О поглощении антропогенного диоксида углерода лесами и степной растительностью Республики Тыва
М.П. Куликова , Л.Х. Тас-оол
Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов Сибирского отделения Российской академии наук, г. Кызыл, Российская Федерация
Горная Промышленность №2 / 2024 стр. 147-150
Резюме:
АКТУАЛЬНОСТЬ. В настоящее время в Республике Тыва формируется углепромышленная территория, возрастает объем добычи угля, «углеродоёмкость» производства, эмиссия СО2 в атмосферу. Выбросы антропогенного СО2 в атмосферу при сжигании углеводородного топлива, пожарах, вырубках лесов и развитии землепользования изменяют равновесное содержание природного СО2 в атмосфере, появляющегося в процессах фотосинтеза и дыхания растений с формированием природных поглотителей углерода.
ЦЕЛЬ. Соотнесение расчетных данных по степени загрязнения атмосферы выбросами диоксида углерода от стационарных и передвижных источников с ассимиляционным (к СО2) потенциалом лесных и степных экосистем Республики Тыва.
РЕЗУЛЬТАТЫ. Ассимиляционный потенциал экосистем Республики Тыва позволяет депонировать и собственные выбросы диоксида углерода (сжигание топлива), и привнесенные из других регионов.
ВЫВОДЫ. Суммарная нагрузка антропогенного воздействия СО2 на атмосферу в г. Кызыле относительно других регионов невысокая, составляет 1,41млн т-экв СО2/год; в настоящее время территория Республики Тыва характеризуется превышением поглощающей способности антропогенного СО2 (7,46 млн т-экв СО2/год).
Ключевые слова: эмиссия антропогенных выбросов СО2, антропогенный СО2, диоксид углерода, поглотительная способность, Республика Тыва
Для цитирования: Куликова М.П., Тас-оол Л.Х. О поглощении антропогенного диоксида углерода лесами и степной растительностью Республики Тыва. Горная промышленность. 2024;(2):147–150. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-2-147-150
Информация о статье
Поступила в редакцию: 09.02.2024
Поступила после рецензирования: 04.03.2024
Принята к публикации: 06.03.2024
Информация об авторах
Куликова Марина Петровна – кандидат химических наук, старший научный сотрудник, доцент, Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов Сибирского отделения Российской академии наук, г. Кызыл, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0003-2963-814X; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Тас-оол Любовь Хертековна – кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник, доцент, Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов Сибирского отделения Российской академии наук, г. Кызыл, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-5367-133X
Введение
Содержание диоксида углерода в атмосфере динамически изменяется естественным образом в процессах фотосинтеза и дыхания наземных и водных растений с формированием природных поглотителей углерода (углеродный пул), способных накапливать и хранить определенное количество углеродсодержащих соединений в течение неопределенного периода. И природный, и антропогенный СО2 равномерно нагружают поверхность земного шара, часть потока задерживается в атмосфере (атмосферное накопление), другая часть поглощается биомами суши (континентальный поток) и океана (океанический поток); в 1990-е годы вектор направленности баланса глобального распределения антропогенных потоков углерода отображал методический принцип – океан поглощает 27%, биомы суши 23% и в атмосфере остается 50% от поступивших в атмосферу выбросов. Известен доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК ООН) о наблюдаемом с середины ХХ столетия среднегодовом повышении глобальных средних температур на 0,75°С, вызванном увеличением концентрации антропогенного СО2 и других парниковых газов (ПГ) 1.
Согласно данным Европейской комиссии эмиссия антропогенного углерода (СО2-экв.) в мире выросла с ~21,5 млрд т в 1990 г. до ~55,0 млрд т в 2018 г., и хотя в 2020 г. во время распространения коронавирусной инфекции выбросы снизились до 34,9 млрд т, в 2021 г. вновь приросли на 4,9% (до 36,7 млрд т) 2. В списке стран с большими выбросами СО2 числились, в % от общих выбросов: Китай (32,93), США (12,55), EC (7,33), Индия (7,00), Россия (5,13); основной источник выбросов (70%) – энергетический сектор (сжигание топлива в котлоагрегатах, факелах, утечки и др.).
