Научная статья на тему 'БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ СЕВЕРНЫХ ЛЕСОВ'

БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ СЕВЕРНЫХ ЛЕСОВ Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
29
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ / КАЛОРИЙНОСТЬ / СЕВЕРНЫЕ ЛЕСА / ЛЕСНЫЕ КУЛЬТУРЫ / СОСНА ОБЫКНОВЕННАЯ / НАДЗЕМНАЯ ФИТОМАССА

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Сунгурова Н.Р., Клевцов Д.Н.

Развитие биоэнергетики в последнее время является одним из путей снижения энергозависимости производств, удаленных от мест добычи газа, нефти, каменного угля. Растительная биомасса - перспективный источник энергии. Цель исследований - проведение оценки биоэнергетической продуктивности северных лесов на примере сосновых формаций искусственного происхождения. Объекты исследования - участки культур Pinus sylvestris L. второго класса возраста в лишайниковом, брусничном, черничном и долгомошном типах условий местопроизрастания на севере Европейской части России. Отобранные модельные деревья сосны разделяли на фракции: сухие сучья, живые ветви, древесная зелень, кора ствола, древесина ствола. При обработке полученных данных по количеству надземной фитомассы применен регрессионный анализ. Корреляционный анализ свидетельствует, что между диаметром и массой отдельных фракций в свежесрубленном состоянии наблюдается очень высокая тесная корреляционная связь. Коэффициент корреляции изменяется от 0,88±0,09 до 0,99±0,0001. В ходе проведения исследований установлено, что наибольшее количество энергии за год аккумулируется в сосняках долгомошных (91,23 ГДж/га) и черничных (73,88 ГДж/га) - наиболее представленных типах лесорастительных условий на Севере. С ухудшением почвенного плодородия энергетическая продуктивность сосновых формаций снижается: в лишайниковом типе леса она в 4 раза ниже, чем в черничном. Максимальное количество энергии во всех вариантах аккумулируется древесиной (68 %). Далее в порядке уменьшения теплотворной способности фракции надземной фитомассы распределяются следующим образом: древесная зелень 11 %, кора 9 %, ветви 8 %, сухие сучья 4 %. Это дает возможность оценивать биоэнергетический потенциал традиционно неиспользуемых частей древесного яруса северных лесов и намечать пути их энергетического использования. Полученная информация может быть использована при разработке комплекса необходимых профилактических противопожарных мероприятий и теоретических основ тушения лесных верховых пожаров в сосновых молодняках в различных типах условий местопроизрастания, поскольку содержит необходимые сведения о запасах горючих материалов в пологе древостоя.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Сунгурова Н.Р., Клевцов Д.Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

BIOENERGY POTENTIAL OF THE NORTHERN FORESTS

The development of bioenergy has recently been one of the ways to reduce the energy dependence of industries remote from gas, oil, and coal production sites. Plant biomass is a promising source of energy. The purpose of the research is to assess the bioenergetic productivity of northern forests on the example of pine formations of artificial origin. The objects of the study are plots of Pinus sylvestris L. cultures of the second class of age in lichen, lingonberry, blueberry and longmose types of growing conditions in the north of the European part of Russia. The selected model pine trees were divided into fractions: dry twigs, live branches, woody greenery, trunk bark, trunk wood. When processing the obtained data on the amount of aboveground phytomass, regression analysis was applied. Correlation analysis shows that there is a very high close correlation between the diameter and the mass of individual fractions in the freshly cut state. The correlation coefficient varies from 0.88±0.09 to 0.99±0.0001. In the course of the research, it was found that the largest amount of energy per year is accumulated in longmose pine forests (91.23 GJ/ha) and blueberry (73.88 GJ/ha) - the most represented types of forest growing conditions in the North. With the deterioration of soil fertility, the energy productivity of pine formations decreases: in the lichen type of forest it is 4 times lower than in the blueberry type. The maximum amount of energy in all variants is accumulated by wood (68 %). Further, in order of decreasing calorific value, the fractions of aboveground phytomass are distributed as follows: woody greens 11 %, bark 9 %, branches 8 %, dry twigs 4 %. This makes it possible to assess the bioenergetic potential of traditionally unused parts of the tree tier of northern forests and to outline ways of their energy use. The information obtained can be used in the development of a set of necessary preventive fire-fighting measures and theoretical foundations for extinguishing forest riding fires in pine young trees in various types of growing conditions, since it contains the necessary information about the reserves of combustible materials in the canopy of the stand.

