Биоэнергетический потенциал надземной фитомассы культур сосны обыкновенной таежной зоны

УДК

630*232.411:633.877.3

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2018.4.49

Аннотация

Растительная биомасса – перспективный источник энергии. В качестве сырья для получения пеллетного топлива актуально использование низкосортной древесины. Развитие биоэнергетики является одним из путей снижения энергозависимости производств, удаленных от мест добычи газа, нефти, каменного угля. Для энергетического использования различных фракций фитомассы необходимо оценить их биоэнергетический потенциал. Цель исследования – проведение оценки биоэнергетической продуктивности культур сосны обыкновенной, произрастающих в различных условиях Балтийско-Белозерского таежного района. Объектами изучения служили чистые по составу и идентичные по способу создания участки культур сосны обыкновенной в лишайниковом, брусничном и черничном типах условий местопроизрастания. На временных пробных площадях отбирали по 10 модельных деревьев, которые разделывали на следующие фракции фитомассы: сухие сучья, живые ветви, древесная зелень (охвоеные побеги с диаметром у основания не более 0,8 см), кора ствола, древесина ствола. Установлено, что наибольшее количество энергии за год аккумулируется культурами сосны в сосняке черничном (73,88 ГДж/га). С ухудшением лесорастительных условий энергетическая продуктивность культур сосны снижается: в сосняке лишайниковом она в 4 раза ниже, чем в сосняке черничном, а в сосняке брусничном имеет промежуточное значение (48,89 ГДж/га). Большее количество энергии аккумулируется древесиной ствола (66 %). Значительно меньшие значения энергетической продуктивности отмечены у остальных фракций: сухие сучья – 4 %, ветви – 8 %, древесная зелень – 13 %, кора – 9 %. Это дает возможность оценивать биоэнергетический потенциал традиционно неиспользуемых фракций фитомассы и намечать пути их энергетического применения. Полученная информация может быть использована при разработке комплекса профилактических противопожарных мероприятий и теоретических основ тушения лесных верховых пожаров в сосновых молодняках, поскольку содержит необходимые сведения о запасах горючих материалов в пологе древостоя, а также при обосновании дозы огнегасящих химических средств и воды при тушении лесных верховых пожаров.

Сведения об авторах

Д.Н. Клевцов¹, канд. с.-х. наук, доц.
О.Н. Тюкавина¹, канд. с.-х. наук, доц.
Д.М. Адай^{1, 2}, асп.
¹Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; e-mail: d.klevtsov@narfu.ru, o.tukavina@narfu.ru
²Takoradi Technical University, P. O. BOX 256, Takoradi, Western Region, Ghana; e-mail: georgeadayi@yahoo.com

Ключевые слова

лесные культуры, сосна обыкновенная, надземная фитомасса, энергетическая продуктивность

Для цитирования

Клевцов Д.Н., Тюкавина О.Н., Адай Д.М. Биоэнергетический потенциал надземной фитомассы культур сосны обыкновенной таежной зоны // Лесн. журн. 2018. № 4. С. 49–55. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.4.49