В России, в настоящее время рост антропогенных выбросов СО2 в атмосферу уменьшается с 1990 г.: с ~2,5 до ~1,9 млрд т, что обусловлено повышением доли природного газа (56%) в энергетике, внедрением эффективных технологий сжигания топлив, а также сокращением числа промышленных предприятий3. Так, выбросы антропогенного углерода в атмосферу Челябинской области составляют 77,35 млн т СО2/год, на юге западной Сибири выбрасывается около 15,3 млн т СО2/год [1; 2]. В данной работе представлен анализ объемов выбросов антропогенного СО2 в атмосферу Республики Тыва от стационарных и передвижных источников и его депонирования крупными экосистемами (леса, степи).
Материал и методы
Для оценки нагрузки антропогенных выбросов СО2 на атмосферу использовали данные статистики по России и г. Кызылу, методические указания по количественному определению объема выбросов парниковых газов, методику расчета количества выбросов загрязняющих веществ в атмосферу потоками автотранспортных средств, материалы Государственного доклада о состоянии и об охране окружающей среды Республики Тыва, Государственного лесного реестра Республики Тыва4. Объём фугитивных выбросов при добыче угля подземным способом рассчитывали исходя из параметров газа угольных пластов: WCO2= 10,6% об., ρСО2 = 1,9768 кг/м3 и WCН4= 76% об., ρСН4 = 0,7170 кг/м3.
Поглощение антропогенных выбросов углерода лесными экосистемами республики оценивали по методикам И.И. Ханбекова, Г.Е. Мекуш с использованием аппроксимированных формул Б.В. Красуцкого [1; 2] с учетом информации о площади и возрастной структуре основных лесообразующих древесных пород:
AПлеса = ΣAПхв + ΣAПлист – АПвырубл, погиб, где АПхв, АПлист, АПвырубл, погиб – поглотительная способность хвойных и лиственных пород и вырубленной, погибшей древесины.
Поглощение антропогенных выбросов СО2 степными экосистемами республики определяли исходя из того, что 1 км2 травянистых растений степей связывает ~100 т С/год в почвенный гумус [3].
Результаты и обсуждение
Эмиссия антропогенных выбросов СО2 в атмосферу республики. В настоящее время в Республике Тыва формируется углепромышленная территория, возрастает объем добычи угля, «углеродоёмкость» производства, эмиссия СО2 в атмосферу. В табл. 1 представлены результаты расчётов по выбросам антропогенного СО2 в атмосферу в г. Кызыле в 2020 г. с их изменениями в 2022 г.
Таблица 1 Выбросы СО2 в атмосферу в г. Кызыле в 2020 и 2022 гг.
Table 1 СО2 atmospheric emissions in Kyzyl in 2020 and 2022
Из данных табл. 1 видно, что в 2022 г. суммарная нагрузка антропогенного углерода в атмосферу региона составила 1,41 млн т-экв СО2/год; за два года (2020–2022) выбросы возросли на 7,6%. Увеличение выбросов диоксида углерода связано с возобновлением добычи угля (766 тыс. т) на шахте «Межегейуголь» в 2022 г. и ростом числа легковых автомобилей на 242 (с 21 032 ед. до 21 274 ед.) и автобусов на 264 (с 228 до 492), количество грузового транспорта не изменилось (7300)5.
Поглощение выбросов СО2 лесами республики. Площадь лесного фонда Республики Тыва, в тыс. га: 10 882,9, из них эксплуатационные леса составляют 2413,9, защитные 1939,3, резервные 6529,76. Распределение лесов на землях лесного фонда неравномерное, большая часть сосредоточена в восточной части: Тоджинское лесничество (S = 4480 тыс. га), Каа-Хемское лесничество, (S = 2570 тыс. га). Площадь земель, покрытых лесом, 8055,5 тыс. га, преобладают леса средневозрастные, спелые и перестойные; породный состав лесных естественных насаждений связан с климатическими и почвенными условиями районов республики: хвойные породы занимают 93,8% покрытой лесом площади, лиственные породы – 6,2%7 [5]. Результаты расчетов по оценке степени связывания антропогенных выбросов CO2 лесообразующими породами республики приведены в табл. 2.
