Б.Г. Фёдоров ВЫБРОСЫ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА: УГЛЕРОДНЫЙ БАЛАНС РОССИИ

Б.Г. Фёдоров
ВЫБРОСЫ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА:
УГЛЕРОДНЫЙ БАЛАНС РОССИИ
В статье разработан метод расчета углеродного баланса России как составной части
глобального баланса. Согласно расчетам, за период с 1990 по 2010 г. поглощение углекислого газа
биотой суши РФ и океаном превышало выбросы с территории РФ на 6,6 ГтС. Однако анализ
официальных материалов показал, что Россия в те годы была эмиттером углекислого газа, который
пополнил атмосферу в объеме 6,5 ГтС.
Актуальность проблемы. Процесс подготовки нового международного климатического соглашения вызвал следующую алармистскую волну, связанную с потеплением климата. Повод для этого весьма весомый – концентрация парниковых
газов (ПГ) в атмосфере достигла «критической» величины: 400 ppm (молекул СО2
на миллион молекул сухого воздуха).
В 2013 г. Комиссия ООН объявила о 95-процентной уверенности в том, что основной причиной наблюдаемого с 1950-х годов глобального потепления является человеческая деятельность [1]. Министерством природных ресурсов и экологии РФ была разработана и утверждена распоряжением Президента РФ 17 декабря 2009 г. Климатическая доктрина Российской Федерации [2]. Правительству при проведении политики по вопросам
возможного глобального и регионального изменения климата и его последствий предписано руководствоваться положениями Климатической доктрины.
В связи с этим одной из острейших и дискуссионных является проблема составления национального научно-обоснованного баланса потоков СО2 с целью оценки
технико-экономических процессов, связанных с выбросами СО2.
Глобальные потоки. Российские антропогенные выбросы поступают в атмосферу и, потеряв свою национальную принадлежность, мигрируют по тем же направлениям, что и глобальные антропогенные газы. Поэтому рассмотрим динамику
глобальных потоков антропогенного СО2 в системе суша↔атмосфера↔океан. Миграция углерода, которая происходила в природе до индустриализации мирового
хозяйства отражена на рис. 1 [3].
Атмосфера 600
гетеротрофное
дыхание 55
обмен СО2 74
Чистая
первичная
продукция 55
Биосфера суши
Биомасса
850
почва
1,080
РНУ океана
морская
биота
РОУ и ВОУ
деревья
трава
пустыня
отложения СаСО2
Рис. 1. Схема глобальных потоков углерода в доиндустриальный период:
Величины углеродных емкостей имеют размерность ГтС, потоков – ГтС/год (1Г=109)
На рис. 1 все потоки в системе суша↔атмосфера↔океан уравновешены, источники эмиссии CO2 и его поглотители являются естественными, в атмосфере находится
63
Б.Г. Фёдоров
600 ГтС. Концентрация СО2 оценивается в 240 ppm. Биота суши в процессе фотосинтеза
поглощает СО2 из атмосферы (NPP – net primary production) в объеме 55 ГтС/год; такой
же объем поступает из суши в атмосферу в виде дыхания растений (Rh – heterotrophic
respiration). Обмен через границу атмосфера↔океан также уравновешен – 74 ГтС/год.
Состояние системы, когда потоки уравновешены, круговорот замкнут и экзогенные воздействия отсутствуют, условились считать квазистационарным.
С началом индустриализации мирового хозяйства появился индустриальный
СО2 как побочный продукт промышленных технологий. Динамика нарастания выбросов СО2, поглощения биомами суши и океаном и задержка его в атмосфере показана на рис. 2 [1; 4]; в последнее столетие постоянно увеличивался новый поток –
обезлесивание (deforestation).
выбросы
обезлесивание
СО2 атмосферы
суша
океан
поглощение
Поток СО2 (ГтС/год)
Выбросы от сжигания ископаемого топлива
остаток
5 моделей
Годы
Рис. 2. Динамика глобальных антропогенных эмиттеров и поглотителей углекислого газа
За последние шесть десятилетий темпы выбросов СО2 увеличились в 4 раза, в то же
время скорость поглощения СО2 биотой суши и океаном возросла в 3 раза.
Антропогенный CO2 распространяется в атмосфере по тем же законам, что и природный СО2. В атмосфере СО2 распределяется равномерно. Из атмосферы одна его часть поглощается океаном, другая – биомами суши. Но динамика поступления в атмосферу ПГ
такова, что равновесие системы, существовавшее в доиндустриальный период, меняется,
распределение потоков в системе суша↔атмосфера↔океан становится иным.
Назрела необходимость самостоятельно рассматривать миграцию природного и
миграцию антропогенного углерода. На рис. 3 показаны потоки естественно-природного углерода на Земле и антропогенного углерода в 1990-х годах [5].
В сравнении с квазистационарным состоянием (см. рис. 1) эта ситуация (рис. 3) другая.
В замкнутую систему суша↔атмосфера↔океан начал поступать антропогенный СО2.
Атмосфера. К 1990 г. в атмосферу к уже имевшемуся естественному объему СО2
(597 ГтC) добавился антропогенный СО2 (165 ГтC), занявший почти треть карбонного
пространства и дополнительно согревающий атмосферу. В связи с этим человечество
требует осуществления антипарниковых мер.
