Методика оценки уровня выбросов парниковых газов при возделывании сельскохозяйственных культур

Повышение средней температуры окружающей среды в глобальном масштабе связано с выделением парниковых газов в результате хозяйственной деятельности человека, включая производство продукции растениеводства. Выявлено, что на данный момент отсутствуют системный подход и инструменты, позволяющие комплексно оценить уровень выбросов парниковых газов от растениеводства. (Цель исследования) Разработка математических моделей и методики оценки уровня выбросов парниковых газов при производстве сельскохозяйственной продукции. (Материалы и методы) Работа выполнена на основании анализа опубликованных данных отечественных и зарубежных ученых. (Результаты и обсуждение) Обоснован перечень показателей для оценки уровня выделения парниковых газов при производстве сельскохозяйственной продукции. Новизна методики заключается в синтезе многочисленных показателей и параметров сложного процесса выделения парниковых газов с учетом случайных возмущающих факторов. При этом приемы обработки почвы, расход топлива на единицу выполненной работы, доза, способ и соотношение вносимых удобрений, содержание растительных остатков, гранулометрический состав почвы, другие показатели рассматриваются как случайные величины. В отличие от методики, предложенной в Руководящих принципах МГЭИК, 2006 г. (Межправительственная группа экспертов по изменению климата) для расчета эмиссии парниковых газов в растениеводстве, разработанная методика позволяет решать более сложные задачи, связанные с процессами, содержащими одновременно элементы как непрерывного, так и дискретного характера. В качестве примера в статье приведены результаты расчетов оценки выделения парниковых газов с использованием предложенной методики для технологии возделывания картофеля. (Выводы) Рассчитанное значение вероятностного коэффициента, учитывающего уровень выделяемых парниковых газов 2,21>1, свидетельствует о несоответствии применяемой технологии экологическим требованиям. Для снижения уровня выброса парниковых газов требуется разработать технико-технологические решения по оптимизации показателей, используемых при расчетах в предлагаемой методике.

1. Ксенофонтов Б.С., Таранов Р.А., Козляева Е.А. Проблема изменения климата из-за выбросов парниковых газов и возможные пути ее решения // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и технические науки. 2022. N6. С. 28-32. DOI: 10.37882/2223–2966.2022.06.23.

2. Romanovskaya A.A., Korotkov V.N., Polumieva P.D. et al. Greenhouse gas fluxes and mitigation potential for managed lands in the Russian Federation. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. 2020. Vol. 25(8). 661-687. DOI: 10.1007/s11027- 019-09885-2.

3. Carlson K.M., Gerber J.S., Mueller N.D. et al. Greenhouse gas emissions intensity of global croplands. Nature Climate Change. 2017. Vol. 7. 63-68. DOI: 10.1038/NCLIMATE3158.

4. Кудеяров В.Н. Эмиссионный фактор закиси азота при применении азотных удобрений в земледелии России // Агрохимия. 2021. N11. С. 3-15. DOI: 10.31857/S0002188121110089.

5. Махныкина А.В., Прокушкин А.С., Меняйло О.В. и др. Влияние климатических факторов на эмиссию СО2 из почв в среднетаежных лесах Центральной Сибири: эмиссия как функция температуры и влажности почвы // Экология. 2020. N1. С. 51-61. DOI: 10.31857/S0367059720010060.

6. Baresel C., Andersson S., Yang J., Andersen M.H. Comparison of nitrous oxide (N2O) emissions calculations at a Swedish wastewater treatment plant based on water concentrations versus off-gas concentrations. Advances in Climate Change Research. 2016. Vol. 7(3). 185-191. DOI: 10.1016/J.ACCRE.2016.09.001.

7. Charles A., Rochette P., Whalen J.K. et al. Global nitrous oxide emission factors from agricultural soils after addition of organic amendments: A meta-analysis. Agriculture, Ecosystems and Environment. 2017. Vol. 236. 88-98. DOI: 10.1016/J.AGEE.2016.11.021.

