Новини

Рис. 1. Динаміка та структура світового споживання енергії

Таке інтенсивне використання викопних енергоносіїв призвело до зростання викидів парникових газів (CO₂, CH₄, N₂О_, та NH₃ ) в атмосферу Землі більш ніж у 3 рази. Якщо у 1965 році емісія СО₂ від спалювання викопних джерел енергії становила 11,3 млрд. т, то за 2019 рік в атмосферу потрапило 36,5 млрд. т вуглекислого газу (рис. 2). Зростання концентрації вуглекислого газу, як і інших шкідливих газів, в атмосфері Землі стало причиною глобальних екологічних змін (рис.3), які призвели і до зміни клімату, головним індикатором якого є зростання середньої температури повітря на планеті.

Рис. 2. Динаміка викидів вуглекислого газу від спалювання викопних

палив 

Проаналізувавши структуру світових викидів парникових газів за галузями виробництва, можна зробити висновок, що майже три чверті викидів є наслідком споживання енергії та майже п’ята частина – від сільського господарства, а решта 8,4 % –  від промисловості та відходів (рис.  4).

Основним джерелом утворення парникових газів у галузі рослинництва є дихання як грунту, так і рослин, спалювання рослинних решток, застосування мінеральних добрив тощо. Промислове тваринництво викидає 39% усього метану та 65% діоксиду азоту. Метан утворюється під час травлення у тварин та через велику кількість гною, який накопичується на фермах.

Рис.3. Наслідки забруднення довкілля 

Для досягнення чистого нульового рівня викидів потрібні системний підхід та інновації у багатьох секторах економіки, особливо в енергетичній сфері та у сільському господарстві.

Безпосереднім індикатором прогресу Зеленого зростання (Green Growth) як складової Четвертої промислової революції (Industry 4.0) визначено перехід на низьковуглецеву, ресурсоефективну економіку, збереження природо-ресурсної бази, покращення якості життя людей. Кіотський протокол до Рамкової конвенції Організації Об'єднаних Націй про зміну клімату (від 11 грудня 1997 року) включно з прийнятими зобов’язаннями країн світу щодо скорочення викидів парникових газів передбачає заохочення форм сталого та раціонального ведення сільського господарства у контексті урахування особливостей зміни клімату.

Рис.  4. Структура викидів вуглекислого газу за галузями

Такий стратегічний напрям розвитку підтверджує резолюція Генеральної Асамблеї Організації Об’єднаних Націй від 25 вересня 2015 року № 70/1 (на глобальному рівні), на виконання якої Указом Президента України від 30 вересня 2019 року № 722/2019 “Про Цілі сталого розвитку України на період до 2030 року” (на національному рівні) однією з Цілей сталого розвитку до 2030 року задекларовано вжиття невідкладних заходів щодо боротьби зі зміною клімату та її наслідками. Європейський Зелений Курс 2030 (European Green Deal 2030), до якого долучилась і Україна, є дорожньою картою перетворення Європи на кліматично нейтральний континент до 2050 року шляхом трансформації кліматичних та екологічних викликів на можливості у всіх сферах та політиках ЄС. Зазначена стратегія була підтверджена на цьогорічній 26-й конференції Організації Об’єднаних Націй щодо зміни клімату ( м. Ґлазґо).

Зменшення використання викопних енергоносіїв, яке стало обов’язковим до виконання на сучасному етапі і в перспективі, стає можливим тільки за умови нарощування обсягів використання поновлюваної енергетики: вітроенергетики, гідроенергетики, сонячної енергетики, геотермальної енергетики та біоенергетики, яка на сьогодні є найбільш доступною для вітчизняного агропромислового виробництва.

З огляду на це заміна викопних видів палива на відновлювальні джерела енергії (ВДЕ) є першим і найбільш дієвим кроком на шляху до вуглецево нейтральної економіки. Однак на сьогодні частка ВДЕ в структурі загального енергоспоживання становить в світі лише 11,4 %, а у країнах європейського континенту – 16,5 %. Світовими лідерами в сфері виробництва і використання ВДЕ є Ісландія, Норвегія та Швеція, в яких понад 50 відсотків енергії виробляється з нетрадиційних джерел (рис.  5). В Україні частка ВДЕ становить лише 4,9 % від загальних обсягів постачання первинної енергії.

Рис.  5. Частка відновлювальних джерел енергії в структурі

енергоспоживання різних європейських країн

 

Біоенергетика. В зв’язку з вище наведеним, біоенергетика, як галузь яка поєднує в собі енергетичний сектор і сектор агропромислового виробництва, на які припадає понад 90 % викидів парникових газів, має вагомий потенціал і шляхом інтенсивного її розвитку можна мінімізувати енергетичну залежність агропромислового виробництва і сільських територій від викопних енергоносіїв. Тому розвиток біоенергетики в першу чергу слід розглядати як найбільш дієвий напрям для зменшення викидів СО₂ та інших парникових газів.

Вирощування багаторічних біоенергетичних культур сприяє не лише створенню надійної якісної сировинної бази для виробництва біопалив (біодізеля, біоетанолу, біогазу та твердих видів палива), але й сприяє відновленню родючості ґрунтів шляхом призупинення ерозійних процесів, а також збереженню біологічного різноманіття (рис. 6).

Рис. 6. Динаміка вмісту органічного вуглецю у ґрунті за вирощування свічграсу (Інститут біоенергетичних культур і цукрових буряків, 2009-2019 рр.)

З огляду на високу продуктивність біоенергетичних культур, вони здатні адсорбувати значні обсяги вуглецю з атмосфери і трансформувати його в біомасу, яка використовується на енергетичні цілі та біомасу, яка формується кореневою системою рослин і сприяє збільшенню органічного вуглецю. Так, один гектар павлонії за вегетаційний період поглинає з атмосфери 120-140 т вуглекислого газу (рис. 7). З метою отримання високопродуктивних біоенергетичних культур, адаптованих до наших умов, Інститутом біоенергетичних культур і цукрових буряків створено понад 10 сортів енергетичних культур.

