МЕГАГРАНТЫ

Результаты исследований

Активно обсуждаемые и исследуемые в последние десятилетия нарастающие глобальные изменения и их разноплановые последействия на функционирование и основные экологические сервисы региональных и локальных экоксистем различного функционального назначения и разных литолого-геоморфологических и биоклиматических условий составляют одну из ключевых задач современной экологии и агроэкологии [Valentini e.a., 2000; Агроэкология, 2000; 2004; Васенев, 2008; Cóndor, Scarelli, Valentini, 2011; Годовой отчет... , 2011]. Одной из основных причин глобальных изменений являются определяемые текущим состоянием и развитием экономики массовые изменения структуры и технологий землепользования, с сопутствующими им серьезными нарушениями биогеохимиических циклов углерода и азота [IPCC, 2001; 2005; 2009].

В этом плане важно отметить, что на фоне активно развиваемых и пропагандируемых планетарных моделей глобальных изменений значительно слабее изучено влияние на углеродный (и азотный) баланс и потоки парниковых газов реально очень высокого регионального и локального разнообразия определяющих их природных факторов, характера и интенсивности землепользования и их различных сочетаний. Ландшафтная и почвенная зональность и провинциальность, разноуровневые структуры почвенного покрова, различная интенсивность сельскохозяйственного использования (характер севооборота, дозы и виды удобрений и мелиорантов, тип технологий земледелия), контрастные функциональные зоны урбоэкосистем — создают высокую пестроту местных условий [Svirejeva-Hopkins et al., 2004; Nowak, 2006; Васенев, 2011], которую очень трудно учесть на глобальном уровне; но часто именно она играет определяющую роль в масштабах реггиона. И что особенно важно, именно на региональном уровне принимается большинство управленческих решений по планированию землепользования [Черногоров и др., 2012].

Постепенно появляются работы, нацеленные не только на сравнительный анализ регионального экосервисного потенциала растительного и почвенного покрова агрои урбоэкосистем, но и оценку, моделирование и прогнозирование их колоссального внутреннего функционально-экологического разнообразия. Учитывая значимое воздействие биоклиматического фактора на потоки и запасы С и N [Valentini et al., 2000; Falge et al.,2002; Агроэкология, 2000; 2004; Васенев, 2008; Гогмачадзе, 2010; Годовой отчет... , 2011], существующих точек их сезонного экологического мониторинга явно недостаточно для отображения высокого природного разнообразия Европейской Территории России (ЕТР), которая принципиально отличается по биоклиматическим условиям от стран ЕС.Годичный отчет ведущего ученого по договору G34.31.0079

Климатические экологические проблемы лета 2010 года и зимы 2011–2012 годов, их сельскохозяйственные и лесохозяйственные последствия и последействия подчеркнули как слабую изученность углеродного баланса в условиях естественных, агрои урбоэко- систем ЕТР, так и высокую значимость этой информации для анализа, оценки, прогнозирования и проектирования устойчивого функционирования естественных и антропогенно измененных ландшафтов региона. Принимая во внимание концепцию «единой атмосферы» (базовый принцип Киотского протокола), недостаточное внимание влиянию различ- ных природно-климатических и антропогенных условий ЕТР на потоки и запасы С, N — не только серьезная проблема для решения внутренних прогнозных и планировочных задач, но и может сильно снизить точность глобальных и региональных климатических моделей.

С учетом рассмотренных выше проблем современного состояния исследований углеродного и азотного баланса на территории ЕТР, а также высокого внутреннего разнообразия и значимости влияние региона на глобальные изменения, деятельность созданной и развиваемой в рамках проекта Лаборатории агроэкологического мониторинга, моделирования и прогнозирования экосистем (ЛАМП) нацелена на решение следующих научных задач:

Разработка и создание сети экологического мониторинга потоков и запасов углерода (и азота) RusNet в представительных наземных экосистемах Центрального региона России.
Изучение пространственно-временного разнообразия потоков и запасов углерода на различных уровнях организации (локальном, экосистемном, региональном) и определяяющих его факторов.
Исследования влияния антропогенной нагрузки на формирование, функционирование и разнообразие потоков и запасов углерода (и азота) для различных биоклиматических условий Центрального региона ЕТР.
Разработка оценочных и прогнозных моделей, позволяющих проанализировать изменения углеродного баланса на различных уровнях организации агро- и урбоэкосистем — для широкого спектра видов и вариантов землепользования и различных сценариев изменения режимов землепользования.

Цель третьего этапа, выполненного в 2013 году, состояла: в формировании региональной сети мониторинговых станций непрерывных высокочастотных наблюдений за потоками основных парниковых газов на основе методики турбулентных пульсаций, развитии локальных геоинформационных систем на ключевые объекты сопряженных почвенно- экологических исследований (3.1); в анализе и функционально-экологической интерпретация потоков основных тепличных газов в исследуемом зональном ряду представительных экосистем региональной сети наблюдений RusFluxNet (3.2); в разработке инфор- мационно-методического обеспечения для локализации и адаптации рамочных автоматизированных систем функционально-экологической оценки почв и элементарных структур почвенного покрова (земель) к условиям представительных ландшафтов трех основных видов категорий землепользования (лесные, сельскохозяйственные, городские) (3.3).

