Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Международный государственный экологический

университет имени А. Д. Сахарова

Факультет мониторинга окружающей среды

Кафедра энергоэффективных технологий

О. И. Родькин

ПРОИЗВОДСТВО

ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО БИОТОПЛИВА

В АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТАХ: ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ

АСПЕКТЫ

Минск

2011

2

УДК 620.9:573:574

ББК 31.15:28.0:28.081

Р60

Рекомендовано к изданию НТС МГЭУ им. А.Д.Сахарова

(протокол № 10 от 1 декабря 2010 г.)

Автор:

О. И. Родькин, доцент кафедры энергоэффективных технологий

МГЭУ им. А. Д. Сахарова, к.б.н.

Рецензенты:

профессор кафедры экологии БНТУ, д.б.н. Хорева С. А.;

профессор кафедры энергоэффективных технологий

МГЭУ им. А. Д. Сахарова, д.б.н. Ерошов А. И.

Р60 Родькин, О. И.

Производство возобновляемого биотоплива в аграрных ландшафтах: эко-

логические и технологические аспекты : монография / О. И. Родькин. –

Минск : МГЭУ им. А. Д. Сахарова, 2011. – 212 с.

ISBN 978-985-6931-68-3.

В монографии рассмотрены аспекты воздействия на окружающую среду

при производстве и использовании биотоплива на уровне аграрных ландшаф-

тов. Особое внимание уделено вопросам аграрного лесоводства на основе

возделывания быстрорастущей ивы в различных экологических условиях,

а также использования соломы и биодизеля.

Анализ экологических аспектов воздействия приведен на основе обобще-

ния мирового опыта и собственных экспериментальных данных.

Монография предназначена для специалистов, работающих в области во-

зобновляемых источников энергии, охраны окружающей среды или сельско-

хозяйственного производства, магистрантов и аспирантов вузов смежных

специальностей.

УДК 620.9:573:574

ББК 31.15:28.0:28.081

ISBN 978-985-6931-68-3 © Родькин О. И., 2011

© Международный государственный

экологический университет

имени А. Д. Сахарова, 2011

3

Оглавление

Введение ..................................................................................................... 5 1. Экологическая характеристика агроландшафтов ............................... 8

1.1. Понятие и классификация ландшафтов ....................................... 8 1.2. Характеристика агроландшафтов Республики Беларусь .......... 11

1.2.1. Пахотные земли ..................................................................... 12 1.2.2. Лугово-пастбищные ландшафты ......................................... 14

1.3. Экологические проблемы в агроландшафтах ............................ 17 1.3.1. Деградация пахотных земель ............................................... 18 1.3.2. Химизация сельскохозяйственного производства как

фактор экологического воздействия ............................................. 26 1.3.3. Экологические проблемы осушительных мелиораций ..... 30 1.3.4. Экологические проблемы интенсивного животноводства . 33 1.3.5. Экологические проблемы, связанные с нерациональным

использованием сельскохозяйственной техники ......................... 36 1.4. Основные направления развития биоэнергетики

в агроландшафтах ................................................................................ 38 1.5. Перспективы внедрения методов экологического менедж-

мента в аграрных ландшафтах ........................................................... 45 2. Перспективы развития аграрного лесоводства на основе

быстрорастущих клонов ивы .................................................................. 49 2.1. Экологические аспекты культивирования ивы ......................... 49 2.2. Отношение растений ивы к факторам внешней среды ............. 52 2.3. Экологические аспекты выращивания ивы на загрязнен-

ных землях ........................................................................................... 63 2.3.1. Выращивание ивы на землях, загрязненных

радионуклидами .............................................................................. 63 2.3.2. Выращивание ивы на землях, загрязненных тяжелыми

металлами ........................................................................................ 78 2.4. Экологические аспекты выращивания ивы на выработанных

торфяниках и деградированных торфяных почвах .......................... 85 2.4.1. Возделывание ивы на выработанных торфяниках ............. 85 2.4.2. Особенности роста и развития ивы на деградированных

торфяниках ...................................................................................... 98 2.5. Перспективы возделывания ивы на легких минеральных

почвах ................................................................................................. 105

4

3. Эколого-технологические аспекты возделывания быстро-

растущей ивы в Республике Беларусь ................................................. 113 3.1. Выбор участка для закладки плантации .................................. 113 3.2. Выбор и подготовка посадочного материала .......................... 116 3.3. Система внесения удобрений для выращивания ивы ............. 126 3.4. Уход за посадками и уборка плантаций ивы ........................... 131 3.5. Перспективы внедрения ивовых плантаций в Беларуси ........ 138

4. Использование соломы в энергетических целях ............................ 141 4.1. Солома как энергетический ресурс .......................................... 141 4.2. Технологические аспекты использования соломы ................. 144 4.3. Экологические аспекты использования соломы ..................... 150 4.4. Балансовый метод расчета ресурса биомассы соломы на

локальном уровне .............................................................................. 155 5. Экологические аспекты производства биодизеля .......................... 159

5.1. Характеристика и источники биодизеля .................................. 159 5.2. Оценка жизненного цикла (ОЖЦ) производства био-

дизельного топлива ........................................................................... 170 5.2.1. Методология ОЖЦ ............................................................. 170 5.2.2. Описание единичных процессов ....................................... 175 5.2.3. Оценка воздействия производства биодизеля

на окружающую среду ................................................................. 181 5.2.4. Заключение ОЖЦ биодизеля ............................................. 182

6. Экологическое обоснование и планирование использования энер-

гии биомассы на локальном уровне на основе ГИС-технологий ........ 187 6.1. Характеристика метода ГИС ..................................................... 187 6.2. Картирование территории Могилевской области на основе

ГИС-технологий ................................................................................ 188 6.3. Определение потенциала производства древесины ивы

в регионе на основе ГИС-технологий ............................................. 193 Заключение ............................................................................................. 196 Приложение ........................................................................................... 199 Библиографический список .................................................................. 201

5

Введение

Проблема обеспеченности энергетическими ресурсами в ближай-

шем будущем станет одной из наиболее значимых как на глобальном, так

и на республиканском уровне.

Растущие темпы потребления ископаемых источников энергии

и ограниченность их запасов диктуют необходимость поиска и разработ-

ки методов активного внедрения альтернативной энергетики.

В соответствии с прогнозом, разработанным мировым энергетиче-

ским советом (МЭС), в 2050 г. потребление энергии возрастет более чем

в 2 раза. Более 40 % энергетических потребностей будет обеспечиваться

за счет возобновляемых источников энергии, в том числе 32 % составит

вклад биоэнергетики [Energy for Sustainable Development, 2002].

Вопросы энергетической безопасности для Республики Беларусь

вследствие низкой обеспеченности собственными энергоносителями яв-

ляются важнейшими компонентами национальной и экономической

безопасности. Повышение энергетической безопасности обусловлено

Целевой программой обеспечения в республике не менее 25 % объема

производства электрической и тепловой энергии за счет использования

местных видов топлива и альтернативных (возобновляемых) источников

энергии на период до 2012 г., утвержденной Постановлением Совета

Министров Республики Беларусь 30 дек. 2004 г. № 1680 [173].

В 2011 г. будет принят национальный проект Республики Беларусь

«Развитие местных, возобновляемых и нетрадиционных энергоисточ-

ников на 2011–2015 гг.». Цель проекта – обеспечение не менее 30 % по-

требностей страны в энергоресурсах за счет собственных возможностей.

Природно-климатические условия Беларуси не являются оптималь-

ными для активного развития и использования ветровой или гелиоэнер-

гетики. В то же время эффективным направлением для нашей страны

является биоэнергетика, в том числе сельскохозяйственное лесоводство,

которое основано на использовании специальных быстрорастущих дре-

весных насаждений.

Биоэнергетика основана на использовании биотоплива, т. е. носите-

ля, который хранит энергию, полученную из биомассы. Для производст-

ва биотоплива используется широкий спектр источников биомассы. На-

пример, для получения электричества, тепла или моторного топлива

можно использовать потенциальные продукты питания, отходы дерево-обработки и сельскохозяйственных растений, специальные энергетиче-

ские культуры и др.

Биотопливо можно классифицировать по источнику и энергетиче-

ской составляющей. Оно может быть твердым (отходы деревообработки,

6

солома), жидким (биодизель) или газообразным (биогаз). Различают также

первичное (необработанное) и вторичное (обработанное) биотопливо.

К первичному биотопливу относится топливная древесина, древес-

ная щепа и гранулы и другой органический материал, который использу-

ется непосредственно в той форме, в которой он заготовлен.

Вторичное биотопливо, например биодизель, может использоваться

для широкого спектра потребителей, например, транспорт, промышлен-

ные процессы и др. Источниками биотоплива могут быть разнообразные

природные и антропогенно-преобразованные системы, в том числе лес-

ные, городские, сельскохозяйственные.

Использование сельскохозяйственных угодий для производства

биомассы на энергетические цели имеет неуклонную тенденцию к росту

как в Республике Беларусь, так и во всем мире. В свою очередь развитие

такого направления требует тщательного и комплексного обоснования.

В настоящее время дискуссионным является вопрос целесообразно-

сти расширения площадей под посадки энергетических культур, в то

время как около миллиона человек на планете испытывает недостаток

продовольствия. Второй момент – это воздействие на окружающую сре-

ду в связи с изменением характера и структуры землепользования.

В этой связи необходим анализ экологических и социальных последст-

вий производства биотоплива в сельскохозяйственных или аграрных

ландшафтах. Ландшафт – это природно-территориальный комплекс, ко-

торый включает в себя несколько экологических систем. В отличие от

агроценоза агроландшафт – более сбалансированная и устойчивая к воз-

действию внешних факторов система. На уровне агроландшафтов воз-

можно оптимальное сочетание производства сельскохозяйственной про-

дукции и биотоплива на устойчивой основе, обеспечивающее минималь-

ную нагрузку на окружающую среду.

Для достижения устойчивого развития биоэнергетики внедрение

надлежащей практики необходимо в таких областях, как защита почвы,

водных ресурсов и сельскохозяйственных культур, управление энергети-

ческими и материальными потоками, сохранение биоразнообразия

ландшафтов, поддержание плодородия, сбор и переработка урожая.

Одним из важнейших вопросов является изучение воздействия рас-

ширенного производства биотоплива на баланс парниковых газов. Воз-

действие на окружающую среду может происходить на всех этапах жиз-

ненного цикла, однако на первый план здесь выходит изменение харак-

тера землепользования и интенсификация производства.

Для нашей страны особый интерес представляет развитие аграрного

лесоводства для целей биоэнергетики, в частности возделывание быст-

рорастущей ивы. Такие исследования давно и активно проводятся в за-

7

рубежных странах. Выращивание быстрорастущей ивы позволяет не

только получать древесину на основе короткоцикловых посадок, но и

обеспечивать охрану водных и земельных ресурсов, рекультивировать

загрязненные территории.

Вопрос использования соломы как биоресурса сегодня рассматри-

вается на государственном уровне и требует соответствующего экологи-

ческого обоснования. Производство биодизеля из семян рапса активно

расширяется как в европейских странах, так и в Республике Беларусь.

Анализ жизненного цикла производства биодизеля позволяет всесторон-

не рассмотреть аспекты воздействия на окружающую среду.

При написании настоящей монографии автором ставилась цель

обобщения мирового и отечественного опыта в области биоэнергетики,

а также представление результатов собственных исследований.

Автор выражает большую благодарность своим коллегам Романов-

скому Ч. А., Позняку С. С., Пронько С. К., Шкутник О. А., Бутько А. А.,

Копице В. Н. за помощь в проведении экспериментальных исследований

и аналитической обработки материалов.

8

1. Экологическая характеристика агроландшафтов

1.1. Понятие и классификация ландшафтов

«Ландшафт – это генетически однородный природный территори-

альный комплекс, имеющий одинаковый геологический фундамент, один

тип рельефа, одинаковый климат и состоящий из свойственного только

данному ландшафту набора динамических сопряженных и закономерно

повторяющихся в пространстве основных и второстепенных урочищ»

[Солнцев Н. А., 2001].

Основным свойством ландшафта выступает его однородность. Вме-

сте с тем в ландшафте представлены различные природные компоненты

и присутствуют локальные, более дробные природно-территориальные

комплексы – фации и урочища. Однородность ландшафта обеспечивает-

ся его генезисом, в котором отражается единообразие зональных клима-

тических и орографических факторов.

Структура ландшафта – это совокупность вертикальных и гори-

зонтальных внутренних взаимосвязей между компонентами. Наличие

устойчивых постоянных взаимосвязей обеспечивает целостность, един-

ство всего ландшафта. Ландшафты подвержены постоянному развитию

и изменению в соответствии с развитием и усложнением структуры гео-

графической оболочки. В каждом ландшафте в вертикальном разрезе

представлены части всех сфер географической оболочки – литосферы,

атмосферы, гидросферы, биосферы. Фрагменты этих сфер называют

природными компонентами. Компоненты литосферы – земная кора; ат-

мосферы – воздух; гидросферы – вода; биосферы – растительность и жи-

вотный мир. Горизонтальное строение ландшафта выражается в наличии систе-

мы пространственно взаимосвязанных и соподчиненных природно-территориальных комплексов. Те из них, которые входят в состав ланд-шафта и обуславливают его внутреннюю неоднородность, носят назва-ние морфологических единиц, их сочетание образует морфологическую структуру ландшафта.

Разнообразие ландшафтов Земли огромно. И любой из них имеет

свою индивидуальную структуру и происхождение. В наземных ландшафтах принято различать четыре основных мас-

штабных уровня – топический (микролокальный), локальный, регио-нальный и глобальный. Каждый из этих уровней в свою очередь состоит из серии ландшафтов разной сложности и размеров. Ландшафты, отно-сящиеся к одной ступени масштабной лестницы, сходны как по геомет-рическому устройству, так и по механизмам перемещения и преобразо-вания в ней вещества и энергии [Sarah E. Gergel et al., 2002].

9

Классификация ландшафтов позволяет типизировать их по тем или

иным признакам. В свою очередь это обеспечивает возможность единых

подходов при анализе и исследованиях относительно одинаковых ланд-

шафтов, как природных, так и антропогенно преобразованных. В частно-

сти это обуславливает использование метода моделирования при изуче-

нии экологических аспектов взаимодействия в ландшафтах. Установлен-

ные на уровне одного объекта закономерности могут успешно

использоваться для всех ландшафтов данного типа.

Современные экологические исследования должны проводиться

с учетом особенностей взаимодействия территориальных образований,

биологического разнообразия и хозяйственной деятельности в ландшаф-

тах. Для решения таких задач возникло новое направление в прикладных

исследованиях – ландшафтная экология.

Природный ландшафт обладает двумя важнейшими свойствами. Од-

но из них – внутренняя связанность ландшафта, обусловленная теснейшим

взаимодействием входящих в него природных компонентов. Изменение

состояния одного какого-либо компонента вызывает в ландшафте цепные

реакции в виде иногда быстрых, иногда растянутых во времени перестроек

всех связей и взаимодействий между всеми компонентами.

Другое важнейшее свойство природного ландшафта – это его под-

вижная равновесность. Она выражается в том, что вызванные внешними

воздействиями цепные реакции между компонентами в принципе направ-

лены на восстановление состояния, изначально присущего ландшафту, на

сохранение его «привычной» структуры и режима деятельности. Соотно-

шения степеней внутренней связанности и подвижной равновесности от-

дельного ландшафта определяют характер его природной устойчивости,

т. е. его способность сохранять собственную структуру и сложившийся

режим функционирования в условиях внешних воздействий.

Антропогенные ландшафты в своем развитии подчиняются тем же

закономерностям, что и природные. В общем смысле к антропогенным

ландшафтам следует относить комплексы «как целенаправленно соз-

данные человеком для выполнения тех или иных социально-

экономических функций, так и возникшие в результате непреднамерен-

ного изменения природных ландшафтов» [Марцинкевич Г. И., 2007].

В основу выделения групп антропогенно-преобразованных ланд-

шафтов может быть положено направление хозяйственного использова-

ния территории.

Так, Н. Ф. Мильков предложил выделить 8 основных групп: сель-

скохозяйственная, индустриальная, горнопромышленная, лесохозяйст-

венная, транспортно-коммуникационная, селитебная, милитарная и при-

родоохранная. Внутри групп существуют различия по характеру хозяй-

10

ственного использования ландшафтов, что отражается в структуре зем-

лепользования. Каждый вид земель несет в себе определенную функцио-

нальную нагрузку в пределах группы, обусловливающую дифференциа-

цию характера техногенного воздействия [Мильков Н. Ф., 1973].

Сельскохозяйственная группа ландшафтов, или агроландшафты, от-

личается использованием такого компонента как почва в качестве основ-

ного производственного ресурса для получения профильной продукции и

характеризуется ее плодородием (рис. 1.1). Техногенное воздействие диф-

ференцируется для пахотных, пастбищных и сенокосных видов ландшаф-

тов. Среди пахотных ландшафтов, также как и в остальных видах данной

группы, выделяют следующие подвиды: чистые, осушенные, осушенные

увлажненные, улучшенные, улучшенные осушенные увлажненные.

Агроландшафты, как правило, не существуют в чистом виде и вклю-

чают области, занятые лесами, озерами и т. д. Это является важным усло-

вием как для обеспечения их устойчивости к внешним воздействиям, так и

поддержания и сохранения на их территориях биоразнообразия видов.

Рис. 1.1. Сельскохозяйственный ландшафт [Monica G. Turner et al., 2003]

Агроландшафты целесообразно рассматривать как единый природ-

но-хозяйственный комплекс. Такой подход позволяет применять модели

и методы экологического управления или менеджмента для решения

различных задач, в том числе для обоснования производства на террито-

рии агроландшафтов биотоплива.

11

1.2. Характеристика агроландшафтов Республики Беларусь

Понятие агроландшафт следует отличать от термина агроценоз.

В соответствии с определением классика современной экологии

Ю. Одума под агроценозами понимают искусственные сообщества, фор-

мирующиеся в результате растениеводческой и животноводческой дея-

тельности человека [Одум Ю., 1975].

Это трансформированные экосистемы, которые возникают в резуль-

тате замены естественных (первичных) биоценозов пашнями, садами, ого-

родами, полевыми лугами, искусственными пастбищами и т. д. Они отно-

сятся к числу молодых, находящихся на ранних стадиях развития экоси-

стем. В связи с этим возникает проблема рационального размещения агроценозов. Для создания высокопродуктивной и устойчивой экосистемы

необходимо поддерживать максимально возможное многообразие биогео-

ценозов, создавая оптимальный агроландшафт, т. е. природно-террито-

риальный комплекс с преобладанием одного типа биогеоценоза на значи-

тельной территории, не менее нескольких квадратных километров. Агро-

ландшафты должны включать как элементы лесные полосы, перелески,

живые изгороди, водные объекты и т. д. Агроэкосистемы чисто земле-

дельческие или чисто пастбищные относительно редки. Географическое расположение и климатические условия Республи-

ки Беларусь обусловили преобладание на ее территории лесных и около-водно-болотных экосистем, а также соответствующих им фаунистиче-ских комплексов. Биологическое разнообразие организмов определяется не только географическими, но и историческими факторами, включая воздействие оледенений. Всего на территории, которую сегодня занима-ет Республика Беларусь, имело место четыре оледенения. Первое про-изошло около 500 тыс. лет назад, и с тех пор приходы ледников повторя-лись с периодичностью в 100 тыс. лет. Последний ледниковый период на территории Беларуси закончился около 9 тыс. лет назад. Несколько ты-сячелетий занял непосредственный процесс таяния ледников и медлен-ного повышения температуры. За это время постепенно происходила закономерная смена пейзажей. Характерные для тундровой зоны ланд-шафты сменились зонами березовых, сосновых и смешанных лесов. На формирование ландшафтов на территории Беларуси оказало и продолжа-ет оказывать значительное влияние наличие водораздела бассейнов Чер-ного (56 % территории) и Балтийского (соответственно 44 %) морей. Это обусловило наличие разнообразной флоры и фауны. Тем не менее, бли-зость ледникового периода в историческом разрезе привело к преоблада-нию в ландшафтах Беларуси интродуцированных видов животных с ев-ропейско-сибирским типом ареала. В небольшом количестве встречают-ся реликтовые виды, например, белая куропатка или болотная черепаха.

12

В настоящее время соотношение природных и антропогенно транс-

формированных ландшафтов на территории Беларуси составляет при-

близительно 55 на 45.

Среди природных ландшафтов преобладают луговые, лесные, паст-

бищные экосистемы. Луговые экосистемы по хозяйственному назначе-

нию подразделяются на сенокосы и пастбища, по составу они делятся на

пойменные, или заливные (5,2 %), и материковые.

За последние столетия разнообразие ландшафтов на территории Бе-

ларуси во многом связано с воздействием антропогенных факторов,

в том числе развития лесной промышленности. В Республике Беларусь

лесистость в настоящее время составляет около 44 %. Еще в 1750 г. этот

показатель составлял около 80 %, затем с развитием производительных

сил началось неуклонное уничтожение лесов, и в 1850 г. их оставалось

не более 23 % от территории республики. С этого момента были пред-

приняты энергичные меры по восстановлению лесов [155, 166].

Мощным фактором воздействия на природные ландшафты стала

масштабная осушительная мелиорация. Болота являются уникальными

и сложными природными системами. К концу 50-х гг. прошлого века их

площадь в Беларуси составляла свыше 4,1 млн га, или приблизительно

20 % территории. На 2010 г. площадь осушенных земель в Беларуси со-

ставляет около 3,4 млн га, в том числе 1,8 млн болот. Осушительная ме-

лиорация, проведенная в таких серьезных масштабах, обусловила возник-

новение ряда серьезных экологических проблем регионального уровня.

К другим антропогенным факторам воздействия на природные

ландшафты относятся отчуждение земель под строительство и добыча

полезных ископаемых.

Таким образом, в настоящее время на территории Беларуси основ-

ное распространение получили следующие виды агроландшафтов.

1.2.1. Пахотные земли

По данным Государственного земельного кадастра Республики Бе-

ларусь, площадь земель страны по состоянию на 1 янв. 2009 г. составляет

20 759,8 тыс. га. Структура земельного фонда по видам земель отражена

на рис. 1.2.

