6.1 ВЫБОР МЕТОДА

Региональные инвентаризации могут разрабатываться с использованием подхода уровня 1 или 2; при этом последующий уровень требует более подробных данных и больше ресурсов, чем предыдущий уровень. Возможно также, что регионами будут использованы различные уровни при подготовке оценок для отдельных подкатегорий почвенного углерода.

Расчет ежегодного изменения запасов почвенного углерода пахотных земель разумно проводить на основе балансовой оценки соединений углерода, поступающих в почвы и выносимых из них. Общее уравнение можно представить в виде уравнения 6.1:

Уравнение 6.1

Общий баланс изменения содержания углерода в почве

Баланс_(Т) = Поступление_(Т) - Потери_(Т)

где:

Баланс_(Т) - результирующая оценка изменения количества углерода в пашнях в год Т, тонн С;

Поступление_(Т) - количество поступившего углерода в почву пашен из различных источников в год Т, тонн С;

Потери_(Т) - количество вынесенного углерода в год Т, тонн С;

Т - год учета.

Внесение органических и минеральных углеродсодержащих удобрений, известкование почв и остатки надземной и подземной биомассы культурных растений, следует рассматривать как статьи прихода (поступления) углерода в почву. Механические потери углерода почв с эрозией и дефляцией, а также при дыхании почв являются процессами потери (выноса) углерода из почв пашен.

Поступление углерода в почвы, Поступление_(Т): Поступление углерода в почвы обрабатываемых почв должно учитывать все источники углерода, увеличивающие его запас в почвах. Сюда относятся различные виды органических и минеральных углеродсодержащих удобрений, известкование почв и остатки надземной и подземной биомассы выращиваемых культурных растений согласно уравнению 6.2:

Уравнение 6.2

Общее поступление углерода в почву пашен

Поступление_(Т) =

= Орг. Уд_(Т) + U_М(Т) + Изв._(Т) + Раст. Ост._(Т)

где:

Поступление_(Т) - поступление углерода в почву в год Т, тонн С;

Орг. Уд_(Т) - поступление углерода с органическими удобрениями в год Т, тонн С;

U_М(Т) - поступление углерода с минеральными углеродсодержащими удобрениями, тонн С;

Изв._(Т) - поступление углерода в почву с известью в год Т, тонн С;

Раст. Ост._(Т) - поступление углерода с растительными остатками в год Т, тонн С;

Т - год учета.

Органические удобрения, Орг. Уд_(Т): Органические удобрения - удобрения, содержащие элементы питания растений преимущественно в форме органических соединений. К ним относят различные виды навоза, компоста, торфа; солома; сидераты; ил (сапропель); комплексные органические удобрения; промышленные и хозяйственные отходы и пр.

Следует учитывать, что согласно санитарным нормам, большинство органических удобрений, в частности навоз и помет, требуют хранения перед их внесением в пахотные почвы для дезинфекции. С этой целью навоз и помет должен храниться в среднем 6 месяцев, в течение которых происходят потери органического углерода и азота (см. главу 2 настоящего руководства). Поэтому данные по содержанию углерода в свежем веществе разных видов навоза и помета должны быть пересчитаны с учетом его средних потерь за время хранения.

Также необходимо учитывать то, что статистические данные по внесению органических удобрений в почвы приводятся в физическом весе. Соответственно, процентное содержание углерода должно быть переведено на сырой вес органических удобрений.

Процентное содержание углерода органических удобрений, подготовленных к внесению, составляет от 4% С в бесподстилочном навозе до 25% С в торфах (табл. 6.1). Средняя величина содержания углерода в органических удобрениях составляет 18,24% С.

Таблица 6.1

СОДЕРЖАНИЕ УГЛЕРОДА В СЫРОМ ВЕЩЕСТВЕ РАЗНЫХ ВИДОВ

ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ, ПОДГОТОВЛЕННЫХ К ВНЕСЕНИЮ В ПОЧВЫ

Минеральные удобрения, U_М(Т): Оценка поступления углерода с минеральными углеродсодержащими удобрениями осуществляется на основе статистической информации по количеству внесенных азотных, фосфорных и калийных удобрений в сельском хозяйстве региона.

Согласно справочным данным, из двенадцати простых азотных удобрений, применяемых в России, четыре содержат углерод: нейтрализованная аммиачная селитра, сульфат аммония и мочевина, чистая мочевина и цианамид кальция. Из восьми видов фосфорных удобрений углерод встречается только в составе фосфоритной муки, а из девяти калийных - в составе поташа.

Статистика по внесению минеральных удобрений в почвы приводится в пересчете на действующие вещества, поэтому коэффициенты по содержанию углерода в разных видах удобрений должны быть рассчитаны к соответствующим действующим веществам. При этом необходимо учитывать соотношение углерода и прочих химических элементов в составе всех удобрений (содержащих и не содержащих углерод) каждого вида (азотных, фосфорных и калийных) в зависимости от региональной специфики использования. Коэффициенты по содержанию углерода в разных видах минеральных удобрений по умолчанию приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2

КОЭФФИЦИЕНТЫ ПО СОДЕРЖАНИЮ УГЛЕРОДА

В РАЗНЫХ ВИДАХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

В итоговом виде уравнение для расчета поступления углерода с минеральными удобрениями выглядит следующим образом (Уравнение 6.3).

