CC BY
12
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
УДК 630*161 Article info Received 20.02.2017
ЕНЕРГЕТИЧНИИ ПОТЕНЦ1АЛ РОБ1Н1£ВИХ НАСАДЖЕНЬ
ШВШЧНОГО СТЕПУ УКРА1НИ
С. А Ситник
Днтропетровський державний аграрно-економiчний ушверситет, м. Днтро, Украша
За результатами дослщжень оцшено енергетичний потенцiал робiнieвих насаджень Пiвнiчного Степу, шдпорядкованих Державному Агентству люових ресурсiв Украши. Пiд час проведения досль джень визначено питомi за загальнi значення компонентiв надземно'1 фiтомаси у розрiзi вшовоТ структури насадження. Здiйснено розрахунок депонованого вуглецю компонентами фiтомаси: деревиною й корою стовбурiв, гшками, листям за вковими групами. Визначено вмiст загальноТ енергй, що мiстить надземна фггомаса дослщжуваних деревостанiв та за компонентною та вковими структурами.
Ключоег слова: Пiвнiчний Степ УкраТни, робiнieвi деревостани, наземна фггомаса, депонований вуглець, енергетичний потенцiал.
Вступ. В умовах сучасного сусшльства зниження антропогенного пресу на природне середовище мае бути одним i3 прiоритетiв державно! политики та уп-равлiння. Часгиною стратеги сталого розвитку Украши е забезпечення енергетично! безпеки i створення власно! енергетично! бази, яка мае використовувати регюнальт альгернагивнi джерела енергй. Так, у кра-!нах бС та США частка споживано! енергп, виробле-но! завдяки неградицiйним ввдновлювальним джере-лам, становить до 6 % ввд загального обсягу споживано! енергп (Adamenko et al., 2000).
Для Укра!ни характерною е висока енергоемнiсгь виробництва i залежшсть економiки вiд значних обся-пв градицiйного органiчного палива. Кра!на щорiчно споживае близько 210 млн т умовного палива (у.п.) паливно-енергетичних ресурсов i належить до енерго-дефщитних кра!н, бо покривае сво! потреби в енергос-поживаннi приблизно на 53 % й iмпортуе 75 % пот-рiбного обсягу природного газу та 85 % сиро! нафти i нафтопродукпв (Geletuha, Zheleznaja, & Marcenjuk, 1999).
Водночас Укра!на мае значний погенцiал нетради-цшних i вiдновлювальних джерел енергп, використан-ня якого в енергетичному баланс у 1995 р. становило 0,13 %, а у 2000 р. - вже близько 5,3 % (Kudrja, Yat-senko, & Dushyna, 2001).
Наведене вище зумовлюе нагальну потребу здiйснення планомiрно!' державно! полиики пошуку та використання ресурс1в ввдновлювальних джерел енергй, якi можуть бути використаш в енергегицi ре-гюнального та мiсцевого рiвнiв. До таких джерел i належить бюмаса лiсових екосистем (Makarovskyi, 2004; Shydlovskyi, & Udod, 2000). Фiгомаса дерев як ввднов-люване джерело енергй', процесами утворення i використання якого можна керувати, е одне з небагатьох еколопчно чистих вид1в палива, внаслвдок споживан-ня якого практично не порушуеться газовий баланс атмосфери, що не пришвидшуе глобальнi клiмагичнi змши (Yakymenko, 2001).
Базисом енергетичного потенщалу комплексу при-родних ресурс1в ландшафту е прирют бiомаси. Вiн е штегральним показником, що характеризуе потенщал акумуляцй продукт1в фотосинтезу та похвдних речо-вин бiологiчного розкладу, бiохiмiчно!' трансформаци
у живiй та вщмерлш бiомасi, а також у бюкоснш сис-гемi грунту (Tretjak, & Chernevyj, 2011).
