Что удержит углерод? Ученые Кольского научного центра участвуют в важнейшем проекте государственного значения

На вопрос «А что такое практическое, полезное для всех делают ученые?» ответить не всегда просто. Как объяснить неофиту, например, что цель науки всегда в будущем – от новых, неведомых нам пока технологических решений до фундаментальной борьбы с энтропией, с хаосом, который способен погубить все живое? Однако иногда отдаленные на первый взгляд последствия действий человека уже сейчас способны серьезно влиять на нашу жизнь. Понимать, как и что с этим делать, призваны ученые. И они работают в плотной связке с властью, получая задания по ВИП ГЗ – важнейшим инновационным проектам государственного значения.

В прошлом году в одном из таких ВИП ГЗ начали участвовать ученые Кольского научного центра РАН, а именно Института проблем промышленной экологии Севера и Полярно-альпийского ботанического сада-института имени Н. А. Аврорина. Этот масштабный общероссийский проект, реализуемый в рамках Распоряжения правительства РФ, получил название «РИТМ»: Российские инновационные технологии мониторинга. Цель проекта – разработать единую национальную систему мониторинга климатически активных веществ: пулов углерода (это резервуар, который может накапливать или терять углерод с течением времени – например, древесная биомасса, подстилка, валеж или почва) и потоков парниковых газов на территории России. Основой послужит интеграция данных наземного мониторинга, дистанционного зондирования и математического моделирования, с помощью которой создается система учета данных по потокам парниковых газов и бюджету углерода в наземных экосистемах.

Исследуют изменения климата, чтобы управлять климатическими рисками с помощью научного и информационно-аналитического обеспечения, шесть научно-образовательных центров (консорциумов).

ИППЭС КНЦ РАН входит в состав научно-образовательного центра «Углерод в экосистемах: мониторинг». Головная организация консорциума – Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов Российской Академии наук (Москва). В консорциуме участвует 21 организация из различных регионов страны: как научно-исследовательские центры, так и вузы. Сотрудники ИППЭС проводят масштабную оценку бюджета углерода в лесных экосистемах Мурманской области на пробных площадях постоянного наблюдения.

Что сделано за достаточно короткий период от начала реализации проекта? В первую очередь, проведены полевые исследования для определения запасов углерода в растительности и почвах еловых лесов Мурманской области на фоновых, то есть ненарушенных, территориях. Начаты измерения почвенной эмиссии парниковых газов, а также продолжены работы по оценке поступления соединений углерода с атмосферными выпадениями и вынос с почвенными водами на функционирующей сети мониторинговых площадок. И самое важное – уточнены методические рекомендации по мониторингу лесов, которые должны быть общими для всех участников проекта, чтобы результаты были признаны релевантными.

Рассказывает Татьяна Сухарева, заведующая Лабораторией наземных экосистем ИППЭС КНЦ РАН:

– Созданная в стране система слежения за изменением климата включает исследования с целью научного и информационно-аналитического обеспечения управления климатическими рисками. Каждый из шести консорциумов призван не просто вносить полученные данные в общую базу, но и предлагать меры по снижению негативного воздействия. Основная задача нашего консорциума – создание национальной сети мониторинга для оценки пулов углерода и потоков парниковых газов, которые и вызывают изменения климата, включая повышение температуры воздуха.

Мы включились в работу в конце 2022 года. Наш институт и лаборатория были выбраны участником проекта, потому что у нас есть многолетний опыт исследования лесных экосистем на территории Мурманской области. У нас создана своя фундаментальная база, мы проводим экспедиционные, камеральные и аналитические работы. С 1991 года мы ведем биогеохимический мониторинг лесных экосистем, следим за различными компонентами – атмосферными осадками, почвами и почвенными водами, растениями и опадом, – причем во взаимосвязи, поскольку лес – это многофункциональная система, которую надо изучать со всех сторон.

2022 год ученые ИППЭС посвятили сбору и систематизации сведений за большой период наблюдений, поскольку они работают как с постоянной сетью участков, так и с теми площадками, которые закладывались для периодических или разовых наблюдений по различным проектам и хоздоговорам. Всю эту обширную информацию данных удалось свести в общую базу данных и проанализировать. Это была подготовительная работа.

Кроме того, с самого начала участия в проекте специалисты Кольского научного центра приступили к разработке единых методик для исследования экосистем. Понятно, что и раньше все организации консорциума проводили исследования, но они были разрозненные: у каждого своя специфика полевых работ, разные аналитические методы. Сейчас все методы сводятся к единой системе для всех участников, для каждого института, потому что только так можно сравнивать полученные результаты.

Полевой сезон 2023 года стартовал по новым, единым методикам. И к традиционным исследованиям присоединилась важнейшая задача: понять, сколько углерода поглощают наши северотаежные леса.