Литература

1. Бабич Н.А., Любов В.К. Энергетический потенциал среднетаежных сосняков-черничников искусственного происхождения // География Европейского Севера. Проблемы природопользования, социально-экономические, экологические: сб. науч. тр. Архангельск: ПГУ, 2002. С. 194–200.
2. Дадыкин В.П., Кононенко Н.В. О теплотворной способности органического материала древесных растений // Лесоведение. 1975. № 2. С. 30–37.
3. Казимиров Н.И., Волков А.Д., Зябченко С.С., Иванчиков А.А., Морозова Р.М. Обмен веществ и энергии в сосновых лесах Европейского Севера. Л.: Наука, 1977. 304 с.
4. Курбатский Н.П. Техника и тактика тушения лесных пожаров. М.: Гослесбумиздат, 1962. 154 с.
5. Мартынюк А.А. Оценка возможности использования древесной биомассы для теплоснабжения в целях перехода от нефтепродуктов на местные возобновляемые виды топлива // Лесн. вестн. 2016. № 5. С. 33–37.
6. Молчанов А.А. Продуктивность органической массы в лесах различных зон. М.: Наука, 1971. 276 с.
7. Огиевский В.В., Хиров А.А. Обследование и исследование лесных культур. Л.: ЛТА, 1967. 50 с.
8. Писаренко А.И., Страхов В.В. О некоторых современных задачах лесного сектора России // Лесн. хоз-во. 2006. № 4. С. 5–7.
9. Родин А.Р., Мерзленко М.Д. Методические рекомендации по изучению лесных культур старших возрастов. М.: ВАСХНИЛ, 1983. 36 с.
10. Родин А.Р., Родин С.А. Создание лесных энергетических плантаций // Лесн. вестн. 2008. № 1. С. 178–182.
11. Рощупкин В. Ресурсы лесного фонда – в энергетику // Биоэнергетика. 2005. № 1. С. 6–7.
12. Соколов Н.Н. Методические указания к дипломному проектированию по таксации пробных площадей. Архангельск: РИО АЛТИ, 1978. 44 с.
13. Berndes G., Hansson J. Bioenergy Expansion in the EU: Cost-Effective Climate Change Mitigation, Employment Creation and Reduced Dependency on Imported Fuels // Energy Policy. 2007. Vol. 35(12). Pp. 5965–5979.
14. Björheden R. Drivers Behind the Development of Forest Energy in Sweden // Biomass & Bioenergy. 2006. Vol. 30. Pp. 289–295.
15. IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation Intergovernmental Panel on Climate Change. 2011.
16. Melin Y. Impacts of Stumps and Roots on Carbon Storage and Bioenergy Use in a Climate Change Context // Agric. Sci. Umeå, Uppsala, 2014. 74 p.
17. Sandström F., Petersson H., Kruys N., Ståhl 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(1). Pp. 19–27.
18. Ximenes F.A., George B.H., Cowie A., Williams J., Kelly G. Greenhouse Gas Balance of Native Forests in New South Wales, Australia // Forests. 2012. Vol. 3(3). Pp. 653–683.

Поступила 21.02.18

Ссылка на английскую версию:

Bioenergy Potential of Aerial Phytomass of Scots pine in the Middle Taiga Forest Region

UDC 630*232.411:633.877.3
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.4.49

Bioenergy Potential of Aerial Phytomass of Scots pine in the Middle Taiga Forest Region

D.N. Klevtsov¹, Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor
O.N. Tyukavina¹, Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor
G.M. Adayi^{1, 2}, Postgraduate Student
¹Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation; e-mail: d.klevtsov@narfu.ru, o.tukavina@narfu.ru
²Takoradi Technical University, P. O. BOX 256, Takoradi, Western Region, Ghana; e-mail: georgeadayi@yahoo.com

Plant biomass is a promising source of energy. The use of low-grade wood as a raw material for pellet fuel production is important. The development of bioenergy is one of the ways to reduce the energy dependence for industries, remote from places of gas, oil and coal extraction. The bioenergy potential of different phytomass fractions should be evaluated for their energy use. The goal of research is to assess the bioenergy productivity of Scots pine growing in different conditions of the middle taiga forest region. The areas of Scots pine cultures pure in composition and identical in the way of creation are the objects of research. The forests of cladina, vaccinium and myrtillus types of sites are considered. On the temporary sample plots, 10 model trees are selected. They are divided into the following phytomass fractions: dry branches, living branches, tree foliage (needle packing shoots with a diameter at the base not more than 0.8 cm), trunk bark, trunk wood. The greatest amount of energy is accumulated by pine cultures in the myrtillus pine forest (73.88 GJ/ha per year). The energy productivity of pine crops decreases when site deterioration. In pine forests of cladina type, the energy productivity is 4 times lower than in the myrtillus pine forest. In the pine forests of vaccinium type, the accumulated energy has an intermediate value (48.89 GJ/ha). More energy is accumulated by stem wood (66 %). Significantly lower values of energy productivity are recorded in the other fractions: dry branches ‒ 4 %, branches ‒ 8 %, woody greens ‒ 13 % and bark ‒ 9 %. These indices help to evaluate the bioenergy potential of traditionally unused phytomass fractions and to outline the ways of their energy use. The obtained information can be used in the development of a set of necessary preventive firefighting measures and theoretical bases for forest crown fires extinguishing in young pine forests. The research results present the necessary information on the stocks of combustible materials in the canopy of the stand, as well as justifying the dose of fire extinguishing chemicals and water in forest fire extinguishing.

Keywords: forest culture, scots pine, aerial phytomass, energy production.
  
