PILOT CARBON LANDFILL: ANALYSIS OF CARBON RESERVES IN FARMLAND SOILS
DOI 10.12737/2073-0462-2023-6-12 УДК 631.417.1:631.417.2(470.57)
Keywords:
soil organic carbon, humus, soil, emission, carbon sequestration.Abstract
The carbon cycle in agroecosystems is determined by the balance between the absorption of carbon dioxide by terrestrial vegetation of agricultural crops to create organic matter and its release during soil respiration. The soil cover is a powerful source of carbon dioxide and serves as a reservoir accumulating soil organic carbon. Organic carbon accumulating in the humus of soils serves as a drain of carbon dioxide, methane into the atmosphere for hundreds of years. The research was carried out in order to analyze the reserves of organic carbon in the soils of agroecosystems and assess the emission of СО2 and CH4 gases. The work was carried out in 2022-2023 at the site of a pilot carbon landfill (arable land) in the Republic of Bashkortostan. In field and laboratory experiments, technologies for controlling carbon dioxide emissions on agricultural lands were developed and tested. In the field, full-profile soil sections and digs were laid in accordance with GOST R58595-2019 with the determination of morphological properties and the selection of soil samples for laboratory analysis. Agrochemical analysis of the soil for the content of organic matter, the density of addition, the content of mobile phosphorus and potassium, the pH value allowed us to estimate the carbon stock of the soil of the carbon landfill according to the methodology of the Ministry of Natural Resources of the Russian Federation. The total reserves of organic carbon of the arable horizon at the carbon-new landfill amount to 503.8 t/ha, which vary and depend on the employment of the field and the characteristics of the agricultural crop. Measurement of the destructive part of the carbon cycle using a portable LI-COR 7810 camera showed that the fields occupied by crops differ in the intensity of the release of soil carbon dioxide ‒ in the field under pure steam, СО2 emissions were 2.18 times lower than under perennial grasses. The availability of data on the spatial distribution of organic soil carbon makes it possible to introduce carbon-dependent crop rotations with a set of crops that contribute to the maximum absorption of atmospheric СО2 and other greenhouse gases into the practice of agriculture.
References
1. Национальный атлас почв Российской Федерации / Н. А. Аветов, А. Л. Александровский, И. О. Алябина и др. М.: Астель: АСТ. 2011. 632 с.
2. Полигон будущего климата // Департамент природопользования и охраны окружающей среды города Москвы. URL: https://climate-change.moscow/article/poligon-budushchego-klimata. (дата обращения: 29.04.2021).
3. Кудеяров В. Н., Демкин В. А., Комаров А. С. Природная и антропогенная эволюция почв, круговорот углерода в ландшафтах в связи с изменениями климата и катастрофическими явлениями // Изменение окружающей среды и климата. Природные и связанные с ним техногенные катастрофы. Т. 4. Пущино; М.: ИФХ и БПП РАН, ИФЗ РАН, 2008. С. 13–35.
4. Битва за климат: карбоновое земледелие как ставка России // Экспертный доклад / М. П. Орлов, К. В. Пиксендеев, Ю. Е. Ровнов и др. / под ред. А. Ю. Иванова, Н. Д. Дурманова. М.: Изд. дом Высшей школы экономики, 2021. 120 с.
5. Ковда В. А. Основы учения о почвах. В 2 кн. М.: Наука, 1973. Кн. 1. 447 с. Кн. 2. 468 с.
6. Абакумов Е. В., Поляков В. И., Чуков С. Н. Подходы и методы изучения органического вещества почв карбоновых полигонов России (обзор) // Почвоведение. 2022. № 7. С. 773‒786.
7. Пилотный карбоновый полигон в России: анализ запасов углерода в почвах и растительности / И. Н. Курганова, В. О. Лопес де Гереню, С. Л. Ипп и др. // Почвы и окружающая среда. 2022. Т. 5. № 2. С. 6‒21. doi: 10.31251/pos.v5i2.169.
8. Мировая климатическая повестка. Почвозащитное ресурсосберегающее (углеродное) земледелие как стандарт межнациональных и национальных стратегий по сохранению почв и аграрных карбоновых рынков / В. И. Беляев, А. В. Арлагин, В. К. Дридигер и др. // Международный сельскохозяйственный журнал. 2022. Т. 65. №. 1. С. 421‒441.
9. Чернова О. В., Рыжова И. М., Подвезенная М. А. Оценка запасов органического углерода лесных почв в региональном масштабе // Почвоведение. 2020. № 3. С. 340‒350.
10. Сидорова В. А., Юркевич М. Г., Бахмет О. Н. Моделирование вертикального распределения содержания углерода в почвах при разных типах землепользования // Международный сельскохозяйственный журнал. 2023. № 2 (392). С. 192‒196.