8. Ding W., Luo J., Li J., et al. Effect of long-term compost and inorganic fertilizer application on background N2O and fertilizer-induced N2O emissions from an intensively cultivated soil. Science of the Total Environment. 2013. Vol. 465. 115-124. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2012.11.020.

9. Дёмин Е.А., Ахтямова А.А., Каюгина С.М. Влияние минеральных удобрений на эмиссию углекислого газа в посевах яровой пшеницы в условиях лесостепной зоны Зауралья // Международный научно-исследовательский журнал. N1. (139). С. 1-6. DOI: 10.23670/IRJ.2024.139.112.

10. Кусаинова М.Д., Тойшиманов М.Р., Таменов Т.Б. и др. Изучение эффективности различных систем землепользования для смягчения климата посредством измерения эмиссии парниковых газов // Центрально-азиатский журнал исследований водных ресурсов. 2023. N9(2): С. 17-33. DOI: 10.29258/CAJWR/2023-R1.v9-2/17-33.rus.

11. Wachiye Sh., Merbold L., Vesala T. et al. Soil greenhouse gas emissions under different land-use types in savanna ecosystems of Kenya. Biogeosciences. 2019. 17. DOI: 10.5194/bg-17-2149-2020.

12. Сычёв В.Г., Налиухин А.Н., Ерегин А.В. и др. Углерод-секвестрирующая оценка различных систем удобрения и определение эмиссии N2O в длительном полевом опыте // Плодородие. 2022. N6 (129). С. 73-77. DOI: 10.25680/S19948603.2022.129.19.

13. Семенов В.М. Функции углерода в минерализационно-иммобилизационном обороте азота в почве // Агрохимия. 2020. N6. С. 78-96. DOI: 10.31857/S0002188120060101.

14. Ogle S.M., Alsaker C., Baldock J. et al. Climate and soil characteristics determine where No-till management can store carbon in soils and mitigate greenhouse gas emissions. Sci Rep. 2019. Vol. 9:11665. DOI: 10.1038/s41598-019-47861-7.

15. Зинченко С.И., Бучкина Н.П. Влияние приемов основной обработки серой лесной почвы на эмиссию закиси азота // Владимирский земледелец. 2018. N4. (86). С. 7-11. DOI: 10.24411/2225-2584-2018-10032.

16. Mei K., Wang Z., Huang H. et al. Stimulation of N2O emission by conservation tillage management in agricultural lands: a meta-analysis. 2018. Soil Tillage Res. 182. 86-93. DOI: 10. 1016/j.still.2018.05.006.

17. Li Zh., Zhang Q., Li Zh. et al. Effects of no-tillage on greenhouse gas emissions in maize fields in a semi-humid temperate climate region. Environmental Pollution. Vol. 309. 2022. DOI: 10.1016/j.envpol.2022.119747.

18. Семешкина П.С., Филатов А.Н. Продуктивность звена севооборота в зависимости от энергосберегающих способов обработки почвы и удобрений // Владимирский земледелец. 2018. N4. 4-7. DOI: 10.24411/2225-2584-2018-10031.

19. Oertel C., Matschullat J., Zurba K. et al. Greenhouse gas emissions from soils. A review. Chemie der Erde. 2016. Vol. 76. 327-352. DOI: 10.1016/J.CHEMER.2016.04.002.

20. Сычев В.Г., Налиухин А.Н. Изучение потоков углерода и азота в длительных полевых опытах Геосети с целью снижения выбросов парниковых газов и повышения депонирования диоксида углерода агроценозами // Плодородие. 2021. N6. С. 38-41. DOI: 10.25680/S19948603.2021.123.10.

21. Dix B.A., Hauschild M.E., Niether W. et al. Regulating soil microclimate and greenhouse gas emissions with rye mulch in cabbage cultivation. Agriculture, Ecosystems & Environment. 2024. Vol. 367. DOI: 10.1016/j.agee.2024.108951.

22. Alskaf K., Mooney S.J., Sparkes D.L. et al. Short-term impacts of different tillage practices and plant residue retention on soil physical properties and greenhouse gas emissions. Soil and Tillage Research. 2021. Vol. 206. DOI: 10.1016/j.still.2020.104803.