В ходе реализации второго этапа проекта по созданию карбонового полигона "Ладога" были исследованы параметры углеродного цикла в зональных южно-таежных экосистемах. Было выявлено 11 фил бактерий и 1 фила архей. В подзолах доминируют Proteobacteria и Actinobacteria, распределение фил коррелирует с генетическими горизонтами почвы (например, Nitrobacter в верхнем слое, Verrucomicrobia в ризосфере, Gemmatimonadetes в дренированном горизонте). Торфяные почвы характеризуются большим обилием Firmicutes и метаногенных Euryarchaeota в анаэробном горизонте. Микробное разнообразие разделилось на три кластера (верхний слой подзола, нижний слой подзола и торфяная почва), отражая различия в генезисе и почвенных режимах. Ключевые филы, участвующие в круговороте углерода (Actinobacteriota, Proteobacteria, Acidobacteriota, Bacteroidota, Firmicutes, Verrucomicrobiota), показали разное обилие в подзолах и торфяных почвах. Торфяные почвы, из-за большей трансформации углерода, могут сильнее влиять на изменение климата по сравнению с подзолами, где происходит накопление грубого гумуса в составе подстилки.
Была проведена оценка уровней накопления и стабилизации органического вещества, который показал что, Запасы органического углерода в почвах Карельского перешейка варьируют в зависимости от типа почвы и антропогенного воздействия. В лесных почвах (оподзоленные песчаные и дерново-подзолистые) запасы в слое 0-100 см составляют 34,6–68,1 кг/м². На постагрогенных почвах этот показатель значительно ниже (8,41–11,96 кг/м²). Торфяные почвы демонстрируют максимальные запасы — до 108,8 кг/м². Предыдущие исследования с использованием дистанционного зондирования показали вариации запасов 1–9 кг/м² в слое 0–10 см.
Было проведено моделирование процессов трансформации органического вещества почв при помощи модели ROMUL, результаты имитационного моделирования показали, увеличение запасов почвенного органического вещества (ПОВ) за счет накопления растительного опада в подстилке. Имитация до 100 лет показала что темпы прироста подстилки замедляются, и накопление ПОВ происходит преимущественно в минеральной части почвы. В поверхностных горизонтах активизируются гумификация и минерализация, приводя к стабилизации ОВ в минеральных горизонтах. Это объясняется мезофилизацией растительного сообщества и переходом лабильного пула углерода в стабильный. Дальнейшее улучшение модели предполагает учет изменений температуры, влажности, скорости трансформации растительных остатков и динамики микроклимата в подстилке.
На основе данных мониторинга и измерений потоков климатически активных газов, и оценке объемов их поглощения почвой и растениями в почвах южно-таежной экосистемы было установлено что, скорость роста валовой первичной продукции (GPP) в Ленинградской области за 2014-2022 гг. составила 0.08 ± 0.02 гC·м⁻²·день⁻¹·год⁻¹, что сопоставимо с данными по хвойным лесам Германии (0.07 гC·м⁻²·день⁻¹·год⁻¹) и широколиственным лесам США (0.051 гC·м⁻²·день⁻¹·год⁻¹). Наблюдается статистически значимый рост GPP, что может быть связано с увеличением концентрации атмосферного CO₂.
Была проведена идентификация, параметризация и монетизация ключевых углеродных, на основе анализа было выявлено, что идентификация начинается с оценки способности экосистем (леса, болота и др.) поглощать и хранить углерод, учитывая пространственное распределение и уязвимость к внешним угрозам. Количественная оценка запасов и потоков углерода (параметризация) осуществляется с помощью полевых измерений, дистанционного зондирования и моделей (например, ROMUL). Монетизация, то есть оценка экономической стоимости поглощения углерода, позволяет разработать механизмы компенсации, такие как лесовосстановление, агролесомелиорация и создание карбоновых ферм. Эти проекты способствуют увеличению биоразнообразия, заготовке древесины и продаже углеродных единиц. Так, например, за счет высадки деревьев возможно получить выгоду в виде углеродных единиц (в зависимости от типа древостоя) от 3320 до 13897 штук.
В ходе анализа временной изменчивости концентраций углерод содержащих газов в атмосфере была разработана и протестирована методика определения интегрального содержания N2O и углерод содержащих газов в атмосфере по высокоразрешенным FTIR-спектрам прямого солнечного излучения. Оценены случайные и систематические погрешности определения интегрального содержания CH4, CO2, N2O, составляющие, в среднем, 2,2% и 3,4% для CO2 , 1,5% и 3,6% для CH4 , 1,2% и 2,6% для N2O. Среднее значение погрешности сглаживания составляет 0,5%, 0,5% и 0,2% для CO2 , CH4 и N2O соответственно. Средние значения интегрального содержания (TC) и средневзвешенной концентрации (X) за 2009-2022 гг., зарегистрированные на станции атмосферного мониторинга СПбГУ, составляют для CO2 8,79×1021 молек/см2, для CH4 3,885×1019 молек/см2 и для N2O 6,59×1018 молек/см2 соответственно.