11. Иванова Т. Н., Багаутдинов Ф. Я., Асылбаев И. Г. Изменение содержания и состава гумуса черноземов выщелоченных (Luvic Chernozems) Южной лесостепи Республики Башкортостан при сельскохозяйственном использовании // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2015. № 1 (33). С. 19‒23.
12. Влияние агробиотехнологий на запасы и состав органического вещества чернозема типичного слабоэродированного / Н. П. Масютенко, А. В Кузнецов., М. Н. Масютенко и др. // Достижения науки и техники АПК. 2021. Т. 35. № 10. С. 45–50.
13. Органическое удобрение – эффективный фактор оздоровления почвы и индуктор её супрессивности / М. С. Соколов, Ю. Я. Спиридонов, А. П. Глинушкин и др. // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 1. С. 4‒12.
15. Crops for Carbon Farming / C. Jansson, C. Faiola, A. Wingler, et al. // Frontiers in Plant Science. 2021. Vol. 12. 636709. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8211891/ (дата обращения: 03.04.2023). doi: 10.3389/fpls.2021.636709.
16. Семенов В. М., Когут Б. М. Почвенное органическое вещество // М.: ГЕОС, 2015. 233 с.
17. Кудеяров В. Н. Почвенно-биогеохимические аспекты состояния земледелия в Российской Федерации // Почвоведение. 2019. № 1. С. 109‒121.
18. Глобальный климат и почвенный покров – последствия для землепользования России / А. Л. Иванов, И. Ю. Савин, В. С. Столбовой и др. // Бюллетень Почвенного института имени В. В. Докучаева. 2021. № 107. С. 5–32. doi: 10.19047/0136-1694-2021-107-5-32.
19. Технологические особенности почвозащитного ресурсосберегающего земледелия (в развитие концепций ФАО) / М. С. Соколов, А. П. Глинушкин, Ю. Я. Спиридонов и др. // Агрохимия. 2019. № 5. С. 3‒20. doi: 10.1134/S000218811905003X.
20. Agriculture and climate change Reducing emissions through improved farming practices/ J. Ahmed, E. Almeida, D. Aminetzah, et al. McKinsey &Company. 2020. 45 р. URL: https://www.mckinsey.com/~/media/mckinsey/industries/agriculture/our%20insights/reducing%20agriculture%20emissions%20through%20improved%20farming%20practices/agriculture-and-climate-change.pdf (дата обращения: 03.04.2023).
19. Сафин Р. И., Валиев А. Р., Колесар В. А. Современное состояние и перспективы развития углеродного земледелия в Республике Татарстан // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2021. № 3 (63). С. 7‒13.
21. Pandey D., Agrawal M., Pandey J. S. Carbon footprints: current methods of estimation // Environ Monit Assess. 2011. Vol. 178. Р. 135–160.
22. Пути снижения выброса в атмосферу диоксида углерода на производственных процессах в растениеводстве / Р. Н. Хафизов, Ф. Х. Халиуллин, К. А. Хафизов и др. // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2021. Т. 16. № 3 (63). С. 38‒42.
23. Влияние пожнивных остатков на состав органического вещества чернозема выщелоченного в лесостепи Западной Сибири / И. Н. Шарков, Л. М. Самохвалова, П. В. Мишина и др. // Почвоведение. 2014. № 4. С. 473‒479.
24. Амиров М. Ф. Интенсивность усвоения углерода полевыми культурами в зависимости от технологии возделывания в условиях Республики Татарстан // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2021. Т. 16. № 3 (63). С. 14‒18.
25. Агротехнологический потенциал управления органическим углеродом чернозёмов обыкновенных в зернопаропропашном севообороте / И.Т. Хусниев, В.А. Романенков, С.В. Пасько и др. // Российская сельскохозяйственная наука. 2022. № 3. С. 38-44.
26. Влияние минимизации обработки на баланс углерода в почве в лесостепи Новосибирского Приобья / И. Н. Шарков, В. А. Андроханов, Л. М. Самохвалова и др. // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). 2023. № 1 (66). С. 99‒106.
27. Об ограничении выбросов парниковых газов: Федеральный закон Российской Федерации от 02.07.2021 г. №296-ФЗ: Принят Гос. Думой Федер. Собр. Рос. Федерации 1 июня 2021 г.: одобр. Советом Федерации Федер. Собр. Рос. Федерации 23 июня 2021 г. // Рос. газ. 2021. 07 июля.
28. Об утверждении методических указаний по количественному определению объема поглощения парниковых газов: Распоряжение Минприроды России от 30.06.2017 № 371.
29. Оценка запасов органического углерода в почвенном покрове островных экосистем Куйбышевского водохранилища / В.И. Кулагина, С.С. Рязанов, Р.Р. Шагидуллин и др. // Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. Биология. Химия. 2021. Т. 7. № 3. С. 112‒126.