Рис. 7. Показники виділення кисню і поглинання вуглекислого газу

Варто зазначити, що нарощування обсягів земель під енергетичні культури необхідно здійснювати дуже виважено. За останні 10 років зросло використання сільськогосподарської продукції для виробництва біоенергоносіїв понад 3 рази. Постійно зростаючий дефіцит ресурсів супроводжується виникненням та загостренням світових продовольчої, енергетичної та економічної криз. Так, за даними ООН нині у світі голодує понад 1 млрд людей. При цьому споживання продовольства щорічно зростає на 2%, тому впродовж найближчих 30 років людству знадобиться на 50% продуктів більше. Одночасне прогресування цих двох тенденцій ускладнює їх збалансоване вирішення.

Наразі без втрат для вітчизняного землеробства можна використовувати на енергетичні цілі до 20% незернової частини урожаю польових культур. Поголів'я сільськогосподарських тварин в Україні дає змогу накопичувати близько 16 млн т сухої речовини органічних добрив. З цієї кількості відходів рослинництва і тваринництва можна отримувати значну кількість енергоносіїв, в перерахунку на газ-метан – більше 20 млрд м³. На жаль обсяг споживання біомаси в ролі біопалива становить лише 1,2% від загального обсягу споживання енергії. Хоча досвід з вирішення цієї проблеми раціональним способом вітчизняне агропромислове виробництво вже має, і це в першу чергу отримання теплової енергії, яка використовується для сушіння урожаю зернових та насіння олійних культур, а також опалення приміщень.

Такі технології останнє десятиліття успішно використовуються в окремих наукових установах Академії, забезпечуючи, наприклад в ННЦ «ІМЕСГ», отримання щорічного економічного ефекту більше 4 млн грн, також подібні технічні рішення застосовуються у багатьох дослідних господарствах НААН для сушіння урожаю зернових та насіння олійних культур (рис. 8). Наші вчені агроінженерного напряму більше 10 років тому успішно розробили технології і технічні засоби для виробництва біодизеля, а також технічні рішення щодо переведення серійних мобільних технічних засобів на біодизель, біоетанол, метан, пропан та на силовий електропривод (рис. 9). Жаль, що вітчизняна промисловість пробуксовує щодо створення таких мобільних енергозасобів.

Рис. 8  Загальні вигляди теплогенераторів, які використовують в НААН

Рис. 9. Приклади реалізації технології виробництва біопалива та мобільних енергетичних засобів на альтернативних видах пального

На особливу увагу заслуговує технологія виробництва біогазу з відходів спиртових заводів, яку розробили вчені Інституту продовольчих ресурсів. Саме цей шлях є одним із реальних способів суттєвого зниження енергоємності етилового спирту харчового призначення на 30 - 40 %, біоетанолу на 80 - 90 %, цукру бурякового білого на 70 - 80 % (табл. 1). При цьому біогазові установки виконують роль очисних споруд, що переробляють органічні відходи, зменшують техногенне навантаження на довкілля, дають змогу, крім біогазу, отримувати високоякісні органічні добрива і, по суті, технологія виробництва біогазу є безвідходною. Вартість капітальних затрат на створення однієї біогазової установки становить 520 млн грн за терміну окупності 2 роки.

 

Таблиця 1. Кількість біогазу і метану, яку буде отримано завдяки

утилізації післяспиртової барди та скорочення

викидів парникових газів

Такі установки, розроблені за участі фахівців Інституту, працюють на Лужанському експериментальному спиртовому заводі на мелясній післяспиртовій барді, а з переробки жому - на цукровому заводі в м. Глобіно та Юзефо-Миколаївському цукрозаводі.

Землекористування. Ключове значення у забезпеченні сталого функціонування ґрунтів, зокрема, зменшення ерозії, подолання їхньої агрофізичної та біологічної деградації, запобігання збідненню на поживні елементи, мінімізація засолення, осолонцювання і підкислення ґрунтів, наслідків їх забруднення, а також регулювання водного режиму в зонах недостатнього або надлишкового зволоження, тощо відіграє органічний вуглець (рис. 10).

Рис. 10. Ґрунтовий органічний вуглець – ключовий елемент розвитку або призупинення деградації ґрунтів 

Завдяки органічному вуглецю грунти виконують свої біосферні функції щодо накопичення сонячної енергії та регулювання складу приземного шару повітря. Все це впливає на продуктивність рослин й визначає потенційну родючість грунтів, тому збереження запасів органічного вуглецю є одним з головних завдань землеробства. Це підтверджують узагальнені дані Oldfield та ін. (2019), які на підставі  результатів 240 дослідів із 29 країн світу на глобальному рівні встановили зв’язок між вмістом органічного карбону і врожайністю кукурудзи і пшениці. Так врожайність цих культур була в 1,2 рази вища за вмісту органічного карбону 1,0% у порівнянні з 0,5%. Підвищення врожайності стабілізується за концентрації біля 2,0% і таке його значення пропонується в якості критичної межі для грунтів помірної зони.

Зміни землекористування, пов’язані з переведенням лугів і лісів у сільськогосподарські угіддя, призвели до втрат ґрунтового вуглецю в усьому світі. Кількість вуглецю, що вивільнилася з грунтів починаючи з 50-х років ХІХ століття, оцінюють у 136±55 мільярдів т (у т.ч. 78±12 млрд т за рахунок обробітку грунту та 26±9 млрд т за рахунок ерозії), що становить близько половини викидів від викопного палива (270±30 мільярдів т). Загалом, дихання ґрунту у світовому масштабі є другим за розміром потоком вуглекислого газу у атмосферу після світового океану (30% і 41% відповідно).