Площадь сельскохозяйственных земель в последние годы постепен-

но снижалась и на начало 2009 г. составила 8944,7 тыс. га, что на

23,3 тыс. га меньше, чем в 2007 г.

Центральным звеном аграрных ландшафтов являются почвенно-

земельные ресурсы.

13

Рис. 1.2. Структура земельного фонда территории Беларуси

[ГЗК Республики Беларусь, 2010]

Если в 1900 г. на одного жителя планеты приходилось 0,66 га паш-

ни, то в 1980 г. этот показатель составил 0,41 га, а в 2000 г. – приблизи-

тельно 0,23 га. Сегодня, чтобы обеспечить потребности 6,5-мил-

лиардного населения земного шара, интенсивность эксплуатации поч-

венно-земельных ресурсов резко усилилась, что обуславливает их

масштабную деградацию. В результате ежегодные потери плодородных

почв на планете оцениваются в 5–7 млн га.

Обеспеченность одного жителя РБ почвенно-земельными ресурсами

на 2010 г. составляет около 0,57 га пашни и 0,92 га с/х угодий [Государ-

ственный земельный кадастр Республики Беларусь, 2010]. Этот показа-

тель значительно превосходит как среднемировой уровень, так и уровень

большинства европейских государств, тем не менее, за последние сорок

лет он существенно снизился. Начиная с 2002 г., площадь пахотных зе-

мель в расчете на одного жителя стабилизировалась (табл. 1.1). Однако

необходимо учитывать тенденцию снижения количества жителей. За

данный отрезок времени население страны уменьшилось более чем на

400 тыс. человек.

Таким образом, в абсолютном выражении площадь пахотных зе-

мель в стране неуклонно снижается, в том числе за последние десять лет

на 613 тыс. га.

14

Таблица 1.1

Динамика обеспеченности почвенно-земельными ресурсами

жителей РБ, га на 1 жителя

Вид ресурсов Годы

1960 1980 2000 2002 2010

Пашня 0,76 0,65 0,61 0,57 0,57

С/х угодья 1,24 1,04 0,92 0,92 0,92

Причинами потери пахотных угодий является их отчуждение под

строительство населенных пунктов, дорог, трубопроводов, а также де-

градация.

Средний норматив площади отчужденных земель на планете со-

ставляет приблизительно 0,1 га на одного жителя. В РБ приблизительно

1,6 млн га таких земель. Из них особую категорию представляют нару-

шенные земли, образовавшиеся в результате проведения различного рода

строительных, культуротехнических, геологических и других работ.

В 2009 г. их площадь составила 22,9 тыс. га.

Причины деградации земель разнообразны, следствие этого – по-

степенное снижение плодородия почв и вывод их из с/х производства.

Вопросы основных причин деградации, методов восстановления зе-

мель и направлений экологического менеджмента почвенно-земельных

ресурсов будут рассмотрены в следующем разделе.

1.2.2. Лугово-пастбищные ландшафты

Луговые экосистемы в Республике Беларусь занимают около 3300 тыс. га, что составляет приблизительно 16 % от всей территории. Из них на сенокосы приходится около 53 % и на пастбища 47 %. За послед-ние 30–40 лет наблюдается тенденция к уменьшению их абсолютной площади. Луга – это фитоценозы, растительность которых характеризу-ется более или менее сомкнутым покровом. Они образованы чаще мезо-фильными (предпочитающими умеренно увлажненные места обитания), а иногда и гигрофильными (влаголюбивыми) травами, имеют зимний перерыв в вегетации и не имеют летнего угнетения. Растения луга хоро-шо приспособлены к умеренным условиям увлажнения почвы, мине-рального питания и аэрации почвы. Поэтому они широко распростране-ны в лесной зоне умеренного пояса.

В земельном фонде Беларуси луга сенокосного использования за-

нимают 1436,5 тыс. га, или 15,6 % земель сельскохозяйственного исполь-

зования. Лугов пастбищного использования немного больше –

1807,8 тыс. га, или 19,7 % сельскохозяйственных земель. Таким образом,

луга занимают 3244,3 тыс. га, что составляет 15,6 % площади Беларуси

[Богдевич И. М., 2001; Лазаревич С. В., 2005].

15

Луга имеют большое хозяйственное значение. Они способствуют

сохранению и увеличению естественного плодородия почвы. На одном

гектаре посева бобово-злаковой травосмеси при среднем урожае накап-

ливается за счет сбережения растительных остатков около 1 т гумусовых

веществ. Кроме того, луга являются сельскохозяйственным угодьем, на

котором заготавливается ценный корм для домашних животных. В 1 кг

лугового сена содержится примерно 0,6 кормовых единиц, 55 г перева-

римого протеина, 7,6 г кальция, 4,0 г фосфора, до 30 мг каротина. Наибо-

лее продуктивными являются пойменные кратковременно затопляемые

(до 15 суток) луга, на которых получают до 47 ц/га сена.

Среди луговых экосистем можно выделить следующие виды

ландшафтов.

Лугово-пахотные ландшафты сформировались под влиянием зем-

ледельческой и животноводческой деятельности человека. Они занимают

более 12 % площади сельскохозяйственных ландшафтов, 4 % территории

Беларуси. Встречаются повсеместно, но наиболее типичны для севера,

востока и центральных равнин республики. В структуре земельных уго-

дий преобладает пашня (50–80 %) и естественные луга (10–40 %).

Удельный вес лесов не превышает 20 %, болот – 15 %.

Пахотно-культурно-сенокосные ландшафты представляют собой

подкласс сельскохозяйственных ландшафтов, занимающих 4,5 % площа-

ди последних. Они сформировались на месте прежних болотных масси-

вов, осушенных и освоенных в качестве культурных сенокосов и паст-

бищ. В структуре земельных угодий преобладает пашня (30–60 %), доля

лесов не превышает 20 %, лугов – 10 %, неосушенных болот – от 15 до

50 %. Распространены преимущественно на юге Беларуси, в пределах

нерасчлененных комплексов с преобладанием болот.

Сенокосно-пастбищные ландшафты занимают примерно такие же

площади, как и ландшафты предыдущего подкласса – около 4 % площа-

ди сельскохозяйственных ландшафтов, и развиты на востоке и в преде-

лах центральных равнин Беларуси. Они сформировались там, где зе-

мельные угодья используются в качестве пастбищ и сенокосов. Вследст-

вие этого в структуре угодий преобладают луга (70–90 %); доля пашни,

лесов, болот не превышает 15 %.

Пастбищно-лугово-болотные ландшафты имеют минимальное

распространение среди подклассов сельскохозяйственных ландшафтов

Беларуси, занимая всего около 2 % их площади. Представлены в южной

части республики на участках, где преобладают (до 90 %) открытые тра-

вяные неосушенные болота; пашня, леса и луга занимают подчиненное

положение, их доля не более 15–20 %. Около 70 % площади этих систем

приходится на вторичные водно-ледниковые ландшафты, которые харак-

16

теризуются плосковолнистым рельефом с колебаниями относительных

высот 2–5 м. В понижениях рельефа сформировались болота – низинные

гипново-осоковые и верховые кустарничково-пушицево-сфагновые

с торфяно-болотными почвами. Низинные болота используются в каче-

стве сенокосов, реже пастбищ, верховые играют водоохранную роль

и подлежат охране. Участки пашни тяготеют к автоморфным дерново-

подзолистым почвам. На повышенных элементах рельефа произрастают

сосновые леса, по днищам ложбин стока – мелкоосоковые луга.

В зависимости от положения в рельефе и уровня увлажнения луга

подразделяются на материковые и пойменные (заливные). Материковые

(внепойменные) луга делятся на суходольные, расположенные на повы-

шенных участках рельефа, и низинные, приуроченные чаще к бессточ-

ным понижениям.

Суходольные луга в Беларуси имеют, как правило, вторичное про-

исхождение. Они возникли на местах, некогда занимаемых лесом. В ви-

довой структуре лугового фитоценоза выделяют мятликовые, бобовые

и злаковые травы, а также разнотравье, образуемое другими семейства-

ми. Из злаков встречаются полевица обыкновенная, овсяница красная,

луговик дернистый, белоус торчащий, мятлик луговой и др. Из бобовых

– клевера (луговой, средний, горный, ползучий и др.), люцерна хмелевая,

лядвенец рогатый, чина луговая, горошек заборный и мышиный. Из раз-

нотравья обычны лютик едкий и золотистый, лапчатка гусиная и сереб-

ристая, ясколка полевая, гвоздика травянка, тмин обыкновенный, бедре-

нец камнеломковый, подорожник ланцетолистный, подмаренник на-

стоящий, истод обыкновенный, вероника дубравная.

На низинных лугах с достаточным и повышенным уровнем увлаж-

нения встречаются высокорослые овсяница луговая, ежа сборная, тимо-

феевка луговая, манник наплывающий, канареечник тростниковидный,

бекмания настоящая. Бобовые растения из-за недостатка кислорода

в почве встречаются реже, чем на суходолах. Из клеверов здесь наиболее

часто встречаются клевер розовый и ползучий. Много широколистного

разнотравья. Это горец змеиный, горицвет кукушкин, гравилат речной,

таволга вязолистная, лютик ползучий и др. На болотистых лугах много

осоковых – осока двудомная, лисья, заячья и другие, камыш лесной. Из

злаков встречаются канареечник, бекмания, манник; из разнотравья –

калужница болотная, щавель кислый, сабельник болотный, незабудка

болотная, валерьяна лекарственная, реже – дремлик болотный, ятрышник

широколистный, шпажник болотный.

Пойменные луга располагаются в поймах рек и озер. На их долю

в Беларуси приходится 5 % площади сельскохозяйственных земель. Наибо-

лее обширны они в Гомельской (11,2 %), Брестской (5,2 %) и Минской

17

(6,2 %) областях. Много пойменных лугов в долинах Днепра, Припяти, Бе-

резины, Сожа и их притоков [Лазаревич С. В., 2005; Парфенов В. И., 1986].

Пойменные луга отличаются большой продуктивностью и разнооб-

разием видового состава. В поймах небольших рек, где разливы кратко-

временны и основным источником увлажнения являются атмосферные

осадки, флористический состав лугов близок к суходольным материко-

вым лугам. Если же основным источником влаги являются грунтовые

воды, то на таких пойменных лугах больше трав, характерных для ни-

зинных материковых лугов. Но в любом случае влаголюбивые растения

преобладают: овсяница красная, полевица тонкая, бекмания, тимофеевка,

лисохвост, клевер красный и розовый, частуха подорожниковая, разно-

образные осоки, хвощ приречный.

Для повышения продуктивности луговых угодий в Беларуси часто

проводят поверхностное улучшение без нарушения дернины (подсев трав

в дернину, внесение удобрений, известкование) или коренное с разруше-

нием дернины и последующим залужением. При реконструкции лугов ис-

пользуют разные травосмеси. Например, на минеральных почвах можно

высевать клевер луговой в смеси с кострецом безостым, овсяницей луго-

вой и тимофеевкой луговой. На осушенных торфяно-болотных почвах ре-

комендуется вместо клевера лугового использовать клевер гибридный.

1.3. Экологические проблемы в агроландшафтах

Сельскохозяйственное производство является наиболее длительным

по времени и значительным по масштабности проявления фактором воз-

действия на окружающую среду. Сельскохозяйственные ландшафты, или

агроэкосистемы, занимают менее 30 % от площади суши планеты

и обеспечивают человечеству производство 95–98 % пищевой энергии.

Поэтому рост народонаселения планеты, особенно интенсивный за по-

следние 50 лет, требует непрерывного увеличения продуктивности агро-

экосистем.

В настоящее время сельскохозяйственные земли занимают 43 %

общей площади Беларуси, из них 62 % приходится на пашню, 38 % – на

кормовые угодья. Основной пахотный фонд Беларуси (52 % пашни) со-

ставляют дерново-подзолистые почвы, для повышения плодородия кото-

рых необходимо проводить известкование, вносить достаточное количе-

ство органических и минеральных удобрений.

Приблизительно с середины прошлого века сельское хозяйство ста-

ло на путь интенсификации, основными составляющими которой явля-

ются комплексная механизация, химизация, мелиорация и интенсивное

животноводство. Такая концепция позволила в течение нескольких деся-

тилетий в три раза увеличить производство продуктов питания. Совре-

18

менное интенсивное сельское хозяйство достигло высоких как средних,

так и максимальных показателей продуктивности. Так, получена рекорд-

ная урожайность зерновых культур – около 20 т с га, картофеля – 100 т

с га, надоев молока – 22 т на корову в год и т. д. Средние уровни для раз-

витых в с/х отношении стран приблизительно в 3 раза меньше.

Достижение таких показателей в свою очередь потребовало актив-

ной эксплуатации земель, резкого роста использования различного рода

материальных и энергетических ресурсов. К негативным последствиям

интенсификации в первую очередь относится усиление экологического

воздействия аграрных экосистем на окружающую среду.

1.3.1. Деградация пахотных земель

В Национальный план действий по рациональному использованию

природных ресурсов и охране окружающей среды (НПДООС) на 2006–

2010 гг. включены следующие приоритетные направления деятельности

в области охраны и использования земель и почв:

– создание системы стимулирующих экономических механизмов по

эффективному использованию и охране земель;

– обеспечение комплексного подхода к планированию, использова-

нию и охране земель, предусматривающего поддержание экологических

функций почв в ландшафтах и реализацию мер по борьбе с деградацией

и загрязнением;

– продолжение мероприятий по оптимизации землепользования

с целью формирования экологически устойчивых природно-террито-

риальных комплексов путем перепрофилирования сельскохозяйственных

низкоплодородных земель, повышения лесистости малолесных районов,

развития сети особо охраняемых территорий;

– получение достоверной объективной информации о состоянии зе-

мель/почв республики на основе широкого использования дистанцион-

ных методов, эколого-геохимического картографирования, мониторинга,

развития методической и аналитической базы для принятия своевремен-

ных и оперативных управленческих решений;

– разработка и реализация приоритетных мероприятий Националь-

ной программы действий по борьбе с деградацией земель с целью повы-

шения координации действующих секторальных программ и объедине-

ния усилий заинтересованных сторон в обеспечении устойчивого ис-

пользования и охраны земель/почв;

– получение информации о загрязнении почв в населенных пунктах,

эколого-геохимическое картирование состояния городских почв, выяв-

ление типовых загрязнителей для основных видов (типов) предприятий

республики.

19

Деградация – это постепенное снижение плодородных свойств поч-

вы под влиянием естественных (нарушение условий почвообразования)

или искусственных причин (хозяйственная деятельность человека). Де-

градация сопровождается снижением плодородия, изменением почвен-

ной флоры и фауны, формированием пустошей.

На территории Беларуси основными причинами деградации земель

являются водная и ветровая эрозия, радиоактивное и химическое загрязне-

ние, минерализация осушенных торфяных почв, трансформация земель

в результате добычи полезных ископаемых и строительства, подтопление

и заболачивание, выгорание осушенных торфяников, нерациональное ис-

пользование земель.

В свою очередь земли, подвергнутые деградации, влияют на местные

и региональные климатические условия. Это обстоятельство достаточно

ярко проявилось в последние десятилетия в южной части республики (Бе-

лорусское Полесье). Вследствие того, что здесь мелиоративное преобразо-

вание земель затронуло обширные пространства и изменило геофизиче-

ский и водный режимы природных экосистем, это внесло заметные изме-

нения в климат приземного слоя воздуха и почв всего региона.

Наиболее значительные потери плодородных почв как в мировом

масштабе, так и в Республике Беларусь связаны с эрозией. Эрозия (от лат.

erosio – разъедание) – это разрушение верхнего плодородного слоя почвы

под воздействием климатических факторов и хозяйственной деятельности

человека и вынос продуктов этого разрушения в окружающую среду.

Установлено, что на образование 1 см почвы природе необходимо

приблизительно от 200 до 300 лет. Таким образом, средний плодородный

слой на территории нашей страны формировался на протяжении не-

скольких тысячелетий. Эрозионные процессы, как свидетельствуют кон-

кретные исторические примеры, способны разрушить плодородный слой

в особенно сложных случаях в течение нескольких суток и даже часов.

По данным UNEP (программа ООН по охране окружающей среды),

на земном шаре в среднем ежегодно деградирует до 5 млн га земель и ос-

новной причиной этой негативной тенденции является именно эрозия [72].

В Республике Беларусь эрозии различной степени подвержены бо-

лее 490 тыс. га почв. Из всех видов деградации земель на территории

страны наиболее выражена водная и ветровая эрозия. Процессы водной

эрозии наиболее активны в северной и центральной частях страны –

в Белорусском Поозерье и Центральной Беларуси. На этих территориях

преобладают расчлененный холмистый рельеф и почвы тяжелого грану-

лометрического состава. Ветровая эрозия (дефляция) наиболее характер-

на для Полесской низменности, где широко распространены осушенные

20

торфяники и мелиорированные земли и преобладают почвы легкого гра-

нулометрического состава.

Из земель сельскохозяйственного использования на долю земель, под-

верженных водной эрозии, приходится 5,3 %, ветровой – 1,1 % (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Характеристика эрозионно-опасных земель [Сельское хозяйство

Республики Беларусь, 2010]

Область

Земли, подверженные водной

эрозии

Земли, подверженные

ветровой эрозии

тыс. га %* тыс. га %**

Брестская 31,3 7,7 11,3 13,7

Витебская 112,0 27,4 4,2 5,1

Гомельская 10,9 2,7 21,8 26,4

Гродненская 63,6 15,6 21,3 25,8

Минская 103,6 25,4 21,4 25,9

Могилевская 87,1 21,3 2,7 3,3

Всего по Беларуси 408,5 100,0 82,7 100,0

Примечание: * % от общей площади сельскохозяйственных земель, подвержен-

ных водной эрозии; ** % от общей площади сельскохозяйственных земель, подвер-

женных ветровой эрозии.

Площадь дефляционноопасных и дефлированных земель на терри-

тории Беларуси составляет 3,9 млн га, или 18,8 % площади страны, эро-

зионноопасных и эродированных земель − около 1,4 млн га, или 6,8 %.

Эрозия почв наносит существенный экономический и экологический

ущерб в связи с разрушением почвенного покрова, ухудшением агрохими-

ческих, агротехнических, физических и биологических свойств почв.

По данным многолетних исследований в среднем за год с каждого гек-

тара эродированных земель теряется около 10 т плодородной почвы, 150–

180 кг гумуса, 8–10 кг азота, 5–6 кг фосфора и калия. Это не только негатив-

но сказывается на плодородии (снижение урожайности на 15–20 %), но

и является мощным фактором загрязнения окружающей среды [135].

Эрозионные процессы, развивающиеся на осушенных торфяно-

болотных почвах, приводят к их ускоренному разрушению, которое уси-

ливается при нарушении правил эксплуатации мелиоративных систем

и нерациональной агротехнике. В Белорусском Полесье, где высока доля

мелиорированных земель и преобладают почвы рыхлого гранулометри-

ческого состава, а также осушенные торфяные почвы, заметное развитие

получили процессы ветровой эрозии. Из 330 пыльных бурь, зафиксиро-

ванных в Беларуси за последние 35 лет, 64 % приходится на Полесье.

В Полесье в разные годы выявлено значительное усложнение

структуры почвенного покрова мелиорированных территорий, которое

21

выражается в деградации осушенных торфяных почв и появлении целой

группы антропогенно преобразованных разновидностей с различным

остаточным количеством органического вещества торфа, при этом сте-

пень дефляционной опасности почв возрастает на 20–30 %.

На 2010 г. общая площадь деградированных торфяных почв в стра-

не составляла около 220 тыс. га, в том числе 50 тыс. га деградировало

в малопродуктивные песчаные почвы [Сельское хозяйство Республики

Беларусь, 2010].

Одним из наиболее опасных факторов деградации является загряз-

нение почв, под которым понимается поступление в почву химических,

биологических, радиоактивных и механических загрязнителей в количе-

ствах и концентрациях, превышающих способность почв к их разруше-

нию, утилизации, включению в биологический круговорот веществ.

Различают несколько видов загрязнения почв.

Химическое. Основные источники – сельскохозяйственное производ-

ство, промышленность, автотранспорт, коммунально-бытовое хозяйство.

К потенциальным загрязнителям почв можно отнести любые хими-

ческие соединения, поступающие в почву в чрезмерных концентрациях.

Из них к наиболее опасным относятся тяжелые металлы, остатки пести-

цидов, нефтепродукты, стойкие органические загрязнители (СОЗ) и др.

Из источников загрязнения, связанных с сельскохозяйственным произ-

водством, к категории наиболее масштабных относятся с/х химизация

и интенсивное животноводство.

Возросшие объемы химизации способствовали росту урожайности

с/х культур, но в то же время обусловили усиление воздействия на окру-

жающую среду. Наблюдения за химическим загрязнением почв на фоно-

вых территориях являются одним из направлений мониторинга земель,

проводимого в рамках национальной системы мониторинга окружающей

среды (НСМОС). Мониторинг фонового загрязнения почв осуществляет-

ся на сети пунктов наблюдений, включающих около 100 объектов, раз-

мещенных по всей территории страны. Пункты наблюдений представле-

ны пробными площадками, где поочередно с периодичностью один раз

в 3 года производится отбор и исследование почв на содержание приори-

тетных для территории Беларуси загрязняющих веществ.

В 2008 г. Республиканским центром радиационного контроля и мо-

ниторинга (РЦРКМ) был произведен отбор проб почв на 53 пунктах на-

блюдения с последующим химическим анализом на содержание тяжелых

металлов (кадмия, цинка, свинца, меди, никеля и марганца), сульфатов,

нитратов и остатков хлорорганических инсектицидов.

Результаты химико-аналитических исследований отобранных проб

почв показали, что содержание загрязняющих веществ в почвах изучае-

22

мых территорий практически не изменилось относительно результатов

прошлых лет.

Тем не менее, в ряде мест, прилегающих к крупным животноводче-

ским комплексам и вблизи городов, имеет место загрязнение почв тяже-

лыми металлами. Всего превышение ПДК, например, по цинку было от-

мечено на 180 тыс. га, по меди – на 260 тыс. га, по свинцу и кадмию соот-

ветственно на 100 тыс. и 45 тыс. га сельскохозяйственных угодий [166].