Уравнение 6.3

Поступление углерода в почву обрабатываемых земель

с минеральными удобрениями

U_М(Т) = U_М(Т)N · F_N + U_М(Т)Р · F_Р + U_М(Т)К - F_К

где:

U_М(Т) - общее поступление углерода в почвы с минеральными удобрениями в год Т, тонн С;

U_М(Т)N, U_М(Т)Р или U_М(Т)К - количество внесенных азотных, фосфорных или калийных удобрений соответственно в год Т, тонн действ. в-ва;

F_N, F_Р или F_К - пересчетный коэффициент (углерод/действ. вещество) для каждого типа удобрений соответственно;

Т - год проведения инвентаризации.

Известковые материалы, Изв._(Т): Оценка поступления углерода в почвы пашен с известковыми материалами производится аналогично оценке поступления углерода с минеральными удобрениями. Методика оценки углерода в известковых материалах также приведена в главе 5 настоящего руководства.

Согласно статистическим данным Росстата, подавляющее большинство из вносимых известковых материалов составляют известняковая и доломитовая мука, содержание углерода в которых в среднем равно 12,5%. При этом в известковых материалах содержится в среднем около 30% примесей и влаги. Поэтому предварительно необходимо рассчитать объемы внесения чистой известняковой и доломитовой муки (70%). Затем к полученному объему внесения чистых известьсодержащих карбонатов следует применить коэффициент по содержанию углерода.

Растительные остатки, Раст. Ост._(Т): Оценка количества углерода, поступающего в пахотные почвы с остатками культурных растений, включает ежегодный расчет углерода надземных (пожнивных) остатков и корней культурных растений, которые остаются на полях после уборки урожая.

Как и для расчетов поступления азота с пожнивными и корневыми остатками растений (см. главу 2 настоящего руководства), необходимо использовать регрессионные уравнения для оценки количества биомассы остатков растений на основе данных урожайности основной продукции. В общем виде расчет углерода в пожнивных и корневых остатках осуществляется по уравнению 2.6. Соответствующие коэффициенты приведены в таблице 2.2. Вместо коэффициентов по содержанию азота (N_iAb и N_iUn) следует использовать значения по содержанию углерода (C_i) в растительных остатках разных культур (см. табл. 2.2)

Для тех культурных растений, по которым не разработано видоспецифичных уравнений регрессии и коэффициентов (табл. 2.2), должны быть использованы параметры наиболее биологически сходных видов. Так, растительные остатки риса и сорго могут быть рассчитаны по просу, масличных культур (рапса, горчицы, сои и прочих масличных) - по гороху, остатки бахчевых рассчитаны по овощным культурам, а прочих технических культур - по конопле. Растительные остатки тритикале (гибрид пшеницы и ржи) могут быть рассчитаны по уравнениям для озимой пшеницы.

Углерод поверхностных и корневых остатков всех культур суммируются за каждый год. Полученная величина используется для расчета общего поступления углерода в пахотные почвы с растительными остатками.

Потери углерода почвами, Потери_(Т): Потери углерода почвами происходят в результате двух процессов: дыхания почв и механической потери органического вещества через эрозию и дефляцию. В общем виде этот процесс можно представить в виде уравнения 6.4.

Уравнение 6.4

Потери углерода почвами обрабатываемых земель

Потери_(Т) = М_(Т) + R_(Т)

где:

Потери_(Т) - потери углерода с обрабатываемых земель в год Т, тонн С;

М_(Т) - механические потери углерода в год Т, тонн С;

R_(Т) - потери углерода в результате микробного дыхания почв в год Т, тонн С;

Т - год проведения инвентаризации.

Механические потери углерода, М_(Т): На территории Российской Федерации механический вынос органического вещества происходит как при участии водной, так и ветровой эрозии. Для нужд инвентаризации представляется возможным учет только выноса углерода при участии водной эрозии, т.к. этот тип эрозии регулярен и его можно выявить через массу органического вещества, вынесенного реками за единицу времени.

В общем виде поверхностный смыв углерода с обрабатываемых земель представлен в уравнении 6.5:

Уравнение 6.4

Механические потери углерода почвами обрабатываемых земель

где:

М_(Т) - потери углерода с обрабатываемых земель в результате механического выноса в год Т, тонн С;

P_М(Т)i - количество вынесенного углерода в год Т с одного га обрабатываемых земель, кг С/га;

S_Вод(Т)i - площадь водосбора в пределах региона, га;

1000 - коэффициент перевода кг в тонны;

i - бассейн крупной реки;

Т - год проведения инвентаризации.

Для проведения оценки механических потерь углерода обрабатываемыми землями необходимо суммировать механические потери с водосборов бассейнов всех крупных рек, находящихся на территории региона. В таблице 6.3 приведены среднемноголетние значения смыва углерода с одного га площади водосбора крупных рек на территории Российской Федерации.