30. Орлов Д. С., Бирюкова О. Н., Суханова Н. И. Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов // Почвоведение. 2004. № 8 С. 918‒926.
31. Рекомендации по сохранению и повышению плодородия почв Республики Башкортостан на 2001‒2004 годы на основе адаптивно-ландшафтного земледелия / И. К.Хабиров, В. Д. Недорезков, Ф. Х. Хазиев и др. // Уфа: БГАУ, 2000. 164 с.
1. Avetov NA, Aleksandrovskiy AL, Alyabina IO. Natsional'nyi atlas pochv Rossiiskoi Federatsii. [National atlas of soils of the Russian Federation]. Moscow: Astel': AST. 2011; 632 p.
2. Polygon of the future climate. [Internet]. Department of Natural Resources and Environmental Protection of the City of Moscow. [cited 2021, April 29]. Available from: https://climate-change.moscow/article/poligon-budushchego-klimata.
3. Kudeyarov VN, Demkin VA, Komarov AS. [Natural and anthropogenic evolution of soils, carbon cycle in landscapes in connection with climate changes and catastrophic phenomena]. Izmenenie okruzhayushchei sredy i klimata. Prirodnye i svyazannye s nim tekhnogennye katastrofy. Vol.4. Pushchino; Moscow: IFKh i BPP RAN, IFZ RAN, 2008; 13-35 p.
4. Ivanov AYu, Durmanov ND. [The battle for climate: carbon agriculture as Russia’s bet]. Ekspertnyi doklad. Expert report of Orlov M.P., Piksendeev K.V., Rovnov Yu.E. Moscow: Izd. dom Vysshei shkoly ekonomiki. 2021; 120 p.
5. Kovda VA. Osnovy ucheniya o pochvakh. [Fundamentals of the soils study]. Moscow: Nauka. 1973; Vol.1. 447 p. Vol.2. 468 p.
6. Abakumov EV, Polyakov VI, Chukov SN. [Approaches and methods for studying organic matter in soils of carboniferous polygons in Russia (review)]. Pochvovedenie. 2022; 7. 773-786 p.
7. Kurganova IN, Lopes de Gerenyu VO, Ipp SL. [Pilot carbon test site in Russia: analysis of carbon reserves in soils and vegetation]. Pochvy i okruzhayushchaya sreda. 2022; Vol.5. 2. 6-21 p. doi: 10.31251/pos.v5i2.169.
8. Belyaev VI, Arlagin AV, Dridiger VK. [World climate agenda. Soil-protective resource-saving (carbon) agriculture as a standard for interethnic and national strategies for soil conservation and agricultural carbon markets]. Mezhdunarodnyi sel'skokhozyaistvennyi zhurnal. 2022; Vol.65. 1. 421-441 p.
9. Chernova OV, Ryzhova IM, Podvezennaya MA. [Assessment of organic carbon reserves of forest soils on a regional scale]. Pochvovedenie. 2020; 3. 340-350 p.
10. Sidorova VA, Yurkevich MG, Bakhmet ON. [Modeling of the vertical distribution of carbon content in soils under different types of land use]. Mezhdunarodnyi sel'skokhozyaistvennyi zhurnal. 2023; 2 (392). 192-196 p.
11. Ivanova TN, Bagautdinov FYa, Asylbaev IG. [Changes in the content and composition of humus in leached chernozems (Luvic Chernozems) of the Southern forest-steppe of the Republic of Bashkortostan during agricultural use]. Vestnik Bashkirskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2015; 1 (33). 19-23 p.
12. Masyutenko NP, Kuznetsov AV, Masyutenko MN. [The influence of agrobiotechnologies on the reserves and composition of organic matter in typical slightly eroded chernozem]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2021; Vol.35. 10. 45-50 p.
13. Sokolov MS, Spiridonov YuYa, Glinushkin AP. [Organic fertilizer is an effective factor in soil health and an inducer of its suppressiveness]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2018; Vol.32. 1. 4-12 p.
14. Jansson C, Faiola C, Wingler A. Crops for carbon farming. [Internet]. Frontiers in Plant Science. 2021; Vol.12. 636709. [cited 2023, April 03]. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8211891/. doi: 10.3389/fpls.2021.636709.
15. Semenov VM, Kogut BM. Pochvennoe organicheskoe veshchestvo. [Soil organic matter]. Moscow: GEOS. 2015; 233 p.
16. Kudeyarov VN. [Soil-biogeochemical aspects of the state of agriculture in the Russian Federation]. Pochvovedenie. 2019; 1. 109-121 p.