Таблица 2 Степень связывания антропогенных выбросов CO2 лесообразующими породами
Table 2 Degree of man-made CO2 emissions sequestration by forestforming species
Ассимиляционный потенциал лесных экосистем республики к поглощению антропогенных выбросов СО2, подсчитанный с учётом вырубленной и погибшей древесины, составляет 1,39 млн т-экв СО2/год (1355,11 + 61,12 – 27,58 = 1388,65 тыс. т/год), или 0,17 т CO2/га. Это меньше оценочных данных Фёдорова Б.Г. [6], согласно которым на Урале лесные экосистемы депонируют 2 т CO2/га, в Восточной Сибири – 0,7 т CO2/га и на Дальнем Востоке – 0,45 т CO2/га. Рассчитанный нами ассимиляционный потенциал тувинских лесов в целом согласуется с выводами исследователей сибирских лесов: лесные системы юга Сибири с преобладанием лиственных пород деревьев способны поглотить 1,74 млн т/год СО2 (это 11,3% от годовых выбросов 15,3 млн т СО2) [1], в Челябинской области – 1,87 млн т/год СО2 (2,4% от 77,35 млн т годового выброса СО2) [2].
Известно также [7; 8], что в последнее десятилетие (2010– 2019) сибирские леса стали поглощать меньше углерода, углеродный баланс близок к нейтральному, поглощение составило 0,02 Пг С/год (73,33 млн т-экв СО2/год). Уменьшение поглощения углерода авторы связывают с потерями лесов в результате участившихся пожаров и засух, массовых нашествий насекомых, а также с уменьшением покрытой лесом площади в результате рубок и подчёркивают уязвимость крупных запасов углерода в лесах Сибири к климатическим воздействиям.
Таблица 3 Сведения о площади древесно- кустарниковой и травянистой растительности в 50 км от угольных месторождений
Table 3 Information on the area of tree, shrub and grass vegetation within 50 kilometres from coal deposits
Поглощение выбросов СО2 степной растительностью. Естественные степные экосистемы Республики Тыва распространены на ландшафтах Тувинской (Хемчикская и Улуг-Хемская) и Убсунурской котловин, в межгорных впадинах (Эдегейская, Карахольская, Турано-Уюкская), на южных склонах горных систем и занимают 2811 тыс. га (16,5% от общей площади земель) [9]. Площадь степных экосистем в России 34–86 млн га, ими ежегодно депонируется 111 ± 97 Мт С (407–355 млн т-экв СО2/год) с обеспечением 8–19% наземного стока атмосферного углерода [3].
На основании сведений о прорастании древесно-кустарниковой и травянистой растительности на территории Республики Тыва ассимиляционный потенциал степной экосистемы в форме гумуса в 50-км зоне от угольных месторождений составляет 590 тыс. т С/год (2163 тыс. т-экв СО2/год). В течение вегетационного сезона степные сообщества республики способны поглощать 1655 тыс. т С/год (6,07 млн т-экв СО2/год). Вклад степной системы в связывание углерода больше, чем вклад лесов (1,39 млн т-экв СО2/год). Согласно исследованиям И.Н. Кургановой, В.О. Лопес де Гереню и др., степные экосистемы России могут поглощать ежегодно 82-148 Мт С (мегатонн) (300–542 млн т-экв СО2). Микрометеорологическим методом было определено, что степная экосистема Хакасии в течение вегетационного сезона поглощает 152 ± 37 г С/м2, что соответствует 5,57 ± 1,35 т-экв СО2/га, залежные земли в степной зоне за вегетацию поглощают 114–201 г С/м2 (4,18–7,37 т-экв СО2/га) [10]. Cтепные экосистемы Казахстана в течение вегетационного сезона поглощают от 43 до 173 г С/м2, что соответствует 1,57–6,31 т-экв СО2/га [3].
Суммарно способность двух видов природных поглотителей Тувы – лесных экосистем и степных сообществ – нами оценивается в 7,46 млн т-экв СО2/год, этот показатель превышает количество антропогенных выбросов СО2 в атмосферу республики (1,41 млн т/год) более чем в пять раз. На данном основании можно сделать вывод, что ассимиляционный потенциал экосистем Республики Тыва позволяет депонировать и собственные выбросы диоксида углерода (сжигание топлива), и привнесенные из других регионов.
Заключение
Оценка способности лесных экосистем Республики Тыва поглощать антропогенную эмиссию СО2 позволяет сделать следующие выводы:
1. В настоящее время в Туве суммарная нагрузка антропогенного воздействия СО2 на атмосферу в г. Кызыле относительно других регионов (юг Западной Сибири, Челябинская область) невысокая и составляет 1,41 млн т/год.