Дополнительным источником тяжелых металлов является их со-

держание в виде примесей минеральных, органических удобрений,

а также в продуктах переработки мусора и сточных водах, используемых

для поднятия плодородия почв. Проблема усугубляется отсутствием

должного контроля по данному вопросу. Вместе с тем, например, мине-

ральные фосфорные удобрения в среднем имеют примеси кадмия

4 мг/кг, свинца 39 мг/кг, цинка 48 мг/кг и т. д. [156]. Следует отметить, что проводить мониторинг почв на содержание

нитратов сложно вследствие их высокой подвижности и быстрого выбы-вания из почвенных экосистем. В результате нитраты, так же как и дру-гие соединения, попадают не только в продукты питания, но и в грунто-вые воды. Как следствие, повышенное содержание нитратов отмечено на ряде водозаборов, расположенных в зоне влияния сельскохозяйственных объектов. Очевидно, что оптимизировать качество вод можно только при соответствующем рациональном управлении сельскохозяйственными экосистемами.

К химическому загрязнению относится также засоление почв, под

которым понимается процесс накопления солей натрия, кальция, магния

в верхних слоях почвы в концентрациях, недопустимых для нормального

роста и развития растений.

В Республике Беларусь проблема засоления почв связана, прежде

всего, с Солигорским районом, где происходит добыча, переработка

и складирование отходов производства калийных удобрений. В отходах

содержится довольно высокая концентрация солей, которые распростра-

няются под воздействием осадков. Засоление земель вокруг солигорско-

го комбината наблюдается в радиусе десятков километров.

Имеет место также локальное засоление почв, прежде всего вблизи

автомобильных дорог, что связано с интенсивным использованием со-

держащих соль отходов для борьбы с обледенением в зимний период. Биологическое загрязнение обуславливается главным образом

воздействием интенсивного сельскохозяйственного животноводства и коммунального хозяйства. К потенциальным источникам биологиче-ского загрязнения можно отнести животноводческие стоки, сбросные воды, свалки бытового мусора, скотомогильники. Основные загрязните-ли – это патогенные микроорганизмы, гельминты.

23

Механическое загрязнение. Основные источники – промышлен-

ность, коммунальное хозяйство, бытовой сектор. К потенциальным за-

грязнителям почв относятся отходы промышленного производства, раз-

мещаемые на так называемых полигонах, строительный и бытовой мусор.

На 2009 г. под объектами с промышленными отходами в стране бы-

ло занято около 2275 га земель. Из них на солеотвалы и шламохранили-

ща ПО «Беларуськалий» приходится 1570 га, на отвалы фосфогипса –

97 га. За последние 10 лет для размещения объектов с промышленными

отходами ежегодно изымалось в среднем 20–24 га земель.

Некоторая часть отходов производства (3–4 классов опасности

и неопасных) захоранивается на полигонах коммунальных отходов. Это

характерно для областных и районных центров, в которых не хватает

мощностей или отсутствуют специализированные объекты размещения

отходов производства.

Большинство объектов размещения производственных отходов

(75,5 %) эксплуатируется уже более 25 лет.

Радиоактивное загрязнение. Основные потенциальные источни-

ки – это месторождения радиоактивных руд, аварии на АЭС, ядерные

испытания, захоронения ядерных отходов. В Беларуси радиоактивное

загрязнение связано, прежде всего, с аварией на Чернобыльской АЭС.

В результате катастрофы было загрязнено около 23 % территории, ос-

новными загрязнителями являются 137

Cs и 90

Sr.

Большая часть радионуклидов, выпавших на почву, остается в ее

верхних слоях и в настоящее время. Глубина и скорость их вертикально-

го перемещения зависит от типа почвы. В дерново-подзолистых почвах

они накапливаются в верхних горизонтах, в торфяно-болотных проника-

ют на глубину до 40–45 см. Своеобразным барьером, связывающим от 50

до 98 % цезия и до 45 % стронция, является гумусовый слой.

Наряду с вертикальной миграцией имеет место горизонтальная ми-

грация под воздействием водной и ветровой эрозии, с поверхностным

стоком, дождевыми потоками и т. д.

На 1 янв. 2009 г. из сельскохозяйственного оборота выведено

248,7 тыс. га загрязненных радионуклидами земель, или 1,2 % общей

площади территории Беларуси. При этом 160,7 тыс. га, или 64,6 % выве-

денных площадей, относится к лесным и другим лесопокрытым землям,

69,2 тыс. га, или 27,8 %, – к неиспользуемым и иным землям,

18,7 тыс. га, или 7,5 %, – к землям под болотами, 0,1 тыс. га – к землям

под дорогами и иными транспортными коммуникациями.

За послеаварийный период радиационная обстановка на сельскохо-

зяйственных землях значительно улучшилась. Произошел распад корот-

коживущих радионуклидов. Концентрация долгоживущих радионукли-

24

дов 137

Cs и 90

Sr в почве уменьшилась более чем на 1/3 только по причине

естественного распада. Наблюдается постепенное уменьшение площади

используемых загрязненных земель [Состояние природной среды

Беларуси, 2009].

Сельскохозяйственное производство по состоянию на 1 янв. 2009 г.

ведется на 1018,8 тыс. га земель, загрязненных 137

Cs с плотностью 37–

1480 кБк/м2.

Основные массивы сельскохозяйственных угодий, загрязненных 137

Cs, сосредоточены в Гомельской (47,0 % общей площади) и Могилев-

ской (23,8 %) областях. В Брестской, Гродненской и Минской областях

доля загрязненных земель невелика и составляет соответственно 6,5 %,

2,6 и 3,6 %.

Загрязнение территории 90

Sr имеет более локальный характер. За-

грязнение почвы стронцием-90 с плотностью более 6 кБк/м2 обнаружено

на 10 % от общей площади страны. Максимальные уровни содержания 90

Sr в почве выявлены в границах 30-километровой зоны ЧАЭС, достига-

ли величины 1798 кБк/м2 в Хойникском районе Гомельской области.

Земли, загрязненные 90

Sr, находятся в пределах зон, загрязненных 137

Cs,

что весьма затрудняет сельскохозяйственное производство.

Из общей площади земель, загрязненных 90

Sr (347,1 тыс. га),

329,4 тыс. га сельскохозяйственных угодий, включая 188,7 тыс. га пашни

и многолетних насаждений, сосредоточены в Гомельской области. Здесь

доля загрязненных пахотных и луговых почв составляет 26,8 % от общей

площади используемых сельскохозяйственных земель. В Могилевской

области доля загрязненных 90

Sr пахотных и луговых почв значительно

ниже – соответственно 1,2 и 1,7 %.

Рекультивация нарушенных земель В соответствии с государственным стандартом, к категории нару-

шенных относятся земли, утратившие свои жизнеобеспечивающие свой-

ства и являющиеся источником отрицательного воздействия на окру-

жающую среду в связи с нарушением почвенного покрова, гидрологиче-

ского режима и образованием техногенного рельефа в результате

производственной деятельности человека [ГОСТ 17.5.1.02-85]. Нарушают земли при выполнении открытых и подземных горных

работ, складировании промышленных, строительных и коммунально-бытовых отходов, строительстве линейных сооружений, а также при проведении геологоразведочных, изыскательских, строительных и дру-гих работ. При этом, как правило, нарушается почвенный покров, изме-няются гидрогеологический и гидрологический режимы, образуется тех-ногенный рельеф, а также происходят другие качественные изменения, ухудшающие экологическую обстановку в целом.

25

Нарушенные территории в результате хозяйственной деятельно-сти разделяют на две группы:

– земли, поврежденные насыпным грунтом, – отвалы, терриконы,

кавальеры и свалки;

– территории, поврежденные выемкой грунта, – карьеры открытых

горных разработок, добычи местных строительных материалов и торфа,

провалы и прогибы на месте подземных горных работ, резервы и тран-

шеи при строительстве линейных сооружений.

Преобразование нарушенных в результате производственной дея-

тельности земель в состояние, пригодное для использования их в народ-

ном хозяйстве, предотвращение их отрицательного воздействия на при-

легающие ландшафтные комплексы, охрана этих комплексов, оптимиза-

ция сочетания техногенных и природных ландшафтов достигается

рекультивацией нарушенных земель [ГОСТ 17.5.1.01-83]. Рекультивация

относится к мероприятиям восстановительного характера, направленным

на устранение последствий воздействия промышленного производства

на окружающую среду, в первую очередь на земли, и рассматривается,

как основное средство их воспроизводства.

В зависимости от тех целей, которые ставятся при рекультивации

земель, различают несколько основных направлений:

– сельскохозяйственное – с целью создания на нарушенных землях

сельскохозяйственных угодий;

– лесохозяйственное – с целью создания лесных насаждений раз-

личного типа;

– рыбохозяйственное – с целью создания в понижениях техногенно-

го рельефа рыбоводческих водоемов;

– водохозяйственное – с целью создания в понижениях техногенно-

го рельефа водоемов различного назначения;

– рекреационное – с целью создания на нарушенных землях объек-

та отдыха;

– санитарно-гигиеническое – с целью биологической или техниче-

ской консервации нарушенных земель, оказывающих отрицательное воз-

действие на окружающую среду, рекультивация которых для использо-

вания в народном хозяйстве экономически неэффективна или нецелесо-

образна в связи с относительной кратковременностью существования и

последующей утилизацией этих объектов (техногенных образований);

– строительное – с целью приведения нарушенных земель в со-

стояние, пригодное для промышленного и гражданского строительства.

За последние 20 лет объемы рекультивации земель в стране снизи-

лись в несколько раз. Если в 1990 г. рекультивация проводилась на пло-

щади 11 821 га, то в 2000 на 3162 га, а в 2009 г. на 1000 га (табл. 1.3).

26

Таблица 1.3

Динамика площадей нарушенных и деградированных земель

в Республике Беларусь [Сельское хозяйство Республики Беларусь, 2010]

2000 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Нарушено земель

Рекультивировано земель – всего

в том числе под:

сельскохозяйственные земли

из них под пахотные земли

лесные насаждения

водоемы и другие цели

43,3

3,2

0,9

0,6

1,7

0,6

21,3

2,0

0,3

0,1

1,4

0,3

20,9

1,0

0,4

0,2

0,4

0,2

19,9

1,1

0,3

0,1

0,5

0,3

20,9

0,8

0,2

0,1

0,3

0,3

22,3

1,5

0,4

0,1

0,9

0,2

22,9

1,0

0,3

0,2

0,4

0,3

Таким образом, основными направлениями рекультивации нару-

шенных земель являются лесохозяйственное и водохозяйственное вос-

становление.

1.3.2. Химизация сельскохозяйственного производства как фактор

экологического воздействия

Интенсификация с/х производства обусловила резкое увеличение

объемов внесения минеральных удобрений и пестицидов. К началу 90-х гг.

прошлого века по сравнению с 1960-ми гг. они возросли в 20–25 раз.

В 1991 г. на 1 га пашни в Республике Беларусь вносилось 261 кг мине-

ральных удобрений в действующем веществе. К 2000 г. этот показатель

составлял приблизительно 160 кг. Но в 2009 г. на 1 га сельскохозяйст-

венных земель внесено уже 205 кг минеральных удобрений в действую-

щем веществе, в том числе на пашне 288 кг (табл. 1.4). Таким образом,

развитие сельского хозяйства, необходимость роста продуктивности

производства за последние годы обусловило закономерное увеличение

масштабов химизации [156].

Загрязнение природной среды продуктами разложения минераль-

ных удобрений оказывает негативное влияние практически на все звенья

биосферы, в том числе отрицательно сказывается на живых организмах.

Процессы аммонификации, нитрификации приводят к попаданию соеди-

нений азота (аммиака, оксидов, двуокиси азота) в атмосферу. Это являет-

ся одной из причин разрушения озонового экрана, выпадения кислотных

дождей и т. д.

27

Таблица 1.4

Динамика использования минеральных удобрений [Сельское хозяйство

Республики Беларусь, 2010]

2000 2004 2005 2006 2007 2008 2009

В расчете на один га сельскохозяйственных земель, кг

Минеральных удобрений –

всего

в том числе

азотных

фосфорных

калийных

134

44

16

74

113

48

14

51

126

55

18

53

172

64

27

81

161

60

25

76

173

69

24

80

205

73

30

102

В расчете на один га пахотных земель, кг

Минеральных удобрений –

всего

в том числе

азотных

фосфорных

калийных

169

54

24

92

161

65

22

74

185

77

29

79

247

89

44

114

236

85

41

110

250

97

39

114

288

103

49

136

Нитраты в результате вымывания из пахотного горизонта накапли-

ваются в подземных водах, что значительно снижает их пригодность для

питья. Тяжелые металлы, присутствующие в минеральных удобрениях,

попадая через растениеводческую продукцию в организм животных

и человека, вызывают различные заболевания. Избыток хлора и фтора

нарушает окислительно-восстановительные процессы, приводит к флюо-

розам и др. Нерациональное использование удобрений приводит к ухудшению

агрохимических свойств, плодородия и экологического состояния почвы. Минеральные удобрения (особенно азотные) интенсифицируют кислот-ность почвенного раствора. Подкисление почв в свою очередь приводит к снижению количества доступных элементов питания, увеличению кон-центрации аммония в почве, к потерям гумуса.

Интенсивное внесение удобрений нарушает баланс почвенных эко-систем, оказывая отрицательное влияние на структуру ее микробного сообщества, биологическую активность и биологические процессы. За-грязнение тяжелыми металлами снижает жизнеспособность полезных организмов, приводит к падению численности в почве насекомых (жуже-лиц) и дождевых червей, в то же время количество грибов, подавляющих активность почвенных ферментов, возрастает.

Изменение биологического режима – главная причина снижения содержания гумуса, после разложения которого большая часть азота вы-мывается и становится источником загрязнения вод нитратами.

28

Нарушение технологии применения удобрений приводит к сниже-

нию качества сельскохозяйственной продукции. Ухудшаются хлебопе-

карные качества пшеницы, пригодность картофеля к промышленной пе-

реработке, содержание в нем крахмала и т. д.

Превышение предельно допустимых концентраций тяжелых метал-

лов, нитратов и других загрязнителей в продуктах питания негативно

сказывается на здоровье людей и животных.

Попадание биогенных элементов, в первую очередь фосфора и азо-

та, в окружающую среду приводит к эвтрофикации поверхностных водо-

емов и загрязнению подземных водных источников. Эвтрофикация при-

водит к появлению в воде опасных возбудителей болезней и интенсив-

ному заболачиванию водоемов.

Наряду с косвенным воздействием, минеральные удобрения могут

быть причиной прямого отравления и гибели водных организмов, в част-

ности, нарушения процессов жизнедеятельности амфибий, головастиков,

рыб и т. д.

Нарушение оптимального баланса питания при непропорциональ-

ном внесении отдельных видов удобрений, например, азота, приводит

к снижению сопротивляемости растений к болезням, что негативно ска-

зывается на фитосанитарном состоянии посевов.

Экологические проблемы применения пестицидов

В условиях интенсификации сельскохозяйственного производства

не представляется возможным полностью отказаться от применения пес-

тицидов. По оценкам экспертов ФАО, в этом случае урожайность сель-

скохозяйственных культур сократится на 25–30 %.

В среднем на земном шаре плотность применения пестицидов со-

ставляет около 5–6 кг/га пашни. Активнее всего они используются

в Голландии и Италии. В Республике Беларусь в 1990 г. вносилось около

3,5 кг/га, а к 2005 г. объем внесения пестицидов сократился до 1 кг/га.

Вместе с тем в последние годы в Беларуси отмечается неуклонная тен-

денция к увеличению количества используемых пестицидов (рис. 1.3).

С 2002 по 2006 г. применение пестицидов возросло с 4,3 до 10,5 тыс. т,

или в 2,4 раза. При этом применение гербицидов увеличилось в 2,8 раза,

инсектицидов – в 1,4, фунгицидов – в 1,8, регуляторов роста – в 7, деси-

кантов и дефолиантов – в 3 раза. Использование биопрепаратов сократи-

лось почти в 15 раз.

Использование средств химической защиты растений является од-

ной из наиболее тревожных проблем, связанных с загрязнением окру-

жающей среды. Масштабное использование пестицидов, обеспечивая

получение более высоких урожаев, приводит к деградации ландшафтов.

29

Пестициды обладают токсическими свойствами, поэтому исключительно

важно изучить пути их миграции, особенности накопления, скорости

и условий разложения, влияние на компоненты биоценозов и здоровье

человека. Наибольшую опасность для живых организмов представляют

инсектициды, или химические средства борьбы с вредными насекомыми.

Эти пестициды могут мигрировать по трофическим цепям и в результате

разнообразных превращений могут образовывать вещества более ток-

сичные, чем исходные. Например, ДДТ и ГХЦГ мигрируют в цепи почва

– поверхностный сток – вода водоемов – водные фитоценозы – рыбы.

При этом их содержание в последнем звене цепочки может быть в десят-

ки раз выше, чем в начальном. Являясь исключительно стойкими к раз-

ложению, они длительное время сохраняются и накапливаются в при-

родной среде, тканях растений и животных. С применением пестицидов

связано сокращение популяций ряда видов хищных птиц, тюленей Бал-

тийского моря, рыб и т. д. Попадая в организм человека, инсектициды

приводят к негативным токсическим явлениям.

Рис. 1.3. Динамика применения пестицидов сельскохозяйственными организациями

Беларуси в 2002–2006 гг. [Состояние природной среды Беларуси, 2009]

В составе пестицидов велик удельный вес гербицидов, т. е. препара-тов, используемых для борьбы с сорными растениями. Отрицательное влияние вносимых в почву гербицидов чаще всего проявляется на жиз-недеятельности микрофлоры в первое время после внесения. В дальней-шем состав и деятельность микрофлоры нормализуется. Прежде всего, это связано с поступлением значительного количества свежего органиче-ского вещества в почву при отмирании корней сорных растений, погиб-ших от воздействия гербицидов.

Если дозы препаратов превосходят допустимые нормы, то это при-водит к значительному нарушению почвенных экосистем, к стерилиза-ции почвы (уничтожение бактериальной и грибной флоры) и накопле-нию нежелательных организмов. При этом повышается интенсивность окислительно-восстановительных процессов, что может привести к сни-жению почвенного плодородия. Наблюдается избирательное действие гербицидов на отдельные группы почвенной микрофлоры.

30

В целом, при систематическом внесении гербицидов часто снижает-

ся численность аммонифицирующих и нитрифицирующих бактерий, из-

меняется структура микробных сообществ почвы.

Фунгициды, или препараты, используемые для борьбы с болезнями

растений, также оказывают существенное негативное влияние на чис-

ленность и активность почвенной микрофлоры и количество грибов.

Весьма чувствительны к ним аммонифицирующие, нитрифицирующие

бактерии, актиномицеты. Химические средства активно применяются и в животноводстве.

Для сохранения и повышения качества кормов используются различные консерванты, небелковые азотсодержащие добавки, витамины, антиок-сиданты, а также биологически активные вещества. Среди них имеются гормонально активные препараты, способные внести значительные из-менения в биологические процессы у животных. Кормовые добавки имеют большое значение для продуктивности животных, однако слиш-ком высокая их концентрация при передаче по трофическим путям мо-жет оказывать отрицательное воздействие на организм человека [156].

1.3.3. Экологические проблемы осушительных мелиораций

Мелиорация в переводе с латинского языка означает улучшение. Сельскохозяйственная мелиорация – это коренное улучшение природ-ных условий сельскохозяйственных угодий. По своему назначению ме-лиорации бывают оросительные, осушительные, опреснительные, проти-воэрозийные и др.

Экологические проблемы, связанные с мелиорацией земель, можно классифицировать по трем основным направлениям: проблемы осуши-тельных мелиораций, оросительных мелиораций и проблемы рациональ-ного использования и сохранения торфяно-болотных почв, преобладаю-щих на осушаемых территориях.

Осушительными мелиорациями называется комплекс мероприя-

тий, направленных на преобразование переувлажненных земель в плодо-

родные, на которых можно получать высокие устойчивые урожаи сель-

скохозяйственных культур. Переувлажненные земли делятся на 3 типа: – болота (если мощность торфа составляет свыше 30 см); – заболоченные (менее 30 см); – минеральные (при отсутствии торфяного покрова). Площадь заболоченных и переувлажненных земель сельскохозяйст-

венного использования в РБ составляет около 5 млн га, из них около 2 млн га приходится на торфяно-болотные почвы.

Мелиорация способствует улучшению почвообразовательного

и микробиологического процессов в почве путем регулирования водного,

31

воздушного, теплового и питательного режимов, что создает благопри-

ятные условия для развития растений.

Вместе с тем нельзя допускать чрезмерного осушения земель. Эко-

логически необоснованные и широкомасштабные мелиорации могут вы-

зывать негативные изменения в окружающей среде, что отрицательно

сказывается на флоре и фауне.

В Республике Беларусь с середины прошлого века было осушено

около 3 млн га земель, что составляет приблизительно 15 % территории

страны. Естественно, такие масштабы не могли не оказать определенного

негативного воздействия на состояние природных комплексов.

Так, в районах Полесья наряду с ростом урожайности сельскохозяй-

ственных культур в ряде мест наблюдается значительное снижение

уровня грунтовых вод на прилегающих территориях, обмеление рек

и озер, обеднение пахотных торфянистых слоев. Дальнейшее снижение

грунтовых вод приведет к падению продуктивности деградированных

сельскохозяйственных земель, нанесению урона лесным экосистемам.

Масштабные осушительные мелиорации способствовали измене-

нию микроклимата Полесского региона. Наблюдается рост среднезимних

температур, увеличение интенсивности ранневесенних и поздневесенних

заморозков, изменение количества осадков, что значительно снижает

эффективность сельскохозяйственного производства в регионе.

Осушительные мелиорации крайне отрицательно сказываются на

разнообразии видов растений и особенно животных, приспособившихся

к существованию в болотных и околоболотных экосистемах. В Красную

книгу попали такие виды, как болотная черепаха, большая и малая выпи,

серая цапля, вертлявая камышовка и т. д.

В настоящее время невозможно масштабное обратное заболачивание

территорий, хотя отдельные мероприятия в данном направлении прово-

дятся. Основные меры, направленные на снижение последствий осуши-

тельных мелиораций, заключаются в проектировании, строительстве

и эксплуатации мелиоративных объектов, с учетом баланса подземных вод

во времени, изменения микроклимата, состояния флоры и фауны.