Текст научной работы на тему «БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ СЕВЕРНЫХ ЛЕСОВ»

УДК 630*232.411

Хвойные бореальной зоны. 2021. Т. XXXIX, № 5. С. 385-391

БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ СЕВЕРНЫХ ЛЕСОВ Н. Р. Сунгурова, Д. Н. Клевцов

Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова Российская Федерация, 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17 E-mail n.sungurova@narfu.ru

Развитие биоэнергетики в последнее время является одним из путей снижения энергозависимости производств, удаленных от мест добычи газа, нефти, каменного угля. Растительная биомасса - перспективный источник энергии. Цель исследований - проведение оценки биоэнергетической продуктивности северных лесов на примере сосновых формаций искусственного происхождения. Объекты исследования - участки культур Pinus sylvestris L. второго класса возраста в лишайниковом, брусничном, черничном и долгомошном типах условий местопроизрастания на севере Европейской части России. Отобранные модельные деревья сосны разделяли на фракции: сухие сучья, живые ветви, древесная зелень, кора ствола, древесина ствола. При обработке полученных данных по количеству надземной фитомассы применен регрессионный анализ. Корреляционный анализ свидетельствует, что между диаметром и массой отдельных фракций в свежесрубленном состоянии наблюдается очень высокая тесная корреляционная связь. Коэффициент корреляции изменяется от 0,88±0,09 до 0,99±0,0001. В ходе проведения исследований установлено, что наибольшее количество энергии за год аккумулируется в сосняках долгомошных (91,23 ГДж/га) и черничных (73,88 ГДж/га) - наиболее представленных типах лесорастительных условий на Севере. С ухудшением почвенного плодородия энергетическая продуктивность сосновых формаций снижается: в лишайниковом типе леса она в 4 раза ниже, чем в черничном. Максимальное количество энергии во всех вариантах аккумулируется древесиной (68 %). Далее в порядке уменьшения теплотворной способности фракции надземной фитомассы распределяются следующим образом: древесная зелень 11 %, кора 9 %, ветви 8 %, сухие сучья 4 %. Это дает возможность оценивать биоэнергетический потенциал традиционно неиспользуемых частей древесного яруса северных лесов и намечать пути их энергетического использования. Полученная информация может быть использована при разработке комплекса необходимых профилактических противопожарных мероприятий и теоретических основ тушения лесных верховых пожаров в сосновых молодняках в различных типах условий местопроизрастания, поскольку содержит необходимые сведения о запасах горючих материалов в пологе древостоя.

Ключевые слова: энергетическая продуктивность; калорийность; северные леса; лесные культуры; сосна обыкновенная; надземная фитомасса.

Conifers of the boreal area. 2021, Vol. XXXIX, No. 5, P. 385-391

BIOENERGY POTENTIAL OF THE NORTHERN FORESTS

N. R. Sungurova, D. N. Klevtsov

Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov 17, Naberezhnaya Severnoy Dviny, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation E-mail: n.sungurova@narfu.ru

The development of bioenergy has recently been one of the ways to reduce the energy dependence of industries remote from gas, oil, and coal production sites. Plant biomass is a promising source of energy. The purpose of the research is to assess the bioenergetic productivity of northern forests on the example of pine formations of artificial origin. The objects of the study are plots of Pinus sylvestris L. cultures of the second class of age in lichen, lingonberry, blueberry and longmose types of growing conditions in the north of the European part of Russia. The selected model pine trees were divided into fractions: dry twigs, live branches, woody greenery, trunk bark, trunk wood. When processing the obtained data on the amount of aboveground phytomass, regression analysis was applied. Correlation analysis shows that there is a very high close correlation between the diameter and the mass of individual fractions in the freshly cut state. The correlation coefficient varies from 0.88±0.09 to 0.99±0.0001. In the course of the research, it was found that the largest amount of energy per year is accumulated in longmose pine forests (91.23 GJ/ha) and blueberry (73.88 GJ/ha) - the most represented types of forest growing conditions in the North. With the deterioration of soil fertility, the energy productivity ofpine formations decreases: in the lichen type offorest it is 4 times lower than in the blueberry type. The maximum amount of energy in all variants is accumulated by wood (68 %). Further, in order of decreasing calorific value, the fractions of aboveground phytomass are distributed as follows: woody greens 11 %,

bark 9 %, branches 8 %, dry twigs 4 %. This makes it possible to assess the bioenergetic potential of traditionally unused parts of the tree tier of northern forests and to outline ways of their energy use. The information obtained can be used in the development of a set of necessary preventive fire-fighting measures and theoretical foundations for extinguishing forest riding fires in pine young trees in various types of growing conditions, since it contains the necessary information about the reserves of combustible materials in the canopy of the stand.

Keywords: energy productivity; caloric content; northern forests; forest crops; Pinus sylvestris L.; aboveground phytomass.