17. Ivanov AL, Savin IYu, Stolbovoy VS. [Global climate and soil cover - consequences for land use in Russia]. Byulleten' Pochvennogo instituta imeni V.V. Dokuchaeva. 2021; 107. 5-32 p. doi: 10.19047/0136-1694-2021-107-5-32.
18. Sokolov MS, Glinushkin AP, Spiridonov YuYa. [Technological features of soil-protective resource-saving agriculture (in development of FAO concepts)]. Agrokhimiya. 2019; 5. 3-20 p. doi: 10.1134/S000218811905003X.
19. Ahmed J, Almeida E, Aminetzah D. Agriculture and climate change Reducing emissions through improved farming practices. [Internet]. McKinsey &Company. 2020; 45 p. [cited 2023, April 03]. Available from: https://www.mckinsey.com/~/media/mckinsey/industries/agriculture/our%20insights/reducing%20agriculture%20emissions%20through%20improved%20farming%20practices/agriculture-and-climate-change.pdf.
20. Safin RI, Valiev AR, Kolesar VA. [Current state and prospects of carbon farming development in the Republic of Tatarstan]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2021; 3 (63). 7-13 p.
21. Pandey D, Agrawal M, Pandey JS. Carbon footprints: current methods of estimation. Environ Monit Assess. 2011; Vol.178. 135-160 p.
22. Khafizov RN, Khaliullin FKh, Khafizov KA. [Ways to reduce carbon dioxide emissions into the atmosphere during production processes in crop production]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2021; Vol.16. 3 (63). 38-42 p.
23. Sharkov IN, Samokhvalova LM, Mishina PV. [The influence of crop residues on the composition of organic matter of leached chernozem in the forest-steppe of Western Siberia]. Pochvovedenie. 2014; 4. 473-479 p.
24. Amirov MF. [The intensity of carbon assimilation by field crops depending on cultivation technology in the conditions of the Republic of Tatarstan]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2021; Vol.16. 3 (63). 14-18 p.
25. Khusniev IT, Romanenkov VA, Pas'ko SV. [Agrotechnological potential for managing organic carbon of ordinary chernozems in grain-fallow crop rotation]. Rossiiskaya sel'skokhozyaystvennaya nauka. 2022; 3. 38-44 p.
26. Sharkov IN, Androkhanov VA, Samokhvalova LM. [The influence of minimizing tillage on the balance of carbon in the soil in the forest-steppe of Novosibirsk Ob region]. Vestnik NGAU (Novosibirskii gosudarstvennyi agrarnyi universitet). 2023; 1 (66). 99-106 p.
27. Ob ogranichenii vybrosov parnikovykh gazov: Federal'nyi zakon Rossiiskoi Federatsii ot 02.07.2021g. № 296-FZ. [On limiting greenhouse gas emissions: Federal Law of the Russian Federation dated July 2, 2021 No. 296-FZ]. Prinyat Gos. Dumoi Feder. Sobr. Ros. Federatsii 1 iyunya 2021g.: odobr. Sovetom Federatsii Feder. Sobr. Ros. Federatsii: 23 iyunya 2021g. // Ros. gaz. 2021. 07 iyulya.
28. Ob utverzhdenii metodicheskikh ukazanii po kolichestvennomu opredeleniyu ob’ema pogloshcheniya parnikovykh gazov. [On approval of guidelines for the quantitative determination of the volume of greenhouse gas absorption]. Rasporyazhenie Minprirody Rossii ot 30.06.2017 № 371.
29. Kulagina VI, Ryazanov SS, Shagidullin RR. [Assessment of organic carbon reserves in the soil cover of island ecosystems of Kuibyshev Reservoir]. Uchenye zapiski Krymskogo federal'nogo universiteta imeni V.I.Vernadskogo. Biologiya. Khimiya. 2021; Vol.7. 3. 112-126 p.
30. Orlov DS, Biryukova ON, Sukhanova NI. [Additional indicators of the humus status of soils and their genetic horizons]. Pochvovedenie. 2004; 8. 918-926 p.
31. Khabirov IK, Nedorezkov VD, Khaziev FKh. Rekomendatsii po sokhraneniyu i povysheniyu plodorodiya pochv Respubliki Bashkortostan na 2001-2004 gody na osnove adaptivno-landshaftnogo zemledeliya. [Recommendations for preserving and increasing soil fertility in the Republic of Bashkortostan for 2001-2004 based on adaptive landscape agriculture]. Ufa: BGAU. 2000; 164 p.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
Categories
License
Copyright (c) 2026 Vestnik of Kazan state agrarian university
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Метаданные научных статей, включая название, аннотацию, сведения об авторах, список литературы, идентификаторы и иные элементы библиографического описания для дальнейшего неограниченного использования, передаются в редакцию с правом их неограниченного использования на условиях открытой лицензии Creative Commons Attribution (CC BY).
