Потепление климата в течение последних десятилетий является общемировой тенденцией, связанной с антропогенными выбросами парниковых газов. Согласно научным данным, за последние 150 лет (с момента начала систематического наблюдения за погодой) средняя глобальная температура повысилась примерно на 1,2 °C и продолжает неуклонно расти, набирая + 0,2 °C каждые десять лет [1].
Для того чтобы предотвратить угрозу для человечества, необходимы технологии изъятия из атмосферы накопленного CO₂. С этой целью создаются карбоновые фермы, производственный процесс которых основан на естественном природном углеродном цикле. Объем поглощенного растениями углекислого газа пересчитывается в углеродные единицы (1 УЕ = 1 т СО2 в год), которые в дальнейшем продаются на бирже. Покупателями УЕ выступают юридические лица, имеющие дело с применением газа, нефти и угля и стремящиеся к достижению углеродной нейтральности (то есть к тому, чтобы вред от их деятельности 100% компенсировался климатическими проектами – прим.ред) [2].
В России карбоновые фермы стали появляться сравнительно недавно и связаны они по большей части с лесовыращиванием [3].
По данным Рослесинфорга, наиболее интенсивными поглотителями являются лиственные древесные породы: осина — до 3,6 т СО2 в год/га; береза — до 3,3 т СО2 в год/га и дуб — до 3,2 т СО2 в год/га. За ними расположились хвойные древесные породы: сосна – до 2,4 тонн СО2 в год/га; ель и пихта – до 2 тонн СО2 в год/га; кедр – до 1,8 тонн СО2 в год/га; лиственница – до 1,8 тонн СО2 в год/га [4]. Таким образом, количество поглощенного смешанными лесами углерода не превышает 4 тонн с 1 га в год [5].
Стоит также отметить, что способность лесных массивов к поглощению СО2 определяется множеством факторов:
– природно-климатические условия (продолжительность зимы, температурный и ветровой режимы, осадки, инсоляция)
– состав и водообеспеченность почвы
– видовое представительство
– возраст растений
– деятельность человека (вырубка, пожары)
– воздействие вредителей и болезней [1]
Все это в совокупности определяет нестабильность лесных экосистем всеквестрации углерода (связывание атмосферного углекислого газа в виде почвенного органического углерода – прим.ред.) и в конечном счете может приводить к положительному углеродному балансу. Так, например, при пожарах в таежных сосновых и лиственничных лесах эмиссия углерода колеблется от 2.3 до 15.8 т/га в зависимости от интенсивности пожара, что в несколько раз может превышает эффект декарбонизации [7].
Что касается рентабельности, то выращивание лесов сопряжено с рядом издержек. Деревья растут медленно, особенно в первые годы жизни, и требуют регулярного ухода, включая полив, подкормку и обрезку. Кроме этого, они подвержены различным заболеваниям и вредителям, а значит, потребуются дополнительные расходы на их защиту и лечение. Также стоит учесть затраты на приобретение саженцев, подготовку почвы и оплату труда специалистов по уходу за деревьями [1].
Таким образом, с точки зрения бизнес-стратегии, выращивание местных лесных культур является долгосрочным проектом, требующим терпения и немалых инвестиций. В поисках альтернативных вариантов российскими учеными уже создано несколько карбоновых полигонов в Калужской, Тюменской и Свердловской областях, на которых тестируются интродуценты (растения, переселённые в местность, где они раньше не существовали – прим.ред.) и быстрорастущие гибриды местных растений [8]. Рассмотрим некоторые из них.
Лен
Выращивание льна в России имеет давнюю историю. Первые упоминания о его возделывании встречаются в летописях III—V веков. Культура была распространена в Новгородской и Псковской землях [9].
В XV-XVI веках в России появились первые льняные мануфактуры, и льноводство приобретает промышленные масштабы.
В XVIII веке производство льна развивается быстрыми темпами. Появляются новые сорта, улучшилась технология обработки растений. К концу XIX века Россия становится крупнейшим мировым производителем и экспортером льнопродукции [9].