Вiдомо, що нашнтенсившше бiогеохiмiчнi проце-си вiдбуваюгься у люових екосистемах, якi мають найвищий погенцiал продукгивносгi (Tretjak, 2014). Цей показник залежить вiд обсягу бюмаси. Питомий обсяг бiомаси сухо! оргатчно! речовини лiсового бь оценозу, за даними П. Р. Третяка, орiенговно сягае 200-1000 т- га-1, що на два-три порядки бiльше, нiж ввдповщт показники лучних екосистем та агроупдь. Саме фiгомаса забезпечуе первинну продукщю орга-нiчно!' речовини у люових природних комплексах у розмiрi 4-50 т-га-1 щорiчно, що мiсгигь 150-250 млн кДж-га-1 нагромаджено! енергй! (Tretjak, 2014).
Для держави обсяги депонування вуглекислоти з'ясовують на пiдставi площi лiсово! рослинносгi та середньо! рiчно! продукгивносгi лiсiв. Станом на початок ХХ1 ст., узагальнеш данi офiцiйних джерел (Do-vidnyk lisovogo fondu Ukrainy, 2011) мають для Украши таю значення: площа лiсiв - 6293,5 тис. га (15,7 % ввдносна площа тсш); загальний запас деревини -1512,40 млн-м3; середнш запас - 251 м3-га-1, рiчний прирiсг деревини 34,9 млн-м3 (3,7-4,0 м3-га-1) та для бвропи площа лiсiв - 1004 млн га (47,0 % ввдносна площа лiсiв); загальний запас деревини -108674 млн-м3; середнш запас 110 м3-га-1 (87 т-га-1), рiчний прирют деревини 2287 млн-м3 (2,2 м3-га-1). Отже, на територц бвропи середнiй запас деревини е достатньо низьким, а !! рiчний прирiсг становить тшь-ки 2,2 м3-га-1. В Укра!'нi ситуац1я лiпша, оскiльки пи-гомi запаси деревини та рiчний прирiсг е майже удвiчi б1льшими (State of Europe's Forests, 2003).
Енергетичне використання бюмаси дерев в Украшу з одного боку, сприятиме ктотнш економй влас-них викопних видiв палива, зменшенню i здешевлен-ню !х iмпоргу, зниженню обсяг1в шюдливих викидiв, з iншого - шдвищенню лiсисгосгi кра!ни завдяки створенню нових лiсiв та енергетичних плангацiй
Варто зазначити, що на вiдмiну ввд iнших джерел вiдновлювано! енергй, обсяги та енергетичний потенщал надземно! фиомаси деревних рослин лiсiв зале-жать вiд низки факгорiв, зокрема ввд резульгагiв тсо-господарсько! дiяльностi та варiююгь за природно-кшматичними зонами (Geletuha, Zheleznaj a, & Marcen-
Citation APA: Sytnyk, S. (2017). Energy Potential of the Black Locust Stands Within Ukraine's North Steppe. Scientific Bulletin of UNFU, 27(1), 79-82. Retrieved from http://nv.nltu.edu.ua/index.php/journal/article/view/168
juk, 1999; Kudrja, Yatsenko, & Dushyna, 2001).
Дослвдження лiсiвничо-таксацiйних napaMeTpiB та бюлопчно! пpодуктивностi головних лiсоутвоpювaль-них порвд дають змогу оцiнювaти депонування СО2 piзними компонентами надземно! фiтомaси дере-востaнiв, оцiнювaти енеpгетичну цiннiсть лк1в, пpи цьому ствоpювaти ноpмaтивно-iнфоpмaцiйну базу оцшки бiопpодуктивностi лiсових насаджень, яка мо-же слугувати фундаментом для в^шення pегiонaль-них екологiчних, енеpгетичних та соцiaльних пpоблем.
Мета дослвдження - оцiнити енеpгетичний потен-щал pобiнieвих насаджень Пiвнiчного Степу У^аши на пiдстaвi визначення компонент1в надземно! фиома-си деpевостaнiв та депонованого вуглецю.