ВВЕДЕНИЕ

На рубеже ХХ-ХХ1 веков мировое научное сообщество и бизнес проявляют повышенный интерес к проблеме комплексного вовлечения древесной биомассы в энергетическое использование. Глобальная концепция устойчивого и рационального природопользования в сфере лесоуправления основывается на реализации всестороннего и системного подхода организации хозяйственной деятельности с учётом неукоснительного соблюдения экологических регламентов. Существенному экономическому успеху арендаторов лесных участков вместе с заготовкой древесины может способствовать развитие перспективного направления лесопользования, предполагающего организацию сбора и переработки отходов лесозаготовки как биоэнергетического ресурса. В некоторых регионах России просматривается смена ориентиров на ввозимые энергоресурсы в пользу местных возобновляемых экологически чистых биоматериалов. Данная тенденция способствует более эффективному использованию энергоресурсов и обеспечению экологического баланса. Например, производство электроэнергии из возобновляемых источников энергии (биомассы) в Германии ежегодно возрастает быстрыми темпами: с 1,435 ГВт-ч (1990 г.) до 49219 ГВт-ч (2014 г.) [1]. Также, организация производств по комплексному использованию древесной биомассы обеспечивает трудоспособное население, особенно проживающего в удалённых районах, рабочими местами, предотвращая тем самым отток населения и повышая уровень его занятости.

Перевод теплоснабжения в регионах России с нефтепродуктов на биотопливо из древесного сырья отмечает А. А. Мартынюк [2] возможен вследствие наличия достаточного объема ресурсов последнего. По современным оценкам фитомасса, являющаяся растительной частью биомассы, считается важнейшим возобновляемым экологически чистым источником энергии после солнца. Ежегодный её прирост на планете, по данным [3; 4] превосходит годовую добычу нефти и эквивалентен 20-30 млрд т условного топлива.

Вместе с тем, при реализации комплексного подхода в лесоэксплуатации нельзя недооценивать экологическую роль древесного опада и отпада в лесных биогеоценозах (в том числе и отходов лесозаготовок), которые обеспечивают связь трофических компонентов и миграцию элементов питания, а также древесины, полученной при проведении первых приемов рубок ухода в молодых насаждениях. Так, например, Г. А. Чибисов [5], рекомендует в условиях средней и северной подзон тайги при проведении рубок ухода в сосново-лиственных молодняках изымать за три

приема в среднем 85 м3/га низкосортной, неликвидной древесины. Поэтому между комплексным вовлечением всех элементов древесной биомассы при энергетическом использовании и обеспечением их био-геоценотической роли нужно стремиться к сбалансированному подходу, основанному на всесторонних научных исследований.

Наряду с введением в энергетическое использование отходов лесозаготовок перспективной нишей рынка является и утилизация низкосортной древесины с целью дальнейшего использования в пеллетном производстве. Этот энергоноситель успешно завоёвывает ежегодно растущий сегмент рынка в Китае, Европе, Северной Америке. Изготовление пеллетного топлива может быть организовано в любом населенном пункте, в связи с тем, что переход на него традиционных угольных котельных дополнительного переоборудования не требует. При современной тенденции роста цен на природный газ область использования пеллет как топлива будет расширяться, прежде всего в коммунальном хозяйстве [6].

По данным ряда авторов [7] наибольший объем производства пеллет осуществляется в регионах, где организовано устойчивое управление лесами. В 2019 г. европейскими странами (Российская Федерация в их числе) произведено 54 % пеллетного топлива от общего мирового выпуска, Северной Америкой -29 %, Центральной и Южной Америкой, Африкой, странами Океании, Южной и Юго-Восточной Азии -13,2 % пеллет.

Запасы углерода лесных массивов во временном интервале 1990-2020 гг. заметно увеличились в Северной Америке с 136 до 140 Гт, в России и странах Европы - с 158 до 172 Гт. В то время как в странах с неустойчивым управлением лесами аккумуляция углерода за тот же период (1990-2020 гг.) снизилась. А именно, в Южной Америке со 161 до 144 Гт, в Африке - с 94 до 80 Гт, в странах Южной и Юго-Восточной Азии - с 45 до 41 Гт и незначительно в Океании - с 33,4 до 33,1 Гт и Центральной Америке -с 5 до 4,1 Гт [1].

Развитие лесной биоэнергетики особенно в масштабах Российской Федерации сглаживает энергетическую зависимость производств, которые находятся на удалении от мест добычи газа, нефти, каменного угля. Исходным сырьем для получения биотоплива в твердом, жидком и газообразном виде является биомасса, которая аккумулирует солнечную энергию в виде углеводородов растительного происхождения [8-11].

Растительная биомасса (фитомасса) относится к наиболее «благородным» энергетическим ресурсам, поэтому рассматривается мировой общественностью

в качестве перспективного источника энергии. Образуемый при энергетическом использовании из биотоплива углекислый газ не относится к «парниковым газам», поскольку фитомасса и продукты её биодеградации при сгорании рассматриваются как часть природного карбонового цикла. Учеными отмечается [12-18], что у современных альтернатив биоэнергетики выбросы углекислого газа в течение всего жизненного цикла значительно ниже, чем у ископаемых видов.

