на правах рукописи Логинова Людмила Александровна

на правах рукописи
Логинова Людмила Александровна
ПРОДУКТИВНОСТЬ ИВОВЫХ ЦЕНОЗОВ В ЦЕНТРАЛЬНОМ
ЧЕРНОЗЕМЬЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
ПЛАНТАЦИЙ
Специальность: 03.00.16 – Экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Воронеж - 2007
Диссертация выполнена на кафедре лесоводства в Воронежской
государственной лесотехнической академии
Научный руководитель:
доктор биологических наук,
профессор Таранков Владимир Иванович
Официальные оппоненты: доктор биологических наук,
профессор Арефьев Юрий Фёдорович
Воронежская Государственная Лесотехническая
Академия
кандидат сельскохозяйственных наук,
нач. лесопаркового участка
Сидоров Геннадий Сергеевич
ФГУП «НИИЛГИиС»
филиал «НИИЛГИиС В»
Ведущая организация:
ФГУП «Рослесинфорг»
Южный филиал Государственной
инвентаризации лесов «Воронежлеспроект»
Защита состоится « »
2007 года в
на заседании
диссертационного совета Д 212.034.01 в Воронежской государственной
лесотехнической академии по адресу:
394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева 8, факс 8(4732)53-84-61
С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале научной библиотеки
Воронежской государственной лесотехнической академии.
Автореферат разослан « »
2007 года
Учёный секретарь диссертационного совета
доктор биологических наук, профессор
Лихацкий Ю.П.
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Должное внимание плантационному лесоводству
уделялось на XI Всероссийском лесном конгрессе
(1997). Конгресс
рассматривал плантационное лесоводство как элемент содействия
устойчивому управлению лесами за счет удовлетворения собственных нужд
местного населения. Использование древесины, выращиваемой на
плантации, снижает нагрузку на естественные леса, увеличивает
производство лесных товаров. Следует отметить тенденцию снижения
запасов ископаемого топлива. В связи с этим в мировой практике ведется
поиск альтернативных источников энергии. Одним из таких источников
может стать биомасса быстрорастущих пород, например ивы. Особого
внимания заслуживает вопрос выбросов парниковых газов в атмосферу при
сжигании ископаемого топлива. В связи с этим следует отметить высокую
углерододепонирующую и кислородопродуцирующую функцию ивняков,
которая способна внести весомый вклад в оптимизацию газового состава
атмосферы.
Цель и задачи исследования. Цель работы заключается в изучении
продуктивности, углерододепонирующей функции и энергетического
потенциала, ивовых ценозов с последующим выявлением
наиболее
перспективных видов для создания энергетических плантаций.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
• Изучение условий произрастания естественных ценозов ивы и
плантационных культур, выявление распространения ивовых ценозов в
исследуемом регионе;
• определение биологической продуктивности естественных ценозов и
плантационных культур;
• исследование углерододепонирующей функции и энергетической
емкости ивняков;
• подбор ассортимента культиваров для создания энергетических
плантаций и выявление оптимальных природных условий для создания
плантаций в зависимости от вида ивы;
• обоснование технологии выращивания плантации.
Объект исследования. Естественные ивовые ценозы в поймах рек и в
гидрографической сети, а также плантационные ивовые культуры.
Предмет исследования. Продуктивность ивовых ценозов в
зависимости от вида ивы и условий произрастания.
Методика исследований. Изучение механического, физикохимического состава почвы, водного режима в пойме рек, определение
размеров и веса побегов ивы, изучение
углерододепонирующей и
кислородопродуцирующей функции естественных ивняков и плантационных
культур и определение энергетического потенциала ивовых ценозов
проводилось с использованием стандартных методик и приборов.
3
Научная новизна.
1. Дополнены имеющиеся сведения о распространении ивовых ценозов
в ЦЧР. Проведено сравнение различных видов ивы, произрастающих в
условиях биоэкологического оптимума (ива трёхтычинковая и ива
пурпурная). А также сравнение одного вида ивы (ива серая),
произрастающего в различных условиях (в обширном понижении
межбалочного водораздела и прирусловой пойме р. Дон). Описано
распространение кустарниковых ивовых ценозов по элементам речных пойм
и гидрографической сети, определены их экологические функции.
2. Получены новые данные о продуктивности естественных ценозов
ивы трехтычинковой, ивы пурпурной и ивы серой. Показано, что
продуктивность ценоза тесно связана с возрастом и воздействием некоторых
экологических факторов (затенением и почвенно-грунтовыми условиями).
3. Показана продуктивность плантации ивы с однолетним оборотом
рубки в зависимости от таксономической принадлежности.
4. Впервые для нашего региона определена углерододепонирующая и
энергетическая ценность ивняков.
Практическая значимость.
Определены особенности роста исследуемых видов ивы. Подобран
ассортимент культиваров для энергетических плантаций и наиболее
оптимальные условия их выращивания в зависимости от вида ивы.
Обоснованность и достоверность результатов. Результаты
базируются на длительных и репрезентативных исследованиях с
использованием стандартных методик. Материалы обрабатывались с
использованием современных методов математической статистики и
компьютерных программ Stat 1 и Excel.