Матерiали та методика дослвдження. Пiд час дослiдження бiопpодуктивностi pобiнieвих деpевостa-н1в за компонентами фиомаси викоpистовувaли методики П.1. Лакиди, описан в наукових pоботaх (Vasylyshyn, 2013; Lakyda, & Vasylyshyn, 2006; Lakida, Petrenko, & Vasylyshyn, 2007; Lakyda et al., 2012; Shvidenko, Nilsson, & Obersteiner, 2004). Для визначення компонента надземно! фиомаси було закладе-но по 15 тимчасових пpобних площ (ТПП) у лках, пiдпоpядковaних Деpжaвному Агентству лкових pе-суpсiв у межах Швтчного Степу Укpa!ни. Для визначення площi pобiнieвих деpевостaнiв за вшовими ^у-пами та ввдповщних зaпaсiв стовбуpово! деpевини ви-коpистовувaли дaнi повидiльно!' бази даних ВО "Ук-pдеpжлiспpоект" станом на 2011 p. Загальний обсяг вибipки з бази становив 4739 тaксaцiйних видшв. Для pозpaхунку компонентiв фiтомaси надземно! частини деpевостaнiв викоpистовувaли дaнi сущльного пеpелi-ку стовбуpiв на ТПП та бiометpичних пapaметpiв мо-дельних деpев з викоpистaнням пpогpaмного забезпе-чення Perta (aвтоp П.1. Лакида).
Для ощнювання вмiсту вуглецю та акумульовано! енеpгi! у фiтомaсi викоpистaно усеpедненi дaнi з наукових лiтеpaтуpних джеpел, де зазначено, що сеpед-нiй коефiцieнт вмiсту вуглецю в однш тоннi деpевно! фгтомаси (деpевинa, коpa) у сеpедньому становить 0,50, а у фpaкцi!' листя - 0,45 (Matthews, 1993). E^pre-тичний потенцiaл однie! тонни вуглецю, який аку-мульований у фиомаа, становить 35,78 ГДж (1 ГДж = 109Дж) (Shvidenko, Nilsson, & Obersteiner, 2004).
Результати дослвдження. У лкостанах niBHÍ4Horo Степу, що тдпорядковаш Державному агентству лко-вих pecypciB i входять до структури Дншропетровсь-кого обласного yпpавлiння лкового i мисливського господарства, деревостани Robinia pseudoacacia L. ви-конують мелюративну, грунтозахисну та середовищет-вipнy функцп, займають площу 17683,7 га (26,9 % ввд площi вкритих лковою pослиннiстю) i3 загальним запасом стовбурово! деревини 2624,81 тис. м3.
Аналiз результат1в натурних дослiджень з вико-ристанням програмного забезпечення та застосуван-ням спецiального алгоритму дав змогу здшснити роз-рахунок компоненпв фiтомаси надземно! частини ро-бМевих насаджень, оцiнити обсяги депонованого у нш вуглецю та акумульовано! енергп (табл. 1-3).
Згiдно з результатами дослвджень визначено, що вiкова структура дослвджувано! лiсоyтвоpювано! породи е далекою вiд оптимально!. Значне переважання перестиглих деpевостанiв (71,5 % ввд загально! площi pобiнiевих насаджень) свщчить про !х високий ресур-сний потенщал сьогоднi й на недалеку перспективу, що в умовах енергетично! кризи е iстотним позитивом, але його iнтенсивне використання за умови дуже незначно! наявно! площ^ зайнято! деревостанами вь ком до 20 роюв (7,5 % вщ площi pобiнiевих деревос-танiв) може призвести до порушення принципу ста-лостi лiсокоpистyвання.
У дослiджyваних деревосташв з вiком спостереже-но значне збшьшення значень компонент1в фiтомаси надземно! частини на 1 га. Максимальну ввдмшшсть зафiксовано для фiтомаси деревини стовбypiв робшп: у дiапазонi вшу 61-80 роюв pобiнiя продукуе до 81,46 т- га-1 деревини стовбypiв. Для фракцп листя характерною е зворотна тенденщя: з вшом знижуеться значення фiтомаси листя, але незначно (див. табл. 1).
Шсля визначення значень фгтомаси фракцш надземно! частини робшевих насаджень на 1 га, подаль-шим етапом дослвджень став розрахунок значень загально! фгтомаси за компонентним складом та вшови-ми групами. Результати розрахунюв екологiчного по-тенцiалy робМевих насаджень за чисельними параметрами надземно! фгтомаси наведено у табл. 2.