Необходимо поддерживать рациональную эксплуатацию уже суще-

ствующих мелиоративных систем. При строительстве новых мелиора-

тивных систем следует отдавать приоритет созданию осушительно-

увлажнительных систем, позволяющих регулировать уровень грунтовых

вод в зависимости от требований.

Орошение – это искусственное увлажнение почвы для повышения

ее плодородия. Однако при чрезмерном орошении может наблюдаться

повышение уровня грунтовых вод, что может привести к заболачиванию,

уменьшению количества гумуса, ухудшению водно-физических свойств

32

почвы, ее уплотнению. Поэтому необходимо тщательно соблюдать нор-

мы полива в зависимости от влажности почвы, использовать капельное

и малообъемное орошение. Республика Беларусь относится к зоне устой-

чивого увлажнения, поэтому оросительные мелиорации, а соответствен-

но и связанные с ними проблемы, имеют локальный характер.

Проблемы рационального использования торфяных ресурсов

В первые годы освоения и использования слаборазложившихся

торфяно-болотных почв необходимо создавать условия для усиления

процессов гумификации и минерализации органического вещества, т. к.

эти почвы отличаются низкоэффективным плодородием. Оно может

быть улучшено только посредством активизации почвообразовательного

процесса, что неизбежно связано с разрушением органического вещест-

ва. Это в свою очередь связано с уменьшением его запасов и образовани-

ем относительного избытка минерального азота.

Поэтому главная проблема рационального использования торфяни-

ков – это регулирование интенсивности их «сработки» в целях макси-

мального продления сроков эксплуатации для выращивания сельскохо-

зяйственных культур. Минерализация органического вещества торфа –

это закономерный процесс биосферы, круговорота в ней веществ и энер-

гии, который можно затормозить, но не остановить. Срок жизни средних

по мощности торфяно-болотных почв в Республике Беларусь составляет

от 50 до 300 лет. Таким образом, торф – это исчерпаемый и не возобнов-

ляемый человеком природный ресурс.

Интенсивность минерализации торфяно-болотной почвы обуслов-

лена рядом экологических факторов. Главными из них являются клима-

тические условия, водно-воздушный режим и характер сельскохозяйст-

венного использования.

В засушливых условиях разложение органического вещества проте-

кает значительно медленнее. На территории РБ сочетание влажного кли-

мата и благоприятных температурных условий способствует интенсифи-

кации процессов минерализации. В научной литературе утвердился тер-

мин «сработка» торфа, отражающий величину среднего ежегодного

уменьшения торфяной залежи за счет физического уплотнения и разру-

шения органического вещества под действием физических, химических

и биохимических факторов. «Сработка» торфа в РБ составляет от 1 до

12 см в год, в среднем 2–3 см. Поэтому основная задача рационального

использования торфяно-болотных почв сводится к максимальному полу-

чению растениеводческой продукции при минимальном количестве ми-

нерализуемого торфа, на основе применения эффективных методов

сдерживания процессов минерализации.

33

1.3.4. Экологические проблемы интенсивного животноводства

Одним из факторов активного загрязнения окружающей среды явля-

ется интенсификация животноводства. В РБ построено 185 крупных жи-

вотноводческих комплексов, из них 5 гигантов на 108 тыс. голов свиней.

Ежегодный объем навозных стоков составляет около 20 млн м3 [135].

Наличие такого количества крупных предприятий способствует

увеличению объемов производства животноводческой продукции, но

в то же время оказывает негативное воздействие на экологическую об-

становку в зонах их размещения. Это обусловлено, прежде всего, недос-

таточной обоснованностью размеров комплексов (например, в странах

Евросоюза мощность свинокомплексов ограничивается 15 тыс. голов),

нарушениями, связанными с эксплуатацией систем удаления навоза, от-

сутствием надлежащего контроля за состоянием окружающей среды,

бессистемным внесением жидкой фракции навоза в почву. В результате

в окружающую среду ежегодно выбрасывается 33 тыс. т азота, 17 тыс. т

фосфора, 23 тыс. т калия.

Кроме химического интенсивное животноводство обуславливает

и мощное биологическое загрязнение близлежащих почв, поверхностных

и грунтовых вод [156].

Основными источниками загрязнения являются навоз, моча, техни-

ческая вода и дезинфицирующие средства, используемые во время вете-

ринарно-санитарных мероприятий, скотомогильники.

Навоз по влажности подразделяется на несколько видов: твердый, или

подстилочный (влажность 75–80 %), полужидкий (влажность до 90 %),

жидкий (влажность 90–93 %) и навозные стоки (влажность свыше 93 %).

С экологической точки зрения особую опасность создают жидкие

навозные стоки, которые представляют собой смесь экскрементов и ос-

татков корма, сильно разбавленную водой. Вследствие значительного

содержания воды, наличия аммиака и хлоридов развитие термофильных

микроорганизмов в стоках подавляется, соответственно тормозятся био-

термические процессы и естественного обеззараживания не происходит.

Навоз может содержать свыше 100 видов возбудителей болезней

животных, в том числе опасных для человека. Многие их них могут со-

хранять свою жизнеспособность, особенно в жидком навозе, достаточно

длительное время, например, возбудители бруцеллеза 110–170 суток,

а споры сибирской язвы – несколько десятилетий.

Содержащиеся в навозных стоках микроорганизмы являются ос-

новной причиной вспышек инфекционных заболеваний как среди насе-

ления, так и среди с/х животных. По данным ФАО, экономический

ущерб, причиняемый болезнями скота и птицы в среднем составляет:

34

в США – 15 %, Англии – 15 %, Италии – 19 %, Германии – 12 % от годо-

вой стоимости продукции животноводства.

Наряду с патогенными микроорганизмами в навозе может образовы-

ваться ряд химических загрязнителей, представляющих опасность для ок-

ружающей среды. В первую очередь это производные азота (нитраты

и нитриты, аммиак, метан, вторичные амины и др.). Некоторые из этих

соединений обладают канцерогенным и мутагенным эффектом, способст-

вуют заболеванию внутренних органов, разрушению гемоглобина и т. д.

Содержащиеся в органических удобрениях биогенные элементы,

в первую очередь фосфор и азот, попадая в водоемы, обуславливают их

интенсивную эвтрофикацию. В ряде случаев имеет место попадание жи-

вотноводческих стоков в подземные воды. Загрязненная химическими

соединениями и микроорганизмами вода становится небезопасной для

питьевого снабжения населения.

Органические удобрения содержат в своем составе также ряд тяже-

лых металлов, в том числе Mn, Zn, Cu, Ni, Co, Pb, Cd, Hg и др. Попадая

в организмы человека и животных, тяжелые металлы отрицательно ска-

зываются на их жизнедеятельности.

Наряду с загрязнением вод и почв животноводческие стоки оказыва-

ют отрицательное воздействие на качество атмосферного воздуха. Они

являются источниками вредных газов и запахов, обуславливают попадание

в воздушную среду микроорганизмов, отрицательно сказываются на мик-

роклимате животноводческих помещений и окружающих территорий.

Свиноводческий комплекс мощностью 54 тыс. голов ежесуточно

выбрасывает в атмосферу 578 кг аммиака, 3,1 кг сероводорода, 8 кг мер-

каптанов, 96 кг углекислого газа, 167 кг пыли и миллиарды микроорга-

низмов [135]. Основным источником загрязнения воздуха являются жи-

вотноводческие помещения и сооружения по обработке бесподстилочно-

го навоза. В воздухе животноводческих помещений содержание аммиака

и микроорганизмов может в десятки раз превышать ПДК. Дальность

распространения загрязнителей зависит от метеорологических условий,

от наличия и густоты древесной растительности. При слабом ветре ам-

миак и другие газы далеко не разносятся. В ветреную погоду они могут

распространяться на расстояние 3–4 км и более, что особенно выражено

в безлесных районах.

К физическим факторам загрязнения атмосферы относится шум, уро-

вень которого на современных комплексах интенсивного типа может со-

ставлять от 75 до 95 децибел, что превышает предельно допустимый. Как

показывают эксперименты, уже при 65 децибелах резко снижаются надои

молока, уменьшаются привесы свиней, птиц, крупного рогатого скота.

35

Положение усугубляется недостаточным объемом навозохранилищ,

плохой их гидроизоляцией и несоответствием площадей утилизации

фактическому выходу бесподстилочного навоза.

Кроме того, применять стоки в качестве удобрений можно лишь по-

сле соответствующей подготовки и обеззараживания, поскольку из-за

высокой влажности и отсутствия в них биотермических процессов уве-

личивается срок выживания патогенной микрофлоры.

Бессистемное применение жидких органических удобрений в высо-

ких дозах ведет к повсеместному загрязнению кормов, почв и грунтовых

вод нитратами, аммонийным азотом, хлоридами и другими соединения-

ми, особенно на угодьях с расчлененным рельефом. В почвах легкого

гранулометрического состава возрастает содержание фосфатов до

800 мг/кг, что в 3–4 раза превышает оптимальный уровень. Отмечается

также тенденция к повышению содержания тяжелых металлов и микро-

элементов (особенно цинка, марганца и меди) в пахотном слое.

Между тем для утилизации только жидкой фракции стоков, напри-

мер, свиноводческого комплекса на 54 тыс. голов, требуется по меньшей

мере 1000–1200 га ЗПО (земледельческие поля орошения). Фактически

же их строилось в 1,5–2 раза меньше. Ситуация осложняется тем факто-

ром, что на ЗПО вместо многолетних трав нередко возделываются зерно-

вые, которые меньше всего нуждаются в орошении. Это в свою очередь

привело к перенасыщенности удобрениями оставшихся площадей ЗПО

со всеми вытекающими отрицательными последствиями для природной

среды. Например, в условиях Полесья после пятилетнего орошения вы-

сокими поливными нормами животноводческих стоков содержание нит-

ратов в грунтовых водах в некоторых регионах на глубине 6 м достигло

130 мг/дм3 (при ПДК для вод питьевого назначения 45 мг/дм

3) [135].

Наряду с этим дренажный сток иногда характеризуется наличием

в воде условно патогенной микрофлоры из-за внесения на осушенные

земли недостаточно обеззараженных жидких органических удобрений.

Не меньше вреда приносит и поверхностный сток, с которым может

выноситься до 30 % азота и 17 % фосфора, содержащихся в используе-

мых для орошения стоках. Одним из путей сокращения потерь является

выравнивание поверхности орошаемых угодий и соблюдение научно

обоснованного режима орошения.

Наряду с проблемами животноводческих стоков существует про-

блема утилизации трупов животных, а также нейтрализации моющих

и дезинфицирующих средств. Скотомогильники обуславливают биоло-

гическое загрязнение окружающей среды, а дезинфицирующие средства

относятся к категории биоцидов, т. е. соединений, способных убивать

полезные почвенные микроорганизмы.

36

1.3.5. Экологические проблемы, связанные с нерациональным

использованием сельскохозяйственной техники

Интенсификация сельского хозяйства обуславливает все более воз-

растающие темпы механизации. Сельскохозяйственные машины вслед-

ствие значительной массы, скорости перемещения, использования топ-

лива в качестве энергоносителя, необходимости их ремонта и хранения

создают ряд экологических трудностей, накопление которых может пе-

рерасти в трудноразрешимые экологические проблемы. Воздействие

сельскохозяйственной техники на факторы природной среды можно

классифицировать по следующим направлениям:

1. Разрушение почвы при основной ее обработке и проведении тех-

нологических операций выращивания сельскохозяйственных культур.

2. Технологические потери почвы вследствие выноса плодородной

земли с сельскохозяйственной продукцией и на рабочих органах машины

за пределы поля. Для решения данной проблемы необходимо предусмот-

реть комплекс специальных мер.

3. Загрязнение почв и вод горючим и маслами вследствие утечки из

двигателей, гидросистем и смазки при транспортировке и заправке ма-

шин, при хранении ГСМ, в местах ремонта техники и т. д.

4. Потребление кислорода и загрязнение воздуха выхлопными газа-

ми, с которыми в атмосферу попадают вредные химические соединения.

5. Использование воды для охлаждения двигателей и мойки машин.

6. Травмирование и уничтожение диких животных и птиц.

7. Переуплотнение почв.

Перечисленные виды воздействия сельскохозяйственных машин

и механизмов на природную среду можно классифицировать как непо-

средственные. Существует и косвенное воздействие через промышлен-

ность, выпускающую сельскохозяйственную технику.

Особенно острой экологической проблемой, обусловленной меха-

низацией сельскохозяйственного производства, является уплотнение

почвы. Существующая ныне технология выращивания сельскохозяйст-

венных культур предполагает многократное воздействие ходовых уст-

ройств машинно-тракторных агрегатов на почву. Например, поле под

озимой пшеницей подвергается как минимум трехкратному воздейст-

вию, под пропашными культурами или рапсом – 5–6-кратному, при ин-

тенсивных современных технологиях количество проходов резко увели-

чивается. Исследования, проведенные в разных зонах и на разных типах

почв, свидетельствуют, что многократные проходы тракторов и других

сельскохозяйственных машин и агрегатов приводят к уплотнению почв,

нарушению почвенных экологических систем и, как результат, к сниже-

37

нию плодородия. Современные машино-тракторные агрегаты (МТА) уп-

лотняют почву за один проход на глубину до 50–70 см [Русанов В. А.,

1998]. Негативные явления, связанные с переуплотнением почв, можно

разделить на следующие виды:

– уплотнение почвы меняет ее структуру. Разрушаются наиболее цен-

ные для физических свойств почвы поры – размером 100–300 мкм и более;

– ухудшается воздухообмен в почве. Интенсивность выделения CO2

из уплотненной почвы снижается в 1,2–1,6 раза;

– ухудшаются условия азотного питания растений;

– повышение плотности в свою очередь увеличивает твердость поч-

вы, что отрицательно сказывается на всходах растений.

Негативным фактором использования сельскохозяйственной техни-

ки является также ее воздействие на естественную флору и фауну.

Результатом антропогенного воздействия становится загрязнение

аграрных ландшафтов, уменьшение площади естественных сенокосов

и пастбищ, лесов и т. д. Особо остро стоит вопрос о сохранении зверей

и птиц, обитающих в лесных и сельскохозяйственных угодьях.

Каждый вид животных как компонент биоценозов в процессе эво-

люции приспособился жить в определенных, типичных для него ланд-

шафтах, изменение которых приводит к снижению ареала и уменьшению

численности популяций. Например, массовая распашка степей привела

к снижению численности дрофы, хомяков, сусликов; осушение болот –

цапли и журавля; уменьшение площади поймы – выхухолей и т. д.

Для некоторых видов животных местом обитания являются поля

и сельскохозяйственные угодья. До широкой индустриализации сельско-

хозяйственный ручной малопроизводительный труд незначительно из-

менял ландшафт, и животные могли своевременно скрыться, избежав

гибели. В настоящее время применение широкозахватной высокопроиз-

водительной техники лишает их этой возможности. Животные затаива-

ются и гибнут под рабочими органами техники или становятся легкой

добычей для хищников.

Боронование сельскохозяйственных угодий, культивация, скашива-

ние трав, уборка зерновых и другие сельскохозяйственные работы при-

водят к гибели дичи, разрушению нор, логовищ и гнезд. Так, при сено-

кошении гибнет 30–45 % гнезд куропаток, перепелов, тетеревов, коро-

стелей и других птиц. При бороновании гибнут заячьи пометы и

взрослые животные, детеныши косули и т. д.

Для снижения воздействия сельскохозяйственной механизации на

окружающую среду необходимо внедрение специальных мероприятий,

которые должны быть направлены на достижение следующих условий:

38

1. Снижение количества проходов сельскохозяйственной техники

на полях за счет оптимизации и логистики ее движения и изменения тех-

нологии возделывания культур.

2. Внедрение систем экологического менеджмента или управления

на уровне агроландшафтов. Это означает изменение подходов к органи-

зации территорий, сохранение мест естественного обитания флоры

и фауны, внедрение аграрного лесоводства.

3. Разработка и внедрение методов экологического земледелия, ко-

торые сегодня активно используются в ряде зарубежных стран.

1.4. Основные направления развития биоэнергетики

в агроландшафтах

Подробная характеристика экологических проблем, имеющих место

в современных аграрных ландшафтах, представленная в предыдущих

разделах, необходима для анализа и оценки перспективы внедрения раз-

личных направлений биоэнергетики. В настоящее время как принятие

концепции в целом, так и отдельных ее составляющих является дискус-

сионным вопросом в научной литературе. Противники развития био-

энергетики утверждают, что производство биомассы требует дополни-

тельных площадей сельскохозяйственных угодий.

Согласно новому отчету, опубликованному Международным иссле-

довательским институтом продовольственной политики (International

Food Policy Research Institute), в 29 странах мира число голодающих ос-

тается на тревожном уровне, а в 2009 г. около 1 млрд человек страдали

от недоедания, сообщает агентство Reuters. Страны – мировые лидеры

еще очень далеки от выполнения задачи, поставленной в 1990 г. –

уменьшить к 2015 г. число голодающих в два раза [72].

Рассматривать проблему обеспеченности продуктами питания на

планете необходимо с различных позиций и прежде всего с учетом кон-

цепции устойчивого развития, одобренной всеми странами мирового со-

общества. За последние 200 лет население планеты возрастало достаточ-

но интенсивно, но не достигло темпов, предсказанных и обоснованных

теорией Медоуза (теория пределов роста). Используя довольно простые

математические модели, Д. Медоуз и его коллеги провели расчеты, по-

зволяющие сопоставить перспективы промышленного развития, роста

потребления, роста населения и загрязнения окружающей среды. Резуль-

таты оказались сенсационными (рис. 1.4). Коротко их можно свести

к следующему: человечество (если будет и дальше так развиваться) идет

к своей гибели. В соответствии с выводами авторов число жителей пла-

неты должно удваиваться каждые 25 лет, и уже к 2050 г. человечество

неизбежно придет к глобальной катастрофе [Meadows D. L. et al., 1972].

39

Рис. 1.4. Сценарий глобальной катастрофы вследствие истощения возобновимых

природных ресурсов по Медоузу

Тем не менее, геометрическая прогрессия роста народонаселения не

подтвердилась (рис. 1.5). В перспективе плотность населения Земли должна достичь уровня

70 чел/км2 суши. В то же время среднеевропейская плотность уже сего-

дня составляет 95 чел/км2. Плотность населения Германии – 220 чел/км

2,

Японии – 240, Республики Беларусь – 48 чел/км2. Таким образом, сред-

няя плотность населения не является лимитирующим фактором, и проблем с пространством в перспективе не возникает, тем не менее, актуальной остается проблема обеспеченности продуктами питания. По расчетам, сделанным группой социологов под руководством К. Кларка для ООН, планета способна прокормить до 45 млрд чел. По более опти-мистичным прогнозам – до 80 млрд чел. Тем не менее, как уже было упомянуто, по статистике ООН голод испытывают около 1 млрд человек, или 20 % населения земного шара.

Бурный рост населения в середине прошлого века и необходимость

увеличения производства продуктов питания способствовал развитию

новой концепции сельского хозяйства и интенсификации производства.

Интенсификация основана на следующих направлениях:

1. Химизация сельского хозяйства, т. е. увеличение использования

минеральных удобрений и пестицидов в 20–30 раз.

2. Мелиорация (было осушено 15–30 % территории развитых в сельскохозяйственном отношении стран).

3. Комплексная механизация. 4. Интенсификация животноводства, т. е. строительство крупных

животноводческих комплексов.

40

Рис. 1.5. Динамика роста населения на планете

Интенсификация обусловила резкое возрастание экологической на-

грузки на окружающую среду, но способствовала значительному росту

производства продуктов питания. С 1950 по 1980-е гг. производство про-

дуктов питания увеличилось приблизительно в 3 раза и на этом отрезке

опережало рост народонаселения. Тем не менее, начиная с 80-х гг. про-

шлого века, производство продуктов питания замедлилось и их количе-

ство в пересчете на душу населения планеты стало сокращаться.

Необходимо отметить, что в результате интенсификации сельского

хозяйства, уровень его производства и прежде всего в развитых странах

значительно повысился.

При среднем уровне сельскохозяйственного производства, достиг-

нутом в развитых странах, для того, чтобы обеспечить продуктами пита-

ния одного человека в соответствии с нормативами, достаточно площади

пашни около 0,1 га. Площадь пахотных земель на планете составляет

приблизительно 1,3 млрд га, и следовательно, количество населения, ко-

торое может быть обеспечено продуктами питания в должной мере со-

ставляет около 13 млрд человек.

Таким образом, реальный выход из сложившейся сегодня ситуации

с обеспечением продовольствием возможен только при условии увеличения

с/х продуктивности в мире до уровня развитых стран и перераспределения

продуктов питания на планете. Решение этой проблемы находится в рамках

программы устойчивого развития, принятой в Рио-де-Жанейро в 1992 г.

В 2005 г. для производства биотоплива и побочных продуктов на планете по данным ФАО использовалось примерно 14 млн га, что соста-

вило около 1 % от всей площади пашни. За последующие пять лет она

увеличилась на 4–5 млн га и, по прогнозам, в течение ближайших деся-

41

тилетий может возрасти до 50–70 млн га. В то же время рост площадей

приходится в основном на страны Южной Америки и Африки и в пер-

вую очередь обусловлен освоением новых земель, потенциал которых на

планете оценивается более чем в 1000 млн га (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Потенциал расширения площади пахотных земель [ФАО, 2008]

В соответствии с прогнозом, разработанным мировым энергетиче-

ским советом (МЭС), в 2050 г. потребление энергии возрастет более чем

в 2 раза. Более 40 % энергетических потребностей будет покрываться за

счет возобновляемых источников энергии, в том числе 32 % составит

вклад биоэнергетики [ФАО 2008]. Таким образом, часть вновь осваивае-

мых земель может быть использована для развития биоэнергетики без

ущерба для производства продуктов питания в планетарном масштабе.

Очевидно, что развитие биоэнергетики получит приоритетный ста-

тус, что является исключительно актуальным и для Беларуси. Биоэнерге-

тический потенциал Республики Беларусь включает такие источники, как

лесные и растительные остатки, энергетические культуры, твердые отхо-

ды и отходы животноводства.

Сельскохозяйственные остатки С учетом природно-климатических и хозяйственных условий нашей

страны наиболее перспективными для биоэнергетики культурами являют-

ся кукуруза, рапс, многолетние травы, зерновые и зернобобовые культуры.