Личный вклад автора. Автором разработана программа и методика
исследований. Сбор материала для диссертации осуществлялся в течение 5
лет. Организация и проведение работ для достижения намеченных целей, а
также обработка и анализ полученных результатов.
Основные положении, выносимые на защиту:
• распространение, состояние и экологическое значение ивняков;
• сравнительная характеристика продуктивности ценозов различных
видов ивы;
• сравнительная характеристика продуктивности одного вида ивы в
различных условиях произрастания;
• углерододепонирующая
и
кислородопродуцирующая
функция
естественных ивняков и плантационных культур;
• энергоемкость ценозов различных видов ивы;
• оптимальные условия для создания плантаций в зависимости от вида
ивы.
Апробация работы. Основные положения и промежуточные
результаты исследования докладывались на заседаниях кафедры лесоводства
Воронежской государственной лесотехнической академии, а также на
4
Международной научно-практической конференции «Проблемы ускоренного
воспроизводства и комплексного использования лесных ресурсов» (Воронеж,
2006); на научной конференции молодых учёных, посвященной 75-летию со
дня рождения проф. А.В. Веретенникова «Лес. Наука. Молодёжь - 2004»
(Воронеж, 2004); на всероссийской научно-технической конференции
«Современные проблемы экологии» (Тула, 2006).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7
статей, в том числе 1 в списке поименованном ВАК РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из
введения, шести глав, общих выводов, рекомендаций и списка литературы.
Общий объем работы составляет 153 страницы, из них 136 страниц
основного текста. Работа включает 14 иллюстраций, 32 таблицы и 132
наименований используемых литературных источников, в том числе 4
иностранных источника.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Состояние вопроса
В разделе приводится общий анализ литературных источников по
вопросам биологичесхих и экологических особенностей рода Salix, а также
рассматриваются различные способы использования ивовой биомассы, в том
числе для получения энергии (Правдин, 1934, 1952, 1976; Морозов, 1936,
1952,1966; Скворцов, 1968; Сукачев,1939; Чумаков, 1983; Таранков, 2004;
Конобеев, 1980; Анциферов, 1984; Будниченко, 1985; Саутин, Райко,
Воробьев, 1986; Горобец, 1990, 1992. 2000, 2004; Plaisance, 1980; Вересин,
Царёв, Косиченко,1975; Сидоров, 1977, 1978; Сиволапов, 1980, 1986; и др).
2. Программа и методика исследований
Изучение продуктивности фитомассы проводилось общепринятыми
таксационными методами (Лесотаксационный справочник, 1980). Размеры
побегов определялись с помощью штангельциркуля и рулетки. Вес стволиков
определялся методом взвешивания.
Для оценки запасов углерода
использовали
расчетно-измерительный
метод
(Замолодчиков,1998).
Интенсивность депонирования углерода (годовой сток) рассчитывали по
среднему приросту (Кобак, 1999). Содержание углерода в абсолютно сухом
веществе фитомассы определяли, используя конверсионные коэффициенты
(Исаев,1994). Для оценки поглощения углекислого газа и выделения
кислорода применяли расчетный метод (Таранков, 2004). Исходные данные
обработаны методами математической статистики (Зайцев, 1984).
Энергоемкость ивняков определялась исходя из того, что 1 кг абсолютно
сухого вещества содержит 14 МДж энергии. Достоверность выводов
соответствует 95-процентному доверительному уровню.
5
3. Характеристика объектов исследования и условий
произрастания
При исследованиях нами рассматривались: ива прутовидная (S.
viminalis L.), ива Шверина (S. Schwerinii E. Wolf.), ива шерстистопобеговая
(Salix dasyclados Wimm.), ива пурпурная (S. purpurea L.), ива трёхтычинковая
(S. triandra L.), ива серая (S. cinerea L.), ива белая (Salix alba L.).
Ивовые ценозы занимают специфические места обитания: поймы рек,
гидроморфные понижения. В связи с этим крупные массивы ивняки
образуют редко. Каждому виду присуще определенные участки местности,
различающиеся, прежде всего, по влажности и аэрации почвы.
Изучаемые нами объекты – естественные ценозы и культуры ивы –
расположены в Воронежской области, в центре лесостепного юга Русской
равнины. Заложено 11 пробных площадей; 5 – в естественных ивняках и 6 –
на плантации. В естественных условиях изучались виды ивы,
произрастающие в пойме рек Дон, Воронеж и Рогатка, а также во
внепойменных гидроморфных условиях. Преобладающая почва в
прирусловой пойме аллювиальная дерновая насыщенная слоистая
примитивная глееватая песчаная. Механический состав слоев – песчаный. По
химическому составу данный тип почвы беден, наибольшее содержание
гумуса 1,1 % в первом 17 – сантиметровом слое почвы. Тип почвы в
гидроморфных условиях соответствует тёмно-серым лесным среднемощным
грунтово-глееватым тяжелосуглинистым почвам. Содержание гумуса – 4,68
%. В весенне-летний период в данных условиях возникает застойное
увлажнение почвы, которое длится до 60 дней.
Пробные площади в плантационных культурах заложены на территории
Семилукского
лесопитомника
Воронежской
области.