В ходе проведенных исследований были выполнены все ключевые задачи, запланированные на третий этап реализации проекта в 2013 году.

В пределах представительных вариантов природных, сельскохозяйственных и урбанизированных ландшафтов Тверской, Московской, Курской областей и города Москвы созданы базовые элементы региональной системы экологического мониторинга эмиссии парниковых газов RusFluxNet в Центральном регионе Европейской территории России (ЕТР). Разработана и апробирована в ходе круглогодичных наблюдений система инструментально-методического и информацуионно-аналитического экологического мониторинга естественных и антропогенно измененных экосистем Центрального региона ЕТР, соответствующая требованиям последнего Протокола глобальной сети FluxNet (2011 г.).

По результатам развернутых в 2012–2013 годах мониторинговых исследований на региональной сети наблюдений за потоками парниковых газов RusFluxNet созданы и заполнены открытые базы данных биогеоценотических потоков и почвенной эмиссии парниковых газов в естественных и антропогенно измененных экосистемах Центрального региона ЕТР. Развиты локальные геоинформационных систем на ключевые участки мониторинговых наблюдений Центрально-лесного экологического стационара RusFluxNet в Центрально-лесном государственном биосферном заповеднике (ЦЛГБЗ, Тверская область) и Центрально-черноземного экологического стационара RusFluxNet в Центральночерноземном государственном биосферном заповеднике (ЦЧГБЗ, Курская область).

По результатам сопряженных мониторинговых исследований на региональной сети наблюдений основных видов антропогенно измененных экосистем (урбо- и агро-экосис- темы) созданы специализированные базы данных для анализа функционально-экологического состояния урбаноземов в условиях представительных урбоэкосистем и агроэкологического состояния черноземов в условиях представительных агроландшафтов Центрально-Черноземного и Средне-Волжского регионов России.

На основе разработанного в 2011 году и апробированного в 2012 году алгоритма комплексного анализа функционально-экологического качества земель в условиях конкретного региона прошла дальнейшее развитие и апробацию рамочная система алгоритмов и параметров оценки функционального качества и экологического состояния почв и элементарных структур почвенного покрова (ЭСПП) зонального ряда ключевых участков природных, сельскохозяйственных и городских экосистем (включая ресурсные и лимитирующие показатели качества их состава, структуры и функционирования), с использованием районированных моделей и систем поддержки принятия решений (СППР АКОРД-Р).

На основе полученных результатов были разработаны одиннадцать профильных курсов лекций, включая: «Агроэкология техногенно загрязненных ландшафтов», «Гео- экология», «Основы геостатистики в экологии и природопользовании», «Биоразнообразие», «Экологический мониторинг», «Реабилитация деградированных и загрязненных земель», «Биогеоценология», «Технологии обращения с отходами», «Организация природоохранной деятельности на предприятии» — успешно прошедшие апробацию в 2013 года в качестве модульных дисциплин программ подготовки бакалавров по профилю «Экология» и аспирантов по специальности «Экология» на факультете почвоведения, агрохимии и экологии РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева.

Ключевые методологические вопросы организации и проведения мониторинга, функционально-экологической и агроэкологической интерпретации результатов мониторинговых наблюдений прошли активное обсуждение на 12 профильных конференциях, семинарах и совещаниях, проведенных за отчетный период на базе лаборатории агроэкологического мониторинга, моделирования и прогнозировапния экосистем и РГАУ- МСХА, включая: Международную летнюю экологическую школу MOSES-2013 «Агроэкологический менеджмент и инжиниринг: Агроэкологический мониторинг, анализ и решение проблемных агроэкологических ситуаций" (с участием представителей 13 стран).

Заложенная в программу мониторинговых исследований и реализуемая при создании ключевых участков мониторинга адаптация к целевым задачам и объектам проекта, оборудования и методик, отвечающих современным международным стандартам (Протокол глобальной сети FluxNet 2011 г.) позволяет планировать дальнейшую интеграцию сети RusNet с европейскими и международными мониторинговыми сетями, для дальнеиших совместных исследований, региональных обобщений получаемых данных и подготовки совместных обзоров и публикаций.

Разрабатываемые в рамках проекта оценочные и прогнозные модели изменения углеродного баланса на различных уровнях организации экосистем (ландшафт — хозяйство — район — регион) для широкого спектра землепользования и различных сценариев изменения систем и технологий земледелия, нацелены на последовательное решение приоритетных задач информационно-методического обеспечения агроэкологической оптимизации земледелия и землепользования в условиях глобальных изменений климата и характерного для центральной части ЕТР повышенного разнообразия агроэкосистем:

— модификацию разработанных ранее информационно-аналитических моделей агроэкологической оценки и оптимизации землепользования (ЛИССОЗ, РАСКАЗ, АКОРД) за счёт доработки и развития их углеродного и климатического блоков;
— разработку региональных и локальных моделей динамики углеродного баланса при различных сценариях сохранения/ изменения землепользования;
— разработку модели прогнозирования изменения потоков и запасов углерода при переходе естественных и сельскохозяйственных земель в городские, с различными вариантами сочетания функциональных городских зон.