В период гражданской войны производство льна сокращается, в связи с падением спроса на парусину и внедрением более дешевых хлопчатобумажных тканей. К тому же на тот момент льноводство было самой технически отсталой отраслью текстильной промышленности, из-за чего удавалось перерабатывать только треть сырья – остальное вывозилось за границу [9].
Восстановить дореволюционные показатели получилось только во время коллективизации в конце 20-х годов XX века, когда были построены новые современные предприятия льняной промышленности [9].
Существенный удар на льноводство в России нанесли времена перестройки и распад СССР. Лишившись значительных посевных площадей, комбинаты были вынуждены работать на импортном сырье, из-за чего быстро банкротились. Такое производство оказалось нерентабельным [9].
В настоящее время на фоне актуальной углеродной повестки история выращивания льна в России приобрело новый виток. Данная культура была выбрана для тестирования на карбоновых полигонах, как одна из самых перспективных [10].
Лен быстро растет (2-4 недели) и способен удерживать около 3,7 тонн CO2 с 1 га плантации в год. Поглощаясь растением во время роста, углерод частично отдается при использовании отходов производства для отопления или при перегнивании подстилки. Но в следующем году углерод снова поглощается растением, таким образом общее количество углерода в атмосфере не увеличивается [11].
Также стоить отметить высокую адаптированность льна к низким температурам, что позволяет возделывать его в северных широтах России и Сибири [12].
Ограничениями в выращивании данной культуры являются:
1) Влаголюбивость. Для выращивания льна лучше всего подходят влажные места, где количество годовых осадков не менее 650 мм;
2) Требовательность к почвам. Для льна лучше подходят легкие почвы, ближе к песчаным, чем глинистым;
3) Необходимость ежегодной посадки в новые места. Длинные корни льна проникают глубоко в почву и забирают из нее много калия и азота, поэтому на одном и том же поле его сеют не ранее, чем через 6-9 лет;
4) Потребность в удобрении. Высокая потребность льна в питательных веществах обуславливает необходимость внесения калиевых и натровых удобрений;
5) Необходимость привлечения спецтехники [12].
Техническая конопля
Еще одной позабытой для России культурой является конопля. История ее выращивания берет свое начало с VII века. Ее использовали преимущественно для производства одежды, обуви, канатов, бумаги и других изделий. Уже позднее было налажена технология получения конопляного масла, которое использовалось в кондитерском и консервно-рыбном производстве, а также в изготовлении лучших сортов олифы и масляных красок [13].
До 30-х годов XX века конопля являлась приусадебной культурой мелкого единоличного хозяйства, и только с 1931 г. в стране началась планомерная работа по селекции, агротехнике и семеноводству данной культуры. За годы советской власти коноплеводство широко продвинулось в новые районы [13].
В 1987 г. решением Совета Министров СССР культивирование конопли на территории страны было приостановлено из-за содержащихся в ней наркотического алкалоида – тетрагидроканнабиола. Данный запрет стал толчком для селекции безнаркотических форм культуры, выращивание которых стало доступно только в 2007 году [13].
Настоящим возрождением конопли можно считать 2017 год, когда площади посева безнаркотических сортов культуры составили около 4 тыс. га. и Россия вновь стала крупнейшим импортером натурального волокна [13].
В настоящее время интерес к технической конопле обусловлен не только промышленными нуждами, но и ее положительным влиянием на экологию, ведь данная культура секвестируетот 8 до 15 тонн СО2 с 1 га плантации в год [14].
Минусы выращивании технической конопли:
– Зависимость от погодно-климатических условий. Конопля довольно теплолюбивая культура, и даже небольшое похолодание в период интенсивного роста задерживает рост растений, но вместе с тем, она может вынести кратковременные понижения температуры до -6 °C;
– Влаголюбивость. Конопля относится к числу влаголюбивых культур. На образование 1 центнера сухого вещества конопля расходует воды вдвое-трое больше, чем зерновые;
– Требовательность к качеству почвы. Пригодными угодьями для конопли считаются речные поймы и торфяники, а также черноземные, темно-серые и светло-серые почвы;
– Необходимость внесения удобрений. Неравномерное поглощение коноплей питательных веществ в течение вегетационного периода, а также сравнительно слабое развитие корневой системы обуславливают высокие требования к наличию в почве питательных веществ в легкодоступной форме;
– Уязвимость к вредителям и болезням. Расширение площадей под посевы конопли делает ее уязвимой для многих потенциально опасных болезней, вредителей, сорняков, из-за чего следует учесть дополнительные расходы на обработку растений пестицидами;
– Ежегодные посадки, т.к. растение является однолетним;
– Траты на спецтехнику [15, 16].