Плантация
расположена на равнинном участке, создана весной 1991 г. Чумаковым В.В.
и Берднековой Э.В. посадкой зимних стеблевых черенков. Площадь
плантации 1 га. Тип почвы на данном участке представлен черноземом
выщелоченным среднемощным (содержание гумуса – 5,74 %).
4. Состояние и продуктивность ивовых ценозов
В процессе рекогносцировочного обследования на маршрутных
участках установлен характер распространения ивовых ценозов
по
элементам рельефа, а также их видовой состав и возраст. Можно отметить
общую тенденцию к снижению площади ивняков.
Исследование продуктивности (запаса фитомассы) кустарниковых
биоморф ив пурпурной и трёхтычинковой в прирусловой пойме
производилось возрасте 5 лет. Этот возраст соответствует максимальному
запасу фитомассы. Данные ценозы имеют подавляющий процент растений
возрастом 5 лет, составляющие порядка 70 % (табл. 1).
6
Таблица – 1 Возрастная структура кустарниковых ценозов ивы в пойме
Возрас
т, лет
5
4
3
2
Всего
на 1 га
Доля участия в фитоценозах:
по числу стволов (тыс.шт/га)
в процентах
ива
ива
ива
ива пурпурная
трехтычинковая
пурпурная
трехтычинковая
26,4
27,1
70
72
4,8
6,3
13
16
2,7
1,9
7
5
3,8
2,8
10
7
37,7
38,1
100
100
Растения моложе 5 лет в ценозе ивы трёхтычинковой составляют 24 %,
ивы пурпурной – 30 %. Это объясняется жесткими условиями произрастания
в пойме, а также затенением младших особей старшими. В ценозах
исследуемых видов практически отсутствуют однолетние побеги. Это
связано с их наибольшим угнетением.
Исследования размеров стволика 5-летних особей данных видов ивы,
показало, что диаметр побегов ивы трёхтычинковой в 1,2 раза больше, но по
высоте ива трёхтычинковая уступает иве пурпурной на 60 см больше (табл. 2,
табл. 3).
Возраст, лет
Число стволов
Таблица – 2 Характеристика диаметров осевых побегов среднестатистических моделей ивы в пойме р. Воронеж
(числитель – ива пурпурная; знаменатель – ива трехтычинковая)
5
4
3
2
200
200
26
32
15
7
4
3
М±m
δ
V, %
2,17±0,23
2,51±0,33
1,81±0,05
1,94±0,03
1,23±0,07
1,36±0,08
0,73±0,04
0,93±0,06
0,324
0,467
0,24
0,16
0,28
0,21
0,07
0,10
14,9
13,1
2,8
1,5
22,7
15,4
9,6
10,8
Критери
й
Стьюден
та факт./
станд.
8,5/1,96
2,4/2,02
1,2/2,17
3/3,18
Примечание: М – средняя арифметическая величина, ±m – ошибка средней
арифметической среднеарифметической величины, δ – стандартное отклонение, V
– коэффициент вариации.
7
5
Число
стволов
Возраст,
лет
Таблица – 3 Характеристика высоты осевых побегов
среднестатистических моделей ивы в пойме р. Воронеж
(числитель – ива пурпурная; знаменатель – ива трехтычинковая)
200
200
26
32
15
7
4
3
4
3
2
М±m
δ
V, %
3,94±0,03
3,3±0,02
3,12±0,04
3,0±0,06
2,23±0,12
2,2±0,17
1,42±0,09
1,54±0,12
0,44
0,35
0,21
0,36
0,47
0,43
0,18
0,20
11,1
10,6
6,7
12
21,1
19,5
12,6
12,9
Критери
й
Стьюден
та факт./
станд.
17,3/1,96
2,6/2,02
0,2/2,17
1,3/3,18
Рассматривая вес в абсолютно сухом состоянии 5-ти летних побегов
данных видов можно отметить, что масса побегов ивы трехтычинковой в 1,1
раза больше, чем ивы пурпурной (табл. 4).
Таблица – 4 Характеристика веса среднестатистических моделей ивы в
пересчете на абсолютно сухое вещество, г
(числитель – и. пурпурная; знаменатель – и. трехтычинковая)
Возраст,
побегов
(лет)
5
4
3
2
Количество
растений
(шт)
50
50
26
32
15
7
4
3
М±m
δ
V, %
980,1±17,8
1050,3±24,4
207,2±5,1
231,3±7,1
95,3±8,6
154,7±14,1
10,2±1,9
20,9±3,1
126,3
173,2
26,7
39,8
33,6
36,8
3,8
5,5
12,9
16,5
12,9
17,2
35,3
23,9
37,3
26,3
Критерий
Стьюдента
факт.
станд.
2,3
1,96
4,8
2,04
3,6
2,08
2,8
2,51
Максимальный запас фитомассы приходится на 5-ти летние растения.
Продуктивность в пересчете на абсолютно сухое вещество ценозов (запас
фитомассы всего ценоза) ивы трёхтычинковой больше на 2,6 т, чем ивы
пурпурной (табл. 5). Отсюда можно сделать вывод о большей
приспособленности к условиям прирусловой поймы ивы трёхтычинковой.
Ива пурпурная, тем не менее, незначительно уступает по показателям роста и
обладает достаточно большой продуктивностью.
8
Таблица – 5 Продуктивность ценозов кустарниковых ив в пересчете на
абсолютно сухое вещество
Возраст
побегов
(лет)
5
4
3
2
Всего на 1 га
Вид ивы
Пурпурная
т/га
25,9
0,26
0,36
0,04
26,6
%
97,4
0,9
1,5
0,2
100
Трехтычинковая
т/га
%
28,5
93,8
1,5
0,9
0,3
1,0
0,06
0,3
30,4
100
Различия в продуктивности ценозов достоверны поскольку доказана
достоверность различий размеров и веса растений с помощью критерия
Стьюдента.
Как показано в таблице 5 подавляющий процент фитомассы
приходится на 5-летние растения (97 % – и. пурпурная, 93 % – и.
трёхтычинковая). Фитомасса растений менее 5 лет составляет 3 % и 7 %
соответственно.
Данное исследование производилось с целью сравнения двух
различных видов ивы, произрастающих в одинаковых условиях.
Исследования в следующем подразделе показывают продуктивность
одного и того же вида (ивы серой) произрастающего в различных условиях (в
условиях прирусловой поймы реки Дон и в условиях обширного понижения
межбалочного водораздела). Большинство растений на исследуемых
участках представлено 9-ти летними особями. Этот возраст для ивы серой
является возрастом биологической спелости. По показателям роста ива серая,
произрастающая в прирусловой пойме, уступает ивы серой, произрастающей
в условиях межбалочного понижения по диаметру на 6,7 мм, по высоте на 10
см (табл. 6).
Таблица – 6 Характеристика размеров среднестатистических моделей
ивы серой в различных условиях произрастания
Условия
произрастания
Диаметр на Критерий
Высота
высоте 0,3 м, Стьюдента
растения, м
мм
М±m
факт. станд. М±m
δ
δ
Прирусловая
30,2± 0,406
3,7± 0,210
пойма р. Дон
0,03
0,02
1,96
Обширное
36,9± 0,457 19,7
3,8± 0,221
понижение меж- 0,03
0,01
балочного
водораздела
Критерий
Стьюдента
факт.
станд.
4,2
1,96
9
Размеры растений сказываются на их весе. Количество замеров веса
растений составляет 50 шт. Исследования показали, что вес в пересчете на
абсолютно сухое вещество ивы серой, произрастающей в
условиях
обширного понижения межбалочного водораздела больше (табл. 7).
Таблица – 7 Характеристика веса среднестатистических моделей ивы
серой в пересчёте на абсолютно сухое вещество, г
Условия произрастания
М±m
σ
V, %
Критерий
Стьюдента
фактический
Прирусловая пойма р. 1395±5,65
40,13
2,9
Дон
19,7
Обширное понижение 1460±8,08
57,17
3,9
межбал. водораздела
Достоверность различия доказана с помощью критерия Стьюдента (стандартное
значение – 1,96).
Размеры и вес растений сказываются на продуктивности всего ценоза.
Можно отметить, что продуктивность ивы серой, произрастающей в
условиях обширного понижения больше в 1,5 раз, чем продуктивность ивы
серой, произрастающей в прирусловой пойме р. Дон (рис. 1).
40
Продуктивность т/га
35
30
25
20
15
10
5
0
1
2
Условия произрастания
Рисунок – 1 Продуктивность ценоза ивы серой в абсолютно сухом со
стоянии в различных местах обитания, т/га (возраст 9 лет)
Примечание: 1
2
- Обширное понижение межбалочного водораздела,
- прирусловая пойма р. Дон
В среднем ежегодный прирост фитомассы в год составил 4,1 т/га в
условиях обширного понижения и 2,8 т/га в год в прирусловой пойме р. Дон.
Это объясняется различными условиями произрастания. Лучшие условия для
10
роста ивы серой складываются в условиях обширного понижения
межбалочного водораздела. На данном участке оптимальный тип почв и
достаточная влажность.
Для выявления особенностей роста разных видов ивы в одинаковых
условиях проводились исследования плантационных культур в Семилукском
лесопитомнике. Обсуждая данный материал можно отметить, что
наибольшей протяженности достигли однолетние осевые побеги ивы
трёхтычинковой и ивы шерстистопобеговой, однако диаметр побегов ивы
шерстистопобеговой больше, чем ивы трёхтычинковой. Диаметры побегов
ив прутовидной и Шверина близки по значению, но данные виды
значительно отличаются по протяженности побега (протяжённость побега
ивы прутовидной в 1,2 раза больше). Ива белая обладает наименьшим в ряду
исследованных видов диаметром, и. пурпурная также имеет небольшой
диаметр и наименьшую протяженность (табл. 8).
Таблица – 8 Размеры однолетних осевых побегов ивы в плантационных
культурах
№
п/п
Культивар
1
И. белая
2
И. шерстистопобеговая
3
4
5
И. Шверина
И. прутовидная
И. трёхтычинковая
6
И. пурпурная
1
И. пурпурная
2
И. шерстистопобеговая
3
И. Шверина
К-во
замеров,
шт.