Проанализируем показатели баланса глобальных антропогенных потоков СО2 базового 1990 г. В базовом году глобальный антропогенный поток равнялся 8,0 ГтС. Он составил 6,7% (8,0:(70,6+119,6)) общего, естественного потока СО2 в атмосферу от океана и
суши и состоял из выбросов СО2, возникших в основном при сжигании топлива (6,4 ГтС)
и эмиссии, связанной с изменением землепользования (Land Use Change) в объеме
64
Выбросы углекислого газа: углеродный баланс России
(1,6 ГтС). Другие составляющие баланса – это поглощение сушей (Land Sink) (2,6 ГтС) и
результирующий поток из атмосферы в океан в (2,2 ГтС (22,2-20,0). Таким образом, в
атмосферу дополнительно поступили 3,2 ГтС (8,0-2,6-2,2), а концентрация СО2 в ней
увеличилась до 343 ppm.
Атмосфера
GPP
Сток СО2
Землепользование
Дыхание
растения, почва, детрит
чистая первичная продукция
???
Сжигание топлива
Поверхностные
толщи океана
Реки
Морская
биота
Выветривание
Промежуточный и
Глубинный океан
Накопление углерода
Донные отложения
Рис. 3. Глобальные потоки углерода в 1990 г.
Размерность содержания углерода в резервуарах – ГтС, потоках – ГтС/год
На рис. 4 показаны средние потоки СО2 за 2002-2011 гг. [1; 6]. В этот период
выбросы увеличились на 1,3 ГтС/год [(8,3+1,0)-(6,4+1,6)], при том что атмосфера
приобрела на 0,6 ГтС/год (3,2-2,6) меньше, а поглощения биотой суши возросли на
1,7 ГтС/год (4,3-2,6)!
Глобальный
углеродный баланс
Сжигание
топлива
Накопление
в атмосфере
Изменение
в землепользовании
Поглощение
сушей
Поглощение
океаном
Геологические
емкости
Рис. 4. Глобальные антропогенные углеродные потоки в среднем за период
2002-2011 гг. (ГтС/год)
65
Б.Г. Фёдоров
Сведем в табл. 1 данные рис. 3 и 4.
Таблица 1
Баланс выбросов в атмосферу и потоки в биоту суши,
океан и накопление в атмосфере
Показатель
1990-е годы
ГтС/год
%
Среднее за
2002-2011 гг.
ГтС/год
%
Выбросы
изменение
землепользования
индустриальные
6,4
80
8,30,4
90
Поглощение
Накопление
в атмосфере
1,6
20
3,2
40
1,00,5
10
2,60,8
46
суша
океан
2,6
33
2,2
27
4,30,1
28
2,50,5
26
К 2011 г. объем суммарного антропогенного CO2 достиг 8% его естественного
годового объема.
Биота суши. Естественная биота способна с высокой степенью надежности
поддерживать пригодное для жизни состояние окружающей среды, и динамика
биоты однонаправленная – как утверждают эксперты Экологической программы
ЮНЕП, эта биота не истощается – за период с 1982 по 1999 г. биосфера планеты
«заметно озеленилась». «Количество энергии, производимое растениями путем
фотосинтеза – минус то, что они используют для дыхания, – увеличилось в мире
примерно на 6% за два последних десятилетия ХХ столетия» [7]. Динамика поглощения СО2 глобальной биотой отражена на рис. 5 [1; 4].
ГтС
5
4
3
2
1
0
Год
-1
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
Рис. 5. Глобальное поглощение углекислого газа биотой суши
Из анализа данных рис. 5 следует, что в период с 1959 по 2010 г. значительно менялись величины поглощения СО2 биотой: от минусового значения (-0,47 ГтС в 1987 г.) до
максимального 4,20 ГтС в 1991 г. при среднегодовом росте за этот период, равном (2,71,05):51=0,03 ГтС/год, или (0,03 ГтС/год:1,05 ГтС/год х100%) 2,9% ежегодно.
Океан. Океан, как губка, «впитывает» из атмосферы СО2, который затем трансформируется в угольную кислоту и постепенно, как происходило в доиндустриальную эпоху, нейтрализуется. Однако большое количество СО2, поступившее в
океанические воды за короткое время, нарушило кислотно-щелочной баланс. Подобные темпы повышения кислотности океана не наблюдались за все историческое
время. Динамика поглощения СО2 океаном показана на рис. 6 [1; 4].
66
Выбросы углекислого газа: углеродный баланс России
ГтС
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
2020
Год
Рис. 6. Глобальное поглощение углекислого газа океаном
Поглощение океаном СО2 перманентно росло со скоростью [(2,5 – 1,5) : (2010 –
1962)]=0,02 PgC/yr=0,02 ГтС/год, или (0,02 ГтС/год:1,5 ГтС/год х 100%) на 1,3%
ежегодно.
Из анализа рис. 3, 4 и табл. 1 следует важный факт: океан на протяжении десятилетий поглощал 27% антропогенных глобальных выбросов, часть которых составляют российские потоки.
Российские потоки СО2. Оценка углеродного баланса России проводилась с начала 1990-х годов в рамках Специальной государственной программы под руководством академика Н.П. Лаверова; ее биологический блок возглавлял академик
Г.А. Заварзин [8]. Объектами оцениваемых потоков углекислого газа России являлись индустриальные выбросы и биомы.
Согласно новейшим исследованиям, проведенным в Институте физикохимических и биологических проблем почвоведения РАН [9] «современный баланс
углерода на территории России можно оценить в диапазоне 0,5-1,0 ГтС/год, т. е.
страна выступает абсолютным накопителем диоксида углерода в атмосфере».
Расчеты за 2000 г. А.В. Филипчука и Б.Н. Моисеева [10] показали, что ежегодное
накопление углерода только в российских лесах полностью компенсирует его суммарную промышленную эмиссию.
Российские антропогенные выбросы, поступая в атмосферу вместе с выбросами
в других странах, формируют глобальный поток. Это в основном выбросы от энергетических предприятий, а также от технологических процессов в промышленности. Динамика
индустриальных выбросов показана на рис. 7, который построен по материалам
Национального доклада РФ о кадастре [11] суммированием данных о выбросах СО2 при
сжигании топлива (табл. 3.3) и выбросах в производстве продукции из минерального
сырья (табл. 4.2).
Общий объем индустриальных выбросов за период 1990-2010 гг. составил 9,2 ГтС,
из них объем потока СО2 при сжигании топлива оценен в 97%.
В нашем изложении оценки выбросов при пожарах и рубках леса учитываются самостоятельно (по аналогии с потоком в глобальном балансе) в составе антропогенных
выбросов аналогично индустриальным выбросам. Динамика этих выбросов показана
на рис. 8 (см. [11-12]).
Всего за два десятка лет выбросы и эмиссия от пожаров составили 3,3 ГтС;
эмиссия от срубленной древесины – 1,3 ГтС, а за вычетом экспорта лесной продукции (20%) – 1,0 ГтС, итого – 4,3 ГтС. Суммарный объем выбросов составил 13,5
ГтС (9,2+3,3+1,0). В 2010 г. всего выбросов в расчете на россиянина пришлось 4тС,
в том числе индустриальных – 2,9 тС.
67
Б.Г. Фёдоров
Выбросы, МтС
800
600
400
200
0
1990
1995
2000
2005
2010
Год
Рис. 7. Динамика российских выбросов при сжигании топлива и
в производстве продукции из минерального сырья
МтС
1000
800
600
400
200
0
1990
1995
2000
2005
2010
Год
Рис. 8. Динамика выбросов при сжигании топлива и в производстве продукции
из минерального сырья + при пожарах, + эмиссия рубки леса:
–– выбросы+пожары+рубка леса; –– выбросы + пожары;
–– выбросы при сжигании топлива и переработке сырья
Накопление углерода. Антропогенные выбросы СО2 поглощаются биомами
суши, океаном, а также задерживаются в атмосфере. Проанализируем эти потоки.
Наиболее изучены в качестве резервуаров-хранилищ углерода и стоковпоглотителей СО2 леса.
Леса России. На заседании президиума Госсовета Президент РФ охарактеризовал
роль российских лесов следующим образом [13]: «Леса занимают 69 процентов ее территории, это 25% процентов, четверть мирового лесного покрова. Самые мощные зеленые «легкие» земли, самые мощные зеленые «легкие» всей планеты. Можно сказать,
что это ключевой фактор поддержания экологического равновесия на планете.
Такое глобальное значение российского леса умножает ответственность по его
сохранению и воспроизводству, тем более что он является экологическим каркасом
нашей планеты, колоссальным ресурсом для экономики, для экономического роста, для повышения благосостояния и укрепления здоровья наших граждан»ы.
Оценка экономической и экологической роли российских лесов в национальной
и мировой системах природопользования должна включать ее оценку в глобальном
формировании климата. Главной характеристикой роли лесов в этой области является в первую очередь фотосинтетическая способность лесного биома. МГЭИК
ООН для расчетов годичного депонирования углерода в лесах предложила два
68
Выбросы углекислого газа: углеродный баланс России
уравнения (см. [14]): по разности запасов (уравнение 3.2.3) и по среднему приросту
запаса (уравнение 3.2.5). В основе своей они просты и логичны.
Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации
лесного хозяйства (ВНИИЛМ) разработал методику расчета продуктивности российских лесов по чистому ежегодному приросту запаса стволовой древесины. Рассмотрим расчеты продуктивности лесов по чистому ежегодному приросту запаса стволовой
древесины, выполненные А. Н. Филипчуком и Б. Н. Моисеевым [10; 15; 16].
В экологии скорость депонирования фитомассы, или чистая продуктивность
экосистем (NEP), определяется как разность между чистой первичной продуктивностью растений (NPP) и гетеротрофным дыханием (Rh). Прямые измерения величин NPP и Rh на больших территориях практически невозможны. Обычно их значения получают на основе замеров на экспериментальных площадях, и эти данные
используют для расчета показателей в сравнительно однородных ареалах.
В реальных измерениях величину NEP получают суммированием годовых приростов запасов живой и мертвой фитомассы (без органики почв), так как точно измерить текущую (годовую) NEP не представляется возможным даже на детальных
пробных площадях. Практически соотношение годичных приростов фитомассы и
NEP лесов определяется следующим образом:
(1)
NEP = NPP – Rh ≈ ∆Live + ∆Mort ≈ STOCKL+M / AGE,
где NEP – чистая экосистемная продукция, или прирост живой и мертвой фитомассы; NPP – чистая первичная продукция биома; Rh – гетеротрофное дыхание; ∆Live ,
∆Mort – чистый прирост запаса соответственно живой и мертвой фитомассы;
STOCKL+M – запас углерода живой и мертвой фитомассы; AGE – средний возраст
древостоев биома.
Основной параметр расчетов – скорость годового накопления фитомассы, или
чистая продукция экосистем (NEP) – получена путем деления суммарного запаса
живой и мертвой фитомассы на средний возраст древостоев. Величина среднего
прироста приведена в лесохозяйственных регламентах, лесных планах и Государственном лесном реестре (ГЛР). В этом случае NEP равен сумме первичной продукции запаса древостоя (кора, корни, ветви, листва или хвоя) и прироста запаса
мертвой фитомассы за вычетом потерь углерода в результате разложения отмершей органики, т.е. продукции, перешедшей в опад (листья, ветки, сучья, кора,
цветки, плоды, семена и др.) и отпад (сухостой, валежник, порубочные остатки,
неокоренная древесина).