Поряд з цим, сільське господарство має величезний потенціал щодо поглинання CO₂ з атмосфери шляхом збільшення вмісту вуглецю у ґрунтах сільськогосподарських угідь. Можливість секвестрації вуглецю у сільськогосподарських ґрунтах відіграє важливу роль у протидії зміні клімату, пов’язаній з виникненням «парникового ефекту» через підвищення концентрації CO₂, CH₄, N₂О  та  NH₃  у атмосфері. Для регулювання та зниження емісії парникових газів необхідним є збільшення обсягів повернення органічної маси у грунти та уповільнення процесів її розкладення.

Від часів В.В. Докучаєва втрати органічного вуглецю в ґрунтах України досягли 29,0% в Лісостепу, 23,1% – у Степу та близько 4,9% – на Поліссі. Інтенсивність цих втрат була найбільшою у 60-80 рр. минулого століття (0,32-0,35 т/га) у зв’язку із початком впровадженням інтенсивних систем землеробства, але залишається значною і у сучасному землеробстві (рис. 11).

Рис. 11. Зміна вмісту органічного вуглецю у орному шарі грунтів України

Нормативна база. Відповідно до Конвенції ООН про боротьбу з опустелюванням, прийнятої у Парижі 17 червня 1994 року та ратифікованої Верховною Радою України 4 липня 2002 року (№ 61-IV), Постановою Кабінету Міністрів України від 18 січня 2017 р. було створено Координаційну раду з питань боротьби з деградацією земель та опустелюванням. За ініціативи НААН, на першому засіданні Координаційної ради 4 травня 2018 р. було прийнято 3-и основні добровільні національні завдання щодо досягнення нейтрального рівня деградації земель (НРДЗ) в Україні, першим з яких є підтримання вмісту органічної речовини (гумусу) у ґрунтах (рис. 12). Передбачається до 2030 р. збільшити вміст органічного вуглецю у ґрунтах не менше ніж на 0,1 %, у тому числі, у Поліссі – на 0,10-0,16 %; у Лісостепу та Степу – на 0,08-0,10 %. Базовою (вихідною) лінією для цього визначено результати агрохімічної паспортизації сільськогосподарських угідь станом на 2010 р., за якими середній вміст органічного вуглецю у орному шарі ґрунтів України становив 1,82 %, у тому числі у Поліссі - 1,30 %, у Лісостепу - 1,85 %, у Степу - 1,97 %.

Рис. 12. Основні добровільні національні завдання щодо досягнення нейтрального рівня деградації земель в Україні

Рішенням Ради національної безпеки і оборони України від 23 березня 2021 року «Про виклики і загрози національній безпеці України в екологічній сфері та першочергові заходи щодо їх нейтралізації», затвердженим Указом Президента України від 23.03.2021р. № 111/2021, дано доручення Кабінету Міністрів України щодо забезпечення вжиття заходів досягнення нейтрального рівня деградації земель, у тому числі, підтримання вмісту органічної речовини (гумусу) у ґрунтах.

Основні заходи досягнення НРДЗ за показником вмісту ґрунтового органічного вуглецю систематизовано за трьома напрямами:

Напрям 1: Збільшення надходження органічної речовини до ґрунтів сільськогосподарських угідь за рахунок: збільшення врожайності сільськогосподарських культур; зміни структури посівних площ зі збільшенням частки бобових, включення сидеральних культур до сівозмін; стимулювання розвитку тваринництва;  стимулювання розширення виробництва та застосування органічних добрив, у т. ч. з вторинної органічної сировини (переробка відходів на добрива) та місцевих природних ресурсів (сапропелі, торф, компости);  стимулювання розвитку біологічного землеробства.

Напрям 2: Запобігання/мінімізація втрат органічної речовини ґрунтів сільськогосподарських угідь шляхом:  впорядкування орних земель шляхом виведення з ріллі схилів крутизною понад 7 градусів, та інших непридатних для розорювання угідь, консервації деградованих земель тощо; збереження та покращення стану існуючих та створення нових полезахисних лісосмуг й інших захисних насаджень, включаючи передачу їх спроможним землекористувачам  впровадження технологій мінімального та нульового обробітку ґрунту;  запобігання випалюванню рослинності та її залишків на полях, перш за все – стерні.

Напрям 3: Удосконалення нормативно-правового, інформаційного та організаційного забезпечення, включаючи: прийняття та реалізація нормативно-правових актів з питань охорони грунтів від деградації: економічне стимулювання раціонального використання та охорони земель, збереження грунтів та відтворення їх родючості;  удосконалення контролю та посилення відповідальності власників землі та землекористувачів за погіршення стану земель та грунтів;  розроблення та впровадження стандартів та регламентів у сфері управління органічною речовиною ґрунту, виробництва та застосування органічних добрив; створення і забезпечення функціонування єдиної ґрунтово-інформаційної системи та Національного ґрунтово-інформаційного центру, забезпечення моніторингу вмісту органічного вуглецю у ґрунтах, його картографування та проведення агрохімічної паспортизації сільськогосподарських угідь.

Картографування грунтового вуглецю. У ННЦ «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського» за участі наукових установ НААН та профільних кафедр закладів вищої освіти МОН України створено першу національну цифрову карту ґрунтового органічного вуглецю з роздільною здатністю 1 км, використану для підготовки Національного звіту щодо виконання Україною Конвенції ООН про боротьбу з опустелюванням (рис.13).

Рис. 13. Національна цифрова карта ґрунтового органічного вуглецю

Земельно-ресурсний потенціал України вважається підґрунтям національної економіки, первинним (а в сільському господарстві – головним) фактором виробництва, оскільки його використання забезпечує формування близько 95% обсягу продовольчого фонду і 70% фонду товарів споживання. Тому можна стверджувати, що відродження національної економіки потрібно розпочати з вирішення питань раціонального використання й охорони земельних ресурсів (рис.14).