Група за вком, роки Площа, га Запас стовбуровоТ деревини, тис. м3 Компоненти надземноТ фiтомаси, т- га-1
деревина стовбурiв кора стовбурiв гшки у корi листя
0-20 1329,8 30,18 1,4 0,24 3,42 3,88
21-40 3710,2 425,52 61,02 13,13 19,49 3,31
41-60 11911,8 2043,04 77,57 17,84 17,04 3,51
61-80 731,9 126,07 81,46 19,68 18,06 2,52
Табл. 2. Загальна фггомаса та депонований вуглець робннквих деревосташв Швшчного Степу Укра'ши
Групи за вком, роки Компоненти надземноТ фгтомаси частини деревосташв, тис. т (абсолютно сухому сташ) Разом Депонований вуглець, тис. т Разом
деревина стовбу^в кора стовбу^в гшки у корi листя деревина стовбу^в кора стовбу^в гшки у корi листя
0-20 1,86 0,32 4,55 5,16 11,89 0,91 0,16 2,30 2,32 5,69
21-40 226,40 48,71 72,31 12,28 359,7 110,94 23,87 35,43 5,53 175,77
41-60 924,00 212,51 202,98 41,81 1381,3 452,76 104,13 99,46 18,81 675,16
61-80 59,62 14,40 13,22 1,84 89,08 29,21 7,06 6,48 0,83 43,58
Всього 1211,88 275,94 293,06 61,09 1841,97 593,82 135,22 143,67 27,49 900,2
Науковий вкник НЛТУ Анатз даних, наведених у табл. 2, свiдчить про пропорцштсть фактично'1 фiтомаси робiнieвих деревосташв щодо площi, зайнято'1 наявними вшовими групами. Всього дослiджувaними робМевими дере-востанами Пiвнiчного Степу Украши нагромаджено 1841,97 тис. т надземно'1 фiтомaси, що депонуе до 900,20 тис. т. вуглецю. Загальна фгтомаса робiнiевих насаджень за вiковими групами розподшена так: 020 роюв - 11,89 тис. т; 21-40 роюв -359,70 тис. т; 4160 рокiв - 1381,3 тис. т; 61-80 роюв - 89,08 тис. т. Вщ-носний розподш фiтомaси за вiком демонструе ïï нaйбiльше зосередження у робiнií вшом 41-60 рокiв (75 % вщ загальшл надземно'1 ф ¡то мае и) (рис).
б) ^---Деревина стовбдав 66 %
Рис. Вщносний розподш надземно'1 фгтомаси за групами вку (а) та депонованого вуглецю компонентами надземно'1 фгто-маси (б) робшевих деревосташв Швшчного Степу Украши
Вщносний розподiл депонованого у компонентах надземно'1 фiтомаси вуглецю наведено на рис. Щодо компонентно! структури, визначено, що двi третини вуглецю депоновано деревиною стовбурiв. Кора стов-бурiв та гшки утримують майже однаковi частки (15 та 16 %) i до 3 % депонованого вуглецю нагромаджено фракщею листя.
Табл. 3. Енергетичний потенщал робiнieвих
Група за BiKOM, роки Bmïct енергп, ГДж Всього
деревина CTOB6ypiB кора CTOB6ypiB гшки у корi листя
0-20 32,54 5,72 82,25 83,08 203,59
21-40 3967,21 853,59 1266,98 197,72 6285,5
41-60 16190,70 3723,69 3556,69 673,18 24144,26
61-80 1040,97 252,47 231,72 29,63 1554,79
Всього 21231,42 4835,47 5137,64 983,61 32188,14
Анатзуючи дaнi табл. 3, варто зазначити, що енер-гетичнй потенцiaл робМевих насаджень Пiвнiчного Степу Украши становить 32188,14 ГДж. Щодо компонентно'! структури надземно'1 фгтомаси, зазначимо, що найвищий енергетичний потенцiaл мае деревина стов-бурiв. Питома вага акумульовано'1 енергi'í припадае на робiнiевi деревостани вiком 41-60 рокiв, що е перестиг-лою вiковою групою. Переважання перестиглих робь нiевих насаджень також може призвести i до втрати якостi деревини, а з часом i ïï енергетичного потенщ-алу. У насадженнях м'яколистях порiд, до яких нале-
Украши, 2017, т. 27, № 1 жить робЫя псевдоакацк, така втрата може бути вщ-чутною, оскшьки ïï деревина недовговiчнa, швидко пошкоджуеться фiтопaтогенaми та ентомошкщниками, переходить у категорш сухостою i вщпаду з подаль-шим природним окисненням i вившьненням енергн.
