Продуктивность и теплоемкость ивняков в Архангельской области

В последние годы особый интерес имеет получение древесины ивы для биоэнергетики, для чего селекционным путем создаются специальные быстрорастущие сорта или клоны. Древесина является наиболее широко используемым видом биомассы для выработки тепловой и электрической энергии [1,2]. Согласно расчетам, биомасса шведской ивы является энергоэффективной, и цель этой биомассы для энергии (независимо от типа энергии) представляет собой экологические преимущества с точки зрения сокращения выбросов и истощения запасов ископаемого топлива. Применение исследуемых энергетических систем может сократить добычу ископаемых видов топлива до 80 %.

В Вологодской области исследователями определено количество энергии, аккумулированной фитомассой культур сосны, которое в 10летнем возрасте колеблется в пределах 95120–129540 МДж/га в зависимости от типа леса [3]. Подобные исследования в Архангельской области, в частности по определению энергетического потенциала ивовых насаждений, никогда не проводились и их результаты могут быть использованы при реализации программ мониторинга лесов и окружающей среды и использования биомассы в биоэнергетике.

Цель работы заключается в изучении видового и возрастного состава ивовых ценозов, определении их фитомассы и теплотворной способности. Нами были заложены пробные площади на заброшенных площадях, вышедших из-под сельскохозяйственного пользования, в северной подзоне тайги: в пойме реки Юрас (приток Северной Двины) (ПП1), в осушительном канале полей, вышедших из-под сельскохозяйственной деятельности (бывший совхоз Беломорский), в Приморском районе (ПП2), на о. Уемский в пойме реки Северная Двина (ПП3) и в пойме реки Емца (приток Северной Двины) (ПП4) Холмогорского района.

Вес стволов определялся методом взвешивания на технических электронных весах с точностью ±0,75 мг. Определяли видовой состав ив, возраст, фитомассу и брали образцы древесины для установления заключенной в них энергии. Объективная сравнительная оценка биологической продуктивности насаждений может быть дана только на основе абсолютно сухой фитомассы. Для расчёта выхода фитомассы необходим перевод сырого веса фракций древостоя в абсолютно сухой. Для этого целесообразно воспользоваться средними величинами содержания сухого вещества (влажность и содержание сухого вещества, вычисленные в процентах к сырому весу, в сумме составляют 100 %) [4].

Высушенную до абсолютно сухого состояния кору и заболонную часть древесины модельных деревьев каждого вида ивы сжигали для определения удельной теплоты сгорания на калориметре сгорания бомбовом АБК-1В. Навеска образца для сжигания составляла 1 грамм.

На пробных площадах в различном соотношении присутствовали три вида ив: прутовидная ( S. viminalis L), ива трехтычинковая ( S. triandra L.), ива остролистная ( S. acutifolia L.). Присутствует на всех пробных площадях ива прутовидная и трехтычинковая, а остролистная только на двух пробных площадях. Общая густота колеблется от 7 тыс шт/га (ПП2) до 52 тыс шт/га (ПП3).

120%

■ Сухие

■ Жизнеспособные

Рисунок 1 - Распределение жизнеспособных и сухих деревьев, %

На пробных площадях присутствует значительное количество усохших деревьев. Их количество колеблется от 32 до 52 % на разных пробных площадях (рис. 1). Причины такого массового усыхания не совсем ясны. Вероятно, в разряд усохших переходят деревца более 8 летнего возраста, а также молодые деревца, не выдерживающие конкуренции из-за большой густоты.

Максимальный запас фитомассы приходится на четырех- и восьмилетние растения вида S. triandra L. и пятилетние растения вида S . viminalis L. на первой пробной площади. На второй пробе в осушительном канале максимальный запас у семилетних особей S. acutifolia L. и пятилетних S. triandra L. и S. viminalis L. В пойме Северной Двины большая часть запаса так же имеют пятилетние растения S. triandra L. и S. viminalis L. и четырехлетние S. acutifolia L. (табл. 2).

Таблица 2 Фитомасса ив по видам и возрастам (в пересчете на абсолютно сухое вещество)

Возраст побегов (лет)	Виды ивы
	S. acutifolia L.		S. triandra L.		S. viminalis L.
	т/га	%	т/га	%	т/га	%
	ПП1
4	–	–	3,72	27,2	0,02	0,7
5	–	–	1,20	8,8	3,00	99,3
6	–	–	2,71	19,8	–	–
7	–	–	2,33	17,0	–	–
8	–	–	3,74	27,2	–	–
Всего на 1 га	–	–	13,7	100	3,02	100
	ПП2
4	0,19	4,3	0,31	20,1	0,07	24,1
5	0,63	14,3	1,12	72,7	0,22	75,9
6	1,17	26,5	–	–	–	–
7	2,43	54,9	0,11	7,2	–	–
Всего на 1 га	4,42	100	1,54	100	0,29	100
	ПП3
3	0,44	55,0	–	–	0,55	2,7
4	0,36	45,0	1,82	10,0	0,38	1,9
5	–	–	11,10	61,0	10,24	50,0
6	–	–	2,63	14,5	4,81	23,5
7	–	–	2,14	11,8	2,31	11,3
8	–	–	0,51	2,7	2,17	10,6
Всего на 1 га	0,80	100	18,20	100	20,46	100
ПП4
3	–	–	0,63	3,0	0,42	1,9
4	–	–	0,94	4,6	1,75	8,2
5	–	–	6,6	32,3	8,90	41,9
6	–	–	10,0	49,0	8,48	40,0
7	–	–	2,26	11,1	1,70	8,0
Всего на 1 га	–	–	20,43	100	21,25	100

Исследуемые ивовые ценозы — порослевого происхождения. Суммарная фитомасса на ПП1 16,72 т/га, на ПП2 — 6,25 т/га, на ПП3 — 39,46 т/га, на ПП4 — 41,68 т/га. Следовательно, значительно более высокой энергией роста обладают насаждения, произрастающие на ПП3 и ПП4, в пойме рек Северная Двина и Емца. Низкий уровень фитомассы на площади в осушительном канале, вероятно, связан с низкой дыхательной активностью корней ввиду их нахождения в местах с плохим дренажем или с временным избыточным увлажнением. Разница между пробными площадями выражена также в том, что на двух из них (ПП1 и ПП4) полностью отсутствует Salix acutifolia. Изменчивость в распределении видов по местоположениям и в количественном соотношении между разными видами, а также пространственная изменчивость популяционной плотности у каждого вида можно объяснить особенностями диссеминации видов. Стабильная влажность грунта может способствовать совместному поселению разных видов и формированию ивняков смешанного состава. Такие условия благоприятны для поселения особей S. viminalis и S. acutifolia на местоположениях, которые обычно заселяет только S. triandra.

Ивовые ценозы накапливают в короткий срок значительно большую фитомассу, чем, например, сосновые древостои в этом регионе. Следовательно, их можно рассматривать как своеобразный резервуар для последующего извлечения энергии [5-7].

На рис. 2 представлена энергоемкость каждого вида ивы от общей фитомассы на пробных площадях в пересчете на гектар. Наибольшим запасом энергии обладают пробные площади с наибольшими запасами древесины (ПП3 и ПП4), где энергоемкость S. triandra L — 353590 МДж/га и 366964 Мдж/га, а энергоемкость S. viminalis L. — 309437 МДж/га и 367115 МДж/га соответственно.

С точки зрения энергетической эффективности ивняки обладают очень высоким потенциалом. Приведенные материалы дают возможность оценивать энергетический потенциал фитомассы и пути ее использования, изучать поток энергии в лесных экосистемах.

■ ПП№1 ■ ПП№2 ■ ПП№3 ■ ПП№4

Рисунок 2 - Средняя энергоемкость фитомассы ив, МДж/га

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

• 1.    В среднем фитомасса ивняков составляет 26 т/га. Наибольшей фитомассой отличаются ивы, произрастающие на о. Уемский и в пойме реки Емца — 39,46 т/га и 41,68 т/га соответственно, где около половины от всей фитомассы составляет вид S. triandra L.

• 2.    В ивняках значительна доля сухостоя. Он колеблется от 32 до 52 % на разных пробных площадях.

• 3.    Наибольшую фитомассу имеют ивняки, образованные из ивы трехтычинковой и прутовидной, и, соответственно, они обладают наивысшим энергетическим потенциалом. Содержание энергии в них составляет в среднем 213310 МДж/га.