Амарант хвостатый
Сравнительно новой культурой для нашей страны является амарант хвостатый. Родиной этого растения считается Южная Америка и Африка, где оно выращивалось как ценная кормовая и продуктовая культура. В Россию амарант был завезен во второй половине XIX века и стал широко применяться садоводами и цветоводами для озеленения участков. В 2021 году растение было выбрано для исследований на карбоновом полигоне «Карбон- Урал» [21, 22].
Главными преимуществами амаранта хвостатого являются:
– быстрый рост (по 3 – 5 см в сутки!);
– может расти в условиях засухи и жары и на засоленных почвах;
– не подвержен вредителям и болезням;
– дает самосев, при этом семена сохраняют всхожесть в течение 10 лет;
– относится к растениям класса «С4-фотосинтез», что позволяет амаранту эффективно продуцировать биомассу, прежде всего в условиях недостатка влаги.
Ограничениями в выращивании данного растения могут стать:
– траты на выращивание рассады;
– низкая морозостойкость;
– необходимость удобрения;
– риск инвазивности;
– низкая производственная ценность, т.к. в средней полосе России не вызревает; используется только в декоративных целях.
– ежегодная посадка, так как растение однолетник
Горец Вейниха
Еще одна экзотическая культура на карбоновых полигонах – горец Вейниха [25]. Данное растение родом с восточного побережья Азии. Первые попытки выращивать его в России были предприняты в конце XIX века в Ботаническом саду Петербурга [24].
Данная культура отличается:
– продолжительным сроком жизни растений -10-15 лет;
– самовозобновлением популяции семенным и вегетативным способом;
– нетребовательностью к почвам (оптимальными считаются среднесуглинистые и супесчаные);
– теневынослив, относится к растениям длинного дня;
– морозостойкостью (корневища способны выдерживать морозы до -35 °С);
– устойчивостью к засухе;
– высокой урожайностью (35-75 т/га);
– высокой кормовой ценностью для рогатого скота [24].
Среди минусов в выращивании горца Вейниха можно выделить:
– влаголюбивость;
– в первый год медленно растет и угнетается сорными растениями, в связи с чем требуется прополка и обработка гербицидами;
– потребность в удобрении;
– риск инвазивности;
– низкий производственный потенциал (используется только как декоративная или кормовая культура) [26].
Мордовник шароголовый
Мордовник шароголовый представляет собой высокорослый травянистый многолетник. Он успешно приживается в различных климатических зонах. Поэтому в естественной среде встречается на территории Европы, Кавказа, Урала и Сибири [27].
Главными достоинствами данного растения являются:
– самоопыление, из-за чего может расти на одном месте до 20 лет;
– жаростойкость;
– морозостойкость (выдерживает температуру до -40 °С);
– не требует ухода;
– лекарственная ценность (его компоненты входят в препарат «Эхинопсин»);
– медопродуктивность (800-1000 кг/га) [27].
Минусы выращивания:
– инвазивность, склонен к разрастанию и вытеснению других культур;
– светолюбивость, болеет в темных местах;
– не переносит влажных и тяжелых почв [28].
Павловния
Павловния, известная также как «Адамово дерево», веками росла в Китае и Японии и была завезена в Европу в XIX веке. В Россию данное растение попало лишь в начале ХХ столетия. Согласно документам, первые попытки выращивать павловнию проводились в Императорском ботаническом саду Петра Великого в 1911 году, но все они оказались безуспешны. Дело в том, что это растение оказалось довольно теплолюбивым, и высаженные в открытый грунт деревца на северо-западе России просто- напросто вымерзли. Повторные попытки интродукции «Адамового дерева» предпринимались в 1956, 1964 и 1993 годах, но также оказались безуспешными [17].