Рис. 14. Інноваційні форми управління земельними ресурсами в контексті переходу економіки держави на траєкторію низьковуглецевого розвитку

Сівозміни. Науково обґрунтована сівозміна є основою землеробства, запорукою його стабільності оскільки істотно впливає на водний, поживний, біологічний режими ґрунту. Вплив типу сівозміни на азото-вуглецевий обіг зводиться до того, що насичення сівозмін культурами зі значним виходом побічної продукції забезпечує лінійне зростання надходження азоту за рахунок мінералізації побічної продукції і вивільнення азоту з неї за одночасного зростання продуктивності сівозмін.

Вчені ННЦ “Інститут землеробства”, враховуючи ситуацію, що склалася в землекористуванні держави, рекомендують до впровадження в багатогалузевих господарствах Лісостепу України короткоротаційні динамічні 3-5-пільні та довгоротаційні 6-10-пільні інтенсивні сівозміни з рекомендованим набором, співвідношенням і розміщенням польових культур.

Принагідно слід зазначити, що сільськогосподарські культури по різному впливають на новоутворення органічного вуглецю. Максимальна його кількість формується у ґрунті під час вирощування багаторічних бобових трав (люцерни), а такі культури, як пшениця озима, ячмінь озимий і ярий, кукурудза та соя залишали після їх збирання менше органічного вуглецю, ніж люцерна на 40,1; 42,3; 48,6; 58,6 та 85,5% відповідно.

Вченими встановлено, що залучення С-СО₂ основною продукцією на чорноземі опідзоленому у 6-10 пільних сівозмінах в 1,7-1,8 рази були вищими у порівнянні з короткоротаційними 3-5 пільними сівозмінами. У сівозмінах з включенням багаторічних і однорічних трав урожайність пшениці озимої має підвищений тренд у порівнянні з небобовими попередниками.

Базуючись на наведеному, нескладно зробити висновок, що за планування сівозмін перевагу доцільно надавати довгоротаційним інтенсивним сівозмінам з включенням багаторічних бобових трав. І тут нам як ніколи могло би допомогти повноцінне відновлення вітчизняної галузі тваринництва. Доцільно відмітити, що у вітчизняному агропромисловому виробництві більше 70% викидів парникових газів припадає на рослинництво, і лише 22% — на тваринництво. У ЄС все навпаки у порівняні з Україною: левова частка – саме від тваринництва. Тому частина європейської «зеленої» політики не зовсім релевантна з точки зору засвоєння її норм в Україні.

Обробіток грунту. Продукування СО₂ ґрунтом надзвичайно динамічний процес, напрям та інтенсивність якого значною мірою залежить від способів та глибини обробітку ґрунту, мінливості гідротермічних умов для функціонування ґрунтової біоти та кореневих систем культурних рослин. За цими напрямами вчені НААН провели певний цикл досліджень і ними були отримані такі результати.

Вченими Інституту зрошуваного землеробства визначено зміни вмісту оксиду карбону на чорноземі типовому малогумусному залежно від систем обробітку ґрунту. Встановлено, що за оранки у весняний період залучення С-СО₂ у гумус становило в середньому 58,1 т/га. За безполицевого обробітку ґрунту підвищення у ґрунті С-СО₂ гумусу, у порівнянні з оранкою, збільшилось навесні у 1,5 рази, влітку в 1,3 рази. Восени за обох способів обробітку ґрунту С-СО₂ гумусу стабілізувався на нижчому рівні. Оксид карбону лабільних гумусових речовин за безполицевого обробітку у шарі ґрунту 0-20 см перевищував оранку у 7,7-9,2 раза.

Встановлено, що за ґрунтозахисного обробітку ґрунту, незалежно від виду органічного добрива та типу агроценозу, у інтервалі зростання продуктивності, баланс вуглецю у ґрунті додатно-зростаючий. Інтервал емісії СО₂ в атмосферу від мінералізації органічної речовини за оранки більш широкий у порівнянні з ґрунтозахисним обробітком, що свідчить про посилення мінералізаційних процесів у ґрунті за однотипності азото-вуглецевого обігу, що визначає обробіток ґрунту як підпорядковану регуляторну підсистему сівозміни і виду органічних добрив у загальному обігу. Наприклад, емісія СО₂ внаслідок мінералізації органічної речовини грунту має стійку тенденцію до зниження: оранка: СО₂ – 15,5 т/га; безполецевий обробіток: СО₂ – 13,5 т/га; неглибокий безполицевий обробіток грунту - 12,4 т/га.

В результаті дослідів, проведених в ННЦ «Інститут землеробства», встановлено, що за весняного прогрівання ґрунту (травень) приповерхнева локалізація побічної продукції за відсутності обертання скиби сприяє інтенсивнішому продукуванню СО₂ у порівнянні з оранкою, де профільний розподіл енергетичного матеріалу однорідніший (понад 70 % у 10–30 см шарі ґрунту). Надалі ж (червень) максимум мікробіологічної активності зміщується вглиб обробленого профілю, оскільки тут більше вологи і органічних решток. Звідси, маємо протилежну закономірність – плоскорізний і особливо, поверхневий і мілкий дисковий обробітки істотно поступаються (8,6–20 %) оранці та чизелюванню за рівнем респірації СО₂ (рис. 15).

Рис. 15. Вплив способів обробітку грунту на емісію CO₂ в посівах кукурудзи

Прогностично в Україні найближчими роками повинен домінувати найбільш адаптований до різних ґрунтово-кліматичних умов комбінований різноглибинний (6–45 см) обробіток ґрунтів за використання наявних типів знарядь (чизель, плуг, важкий культиватор, дискатор, ротаватор тощо) з акцентом на виважену мінімізацію (no-till, mini-till, strip-till) всіх ресурсних та енергетичних витрат і надійного природоохоронного ефекту як визначальних умов довгоочікуваного переходу до сталого землекористування. З метою оптимізації процесів у системі ґрунт – рослина – атмосфера важливою умовою є обов’язкове максимальне (50-80%) цілорічне покриття ґрунтової поверхні рослинною мульчею з метою запобігання ущільнення, економного водоспоживання, раціонального вивільнення та використання рослинами СО₂ і синтезу нових органічних сполук.