42

Площадь пашни в РБ, занятая зерновыми культурами за последние

годы, в среднем составляет около 2,5 млн га, а средний валовой сбор

зерна в стране приближается к 6 млн т, что соответствует производству

приблизительно 9 млн т соломы [Сельское хозяйство Республики Бела-

русь, 2010]. Возможность ее применения на энергетические цели ограни-

чивается рядом условий (использование в качестве источника корма

и подстилки для с/х животноводства, необходимость восстановления

плодородия земель, экономическая эффективность и т. д.).

Энергетическая ценность соломенных остатков составляет 10–

17 МДж/кг, в зависимости от влажности, вида культуры и т. д. [69].

Определенный энергетический потенциал имеют также травяни-

стые остатки. Суммарная площадь пастбищ, лугов и посевов многолет-

них трав в стране составляет около 4 млн га. Однако следует учитывать,

что основной объем получаемой продукции используется на кормовые

цели, а энергетическая ценность травянистых остатков невысока.

По расчетам специалистов, количество соломы, которую можно ис-

пользовать в качестве возобновляемого биотоплива, составляет около

10 % от ее общего объема производства. В масштабах республики это

составляет около 1 млн т.

Таким образом, суммарный потенциал соломистых и травянистых

остатков не превышает приблизительно 0,4–0,5 млн т условного топлива

(ТУТ). Для более точной оценки необходимо проведение дополнитель-

ных исследований в различных регионах страны.

Специальные энергетические культуры (рапс, ива, тополь, ки-

тайский камыш, конопля и т. д.) Одним из наиболее перспективных направлений как с экономиче-

ской, так и с экологической точек зрения является сельскохозяйственное

лесоводство, которое основано на использовании специальных быстро-

растущих древесных насаждений. Изучение потенциала быстрорастущих

подвидов и гибридов ивы, тополя, осины и других растений сегодня ак-

тивно проводится в ряде зарубежных стран (Швеция, Финляндия, США,

Канада, Польша и др.) [Lawrence P. Abrahamson et al., 2002].

В этой связи особый интерес вызывает ива, как растение способное

произрастать в условиях повышенной увлажненности, на разных типах

почв характеризующихся различным уровнем плодородия. Среднегодовой урожай при четырехлетней ротации ивы в соответ-

ствии с результатами, полученными в ряде зарубежных стран, может достигать до 10–15 т древесины влажностью 10 % с га (Швеция, США, Канада). Однократно заложенная плантация может быть использована для получения 3–4 урожаев продукции без значительного снижения про-дуктивности. Потенциальные площади для посадок быстрорастущих

43

древесных насаждений в Беларуси могут составить до 200–300 тыс. га. В масштабах страны это позволит получить около 2–3 млн т сухой дре-весины в год, что составляет 0,7–1 млн т у.т.

Рапс – это однолетняя с/х культура, семена которой могут исполь-

зоваться для получения масла. В дальнейшем масло может использовать-

ся двумя путями:

1. Этерификация до кондиций дизельного топлива. В этом случае

образуется метило-эфир, известный как биодизель. Это горючее можно

использовать во всех видах дизельных двигателей.

2. Модификация дизельного двигателя под чистое рапсовое масло.

1 т семян рапса обеспечивает 300 кг рапсового масла и 270 кг био-

дизельного горючего. Урожай рапса достигает 2–3 т семян с га. С 1 га

можно получить до тонны биодизельного топлива [144].

Биомасса сопутствующей лесной продукции Суммарная площадь лесных земель государственного лесного фон-

да и покрытых древесно-кустарниковой растительностью земель состав-

ляет около 8,5 млн га [Состояние природной среды Беларуси, 2009].

Количество древесных остатков, или сопутствующей лесной про-

дукции, зависит от состояния леса, его возраста, видов деревьев и т. д.

Годовой объем заготовок древесины равен 10 млн м3. Потери древесины

происходят при сплошных рубках. Мелкотоварная древесина теряется

при повале леса, его трелевке, погрузке, транспортировке. Как правило,

не используются пни, ветки и другой неликвид. При обработке и распил-

ке древесины образуются щепки, опилки, стружки и др. потенциальные

источники биосырья. Энергетическая ценность 1 т у.т. эквивалентна

приблизительно 2,33 т древесины при влажности 10 %. Таким образом,

суммарный годовой энергетический потенциал лесных остатков может

составить от 2 до 3 млн т у.т.

Твердые производственные и бытовые отходы

Количество древесных отходов за последние годы в РБ составляет

от 0,6–0,7 млн т, что эквивалентно приблизительно 0,1–0,2 млн т у.т.

Масса остальных твердых бытовых отходов составляет около 2,5 млн т.

Отходы такого рода достаточно разнообразны, поэтому их суммарный

энергетический потенциал оценить достаточно сложно. По укрупненным

оценкам он может составить около 0,7–0,8 т у.т. [135].

Биогаз

Биогазовые установки внедряются главным образом на с/х предпри-

ятиях. Навоз и фекалии домашних животных доставляются в специаль-

ную траншею, где твердые части измельчаются до образования гомоген-

44

ной смеси. Эта смесь в дальнейшем закачивается в герметически изоли-

рованный и подогреваемый бродильный резервуар. Там в анаэробных

условиях происходит разложение органических субстанций и производ-

ство газа. Перебродивший субстрат снова закачивается в резервуар или

используется в качестве чистого, не содержащего вредных микроорга-

низмов органического удобрения. В качестве сырья для биогаза можно

использовать свиной навоз, навоз КРС, птичий навоз, солому, твердые

отходы и др. (табл. 1.5).

Таблица 1.5

Потенциальное количество производства энергии из животноводческих

остатков

Вид сырья Выход биогаза в м3 из

1 т сухого вещества Эквивалент в кг у.т.

Навоз КРС 200–400 160–320

Навоз свиней До 600 До 480

Помет кур и птиц До 660 До 530

КБ стоки 300–400 240–320

ТБО 300–400 240–320

Отходы пищевой промышленности 300–600 240–480

Силосные отходы 250 200

Следует отметить, что экономически целесообразно использовать

навозные стоки с влажностью не более 95 %.

Биогаз, полученный из отходов животноводства и птицы, содержит

60–75 % метана, 30–40 % углекислого газа, до 1,5 % сероводорода и дру-

гих летучих веществ.

Полученный биогаз, используемый в качестве топлива, позволяет

производить как тепловую, так и электрическую энергию.

Энергетическая установка считается окупаемой, если перерабаты-

вает навоз с фермы мощностью не менее 100 голов скота. В Германии,

например, имеется более 1700 крупных установок, а мелкие имеются

в большинстве фермерских хозяйств.

Таким образом, потенциал биоэнергетики в Республике Беларусь

довольно значителен и составляет от 25 до 30 % сегодняшних потребно-

стей страны в энергии. Следует учитывать, что при производстве биосы-

рья на возобновляемой основе и его использовании выбросы углекислого

газа не учитываются как квоты в соответствии с требованиями Киотско-

го протокола. Тем не менее, развитие данного направления идет доста-

точно медленными темпами, что объясняется рядом экономических, по-

литических, научных и технологических причин.

45

1.5. Перспективы внедрения методов экологического

менеджмента в аграрных ландшафтах

Преимущества рассмотрения сельскохозяйственного производства

на уровне агроландшафтов состоят в возможности системного подхода

к управлению, в том числе с использование методов моделирования

и ГИС-технологий.

Значительное внимание управлению аграрными экосистемами уде-

ляется в странах Балтийского региона (Германия, Швеция, Норвегия и

др.). Начиная с 50-х гг. прошлого века, сельское хозяйство этих стран

также претерпело период активной интенсификации. Если в 1950 г.

в Швеции в среднем вносилось 23 кг действующего вещества азота на га,

то в 1973 г. нормы возросли до 80 кг и в дальнейшем стабилизировались

на этом уровне.

Таким образом, было подсчитано, что около 45 % совокупной утеч-

ки азота в Балтийское море приходится на долю с/х производства.

В 1998 г. парламент Швеции приступил к осуществлению Про-

граммы по снижению потерь питательных элементов с с/х угодий. Была

поставлена задача: вдвое снизить количество поступающего в Балтий-

ское море азота, а также существенно сократить смывание фосфора.

Кроме того, был разработан и успешно реализован ряд мер по уменьше-

нию выбросов животноводческих объектов. Центральной фигурой

и средством реализации программы стали фермеры [15]. Важнейшим элементом экологического планирования является под-

держание оптимального баланса питательных веществ для растений. Се-годня в Швеции такие балансы могут составляться как для отдельных полей, так и для хозяйства в целом. Баланс, который в графическом виде представляет собой блок-схему процесса, является эффективным визу-альным средством для анализа потоков питательных веществ при их по-ступлении на ферму, циркуляции внутри хозяйства и оттока с фермы. На его основе можно определить, существует избыток, дефицит или утечка, оценить объемы питательных веществ. Это позволяет предотвратить как недостаток элементов, так и их накопление в почвенных экосистемах в сверхоптимальных пределах.

Для составления баланса систематизируются и анализируются такие

данные, как содержание элементов питания в минеральных и органиче-

ских удобрениях, семенах, кормах, растительных остатках и т. д., фикса-

ция азота, осаждение азота и фосфора из воздуха, информация о прода-

жах растительной и животноводческой продукции, а также органических

удобрений, утечка нитратов и т. д. Информация с отдельных ферм собирается в форме запросов. Для

измерения выбросов аммиака и утечки нитратов и разработки мер по их

46

снижению постоянно проводятся научные исследования и совершенст-вуются опытно-конструкторские разработки. Любой шведский фермер может бесплатно получить баланс питательных веществ для своего хо-зяйства. Существует компьютерная программа «Рециркуляция питатель-ных веществ», разработанная Сельскохозяйственным советом Швеции.

Программой также предусмотрен ряд мер по снижению загрязнения

с/х угодий отходами животноводства. В частности повышенные требова-

ния к хранению и утилизации органических удобрений предъявляются

ко всем фермерским хозяйствам с численностью скота свыше 100 голов.

Размер хранилища должен обеспечивать хранение отходов, накапли-

вающихся за 8 месяцев содержания скота. Нормы внесения органических

удобрений не должны превышать потребности растений в течение пе-

риода вегетации. При этом учитываются почвенные условия, рельеф тер-

ритории, количество осадков и т. д. Запрещено внесение удобрений

в зимний период.

Большое внимание уделяется предотвращению эрозионных процес-

сов. Важная роль при этом отводится наличию культур на полях в осен-

ний и зимний периоды. Для всех фермерских хозяйств Швеции обяза-

тельным требованием является обеспечение минимум 60 % «зимнезеле-

ных» угодий (в Республике Беларусь посев озимых культур составляет

в последние годы 25–30 % от площади пашни). Применяется посев сле-

дующих культур: травы, озимые злаковые, озимые масличные, энергети-

ческий лес, многолетний плевел и др.

Особое внимание уделяется тому, чтобы вносимые на поля удобре-

ния имели соответствующие показатели, т. е. не были загрязнены тяже-

лыми металлами, органическими соединениями и т. д.

Например, использование осадков сточных вод в сельском хозяйст-

ве регулируется главным и минимальным актом для всех стран ЕС, кото-

рым является Директива ЕС об охране окружающей среды. Директивой

установлены максимальные уровни содержания тяжелых металлов

в почве и осадках, используемых в качестве удобрений.

Системы экологического менеджмента активно используются

в США. Одним из проектов, работающим в штатах Миннесота и Айова,

характеризующихся особенно интенсивным сельскохозяйственным про-

изводством, является проект «Инициативы по управлению территории

бассейна голубых рек». Цель проекта – снижение экологической нагруз-

ки на реку Миссисипи и соответственно Мексиканский залив. Проект

предусматривает снижение сельскохозяйственных стоков с территории

фермерских хозяйств, расположенных в бассейне реки. Это достигается

за счет оптимизации севооборотов и структуры посевных площадей,

контроля эрозионных процессов, изменения системы применения хими-

47

катов, внедрения систем экологического земледелия и т. д. Проект ини-

циирован с/х департаментом штатов, поддерживается и финансируется

министерством с/х США и выполняется при активном участии предста-

вителей местных общин и фермеров [Greenbook, 2002].

Представленный опыт управления аграрными системами в зару-

бежных странах не может быть автоматически реализован в Республике

Беларусь, с учетом разных экономических, социальных, климатических,

экологических и других условий. Вместе с тем, актуальность данной

проблемы для нашей страны не подлежит сомнению.

Модель системы управления включает следующие принципы: обя-

зательство и политика, планирование, внедрение и реализация, измере-

ние и оценка, анализ и улучшение. Цель – это постоянное улучшение

почвенно-земельных ресурсов.

Согласно Конституции Республики Беларусь и Кодексу о земле, она

является собственностью государства, которое осуществляет владение,

пользование и распоряжение землей на своей территории в интересах

белорусского народа. Следовательно, координировать политику в облас-

ти экологического менеджмента необходимо путем создания целевой

программы на государственном уровне. Вместе с тем, реальное осущест-

вление экологической политики должно проводиться субъектами земле-

пользования на местах.

По состоянию на 2010 г. основной земельный фонд находится

в пользовании коллективных хозяйств [ГЗК Республики Беларусь, 2010].

Очевидно, что именно эти субъекты землепользования, сохранившие

соответствующую инфраструктуру, имеющие квалифицированных спе-

циалистов, планы развития и т. д., должны стать основными организа-

циями, принимающими экологическую политику и проводящими эффек-

тивное экологическое управление на своих землях.

Ответственность за определение экологической политики ложится

на высшее руководство организации. Для повышения степени осведом-

ленности о стратегической важности вопросов управления агроэкоси-

стемами, для осознания принятия обязательств в отношении экологиче-

ской политики, в обязательном порядке должна быть проведена соответ-

ствующая подготовка высшего руководящего звена. Каждый субъект

должен определить свою экологическую политику и принять на себя

обязательства в отношении управления. Текущая позиция организации

должна быть установлена с помощью первоначальной оценки состояния

агроэкосистем и тенденции их развития.

После проведения соответствующего мониторинга и анализа его ре-

зультатов следует определить общий смысл направления и установить

принципы деятельности организации по эффективному экологическому

48

управлению. Эти принципы позволят определить общий масштаб своих

обязательств. Руководство организации отвечает за реализацию полити-

ки и предоставление входной информации. Обязательства, воплощенные

в политике, должны предусматривать обеспечение постоянного улучше-

ния, мониторинг, борьбу с загрязнением, разрушением почв и снижением

их плодородия, выполнение требований законодательства и т. д.

На следующем этапе необходимо разработать план реализации сво-

ей экологической политики. Элементы системы управления, связанные

с планированием, могут включать в себя следующие направления:

– идентификацию экологических аспектов воздействия с деградаци-

ей почв и загрязнением окружающей среды;

– соответствие требованиям законодательных актов;

– экологическую политику;

– внутренние критерии экологической эффективности;

– целевые и плановые показатели;

– планы действий по охране почв и других компонентов окружаю-

щей среды;

– идентификацию факторов деградации земель и разработку систе-

мы мероприятий по их устранению и т. д.

Эффективная система управления позволит предотвратить деграда-

цию земель, снизить загрязнение продуктов питания и окружающей сре-

ды и, как следствие, негативное влияние на здоровье населения, а также

обеспечить экономическую выгоду. Потенциальная экономическая вы-

года может быть получена за счет следующих факторов:

– предотвращение потерь продукции вследствие масштабного про-

явления эрозионных процессов и снижения плодородия земель;

– экономия минеральных удобрений и других ресурсов за счет оп-

тимизации системы их применения;

– отсутствие или снижение штрафных санкций за загрязнение ок-

ружающей среды и т. д.

Органичным звеном в системе управления аграрными ландшафтами

должно стать развитие биоэнергетики. Это специфический вид деятель-

ности для сельскохозяйственного производства, поскольку обеспечивает

получение не продуктов питания, а биоресурсов, используемых на энер-

гетические цели. В то же время потенциальные источники биоресурсов

могут быть рационально использованы не только для получения допол-

нительной продукции, но и для стабилизации экологической обстановки.

Отдельные экологические аспекты производства биоресурсов в аграрных

ландшафтах рассматриваются в следующих разделах.

49

2. Перспективы развития аграрного лесоводства

на основе быстрорастущих клонов ивы

2.1. Экологические аспекты культивирования ивы

Возделывание быстрорастущих древесных насаждений, прежде все-

го специальных, полученных селекционным путем клонов ивы и тополя,

позволяет получать древесину, которая может быть использована как

источник энергии на 3 или 4-й год после посадки плантации.

Интерес к быстрорастущим древесным насаждениям также обу-

славливается их высоким природоохранным потенциалом (сохранение

биологического разнообразия, защита почв от водной и ветровой эрозии,

снегозадержание, утилизация биогенных элементов и другие цели).

Значительная часть загрязнителей (биогенных элементов, тяжелых

металлов и др.), образовавшихся в результате производственной и сель-

скохозяйственной деятельности, неизбежно попадает в природные эко-

системы, обуславливая их интенсивное загрязнение и вызывая серьезные

экологические последствия.

Одним из наиболее опасных экологических последствий загрязне-

ния, в частности поверхностных вод, является эвтрофикация. Очевидно, что для того, чтобы улучшить экологическое состояние

водных объектов, необходимо использование комплекса охранных меро-приятий и значительные финансовые средства. Одним из интересных, недорогих и эффективных направлений для решения данной проблемы является использование быстрорастущих древесных насаждений. Изуче-ние перспективы использования для этих целей подвидов и гибридов ивы, тополя, осины и других древесных культур уже на протяжении не-скольких десятков лет проводится в ряде зарубежных стран.

В этой связи особый интерес вызывает ива как растение, способное

произрастать в условиях повышенной увлажненности и на почвах, ха-

рактеризующихся низким уровнем плодородия и высоким содержанием

органических и минеральных загрязнителей.

Использование потенциала быстрорастущих подвидов ивы в качестве

вегетативных фильтров для частичной утилизации сбросных сточных вод

было изучено в условиях Швеции [Aronsson P. et al., 2000, 2001]. Эксперименты показали высокую эффективность таких посадок

в частности для утилизации азота и фосфора, которые являются основ-ными биогенными загрязнителями водоемов. Кроме того, вегетативные фильтры активно утилизируют из сточных вод тяжелые металлы, осо-бенно кадмий являющийся опасным канцерогеном. Во многих случаях такие фильтры могут быть более экономичными, чем традиционные ме-тоды очистки сточных вод.

50

Ивовые плантации могут применяться непосредственно в качестве

фильтров для утилизации стоков с сельскохозяйственных полей.

В условиях юго-западной Швеции ивовые плантации орошались

(методом полива по бороздам) загрязненными дренажными сельскохо-

зяйственными водами. Суммарное количество азота, поступающего

в течение вегетационного периода c орошаемыми водами, составляло до

185 кг д.в. на га. Ивовые посадки эффективно утилизировали азот, кото-

рый накапливался в листьях и стеблях, тем самым успешно выполняя

свои фильтрующие функции.

В ряде экспериментов изучался потенциал ивовых посадок для ути-

лизации навозных стоков и грязевых осадков с полей фильтрации, очи-

стных сооружений и биологических прудов.

Исследования подтвердили возможность выращивания ивы на уча-

стках, загрязненных тяжелыми металлами в результате активного внесе-

ния сбросных грязевых осадков. Эксперименты с различными подвидами

и гибридами ивы показали, что деревья могут успешно произрастать на

таких землях, в то же время очищая их от загрязнителей. Способность

ивовых посадок к фиторемедиации отдельных тяжелых металлов зависит

от подвида растений. Таким образом, подбирая соответствующие подви-

ды ивы, можно утилизировать определенные загрязнители из почвы и не

допустить их утечки в водные объекты.

Эксперименты, направленные на изучение возможности внесения

высушенных остатков сточных вод под ивовые плантации, проводились

в Канаде. Было установлено, что нормы сухих и брикетированных грязе-

вых остатков, содержащих до 150 кг д.в. азота, а также ряд тяжелых ме-

таллов могут успешно использоваться для стимулирования растений

ивы. При этом происходит частичная утилизация загрязнителей и их ак-

кумуляция в растениях [Labrecque M., Teodorescu T. I., 2001, 2003].

Положительный эффект утилизации обводненных и сухих остатков

посредством их внесения под быстрорастущие подвиды ивы наблюдался

в экспериментах ряда других исследователей. Очень интересным являет-

ся опыт использования ивовых посадок в Дании [Elowson S., 1999].

Они показали значительный потенциал в качестве вегетативного

фильтра для утилизации не только производственных сточных вод, но

и бытовых отходов. Специально сконструированные системы эффектив-

но использовались для обработки сточных и ливневых вод от отдельных

хозяйств на участках с жесткими экологическими стандартами, где ин-

фильтрация из почв не допустима. Деревья, высаженные в специальные

полиэтиленовые сооружения, обеспечивали нулевой сток и утилизацию

биогенных элементов.

51

По результатам почвенного мониторинга из сельскохозяйственного

оборота в Республике Беларусь выведены земли с плотностью загрязне-

ния свыше 40 Кu/км2 по цезию-137 и 3 Кu/км

2 по

стронцию-90. Восста-

новление и поддержание плодородия таких площадей является одной из

важнейших проблем реабилитации загрязненных территорий.

Около 30 % загрязненных земель приходится на торфяно-болотные

почвы, которые частично осушены. Дополнительные проблемы связаны

с активностью процессов ветровой эрозии на таких площадях и необхо-

димостью соблюдения специальных севооборотов и агротехники для

замедления процессов разрушения торфяного слоя. Вопросы сохранения

и воспроизводства почвенного плодородия на осушенных площадях

должны являться постоянной стратегической проблемой, а рациональное

землепользование – хозяйственной тактикой.

Одним из возможных направлений использования таких земель

также представляется сельскохозяйственное лесоводство, основанное на

использовании ивовых посадок.

В связи с этим при реконструкции мелиоративных систем целесо-

образно планировать проведение следующих мероприятий:

– разрабатывать и осуществлять программы ренатурализации ан-

тропогенных агроландшафтов – охрану и повышение плодородия почв,

защиту малых рек и водохранилищ;

– обосновывать для каждого природно-хозяйственного региона

уравновешенное соотношение между полем, лугом, лесом и водой;

– предусматривать поощрение землепользователей за осуществле-

ние агротехнических и лесомелиоративных мероприятий по сохранению

почв и водных ресурсов.