Почему к лесным и к наземным экосистемам такое пристальное внимание в связи с климатическими изменениями?

– Они являются хранителями углерода, то есть способны на длительное время выводить углерод из атмосферы, таким образом регулируя концентрацию парниковых газов. Если мы нарушаем лесную экосистему, например вырубками, то происходит эмиссия СО₂ в атмосферу. Здесь нам необходимо точно знать, сколько леса поглощают углерода, чтобы управлять ими и сохранять их, ведь малонарушенных на Земле осталось не так много: в России – примерно 160 миллионов гектар. И мы должны сохранить эти леса, чтобы они выполняли свои экологические, в том числе климаторегулирующие функции.

Да, люди создают искусственные насаждения, но это не лесная экосистема: многофункциональная, с налаженными связями и большим биологическим разнообразием. Чем оно выше, тем больше поглощается углерода. В лесных посадках мы выращиваем техническую древесину, а экологические связи там слабые, для создания природной устойчивой экосистемы нужно не одно столетие, – подчеркивает Татьяна Сухарева.

Как же проходили полевые работы 2023 года, которые длились рекордное для лаборатории время – более 90 дней?

– В рамках работы по проекту «РИТМ» мы в этом году заложили новые пробные площадки на фоновых ненарушенных территориях, а найти такие в Мурманской области, промышленно развитом регионе, очень непросто, – рассказывает Татьяна Алексеевна. – С 1998 года у нас есть фоновые участки на юго-западе области, в окрестностях поселка Алакуртти, которые дают возможность проводить оценку уровня техногенного загрязнения в районах, которые подвержены загрязнению со стороны крупных промышленных предприятий региона, например медно-никелевых комбинатов «Североникель» и «Печенганикель». Именно в Алакуртти мы расширили сеть пробных площадок фонового мониторинга, в том числе заложили серию участков в геохимически-сопряженных ландшафтах.

По единым для всех участников проекта «РИТМ» методикам выполнили комплексные экологические работы на новых площадках. Провели таксационные исследования (измерение диаметра, высоты, возраста древостоя и подроста, объема валежа), описали видовое разнообразие, выполнили учет запасов надземной и подземной фитомассы, отобрали образцы почв и растений на содержание углерода и азота, на микробиологические показатели, а также провели учет почвенной макрофауны, прежде всего, дождевых червей. Подобные комплексные работы ранее мы выполняли периодически, теперь это необходимость.

Татьяна Сухарева признается, что такого объема полевых и камеральных работ, как в прошедшее лето, она за последние два десятка лет не припомнит. Пришлось нанимать дополнительную рабочую силу, включая старшеклассников – ребята попались увлеченные и ответственные. Разбор проб, привезенных с участков, продолжается и сейчас. Но уже идет следующий этап – химико-аналитические работы. Химики из ЦКП ИППЭС КНЦ РАН проводят анализ, затем ученые проведут расчеты запасов углерода и азота в почве и растениях.

– У нас в этом году очень большое достижение: в рамках проекта «РИТМ» приобрели современный анализатор для проведения химико-аналитических исследований углерода и азота в почвенных и растительных пробах, – рассказывает Татьяна Алексеевна. – Раньше азот и углерод в почвах и растениях определяли «мокрой» химией, не автоматически, что требовало длительной пробоподготовки и необходимости использования концентрированных кислот. Но согласно разработанным методикам необходимо использовать только автоматические анализаторы. Мы встали перед выбором: отправлять пробы в другие организации или обзавестись своим. И выбрали купить. Здесь была большая работа Евгения Александровича Боровичева, заместителя генерального директора КНЦ РАН, и Ирины Рудольфовны Елизаровой, руководителя ЦКП ИППЭС. Кроме наших проб, на этом приборе будут выполняться анализы для ботанического сада и сторонних организаций, то есть он будет востребован. Химики прибор уже освоили и выполняют анализы.

Интересно, что уточнения методик отбора проб идет постоянно. Например, при разборе образцов сразу появились вопросы. Так, на Севере в напочвенном покрове большое количество мхов, по методикам необходимо отделять их текущий прирост от многолетней части, а у многих мхов невозможно это не то что сделать – трудно даже рассмотреть! Такая же незадача с корнями:

– У наших растений корневые системы располагаются в основном в органогенном верхнем слое почвы. По методике мы должны отбирать монолит 25 на 25 см и выбирать полностью минеральный горизонт до глубины в 30 см. И вес одной такой минеральной почвенной пробы 16 килограммов за счет состава почв, каменистых и песчаных. Возникали трудности с транспортировкой до машины, так как за день накапливался очень внушительный объем отобранных образцов. При этом масса корневых систем в минеральных горизонтах незначительна. Мы определим соотношение корней в органогенном горизонте нижней части и будем вносить особые рекомендации с учетом специфики наших почв.

Как такой объем соотносится с текущей работой лаборатории?

– Одно другому не мешает, а дополняет. Основная цель лаборатории – исследование структуры и функций наземных экосистем Севера, сохранения и восстановления в условиях изменяющихся природных и антропогенных факторов. Углеродной составляющей северотаежных лесов мы уделяли недостаточно внимания, основной темой была техногенная нагрузка на экосистемы. Сейчас мы работаем не только на новых, но и имеющихся мониторинговых площадях, только помимо основных задач проводим оценку пулов и потоков углерода в лесах, измерение почвенной эмиссии СО₂.

Конечно, у института много работы, в том числе по договорам с промышленными предприятиями, а «РИТМ» дает возможность заниматься как фундаментальными исследованиями, так и практическим использованием полученных результатов. Мы много общаемся с коллегами из разных регионов, часто проходят онлайн-совещания, мы в постоянной взаимосвязи с другими участниками, идет движение, которое нас направляет и помогает в научном плане. Мы очень рады, что вышли на новый уровень и включились в такой большой проект, и я уверена – это плюс не только для нас, но в целом для ФИЦ КНЦ РАН.

Кроме того, мы читаем лекции о том, как леса регулируют климат, проводим экскурсии по лаборатории. Продвигать идеи влияния лесных экосистем на климат, рассказывать об этом населению – важная составляющая нашей работы. Есть и другие требования: публикация статей, участие в конференциях, регистрация интеллектуальной собственности – баз данных, полученных в ходе реализации проекта.

В консорциуме, куда включена ваша лаборатория, 21 организация. По какому принципу их подбирали: по расположению, по приборной базе, по научному потенциалу?

– Все это учитывалось. Участвуют организации с опытом, подобным нашему, постарались охватить те регионы страны, где есть научные центры, НИИ или университеты, которые занимаются этой проблематикой, кто имеет технические возможности. Из учебных заведений в наш консорциум входят, например, МГУ, СПбГУ, Югорский университет. Кстати, и сейчас любая организация может присоединиться к проекту, если есть кадровый потенциал и возможности для реализации поставленных задач. В этом году в наш консорциум вошла организация Рослесинфорг – она не научная, но государственная, проводит инвентаризацию лесов, обладает уникальной базой данных о запасе, качестве и количестве древесины.

Проект долгосрочный?

– Да, работа на 2024 год уже обозначена, будут продолжены работы по мониторингу пулов и потоков углерода в северотаежных лесах, уже есть запросы на то, что и как мы будем делать с 2025 по 2030 год. Понятно, что национальная система мониторинга – дело не одного года, будет разворачиваться сеть площадок мониторинга по всей России. Кроме того, в рамках консорциума участвует Институт космических исследований РАН (Москва), который отвечает за создание ИАС – единой информационно-аналитической системы, куда войдут данные, полученные по результатам наземных наблюдений, дистанционного зондирования и математического моделирования от всех организаций-участников. Интеграция этих методов позволит оценить и спрогнозировать эффективность поглощения парниковых газов в разных природно-климатических зонах, в разных экосистемах и, в целом, наземными экосистемами России.

Будет ли такой подробный и долгосрочный мониторинг влиять на политические решения относительно биоресурсов? Ведь задачи ученых и, скажем, промышленников в сфере лесного хозяйства представляются совершенно разными: одни вырубили и продали, другие работают над снижением углеродного следа, проблемой, которая может повлиять на жизнь всего человечества...

– Считаю очень хорошей тенденцией, что государство все больше внимания уделяет проблеме изменения климата, увеличению парниковых газов в атмосфере. Действительно, на мировом уровне климатическая повестка широко обсуждается. На государственном уровне сегодня тоже идут большие дебаты, скажем, на тему тех же заброшенных сельхозугодий, на которых образовались спонтанно выросшие леса и стали эффективно выполнять экологическую функцию по связыванию углерода. Бездумно рубить их, когда они выросли, без особой надобности, нецелесообразно.

Конечно, необходимо найти баланс интересов, добиться на самом высоком уровне понимания того, что сохранение естественных экосистем жизненно важно для нас. И раз государство выделяет деньги, значит, такое понимание начало появляться. Мы, ученые, со своей стороны разработаем рекомендации о том, как эффективно управлять лесами: сохранять как поглотитель парниковых газов, защищать от рубок, пожаров, чтобы было как можно меньше потерь углерода. И для качественного управления необходима национальная система мониторинга, которая позволит выявить, какие именно экосистемы являются наиболее эффективными при регулировании потоков углерода. Надеемся, что проект будет продолжаться много лет. Ведь он является, по большому счету, частью концепции устойчивого развития - мы должны соблюдать баланс между решением социальных и экономических проблем и сохранением природы. Нынешнее поколение должно оставить после себя такую окружающую среду, такую экосистему, чтобы наши потомки могли ею пользоваться без снижения качества жизни.