М+m
Диаметр побегов, мм
50
0,540+0,068
50
50
50
50
1,076+0,029
0,742+0,019
0,771+0,011
0,8+0,02
50
0,68+0,015
Протяженность побега, см
50
139,37+3,78
50
50
186,23+3,51
145,44+2,81
δ
0,480
1,96
0,18
1,96
1,3
1,96
4,8
1,96
12,9
1,98
14,1
1,96
5,49
1,96
7,4
1,96
5,3
1,96
0,142
0,128
26,83
24,92
19,92
169,74+3,40
24,16
5
И. трёхтычинковая
50
214,4+5,32
37,8
177,8+3,50
2,34
0,075
50
50
1,96
0,131
И. прутовидная
И. белая
3,65
0,202
4
6
Критерий
Стьюдента
факт стан
30,22
11
Исследуя вес однолетних побегов можно отметить, что иву
шерстистопобеговую за ней по данному показателю следует ива прутовидная, далее трёхтычинковая, ива Шверина и ива пурпурная. Наименьшие весовые характеристики имеет ива белая – 18,6 г (табл. 9).
Таблица – 9 Вес свежезаготовленных однолетних осевых побегов, г
№
Культивар
1
2
3
4
5
6
И. белая
И. шерстистопобеговая
И. Шверина
Кол-во
взвешива
ний,
шт.
5
5
5
И. прутовидная
И. трёхтычинковая
И. пурпурная
5
5
5
М+m
18,6+1,54
85,8+7,14
48,8+3,31
52,8+2,85
49,1+ 3,1
36,6+2,1
δ
Критерий
Стьюдента
Факт.
Станд.
9,2
1,96
4,7
1,96
0,92
1,96
0,9
1,96
3,3
1,96
3,435
15,975
7,396
6,38
6,9
4,73
Существенное влияние на продуктивность плантации оказывает количество побегов, приходящихся на единицу площади (1 га). Этот показатель, в
свою очередь, зависит от густоты посадки (83,3 тыс. шт./га с размещением
0,8×0,15 м), сохранности растений (83-90 %) и количества побегов в одном
кусте (4,1-5,4 шт.). Густота посадки и сохранность близка к норме.
Различия в первоначальной густоте посадки, сохранности растений и их
побегообразовательной способности сказались на отмеченной у культиваров
разнице по количеству побегов, приходящихся на единицу площади. В свою
очередь, большая густота побегов обусловила и большую продуктивность
плантации (табл. 10).
Таблица – 10 Продуктивности 1 га плантации, т/га
Вид ивы
Ива шерстистопобеговая
Ива прутовидная
Ива трёхтычинковая
Ива Шверина
Ива пурпурная
Ива белая
Продуктивность Продуктивность
сырой лозы,
абсолютно
т/га
сухой лозы, т/га
26,6
10,6
18,9
7,5
18,4
7,3
14,5
5,8
10,6
4,2
7,3
2,9
12
Наибольшая продуктивность отмечена у ивы шерстистопобеговой (26,6
т/га сырой лозы, или 10,6 т/га абсолютно сухой), за ней следует ива прутовидная (18,9 т/га сырой лозы, или 7,5 т/га абсолютно сухой); близкие
показатели продуктивности имеет ива трёхтычинковая.
Наименьшая
продуктивность отмечена у
ивы белой (7,3 т/га сырой, или 2,9 т/га
абсолютно сухой лозы) это объясняется тем, что древовидные формы в
отличие от древокустарниковых и кустарниковых обладают меньшей
энергией роста в первые годы.
Сравнение находящихся в одинаковых условиях культиваров позволяет
сделать вывод о большей приспособленности к климату Воронежской области следующих видов ив: шерстистопобеговая, прутовидная и трехтычинковая, которые в ряду исследованных имеют наибольший прирост за 1 год и
соответственно обладают наибольшей продуктивностью.
5. Углерододепонирующая функция и энергетическая емкость
ивняков
Из
исследованных
видов
в
естественных
ивняках
по
углерододепонирующей и кислородопродуцирующей функции можно
выделить иву трехтычинковую, у которой среднегодовой показатель
поглощения углекислого газа составляет 10,3 т/га, выделение кислорода 8,0
т/га и усвоение углерода соответствует 2,9 т/га в год (рис.2).
12
т/га в год
10
8
6
СО2
О2
4
С
2
0
1
2
3
4
Виды ивы, условия произрастания
Рисунок – 2 Количество поглощаемого углекислого газа, выделяемого
кислорода и усвоенного углерода, т/га · год
Примечание: (1-ива трёхтычинковая, 2-ива пурпурная, 3-ива серая, произрастающая в
условиях обширного понижения межбалочного водораздела, 4-ива серая, произрастающая
в прирусловой пойме)
Близкие показатели углерододепонирования имеет ива пурпурная.
Наименьшими показателями обладает ива серая, произрастающая в
13
прирусловой пойме р. Дон. По кислородопродуцирующей функции можно
выделить иву трёхтычинковую, которая обладает наибольшими
показателями, за ней следует ива пурпурная и ива серая, произрастающая в
условиях обширного понижения межбалочного водораздела.
При рассмотрении плантационных культур по углерододепонирующей
функции можно выделить иву шерстистопобеговую, 1 га плантации, которой
способен за 1 год поглощать 18,9 тонн углекислого газа, при усвоении 5,3
тонн углерода и выделять 14,7 тонн кислорода. За ней по данным
показателям следует ива прутовидная, которая способна поглощать 13,5 тонн
углекислого газа, при усвоении 3,7 тонн углерода и выделять 10,5 тонн
кислорода, близкие значения имеет ива трёхтычинковая. Также можно
отметить иву Шверина, плантация которой поглощает 10,4 тонн углекислого
газа, при усвоении 2,9 тонн углерода и выделяет 8,4 тонн кислорода (рис. 3).
20
18
16
т/га в год
14
12
10
8
СО2
О2
6
С2
4
2
0
1
2
3
4
5
6
Виды ивы
Рисунок – 3 Количество поглощаемого углекислого газа, выделяемого
кислорода и усвоенного углерода, т/га · год
Примечание: (1-и. шерстистопобеговая, 2-и. прутовидная, 3-и.
трёхтычинковая, 4-и. Шверина, 5-и. пурпурная 6-и. белая)
Наименьшими показателями по
углерододепонирующей и
кислородопродуцирующей функции ивовых насаждений обладает ива белая,
насаждение которой способно выделять 4,1 т кислорода и поглощать 5,2 т
углекислого газа при усвоении 1,5 т углерода.
Из выше сказанного можно заключить, что виды, обладающие наилучшими показателями прироста фитомассы, а именно ивы шерстистопобеговая,
трёхтычинковая и прутовидная имеют ценность не только для создания
плантаций, так как дают наибольшую биомассу в год, но и хорошо выполняют кислородопродуцирующую и углерододепонирующую функцию, тем
самым могут вносить весомый вклад в уменьшение концентрации
парниковых газов на нашей планете. Еще важно отметить, что
14
кислородопродуцирующая
и
углерододепонирующая
функция
плантационных культур ивы больше, чем естественных ивовых насаждений.
Это еще одно преимущество плантационного выращивания ивовых культур.
При рассмотрении энергетического потенциала к биомассе относят все
формы материалов растительного происхождения, которые могут быть использованы для получения энергии: древесину, травяные и зерновые культуры, отходы лесного хозяйства и животноводства и т.д. Биомассу можно
сравнивать с углем. Однако зольность биомассы значительно ниже, чем угля.
Обычно биомассу ошибочно причисляют к низкосортным видам топлива,
поэтому во многих странах ее использование даже не отражается в
статистических отчетах. Однако она обеспечивает большую гибкость
снабжения энергоносителями ввиду большого количества видов топлива,
которые могут быть из нее получены.
Рассматривая энергоемкость различных видов ивы, произрастающих в
естественных условиях важно отметить, что она напрямую зависит от
фитомассы в абсолютно сухом состоянии.
Большим энергетическим
потенциалом в естественных ценозах обладает ива трёхтычинковая, далее
следует ива пурпурная. Ива серая, произрастающая в условиях прирусловой
поймы, замыкает так называемый «рейтинг» (табл. 11).
Таблица – 11 Энергоёмкость естественных ценозов некоторых видов ивы
(данные расчёта энергоёмкости по среднегодовому приросту)
Вид ивы
И. трёхтычинковая
И. пурпурная
И. серая (обширное понижение межбал. водораздела)
И. серая (прирусловая пойма)
МДж/га ·год
79800
72800
57400
39200
В ряду исследованных видов ивы на плантации наибольшей
энергоёмкостью обладает ива шерстистопобеговая и это закономерно ввиду
того, что данный вид имеет самый высокий прирост фитомассы, за ней
следует ива прутовидная и ива трёхтычинковая (табл. 12).
Таблица – 12 Энергоёмкость некоторых видов ивы произрастающих на
плантации
Вид ивы
И. прутовидная
И. шерстистопобеговая
И. Шверина
И. белая
И. трёхтычинковая
И. пурпурная
МДж/га ·год
105000
148400
81200
40600
102200
58800
15
Наименьшим показателем энергоемкости на плантации обладает ива
белая, так как данный вид имеет меньшую продуктивность в ряду
исследованных видов на плантации.
Проведенные исследования показали, что виды, обладающие
наилучшими показателями роста, а, следовательно, и продуктивности, а
именно ивы шерстистопобеговая, трёхтычинковая и прутовидная имеют
ценность не только для создания биоэнергетических плантаций, так как дают
наибольшую
биомассу
в
год,
но
и
хорошо
выполняют
кислородопродуцирующую и углерододепонирующую функцию, тем самым
вносят весомый вклад в уменьшение парникового эффекта на нашей планете.
6. Ассортимент культиваров и технология создания
энергетических плантаций
Подытоживая вышесказанное и учитывая места естественного
произрастания исследованных нами видов можно рекомендовать для
плантационного
выращивания
в прирусловой пойме рек иву
трёхтычинковую, шерстистопобеговую и прутовидную. Для создания
древовидных плантаций следует использовать иву белую, плантации
рекомендуется закладывать в центральной пойме рек, желательно на
богатых почвах. На бедных песчаных землях поймы возможно выращивание
ивы пурпурной, так как на данных почвах иные виды, в ряду исследованных,
произрастать не могут. В условиях с застойным увлажнением (до 60 дней)
следует высаживать иву серую.