REFERENCES
1. Babich N.A., Lyubov V.K. Energeticheskiy potentsial srednetaezhnykh sosnyakov-chernichnikov iskusstvennogo proiskhozhdeniya [Energy Potential of Homogeneous Middle-Taiga Bilberry Pine Forests]. Geografiya Evropeyskogo Severa. Problemy prirodopol'zovaniya, sotsial'no-ekonomicheskie, ekologicheskie: sb. nauch. tr. [Geography of the European North. Nature Management, Socio-Economic, Environmental Problems]. Arkhangelsk, PSU Publ., 2002, pp. 194–200. (In Russ.)
2. Dadykin V.P., Kononenko N.V. O teplotvornoy sposobnosti organicheskogo materiala drevesnykh rasteniy [On the Calorific Value of the Organic Material of Woody Plants]. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 1975, no. 2, pp. 30–37.
3. Kazimirov N.I., Volkov A.D., Zyabchenko S.S., Ivanchikov A.A., Morozova R.M. Obmen veshchestv i energii v sosnovykh lesakh Evropeyskogo Severa [Metabolism in Pine Forests of the European North]. Leningrad, Nauka Publ., 1977. 304 p. (In Russ.)
4. Kurbatskiy N.P. Tekhnika i taktika tusheniya lesnykh pozharov [Technique and Tactics of Forest Fires Extinguishing]. Moscow, Goslesbumizdat Publ., 1962. 154 p. (In Russ.)
5. Martynyuk A.A. Otsenka vozmozhnosti ispol'zovaniya drevesnoy biomassy dlya teplosnabzheniya v tselyakh perekhoda ot nefteproduktov na mestnye vozobnovlyaemye vidy topliva [Assessment of Wood Biomass Utilization Opportunity for Heat Supply due to Shift from Oil Products to Local Renewable Fuels]. Lesnoy vestnik [Forestry Bulletin], 2016, no. 5, pp. 33–37.
6. Molchanov A.A. Produktivnost' organicheskoy massy v lesakh razlichnykh zon [Organic Matter Productivity in Forests of Different Zones]. Moscow, Nauka Publ., 1971. 276 p. (In Russ.)
7. Ogievskiy V.V., Khirov A.A. Obsledovanie i issledovanie lesnykh kul'tur [Inspection and Study of Forest Cultures]. Leningrad, LTA Publ., 1967. 50 p. (In Russ.)
8. Pisarenko A.I., Strakhov V.V. O nekotorykh sovremennykh zadachakh lesnogo sektora Rossii [On Some Modern Problems of the Russian Forest Sector]. Lesnoe khozyaystvo, 2006, no. 4, pp. 5–7.
9. Rodin A.R., Merzlenko M.D. Metodicheskie rekomendatsii po izucheniyu lesnykh kul'tur starshikh vozrastov [Methodological Recommendations on the Study of Forest Cultures of Older Ages]. Moscow, All-Union Academy of Agricultural Sciences Publ., 1983. 36 p. (In Russ.)
10. Rodin A.R., Rodin S.A. Sozdanie lesnykh energeticheskikh plantatsiy [Establishment of Forest Energy Plantations]. Lesnoy vestnik [Forestry Bulletin], 2008, no. 1, pp. 178–182.
11. Roshchupkin V. Resursy lesnogo fonda – v energetiku [Resources of the Forest Fund – to the Energy Sector]. Bioenergetika, 2005, no. 1, pp. 6–7.
12. Sokolov N.N. Metodicheskie ukazaniya k diplomnomu proektirovaniyu po taksatsii probnykh ploshchadey [Methodological Instructive Regulations for the Graduate Thesis on the Estimation by Circular Sample Plots]. Arkhangelsk, AFTI Publ., 1978. 44 p. (In Russ.)
13. Berndes G., Hansson J. Bioenergy expansion in the EU: Cost-Effective Climate Change Mitigation, Employment Creation and Reduced Dependency on Imported Fuels. Energy Policy, 2007, no. 35(12), рр. 5965–5979.
14. Björheden R. Drivers Behind the Development of Forest Energy in Sweden. Biomass & Bioenergy, 2006, no. 30, рр. 289–295.
15. IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation Intergovernmental Panel on Climate Change. 2011.
16. Melin Y. Impacts of Stumps and Roots on Carbon Storage and Bioenergy Use in a Climate Change Context. Agriс. Sci. Umeå, Uppsala, 2014. 74 p.
17. Sandström F., Petersson H., Kruys N., Ståhl 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, no. 243(1), рр. 19–27.
18. Ximenes F.A., George B.H., Cowie A., Williams J., Kelly G. Greenhouse Gas Balance of Native Forests in New South Wales, Australia. Forests, 2012, no. 3(3), рр. 653–683.

Received on February 21, 2018

---

For citation: Klevtsov D.N., Tyukavina O.N., Adayi G.M. Bioenergy Potential of Aerial Phytomass of Scots pine in the Middle Taiga Forest Region. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2018, no. 4, pp. 49–55. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.4.49