Висновки:
1. Po6ÏHieBÏ деревостани мають значний ресурсний потенщал сьогоднi й на недалеку перспективу. З вжом спостережено iстотне збшьшення значень компонента фiтомаси надземно'1 частини на 1 га. Максимальну фiтомасу зафiксовано для деревини стовбурiв робiнГï: у дiапазонi вiком 61-80 роюв робiнiя нагромаджуе до 81,46 т- га-1 деревини стовбурiв.
2. Робiнiевi насадження Пiвнiчного Степу Украши гене-рують до 1841,97 тис. т надземно'1 фiтомаси, що дае змогу депонувати до 900,20 тис. т. вуглецю. Перева-жаюче зосередження надземно'1 фiтомаси зафiксоване для деревосташв робiнГï вiком 41-60 рокiв.
3. Енергетичний потенщал робшевих насаджень Швшчного Степу Украши становить 32188,14 ГДж. Найвищий енергетичний потенщал мае деревина стовбурiв - 21231,42 ГДж. Щодо вшово!' структури, найбшьше акумульовано енергн (24144,26 ГДж) робь шевими деревостанами вiком 41-60 роюв, що е перес-тиглою вжовою групою.
4. Результати кiлькiсного ощнювання обсягiв компонен-тiв надземно'1 фгтомаси, депонованого вуглецю та акумульовано'1 енергн робшевих деревосташв Шв-нiчного Степу Украши вщображують поточнi пара-метри ïx екологiчного та енергетичного потенщалу.
Перелiк використаних джерел
Adamenko, O., Vysochanskyj, V., Lotko, V., & Myhajliv, M. (2000). Alternatyvni palyva ta inshi netradycijni dzherela energii. Ivano-Frankivsk: Polumja. Dovidnyk lisovogo fondu Ukrainy (2011). Za materialamy obliku
lisiv stanom na 01.01 2011 r. Irpin. Geletuha, G. G. Zheleznaja, T. A., & Marcenjuk, Z. A. (1999). Kon-cepcija razvitija biojenergetiki v Ukraine. Promyshlennaja teplo-tehnika, 21(6), pp. 94-102. Kudrja, S. O., Yatsenko, L. V., & Dushyna, G. P. (2001). Atlas energetychnogo potencialu vidnovljuvanyh ta netradycijnyh dzhe-rel energii Ukrainy. Kyiv: In-t elektrodynamiky NANU. Lakida, P. I., Petrenko, M. M., & Vasylyshyn, R. D. (2007). Bioje-nergeticheskij potencial lesosyrevyh resursov v Ukraine. Lesnaja taksacija i lesoustrojstvo, 1(37), pp. 180-185. Lakyda, P. I., & Vasylyshyn, R. D. (2006). Perspektyvy vykorystannja biomasy lisiv Ukrainy dlja bioenergii. Lisove gos-podarstvo, lisova, paperova i derevoobrobna promyslovist, 30, pp. 225-228.
Lakyda, P., Vasylyshyn, R., Zibtsev, S., & Lakyda, I. (2012). Mitigating climate change by utilization of energy potential of Ukrainian forests. Tackling climate change: the contribution of forest scientific knowledge. International conference, 21-24 May, 2012. Tours (France).
Makarovskyi, E. L. (2004). Enerhetychnyi potentsial netradytsi-inykh i vidnovliuvalnykh dzherel enerhii Ukrainy. Integriro-vannye tehnologii i jenergosberezhenie, 3, pp. 75-82. Matthews, G. (1993). The Carbon Contens of Trees. Forestry Commission, Tech. Paper 4. Edinburgh. Shvidenko, A., Nilsson, S., & Obersteiner, M. (2004). Wood for bioenergy in Russia: Potential and Reality (pp. 323-340). In Wood Energy in the Industrialized World. Proceedings of the International BIOCLIMECO Workshop. Shydlovskyi, A. K., & Udod, Ye. I. (Eds.). (2000). Palyvno-ener-getychnyj kompleks Ukrainy. Kyiv: VEK, p. 340.