Добрива. Дослідження, проведені в стаціонарному досліді відділу землеробства Ерастівської дослідної станції ДУ Інститут зернових культур на чорноземі звичайному малогумусному важкосуглинковому на лесі в зерно-паро-просапній 8-пільній сівозміні, підтверджують тісну залежність між агрохімічними параметрами ґрунту та рівнем насичення сівозміни органічними і мінеральними добривами. Встановлено, що тільки за наявності в системі удобрення органічної складової створювались сприятливі умови для стабілізації потенціалу родючості чорнозему звичайного. Вміст органічного вуглецю в орному шарі (0–20 см) ґрунту на контрольному варіанті становив 2,25 %. Найбільш відчутне (на 0,15–0,20 %) кількісне підвищення вмісту вуглецю було на варіантах застосування гною, рослинних решток та органо-мінеральної системи удобрення.

У польовому досліді ННЦ «Інститут землеробства» на сірому лісовому ґрунті накопичення С-СО₂ гумусу без застосування добрив (контроль) становило 25,1 т/га, за органічної системи удобрення – 35,6 т/га, мінеральної – 31,3 т/га, органо-мінеральної – 35,6 т/га. Інтенсивність виділення СО₂ за застосування добрив в органічній системі удобрення підвищувалась у порівнянні з контролем у 2,2 рази (побічна продукція рослинництва), а за внесення по фону соломи N₃₀ – у 1,5 раза, за органо-мінеральної системи – у 4,8 рази.

Ці положення були підтверджені і вченими інших інститутів, які встановили, що вид органічного добрива впливає на емісію СО₂ в атмосферу: за використання гною емісія оксиду карбону становить 25-85 т/га, тоді як за використання побічної продукції у якості органічного добрива емісія С-СО₂ зростає в 2-3 рази, що супроводжується посиленим виносом азоту у порівнянні з його надходженням до агроценозу за внесення гною, і, навпаки, лінійно зростаючим надходженням загального азоту у порівняні з його виносом за рахунок мінералізації побічної продукції. Одночасно відбувається зростання дефіцитності балансу вуглецю у ґрунті за внесення гною та зростання його додатності за використання побічної продукції, тобто, на рівні з додатністю «СО₂-фактора», який визначає делімітування вуглецевого живлення в агроценозах (табл. 2).

 

Таблиця 2. Співвідношення C_орг до N в агроценозах різного типу за використання різних видів органічних добрив та способів обробітку чорнозему

Вченими Інституту сільського господарства Карпатського регіону встановлено, що застосування у чотирипільній сівозміні в умовах кислих ясно-сірих лісових поверхнево оглеєних ґрунтів органо-мінеральної системи удобрення з внесенням на гектар сівозмінної площі однієї норми мінеральних добрив (N₆₅Р₆₈К₆₈), 10 т гною на фоні вапнування як 1,0 н СаСО₃ за Нг, (6,0 т/га) сприяє зростанню емісії діоксиду карбону (рис. 16).

Рис. 16. Динаміка виділення СО₂  під пшеницею озимою

Органо-мінеральна система удобрення з внесенням на гектар сівозмінної площі 10 т гною, N₆₅P₆₈K₆₈ на фоні внесення дози вапна, розрахованої за кислотно-основною буферністю, (2,5 т/га СаСО₃) оптимізує сезонну динаміку виділення СО₂. Внесення на ясно-сірому лісовому поверхнево оглеєному ґрунті у короткоротаційній чотирипільній сівозміні 1,0 і 1,5 н вапна за гідролітичною кислотністю є не тільки високозатратним заходом, але спричинює значні втрати карбону у вигляді СО₂ внаслідок додаткової мінералізації.

Однак, внесення оптимальної дози вапна, розрахованої за кислотно-основною буферністю вже на п’ятий рік післядії супроводжується підвищенням кислотності, і як наслідок, зростанням інтенсивності виділення СО₂ і його втрат, одностороннім підвищенням процесів окиснення та додатковою мінералізацією гумусу із зростанням вмісту його лабільних сполук за рахунок нагромадження рухомих фульвокислот. Це вказує на необхідність повторного вапнування оптимальною дозою СаСО₃ розрахованою за рН-буферністю перед кожною з наступних чотирипільних ротацій.

Доцільно окремо оцінити вплив на процеси азоту. Його значення дуже важливе для закріплення вуглецю у ґрунті і він впливає на величину коефіцієнтів гуміфікації. В табл. 3 наведені швидкість розкладання свіжої органічної речовини та коефіцієнти її гуміфікації в різних за гумусованістю ґрунтах. В більш гумусованих ґрунтах менші коефіцієнти гуміфікації, тобто для таких грунтів потрібні більші норми органічних добрив, щоб відновити в них гумусованість. Внесення азоту сприяє посиленню розкладу свіжої органічної речовини і підвищує коефіцієнти гуміфікації соломи, особливо на низькому фоні гумусованості ґрунту.

Таблиця 3. Вплив азоту на процеси гуміфікації гною і рослинних

решток у ґрунтах різного ступеня гумусованості

Іншим важливим напрямом зменшення надходження СО₂ в атмосферу є біоконверсія органічних відходів тваринництва і птахівництва. Науковцями ННЦ «Інститут землеробства» розроблено і впроваджено інноваційні технології створення нового покоління органо-мінеральних біоактивних добрив із застосуванням органічних складових (гною ВРХ і твердої фракції свиней, пташиного посліду) та природних покладів (торфу, сапропелі озерні), які мають удобрювальні, сорбційні, меліоративні і біотичні властивості (рис. 17). За рахунок введення до складу ОМБД специфічної біоти (комплексу органічно цінних мікроорганізмів) посилюється біологічна активність ґрунту.