Таблица 6.3

СРЕДНИЕ МНОГОЛЕТНИЕ ЗНАЧЕНИЯ СМЫВА УГЛЕРОДА С ОДНОГО ГА

ПЛОЩАДИ ВОДОСБОРА ПО ДАННЫМ 1991 - 2010 ГГ.

Дыхание почв, R_(Т): Дыхание почв складывается из следующих потоков: дыхание корней и дыхание почвенной микрофлоры. Последнее происходит в результате разложения почвенного органического вещества. Так как дыхание корней уже учитывается при рассмотрении биомассы культурных растений (чистая первичная продукция), необходимо оценить потери углерода в форме CO₂ при разложении почвенного органического вещества.

Расчет количества углерода, потерянного почвами в результате микробного дыхания, рассчитывается в несколько этапов:

Этап 1: Производится расчет количества потерянного углерода каждым типом обрабатываемых земель отдельно согласно уравнениям 6.6 - 6.8.

Уравнение 6.6

Эмиссия углекислого газа от пашен

в течение вегетационного сезона

R_{CO2Паш.(Т)} = (S_Паш.(Т) + F_CO2Паш. + Veg) / 100

Уравнение 6.7

Эмиссия углекислого газа от пара

в течение вегетационного сезона

R_{CO2Пар(Т)} = (S_Пар(Т) + F_CO2Пар + Veg) / 100

Уравнение 6.8

Эмиссия углекислого газа от многолетних культур

в течение вегетационного сезона

R_CO2Мл(Т) = (S_Мл(Т) + F_CO2Мл. + Veg) / 100

где:

R_{CO2Паш.(Т)}, R_{CO2Пар(Т)} или R_CO2Мл(Т) - количество эмитированного углекислого газа за вегетационный период от пашен, паров или многолетних культур соответственно в год Т, тонн CO₂;

S_Паш.(Т), S_Пар(Т) или S_Мл(Т) - площадь пашен, паров или многолетних культур соответственно в год Т, га;

F_CO2Паш., F_CO2Пар или F_CO2Мл. - фактор эмиссии углекислого газа от пашен, паров или многолетних культур соответственно, мг CO₂ · м^-2 · час^-1;

Veg - продолжительность вегетационного периода, час;

Т - год проведения инвентаризации.

Значения факторов эмиссии углекислого газа из почв приведены в таблице 6.4.

Таблица 6.4

ФАКТОРЫ ЭМИССИИ (FCO₂) ОТ РАЗНЫХ ТИПОВ ПОЧВ И ЭКОСИСТЕМ

ОБРАБАТЫВАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ

Учитывая, что после 1994 - 1995 гг. в связи со значительным сокращением внесения органических удобрений, численность и многообразие микрофлоры в пахотных почвах уменьшились, микробное дыхание почв также сильно сократилось. Поэтому, при расчете общего почвенного дыхания на территории обрабатываемых почв следует выбирать коэффициенты в зависимости от года, для которого выполняется инвентаризация, в соответствии с данными таблицы 6.4. Для периода с 1990 по 1993 гг. коэффициенты дыхания почв необходимо получить линейной интерполяцией между этими значениями и величинами, приведенными в таблице 6.4.

Этап 2. Следует также учитывать, что использованные коэффициенты дыхания почв включают в себя и дыхание корней. Во избежание двойного учета корневого дыхания принимается, что вклад корней в общее почвенное дыхание в агроценозах равен 40%. Также на данном этапе целесообразно перейти от углекислого газа к углероду. Расчет производится согласно уравнению 6.9.

Уравнение 6.9

Потери углерода от всех типов обрабатываемых земель

в результате микробного дыхания

R_МVeg(T) =

= (R_{CO2Паш.(Т)} + R_{CO2Пар(Т)} + R_CO2Мл(Т)) · 6/10 · 12/44

где:

R_МVeg(T) - количество потерянного за вегетационный сезон углерода почв в результате микробного дыхания, тонн С;

R_{CO2Паш.(Т)}, R_{CO2Пар(Т)} или R_CO2Мл(Т) - количество эмитированного углекислого газа за вегетационный период от пашен, паров или многолетних культур соответственно в год Т, тонн CO₂;

6/10 - коэффициент перевода от общего дыхания почв только к микробному дыханию;

12/44 - коэффициент перевода углекислого газа в углерод;

Т - год проведения инвентаризации.

Этап 3. Для корректной оценки годовых потерь углерода на территории возделываемых земель необходимо также рассчитать величину дыхания почв вне вегетационного периода. В среднем на территории нашей страны поток углекислого газа при дыхании пахотных почв в течение холодного периода года (ноябрь - апрель) составляет 30% от годового. Расчет производится согласно уравнению 6.10.

Уравнение 6.10

Потери углерода обрабатываемыми землями

в результате микробного дыхания почв

R_(Т) = R_МVeg(T) + R_МVeg(T) · 30/70

где:

R_(Т) - потери углерода в результате микробного дыхания почв в год Т, тонн С;

R_МVeg(T) - количество потерянного за вегетационный сезон углерода почв в результате микробного дыхания, тонн С;

30/70 - коэффициент учета количества углерода, потерянного при микробном дыхании за зимний период;

Т - год проведения инвентаризации.