2. Лесными экосистемами в регионе поглощается 1,39 млн т-экв СО2/год, кроме этого, по нашей оценке, степными экосистемами может связываться в форме гумуса 6,07 млн т-экв СО2/год (в вегетационный сезон), что превышает количество антропогенных выбросов СО2. Ассимиляционный потенциал экосистем Республики Тыва позволяет депонировать не только собственные выбросы диоксида углерода (сжигание топлива), но и привнесенные из других регионов.
Список литературы
1. Мекуш Г.Е. Опыт оценки ассимиляционного потенциала лесов Кемеровской области. На пути к устойчивому развитию России. 2010;(51):43–48. Mekush G.E. The Experience in assessing the assimilation potential of forests in the Kemerovo region. Na Puti k Ustoichivomu Razvitiyu Rossii. 2010;(51):43–48. (In Russ.)
2. Красуцкий Б.В. Поглощение углекислого газа лесами Челябинской области: современные эколого-экономические аспекты. Вестник Тюменского государственного университета. Экология и природопользование. 2018;4(3):57–68. https://doi.org/10.21684/2411-7927-2018-4-3-57-68 Krasutsky B.V. Absorption of carbon dioxide woods of Chelyabinsk region: Modern ecological and economical aspects. Tyumen State University Herald. Natural Resource Use and Ecology. 2018;4(3):57–68. (In Russ.) https://doi.org/10.21684/2411-7927-2018-4-3-57-68
3. Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Жиенгалиев А.Т., Кудеяров В.Н. Углеродный бюджет степных экосистем России. Доклады Академии наук. 2019;485(6):732–735. https://doi.org/10.31857/S0869-56524856732-735 Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O., Kudeyarov V.N., Zhiengaliyev A.T. Carbon budgets in the steppe ecosystems of Russia. Doklady Earth Sciences. 2019;485(2):450–452. https://doi.org/10.1134/S1028334X19040238
4. Куликова М.П., Тас-оол Л.Х., Балакина Г.Ф. Направления снижения антропогенной нагрузки от выбросов парниковых газов на окружающую среду в контексте устойчивого развития Республики Тыва. Экономика. Профессия. Бизнес. 2022;(4):69–77. https://doi.org/10.14258/epb202259 Kulikova M.P., Tas-ool L.H., Balakina G.F. Directions for reducing the anthropogenic load from greenhouse gas emissions on the environment in the context of the sustainable development of the Republic of Tyva. Economics. Profession. Business. 2022;(4):69–77. (In Russ.) https://doi.org/10.14258/epb202259
5. Самбуу А.Д., Красноборов И.М., Севастьянов В.В., Севастьянова М.Г., Сухова М.Г., Андрейчик М.Ф. и др. Природные ресурсы Республики Тыва. Новосибирск: Изд-во Гарамонд; 2018. Т. 1. 488 с.
6. Федоров Б.Г. Экономико-экологические аспекты выбросов углекислого газа в атмосферу. Проблемы прогнозирования. 2004;(5):86–101. Fedorov B.G. Economic and ecological aspects of carbon dioxide discharge into the air. Studies on Russian Economic Development. 2004;15(5):506–516.
7. Fan L., Wigneron J.-P., Fensholt R., Chave J., Brandt M., Sitch S. et al. Siberian carbon sink reduced by forest disturbances. Nature Geoscience. 2023;16:56–62. https://doi.org/10.1038/s41561-022-01087-x
8. Harris N.L., Gibbs D.A., Baccini A., Birdsey R.A., de Bruin S., Farina M., et al. Global maps of twenty-first century forest carbon fluxes. Nature Climate Change. 2021;11(3):234–240. https://doi.org/10.1038/s41558-020-00976-6
9. Ершова Е.А., Намзалов Б.Б. Степи. В кн.: Коропачинский И.Ю. (ред.) Растительный покров и естественные кормовые угодья Тувинской АССР. Новосибирск: Наука, Сиб. отд.; 1985. С. 119–154.
10. Belelli Marchesini L., Papale D., Reichstein M., Vuichard N., Tchebakova N., Valentini R. Carbon balance assessment of a natural steppe of southern Siberia by multiple constraint approach. Biogeosciences. 2007;4(4):581–595. https://doi.org/10.5194/bg-4-581-2007