Рис. 17. Переваги органо-мінеральних біоактивних добрив у порівнянні з традиційними

Технологія виробництва ОМБД забезпечує зменшення періоду компостування до 30 днів, замість традиційної до 180 днів. Композиція органо-мінеральних біоактивних добрив розробляється для конкретних ґрунтово-кліматичних умов господарств України, а також культур, що вирощують з урахуванням поживного режиму і фізико-хімічних показників ґрунту.

Дослідженнями встановлено, що за рахунок проходження біоконверсії органічних відходів, зменшується на 30-40 % емісія СО₂ в атмосферу.

         В Інституті сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва створено методику оперативного визначення спрямованості процесів мінералізації↔синтезу органічної речовини в ґрунтах агроценозів за газохроматографічного дослідження емісійного співвідношення N-N₂O/C-СO₂ і наступних розрахунків індексів мінералізації↔синтезу при порівнянні показників зі значеннями «еталонних» ґрунтів (Патент України № 119297).

Методика апробована у польовому стаціонарному досліді (табл. 4) при вирощуванні сільськогосподарських культур за різних систем удобрення (органічних, мінеральних, органо-мінеральних). Показано, що системне застосування мінеральних добрив без забезпечення ґрунту свіжою органічною речовиною призводить до розбалансування процесів мінералізації ↔ синтезу. За цих умов домінує мінералізація органічної речовини. Органічне і, особливо, органо-мінеральне удобрення забезпечує врівноваження у ґрунті зазначених процесів.

За використання запропонованих методичних рішень отримуються оперативні висновки щодо дії певних агрозаходів на досліджувані процеси. Методика може бути суттєвим доповненням до існуючих агрохімічних методів і, на думку авторів, її використання зможе забезпечити об’єктивне бачення інтенсивності мінералізаційних та синтетичних процесів для прийняття рішень щодо принципів удобрення сільськогосподарських культур або використання інших агрономічних прийомів.

За використання запропонованих методичних рішень отримуються оперативні висновки щодо дії певних агрозаходів на досліджувані процеси. Методика може бути суттєвим доповненням до існуючих агрохімічних методів і, на думку авторів, її використання зможе забезпечити об’єктивне бачення інтенсивності мінералізаційних та синтетичних процесів для прийняття рішень щодо принципів удобрення сільськогосподарських культур або використання інших агрономічних прийомів.

Таблиця 4. Спрямованість процесів мінералізації-синтезу органічної

речовини у чорноземі вилуженому при вирощуванні ячменю ярого залежно від агрофону

Тваринництво. Одним із дієвих засобів підвищення загального рівня продуктивності та зменшення непродуктивних втрат азоту за кишкової ферментації кормів жуйними є зміна структури їх годівлі. Дослідженнями науковців Інституту тваринництва НААН, спрямованими на підвищення ефективності використання кормів молочною худобою, розроблено нові технологічні прийоми виготовлення, добавку захищеного протеїну та крохмалю – «ТЕП мікс». Результати їх широкомасштабної виробничої перевірки доводять, що завдяки зниженню обсягів синтезу аміаку у передшлунках тварин ретенція азоту збільшується на 25-30%. Завдяки цьому виділення азоту з кишковими газами скорочується понад 20%.(рис. 18).

Рис. 18. Система нормованої годівлі високопродуктивної молочної худоби

Зниження ж утворення метану від систем видалення та обробки відходів тваринництва цілком залежне від застосовуваних технологій виробництва. Результатами досліджень вчених доведено, що застосування традиційної технології утримання свиней з системою механізованого видалення гною з підстилкою дозволяє знизити викиди парникових газів у 7,5 раза порівняно з технологією, де видалення гною здійснюється гідравлічною системою.

Аналогічним порівнянням технологій молочного скотарства встановлено, що у господарствах з безприв’язним утриманням тварин на глибокій солом’яній підстилці та з боксовим утриманням викиди парникових газів у еквіваленті СО₂ на 54-67% вищі, проти господарств з технологією прив’язного утримання. Експериментально встановлено параметри питомих викидів аміаку у розрахунку на 1 ц живої маси корів та молодняку великої рогатої худоби за різних технологій виробництва.

Технологія гравітаційного тонкошарового відстоювання та ущільнення осаду до вологості 92% забезпечує зниження викидів парникових газів у 38,7 раза порівняно з гідравлічним його видаленням та у 1,42 раза – з технологією розділення фракцій методом фільтр-пресування. Також вона є ефективнішою на відміну від традиційної - у 5,2 раза (табл. 5).

Таблиця 5. Викиди парникових газів за вирощування бугайців молочних

і м’ясних порід за періодами року в еквіваленті СО₂ на одну умовну голову (кг)

Перспектива. Вченими Інституту агроекології і природокористування НААН визначено землеохоронні заходи, які уповільнюють процес доступу кисню до внутрішнього ґрунтового середовища, в результаті чого уповільнюються процеси мінералізації органічної речовини, що забезпечує скорочення обсягів викидів вуглецю в повітря.

На основі методики Міжурядової групи експертів ООН із зміни клімату побудовано прогнозовану модель до 2050 р. (рис. 19) за застосування землеохоронних заходів змін запасів вуглецю у резервуарі мінеральних ґрунтів за базовим, песимістичним і оптимістичним сценаріями економічного розвитку з урахуванням впливів запропонованого поетапного запровадження заходів низьковуглецевого землекористування, що визначає потенціал збільшення запасів вуглецю агроугідь України на рівні 14 – 14,5 млн т СО₂, рівень відновлення запасів гумусу і родючості земель та потребує фінансових витрат на рівні 8 – 9 % валового прибутку. Адже проведені розрахунки показали, що запровадження інструменту відкриває можливість використання додаткового нетрадиційного джерела надходжень фінансових інвестицій у сектор землекористування на рівні 3,0 – 3,5 млрд дол. США, а до 2050 р. – до 5 млрд дол. США за умови забезпечення прогнозованих рівнів цін 24 - 39 дол. США за 1 т СО₂, а за розрахунками фахівців найбільших компаній світу, можна очікувати мінімальні показники цін на вуглецеві одиниці на рівні 30 – 100 дол. США за 1 т СО₂ у 2050 р.

Рис. 19. Прогнозна оцінка обсягів викидів парникових газів у секторі рослинництва

Тобто господарюючі суб’єкти (землекористувачі) могли б додатково отримати майже 22,5 млрд гривень прибутку за умов вчасного запровадження науково обґрунтованої системи землеохоронних заходів, які орієнтовано не лише на відновлення і збереження агроґрунтового потенціалу, але і на збалансований розвиток агроландшафту в цілому.

Запропоновано модель впровадження стратегічних напрямів розбудови фінансово-економічного інструменту внутрішнього вуглецевого ринку сектору сільськогосподарського землекористування, введення якої в дію за існуючих умов економічного розвитку здатне забезпечити збільшення запасів вуглецю у резервуарі мінеральних ґрунтів на землях сільськогосподарського призначення (рис. 20, 21), що є фактором відновлення і збереження агроресурсного потенціалу регіонів та забезпечення прийнятного рівня агроекологічної і продовольчої безпеки.

Встановлено, що формування і запровадження фінансово-економічного інструменту внутрішньої вуглецевої торгівлі набутими вуглецевими одиницями абсорбції на основі реалізації системи заходів низьковуглецевого сільськогосподарського землекористування забезпечить активізацію економічної діяльності і призведе до розвитку ряду суміжних галузей господарського комплексу (наприклад, хімічної промисловості, сільськогосподарського машинобудування тощо), що активізує загальне оздоровлення економічної системи та сприятиме подоланню економічної кризи України.

Розроблено схему інформаційних потоків при формуванні фінансово-економічного інструменту торгівлі вуглецевими одиницями, набутими в результаті запровадження низьковуглецевого землекористування, ключовими етапами якого є:

Ø інвентаризація запасів вуглецю в резервуарі мінеральних ґрунтів на землях сільськогосподарського призначення як на початковій стадії (оцінка базового рівня), так і на наступних етапах зі встановленою періодичністю (моніторингові оцінки) та реєстрація інформації щодо результатів оцінки попереднього етапу (базової і моніторингової оцінок);

Ø реєстрація актів продажу вуглецевих одиниць і передачі

інформації щодо наявності таких фактів та обсягів продажів до контролюючого державного органу (наприклад, Інститут охорони ґрунтів України), діяльність якого забезпечує функціонування внутрішньої торгівлі набутими вуглецевими одиницями абсорбції для сектору землекористування.

Рис. 20. Система стратегічних напрямів розбудови внутрішнього вуглецевого ринку для сектору землекористування

Рис.21. Структурна схема інформаційних потоків формування та

регулювання внутрішнього вуглецевого ринку для сектору землекористування

Запропонований інструмент торгівлі набутими вуглецевими одиницями абсорбції (рис. 22), які легко інтегрується із системою фінансово-економічних інструментів традиційного ринкового профілю, передбачає запровадження внутрішнього вуглецевого ринку і відкриває ряд можливостей з управління рівнем агроекологічної безпеки шляхом створення нового характеру організаційно-економічних залежностей між суб’єктами землекористування. За таких умов факторами рентабельності та нарощування прибутків агровиробників стають якісні параметри агрохімічних характеристик ґрунтового покриву, які формуються у результаті використання земельних ресурсів сільськогосподарського призначення.

Рис. 22. Принцип функціонування фінансово-економічного інструментарію з регулювання внутрішнього вуглецевого ринку сектору землекористування

Розроблено Проєкт Концепції низьковуглецевого сільськогосподарського землекористування, яка передбачає концептуальну платформу забезпечення збалансованого розвитку агросфери на основі низьковуглецевого землекористування з врахуванням нормативно-правових, інституціональних, організаційно-економічних аспектів.

Науковцями НААН розроблено модель низьковуглецевого виробництва органічної продукції рослинництва і тваринництва для конкретних наявних гідротермічних, ґрунтових і антропогенних ресурсів Державного підприємства «Дослідного господарства імені 9 Січня» НААН Хорольського району Полтавської області з площею ріллі 6900 га. Капітальні витрати на створення такої системи становлять 38 млн у. о. (5,5 тис. у. о./га), очікуванні виробничі видатки – 11 млн у. о. (1,6 тис. у. о./га), валовий дохід – 35 млн у. о. (5,1 тис. у. о./га), чистий прибуток  - 24 млн у. о. (3,5 тис. у. о./га), строк окупності фінансових затрат – 2 роки.

Переваги такої системи полягають у наступному:

Ø   сформованому стосовно до особливостей агроресурсного потенціалу сільськогосподарських територій єдиному технологічному комплексі здійснюється збалансоване виробництво органічних продуктів харчування рослинництва і тваринництва, технічної сировини та біоенергії;

Ø створюються замкнені цикли макро- й мікроелементів (90-100 %);

Ø здійснюється перехід на засади органічного виробництва;

Ø за рахунок розширення кругообігу біогенних елементів, зокрема

вуглецю і азоту, систематично підвищується родючість ґрунту і продуктивність ріллі;

Ø істотно скорочується вуглецевий слід отриманої продукції;

Ø кардинально підвищується прибутковість виробничої діяльності;

Ø забезпечуються короткі строки окупності капітальних затрат;

Ø за рахунок власних енергоресурсів та скорочення застосування

агрохімікатів собівартість продукції знижується на 30% відносно наявного загального рівня в аграрному секторі;

Ø    забезпечується можливість значного розширення площі біоенергетичних агроекосистем, постійного вдосконалення й розвитку їх галузевої структури за рахунок зростаючого власного прибутку;

Ø    досягається екологічне благополуччя довкілля через утилізацію й знезараження усіх відходів, в т. ч. комунальних, та мінімізації застосування агрохімікатів;

Ø    досягається високий рівень зайнятості, матеріального благополуччя та створюються комфортні умови життя для сільського населення;

Ø    очікується активний розвиток інших галузей вітчизняної економіки, зокрема машинобудування.

Стосовно пункту 5 вище зазначених переваг можна виділити наступні основні статті скорочення викидів вуглекислого газу у системі низьковуглецевого аграрного виробництва:

Ø багаторазове використання або рециркуляції 80% азоту, 90% фосфору та 100% калію, що заощаджує витрати пального на виробництво промислових мінеральних добрив та скорочує викиди до 4,1 т/га СО₂;

Ø біологічна азотфіксація складає 70 кг/га, що еквівалентно викидам 0,5 т/га СО₂ при виробництві відповідної кількості азотних добрив;

Ø виробництво метану з біомаси становить 1,5 тис. м³/га, що еквівалентно 4,7 т/га СО₂ при спалюванні природного газу;

Ø виробництво біодизелю – 200 кг/га, що еквівалентно 0,60 т/га СО₂ при спалюванні дизельного пального;

Ø усунення щорічних втрат 0,5 т/га гумусу, що еквівалентно 0,8 т/га СО₂

Ø разом обсяги заощадженого непоновлюваного пального еквівалентні  викидам 10 т/га СО₂.

Разом зі вказаними можливостями заощадження непоновлюваного пального і відповідно скорочення викидів СО₂ у майбутньому потрібно враховувати обсяги надходження в атмосферу інших парникових газів за різної виробничої практики, зокрема газоподібних сполук азоту (денітрифікація азоту добрив) і метану (газоподібні виділення тварин), від яких парниковий ефект відповідно у 300 та 25 разів вище ніж від вуглекислого газу.

Для ефективного управління вказаними процесами в Україні потрібно створити мережу засобів вимірювання обсягів викидів СО₂ та інших газів як в дослідах з випробовуванням різних агротехнологій і систем землеробства, так і в межах основних ґрунтових відмінностей.

Узагальнюючи наведені результати досліджень щодо впливу різних агротехнічних факторів на параметри втрат і накопичення вуглецю у різних ґрунтових відмінах нескладно прийти до таких висновків:

Характер впливу хімічної групи чинників проявляється, перш за все, через ерозійні процеси різного характеру, які призводять до втрат гумусу, а отже, і до емісій вуглецю. З іншого боку, хімічні чинники завдяки реакціям ґрунтового середовища можуть сприяти збільшенню накопичення вуглецю у резервуарі мінеральних ґрунтів на землях сільськогосподарського призначення. Протидіяти втратам вуглецю можна через запровадження системи землеохоронних протиерозійних заходів, спрямованих на активізацію процесів його поглинання, яка повинна включати комплекс таких заходів:

Ø   агрономічні: застосування районованих сортів сільськогосподарських культур, чим можна забезпечити прийнятні рівні врожайності з урахуванням режимів зволоження за фізико-географічним районуванням при одночасно помірному рівні антропогенного навантаження на агроекосистему;

Ø   технологічні: впровадження прогресивних технологій обробітку ґрунту та сільськогосподарської техніки зі зменшеним рівнем навантаження на ґрунтовий покрив (зі зниженою масою, тобто полегшені агрегати і машини та зі збільшеною опорною площею ходових систем);

Ø   агрохімічні: внесення науково обґрунтованих доз добрив для забезпечення щонайменше компенсації поживних речовин, винесених з урожаєм сільськогосподарських культур (ця група заходів також включає проведення меліоративної обробки земель для збереження прийнятного кислотно-лужного балансу ґрунтів відносно вирощуваних культур та місцевих кліматичних умов та внесення й інших агрохімічних сполук, необхідних для поліпшення якості ґрунтів та продукції виробництва);

Ø   організаційно-управлінські: дотримання вимог щодо структурно-

просторових пропорцій як у співвідношенні посівів сільськогосподарських культур, так і у співвідношенні площ земельних угідь.

Виконання окреслених завдань потребує забезпечення кваліфікованими кадрами та трудовими ресурсами. Це сприятиме створенню додаткових нових робочих місць, перешкоджатиме відтоку населення із сільської місцевості, що стане істотним поштовхом для оздоровлення соціально-економічної ситуації сільських територій. Очікується, що ефект буде посилений після завершення адміністративної реформи, адже запровадження внутрішнього вуглецевого ринку у секторі землекористування сприятиме збільшенню фінансових ресурсів на рівні місцевих громад. Цим будуть створені сприятливі умови для розвитку соціальної інфраструктури на селі, що збільшить кількість сільського населення та знизить рівень соціально-економічної напруги на селі.

На завершення скажу, що попереду у представників аграрних наук цікавий і відповідальний етап роботи, який вимагає від нас злагодженості у проведені спільних наукових досліджень, високої достовірності отриманих результатів, мудрих висновків і рекомендацій за отриманими результатами і наполегливості у рекомендаціях органам влади. Все серйозно, як ніколи, адже арбітром наших дій є сама природа, а вона помилок не прощає. Вірю, що вчені аграрники докладуть максимум всіх можливих зусиль  на розв'язання проблеми скорочення викидів парникових газів в агропромисловому виробництві.

Бажаю всім нашим вченим успіху!

Дякую за ознайомлення з доповіддю!