При внедрении таких мероприятий особое значение приобретает аг-

ролесомелиорация (от греч. agros – поле и лат. melioratio – улучшение) –

система лесоводства и мероприятий, направленных на улучшение небла-

гоприятных для сельского хозяйства природных условий территории

и обеспечивающих повышение продуктивности с/х угодий. Это один из

видов мелиорации, который основывается на использовании почвоза-

щитных, водорегулирующих и других средозащитных свойств лесных

насаждений.

В регионе Полесья с высокой степенью осушенности заболоченных

земель нарушено биологическое равновесие биогеоценозов, которое

складывалось тысячелетиями. Создаваемые здесь защитные лесные на-

саждения – основное звено агролесомелиоративного ландшафта, посто-

янный его элемент, способствующий улучшению экологического со-

стояния территории, увеличению численности населяющих ее организ-

мов, зарождению и формированию новых пищевых связей и

52

восстановлению биологического равновесия. Защитные насаждения так-

же увеличивают рекреационную емкость ландшафта, приобретая весо-

мое социальное значение.

Таким образом, перспективность развития сельскохозяйственного

лесоводства определяется следующими экологическими аспектами.

1. Возделывание быстрорастущих древесных насаждений позволяет

получать древесину, которая может быть использована как возобновляе-

мый источник энергии. Это обеспечивает «нейтральность» по отноше-

нию к выбросам парниковых газов.

2. Ивовые плантации могут успешно возделываться на малопродук-

тивных почвах различного механического состава и генезиса, в том чис-

ле и на сработанных торфяниках, а также для восстановления нарушен-

ных земель.

3. Интерес к быстрорастущим древесным насаждениям также обу-

славливается их высоким природоохранным потенциалом (сохранение

биологического разнообразия, защита почв от водной и ветровой эрозии,

снегозадержание, утилизация биогенных элементов и другие цели).

4. Деревья не требуют такого значительного количества пестицидов

для успешного культивирования, как традиционные сельскохозяйствен-

ные культуры.

5. Отсутствие необходимости постоянной обработки загрязненной

почвы снижает риск получения высоких доз радиации для производите-

лей сельскохозяйственной продукции.

6. Многолетние древесные культуры имеют хорошо развитую кор-

невую систему, способную глубоко проникать в почву и эффективно ис-

пользовать воду и питательные элементы.

7. Они оздоравливают ландшафт, обеспечивая биологическое раз-

нообразие видов растений и животных.

8. Отсутствие необходимости постоянной обработки почвы способ-

ствует улучшению ее плодородия и накоплению гумуса.

9. И, наконец, посадки ивы могут быть использованы в качестве ве-

гетативных фильтров.

2.2. Отношение растений ивы к факторам внешней среды

Благодаря широкому географическому распространению, приспособ-

ленности к различным экологическим условиям и быстрому росту ивы

исторически культивируются уже довольно давно. Все виды рода ива

(Salix) требовательны к влажности и освещенности [Морозов И. Р., 1966].

Они способны быстро заселять свободные от растительности участ-

ки почвы или места со слабо развитым вегетативным покровом. Отме-

ченным экологическим особенностям отвечает строение их семян: мел-

53

кие, продуцируемые в больших количествах, разносимые ветром, быс-

тропрорастающие во влажной почве. На недостаточно влажном или за-

дернованном субстрате семена прорастают плохо, а ювенильные расте-

ния страдают и погибают.

По географическим элементам флоры виды Salix, произрастающие

в Беларуси, распределяются следующим образом [Саутин В. И., 1986]:

1) среднеевропейский – ива пурпурная (Salix purpurea);

2) европейско-западносибирский – ива пятитычинковая (Salix pen-

tandra), ива мирзинолистная (Salix myrsinlfolia), ива пепельная (Salix ci-nerea), ива ушастая (Salix aurita), ива лапландская (Salix lapponum), ива

Старка (Salix starkeana);

3) евроазиатский бореальный – ива розмаринолистная (Salix rosma-

rinifolia), ива шерстистопобеговая (Salix dasyclados), ива корзиночная

(Salix viminalis), ива козья (Salix caprea), ива черничная (Salix myrtilloides);

4) бореально-средиземноморский – ива белая (Salix alba), ива трех-

тычинковая (Salix triandra);

5) сарматский – ива остролистная (Salix acutifolia);

6) кавказско-малоазийский – ива ломкая (Salix fragilis).

Наиболее распространенными видами в Республике Беларусь явля-

ются ива пепельная (Salix cinerea), ива трехтычинковая (Salix triandra),

ива розмаринолистная (Salix rosmarinifolia), ива ломкая (Salix fragilis),

ива козья (Salix caprea), ива ушастая (Salix aurita), ива пятитычинковая

(Salix pentandra). Несколько реже встречается ива Старка (Salix

starkeana). К редким видам, произрастающим вблизи южной границы

ареала, относятся ива черничная (Salix myrtilloides) и ива лапландская

(Salix lapponum). На границе естественного (сплошного или островного)

распространения произрастают ива корзиночная (прутовидная) (Salix

viminalis), ива шерстистопобеговая (Salix dasyclados), ива пурпурная (Sa-

lix purpurea), ива белая (Salix alba), ива остролистная (Salix acutifolia),

ива мирзинолистная (Salix myrsinlfolia).

Произрастающие на территории республики виды Salix в местах на-

ложения ареалов и особенно в нарушенных местообитаниях способны

гибридизировать. В пределах Беларуси описано восемь гибридов ив. Не-

которые из них распространены широко: Salix purpurea х Salix viminalis; Salix fragilis х Salix alba. Реже встречаются: Salix pentandra х Salix

fragilis; Salix myrsinifolia х Salix starkeana; Salix aurita х Salix starkeana;

Salix aurita х Salix myrtilloides; Salix viminalis х Salix caprea. Для Salix purpurea х Salix fragilis известно только одно местонахождение.

В пределах ареала ивы корзиночной (Salix viminalis) на территории

Беларуси дифференцировано два подвида: ssp veriviminalis (Nas.) Mas.

54

(западнодвинские популяции) и ssp viminalis (неманско-днепровские по-

пуляции). Первый из подвидов (Salix viminalis L. ssp veriviminalis (Nas.)

Mas.) некоторые авторы считают морфологическим аналогом примор-

ского вида Salix schwerinii E. Wolf.

Благодаря широкому географическому распространению, быстрому

росту, позволяющему в короткие сроки формировать высокие запасы

биомассы, и приспособленности отдельных видов к различным экологи-

ческим условиям ивы культивируются давно и довольно широко. Они

являются весьма привлекательными для плантационного выращивания

еще и потому, что большинство их видов, клонов и гибридов хорошо

размножается стеблевыми черенками и дает обильное отрастание ство-

ловых побегов. В зависимости от хозяйственной направленности на по-

лучение крупнотоварной круглой древесины, прута, дубильного сырья

или технологической щепы на промышленных плантациях культивируют

как древовидные, так и кустарниковые виды ив [Скворцов А. К., Ца-

нов Ц., 1975].

В настоящее время различные виды ив находят применение в лес-

ном хозяйстве, лесомелиорации, ландшафтном озеленении, а также

в промышленном плантационном выращивании с целью получения пру-

та для плетения, технологической древесины и сырья для производства

дубильных экстрактов. В результате селекционных работ, направленных

на повышение экономической эффективности плантаций, к настоящему

времени получен целый ряд высокопродуктивных клонов и гибридов ив.

Как и любой сорт сельскохозяйственного растения, выведенный искус-

ственным путем, они становятся чрезвычайно чувствительными к факто-

рам внешней среды. Оценка биологических особенностей растений ивы

необходима для разработки оптимальной, адаптивной к конкретным ус-

ловиям системы агротехники.

Отношение к температуре (зимний и летний периоды) и свето-

любивость Тепло является важным фактором, определяющим расселение

и районирование ив и формирование их внешнего облика. Потребность

ив в тепле умеренна, хотя она и определяет, наряду с другими фактора-

ми, интенсивность их роста. При общем недостатке тепла и коротком

вегетационном периоде размеры растений невелики. В средней и южной

полосе при благоприятном сочетании теплового и водного режима ивы

достигают значительных размеров. Но как породы умеренного и холод-

ного поясов, ивы не выносят жаркого климата. Немногие виды, расту-

щие в тропической зоне, обычно обитают в горах, т. е. в умеренно-

климатических условиях.

55

Ивы, как правило, морозоустойчивы, низкие температуры не при-

чиняют вреда побегам, корням растений, наблюдается лишь отмерзание

вершинок длительно растущих побегов. В районах с поздними весенни-

ми и ранними осенними заморозками молодые ивовые побеги часто по-

бивает мороз, причем разные сорта ив реагируют на понижения темпера-

туры различно. Так, в Ленинградской области культурные клоны ивы

корзиночной почти ежегодно страдают от заморозков, а произрастающие

в Псковской области в диком виде характеризуются высокой морозо-

стойкостью. Поэтому подбирать сорта ивы для культуры надо очень

взвешенно, предпочитая наиболее подходящие к местным климатиче-

ским условиям. Период роста культивируемой ивы должен соответство-

вать продолжительности вегетационного периода той местности, где за-

кладывается плантация. Минимальная температура воздуха при прорас-

тании почек составляет около 5–6 °С. Сумма положительных

температур, необходимая для полного завершения вегетационного пе-

риода, должна быть не менее 875 градусо-дней. Ивы могут повреждаться

весенними заморозками с температурой ниже –10 °С. Степень поврежде-

ния зависит от возраста растений. Хорошо укоренившиеся черенки, даже

получив тяжелые повреждения, хорошо восстанавливаются. Однако све-

жие, недостаточно укоренившиеся посадки из-за недостаточного резерва

питания поздневесенними заморозками могут повреждаться существенно

и почти необратимо [Скворцов А. К., 1968].

Имеет значение и освещение. Хорошо освещенные места являются

основными местами естественного обитания ив. Даже боковое затенение

ухудшает их рост.

И. Р. Морозов по светолюбию разделил ивы на группы. К первой

группе наиболее светолюбивых он отнес ивы пурпурную, каспийскую,

остролистную; ко второй – трехтычинковую, прутовидную (корзиноч-

ную), русскую, волчниковую, шерстистопобеговую, ломкую, ушастую;

к третьей – чернеющую, пятитычинковую, филиколистную, белую, се-

рую; к четвертой – козью, грушанколистную [Морозов И. Р., 1966].

Автор считает, что «способность выносить затенение у одной и той

же породы меняется в зависимости от возраста, географического поло-

жения и богатства почвенной среды».

Ивы, как правило, требовательны к освещению, но наряду с видами,

способными расти и развиваться только при полном освещении, имеются

виды, выносящие известную степень затенения и встречающиеся в под-

леске не сильно тенистых лесов хвойных и лиственных.

Таким образом, по требовательности к освещенности виды Salix

можно расположить по отношению снижения к этому фактору в следую-

щем порядке: ива остролистная (Salix acutifolia), ива ломкая (Salix fragilis),

56

ива корзиночная (Salix viminalis), ива трехтычинковая (Salix triandra), ива

пурпурная (Salix purpurea), ива белая (Salix alba), ива мирзинолистная (Sa-

lix myrsinlfolia), ива пятитычинковая (Salix pentandra), ива пепельная (Salix

cinerea), ива черничная (Salix myrtilloides), ива розмаринолистная (Salix rosmarinifolia), ива лапландская (Salix lapponum), ива ушастая (Salix

aurita), ива Старка (Salix starkeana), ива козья (Salix caprea).

Из-за отсутствия значительного количества экспериментальных

данных о степени светолюбивости ивы можно судить лишь на основании

субъективных данных, учитывая поведение отдельных видов в природ-

ной обстановке, в частности, по косвенным признакам – ажурности, об-

лиственности, строению кроны, способности образовывать густые или

редкие заросли, произрастать под пологом других растений и т. д.

Влаголюбивость (включая стойкость к временному подтоплению)

Отличительная черта всех ив – их требовательность к влажности

субстрата.

Все виды Salix требовательны к влажности среды, хотя данная тре-

бовательность не столь велика, как может показаться на первый взгляд.

Это подтверждают наблюдения и экспериментальные данные, приводя-

щиеся в литературе [Лосицкий К. Б., 1936; Саутин В. И., 1986]. В частно-

сти, указывается, что виды Salix, которые обычно произрастают на боло-

тах в условиях постоянного обильного увлажнения, отзывчивы к улуч-

шению дренажа и обогащению почвы элементами питания, что

выражается в заметном увеличении их размеров и продуктивности. Даже

такие обитатели болот с обильным застойным увлажнением, как ива пе-

пельная (Salix cinerea) и ива ушастая (Salix aurita), успешно растут на

естественных суходолах, а ива лапландская (Salix lapponum) и ива чер-

ничная (Salix myrtilloides) – на суходолах в условиях культуры. Широкое

распространение видов Salix на почвах с обильным застойным увлажне-

нием связано, по-видимому, с невозможностью выдержать конкуренцию

на более дренированных почвах со стороны других растений.

Оптимальный рост ив наблюдается в районах с годовым количест-

вом атмосферных осадков 500–600 мм при относительно равномерном

их распределении по временам года. Ивы влаголюбивы, поэтому их местообитание в природе связано

с достаточным увлажнением почвы. Но в культуре многие виды ивы рас-тут и развиваются в условиях менее влажных, чем в природе. Объясне-ние этому следует искать в пластичности, в способности приспосабли-ваться к новым, часто худшим условиям жизни.

При недостатке влаги у ивы появляются ксерофитные признаки:

ажурность и посветление кроны, потускнение ярко-зеленой окраски ли-

стьев, уменьшение их поверхности.

57

Все сказанное относится к влажности почвы и воздуха, т. к. эти

факторы в той или иной мере замещают друг друга и недостаток одного

компенсируется избытком другого.

Различные виды ив имеют неоднозначное отношение и к степени

аэрированности почвы. Одни из них обильно разрастаются в условиях

проточного увлажнения (на минеральных почвах по берегам водоемов,

в поймах и т. д.), не выдерживая заболачивания. Это, как правило, дере-

вья и высокие кустарники с узкими листьями. Другие же виды широко

распространены на слабо аэрированных болотных и заболоченных поч-

вах, характеризующихся застойным увлажнением. К ним относятся лес-

ные и болотные виды Salix с более широкими листьями.

В зависимости от потребности в аэрации почвы виды Salix можно

расположить в направлении увеличения этой потребности в следующем

порядке: ива пепельная (Salix cinerea), ива ушастая (Salix aurita), ива ла-

пландская (Salix lapponum), ива черничная (Salix myrtilloides), ива пяти-

тычинковая (Salix pentandra), ива розмаринолистная (Salix rosma-

rinifolia), ива Старка (Salix starkeana), ива мирзинолистная (Salix myrsinl-folia), ива козья (Salix caprea), ива ломкая (Salix fragilis), ива

трехтычинковая (Salix triandra), ива белая (Salix alba), ива шерстистопо-

беговая (Salix dasyclados), ива пурпурная (Salix purpurea), ива корзи-

ночная (Salix viminalis), ива остролистная (Salix acutifolia).

А. К. Скворцов выделяет две экологические группы: аллювиальные

виды и неаллювиальные виды. Первые очень требовательны к аэрации,

нуждаются в проточном увлажнении. Они обладают высокой интенсив-

ностью роста, имеют узкие листья. Среди них есть деревья и кустарники.

Аллювиальные древовидные виды, произрастающие в пойме, выдержи-

вают затопление до двух месяцев, в отдельных случаях и более. Предста-

вители второй группы поселяются на различных почвах – глинистых,

торфянистых, песчаных, выносят застойное их увлажнение и даже забо-

лачивание, растут на лесных и луговых почвах при умеренном переув-

лажнении. Представлена эта группа ив в основном кустарниками и кус-

тарничками, небольшим количеством древовидных видов, входящих

в состав лесных, болотных, тундровых и альпийских растительных ассо-

циаций [Скворцов А. К., 1968].

И. Р. Морозов в зависимости от потребности в кислороде почвы вы-

деляет три группы ив: 1) нуждающиеся в малых запасах кислорода: се-

рая, чернеющая, пятитычинковая, двуцветная и др.; 2) мирящиеся с не-

достатком почвенного кислорода: козья, грушанколистная, шерстисто-

побеговая и др.; 3) нуждающиеся в притоке кислорода в почву: белая,

трехтычинковая, русская, красная шелюга, прутовидная (корзиночная) и

др. [Морозов И. Р., 1966].

58

Прибрежные ивы ежегодно затопляются половодьем, иногда на 2–

3 месяца, и пребывание стволов под водой не причиняет им большого

вреда. Особенно хорошо переносят затопление ивы русская, трехтычин-

ковая и белая (ветла).

Однако такая устойчивость наблюдается лишь при весеннем и осен-

нем затоплении, т. е. до начала или после окончания вегетационного пе-

риода. Длительное же пребывание кустарниковых ив под водой в период

вегетации ведет к их гибели [Парфенов В. И., Мазан И. Ф., 1986].

Правдин считает, что рельеф местности для ивовой плантации

больше всего подходит ровный, хотя не исключена возможность разве-

дения ивы и в горах. На развитие ивы крайне неблагоприятно влияют

непроточные воды. Выбирая для ее культуры преимущественно ровные

места, надо в то же время обеспечить хороший дренаж всех пониженных

участков не только с постоянным, но даже с временным застоем воды.

Наблюдения на плантациях Ленинградской области совершенно ясно

указывают, что в заболоченных местах ива растет плохо и даже совер-

шенно не дает прироста [Правдин Л. Ф., 1952]. Автор отмечает, что не-

которые ивы благодаря своей биологической пластичности способны

расти и в достаточно сухих условиях. Так, ивы остролистная, или крас-

ная шелюга, и пурпурная на бедных сухих почвах развивают мощную

поверхностную корневую систему и за счет извлечения почвенной влаги

и минеральных веществ из больших объемов почвы удовлетворяют свою

потребность в минеральных элементах питания и воде. Эти же виды

имеют гораздо меньшую корневую систему, но лучший рост и продук-

тивность на прибрежных песках, богатых влагой и минеральными эле-

ментами питания.

Влаголюбивые ивы – белая, ломкая, прутовидная (корзиночная),

русская, трехтычинковая и шерстистопобеговая – хорошо чувствуют се-

бя и дают высокую продуктивность в поймах рек, по берегам водоемов,

на богатых почвах с хорошей проточной водой и неглубоким ее залега-

нием [Гусейнов И. Д., 1965].

Отношение к почвенным условиям (тип, механический состав)

Важнейшим аспектом является экологическое обоснование выра-

щивания ивы на различных типах почв.

В естественных условиях ивы могут произрастать на различных

почвенных разностях: ива остролистная (Salix acutifolia) – на песчаных;

ива корзиночная (Salix viminalis), ива пурпурная (Salix purpurea), ива

шерстистопобеговая (Salix dasyclados), ива трехтычинковая (Salix trian-dra) – на супесчаных; ива белая (Salix alba) – на суглинистых; ива пе-

пельная (Salix cinerea), ива ушастая (Salix aurita), ива розмаринолистная

59

(Salix rosmarinifolia), ива лапландская (Salix lapponum), ива черничная

(Salix myrtilloides) – на торфяно-болотных. Первые эксперименты по выращиванию ивы начинались на терри-

тории бывшего СССР еще в середине 30-х гг. прошлого века. Основными направлениями использования древесины ивы были производство мебе-ли или декоративные цели. Соответственно этим задачам изучались схе-мы и густота посадки, внесение минеральных удобрений и другие аспек-ты агротехники. В то же время исследования в области экологии культу-ры, в частности по отношению к внешней среде актуальны и сегодня. Большинство исследований проводилось с клонами ивы Salix viminalis – ива корзиночная, к которым относится подавляющее большинство куль-турных видов.

Ряд исследователей отмечает, что ива совсем неприхотлива к почве,

произрастает на сухом летучем песке, на торфяниках, на тяжелой глине,

на болотах и на каменистых рухляках. Она не переносит только застаи-

вающейся воды. Вдоль берегов рек ива теснится не потому, что ее тянет

к воде, а потому, что почва берегов более дренирована. Например,

Л. Ф. Правдин рекомендует выбирать для ивовой плантации достаточно

плодородную почву, по механическому составу легкую, лучше супесча-

ную [Правдин Л. Ф., 1952]. В других публикациях показано, что диапазон почв под ивами чрез-

вычайно велик – от богатых суглинистых до бедных песчаных почв; рас-тет ива и на глубоких торфяниках, но совершенно очевидно, что будучи неприхотливой к почве, она адекватно реагирует на богатство почвы увеличением своей производительности. Ива любит хорошо дрениро-ванные почвы с хорошей аэрацией и не переносит застойной воды. Ис-следования показали, что серая ива, произрастая на моховых болотах, почти лишенных стока, чувствует себя плохо.

Напротив, по мнению других авторов, суждение о нетребовательно-

сти ивы к почве – ошибочно, оптимальными почвенными условиями для

ивы являются супеси или легкие суглинки со средним количеством влаги.

По И. Р. Морозову, ива хорошо растет на почвах с повышенной

влажностью. Сюда относятся почвы болотного ряда, заболоченные и лу-

гово-подзолистые почвы, влажные почвенные разности склонов и пони-

жений, аллювиальные почвы речных долин и озер, голые пески. Обладая

способностью произрастать на разных почвах, отдельные виды ивы дают

лучшие результаты на почвах суглинистых и супесчаных. Под культуру ивы можно с успехом использовать и торфянистые

почвы, но только после предварительной осушки и достаточной минерали-зации торфа. Опыты выращивания ивы на луговом торфе слоем около 1 м в питомнике Центрального научно-исследовательского института лесного хозяйства (ЦНИИЛХ) дали очень хорошие результаты (табл. 2.1).

60

Таблица 2.1

Производительность* прута ивы на торфяных почвах (осушенный

луговой торфяник), при посадке 50 × 50 см [Скворцов А. К., 1968]

Виды ив Средняя длина одно-

летнего прута, см

Урожай сырого прута,

т/га

Конопляная 180–200 8,9

Пурпуровая 90–120 3,0

Гибрид конопляной с пурпуровой 150–180 10,7

Гибрид пурпуровой с конопляной 150–180 5,4

Примечание: * Под урожайностью, или производительностью, ивы понимается

число прутьев с одного куста или их вес с единицы площади.