State of Europe's Forests. (2003). TheMCPFEReport on Sustainab- Tretjak, P. R., & Chernevyj, Yu. I. (2011). Pryrist derevostaniv le Forest Management in Europe. United Nations Economic starshogo viku: ekologichnyj aspekt. Dop. NAN Ukrainy, 6, pp. Commission for Europe. Liaison Unit Vienna: Ministerial Confe- 203-208.
rence on the Protection of Forests in Europe. Vasylyshyn, R. D. (2013). Ocinka vmistu energii u fitomasi derev
Tretjak, P. R. (2014). Bioenergetyka lisovogo landshaftu: koncepci- golovnyh lisotvirnyh porid Ukrainskyh Karpat. Lisivnyctvo, 5(1-ja, metryzacija ta racionalne pryrodokorystuvannja. Visnyk 2), pp. 102-110.
Lvivskogo universytetu, 45(series geography), pp. 11-19. Yakymenko, Yu. I., Sokol, Ye. I., Zhujkov, V. Ya., Petergerja, Yu.
S., & Ivanin, O. L. (2001). Vidnovljuvalni dzherela energii u lo-kalnyh objektah. Kyiv: Politehnika.
С. А Сытник
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ РОБИНИЕВЫХ НАСАЖДЕНИЙ
СЕВЕРНОЙ СТЕПИ УКРАИНЫ
По результатам исследований оценен энергетический потенциал робиниевых насаждений Северной Степи, находящихся в структуре Государственного Агентства лесных ресурсов Украины. Определены удельные и общие значения компонентов надземной фитомассы в разрезе возрастной структуры насаждения. Произведен расчет депонированного углерода компонентами фитомассы: древесиной и корой стволов, вервями, листьями разными возрастными группами. Определено содержание общей энергии надземной фитомассы исследуемых древостоев по отношению к компонентной и возрастной структурам.
Ключевые слова: Северная Степь Украины, робиниевые древостои, наземная фитомасса, депонированный углерод, энергетический потенциал.
S. A. Sytnyk
ENERGY POTENTIAL OF THE BLACK LOCUST STANDS WITHIN UKRAINE'S NORTH STEPPE
Ensuring energy security and creating own energy supply using regional alternative energy sources is an important part of the strategy of sustainable development of Ukraine. Tree biomass energy as one of the few environmentally friendly types of fuel and renewable energy sources is used in Ukraine to contribute substantial savings of local fossil fuels. The research aims at assessing the energy potential of black locust plantations of the North Steppe of Ukraine on the basis of the determination of the components of aboveground phytomass of the tree stands and the deposited carbon. To investigate components of aboveground plant biomass we laid temporary plots in black locust (Robinia pseudoacacia L.) stands within Northern Steppe of Ukraine. To evaluate the carbon content and the accumulated energy in the phytomass we used averaged scientific data, indicating that the average ratio of carbon to one ton of woody biomass (wood, bark) is 0.50, and for the fraction of the leaves - 0.45. Consequently, ste has revealed that energy potential of black locust stands of the North Steppe of Ukraine is 32188.14 GJ. Wood trunks are of the highest energy potential. We also etermined specific and general values of the components of aboveground phytomass in the context of the age structure of the plantations. The proportion of stored energy is the highest in black locust stands ranging from 41 to 60 years old, which is overmature age group. Furthermore, we made calculation of the deposited carbon components of biomass of wood and bark of trunks, branches, foliage mass of different age groups. Finally, we determined the content of the total energy of aboveground phytomass of the studied forest stands in relation to the component and age structures. To sum up we should note that Robinia pseudoacacia L. stands in the North Steppe of Ukraine perform soil conservation and protective functions, having significant resource potential today and in the near future. Their energy potential is 32,188.14 GJ. The results of the quantitative evaluation of the volume of aboveground biomass components of deposited carbon and accumulated energy reflect the current options of environmental and energy potential.
Keywords: Northern Steppe of Ukraine; black locust stands; aboveground phytomass; depositing carbon; energy potential.
1нформащя про автора:
С. А. Ситник, канд. бюл. наук, доцент, Дшпропетровський державний аграрно-екожмчний ушверситет, м. Дшпро, УкраТна.
E-mail: [email protected]