Наряду с вышесказанным сформулирована цель исследования - определить биоэнергетический потенциал северных лесов сосновой формации искусственного происхождения.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучаемые насаждения расположены в северной части Архангельской области, где древостои характеризуются существенными отличиями по продуктивности. В качестве объектов исследования подобраны чистые по составу опытные и производственные участки культур сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) второго класса возраста. Лесные культуры созданы в лишайниковом, брусничном, черничном и долго-мошном типах условий местопроизрастания на свежих незадернелых вырубках со слабой степенью захламленности.

Обработка почвы на участках культур сосны обыкновенной с дренированными почвами (лишайниковом, брусничном, черничном) заключалась в основном в измельчении и перемешивании на глубину до 15 см подстилки с минеральными горизонтами. Работы проводились вручную при помощи лопат и мотыг. На вырубке с переувлажненными почвами (долго -мошная) по расчищенным и раскорчеванным полосам напахивали пласты с одновременной прокладкой неглубоких дренирующих борозд. Посадку проводили в подготовленные микроповышения.

Полевые экспериментальные данные получали в результате проведения наблюдений и измерений на временных и постоянных пробных площадях. При этом прорабатывались и учитывались методические разработки и рекомендации В. В. Огиевского, А. А. Хирова [19]; Н. П. Кобранова [20]; А. Р. Родина, М. Д. Мерзленко [21]. Во время комплексных поле-

вых работ осуществлялся сплошной учет культивируемой сосны, отмечалось естественное возобновление. Таксационная характеристика исследованных насаждений сосны обыкновенной представлена в табл. 1.

Для изучения надземной фитомассы деревьев сосны на пробных площадях в пределах всего диапазона варьирования размеров тщательно выбирали 10-15 моделей из числа особей без признаков усыхания, двувершинности, повреждения стволов, с нормально развитой кроной. Отдельно у каждого модельного экземпляра выделяли фракции надземной фитомассы древесина ствола, стволовая кора, сухие сучья, живые ветви, древесная зелень. Охвоенные побеги с диаметром до 0,8 см относили к фракции древесная зелень. При помощи электронного безмена определяли массу каждой выделенной фракции отдельно по модельным деревьям.

Затем весь диапазон данных подвергался корреляционному и регрессионному анализу с применением пакета программ Curve Expert 1.3 и Microsoft Office Excel.

По мнению ряда исследователей (А. С. Аткина, Н. А. Бабича, А. А. Бахтина, И. В. Евдокимова, В. Н. Куликовой, М. Д. Мерзленко, А. И. Уткина, А. Ф. Чмыр и др.) с таксационным диаметром ствола дерева увязаны все показатели роста и развития, в том числе и запасы элементов надземной фитомассы. Следовательно, в качестве аргумента при аппроксимации экспериментальных данных приняли диаметр ствола на высоте груди. С этой целью анализировалось 25-30 уравнений регрессии для каждой выделенной фракции надземной фитомассы и подбиралось оптимальное. Для оценки надёжности полученных уравнений использовали стандартную ошибку уравнения r±mr и коэффициент детерминации D. При этом анализировали значение функции по всему диапазону значений аргумента, на основании которых уравнение выделено. Для определения тесноты связи применяли при-держки проф. М. Л. Дворецкого [22]. Достоверность полученных результатов составляет 95 %.

По данным ряда исследователей [23; 24] калорийность органов растений имеет наиболее высокие значения во второй половине лета и осенью. Поэтому полевые работы проводили в конце лета - начале осени.

Таблица 1

Таксационная характеристика искусственных сосняков II класса возраста

Тип условий местопроизрастания Количество деревьев, шт/га Высота, м Диаметр, см Полнота Запас, м3/га Класс бонитета

Лишайниковый 5160 7,4±0,37 6,0±0,08 1,0 82 V

Брусничный 3250 12,3±0,44 9,7±0,36 1,0 171 III

Черничный 1117 16,6±0,29 14,7±0,15 0,7 176 I

Долгомошный 2208 15,3±0,31 17,5±0,12 1,2 350 II

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Одной из актуальнеших задач лесного комплекса в данный момент считается переход к технологиям, являющимся ресурсосберегающими. Например, для сырья в перерабатывающей промышленности может использоваться фитомасса лесных сообществ. Именно биологические массы растительных формаций являются одними из благородных видов перспективного источника энергии [12; 13].

При изучении надземной фитомассы в культурфи-тоценозах сосны установлена очень высокая тесная корреляционная взаимосвязь (табл. 2) между отдельными фракциями и таксационными показателями деревьев (в данном случае таксационным диаметром на высоте 1,3 м). Исключение составляет фракция сухих сучьев в лишайниковом типе условий местопроизрастания, где искомая связь высокая.