В наши дни в России павловнию можно встретить на Кубани и Кавказе, в Ставропольской и Калининградской областях, а также на юге Приморья. Быстрый рост, красивая крона, обильное цветение и долгий срок жизни (70-100 лет) делают ее перспективной культурой для озеленения городских пространств, а легкая и пожароустойчивая древесина павловнии отлично подходит для изготовления строительных материалов [17, 18].
Помимо всего прочего, павловния является настоящей «фабрикой кислорода», что послужило причиной для ее использования в карбоновых проектах [19]. Дело в том, что данное растениеобладает очень большой ёмкостью переработки СО2, благодаря своим огромным листьям, диаметр которых может составлять от 45 до 75 см. Так, крона одного дерева поглощает в среднем 22 кг углекислого газа и освобождает 6 кг кислорода за год. Таким образом, за 12 месяцев посадка площадью в 1 га секвестрирует почти 30 тонн СО2 и задерживает 1000 тонн пыли [17].
Несмотря на все эти преимущества, выращивание павловнии сопряжено с рядом издержек:
– павловния имеет низкие перспективы распространения за пределами южных территорий РФ: учеными из Ставропольского ботанического сада им. В.В. Скрипчинского было установлено, что параметры павловнии войлочной (высота и диаметр ствола), произрастающей в Московской области и Ставропольском крае, значительно отстают от параметров данной культуры, культивируемой в южных регионах страны;
– данное растение чувствительно к условиям произрастания: его следует высаживать в защищенных от ветра местах со средним или высоким увлажнением, но не заболоченных и не засоленных;
– как экзотическое растение, требует особого ухода и внимания со стороны садоводов, что увеличивает затраты на выращивание посадочного материала и техническое обслуживание [17, 20].
Мискантус Гигантский
Мискантус Гигантский – стерильный триплоидный гибрид из семейства Злаковые, полученный в результате скрещивания Мискантуса Китайского и Мискантуса Сахароцветкового [5]. Интерес к этому растению в России возник совсем недавно – только в начале 2000-х годов. На данный момент отечественными селекционерами уже выведено несколько сортов вида «Мискантус Гигантский», которые адаптированы к климатическим условиям нашей страны [29].
Отличительными особенностями Мискантуса гигантского являются:
– принадлежность к растениям класса «С-4 фотосинтез», благодаря которой поглощает до 26 тонн с 1 га плантации за год!
– отрицательный углеродный след (поглощает CO2 из атмосферы больше, чем выделяет обратно при сжигании – прим. ред.);
– быстрый рост;
– долгий срок жизни одного куста, 20-25 лет;
– неинвазивность, т.к. семена гибрида стерильны;
– способность расти на низкоплодородных почвах;
– неприхотливость в уходе;
– устойчивость к болезням и вредителям;
– высокая урожайность (1 растение = 15 кг сухого сырья, с 1-ого Га плантации ежегодно собирается 15-18 тонн сухой биомассы);
– схожесть химического состава с древесиной;
– высокая производственная ценность: сырье можно использовать в сельскохозяйственной, бумажно-целлюлозной, энергетической и строительной промышленности;
– способность к очищению и восстановлению почв [5].
Издержками выращивания данной культуры являются:
– затраты на приобретение посадочного материла;
– неотработанность технологий возделывания [29].
Таким образом, проведенный анализ показывает, что мискантус гигантский заслуживает особого внимания как наиболее перспективное растение для карбоновых ферм. Его способность к поглощению углерода и положительное влияние на окружающую среду делают его лучшим выбором среди рассмотренных вариантов. Мискантус адаптирован к различным условиям произрастания и является универсальным кластерным сырьем, что позволит карбоновым фермам извлекать дополнительную выгоду от выращивания данной культуры.
Авторы статьи – Анисимова Елена, Лукина Любовь
Список источников: