Стислий огляд сценарних аналізів і прогнозування динаміки вуглецю в ґрунтах у наслідок впливу зміни клімату за різних типів ведення сільського господарства

Прогнозна оцінка можливого впливу зміни клімату на динаміку вуглецю в ґрунтах України базується на наявних прогнозах щодо трендів зміни клімату в Україні. Отже, цей вплив, залежно від кліматичних трендів буде полягати в наступному:

1. Вегетаційний період буде наставати раніше і триватиме довше. Це потенційно буде сприяти збільшенню біопродуктивності, дасть можливість вирощувати теплолюбні культури з довшим періодом вегетації. Але підвищення біопродуктивності природних та агроландшафтів буде обмежуватись фактором нестачі вологи.
2. Суттєве потепління зимових місяців може спричиняти поширення хвороб та шкідників, а також розповсюдження теплолюбних інвазійних видів. Це, своєю чергою, буде спричиняти зниження продуктивності сільгоспкультур та вимагатиме підвищення кількості застосування пестицидів (гербіцидів, фунгіцидів та інсектицидів). В результаті це негативно впливатиме на баланс органічної речовини ґрунту та ускладнить впровадження органічного землеробства, яке вимагає відмови від хімічних засобів захисту рослин.
3. Зростання температур на тлі незначних змін кількості опадів буде призводити до зростання посушливості. Клімат вже став більш посушливим на всій території України. В умовах недостатнього зволоження буде спостерігатись ряд процесів, що негативно впливатиме на баланс органічної речовини в ґрунтах:
   • зниження біопродуктивності природних та агроландшафтів внаслідок нестачі вологи;
   • погіршення засвоєння мінеральних добрив с.-г. рослинами та збільшення непродуктивних втрат азоту мінеральних добрив;
   • зростання посушливості буде погіршувати лісорослинні умови, сприяти випадінню дерев та накопиченням сухостою в лісосмугах та ускладненню лісовідновлення, що своєю чергою буде потребувати збільшення уваги до агролісомеліоративних заходів. Інакше – руйнування лісосмуг буде призводити до підсилення ерозійних процесів, підсилення негативної дії посух та приморозків та призводити до втрат врожаю та зниження вмісту органічного вуглецю в ґрунті.
4. Зміна розподілу опадів протягом року буде такою, що опади стають більш нерівномірними – зростає кількість, тривалість та інтенсивність злив на тлі збільшення тривалості посушливих періодів. Це сприяє підсиленню водноерозійних процесів та розвитку дефляції та подальшому зниженню вмісту органічної речовини в ґрунті.
5. Зростання посушливості та зниження рівня ґрунтових вод буде призводити до локального покращення грунтово-рослинних умов в гідроморфних ландшафтах, (районах поширення гідроморфних оглеєних ґрунтів). Для таких територій (переважно, зона Полісся) буде характерним підвищення біопродуктивності та позитивний баланс органічної речовини. Однак, це буде мати обмежений характер, та суттєво не вплине на загальні тенденції.

Таким чином, наявні тренди кліматичних змін дозволяють прогнозувати поступальне зниження вмісту органічного вуглецю в ґрунтах України внаслідок підсилення деградації ґрунтів, зниження надходження свіжих органічних решток та відповідного переважання мінералізації органічної речовини над гумусоутворенням. Для досягнення нульового та позитивного балансу гумусу (секвестрації вуглецю ґрунтами) необхідно здійснити ряд заходів щодо припинення деградації ґрунтів та стимулювання гумусонакопичення.

Сценарій 1. Buisness as usual  (BAU)

при збереженні теперішніх тенденцій та ігноруванні грунтоохоронних заходів, як це відбувається зараз  – буде спостерігатися подальше зниження вмісту органічного вуглецю в ґрунтах внаслідок мінералізації органічної речовини. Відповідно, левова частка цього вуглецю (за виключенням перевідкладених ерозіний втрат) потраплятиме у атмосферу.

За результатами агрохімічної паспортизації земель сільськогосподарського призначення протягом останніх 5 турів (1986–2010 роки) уміст гумусу в ґрунтах України зменшився на 0,22 % в абсолютних величинах і становить 3,14% (Періодична доповідь, 2015). Графічно ця картина відображається на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Динаміка вмісту гумусу в ґрунті за 1986–2015 роки

Відмітимо, що ми зараз практично не маємо альтернативи даним регулярних агрохімічних обстежень. Саме вони є основним джерелом інформації щодо «екологічності» ведення с.г. в країні та динаміки вмісту органічного вуглецю в її ґрунтовому покриві. Логічно, що для створення сценарію BAU ми обрали саме ці дані.

Разом з тим необхідно відмітити, що дані останнього Х туру (2011–2015 рр.) обстежень дещо змінюють картину (рис.4.3). Згідно ним середньозважений показник вмісту гумусу в ґрунтах України становить 3,16 %, що відповідає підвищеному рівню забезпеченості (Періодична доповідь…, 2020). Порівнюючи з ІХ туром обстеження, вміст гумусу в ґрунтах підвищився на 0,02 % (див. рис. 4.1).

Ці дані начебто свідчать про позитивні рухи у сільському господарстві країни, інакше як можна пояснити динаміку зростання вмісту гумусу?

На нашу думку нажаль, про це говорити зарано. Так, основним джерелом поповнення ґрунту органічними речовинами є органічні добрива. Проаналізуємо динаміку її внесення за останній час. У 2006–2010 роки в середньому по Україні було внесено 11142,1 тис тон органічних добрив, що становить 0,6 т/га (Періодична доповідь…, 2015).

Протягом 2011–2015 років обсяги внесення органічних добрив знизились (рис.4.3) і становили лише 0,5 т/га посівної площі (Періодична доповідь…, 2020). У той же час мінімальна норма для забезпечення бездефіцитного балансу гумусу (залежно від ґрунтово-кліматичної зони) повинна становити від 8 до 14 т на гектар (Періодична доповідь…, 2020).

Рис. 4.3. Динаміка внесення органічних добрив у 2011–2015 роках, тис. т

Тобто ми не маємо логічних передумов для оптимістичного погляду на покращення гумусованості ґрунтів країни. На нашу думку причина підвищення вмісту гумусу криється в методичних аспектах проведення суцільних агрохімічних обстежень.

Це підтверджують й самі автори останнього Періодичної доповіді про стан грунті (2020). Цитата: «Узагальнюючи та аналізуючи дані агрохімічної паспортизації земель сільськогосподарського призначення, встановлено, що на достовірність показників родючості ґрунтів істотно впливає зміна площі їх обстеження… Так, якщо в 1966–1970 роках було обстежено 30,9 млн га ріллі, 2006–2010 – 25,9 млн га, то у 2011–2015 роках – обстежена площа становила лише 19,8 млн га. Проблема виникла не тільки через скорочення площі обстеження внаслідок тимчасової окупації територій, а й через виведення з обігу та обстеження насамперед найменш родючих ґрунтів, в тому числі легкого гранулометричного складу та скорочення фінансування з державного бюджету на проведення наукових досліджень з обстеження ґрунтів сільськогосподарських угідь. Узагальнення отриманих даних без урахування цього чинника призводить до штучного завищення показників родючості ґрунтів сільськогосподарського призначення, що пояснює зростання середньозваженого вмісту гумусу в ґрунтах України в умовах його від’ємного балансу. Тому необхідно провести роботу щодо вдосконалення методичних аспектів проведення агрохімічної паспортизації земель сільськогосподарського призначення для визначення показників родючості ґрунтів…»

Тим не менш ми пропонуємо розглянути два сценарії розвитку подій:

• Першій ґрунтується на офіційних даних по адміністративних областях за 2011–2015 роки
• Другий ґрунтується на даних за даних по природних зонах України за 1991–2010 роки. Нажаль, в нас відсутні дані обстежень по областях за 1991 рік

Результати аналізу згідно з першим сценарієм наведені у таблиці 4.1. Як бачимо, результати є оптимістичними, так в середньому по Україні спостерігається умовна «секвестрація» вуглецю у розмірі -4,60 млн тон. Звісно, говорити про секвестрацію тут можна поки що лише умовно, адже наведене число оцінює від’ємне надходження СО2 до атмосфери та його потенційне зв’язування ґрунтом.

Однак, для сумарної оцінки впливу всіх орних ґрунтів України на надходження СО2 до атмосфери треба використовувати середньозважене значення яке за нашими обрахунками становить 2,68 млн тон. Також врахуємо, що ці результати отримані для площ орних земель станом на 1 січня 2021 року, відомості про які внесено до Державного земельного кадастру. А за даними Держгеокадастру рілля на цей момент становить лише 14,83 млн. га (Національна доповідь…, 2020), що значно менш традиційно вживаних цифр площ орних земель країни (табл.4.2).

Ще раз підкреслимо, шо хоча ці дані й є офіційними покладатись на них не слід через причини, що були наведені вище за текстом. Саме тому ми не проводили більш детальний аналіз цих даних.

Таблиця 4.1. Оцінка втрат органічного вуглецю та надходження до атмосфери СО2 згідно даних ІХ і Х турів агрохімічних обстежень земель с.-г призначення

Примітка. Станом на 1 січня 2021 року за даними Держгеокадастру України земельний фонд України складає 61,7 млн. га, з них сільськогосподарські угіддя становлять 17,6 млн. га, у тому числі рілля – 14,83 млн. га. Площа ріллі вказана згідно суми площ земельних ділянок, відомості про які внесено до Державного земельного кадастру з кодами угідь встановленими додатком № 4 до Порядку ведення Державного земельного кадастру (ПКМУ № 1051) (Національна доповідь…, 2020).