Эти цифры служат хорошей иллюстрацией в пользу разведения ивы

на осушенном луговом торфянике. Единственная отрицательная сторона

такого торфяника – выжимание ивы морозами. Ввиду плохой теплопро-

водности торфа весеннее оттаивание его задерживается часто до конца

мая. Черенки осенней посадки обычно совершенно выжимаются моро-

зом, и ранней весной их приходится вновь углублять, что сопряжено

с затратой времени на восстановление посадок культуры. Даже кусты 2–

3-летнего возраста на глубоком торфянике выжимаются морозом на-

столько сильно, что их корневая система со временем полностью обна-

жается. Это обстоятельство, несмотря на приведенные выше данные

о хорошем урожае прута ивы на таких почвах, ограничивает возмож-

ность разведения ее на торфяниках мощностью более 1 м. Если под тор-

фом находится песок, его необходимо при обработке перенести на по-

верхность, чтобы уменьшить степень выжимания черенков и скорее ми-

нерализовать торф. Это требование весьма существенно, и смешивать

песок с торфом надо даже в том случае, когда он залегает на однометро-

вой глубине.

Зарубежный опыт свидетельствует, что наиболее благоприятными

для выращивания ивы являются средне- и легкосуглинистые почвы, хо-

рошо структурированные, обеспеченные основными макроэлементами

(азот, фосфор, калий).

В частности по результатам экспериментов, проводимых с 90-х гг.

прошлого века в Нью-Йоркском университете (США), было установле-

но, что тип и гранулометрический состав почвы – это основные аспекты,

обуславливающие продуктивность биомассы ивы [Lawrence P., 2002].

Наиболее благоприятными являются хорошо структурированные почвы,

оптимальные для возделывания большинства основных сельскохозяйст-

венных культур. Тем не менее, растения ивы достаточно пластичны по

отношению к фактору почв и могут успешно произрастать и на менее

61

благоприятных почвенных разностях. На основании многолетних данных

была составлена таблица почв, пригодных для культивирования ивы

(табл. 2.2).

Таблица 2.2

Характеристика почв, пригодных для производства биомассы

быстрорастущей ивы

Характеристика почв Пригодные Мало пригодные

Тип и гранулометрический

состав

Минеральные, слабо- и сред-

несуглинистые, супесчаные;

органические (частично)

Песчаные и глинистые

Структура Хорошо структурированные Массивные, плохо

структурированные

Водно-воздушный режим Умеренно влагообеспеченные,

обеспеченные кислородом

Чрезмерно или плохо

влагообеспеченные

Кислотность рН От 5,5 до 8,0 Ниже 5,5 и выше 8,0

Глубина плодородного слоя Свыше 45 см Менее 45 см

Исследования проводились для широкого разнообразия клонов раз-

личных подвидов. Таким образом, было установлено, что наилучшие

результаты получены на участках с хорошей аэрацией и влагообеспечен-

ностью, достаточным содержанием питательных элементов, умеренной

кислотностью.

Конечно, эти данные могут быть рассмотрены как ориентировоч-

ные, т. к. почвы штата Нью-Йорк и регионов Беларуси значительно раз-

личаются. Тем не менее, по данным американских исследователей не

исключено выращивание ивы на органических почвах.

Перспективы развития аграрного лесоводства для нашей страны

обусловлены возможностью использования для плантаций быстрорасту-

щих растений не только плодородных сельскохозяйственных угодий, на

которых можно получать хорошие урожаи традиционных культур, но

также низкопродуктивных и деградированных земель, в том числе выра-

ботанных и деградированных торфяников.

Следует отметить, что в мировой практике сегодня отсутствует эф-

фективный опыт выращивания ивы на выработанных торфяных землях.

Это связано с необходимостью решения ряда сложных вопросов, обу-

словленных особенностями таких площадей. Сегодня в странах Европы и

США акцент делается на использование для выращивания ивы средних

по плодородию земель, что позволяет получать достаточно стабильные

урожаи и сводить к минимуму производственные риски.

Исследователи, изучавшие возможность выращивания растений ивы

на торфяных почвах, отмечают, что этот вопрос до сих пор является спор-

ным и мнения ряда авторов иногда являются достаточно противоречивыми.

62

Эксперименты, проведенные в Англии, показали, что минеральные поч-

вы являются более предпочтительными для получения стабильных уро-

жаев [Hytonen J., 1998]. В среднем в пересчет на сухое вещество продук-

тивность ивы на торфяных землях была ниже на 1 т с га.

В то же время эксперименты, проведенные в Эстонии, эту законо-

мерность не подтвердили [Heinsoo K. et al., 2002]. Растения ивы хорошо

росли на торфе и даже имели некоторое преимущество по сравнению

с минеральными землями.

Эксперименты с использованием ивовых плантаций для реабилита-

ции выработанных торфяных площадей проводились в Канаде

[Labrecque M., 2003]. Результаты показали, что ивовые плантации могут

успешно произрастать на таких участках с достаточно высоким уровнем

продуктивности. Тем не менее, необходим постоянный контроль и при-

менение специальных технологий.

Таким образом, результаты исследований подтвердили, что ива яв-

ляется достаточно гибкой культурой по отношению к структуре почвы

и может выращиваться на землях различного типа. Тем не менее, необ-

ходимо тщательное изучение условий роста и развития растений и раз-

работка соответствующих адаптивных технологий.

Будучи малотребовательными к механическому составу почв, ивы

очень чувствительны к химическому ее составу. Хороший рост ив на-

блюдается на относительно кислых почвах, растут они также на почвах

с нейтральной реакцией. В естественных условиях различные виды ив

приурочены к местообитаниям с определенными диапазонами кислотно-

сти почвенной среды. Так, суходольные ивняки остролистные способны

произрастать на довольно кислых дерново-подзолистых слабооподзо-

ленных песчаных почвах (около 4 единиц рН), почти нейтральных дер-

новых слаборазвитых почвах и даже аллювиальных песках. Ивняки кор-

зиночные и пурпурные проточного увлажнения занимают пойменные

дерновые неразвитые песчаные или супесчаные почвы с близкой к ней-

тральной кислотностью. Трехтычинковая ива может встречаться на су-

песчаных и суглинистых как пойменных дерновых слабокислых и ней-

тральных (рН = 5,0–7,5), так и иловато-болотных среднекислых почвах.

Ива белая успешно заселяет суглинистые и супесчаные отложения при-

русловий рек с близкой к нейтральной кислотностью среды. Самые рас-

пространенные в Беларуси ивняки пепельные способны произрастать на

супесчаных и суглинистых иловато-болотных, а также торфяно-

болотных почвах в диапазоне кислотности от 4,0 до 6,5 рН. Глееватые

и глеевые средне- и слабокислые (рН = 4,5–5,5) дерново-подзолистые

почвы занимают мирзинолистные, а дерновые и иловато-болотные –

розмаринолистные ивняки.

63

Экспериментальные данные свидетельствуют, что для культурных

ив оптимальная кислотность почвы равна рН 5–6.

Отношение ив к засолению почвы различается в зависимости от ви-

да. Как правило, на сильно солонцовых почвах ивы не растут, но некото-

рые виды встречаются на слабозасоленных почвенных разностях. На-

пример, ива желточная, каспийская, трехтычинковая, белая и др.

Наименее требовательны к почве ивы остролистная, пурпурная,

розмаринолистная. Это засухоустойчивые виды, которые могут произра-

стать на бедных сухих почвах, но на почвах более плодородных они про-

израстают успешнее. То же самое можно сказать об ивах, произрастаю-

щих на торфяниках переходных и верховых болот. Здесь в эдафотопах

обычно встречаются чахлые экземпляры ив сухолюбивой, черничной,

ушастой.

К плодородию почвы наиболее требовательны ивы корзиночная,

белая, ломкая, шерстистопобеговая, серая, русская, волчниковая. Ос-

тальные виды – чернеющая, пятитычинковая, лапландская, козья, голу-

бовато-серая – отличаются средней требовательностью к почвенно-

грунтовым условиям [Саутин В. И., 1986].

Эти экологические особенности необходимо учитывать при выра-

щивании ив на плантациях.

2.3. Экологические аспекты выращивания ивы

на загрязненных землях

Как было упомянуто в предыдущей главе, загрязнение почв являет-

ся одним из факторов их деградации. Наиболее значительные площади

загрязнения земель связаны с промышленной деятельностью и воздейст-

вием радиации. Как правило, на таких землях невозможно или затрудне-

но получение продукции традиционных сельскохозяйственных культур

пригодной для использования на продовольственные цели. В этой связи

ива, биомасса которой предназначена для производства энергии, может

быть хорошей альтернативой.

2.3.1. Выращивание ивы на землях, загрязненных радионуклидами

Рациональное использование территорий земель, загрязненных ра-

дионуклидами в результате аварии на ЧАЭС, остается серьезной эколо-

гической и экономической проблемой. В настоящее время зона радиоак-

тивного загрязнения охватывает 23 % территории страны, в том числе

1,3 млн га сельскохозяйственных и 1,6 млн га лесных земель, где прожи-

вало более 2 млн человек. Площадь загрязнения 137

Cs составляет около

44 тыс. км2 (21 % территории Беларуси), 21 тыс. км

2 (10 % территории)

загрязнена 90

Sr.

64

Одним из условий возделывания сельскохозяйственных культур на

почвах, загрязненных радионуклидами, является получение растение-

водческой продукции, соответствующей по содержанию радионуклидов

нормативным требованиям (республиканских допустимых уровней –

РДУ). Продукция, не соответствующая РДУ, считается неконкуренто-

способной, поэтому ее производство в данной ситуации бессмысленно.

В Беларуси после аварии на Чернобыльской АЭС выведены из сель-

скохозяйственного оборота земли с плотностью загрязнения цезием-137

свыше 40 Кu/км2, стронцием-90 свыше 3 Кu/км

2. Сельскохозяйственные

угодья, характеризующиеся плотностью загрязнения почв цезием-137 от

15 до 40 Кu/км2, могут быть использованы в сельскохозяйственном про-

изводстве при проведении дополнительной мелиорации почв. При плот-

ности загрязнения почв сельхозугодий цезием-137 менее 15 и стронцием-

90 менее 2 Кu/км2 допускается ведение сельскохозяйственного производ-

ства с использованием приемов, ограничивающих поступление радио-

нуклидов в продукцию [145].

Для получения сельскохозяйственной продукции с допустимым со-

держанием радионуклидов и обеспечения радиационной безопасности

работающих разработаны организационные, агротехнические, агрохими-

ческие, технологические и санитарно-гигиенические мероприятия.

Поступление радионуклидов по корневым системам зависит от

комплекса факторов, в частности физико-химических свойств радионук-

лидов; биологических особенностей растений; агрохимической характе-

ристики почвы, ее типа, гранулометрического состава, водного режима;

агротехники возделывания культур.

Растения, в которых в наибольшей степени накапливаются радио-

нуклиды, называются концентраторами, к ним относятся мхи, лишай-

ники, грибы, бобовые, злаки и т. д.

Из овощных растений повышенное содержание радионуклидов на

загрязненных землях отмечается в укропе, шпинате, петрушке, из дико-

растущих ягод – в клюкве, малине, чернике, землянике, голубике. Ак-

тивными накопителями радионуклидов считаются ива, береза, сосна, ель.

Самоочищение почвы за счет перемещения и естественного распада

радионуклидов происходит медленно. Ежегодное снижение их содержа-

ния в верхнем 5-сантиметровом слое почвы составляет примерно 5–10 %,

а в нижележащих слоях оно уменьшается на 1–2 %. И цезий, и стронций

химически очень активны. В обменных процессах цезий подобен калию,

стронций – кальцию.

В целом перемещение радионуклидов вниз по профилю почвы про-

исходит очень медленно.

65

В настоящий момент около 70 % коллективной дозы облучения на-

селения республики приходится на продукты питания. В связи с этим

главной задачей ведения сельскохозяйственного производства на загряз-

ненных территориях является получение такой продукции, в которой

радионуклиды находятся в границах РДУ.

Приемы, применяемые для снижения концентрации радионуклидов

в продукции растениеводства, делятся на две основные группы:

– общепринятые в агропромышленном производстве мероприятия,

направленные на сохранение и увеличение плодородия почвы, рост уро-

жайности, повышение качества растениеводческой продукции и одно-

временно способствующие уменьшению перехода радиоактивных ве-

ществ из почвы в растения;

– специальные приемы, которые иногда могут привести к опреде-

ленному уменьшению урожайности растений и некоторому ухудшению

плодородия почвы, в частности удаление верхнего загрязненного радио-

нуклидами слоя почвы, внесение в почву специальных мелиорантов, свя-

зывающих радионуклиды и др.

Одним из эффективных направлений, позволяющих не только ис-

пользовать загрязненные радионуклидами земли, но и получать с таких

территорий продукцию, является возделывание быстрорастущих древес-

ных культур (ивы) с последующим применением продукции в качестве

биотоплива на возобновляемой основе.

Реализация такой задачи возможна только при разработке методов,

позволяющих контролировать и при необходимости уменьшать степень

перехода радионуклидов в растения. Это может быть достигнуто путем

различных агротехнических и агрохимических мероприятий. Выбор кон-

кретных мероприятий обуславливается особенностями накопления ива-

ми радионуклидов.

Эксперименты, проведенные рядом исследователей, подтверждают

перспективность такого направления.

Так, полевые эксперименты проводились непосредственно в Полес-

ском регионе вблизи Чернобыльской АЭС [Gommers A. еt al., 2000]. Изу-

чалась возможность получения биомассы на различных почвенных разно-

стях. Авторы отмечают, что хорошее развитие растений требует соответ-

ствующего водно-воздушного режима и обеспеченности элементами

питания. Тем не менее, удалось получать древесину, пригодную для ис-

пользования в качестве биотоплива независимо от типа и структуры почв.

В экспериментах с однолетней ивой изучалось накопление радиоак-

тивного цезия в различных частях растений (листьях, корнях, стеблях,

проростках) [Goor F. et al., 2001]. Несмотря на достаточно высокий фон

загрязнения почвы (8 × 106 Бк Cs-134 m2) накопление радионуклида

66

в биомассе растений не превышало нормативов, установленных в СНГ.

При этом минимальный уровень накопления наблюдался в стеблях рас-

тений. Коэффициенты перехода радиоактивного цезия из почвы в расте-

ния варьировали от 0,0012 до 0,0065 % соответственно для суглинистых

и для песчаных почв.

Потенциальная возможность выращивания ивы на загрязненных

землях косвенно подтверждается данными шведских исследователей

[Brittain J. E. et al., 1996]. Изучение переноса радионуклидов в растения

с загрязненных территорий показало, что ива накапливает их менее ак-

тивно по сравнению, например, с березой. При этом заметных морфоло-

гических изменений в растениях не наблюдалось.

Таким образом, очевидно, что использование быстрорастущей ивы

в качестве источника древесной биомассы является перспективным

и экологически обоснованным направлением. Тем не менее, активному

развитию биоэнергетики на загрязненных территориях препятствует ряд

объективных и субъективных проблем, решение которых возможно

только при проведении комплексных научных исследований.

В наших исследованиях полевые эксперименты были заложены

в Кричевском районе Могилевской области. Этот регион в значительной

степени пострадал в результате аварии на ЧАЭС. На территории Моги-

левской области загрязнение обусловлено главным образом выпадением

радиоактивных осадков, в результате чего образовались локальные «це-

зиевые» пятна. Наиболее высокая степень радиоактивности имеет место

на территориях Славгородского, Краснопольского и на юго-востоке Кри-

чевского района (см. рис. 2.1).

В Кричевском районе по данным РНИУП «Институт радиологии»

1591 га сельскохозяйственных угодий имеет плотность загрязнения 5–

10 Ku/км2 и 28 га – 10–15 Ku/км

2.

Полевой опыт в 2007 г. был заложен на двух почвенных разностях,

которые отличаются по гранулометрическому составу: суглинистых

(урочище Губенщина) и супесчаных (урочище Красный берег).

Загрязненность почвы радиоактивным 137

Cs составляла от 5 до

10 Ku/км2, в зависимости от места взятия пробы.

Схема опытного участка в 2007 г. включала следующие варианты

опыта:

1. Вариант Контроль (К).

2. Вариант N30P60K90 (В-2).

3. Вариант K30 (В-3).

4. Вариант K60 (В-4).

5. Вариант K90 (В-5).

6. Вариант N30 (В-6).

67

7. Вариант N60 (В-7).

Были использованы различные нормы внесения калийных удобре-

ний, т. к. калий является аналогом цезия и дополнительное его внесение

позволяет регулировать поступление радионуклида в растение.

Рис. 2.1. Загрязнение 137Cs территории Могилевской области

Выбор норм внесения азотных удобрений определялся особенно-

стями агротехники возделывания ивы. В течение первых этапов роста

ключевым фактором является контроль сорной растительности. Развитие

сорняков непосредственно обуславливается наличием в почве достаточ-

ного количества азота. С другой стороны, нехватка азота отрицательно

сказывается также и на развитии растений ивы, в связи с чем необходимо

найти оптимальный баланс внесения минеральных удобрений.

При подготовке опытного участка в год, предшествующий закладке

эксперимента, проводилась обработка почвы по методу полупара и ис-

пользовался выравнивающий посев редьки масличной. При посеве редь-

ки вносились минеральные удобрения с нормой N30P30K60.

Черенки для высадки ивы заготавливались на экспериментальном

участке УП «Лидское».

Для высадки отбирались черенки клонов ивы разновидности ива

корзиночная (Salix viminalis), клона Тор с минимальными размерами

68

7 мм в диаметре и 25 см длины. Происхождение посадочного материа-

ла – Швеция.

Подготовка почвы включала следующие агроприемы:

– двукратное дискование тяжелыми дисками;

– ранневесенняя вспашка;

– двукратная культивация с боронованием.

Предшественник – многолетние травы (разнотравье), т. к. участки

не использовались в течение ряда лет и выведены из сельскохозяйствен-

ного оборота.

Густота посадки ивы в соответствии с опытом ее возделывания

в зарубежных станах главным образом связана со сложившейся системой

агротехники и наличием соответствующих с/х машин, прежде всего ши-

рины колеи трактора. Например, в Швеции используется следующая

схема: двухрядная лента с междурядьем 75 см и расстояние между лен-

тами 125 см. Расстояние между растениями в рядке 50 см. Общая густота

растений 15 тыс. штук. В Польше используют посадку с междурядьем

75 см. Густота посадки составляет около 40 тыс. на га при междурядье

75 см и расстоянии в рядке 33 см.

Опытный участок в Кричевском районе закладывался вручную.

Ширина междурядий 70 см, расстояние между растениями 50 см, густота

посадки в расчете на 1 га, таким образом, составила 28 тыс. растений.

Перед посадкой черенки сутки замачивали в воде.

Площадь опытной делянки – 21 м2. Повторность опыта – 4-кратная.

Расположение делянок – рендомизированное.

После укоренения черенков была проведена химическая обработка

гербицидом фюзилад-супер против многолетних сорных растений –

31 мая 2007 г.

В середине июня проводилась ручная прополка посадок ивы на

опытном участке.

В течение периода вегетации определялась приживаемость расте-

ний, проводились наблюдения за темпами их роста и развития, а также

измерение содержания радиоактивного 137

Cs в почве опытного участка

и листьях растений ивы, полученных на соответствующем участке.

В соответствии с литературными данными радиоактивные элементы

преимущественно накапливаются именно в листьях, поэтому измерение

данного параметра позволяет оценить возможность получения норма-

тивно «чистой» биомассы.

Радиоактивность почвы по 137

Cs варьировала по делянкам от 5 до

10 Кu/км2. Радиоактивность почв по Sr-90 в результате наших измерений

была незначительной, что характерно в целом для загрязнения в услови-

ях Могилевской области.

69

Для анализа на радиоактивность образцы почвы и листьев растений

на делянке отбирались одновременно.

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что нако-

пление радиоактивного цезия в листьях ивы было значительно ниже ус-

тановленных РДУ/ЛХ – 2001 и в значительной степени обуславливалось

уровнем внесения калия с минеральными удобрениями (табл. 2.3).

Таблица 2.3

Коэффициенты перехода137

Cs в листья ивы прутовидной, ×∙10-5

м2/кг

Варианты

сорта

Повторения Среднее

Отклонения

от стандарта

1 2 3 4 ×∙10-5 м2кг-1 НСР05

1 (контроль) 7,1 4,2 4,043 5,0984 5,110 –

1,0

4∙1

0-5

м2кг-1

2 2,657 3,568 2,684 3,0874 2,999 –2,111

3 5,310 5,29 4,965 4,7865 5,088 –0,022

4 3,774 5,023 3,256 4,3681 4,105 –1,004

5 4,468 2,659 2,241 3,283 3,163 –1,947

6 5,156 4,987 4,298 4,688 4,782 –0,327

7 4,878 6,156 4,496 5,024 5,139 0,028

Как следует из табл. 2.3, существенная статистическая разница по

величине коэффициента перехода 137

Cs в листья растений ивы имела ме-

сто, главным образом, в вариантах с различным уровнем внесения калия.

На рис. 2.2 представлена зависимость коэффициента перехода 137

Cs

в листья по вариантам, которые отличались друг от друга только по нор-

мам внесения действующего вещества калия: контроль (0), вариант 3

(К30), вариант 4 (К60) и вариант 5 (К90). В то же время для азота подобных

тенденций не наблюдалось. Разница по коэффициенту перехода в кон-

трольном варианте, варианте 5 (N60) и варианте 6 (N90) была в пределах

ошибки опыта.

При нормах внесения калия до 30 кг на га разница была не сущест-

венна, в то же время зависимость коэффициента перехода от норм внесе-

ния от 30 до 90 кг имеет линейный характер. Это может свидетельство-

вать, что верхний предел внесения калийных удобрений, позволяющий

контролировать поступление 137

Cs в растения в наших экспериментах,

по-видимому, достигнут не был. Данный вопрос требовал проведения

дальнейших исследований. Следует отметить, что минимальный коэффициент перехода, что

также сочеталось с максимальным выходом продукции, имел место для растений второго варианта, который характеризовался не только высо-кими нормами внесения калия, но и остальных макроэлементов.