Было проведено исследование потенциала секвестрации органического углерода, и было установлено что, в почвах России сосредоточено около 20% мировых запасов углерода (от 285 до 364 Пг углерода, при глобальных запасах в 1417-1824 Пг в слое 0-100 см). При этом в результате антропогенной активности и изменения климата существенная часть органического вещества может быть подвержена процессам деградации. Нами был оценен запас потенциально минерализуемого углерода (Cpm) , так, для торфяной эутрофной почвы запас потенциально минерализуемого углерода (Cpm) составляет 3394,7 ± 380,3 мг/100 г (8,8 ± 0,9% от ПОВ), что эквивалентно 0,58 ± 0,06 кг/м² в слое 0–10 см. Минерализация в торфяной почве протекает интенсивнее (9,2 ± 0,1 мг/100 г/сут), чем в дерново-подбуре (2,5 ± 0,2 мг/100 г/сут), при этом органическое вещество в торфе более стабильно. Температурный режим и влажность влияют на размер и структуру минерализуемого пула органического вещества в торфяных почвах.
Была разработана регионально-ориентированная верифицированная технология контроля эмиссии и поглащения климатически-активных газов на основе оценки экологической безопасности обезвреженных озоном судовых балластных вод. Так, были проведены эксперименты на опытном прототипе системы ультрафиолетовой обработки балластных вод (СУБВ), которые показали зависимость необходимой концентрации озона (и окислительно-восстановительного потенциала) от солености воды для эффективной инактивации микроорганизмов по стандарту D-2. Обработанная вода оказалась нетоксичной, что подтверждает возможность экологически безопасного сброса балластных вод.
Было проведено определение поглощающего углеродного потенциала экосистем Ленинградской области, которое показало, что секвестрационный потенциал экосистем Ленинградской области зависит от типа экосистемы и антропогенного воздействия. Леса и болота обладают наибольшим потенциалом (до 8,3 кг/м² и 60,0 кг/м² ПОВ соответственно), в то время как луга и залежи — меньшим из-за преобладания лабильного углерода. Вырубка лесов и осушение болот резко снижают этот потенциал. Климатические изменения могут оказать как положительное, так и отрицательное влияние. Устойчивое лесопользование, восстановление залежей и создание карбоновых ферм на 677,9 тыс. га сельскохозяйственных земель (20,28% от общего земельного фонда) способны секвестрировать до 1000 млн. кг углерода в год (около 20% выбросов Ленинградской области), что может быть увеличено за счет оптимизации технологий и управления.
Была предложена разработка полного цикла карбоновой фермы, так на основе карбонового полигона Ладога была рассмотрена эффективность карбоновых ферм, которая показала, что успех карбоновых ферм определяется не только секвестрацией углерода, но и комплексным подходом, включающим: устойчивое управление почвой (например, внесение органических удобрений), восстановление деградированных земель (повышение биоразнообразия и устойчивости экосистемы), экономическую жизнеспособность (продажа углеродных единиц), и надежные системы верификации и мониторинга для привлечения инвестиций.
Была разработана оптимальная программа атмосферных измерений для верификации поглощения углерода, которая показала, что оценка поглощательной способности гипотетических карбоновых ферм (NEECO₂_carb) и полигона «Ладога» (NEECO₂_Ladoga) дала широкий диапазон значений, но результаты для NEECO₂_carb, полученные с использованием GPPmean, оказались близки к оценкам для лесного фонда и карбоновых полигонов. Поглощение CO₂ полигоном «Ладога» оценивается в 0.1–2.3 ктCO₂/год. Сопоставимость результатов с данными других исследователей подтверждает достоверность оценки, хотя вариации и пропуски в спутниковых данных GPP требуют непрерывных наземных измерений для уточнения углеродного баланса.
Было проведено уточнение приоритетов современной климатической политики, так было установлено, что модернизация и структурное преобразование российской энергетики имеют значительный потенциал для достижения углеродной нейтральности и должны стать приоритетом энергетической, климатической и социально-экономической политики страны и регионов. Однако, без реформирования управления в энергетическом секторе, достижение целей по эффективности и снижению углеродоемкости остается под вопросом. Необходимы дальнейшие исследования организационно-экономических барьеров и разработка мер по их устранению.
Был проведен анализ разработки программ по использованию и переработке органических остатков, так было показано, что на Северо-Западе России открытые горные работы нарушили около 0,1% земель. Биологическая рекультивация ускоряет восстановление почвы примерно на 10 лет, но отстает от других регионов из-за низкой экономической и экологической эффективности. Необходимы исследования для разработки более эффективных и экономичных методов. Внесение семян и органических удобрений ускоряет рекультивацию техногенных отвалов, но требуется определить оптимальную дозу удобрений. Моделирование показало, что восстановление лесной подстилки и гумуса при естественном зарастании займет 190-250 лет. Посев трав и внесение торфо-гумусовой смеси ускоряют процесс, но без дальнейшей рекультивации может произойти потеря лабильного органического вещества. Перспективным направлением является оптимизация доз минеральных и органических удобрений для сбалансированного биологического круговорота и снижения потерь ПОВ.
Была проведена разработка и тестирование методики определения интегрального содержания CO2 в атмосфере по данным ИК наземного дистанционного зондирования. Так, на основе Фурье-спектрометра высокого спектрального разрешения Bruker IFS 125HR были проведены измерения углеродсоджащих газов, полученные данные показали высокую сходимость результатов исследования с рядом международных лабораторий.
Была проведена количественная оценка потоков углекислого газа для естественных и залежных систем, так, было установлено, что наибольшая эмиссия CO₂ наблюдалась в естественном лесу (4.192 гCO₂/(м²·год)), тогда как на залежных землях она была значительно ниже (1.289–2.835 гCO₂/(м²·год)). Это объясняется более высокой степенью стабилизации органического вещества в залежных почвах по сравнению с естественными почвами. В первые 30-40 лет залежи характеризуются формированием ароматических структур, связанным со сменой растительности и увеличением биоразнообразия. В естественных почвах преобладают алифатические структуры, более подверженные микробной деструкции.
Была проведена систематизация и обоснование методических рекомендаций по выбору российскими предприятиями эффективных решений по декарбонизации производственно-технических процессов в целях реализации ими климатических проектов при одновременном достижении экономической целесообразности, повышении инновативности и конкурентоспособности, так, была выявлена необходимость донастройки механизма реализации климатической политики в России для стимулирования участия бизнеса в климатических проектах (КП), особенно в секторе ЗИЗЛХ. Разработанная методология оценки КП показала, что ключевыми препятствиями являются низкие цены на углеродные единицы, санкционные риски и отсутствие развитого углеродного рынка с эффективными финансовыми стимулами. Приоритетными КП признаны авиалесоохрана, обводнение торфяников и лесоразведение, перспективным направлением – создание карбоновых ферм, требующих, однако, значительных инвестиций и государственной поддержки. Успешная реализация КП зависит от преодоления неопределенностей в верификации и сертификации, а также от роста цен на углеродные единицы и создания действенных финансовых стимулов для бизнеса.
Был проведен мониторинг аэрозольных частиц в атмосфере Санкт-Петербурга, который показал что летом концентрация аэрозолей в Санкт-Петербурге значительно выше, чем в Воейково, из-за разницы в траекториях воздушных масс. Осенью разница меньше благодаря более высоким скоростям ветра, способствующим рассеиванию. Данные подтверждают, что основной источник загрязнения – сам город. Полученные результаты согласуются с данными AERONET и VIIRS. В Санкт-Петербурге преобладает мелкодисперсный аэрозоль, повышенная концентрация которого снижает прямую солнечную радиацию. Осеннее снижение концентрации аэрозолей объясняется выносом твердых частиц с осадками.
Была определена специфика декарбонизации индустриального сектора в отраслях естественной монополии, так было установлено, что достижение национальных целей низкоуглеродного развития требует не только федеральной координации, но и грамотной региональной приоритизации декарбонизации, учитывающей особенности энергосистемы, доступность ресурсов и климатические условия. Потенциал поглощения парниковых газов зависит от наличия лесных массивов, инвестиционных возможностей, и поддержки местных властей. Дальнейшие исследования должны фокусироваться на разработке региональных моделей оптимального достижения целей низкоуглеродного развития, учитывающих экономическую структуру, энергосистему и природно-климатические условия.
Была проведена оценка потенциала развития углеродного рынка в Российской Федерации, на основе оценки было выявлено, что развитие углеродного рынка в России сталкивается с серьезными внутренними и внешними вызовами, решение которых требует международного сотрудничества, ужесточения регулирования, импортозамещения, сотрудничества с дружественными странами, улучшения финансовой и информационной поддержки, и развития биржевого сегмента. В Санкт-Петербурге и Ленинградской области ситуация более благоприятна, приоритетными направлениями являются информационно-аналитическая поддержка, развитие биржевого сегмента и финансовая поддержка декарбонизации бизнеса. Дальнейшие исследования необходимы для обоснования параметров государственной поддержки, в том числе финансирования карбоновых ферм в контексте российской финансовой модели углеродного регулирования.