Більш доцільним здається застосування даних за більший відрізок часу з 1991 рік по 2010 рік (табл.4.2). Для аналізу були узяті такі вихідні дані: цільність верхнього шару усіх ґрунтів прийнята за 1,2г/см3, глибина орного шару усіх ґрунтів прийнята за 25 см.

Таблиця 4.2. Оцінка втрат органічного вуглецю та надходження до атмосфери СО2 згідно даних VІ і ІХ турів агрохімічних обстежень земель с.-г. призначення

Як бачимо середньорічні втрати органічного вуглецю з ґрунтів Лісостепу в перерахунку на СО2 складають 12,3 млн т, з ґрунтів зони Степу – 12 млн т. Врахуємо, що саме в цих зонах зосереджено біля 90% орних земель країни. У Поліссі, за даними 9 туру агрохімічного обстеження, відбулось підвищення вмісту гумусу, що не відбиває реальний стан речей, адже таке “зростання” пов’язане зі зменшенням площ обстежених ґрунтів, тому що найбідніші на органічний вуглець ґрунти на час обстеження були виведені зі складу ріллі.

Сумарне надходження СО2 з усієї території орних ґрунтів України становить 20 млн т щорічно. Це, навіть, з урахуванням умовної секвестрації 4,2 млн т СО2, у зоні Полісся. Подальше збільшення втрат органічного вуглецю внаслідок кліматичних змін, про що було сказано вище, призведе до збільшення цього показника, принаймні на 10-15%, тобто до 22-23 млн т.

Для точного прогнозування втрат вуглецю на сьогодні в Україні, на жаль, накопичено недостатньо фактичних даних. На сьогодні це найбільш реалістичний сценарій розвитку подій принаймні на найближчі 10 років.

Сценарій 2. Максимально оптимістичний.

Передумови – повне припинення деградаційних процесів, в першу чергу, ерозії ґрунтів та досягнення позитивного балансу органічного вуглецю в агроландшафтах. Виведення з ріллі під сіножаті, пасовища, заліснення та залуження сильнодеградованих ґрунтів, рекультивація порушених земель.

Втрати органічного вуглецю припиняються, починається відновлення ґрунтів з накопиченням органічної речовини, відбувається секвестрація вуглецю ґрунтами.

За грубими поверхневими оцінками орні ґрунти України потенційно спроможні поглинути 757,7 млн т., або ж 2,78 млрд т CO2eq вуглецю (Achasova, 2022), що в 7,8 рази вище ніж прогнозовані щорічні викиди для всієї економіки України згідно НВВ2 до 2050 року. Секвестрація вуглецю деградованими ґрунтами відбувається найбільш інтенсивно в перші 25-30 років з подальшим уповільненням до досягнення рівноважного стану, коли щорічна кількість новоутвореної та мінералізованої органічної речовини стане приблизно однаковою, для цього знадобиться значно більший проміжок часу, в сотні років. В перші 30 років секвеструється близько ⅔ максимальної кількості вуглецю. Враховуючи, зростання посушливості досягти такого максимального рівня секвестрації буде складно. Тобто, прогнозований максимальний щорічний обсяг можливої секвестрації вуглецю в оптимістичному сценарії становить приблизно 36,7 млн т. СО2 щорічно. Враховуючи, що втрати вуглецю з ґрунту не відбуваються, то різниця між BAU (1 сценарій) та другим сценарієм складає близько 72 млн т СО2.

Сценарій 3. Оптимістично-реалістичний.

Досягнення нейтрального балансу гумусу в орних ґрунтах, виведення з обробітку під квазіприродні (залуження та заліснення) угіддя найбільш деградованих земель, на яких іде секвестрація вуглецю за рахунок грунтовідновлення, припинення ерозійних втрат.

Припинення втрат ґрунту від ерозії дозволить запобігти щорічному надходженню в атмосферу близько 17 млн т СО2, відновлення середньо і сильноеродованих ґрунтів, площа яких в Україні оцінюється в 4,5 млн га, буде сприяти додатковій секвестрації 6,6 млн т СО2 екв вуглецю. Площа земель, що підлягають консервації в Україні близько 0,5 млн га, земель, що потребують рекультивації – 0,14 млн га. Відновлення ґрунту на цих територіях також сприятиме додатковій секвестрації близько 1 млн т СО2 екв. вуглецю.

Отже, за цим сценарієм, досягається нульове надходження вуглецю в атмосферу за рахунок ерозії та дегуміфікації та додатково щорічно ґрунтами секвеструється 7,6 млн т. вуглецю. Різниця з першим сценарієм (BAU) складає близько 43 млн т. СО2, (не відбувається надходження до атмосфери 35-37 млн т, додатково поглинається ґрунтами 7-8 млн т).