Для создания плантации можно использовать имеющиеся технологии
(Максименко, Горобец, 2006), так как они направлены на получение
максимально возможной биомассы. В данном случае рекомендуемая густота
посадки 50 тыс. шт./га с размещением 0,8×0,25 м.
ВЫВОДЫ
1. Ивовые ценозы в исследуемом регионе занимают характерные места
обитания, но площади естественных ивняков уменьшаются, особенно в
поймах рек. Это обусловлено конкуренцией с травянистой растительностью
и возрастающим антропогенным воздействием.
2. Исследования продуктивности естественных ценозов в пойме рек на
бедной почве показали, что наибольшую продуктивность (28,5 т/га) имеют
пятилетние особи ивы трёхтычинковой, общая продуктивность растений
менее 5 лет составляет 1,86 т/га. Продуктивность пятилетних особей ивы
пурпурной меньше и составляет 25,9 т/га, продуктивность растений менее 5
лет составляет 0,66 т/га.
3. Сравнение продуктивности одного и того же вида (ива серая),
произрастающего в различных условиях позволяет сделать вывод, что
продуктивность в условиях обширного понижения межбалочного
водораздела больше и составляет 37,1 т/га. В прирусловой пойме реки Дон
16
прирост продуктивность (запас фитомассы) ценоза ивы серой меньше – 24,8
т/га, причиной этого является бедная почва в прирусловой пойме.
4. Исследования продуктивности однолетних осевых побегов в
плантационных культурах на богатой почве показали, что наибольшей
продуктивностью обладает ива шерстистопобеговая (10,6 т/га в год в
абсолютно сухом состоянии), далее следует ивы прутовидная и
трёхтычинковая, значения продуктивности которых близки (7,5 т/га и 7,3 т/га
соответственно), ива Шверина обладает продуктивностью 5,8 т/га, за ней в
порядке убывания прироста фитомассы следует ива пурпурная – 4,2 т/га.
Наименьшим показателем продуктивности обладает ива белая – 2,9 т/га, это
обусловлено тем, что древовидные ивы обладаю меньшим приростом в
первый год в сравнении с кустарниковыми и древокустарниковыми.
5. Рассматривая углерододепонирующую и кислородопродуцирующую
функцию естественных ивняков, следует отметить, что лучшими
показателями обладает ценоз ивы трёхтычинковой, который за год
поглощает 10,3 т углекислого газа, при усвоении 2,9 т углерода и выделяет
8,0 т кислорода. Ценозы ивы пурпурной при усвоении 2,6 т С поглощают 9,4
т СО2 и выделяют 7,3 т О2. Произрастая в условиях обширного понижения
межбалочного водораздела ценозы ивы серой поглощают 7,4 т СО2,
выделяют 5,7 т О2 и усваивают 2,1 т С. Ценозы ивы серой произрастающие в
прирусловой пойме поглощают 5 т СО2, выделяют 3,9 т О2 и усваивают 1,4 т
С.
6. Углерододепонирующая и кислородопродуцирующая функция
плантационных культур следующая. Наибольшими показателями обладает
ива шерстистопобеговая, плантация которой за 1 год поглощает 18,9 т СО2,
выделяет 14,7 т О2 и усваивает 5,3 т С. Ива прутовидная при усвоении 2,7 т С
поглощает 13,5 т СО2 и выделяет 10,5 т О2. Ива трёхтычинковая имеет
близкие значения (поглощение СО2 – 13,4 т , выделение О2 – 10,2 т, усвоение
С – 3,7 т). Плантация ивы Шверина ежегодно поглощает из атмосферы 10,4 т
СО2 приусвоении 2,9 т С и выделяет 8,1 т О2. Ценоз ивы пурпурной за 1 год
способен поглотить 7,6 т СО2, при этом усвоив 2,1 т С и выделить 5,9 т СО2.
Наименьшим
показателем
углерододепонирования
и
кислородопродуцирования обладает ива белая (поглощение СО2 – 5,2 т,
выделение О2 – 4,1 т, усвоение С – 1,5 т с 1 га в год).
7. Исследование энергоёмкости естественных ивняков показали, что ива
трёхтычинковая обладает наибольшей энергоёмкостью (79800 МДж/га),
затем следует ива пурпурная (72800 МДж/га). Ива серая, произрастающая в
условиях обширного понижения межбалочного водораздела имеет большую
энергоёмкость (57400 МДж/га), нежели ива серая в прирусловой пойме
(39200 МДж/га).
8. Энергоёмкость однолетних плантационных культур также различна и
составляет для и. шерстистопобеговой– 148400 МДж/га, и. прутовидной –
105000 МДж/га, и. трёхтычинковой – 102200 МДж/га, и. Шверина – 81200
МДж/га, и. пурпурной – 58800 МДж/га и ива белая обладает наименьшей
энергоёмкостью – 40600 МДж/га.
17
9. В последние годы имеется тенденция снижения площадей
естественных ивовых ценозов. Как показали наши наблюдения, причинами
являются антропогенный фактор, конкуренция с травянистой
растительностью, снижение уровня грунтовых вод. Поэтому необходимо
создание плантаций, которые могут выполнять важные экологические
функции и приносить прибыль.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Рекомендуя ассортимент культиваров следует учитывать не только
прирост фитомассы, но и природные условия, в которых намечено создание
плантации. Исследования показали, что для нашего региона следует
рекомендовать следующие виды ивы: шерстистопобеговую, прутовидную
и трехтычинковую, которые в ряду исследованных имеют наибольший
прирост за 1 год и соответственно обладают наибольшей продуктивностью,
следует высаживать в прирусловой пойме рек. Для создания древовидных
плантаций следует использовать иву белую, плантации рекомендуется
закладывать в центральной пойме рек, желательно на богатых почвах. На
бедных песчаных землях поймы возможно выращивание ивы пурпурной, так
как на данных почвах иные виды ивы, в ряду исследованных, произрастать
не могут. В гидрографической сети на заболоченных участках,
микропонижениях с застойным увлажнением (до 60 дней) следует
высаживать иву серую, которая способна произрастать в данных условиях.
2. Для создания плантации можно использовать имеющиеся технологии
(Максименко, Горобец, 2006), так как они направлены на получение
максимально возможной биомассы. Рекомендуемая густота посадки 50 тыс.
шт/га с размещением 0,8х0,25 м. Это обусловлено тем, что такая густота
посадки позволит предельно механизировать создание плантации и
осуществлять уходы за ней при получении максимально возможной
биомассы.
3. Экономический эффект от эксплуатации плантаций ивы (сумма
полученной биомассы за 1 год и учёта углерододепонирующей способности
также за 1 год) составит 30 тыс. руб./га
4. Создание плантаций быстрорастущих пород ивы даёт возможность
использования биомассы в биоэнергетике, тем самым уменьшает выбросы
парниковых газов в атмосферу. Высокая углерододепонирующая и
кислородопродуцирующая способность ивовых насаждений также
положительно сказывается на газовом составе атмосферы.
Работы опубликованные в изданиях перечня ВАК РФ:
1. Логинова, Л.А. Технология создания и ассортимент культиваров для
создания биоэнергетических плантаций в России/ Л.А. Логинова// Вестник
МГУЛ Лесной вестник: научно-информ. журнал, № 135. – МГУЛ – 2006. – С.
3-5.
18
Материалы конференций и совещаний:
2. Логинова, Л.А. Технологические и экономические аспекты закладки и
эксплуатации плантаций лозовых ив/ Л.А. Логинова// Лес. Наука. Молодёж2004: сб. материалов по итогам научно-исследовательской работы молодых
учёных за 2004 год, посвящённый 75-летию со дня рождения проф. А.В.
Веретенникова/ Под ред. проф. Л.Т. Свиридова; Фед. агентство по
образованию, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образованию.Воронеж, 2005. – С. 43-46.
3. Логинова, Л.А. Воспроизводство ивовых ценозов/ Л.А. Логинова//
Основные проблемы экологии: Доклады всероссийской нучн. техн. конф.
Книга 1, под общ. ред. чл.-корр. Российской акад. Наук В.П. Мешалкина. –
Москва – Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. – С. 55-58.
4. Логинова, Л.А. Углерододепонирующая и кислородопродуцирующая
функция ивовых насаждений/ Л.А. Логинова// Проблемы ускорения
воспроизводства и комплексного использования лесных ресурсов: матер.
междунар. научно-практической конф. 2006 г. / Под ред. авторов; Фед.
агентство по науке и инновациям, адм. Воронеж. обл., ВГЛТА-Воронеж,
2006. – С. 105-108.
5. Горобец, А.И. Продуктивность и технические характеристики лозы на
ивовой плантации Семилукского лесопитомника/ А.И. Горобец,
Л.А.Логинова// Природопользование: ресурсы, техническое обеспечение:
Межвуз. сб. науч. трудов. Вып. 2 / Под ред. проф. Ф.В. Пошарникова. –
Воронеж: ВГЛТА, 2004. – С. 18-22.
6. Таранков, В.И. Депонирование углерода и выделение кислорода
ивовыми ценозами различного происхождения/ В.И Таранков, А.И. Горобец,
Л.А. Логинова// Современное состояние и перспективы региональных
ботанических исследований: матер. междунар. конф. посвященной 90-летию
ВГУ и 50-летию Воронежского отделения русского ботанического общества
– ВГУ: Воронеж – 2007. – С. 35-40.
7. Логинова, Л.А. Распространение, состояние и экологическое значение
ивовых ценозов в пойме р. Воронеж/ Л.А. Логинова// Современное состояние
и перспективы региональных ботанических исследований: матер. междунар.
конф. посвященной 90-летию ВГУ и 50-летию Воронежского отделения
русского ботанического общества – ВГУ: Воронеж – 2007. – С. 12-15.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями, просим
присылать по адресу: 394913, г. Воронеж, ул. Тимирязева 8, ВГЛТА, Учёному
секретарю. Факс: 8(4732)-53-84-61
19