Расчеты, выполненные на основе информации ГУЛФ (Государственного учета
лесного фонда) и ГЛР, показывают, что с 1990 по 2008 г. NEP лесов России возрос
с 570 МтС/год до 619 МтС/год. Это означает, что продуктивность лесов за 18 лет
увеличилась на 8,6%, или ежегодно росла на 0,48% [10; 15; 16].
В работах [17, 18] отмечается, что увеличение продуктивности лесов России
было вызвано ростом концентрации СО2, повышением температуры воздуха и увеличением осадков. Продуктивность лесов (NPP) России возрастала в течение последнего
полувека со скоростью 0,2-0,5% в год. По исследованию Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН вегетационный период для азиатской
части России увеличился на 4-6 дней за период с 1975 по 2005 г. Динамика количества
осадков в этой области характеризуется положительным трендом – 5-15 мм/10 лет.
Отмечена тесная связь продуктивности лесов с продолжительностью вегетационного
периода развития и роста растений [19].
К подобному выводу пришли и экологи США на основе обмера деревьев в лесах на Атлантическом побережье. Было выявлено, что более 90% деревьев за
22 года (таксацию начали в 1987 г.) росли в 2-4 раза быстрее прогнозируемого
69
Б.Г. Фёдоров
тренда. В это же время концентрация CO2 повысилась на 12%, средняя температура – на 0,3°C, вегетационный период удлинился на 7-8 дней [20].
Ученые австралийского Государственного объединения научных и прикладных
исследований (CSIRO) обнаружили, что с насыщенностью атмосферы углекислым
газом увеличилась листва на кронах деревьев пустынь и саванн на 11% в период с
1982 по 2010 г. Подобный результат исследователи отметили в засушливых районах Австралии, Северной Америки, Ближнего Востока и Африки [21].
Рассмотрим расходную сторону углеродного бюджета леса. Леса, являясь
живым элементом биосферы, подвержены болезням и внешним воздействиям. Эти
факторы учитываются в экологии в виде показателя нетто-депонирования (чистая
биомная продукция – NBP; Net Biome Production). В углеродном бюджете ареала
NBP имеет вид:
NBP = NEP – Loss,
(2)
где Loss – потери (эмиссия) углерода при рубках древесины, лесных пожарах, в очагах
вредителей и болезней леса, при сжигании отходов при рубке и отопительных дров.
В перечень потерь углерода лесов (Loss), составленный МГЭИК, вошли факторы
жизни леса как естественные (не антропогенные, биологические), так и связанные с хозяйственным использованием его ресурсов. Согласно этому перечню, чем больше объем
рубок, тем меньше результат депонирования углерода лесами, т. е. углеродонакапливающие способности леса снижаются по мере увеличения объемов рубок. Фактически
показатель NEP за последние десятилетия увеличивался при росте объема рубок [22].
Одна из объясняющих это явление причин – изменение возрастных групп лесов.
С 1966 г., т. е. в течение четырех с половиной десятилетий, леса «помолодели» на 19%.
За это время доля молодняков и средневозрастных лесов в общей площади лесов увеличилась с 26,5% в 1966 г. до 45,5% в 2010 г.; при этом произошло снижение на 20% доли
спелых и перестойных лесов: с 63% в 1966 г. до 43% в 2010 г. Поскольку растительность
делянок поглощает СО2 в 3-6 раз более интенсивно, чем срубленные спелые и перестойные древостои, то величина NEP лесной территории возрастает.
В этой связи важно учесть, что при расчетах депонирования углерода по действующей методике несколько смещаются понятия запаса и прироста древесины.
Заготавливается в основном спелая древесина. Эти леса биологически созрели, и
их рубка уменьшает запасы лесного фонда. По определению, NEP снижается не на
величину, равную фактическому годовому объему рубок древесины старших возрастных групп, а на размер годовых потерь фотосинтезирующей способности срубленных деревьев – в этом случае (в условиях первичной сукцессии) чистая продукция леса
снижается. Но при дальнейшей жизнедеятельности лесосек нарушенные участки зарастают травами и бурно растущими кустарниками и деревьями, которые ассимилируют
углерод эффективнее спелых деревьев. Иными словами, происходит расширенное воспроизводство депонирующей способности вырубок – чем интенсивнее молодняки заменяют срубленные леса, тем больше углеродонакапливающая способность нарушенной
территории. В результате вторичной сукцессии (процесса восстановления на делянках
растительности после рубки древостоя) NEP делянок увеличивается.
Рубка древостоев, использование ресурсов делянок, а также поджоги леса – это
экзогенные факторы жизнедеятельности леса. Поэтому эмиссию от этих воздействий следует отнести к антропогенным выбросам. При таком подходе показатель
Loss необходимо разделить на эколого-биологическую систему и хозяйственное
использование древостоя.
Лес как эколого-биологическая система. Биопродуктивность и накопление фитомассы являются исходной базой для изучения депонирования углерода в лесных экосистемах. В ходе сукцессии общая биомасса экосистемы вначале возрастает, но затем тем70
Выбросы углекислого газа: углеродный баланс России
пы этого роста снижаются, и на стадии климакса биомасса системы стабилизируется. На
первых этапах сукцессии чистая продуктивность сообщества относительно высока.
Потерям карбонных способностей леса способствуют болезни и действия вредителей. Эти факторы проявляются в виде локальных и временных вспышек. Так, в 2008 г.
общая площадь леса, зараженная вредителями и подверженная болезням, достигала
3,7 млн. га. В этом случае эмиссия углерода составила всего 2 МтС (проявления носят
явно выраженный циклический характер).
Эколого-биологическая оценка жизнедеятельности леса приведена в табл. 2.
Таблица 2
Эколого-биологическая оценка жизнедеятельности лесов России, МтС
Показатель
NEP
NEP растительности делянок
Вредители и болезни леса
Итого накопление СО2
1990 г.
570
1
-7
564
2000 г.
600
2
-32
570
2008 г.
619
1
-2
618
Накопление в лесах России углерода с годами увеличивалось – в целом за 20 лет российские леса усвоили 11,8 ГтС. В этой связи следует внимательнее рассмотреть предложение академика А. С. Исаева на заседании Президиума РАН по докладу Г.А. Заварзина
и В.Н. Кудеярова: «если мы хотим использовать наши леса в интересах «продажи углерода», то мы должны вести специальное углеродное лесное хозяйство. И «углеродные»
леса уже входят в хозяйственный обиход» [23].
Пожары уничтожают биоту. При пожарах леса происходят выбросы ПГ при горении (пожарные) и медленное высвобождение СО2 при деструкции и гниении не сгоревших останков растительной массы (послепожарные эмиссии). Послепожарные эмиссии
могут продолжаться несколько лет и даже десятилетий. По оценкам Г.Н. Коровина и
А.С. Исаева [24], в заселенных равнинных районах России (до 98%) пожары возникают
по вине населения, т.е. не обусловлены потеплением климата. В удаленных северных
районах в половине случаев лесных пожаров «виноваты грозы». Тем не менее факторы
пожарных выбросов и послепожарной эмиссии являются по своему происхождению экзогенными, поэтому их следует отнести к выбросам с территории России1.
Лес как источник древесины. Рубки главного пользования осуществляются коммерческими организациями и прочими пользователями с целью заготовки древесины.
Вывезенная с лесосеки древесина поступает в переработку. При этом необходимо учитывать в национальном углеродном балансе карбонную цепочку ее переработки: изготовление древесной продукции, экспорт, использование отходов и т.п.
Одним из показателей учета потоков углерода является экспорт древесины, который оцениваем в нашем расчете в размере 20%. Эта составляющая не должна
учитываться в углеродном балансе России.
Важно отметить, что одномоментные потери углерода при хозяйственном использовании вырубленной древесины, сжигании отходов (в данном случае за 20 лет достигается объем, равный 4,3 ГтС (3,3+1,0)), должны учитываться как антропогенные эмиссии СО2 подобно индустриальным выбросам.
1
Известно, что в этом процессе существует и проблема достоверности информации, которая была освещена Президентом РФ [13]: «…те данные, которые у меня есть, они достаточно объективны, это данные космического мониторинга, – площадь лесов, пройденная пожарами, составила в 2011 г. 5,1 млн. га. И соответственно в 2012 году – 1 млн. га.
По данным Рослесхоза, соответственно – 1,3 и 2,5».
71
Б.Г. Фёдоров
Нелесные биомы. Углекислый газ поглощают луга и сельскохозяйственные
угодья, болота, тундра и кустарники. Эти показатели биомов оценены на начало
столетия в работе [15] и приведены в табл. 3.
Таблица 3
Оценка депонирования углерода нелесными биомами России
в начале столетия, МтС/год
Биом
Площадь,
млн. га
NPP,
МтС/год
Луга, с/х угодья
221*
610
Болота
153*
180
Тундра, кустарники
343**
160
Всего
717
950
_________________________
* Данные Росземкадастра на 01.01.2003 г.
** Приблизительная оценка.
Дыхание
биомов,
МтС/год
340
140
130
610
NEP,
МтС/год
Эмиссия,
МтС/год
Депонировано,
МтС/год
270
40
30
340
140
4
3
147
130
36
27
193
Поглощение океаном. Из значений глобальных углеродных выбросов в атмосферу
(см. рис. 3, 4 и табл. 1) следует, что 27% их поглощается океаном. В составе глобальных
выбросов находится и российский СО2. Суммарные выбросы углерода на территории
России в 1990 г. складывались из выбросов углерода энергетическими и промышленными предприятиями в объеме 701 МтС; к ним следует прибавить выбросы пользователями леса – 106 МтС/год. В таком случае поток российских антропогенных выбросов в
океан оценивается в размере 220 МтС/год (807 МтС/год х 27%) (рис. 9).
Депонирование углерода естественными поглотителями показано на рис. 9, построенном по материалам [10; 15; 16; 22].
Поглощение, МтС
1200
1000
800
600
400
200
0
1990
Год
1995
2000
2005
2010
Рис. 9. Депонирование российских выбросов лесами, нелесными биомами и океаном:
–– лес+нелесные биомы+океан; –– лес+нелесные биомы; –– лес
Подведем итог. За 20 лет депонировано российских выбросов СО2: лесами –
11,8 ГтС, нелесными биомами – 3,9 ГтС и океаном – 4,4 ГтС; всего 20,1 ГтС.
В 2010 г. на каждого жителя России приходилось 5,8 тС поглощающей способности биоты, из них только лесов – 4,3 тС.
Национальный углеродный баланс. Поступающая в атмосферу часть потока
углерода с территории России состоит из индустриальных выбросов СО2, которые
образуются при сжигании топлива, в производстве цемента, соды и т.п. (см. рис. 7),
а также выбросов, учтенных как одномоментные, вызванные пожарами, окислени-
72
Выбросы углекислого газа: углеродный баланс России
ем изъятой из леса и использующейся на территории России древесины, сжиганием дров, сжиганием и разложением отходов на делянках (рис. 10).
МтС
1200
1000
800
600
400
200
0
Год
1990
1995
2000
2005
2010
Рис. 10. Диаграмма выбросов СО2 с территории России:
–– индустриальные выбросы, эмиссии при пожарах и от срубленной древесины;
–– абсорбция СО2 лесами, нелесными биомами России и океаном
Данные диаграммы показывают, что на одного человека в России в 2010 г. поглощающих ресурсов страны приходилось в объеме 7,4 тС. Только биомы территории России поглощали 5,8 тС/чел., из них удельное углеродопоглощение лесов оценивалось в
4,3 тС/чел. В этот же год суммарные выбросы от сжигания органического топлива и
обезлесивания, приходящиеся на одного россиянина, оценены в 4,6 тС.
Показатель удельных выбросов при сжигании топлива и переработке минерального сырья фигурирует во всех социально-экономических международных документах; в 2010 г. в России он составлял 2,9 тС/чел. Но ни в одном международном
документе не присутствует показатель обеспеченности жителя страны углеродопоглощающими ресурсами, который так же важен, как и удельные выбросы при
дискурсах на тему борьбы с потеплением климата.
Биомы России обеспечивали поглощение СО2 в размере 5,8 тС/чел. Для наглядности сравним этот показатель с обеспеченностью жителя Земли в 2010 г. подобного рода ресурсом: удельная обеспеченность жителя планеты поглощающими
ресурсами суши и океана составила – 0,7 тС/чел., что на порядок ниже аналогичного показателя для России; биомы суши оцениваются в 0,4 тС/чел., что также более
чем на порядок лучше обеспеченности углеродопоглощающими ресурсами, чем
средний житель Земли. Это в свою очередь означает, что избыточный российский
ресурс использует население других стран (табл. 4).
Таблица 4
Показатели выбросов и поглощений СО2 в 2010 г.
Мир
Показатель
Выбросы (fossil fuel emissions&deforestation)
в том числе индустриальные (fossil fuel emissions)
Поглощение (суша + океан)
в том числе суша
Справочно:
Численность населения
73
ГтС
8,8
7,7
4,7
2,4
тС/чел.
1,3
1,1
0,7
0,4
6,8 млрд. чел.
МтС
650
420
1050
830
Россия
тС/чел.
4,6
2,9
7,4
5,8
142,9 млн. чел.
Б.Г. Фёдоров
Данные графиков четко свидетельствуют, что поглощение СО2 (20,1 ГтС за 20
лет) превышает выбросы на территории России (13,5 ГтС за те же 20 лет). «Остаточные мощности» депонирования абсорбировали за эти годы углекислый газ, поступивший в атмосферу с других территорий Земли, в объеме 6,6 ГтС (20,1-13,5). Если
учесть только стоимость углеродной квоты по рыночной цене (6,5 долл./тС), то «избыточная» поглотительная способность биомов России оценивается (на уровне
2010 г.) в размере 1 млрд. долл. (объем поглощения лесами и нелесными биомами за
вычетом выбросов от сжигания органического топлива, от пожаров и рубок леса: (820 МтС/год – 660 МтС/год) * 6,5 долл./тС).
Расчет бюджета леса по чистому ежегодному приросту запасов стволовой древесины. Российские организации, поставляющие информацию в МГЭИК, до сих пор работают в соответствии с рекомендациями МГЭИК, которые составили методологическую
базу Национального кадастра парниковых газов. В связи с замечаниями группы экспертов
по проверке Национального доклада о кадастре парниковых газов 2009 г. составители
Национальных сообщений и докладов приняли решение – изменить методику расчета.
Новые расчеты выбросов и поглощений СО2 выполнены по программе, разработанной
Центром по экологии и продуктивности лесов (ЦЭПЛ РАН). Методика ЦЭПЛ оценивает
углеродный бюджет леса по балансу накоплений разных лет, т.е. по разности величины
приращения углеродных пулов (запасов) в лесах и потерь при нарушениях насаждений
(рубках, пожарах и прочих случаях гибели лесов). Расчеты ведутся для четырех основных
пулов углерода лесов: 1) фитомасса древостоя (древесного яруса); 2) мертвая древесина
(сухостой и валеж); 3) подстилка; 4) органическое вещество почвы.
Изложим результаты исследований и оценок по данным Национального доклада о кадастре [25]; бюджет депонирования, показанный на рис. 11, заимствован из
Национального доклада. За весь рассматриваемый период поглощение СО2 управляемыми лесами превышало его потери и увеличилось с 63,5 МтС/год
(235 МтСО2/год) в 1990 г. до 192,5 МтС/год (705 МтСО2/год) в 2010 г., составив за
двадцатилетие 2,7 ГтС.
Млн. т СО2
1000
500
0
1990
1995
2000
2005
2010
Год
-500
-1000
-1500
Рис. 11. Бюджет углекислого газа управляемых лесов России
(в сумме по пулам фитомассы, мертвой древесины, подстилки и почвы):
–– потери; –– бюджет; –– поглощение
Сопоставим величины депонирования углерода лесами с индустриальными выбросами за эти годы (рис. 12). График индустриальных выбросов за период 19902010 гг. (рис. 7) построен по материалам Национального доклада о кадастре [11],
график по депонированию показан на рис. 11.
74
Выбросы углекислого газа: углеродный баланс России
Выбросы СО2 при сжигании топлива и выбросов от производства продукции из
минерального сырья за период с 1990 по 2010 гг. составили 9,2 ГтС; за это же
время леса поглотили 2,7 ГтС. Тем самым выбросы превышали поглощающую способность лесов России на 6,5 ГтС (9,2-2,7). Если учесть только стоимость углеродной квоты по рыночной цене (6,5 долл./тС), то дефицит поглотительной способности биомов России оценивается (на уровне 2010 г.) в размере 1,3 млрд. долл.
(объем депонирования лесами за вычетом выбросов от сжигания органического
топлива: (400 МтС/год–192,5 МтС/год)*6,5 долл./тС).
МтС
800
600
400
200
0
1990
1995
2000
2005
2010
Год
Рис. 12. Динамика индустриальных выбросов (––) и поглощений лесами (––)
К методике ЦЭПЛ есть ряд существенных замечаний. Поясним главные из них.
Управляемые леса. Согласно требованиям МГЭИК, оценки углеродного бюджета
лесов следует осуществлять для управляемых лесов. Управляемыми называют леса, в
которых результаты хозяйственной деятельности по выращиванию леса и повышению его продуктивности, обеспечению охраны лесов от пожаров и защиты их от
вредителей и болезней оказывают существенное влияние на поглощение и эмиссию ПГ. В состав управляемых лесов входят земли лесного фонда, за исключением
резервных лесов. Площадь управляемых лесов по состоянию на 01.01.10 г. составила
74% лесных земель страны, а их запас – 86% запаса древесины лесного фонда.
Анализ этой дефиниции показывает, что определение управляемых, киотских
лесов полностью отражает хозяйственную ценность древостоя. При этом другие
леса – резервные, неуправляемые, не имеющие потребительской ценности лесные
массивы – считаются, следуя букве определения, не способными усваивать из воздуха углекислый газ. Это далеко не так.
Местоположение управляемых лесов страны показано на рис. 13 [26].
Отнесение огромной лесной территории России в разряд неуправляемых лесов требует внимательного рассмотрения. С этой целью обратимся к работе СО РАН [19].
Приведем рисунок из этой работы (рис. 14) с целью оценки значений NEP для древостоя и напочвенного покрова различных природно-климатических зон Сибири.
Интенсивность продуцирования органического вещества фитомассы древесного
яруса и напочвенного покрова на лесопокрытой площади нарастает в широтном
направлении от 1,49 тС/(га год) (лесотундра) до 2,99 тС/(га год) (горы юга Сибири), составляя в среднем 2,31 тС/(га год).
Изучая карту расположения управляемых лесов (рис. 13) и данные сибирских
ученых (рис. 14) обнаруживаем, что большая часть лесов Красноярского края, от-
75
Б.Г. Фёдоров
носимая в разряд неуправляемых (лесотундра, северная и средняя тайга), продуцирует весьма эффективно.
Естественно, что в резервных лесах также не прекращается процесс фотосинтеза. Поэтому механический перенос методики лесохозяйственной оценки земель на
экологические, карбонные свойства этих территорий является грубейшей методологической ошибкой. Кроме того, если учесть только стоимость углеродной квоты
по рыночной цене (6,5 долл./тС), то поглотительная способность резервных земель
оценивается, по меньшей мере, в 0,5 млрд. долл.
Тундры
Доля управляемых лесов, %
> 70%
< 70%
Рис. 13. Карта расположения управляемых лесов на территории Российской Федерации
тС (га год)
2,5
2
1,5
1
0,5
6
7
8
9
10
Рис. 14. Чистая первичная продукция древостоя (
11
12
13
14
15
16
Горы юга Сибири
5
Лесостепь
4
Южная тайга
3
Средняя тайга
2
Северная тайга
1
Лесотундра
0
17
) и напочвенного покрова (
)
Чистая экосистемная продукция. Методологию инвентаризации парниковых газов
в лесном хозяйстве разрабатывает ЦЭПЛ совместно с ИГКЭ (Институтом глобального
климата и экологии Росгидромета и РАН). Начиная с 2010 г. были использованы методы
и специальная программа для расчета выбросов и поглощения СО2, разработанные
76
Выбросы углекислого газа: углеродный баланс России
ЦЭПЛ. На основе этой программы был произведен «полный перерасчет» углеродного
бюджета управляемых лесов, результаты которого изложены в [25]. Приведем оценки
чистой продуктивности лесов России, полученные разными методами и результаты расчетов, которые передавались в международные организации (табл. 5).
Таблица 5
Методы и оценки чистой продуктивности лесов России, МтC/год
1990 г.
167
[27, с. 164]
350
[12]
278
[25, табл. 7.22]
570
[22]
1998 г.
2006 г.
NEP вычислен по разности запасов биомассы лесов
87,7
43,3
[27, с. 164]
[27, с. 164]
370
375
[12]
[12]
296
304
[25, табл. 7.22]
[25, табл. 7.22]
NEP вычислен по приросту запаса стволовой древесины
598
600
[10]
[10]
2008 г.
375
[12]
306
[25, табл. 7.22]
619
[16]
Примечание. В квадратных скобках указан источник метода расчета.
Как видим, расхождения весьма существенные!
* * *
Выводы. 1. В углеродном балансе страны поглощающая способность СО2 должна оцениваться как составная часть глобального баланса с учетом вклада не только
лесов, но и других биомов (лугов, сельхозугодий, болот, тундры, кустарников,
водных объектов), а также океана. В этом случае за период с 1990 по 2010 г. российский фонд поглотителей углерода с учетом доли океанического потока полностью ассимилировал антропогенные выбросы СО2 (выбросы при сжигании топлива
и от производства продукции из минерального сырья, выбросы при пожарах и
эмиссии срубленной древесины) с территории страны в атмосферу. При этом зарубежные эмиттеры безвозмездно использовали за это время углеродопоглощающие
ресурсы РФ в объеме 6,6 ГтС. Избыточная поглотительная способность биомов
России оценивается (на уровне 2010 г.) в размере 1 млрд. долл.
2. Сопоставление выбросов СО2 при сжигании топлива и выбросов от производства продукции из минерального сырья за период с 1990 по 2010 г. с поглощающей
способностью управляемых лесов России, оцениваемой по балансу запасов разных
лет, показывает, что Россия оказывается нетто-эмиттером СО2 в размере 6,5 ГтС.
Дефицит поглотительной способности биомов России оценивается (на уровне
2010 г.) в размере 1,3 млрд. долл.
3. Расхождения оценок и по величине, и по динамике настолько разительны, что
адекватность методов расчета национального углеродного баланса, очевидно, требует скрупулезных предварительных обоснований.
Литература
1.
2.
3.
Climate Change 2013: The Physical Science Basis. http://www.climatechange2013.org/
Климатическая доктрина Российской Федерации. Распоряжение Президента РФ от 17 декабря 2009 г.
N 861-рп «О Климатической доктрине Российской Федерации».
Brovkin V., Bendtsen J., Claussen M. Etal. Carbon cycle, vegetation and climatic dynamics in the Holocene:
Experiments with the CLIMBER-2 model// Global Biogeochem. Cycles. 2002. Vol. 16. № 4. P. 1139.
77
Б.Г. Фёдоров
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
Global Carbon Budget 2010. Tyndal Centre for Climate Change Research.
Четвертый оценочный доклад МГЭИК, 2007.
Global Carbon Project 2012.
Мир становится в прямом смысле зеленее. http://vitusltd.ru/blog/ekologija/1278
Глобальное изменение природной среды и климата / Под ред. Н.П. Лаверова. М.: Миннауки РФ.1996.
Курганова И.Н., Кудеяров В.Н. Экосистемы России и глобальный бюджет углерода // Наука в России
№ 5 (191) 2012.
Филипчук А.Н., Моисеев Б.Н. Вклад лесов России в углеродный баланс планеты. Сб. научно-технической
информации по лесному хозяйству // Лесохозяйственная информация. 2003. № 1.
Национальный доклад о кадастре антропогенных выбросов из источников и абсорбции поглотителями
парниковых газов, не регулируемых Монреальским протоколом, за 1990 -2009 гг. Ч. 1. М., 2011.
Авторский коллектив: ЦЭПЛ – Замолодчиков Д.Г., Коровин Г.Н., Грабовский В.И., Зукерт Н.В., Биологический ф-т МГУ – Честных О.В., Карелин Д.В., Краев Г.Н. Бюджет углерода лесов России и международные усилия по сохранению глобального климата. Совместное заседание семинаров «Современные
проблемы биологии». Биологический ф-т МГУ, 26 октября 2010 г.
Заседание президиума Государственного совета «О повышении эффективности лесного комплекса
Российской Федерации», 11 апреля 2013 г. Улан-Удэ.
Руководящие указания по эффективной практике для сектора землепользования, изменений в землепользовании и лесном хозяйстве. МГЭИК. 2003.
Моисеев Б.Н. Баланс органического углерода в лесах и растительном покрове России // Лесное хозяйство. 2007. № 2.
Моисеев Б.Н. Оценка годичного депонирования углерода по запасу древесины в лесах России // Лесное
хозяйство. 2011. №1.
Алексеев В.А., Марков М.В. Статистические данные о лесном фонде и изменении продуктивности лесов
России во второй половине ХХ в. СПб. Санкт-Петербургский лесной экологический центр. 2003.
Schvidenko A., Schepaschenko D., McCallum I., Nillson S. Impact of Terrestrial Ecosystems of Russia on the
Global Carbon Cycle from 2003-2008. An Attempt of Synthesis // Proc. of the International Conf. ENVIROMIS.
2010. Tomsk. RAS.
Модели изменения биосферы на основе баланса углерода (по натурным и спутниковым данным и с учетом вклада бореальных экосистем). Промежуточный отчет по междисциплинарному интеграционному проекту № 50 за 2009 г. Сибирское отделение РАН. Новосибирск. 2009.
McMahon, Sean M., Parker, Geoffrey G., Miller, Dawn R. Evidence for a Recent Increase in Forest Growth.
Proceedings of the National Academy of Sciences. February 23. 2010 vol. 107 no. 8.
озеленяет
пустыни.
Электронный
ресурс.
Режим
доступа.
Высокая
концентрация
CO2
http://rnd.cnews.ru/natur_science/news/line/index_science.shtml?2013/07/09/534840
Национальный доклад Российской Федерации по критериям и индикаторам сохранения и устойчивого
управления умеренными и бореальными лесами (Монреальский процесс). М.: ВНИИЛМ. 2003.
Проблема общенаучного звучания. Обсуждение доклада // Вестник РАН. 2006. Т. 76. № 1.
Коровин Г.Н., Исаев А.С. Охрана лесов от пожаров как важнейший элемент национальной безопасности России // Лесной бюллетень. 1998. № 8-9.
Национальный доклад о кадастре антропогенных выбросов из источников и абсорбции поглотителями
парниковых газов, не регулируемых Монреальским протоколом, за 1990-2010 гг. Ч. 1. М., 2012.
Гитарский М.Л., Замолодчиков Д.Г., Коровин Г.Н., Карабань Р.Т. Эмиссия и поглощение парниковых
газов в лесном секторе страны как элемент выполнения обязательств по климатической конвенции
ООН // Лесоведение. 2006. №6.
Четвертое Национальное сообщение Российской Федерацией, представленное в соответствии со
статьями 4 и 12 Рамочной Конвенции ООН об изменении климата. Межведомственная комиссия Российской Федерации по проблемам изменения климата. М., 2006.
78