Ученые рассчитали запасы углерода в почвах уральских золоотвалов

14:20, 7 декабря 2023

Это позволит оценить вклад техногенных территорий в углеродный цикл

За полвека на золоотвалах успели сформироваться осиново-березовые леса. Фото из личного архива Ольги Некрасовой.

Экологи изучили леса на трех уральских золоотвалах и выяснили, что в каждом гектаре почвы под ними содержится около 44 тонн углерода. Этот показатель составляет половину от запасов углерода почв хвойных лесов на ненарушенных территориях южной тайги, которые в том числе характерны для территории Урала. Это означает, что почвы золоотвалов активно участвуют в углеродном цикле. Исследование поможет определить вклад техногенных территорий в регулирование выбросов парниковых газов. Информацию о результатах и методах работы ученые опубликовали в Forests.

«Несмотря на щелочную реакцию среды, низкую водоудерживающую способность, повышенное количество тяжелых металлов в золе, со временем на ней селятся растения и, соответственно, начинаются процессы почвообразования, сопровождающиеся накоплением углерода. Запасы углерода в молодых почвах исследованных нами золоотвалов составляют 44 тонны на гектар, в то время как в зрелых дерново-подзолистых почвах южной тайги этот показатель равен 88 тоннам на гектар. Иными словами, примерно за полвека почвы лесных сообществ на золоотвалах смогли накопить запасы углерода, которые равняются 50 % от максимальных», — поясняет доцент департамента наук о Земле и космосе УрФУ Ольга Некрасова.

Зола — это особый техногенный субстрат, неоднородный по своему составу. Поэтому процесс накопления углерода в почве, формирующейся на ее поверхности, имеет ряд отличий от почв, образующихся из горных пород, характерных для уральской местности. Так, ученые обнаружили, что высокое содержание фосфора в золе отрицательно влияет на запасы углерода в почве. Также высокое содержание кальция и магния в лесной подстилке, которая является одним из главных источников углерода для других горизонтов почв, снижает процесс накопления в ней углерода.

«Мы выявили отрицательную связь между обменными ионами кальция и магния и запасами углерода подстилки. Другими словами, чем больше кальция и магния в опаде — листьях, ветках, шишках — тем лучше это все перерабатывают микроорганизмы. Кальций и магний встраиваются в ферменты микроорганизмов, и они активнее работают и быстрее все разлагают. Когда этих элементов мало, опад не кажется таким „вкусным“ почвенным обитателям, он залеживается, и углерод накапливается в почве в больших количествах. Также и увеличение подвижных соединений фосфора в почвах, формирующихся на золоотвалах, отрицательно влияет на содержание и запасы в них органического углерода», — рассказывает Ольга Некрасова.

Ученые провели исследование на трех уральских угольных золоотвалах — нижнетуринском, верхнетагильском и среднеуральском. Все они расположены на восточном склоне Среднего Урала, в южной тайге, а также имеют близкий возраст (50–60 лет) и сходный рельеф, но различаются химическим составом золы. В составе зольного субстрата ученые обнаружили оксиды кремния (40–51 %), алюминия (15–32 %), а также железа (6–8 %), кальция (8 %) и других элементов.

«С момента прекращения эксплуатации этих золоотвалов до сегодняшнего дня на них успели сформироваться смешанные осиново-березовые леса и сопряженно молодые почвы, которые активно участвуют в углеродном цикле. Однако земли, на которых находятся промышленные отвалы, не входят в лесной фонд, и запасы углерода разных компонентов формирующихся лесных экосистем не учитываются. Чтобы изменить ситуацию и эффективно проводить мониторинг этих почв, необходимо наладить сотрудничество между предприятиями, которым принадлежат золоотвалы, учеными и органами государственной власти», — заключает Ольга Некрасова.

Отметим, исследование выполнено при финансировании Министерства науки и высшего образования РФ в рамках проекта «Карбоновый полигон» (тема № FEUZ-2023-0023).

Справка

Карбоновый полигон — участок земли с типичной для территории рельефом, почвой и растительностью, на котором проводят эксперименты для контроля баланса климатически активных газов природных экосистем. Пилотный проект создания в России карбоновых полигонов запущен Минобрнауки РФ в 2021 году. Первые площадки созданы в Чеченской Республике, Краснодарском крае, Калининградской, Новосибирской, Сахалинской, Свердловской и Тюменской областях. Всего на сегодня в стране создано 17 таких полигонов. В Свердловской области площадками исследований стали Коуровская астрономическая обсерватория УрФУ и Уральский учебно-опытный лесхоз Уральского государственного лесотехнического университета. В проекте «Урал-Карбон» также участвуют Уральский государственный аграрный университет, Институт экологии растений и животных, Институт промышленной экологии, Институт математики и механики и Ботанический сад УрО РАН. Полигон «Урал-Карбон» представлен таежными лесами, так как лесные земли составляют 70 % территории Свердловской области, а тайга — один из наиболее значимых резервуаров стока углерода из атмосферы за счет фотосинтеза и его долговременного хранения.

На Урале представлено обширное количество антропогенных ландшафтов. Площадь одних золоотвалов в Свердловской области составляет около 63 тыс. га, и большинство из них находятся в непосредственной близости от крупных населенных пунктов. Поэтому исследовательские работы в рамках «Карбонового полигона» особенно полезны для региона.

В 2022 году концентрация CO₂ в атмосфере установила рекорд и, по данным Всемирной метеорологической организации, составила 417 ppm — это в полтора раза больше, чем производило человечество в доиндустриальный период.

По данным Climate selectra consulting, в 2022 году Китай высвободил в атмосферу почти 10 млрд тонн углекислого газа — это около 30 % от всех выбросов в мире. На втором месте США — это государство производит 4,4 млрд тонн CO₂, или около 14% от мирового уровня. Далее идет Индия с эмиссией углекислого газа в размере 2,3 млрд тонн (7 %).

Сергей Лукьянченко