Данные исследования показывают, что коэффициент корреляции изменяется от 0,88±0,09 до 0,99±0,0001. Между массой древесины ствола в брусничном и долгомошном типах условий местопроизрастания, массой коры в долгомошниках и массой ветвей в брусничниках и таксационным диаметром ствола на высоте 1,3 м наблюдается наибольшая теснота связи (г = 0,99). Установлено, что в 85 % случаях уравнение параболы 2-го порядка и оптимума наилучшим образом аппроксимирует зависимость между отдельными фракциями фитомассы и диаметром дерева.

Для определения теплотворной способности (или калорийности) надземной фитомассы культурфитоце-нозов сосны на Севере применяли калориметрический метод. При этом нами проанализированы результаты исследований ряда авторов (табл. 3), выполненных в данном направлении в разных районах страны.

Таблица 2

Регрессионные модели зависимости фракций фитомассы от диаметра ствола

Тип условий местопроизрастания Уравнение регрессии Коэффициент корреляции с основной ошибкой, г±тг Коэффициент детерминации Б Характер тесноты связи по М. Л. Дворецкому

Древесная зелень

Лишайниковый 0,95 + 0,62х у= 2 1 + 0,03 х - 0,003х2 0,992±0,008 0,98 Очень высокая

Брусничный у = 1,55 - 1,59х + 0,2х2 0,985±0,012 0,97 Очень высокая

Черничный Долгомошный у = - 0,31 + 0,62 х + 0,16 х2 -0,004 + 0,24х у = 2 1 - 0,25х + 0,02 х2 0,982±0,016 0,998±0,001 0,96 0,99 Очень высокая Очень высокая

Ветви

Лишайниковый -2,99 + 0,72х 0,997±0,001 0,99 Очень высокая

Брусничный у = 1 - 0,02 х - 0,0007х2 у = 0,42 - 0,19х - 0,008х2 + 0, 007х3 0,999±0,001 0,99 Очень высокая

Черничный у = 0,05 - 0,05х + 0,03х2 0,991±0,008 0,98 Очень высокая

Долгомошный у = 0,02 - 0,03х + 0,02 х2 0,990±0,008 0,98 Очень высокая

Древесина ствола

Лишайниковый у = - 2,27 + 0,85х + 0,37 х2 0,991±0,008 0,98 Очень высокая

Брусничный Черничный Долгомошный у = - 0,88 - 0,77х + 0,44 х2 у = 0,18 - 0,63х + 0,36 х2 -0,09 + 0,33х у=-2 1 - 0,17 х + 0,008х2 0,999±0,001 0,997±0,002 0,999±0,0001 0,99 0,99 0,99 Очень высокая Очень высокая Очень высокая

Кора ствола

Лишайниковый у = 0,09 - 0,03х + 0,05 х2 0,998±0,001 0,99 Очень высокая

Брусничный у = - 0,06 - 0,01х + 0,04 х2 0,990±0,001 0,98 Очень высокая

Черничный у = 0,01 - 0,08 х + 0,05 х2 0,989±0,009 0,97 Очень высокая

Долгомошный у = 0,004 + 0,1х + 0,01х2 + 0,002х3 0,999±0,0001 0,99 Очень высокая

Сухие сучья

Лишайниковый у = - 0,23 + 0,16х + 0,006х2 0,970±0,024 0,94 Очень высокая

Брусничный у = - 0,69 + 0,32х 0,881±0,092 0,77 Высокая

Черничный у = 0,03 + 0,06х + 0,007х2 0,963±0,032 0,92 Очень высокая

Долгомошный у = - 0,05 + 0,12 х 0,962±0,032 0,92 Очень высокая

Примечание: у - масса фракции в свежесрубленном состоянии, кг; х - таксационный диаметр на высоте 1,3 м модельного дерева, см; а, Ь, с, с1 - коэффициенты уравнения регрессии.

В ходе анализа литературных данных выведены средние показатели теплотворной способности различного горючего материала. Так, для хвои этот показатель составляет 5195 ккал/кг, древесины - 4903, коры - 4842, ветвей - 4959 ккал/кг.

Полученные нами в ходе научных исследований экспериментальные данные в северных лесах показали, что количество аккумулированной энергии различными фракциями надземной фитомассы искусственных сосновых молодняков второго класса возраста значительно варьирует по типам лесорастительных условий (табл. 4). Что объясняется, на наш взгляд, производительностью данных древостоев.

У исследуемых объектов второго класса возраста проведено сравнение значений энергетической продуктивности сосновых молодняков искусственного происхождения в зависимости от типа условий их произрастания. Минимальный показатель количества накопленной годового энергии наблюдается в сосновой формации лишайникового типа лесорастительных

условий (18,15 ГДж/га). Максимальные запасы отмечены в сосняке долгомошном (91,23 ГДж/га). Достоверность различия средних значений по данному показателю подтверждена (1 = 11,0 при 1005 = 2,2). В культурах сосны брусничного и черничного типов условий местопроизрастания количество аккумулированной энергии составляет промежуточную величину. Показатели достоверности среднего значения с максимальным количеством аккумулированной энергии в долгомошном типе лесорастительных условий составляют соответственно 1 = 4,6 и 1 = 2,4 при Ъда = 2,2.

Из приведенных в табл. 4 данных видно, что относительное количество фиксированной солнечной энергии отдельными частями древесного яруса культур сосны обыкновенной второго класса возраста изменяется по типам лесорастительных условий в небольших пределах и может быть охарактеризовано средними цифрами для всех изучаемых объектов (см. рисунок).

Таблица 3

Анализ теплотворной способности (ккал/кг) фракций надземной фитомассы Pinus sylvestris L. по данным исследователей

Фракция фитомассы Теплотворная способность по данным авторов

Н. П. Курбатский [25] А. А. Молчанов [26] В. П. Дадыкин, Н. В. Кононенко [27] Н. И. Казимиров и др. [28] Среднее

Древесная зелень 5226 5210 - 5148 5195

Древесина ствола - 4921 4809...5024 4870 4903

Кора ствола 4825 4815 - 4887 4842

Ветви 4927 - - 4990 4959

Таблица 4

Калорийность сосновых культурфитоценозов второго класса возраста (ГДж/га)

Тип условий местопроизрастания Фракции ( итомассы

древесина ствола кора ствола ветви древесная зелень сухие сучья всего

Лишайниковый 10,32 56,9 2,00 11,0 1,40 7,7 3,35 18,5 1,08 5,9 18,15 100

Брусничный 33,48 68,5 4,07 8,3 3,47 7,1 5,37 11,0 2,50 5,1 48,89 100

Черничный 55,18 74,7 4,91 6,6 5,69 7,7 6,42 8,7 1,68 2,3 73,88 100

Долгомошный 64,67 70,0 7,59 8,4 9,12 10,7 7,01 8,1 2,84 2,8 91,23 100

Примечание: В знаменателе приведено процентное выражение конкретного показателя.

Экспериментальными исследованиями северных лесов установлено, что стволовая древесина аккумулирует 68 % энергии, древесная зелень - 11 %, кора -9 %, ветви - 8 %, сухие сучья - 4 %. К. С. Бобкова [24] пришла к выводу, что в средней тайге в сосновых фи-тоценозах общее количество накапливаемой энергии в древесине ствола колеблется в пределах 57-65 %, в древесной зелени - 4-5 %, в ветвях - 4-7, в коре ствола - 5-6 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Многолетними исследованиями северных лесов доказано, что годовой запас накопленной солнечной энергии сосновыми формациями значительно варьирует по типам лесорастительных условий и составляет в долгомошном типе - 91,23 ГДж/га; в черничном -73,88 ГДж/га; в брусничном - 48,89 ГДж/га; в лишайниковом - 18,15 ГДж/га. Установлено, что древесина аккумулирует максимальное количество солнечной энергии - 68 %, сухие сучья - 4 %, ветви - 8 %, кора -9 %, древесная зелень - 11 %.

Полученные в ходе проведенных исследований результаты по теплотворной способности древостоев представляют определенный интерес в области теплоэнергетических производств и лесного хозяйства. Они могут быть использованы при разработке теоретических основ тушения лесных верховых пожаров в сосновых молодняках, поскольку позволяют рассчитать запасы горючих материалов в пологе древостоя, при обосновании правильного выбора дозы огнегасящих химических средств и воды на тушение, а также комплекса необходимых профилактических противопожарных мероприятий. Материалы исследования дают возможность оценивать биоэнергетический потенциал традиционно неиспользуемых фракций фитомассы и позволяют намечать пути их энергетического использования. Кроме того, они являются основой для составления энергетического баланса лесных сообществ и изучения потока энергии в лесных экосистемах.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ

1. Pishvaee Mir S., Mohseni Sh., Bairamzadeh S. Biomass to Biofuel Supply Chain Design and Planning under Uncertainty. Book: Academic Press. 2020. 271 p. https://doi.org/10.1016/C2019-0-01795-5.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Мартынюк А.А. Оценка возможности использования древесной биомассы для теплоснабжения в целях перехода от нефтепродуктов на местные возобновляемые виды топлива // Лесной вестник. 2016. № 5. С. 33-37.

3. Бабич Н. А., Любов В. К. Энергетический потенциал среднетаёжных сосняков-черничников искусственного происхождения // География Европейского Севера. Архангельск : ПГУ, 2002. С. 194-200.

4. IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation Intergovernmental Panel on Climate Change. 2011.

5. Чибисов Г. А., Гущин В. А. Лесоводственная и экономическая эффективность рубок ухода: практическое пособие. Архангельск : АГТУ, 2008. 94 с.

6. Рощупкин В. Ресурсы лесного фонда - в энергетику // Биоэнергетика. 2005. № 1. С. 6-7.

7. Whitaker J., Field J. L., Bernacchi C. J., Cerri C. P., Ceulemans R., Davies С. A., De Lucia E. H., Donnison I. S., Mc Calmont J. P., Paustian K., Rowe R. L., Smith P., Thornley P., Mc Namara N. P. Consensus, uncertainties and challenges for perennial bioenergy crops and land use. GCB Bioenergy, 2019, vol. 10, no. 3, pp. 150-164. DOI: 10.1111/gcbb.12488 Биомасса - http://ru.qaz.wiki/ wiki/Biomass.

8. Bjorheden R. Drivers behind the development of forest energy in Sweden. Biomass & Bioenergy, 2006, no. 30, pp. 289-295.

9. Родин А. Р., Родин С. А. Создание лесных энергетических плантаций // Лесной вестник. 2008. № 1. С. 178-182.

10. Giuntoli J., Agostini A., Caserini S., Lugato E., Baxter D., Marelli L. Climate change impacts of power generation from residual biomass. Biomass and Bioenergy, 2016, vol. 89, pp. 146-158.

11. Gustavsson L., Haus S., Lundblad M., Lundstrom A., Ortiz C. A., Sathre R., Le Truong N., Wikberg P.-E. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, vol. 67, pp. 612-624.

12. Писаренко А. И., Страхов В. В. О некоторых современных задачах лесного сектора России // Лесное хозяйство. 2006. № 4. С. 5-7.

13. Berndes G. & Hansson J. Bioenergy expansion in the EU: Cost-effective climate change mitigation, employment creation and reduced dependence on imported fuels. Energy Policy. 2007, vol.35, no. 12, pp. 5965-5979.

14. Sandstrom F., Petersson H., Kruys N. & Stahl G. Biomass conversion factors (density and carbon concentration) by decay classes for dead wood of Pinus sylvestris, Picea abies and Betula spp. in boreal forests of Sweden. Forest Ecology and Management, 2007, vol. 243, no. 1, pp. 19-27.

15. Ximenes F. d. A., George B. H., Cowie A., Williams J. & Kelly G. Greenhouse Gas Balance of Native Forests in New South Wales, Australia // Forests. 2012. 3(3). Pp. 653-683.

16. Melin Y. Impacts of stumps and roots on carbon storage and bioenergy use in a climate change context/ Doctoral Thesis Swedish University of Agricultural Sciences. Umea SLU: Service/Repro, Uppsala, 2014. 74 p.

17. Сунгурова Н. Р., Бабич Н. А., Сунгуров Р. В., Любов В. К., Попов А. Н. Энергетический потенциал культур сосны и ели // Лесн. журн. 2017. № 3. С. 7884. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/ issn0536-1036.2017.3.78.

18. Klimenko V. V., Fedotova E. V., Tereshin A. G. Vulnerability of the Russian power industry to the climate change. Energy 2018, vol. 142, pp. 1010-1022.

19. Огиевский В. В., Хиров А. А. Обследование и исследование лесных культур. Л. : ЛТА, 1967. 50 с.

20. Кобранов Н. П. Обследование и исследование лесных культур. Л., 1973. 77 с.

21. Родин А. Р., Мерзленко М. Д. Методические рекомендации по изучению лесных культур старших возрастов. М. : ВАСХНИЛ, 1983. 36 с.

22. Golley F. Energy values of ecological materials. Ecology, 1961, vol. 42, no. 3, pp. 581-584.

23. Бобкова К. С. Биологическая продуктивность хвойных лесов Европейского Северо-Востока. Л. : Наука, 1987. 156 с.

24. Дворецкий М. Л. Пособие по вариационной статистике. М. : Лесн. пром-сть, 1971. 104 с.

25. Курбатский Н. П. Техника и тактика тушения лесных пожаров. М. : Гослесбумиздат, 1962. 154 с.

26. Молчанов А. А. Продуктивность органической массы в лесах различных зон. М. : Наука, 1971. 276 с.

27. Дадыкин В. П., Кононенко Н. В. О теплотворной способности органического материала древесных растений // Лесоведение. 1975. № 2. С. 30-37.

28. Казимиров Н. И., Волков А. Д., Зябченко С. С., Морозова Р. М., Иванчиков А. А. Обмен веществ и энергии в сосновых лесах Европейского Севера. Л. : Наука, 1977. 304 с.

REFERENCES

1. Pishvaee Mir S., Mohseni Sh., Bairamzadeh S. Biomass to Biofuel Supply Chain Design and Planning under Uncertainty. Book: Academic Press. 2020. 271 p. https://doi.org/10.1016/C2019-0-01795-5.

2. Martynyuk A.A. Assessment of the possibility of using wood biomass for heat supply in order to switch from petroleum products to local renewable fuels // Lesnoy Vestnik. 2016. No. 5. pp. 33-37.

3. Babich N. A., Lyubov V. K. Energy potential of middle taiga pine-blueberries of artificial origin // Geography of the European North. Arkhangelsk : PSU, 2002. pp. 194-200.

4. IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation Intergovernmental Panel on Climate Change. 2011.

5. Chibisov G. A., Gushchin V. A. Forestry and economic efficiency of logging care: a practical guide. Arkhangelsk : AGTU, 2008. 94 p.

6. Roshchupkin V. Resources of the forest fund - in power engineering // Bioenergetics. 2005. No. 1. pp. 6-7.

7. Whitaker J., Field J. L., Bernacchi C. J., Cerri C. P., Ceulemans R., Davies С. A., De Lucia E. H., Donnison I. S., Mc Calmont J. P., Paustian K., Rowe R. L., Smith P., Thornley P., Mc Namara N. P. Consensus, uncertainties and challenges for perennial bioenergy crops and land use. GCB Bioenergy, 2019, vol. 10, no. 3, pp. 150-164. DOI : 10.1111/gcbb.12488 Биомасса - http://ru.qaz.wiki/ wiki/Biomass.

8. Bjorheden R. Drivers behind the development of forest energy in Sweden. Biomass & Bioenergy, 2006, no. 30, pp. 289-295.

9. Rodin A. R., Rodin S. A. Creation of forest energy plantations // Lesnoy vestnik. 2008. No. 1. pp. 178-182.

10. Giuntoli J., Agostini A., Caserini S., Lugato E., Baxter D., Marelli L. Climate change impacts of power generation from residual biomass. Biomass and Bioenergy, 2016, vol. 89, pp. 146-158.

11. Gustavsson L., Haus S., Lundblad M., Lundst-rom A., Ortiz C. A., Sathre R., Le Truong N., Wikberg P.-E.

Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, vol. 67, pp. 612-624.

12. Pisarenko A. I., Strakhov V. V. On some modern tasks of the Russian forest sector // Forestry. 2006. No. 4. pp. 5-7.

13. Berndes G. & Hansson J. Bioenergy expansion in the EU: Cost-effective climate change mitigation, employment creation and reduced dependence on imported fuels. Energy Policy. 2007, vol. 35, no. 12, pp. 5965-5979.

14. Sandstrom F., Petersson H., Kruys N. & Stahl G. Biomass conversion factors (density and carbon concentration) by decay classes for dead wood of Pinus sylvestris, Picea abies and Betula spp. in boreal forests of Sweden. Forest Ecology and Management, 2007, vol.243, no. 1, pp. 19-27.

15. Ximenes F. d. A., George B. H., Cowie A., Williams J. & Kelly G. Greenhouse Gas Balance of Native Forests in New South Wales, Australia // Forests. 2012. 3(3). Pp. 653-683.

16. Melin Y. Impacts of stumps and roots on carbon storage and bioenergy use in a climate change context/ Doctoral Thesis Swedish University of Agricultural Sciences. Umea SLU: Service/Repro, Uppsala, 2014. 74 p.

17. Sungurova N. R., Babich N. A., Sungurov R. V., Lyubov V. K., Popov A. N. Energy potential of pine and spruce crops // Lesn. zhurn. 2017. No. 3. pp. 78-84. (Izv. higher. studies. establishments). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.3.78.

18. Klimenko V. V., Fedotova E. V., Tereshin A. G. Vulnerability of the Russian power industry to the climate change. Energy, 2018, vol. 142, pp. 1010-1022.

19. Ogievsky V. V., Hirov A. A. Survey and research of forest crops. L. : LTA, 1967. 50 p.

20. Kobranov N. P. Survey and research of forest crops. L., 1973. 77 p.

21. Rodin A. R., Merzlenko M. D. Methodological recommendations for the study of forest cultures of older ages. Moscow: VASHNIL, 1983. 36 p.

22. Golley F. Energy values of ecological materials. Ecology, 1961, vol. 42, no. 3, pp. 581-584.

23. Bobkova K. S. Biological productivity of coniferous forests of the European Northeast. L. : Nauka, 1987. 156 p.

24. Dvoretsky M. L. Handbook of variational statistics. M. : Lesn. prom-st, 1971. 104 p.

25. Kurbatsky N. P. Technique and tactics of extinguishing forest fires. M. : Goslesbumizdat, 1962. 154 p.

26. Molchanov A. A. Productivity of organic matter in forests of various zones. Moscow : Nauka, 1971. 276 p.

27. Dadykin V. P., Kononenko N. V. On the calorific value of organic material of woody plants // Lesovedenie. 1975. No. 2. pp. 30-37.

28. Kazimirov N. I., Volkov A.D., Zyabchenko S. S., Morozova R. M., Ivanchikov A. A. Metabolism and energy in pine forests of the European North. L. : Nauka, 1977. 304 p.

© CymypoBa H. P., K^B^B H., 2021

Поступила в редакцию 12.03.2021 Принята к печати 01.10.2021

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.