Мониторинг динамики углерода в наземных экосистемах России и оценка эффективности технологий его секвестрирования

Научно-исследовательская работа выполнялась сотрудниками молодежной лаборатории (https://carbo-lab.ru/), созданной в ноябре 2022 г. в рамках национального проекта «Наука и университеты». Объектом исследования являются почвы естественных, агрогенных и постагрогенных экосистем, расположенные в различных биоклиматических зонах Европейской территории России. Цель – оценка составляющих баланса углерода (С) в естественных, агрогенных и постагрогенных экосистемах и поиск эффективных решений для накопления органического С в почвах с учетом биоклиматических условий. Выполнены полевые и лабораторные исследования, применены методы дистанционного зондирования, машинного обучения и математического моделирования. Результаты: 1. Проанализировано изменение землепользования и климата за последние 37-38 лет на территории двух районов Московской области для последующей оценки роли этих факторов в пространственно-временном распределении запасов почвенного С. 2. В рамках сотрудничества с индустриальным партнером ООО «Орловка–АИЦ» (Самарская обл.) впервые показано, что при нулевой обработке агрочерноземов отмечается стабилизация их органического вещества и накопление С в почве. В полевом и лабораторном экспериментах определены оптимальные дозы биокомпостов для серой и дерново-подзолистой почв (Московская обл.) с учетом показателей почвенного цикла С. Среди применяемых органических и органоминеральных удобрений для агродерново-подзолистой почвы (Ленинградская обл.) только сидерация не приводила к заметному увеличению суммарной эмиссии СО2 по сравнению с контролем. 3. Ретроспективный анализ запасов С в агрогенных и постагрогенных серых почвах (Московская обл.) за последние 9 лет позволил определить актуальную скорость их изменений: на пашне потери С достигают 0.58 т С га-1 год-1, а на залежах происходит его накопление со скоростью 0.87−2.40 т С га-1 год-1. 4. Разработаны рекомендации по выбору подходящих моделей и их входных параметров для прогноза эмиссии СО2 из дерново-подбура и серой почвы под лесной растительностью на основе данных 25-летнего мониторинга в южном Подмосковье. Прогноз показал, что в ближайшее десятилетие потепление климата приведет к повышению почвенной эмиссии СО2 на 4.0−5.5% в дерново-подбуре леса и луга. 5. Впервые получены оценки сезонного варьирования вклада гетеротрофной компоненты в дыхание дерново-подбура в лесном и луговом ценозах (Московская обл.) и выявлены методические особенности его определения, что будет востребовано при организации единой сети мониторинга почвенной эмиссии СО2. 6. Разработана модель на основе архитектуры YOLOv4 для детекции отдельных деревьев в постагрогенных экосистемах – молодых лесах, которая оказалась эффективнее по сравнению с базовыми нейросетевыми архитектурами. Полученный результат послужит основой для создания алгоритма с целью оценки запасов С в фитомассе древостоев по аэрофотоснимкам. Полученные результаты могут быть востребованы в отрасли сельского и лесного хозяйства, в области территориального планирования в масштабе районов и округов Московской обл. и при благоустройстве городских территорий.