследованиях есть своя специфика.
Так, ГГНТУ сосредоточится на анализе нефтезагрязненных участков и районов с геотермальными источниками, поскольку они напрямую влияют на углеродный баланс и экосистемы региона. Предстоит замерить потоки парниковых газов и понять степень такого влияния. Необходимое оборудование университет планирует закупать поэтапно в этом и следующем годах.
В свою очередь, ЧГУ им. А.А. Кадырова одним из главных направлений выбрал регенеративное животноводство. Ученые будут следить за «поведением» почвы при выпасе животных и их перемещении с одного участка на другой. «Современное низкоуглеродное животноводство должно быть построено на использовании сверхинтенсивного травяного откорма, то есть это схема, основанная на ротации пастбищных участков, чтобы максимально использовать потенциал каждого участка в производстве биомассы и накопления углерода в почве», – сказал проректор по науке и инновациям ЧГУ им. А.А. Кадырова Магомед Нахаев. Это должно не только повысить рентабельность хозяйств, но и упростить привлечение ресурсов для их развития.
Параллельно с обустройством карбонового полигона и проведением исследований идет и подготовка научных кадров. «Пока созданы три научные группы: по дистанционным исследованиям, по наземным исследованиям и по анализу/обработке данных. Участники регулярно проходят курсы повышения квалификации, к этим работам в том числе привлекаются аспиранты, студенты, то есть пытаемся связать практические занятия студентов с исследованиями на полигонах», – сообщил проректор по научной работе ГГНТУ Магомед Сайдумов.
Особые фермы
Если на карбоновых полигонах в уже сформировавшихся природных сообществах, в своего рода эталонных системах, ученые ведут наблюдения, производят замеры и не вмешиваются в среду, то карбоновые фермы созданы для экспериментов. Именно там активно внедряются и апробируются технологии секвестрации парниковых газов, прежде всего углекислоты и метана. Для таких ферм отбираются растения, от которых ожидают максимальную эффективность в этом деле. Создаются условия для более быстрого по сравнению с естественными сообществами фотосинтеза и максимального накопления углерода в тканях растений или даже в почвах.
На самом деле в природе прообразы карбоновых ферм в неорганизованной форме уже существуют. «Заброшенные сельхозугодия, которые со временем зарастают лесом, по сути, и есть карбоновые фермы. И сейчас на самом серьезном уровне рассматривают варианты как-то легитимизировать эти зарастающие сельхозугодия. Например, перевести в категорию земель лесного фонда», – сказал руководитель проекта «Урал-Карбон» Виктор Валдайских. В степных сообществах похожая история. На участках степи, которые долгое время не распахивались, восстанавливается почва, дернина и в итоге гумусное состояние. А гумус также является хорошим хранилищем углерода. Еще одно природное депо углерода – болотные сообщества, где он накапливается в торфе.
И хотя в природе процессы секвестрации углерода работают и без вмешательства человека, задача ученых – сделать этот процесс управляемым и прогнозируемым, ускорить и приспособить под него разные типы местности. Например, в Свердловской области под карбоновые фермы предлагают использовать нарушенные территории, так как Урал – крупный промышленный центр. Особым потенциалом в плане улучшения экологии и размещения карбоновых ферм обладают самозарастающие и рекультивируемые отвалы горнодобывающей промышленности. Такие территории в регионе обширные и занимают десятки тысяч гектаров. Рекультивация и последующая научно обоснованная высадка быстрорастущих древесных или травянистых культур, быстро накапливающих фитомассу, позволит поглощать из атмосферного воздуха большое количество углекислого газа. Это даст максимальный эффект при минимальных затратах.
Среди растений для выращивания в Свердловской области, например, может рассматриваться горец Вейриха. Это кормовая культура, в которой протеина больше, чем в кукурузе, очень стойкая и при достаточном количестве влаги достигает 2,5 м в высоту. Карбоновые фермы в перспективе могут поставлять сырье для производства кормов и биотоплива.
Фаворитом ЧГУ им. А.А. Кадырова для карбоновых ферм стало быстрорастущее дерево павловния. Оно примечательно тем, что после каждой вырубки, скоса легко регенерирует. Первая партия деревьев уже высажена. Также изучается потенциал аполлонии, мискантуса, рапса и др. А ГГНТУ заинтересовался эффективностью шелковицы, ивы, липы, тополя, грецкого ореха и каштана, которые характерны для Северного Кавказа.
Наука не стоит на месте, селекция и биоинженерия позволяют выводить новые культуры, наиболее подходящие для карбоновых ферм. Кроме того, ботанические сады работают над интродукцией, то есть введением в среду инорайонных (не свойственных тому или иному региону) видов, которые быстрее растут и быстрее накапливают в тканях углерод органических соединений. Но с этим тоже нужно быть осторожными, предупреждают эксперты. В истории было множество примеров привнесения на территорию красивых или полезных быстрорастущих растений, которые на новом месте в отсутствии привычной конкуренции становились агрессорами, сорняками и захватывали большие площади, вытесняя другие виды. Взять хотя бы известный всем борщевик Сосновского, клен американский или люпин.
«Борщевик Сосновского – казалось бы, прекраснейшее растение для целей карбоновых ферм, быстро растет в любых условиях, огромный рост, огромная биомасса, но бороться с ним потом… Понятно, что никто в здравом уме не будет его использовать на карбоновых фермах. Он будет захватывать все новые и новые территории. Или тот же клен американский – посадил и забыл. Он растет как сорняк, очень быстро. Я видел в этом году приросты клена американского более 2,5 м. Поэтому задача ботаников заключается и в том, чтобы бороться с инвазивными видами, предлагать неагрессивные растения, с которыми в дальнейшем не будет таких сложностей», – подчеркнул Виктор Валдайских.
По оценке Воронежского государственного лесотехнического университета им. Г.Ф. Морозова, для создания карбоновой фермы площадью 3400 га потребуется вложить 466,3 млн руб. на покрытие капитальных затрат и 74,7 млн руб. на текущие затраты первого года. При этом инвестор сможет вернуть эти средства уже через 5,6 года, а за 40 лет доходы покроют 735% затрат.
«Карбоновые фермы – это недорогое удовольствие, хотя это набор достаточно сложных технологий. Но главная проблема в том, что пока еще нет рынка (углеродных единиц. – «НГ-наука»). И многие индустриальные группы, очень крупные предприятия из энергетики, нефтянки, металлургии понимают, что когда-нибудь им понадобятся такие карбоновые фермы, понадобятся карбоновые кредиты, но они пока не могут посчитать это все в экономических категориях, то есть здесь пока еще большой элемент визионерства. В этой связи кто посмелее, кто дальше считает, тот и выиграет», – отметил Николай Дурманов, заместитель директора Института X-BIO ТюмГУ по развитию, специальный представитель Минобрнауки РФ по вопросам биологической и экологической безопасности.
И все же подходить к решению проблемы изменения климата необходимо комплексно. Карбоновых полигонов и ферм с их потенциальной секвестрацией недостаточно для устранения избытка углерода в атмосфере Земли, предупреждают ученые. Придется искать и другие, новые пути, а главное – работать над снижением выбросов парниковых газов.