Карбоновый полигон "Покровский"

Участники карбонового полигона

• Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный центр кормопроизводства и агроэкологии имени В.Р. Вильямса»
• Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук
• Калужский карбоновый полигон (ООО «КонтролТуГо.Ру»)

Описание участков

Участок 1 - 364 Га

Участок расположен в Московской области. Это опытные участки изучения долголетних культурных пастбищ и сенокосов, селекционная работа с многолетними травами, капустными культурами, викой; разработка сортовых технологий возделывания сельскохозяйственных культур.

Основной тип ландшафтов:

Прирoднo-антрoпoгeнный ландшафт. Класс ландшафта – равнинный, подкласс – низменный, тип ландшафта по теплообеспеченности – бореальный, по увлажнению – семигумидный-гумидный, подтип – средний.

Структура и типы растительности на участке:

Растительность луговая, болотная, водная культурная.

Опытное растениеводство на участке:

Развернуто несколько схем севооборотов: луговые (луга с непрерывным использованием с 1935 г, 1947 г) травяно-зерновые (80 % многолетние травы 20 % зерновые и капустные культуры), зерно-трявяные (70% зерновые и капустные , 30% многолетние травы). Урожайность семян многолетних трав 300-1000 кг/га, зерновые 3-5 т/га, капустные 2-4 т/га. Внесение органических и минеральных удобрений на луговых севооборотах непрерывно изучается с 1935 и 1948 года по 18 схемам. Сроки уборки урожая колеблются от 3 декады июня (на зеленую массу) до 20 сентября на зеленую массу и семена.

Типы почв участка:

Почвы – дерновоподзолистые среднесуглинистые и суглинистые, содержание гумуса 2-3 %, рН 4,2-5,3.

Участок 2 - 1440 Га

Участок располагается в Кировской области и представляет собой культурное пастбище на основе 10-ти компонентной смеси, включающей: клевер луговой, клевер ползучий, люцерна желтая, лядвенец рогатый, лисохвост луговой, ежа сборная, тимофеевка луговая, овсяница луговая, кострец безостый, мятлик луговой. Заложено в 1935 году. В течение 83 лет долголетний травостой используется бессменно в пастбищном режиме без перезалужения. Почва – осушенный и освоенный средне-маломощный низинный торфяник, подстилаемый алювиальными песками.

Участок 3 - 26 Га

(партнерский, оператор ООО «КонтролТуГо.Ру») расположен в Калужской области. Основные и дополнительные типы ландшафтов участка – земли сельхоз назначения в речном междуречье; структура и типы растительности участка – травяная растительность, почвы – дерново-подзолистые. Присутствуют водные объекты (р. Воря, р. Угра).

Научно - исследовательские работы

Проект Создание цифровой карты карбонового полигона

Ожидаемые сроки реализации работы: 2023 г.

В рамках проекта планируется провести подготовку оцифрованных карт карбонового полигона для геоинформационной системы (ГИС) и сопряжение цифровых карт карбонового полигона с ГИС системой макета MRV-системы.

В результате будет предоставляется информация о составе и разрешении создаваемых или имеющихся цифровых моделей рельефа местности, речной сети, структуры землепользования, растительности, почв. Полученные карты объекта будут сконвертированы в вид, приемлемый для отображения в применяемой в макете MRV-системы ГИС.

Будут получены цифровые карты рельефа местности, гидрографии, структуры землепользования, растительности, почв для включения в ГИС на основе QGIS, MapInfo Pro, ArcGIS, и др. приложений. Будут получены цифровые карты местности, интегрированные в применяемую в макете MRV ГИС систему.

Проект "Определение состава наземных и дистанционных наблюдений, проводимых на карбоновом полигоне"

Ожидаемые сроки реализации работы: 2023-2024 гг.

В рамках проекта запланированы следующие работы:

Определение минимального требуемого состава наземных и дистанционных наблюдений (в диапазоне от минимальной до максимальной конфигурации) по следующим обязательным показателям:

• метеорологические измерения;
• измерения температуры и влажности почвы, и, по возможности, почвенных вод и почвенного дыхания;
• аллометрические измерения;
• измерение потоков парниковых газов (СО2, СН4, N2O) между наземными экосистемами и атмосферой методом турбулентных пульсаций и экспозиционных камер с выделением вклада в интегральный поток растительности и почвы;
• расчет эффективного потока парниковых газов в виде СО2-эквивалента
• содержание основных элементов (С, N) в растительности, мортмассе и почве, а также характеристик закисленности почвы (при наличии);
• состав наблюдений для мониторинга морских и/или водных объектов (при наличии водных объектов или выхода к морю);
• состав дистанционных наблюдений.

В рамках этих работ будет определен перечень наземных и дистанционных наблюдений, которые будут проводиться на карбоновом полигоне (луговые сеяные долголетние фитоценозы, сеянные фитоценозу многолетних бобовых, злаковых трав и их травосмесей, капустных культур) при различных способах использования (кормовое использование зеленой массы многолетних и однолетних трав, семенное использование травостоев многолетних и однолетних трав)

• Метеорологические наблюдения;
• Измерение температуры и влажности почвы;
• Накопление надземной массе (СВ);
• Накопление подземной массы (СВ);
• Соотношение подземной и надземной массы;
• Накопление С, NPK, тяжелых металлов и других веществ в подземной и надземной массе;

Планируется провести синтез системы уравнений для определения баланса сохранения элементов в почвенных покровах, биомассе и атмосфере на ограниченной территории.

Будет составлено описание этой системы уравнений. Материалы исследования будут подготовлены к публикации.

Также планируется провести дополнительные и смежные исследования, в рамках которых будут выполнены следующие работы:

• Формирование фитоценоза по годам будет оцениваться по комплексу биологических показателей основных видов сеяных трав.
• Плотность всходов в фазу полных всходов (через 30 дней после посева), на закрепленных площадках общей площадью 1, 12 м2 (7 площадок × 0,16 м2). Затем определяется процент всходов к высеянному на единицу площади количеству всхожих семян согласно "Методике опытов на сенокосах и пастбищах" (1971, ч. 2).
• Определение роли твердых семян бобовых в пополнении популяции будем проводить путем сравнения количества всходов при посеве скарифицированными и нескарифицированными семенами ежегодно в период формирования первого цикла на закрепленных площадках, где и подсчет всходов в год посева, а также путем сравнения изменения урожайности бобового вида по циклам использования.
• Высота травостоя – путем замера 10 растений каждого варианта в двухкратной повторности перед учетом урожайности в фазу выхода в трубку доминирующего вида злака.
• Ботанический состав травостоя – методом весового анализа средних проб (по видам и группам трав, во всех вариантах и циклах стравливания по методике опытов на сенокосах и пастбищах (1971 г.)). Для определения фитоценотических причин изменения состава травостоя планируется изучать их реакцию по массе (ц/га СВ) в процентах к соответствующему контролю.
• Учет урожайности – путем скашивания и взвешивания массы травостоя малогабаритной косилкой на всю длину опытной делянки с учетом содержания сухого вещества; продуктивность травостоя – по сбору кормовых единиц, обменной энергии и сырого протеина с 1 га.
• Качество корма – по всем циклам стравливания: сырая клетчатка – методом Ганнеберга-Штомана, сырая зола – сухим озолением, сырой жир по Рушковскому, N, Р, К, Са – из одной навески методом мокрого озоления с последующим определением: общий азот – фотометрическим методом индофенольной зелени, фосфор – фотометрическим ванадо-молибдатным методом, калий и кальций – на пламенном фотометре; сырой протеин и БЭВ – расчетным методом.
• Накопление биологического азота в надземной массе будет определяться по разнице содержания азота (кг/га) в бобово-злаковом и злаковом травостое на одинаковых фонах питания; эквивалент биологического азота дозе минерального – расчетно на основании прибавки на 1 кг азота минеральных удобрений, внесенных на злаковом травостое.
• Статистическая обработка данных по урожайности – методом дисперсионного анализа (Доспехов Б.А., 1985).
• Агрохимический состав почвы: исходный – перед закладкой опыта – в среднем по опыту, влияние разных фитоценозов на изменение плодородия почвы в конце опыта – по основным вариантам. Методы определения: рН солевой вытяжки – потенциометрически, гидролитическая кислотность – по Каппену, обменная кислотность – оксалатным методом, сумма обменных оснований – методом Каппена-Гельковица, гумус – по Тюрину, общий азот – по Къельдалю, подвижный фосфор – по Кирсанову, обменный калий – на пламенном фотометре.
• Влажность почвы – термостатно-весовым методом в слое 0-30 см (по слоям 0-10, 10-20, 20-30) через 10 дней в течение вегетационного периода.
• Определение запаса подземной массы в почве – в слоях 0-10, 10-20 см с последующим определением в корнях питательных элементов (N, Р, Са, зола); отбор образцов – буром диаметром 10 см (в 12 точках на вариант), отмывка корней – на ситах с диаметром 0,25 мм с последующим отделением минеральных частиц, в конце опыта по основным вариантам.
• Экономическая и агроэнергетическая оценка создания и использования сеяных пастбищ – по «Методическому пособию по агроэнергетической и экономической оценке технологий и систем кормопроизводства» (1995 г.).
• Предоставляется программа наблюдений с характеристиками временного разрешения и количества точек наблюдений

Проект "Определение состава аппаратуры для наземных и дистанционных наблюдений"

Ожидаемые сроки реализации работы: 2023 г.

В рамках проекта запланированы следующие работы:

Определение минимального требуемого состава наземных и дистанционных наблюдений (в диапазоне от минимальной до максимальной конфигурации) по следующим обязательным показателям:

• Определение минимального требуемого состава аппаратуры для проведения наземных и дистанционных наблюдений;
• Разработка перечня разрабатываемых макетов аппаратуры для проведения наземных и дистанционных наблюдений;

В рамках этих работ планируется достигнуть следующих результатов:

• Обоснование состава аппаратуры для наземных и дистанционных наблюдений с учетом состава наземных и дистанционных наблюдений, проводимых на карбоновом полигоне (5.2).
• Указывается состав:
  • пульсационной аппаратуры для ковариационных измерений потоков газов;
  • аппаратуры для камерных наземных наблюдений;
  • аппаратуры для измерений параметров фотосинтеза и дыхания растительных сообществ;
  • аппаратуры для мониторинга морских и/или водных объектов (при наличии водных объектов или выхода к морю)
  • состав аппаратуры для дистанционно измеряемых параметров, включая соотношения мультиспектральных и гиперспектральных датчиков,
  • количество радаров и лидаров (при использовании)

Будет разработан перечень разрабатываемых макетов аппаратуры для проведения наземных и дистанционных наблюдений.

#h3

Проведение наблюдений на карбоновом полигоне в тестовом режиме в 2023 году и их развитие в 2024 году

Планируется провести следующие работы:

• Установка реперной метеорологической станции и ее испытания по протоколу ВМО (класс-2).
• Проведение калибровки и тестовых измерений метеорологических параметров, а также канала передачи данных.
• Организация регулярных метеорологических наблюдений с передачей данных срочных метеорологических наблюдений в виде стандартных файлов в Экспертный центр.
• Установка аппаратуры для пульсационных и камерных наблюдений.
• Установка и тестирование аппаратуры для измерений фотосинтеза и дыхания растительных сообществ.
• Организация регулярных мониторинговых наблюдений за потоками основных парниковых газов и параметрами фотосинтеза и дыхания растительных сообществ (листья, ветви, стволы/стебли) и почвы (автотрофное и гетеротрофное дыхание) и передача данных в Экспертный Центр.
• Определение плотности и гранулометрического состава образцов минеральных горизонтов почв, оценка параметров водного режима почв, кислотности, определение латеральных потоков растворенного органического и неорганического углерода, и других параметров, передача данных в Экспертный Центр.
• Оценка состояния древостоя, запасов углерода в надземной и подземной биомассе, почвах, количества опада и отпада, анализ образцов опада на содержание общего углерода, азота, лигнина, передача данных в Экспертный Центр.
• Стандартизация представления измерений, включая единицы измерения и формат сохранения данных.
• Организация регулярного дистанционного мониторинга (включая спутниковые данные) климатически активных газов и передача данных в Экспертный центр
• Организация мониторинга морских и/или водных объектов (при их наличии), а также прибрежных экосистем и передача данных в Экспертный центр.
• Развитие секвестрационных технологий.
• Работы по испытаниям макетов измерительных устройств системы MRV
• Работы по исследованию и калибровке системы уравнений баланса
• Работы по исследованию и испытаниям макета MRV системы

Образовательная составляющая программы

В рамках образовательной программы будут разрабоаны и внедрены новые образовательные программы Оператором карбонового полигона и его партнерами:

• Адаптация существующих и разработка новых бакалаврских, магистерских и аспирантских программ (в том числе в области климатологии, экологии, биотехнологии, математического моделирования, экономики, юриспруденции) к задачам мониторинга климатически активных газов.

  Для запуска этой программы будут проведена:

  Актуализация существующих программ аспирантуры по реализуемым специальностям к задачам мониторинга климатически активных газов путем введения новых разделов в имеющиеся рабочие программы учебных дисциплин:

  Специальность 4.1.1 - Общее земледелие и растениеводство:
  

  Дисциплины:
  

  1.3. Общее земледелие и растениеводство
  

  1.4.1 Управление полевыми агроэкосистемами:

Специальность 4.1.2 - Селекция, семеноводство и биотехнология растений

Дисциплины:

1.3. Селекция, семеноводство и биотехнология растений

1.4.1 Селекция и семеноводство многолетних трав

Будут запущены междисциплинарные курсы с указанием количества часов их проведения, количество планируемых слушателей.

В рамках образовательной деятельности будут проведены выездные летние школы и мастер-классы ведущих российских и зарубежных исследователей и организация просветительских мероприятий для молодых ученых по направлениям: климатология, экология, биотехнологии, математическое моделирование, экономика, юриспруденция. Будут проведены мастер-классы ведущих российских исследователей для молодых ученых по направлениям:

• луговодство, агроэкология и физиология сельскохозяйственных растений.

Международная интеграция деятельности карбонового полигона.

В рамках функционирования полигона и налаживания международных связей будут привлекаться зарубежные научные организации и специалисты.

На базе ВШЭ сформирована международная рабочая группа для дальнейшей работы по исследовательскому проекту потенциала развития карбоновой индустрии на евразийском пространстве. В нее вошли Майкл Оберштайнер, директор Института изменения окружающей среды Оксфордского университета, главный научный сотрудник Международного института прикладного системного анализа (IIASA), который в настоящий момент также привлекает к работе своих студентов и аспирантов; Елена Ровенская, программный директор Международного института прикладного системного анализа (IIASA); Cара Хатхиари, исследователь Международного прикладного системного анализа (IIASA); Рахим Ошакбаев, директор Исследовательского центра TALAP, Василий Буров, CEO Estonto Lab.

Представление научных докладов на международных конференциях

В рамках Международной недели инвесторов МФЦА 3 октября 2022 г. состоялся Международный инаугурационный диалог «Борьба с изменением климата в Евразии: углеродные биржи и перспективы карбонового земледелия». Соорганизаторами мероприятия выступили Международный центр конкурентного права и политики БРИКС, Международный институт прикладного системного анализа (IISASA, Австрия), Центр прикладных исследований TALAP (Казахстан), Национальный ЕSG-Клуб Казахстана и Центр зеленых финансов МФЦА. Директором Международного центра конкурентного права и политики БРИКС Алексеем Ивановым и руководителем направления трансфера Центра технологического трансфера НИУ ВШЭ Николаем Дурмановым был представлен проект карбонового полигона Высшей школы экономики в рамках реализации программы серии климатических мини-проектов полного цикла.

21-22 марта 2023 г. в индийском Дибругархе прошло заседание рабочей группы G20 по исследованиям и инновациям (Research and Innovation Initiative Gathering, RIIG), посвященное циркулярной биоэкономике. В работе участвовали более сотни ученых, представители госорганов и международных организаций из почти трех десятков стран, в том числе России. Научный руководитель Центра технологического трансфера ВШЭ Алексей Иванов рассказал о роли карбонового земледелия в смягчении последствий изменения климата и представил проект карбонового полигона «Покровский» ВШЭ.