70

Рис. 2.2. Зависимость коэффициента перехода 137Cs в листьях

от норм внесение калия

В 2008 г. был заложен новый экспериментальный участок на той же

почвенной разнице. Схема опыта разрабатывалась с учетом возможности

ответа на ряд вопросов, полученных в предыдущем году. Для изучения влияния удобрений на накопление радионуклидов

в продукции и на урожайность был заложен опыт, включающий вариан-ты с дозами калийных удобрений K0, K60, K120 и K180 на двух уровнях азотного питания N60 и N80 на фоне P70. Также для сравнения в схему опыта был включен вариант без внесения удобрений и вариант с клоном другого вида ивы – ива ушастая S. dasyclados.

Общая площадь опыта составила 0,23 га. Чистая площадь опыта со-

ставила 0,00975 га.

1. Вариант Контроль (К).

2. Ива ушастая (В-2).

3. Вариант N60 P70 (В-3) a1b0.

4. Вариант N60 P70 K60 (В-4) a1b1.

5. Вариант N60 P70 K120 (В-5) a1b2.

6. Вариант N60 P70 K180 (В-6) a1b3.

7. Вариант N60 P70 (В-7) a2b0.

8. Вариант N60 P70 K60 (В-8) a2b1.

9. Вариант N60 P70 K120 (В-9) a2b2.

10. Вариант N60 P70 K180 (В-10) a2b3.

Факторы: А = N (a1 = N60, a2 = N80) и В = К (b0 = 0, b1 = K60, b2 = K120,

b3 = K180).

71

Посадка проводилась 26 апр. 2008 г. в оптимально ранние сроки при

прогревании почвы до +7–8 ºС. Растения ивы в контрольном варианте

были выращены без внесения минеральных удобрений.

Степень накопления радионуклидов определялась отдельно в раз-

ных частях растения (корнях, стеблях, листьях). В соответствии с результатами, полученными другими авторами,

радионуклиды распределяются в органах растений неравномерно. Ос-новное количество радионуклидов концентрируется в корнях. В назем-ную часть растений ионы низких валентностей переносятся активнее, чем ионы высоких валентностей, которые до 90–99 % концентрируются в корнях. Из поступившего в корни цезия в корнях остается 20–40 %, а 60–80 % переносится в наземные органы, где они распределяются не-равномерно. Наименьшая концентрация радионуклидов отмечается в генеративных органах, т. е. в семенах, при максимальных накоплениях в оболочках, кроющих чешуях, створках бобов и стручков.

Накопление радионуклидов зависит от расположения, типа и мощ-

ности корневой системы. Растения с мочковатой и корневищной корне-

вой системой, расположенной в верхних слоях почвы, накапливают

больше радионуклидов, чем растения со стержневой системой, которая

проникает в более глубокие и «чистые» почвенные горизонты. Экологическое обоснование возделывания ивы на загрязненных

землях предполагает анализ накопления радионуклидов и коэффициен-тов их перехода в системе почва–растение в его различных частях. Такой подход позволяет прогнозировать накопление радионуклидов в экологи-ческих системах. Как известно из технологии возделывания ивы, корни остаются на одном месте около 20 лет, древесина убирается каждые 3–4 года, листья и мелкие остатки в основном возвращаются в почву на участке, где была заложена плантация.

Для построения моделей, характеризующих накопление 137

Cs

в биомассе растений ивы, предварительно определялись коэффициенты пе-

рехода для отдельных частей растения. В наших исследованиях ранее было

установлено, что основным фактором, влияющим на переход 137

Cs, является

внесение различных доз калия с минеральными удобрениями. Соответст-

венно при построении моделей именно он принимался во внимание. Влия-

ние азота и фосфора было выражено в значительно меньшей степени.

Коэффициент перехода – отношение удельной активности радио-

нуклида в сухой (или с естественной влажностью) массе растительного

материала к активности радионуклида на единице площади поверхности

почвы (плотность загрязнения или запас радионуклида). Этот эмпириче-

ский параметр имеет размерность м2/кг.

Первоначально был произведен дисперсионный анализ полученных данных, который показал, что существует достоверное отличие коэффи-

72

циента перехода на контрольном варианте и коэффициентов перехода с внесением калийных удобрений. Далее по значениям норм внесения калийных удобрений и соответствующим величинам коэффициентов пе-рехода была установлена зависимость накопления

137Cs в различных ор-

ганах растений ивы, которая описывается полиномом второй степени и справедлива только для исследуемого типа почв. Достоверность полу-ченных данных подтверждена статистической обработкой.

По полученным данным были построены графики зависимости на-копления радиоактивного цезия от норм внесения калия для корней, ли-стьев, древесины и веток (рис. 2.3–2.5).

Рис. 2.3. Зависимость коэффициента перехода 137Cs в корни от норм внесения

калийных удобрений

Рис. 2.4. Зависимость коэффициента перехода 137Cs в ветки от норм внесения

калийных удобрений

73

Рис. 2.5. Зависимость коэффициента перехода 137Cs в древесину от норм внесения

калийных удобрений

По результатам этого этапа исследований был сформулирован ряд

выводов: 1. Наиболее активно происходит переход и соответственно накоп-

ление 137

Cs в корнях растений ивы, что подтверждает результаты авто-ров, полученные на других культурах. Накопление радионуклида в кор-нях более, чем в десять раз превышает этот показатель для остальных частей растения. Этот факт имеет особое значение с учетом агротехники возделывания культурных клонов ивы на энергетические цели. Как уже было упомянуто ранее, плантация растений ивы располагается на одном месте более чем на 20 лет, соответственно большая часть

137Cs не выно-

сится с урожаем, а значит остается в почве и не попадает в окружающую среду. В то же время древесина и ветки растения, используемые непо-средственно в качестве биотоплива, накапливают радионуклид значи-тельно менее интенсивно. Таким образом, производство биотоплива на загрязненных землях не вызовет активного перераспределения

137Cs

в окружающей среде. 2. В результате исследований было установлено, что внесение по-

вышенных доз калийных удобрений способствует снижению коэффици-ента перехода по

137Cs в различные органы ивы корзиночной, выращи-

ваемой на дерново-подзолистых суглинистых почвах, в первую очередь в корни и древесину. Для листьев данная зависимость выражена слабее. По-видимому, это объясняется менее активным поглощением

137Cs и его

аналога К листьями в процессе вегетации. 3. Полученные значения коэффициентов перехода можно использовать

для прогноза возможного уровня накопления 137

Cs в биомассе ивы корзи-ночной, выращиваемой на дерново-подзолистых суглинистых почвах.

74

Особый интерес представляет накопление 137

Cs в древесине, кото-

рая непосредственно используется для получения энергии в процессе

сжигания. Как уже было отмечено, республиканский допустимый уро-

вень (РДУ 99) устанавливает этот показатель не выше 740 Бк/кг. На основании полученных экспериментальных данных были разра-

ботаны прогнозные модели изменения удельной активность древесины и корней в течение двадцати одного года при сборе урожая каждые три года в зависимости от плотности загрязнения почвы.

При расчете учитывались следующие факторы:

– плотность загрязнения почвы;

– период полураспада 137

Cs; – вынос биомассы с урожаем;

– коэффициент перехода. На первоначальной стадии было смоделировано изменение удель-

ной активности древесины при плотности загрязнения радиоцезием, со-ответствующей среднему показателю для экспериментального участка, расположенного в Кричевском районе Могилевской области. Трехлетний цикл был выбран в соответствии с цикличностью скашивания ивы на биотопливо. Максимальный срок эксплуатации плантации, как правило не превышает 20–22 лет в соответствии с литературными данными.

Как следует из графиков, представленных на рис. 2.6, прогнозируе-

мое накопление радионуклида в древесине было значительно ниже пре-

дела, допустимого по нормативам Республики Беларусь.

Рис. 2.6. Изменение удельной активности древесины в зависимости от вносимых

удобрений при плотности загрязнения почвы 8 Кu/км2

На основании полученных расчетов было также смоделировано на-

копление радиоцезия в древесине при максимально возможной плотно-

сти загрязнения (рис. 2.7).

75

Рис. 2.7. Изменение удельной активности древесины в зависимости от вносимых

удобрений при плотности загрязнения почвы 40 Кu/км2

Можно констатировать, что даже при таком высоком уровне загряз-нения, когда земли не должны использоваться для сельскохозяйственно-го производства и выводятся из оборота, содержание радионуклида в древесине значительно ниже допустимого. Таким образом, можно про-гнозировать, что даже при минимальной дозе внесения калия содержание радионуклида в древесине ивы не превысит допустимого нормативами показателя практически при любом уровне загрязнения и на любых поч-вах. Прогноз для других типов почв можно сделать с учетом корректи-ровки коэффициента накопления, установленного для супесчаных или торфяно-болотных почв согласно «Рекомендациям по ведению агропро-мышленного производства в условиях радиоактивного загрязнения зе-мель Республики Беларусь, 2003».

Модели сделанные с учетом различных фонов загрязнения радио-

нуклидами представлена на рис. 2.8 (без внесения удобрений) и 2.9

(с дозами внесения калия 90 кг/га). Данные модели могут послужить ос-

новой для прогнозирования накопления 137

Cs в древесине ивы, получен-

ной при любой плотности загрязнения.

Рис. 2.8. Изменение удельной активности древесины в зависимости от плотности

загрязнения почвы для участка без внесения удобрения

76

На основании полученных ранее экспериментальных данных были

также построены модели переноса 137

Cs в листья и корни растений ивы.

Рис. 2.9. Изменение удельной активности древесины в зависимости от плотности

загрязнения почвы для участка с внесением калийного удобрения К90

Как уже было установлено ранее, поглощение 137

Cs и его аналога К

листьями в процессе вегетации происходит значительно менее активно,

чем для древесины и корней (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Распределение 137Cs в различных органах ивы

Лимитирующим фактором для производства ивы на землях различ-

ной плотности загрязнения может быть переход радионуклидов в корни,

т. к. его уровень в десятки раз превышает аналогичные коэффициенты,

полученные для древесины (рис. 2.11).

77

Рис. 2.11. Изменение удельной активности корней в зависимости от вносимых

удобрений при плотности загрязнения почвы 8 Кu/км2

Как следует из модели, представленной на рис. 2.11, удельная ак-

тивность корней в конце срока эксплуатации энергетической плантации

ивы по большинству вариантов опыта превышает удельную активность

древесины даже при сравнительно невысокой плотности загрязнения.

На основе полученных экспериментальных данных были также раз-

работаны прогнозные модели накопления для почв различной плотности

загрязнения (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Изменение удельной активности корней в зависимости от плотности

загрязнения почвы для участка без внесения удобрения

Таким образом, для снижения коэффициента накопления радиоак-

тивного цезия в корнях внесение калийных удобрений является очевид-

ным фактором. К примеру, при норме внесения 90 кг на га при плотности

загрязнения 8 Кu/км2 можно получить нормативно чистую биомассу

корней (рис. 2.13).

78

Рис. 2.13. Изменение удельной активности корней в зависимости от плотности

загрязнения почвы для участка с внесением калийного удобрения К90

Исходя из представленных графиков, можно сделать вывод, что при

внесении дозы калийного удобрения К90

удельная активность древесины

уменьшается более чем в три раза, в то время как удельная активность

корней – более чем в четыре раза.

При этом накопление радионуклидов в корнях происходит более

интенсивно, потому что коэффициенты перехода в корни в десятки раз

превышают коэффициенты перехода в древесину.

Таким образом, можно констатировать, что при максимально эф-

фективной дозе внесения калия (90 кг на га), обоснованной в наших пре-

дыдущих исследованиях, содержание 137

Cs превышает установленный

для Республики Беларусь уровень даже при сравнительно невысокой

плотности загрязнения. Отсюда можно предложить два варианта исполь-

зования биомассы корней:

1. Более ранний период раскорчевки плантации. Например, не через

20, а через 10 лет. В этом случае корни частично после дополнительных

измерений могут быть использованы как биотопливо.

2. Измельчение и запашку корней в конце срока эксплуатации

плантации.

Выбор направления должен быть обоснован для конкретных усло-

вий с учетом целей, экологических и экономических условий.

2.3.2. Выращивание ивы на землях, загрязненных

тяжелыми металлами

Под общим термином тяжелые металлы (ТМ) объединены хими-

ческие элементы с относительно высокой атомной массой (свыше 40). Тя-

желые металлы попадают в окружающую среду из природных источников

в результате выветривания горных пород и минералов, эрозионных про-

цессов и вулканической деятельности. Однако нерациональная хозяйст-

79

венная деятельность человека приводит к нарушению кругооборота тяже-

лых металлов, извлечению из резервного фонда и накоплению их в окру-

жающей среде в подвижной легкодоступной растениям форме [156].

Многие тяжелые металлы, такие как марганец, железо, медь, цинк,

молибден, участвуют в биологических процессах и в определенных ко-

личествах являются необходимыми микроэлементами для функциониро-

вания растений, животных и человека.

В частности, марганец входит в состав многих ферментов, хлоро-

филла, активизирует их образование. Он принимает активное участие

в процессах фотосинтеза, дыхания, в азотном, ауксиновом и нуклеино-

вом обменах. Наибольшее количество марганца в растениях находится

в цитоплазме клеток. Медь принимает участие в образовании 19 фермен-

тов, а также в процессах дыхания, фотосинтеза, усвоения молекулярного

азота, биосинтеза хлорофилла. Цинк в растениях участвует во внутри-

клеточной регуляции. В живых организмах цинк входит в состав многих

ферментов, гормонов, эритроцитов.

Однако тяжелые металлы и их соединения также могут оказывать

вредное воздействие на организм человека и состояние природных эко-

логических систем, способны накапливаться в тканях, вызывая ряд забо-

леваний. Из них наибольшую опасность представляют те металлы, кото-

рые широко используются в производственной деятельности, могут на-

капливаться во внешней среде, обладают высокой биологической

активностью и токсичностью. К числу наиболее опасных для биологиче-

ских объектов элементов относятся в частности свинец и кадмий.

К основным источникам тяжелых металлов антропогенного проис-

хождения относятся: продукты сжигания минерального топлива на ТЭЦ,

выбросы в атмосферу при высокотемпературных технологических процес-

сах (металлургия, обжиг цементного сырья, автотранспорт, с/х производ-

ство, примеси в удобрениях, отходах животноводства и птицеводства).

Металлы сравнительно быстро накапливаются в почве и крайне

медленно из нее выводятся, например, период полуразрушения в естест-

венных условиях Zn составляет до 500 лет, Cd – 1100, Сr – 1500, Pb – не-

сколько тысяч лет [Ивлев А. М., 1986].

Существует ряд методов, направленных на рациональное использо-

вание загрязненных ТМ территорий, которые можно объединить по сле-

дующим направлениям. Фиторемедиация от английского remediation – исправление. Это

комплекс методов, направленный на очистку и реабилитацию вод, грун-тов и атмосферного воздуха с использованием зеленых растений путем их специального подбора. Растения должны хорошо расти на загрязнен-ных территориях и не накапливать излишнего количества загрязнителей

80

в концентрациях, превышающих допустимые для хозяйственного ис-пользования нормативы.

Фитоэкстракция – использование растений для извлечения тяже-

лых металлов из почвы и накопления их в биомассе с последующим ска-

шиванием растительного материала. Целью является снижение количества

тяжелых металлов в загрязненной почве до приемлемого минимума. Для фитотехнологий используются различные виды растений, кото-

рые должны обладать следующими характеристиками: быстрый рост, высокая продуктивность, устойчивость к загрязнению. В этой связи ис-пользование быстрорастущих древесных насаждений является альтерна-тивой травянистым видам. В наших экспериментах изучалась возмож-ность выращивания на загрязненных ТМ землях быстрорастущей ивы с целью оценки перспективы получения нормативно чистой древесины ивы с последующим использованием в качестве биотоплива.

Исследования проводились в 2007–2009 гг. на территории Кричев-

ского района Могилевской области. Почвы города Кричева и прилегаю-

щих территорий являются одними из самых загрязненных по тяжелым

металлам не только в области, но и в стране (табл. 2.4).

Таблица 2.4

Среднее содержание тяжелых металлов в городских почвах, мг/кг [168]

Город Тяжелые металлы

Cd Zn Pb Cu Ni Mn

Кричев 0,77 62,2 25,9 9,6 6,3 235

Бобруйск 0,52 48,9 15,4 8,5 4,8 195

Минск 0,44 21,4 10,8 7,4 6,2 163

Жодино 0,31 18,8 5,9 10,9 5,6 168

Солигорск 0,52 28,3 7,8 9,5 6,1 228

ПДК, ОДК* 2,0 220,0 32,0 132,0 80,0 1500

Примечание: * Для суглинистых почв (pH > 5,5).

По данным мониторинга почвы Кричева загрязнены практически

всеми тяжелыми металлами в большей степени, чем Минска или таких

промышленных центров, как Солигорск или Жодино. Особенно сложная

ситуация имеет место для таких элементов, как кадмий и свинец, содер-

жание которых в почве близко к ПДК. По-видимому, это связано с ин-

тенсивной промышленной деятельностью, в частности, наличием пред-

приятий строительной отрасли и производства резины.

Определение тяжелых металлов в почве и растительных образцах

проводили на рентгенофлуоресцентном анализаторе РФА-СЕР-01 произ-

водства фирмы «ElvaX» (Украина). Образцы проб почвы и растений

предварительно доводили до воздушно-сухого состояния и измельчали.

81

Для количественной оценки поступления тяжелых металлов из поч-

вы в растения рассчитывались коэффициенты биологического накоп-

ления (КБН) – отношение содержание тяжелого металла в единице мас-

сы растения (мкг/г) к содержанию тяжелого металла в единице почвы

(мкг/г) (далее по тексту коэффициент накопления).

Полученные экспериментальные данные обрабатывались с помо-

щью методов корреляционного и регрессионного анализа.

Результаты исследований Экспериментальные данные были получены для тяжелых металлов:

кадмий, цинк, свинец, медь, никель и марганец. Измерения проводились в образцах почвы и листьев ивы по вариантам опыта. Результаты иссле-дований представлены в табл. 2.5.

По результатам исследований на экспериментальном участке, кон-

центрация кадмия, одного из самых опасных элементов, была на уровне

ориентировочно допустимой концентрации (ОДК), установленной для

суглинистых и глинистых почв. Следует отметить, что для супесчаных

почв данный показатель составляет 0,5 [129].

Таблица 2.5

Среднее содержание валовых форм тяжелых металлов в почве

и листьях и коэффициенты накопления в листьях ивы, мг/кг

Объект Тяжелые металлы

Cd Zn Pb Cu Ni Mn

Почва 2,02 ± 0,83 43,93 ± 8,32 18,46 ± 2,71 9,35 ± 1,39 5,99 ± 2,04 661,76 ± 230,03

Листья 0,12 ± 0,05 96 ± 43,9 0,98 ± 0,44 2,55 ± 0,77 0,29 ± 0,17 70,74 ± 30,12

КБН 0,06 ± 0,04 2,5 ± 1,30 0,05 ± 0,02 0,31 ± 0,11 0,08 ± 0,05 0,13 ± 0,07

ПДК,

ОДК

2,0 220,0 32,0 132,0 80,0 1500

Концентрация свинца была приблизительно в два раза ниже ПДК.

По остальным элементам концентрация загрязнителей в почве была зна-

чительно ниже допустимой. Измерение тяжелых металлов в листьях по-

зволяет прогнозировать поступление их непосредственно в древесину,

т. е. основную продукцию. В экспериментах M. Borišev и др. было уста-

новлено, что между накоплением тяжелых металлов в листьях и древе-

сине ивы наблюдается прочная корреляционная зависимость. Этот факт

дает возможность использовать данные о накоплении тяжелых металлов

в листьях, как интегральный показатель накопления тяжелых металлов в древесине [Borišev M. et al., 2009].

Результаты наших экспериментов показывают, что коэффициенты

биологического накопления таких тяжелых металлов, как Cd, Pb, Ni из

почвы в листья не велики. Это говорит о том, что мы можем выращивать

82

ивовые насаждения на территориях с повышенным содержанием этих

тяжелых металлов в почве и получать ивовую биомассу с относительно

невысоким содержанием Cd, Pb, Ni.

В то же время растения ивы могут накапливать медь и особенно

цинк. Как было упомянуто выше, данные элементы имеют важное значе-

ние для жизнедеятельности растений и в ряде случаев используются

в качестве минеральных удобрений. Следовательно, растения ивы могут

успешно развиваться на почвах с невысоким содержанием меди и цинка,

например, на выработанных и деградированных торфяниках без допол-

нительных подкормок.

В задачи наших исследований также входило определение зависи-

мости перехода тяжелых металлов в биомассу от доз внесения калийных

удобрений. Почвы Кричевского района в значительной степени загряз-

нены радионуклидами. Как показано в наших предыдущих исследовани-

ях [56], внесение калийных удобрений позволяет контролировать посту-

пление 137

Cs в биомассу ивы. Поэтому интерес представляет также опре-

деление зависимости поступления тяжелых металлов в растения ивы от

норм внесения калийных удобрений. Результаты эксперимента могут

быть использованы для разработки технологий выращивания ивы на уча-

стках с комплексным загрязнением радионуклидами и ТМ.

Результаты экспериментов представлены на рис. 2.14–2.16.

Рис. 2.14. Зависимость коэффициента биологического накопления Zn в листьях ивы

от доз внесения калийных удобрений

83

Рис. 2.15. Зависимость коэффициента биологического накопления Mn в листьях ивы

от доз внесения калийных удобрений

Рис. 2.16. Зависимость коэффициента биологического накопления Cu в листьях ивы

от доз внесения калийных удобрений

Коэффициенты корреляции между такими показателями, как биоло-

гическое накопление марганца и цинка и дозы внесения калийных удоб-

рений составляют около 0,4. Следовательно, существует средней степени

корреляционная зависимость между накоплением данных тяжелых ме-

таллов и дозами внесения калийных удобрений.

84

Между накоплением меди в листьях ивы и внесением калийных

удобрений наблюдалась прочная корреляционная зависимость

(рис. 2.16). Это говорит о том, что внесение калийных удобрений ока-

зывает стимулирующее воздействие на поступление меди в растения ивы

прутовидной.

Как следует из представленных на рис. 2.17 и 2.18 кривых зависи-

мостей, корреляция между коэффициентами биологического накопления

кадмия и свинца и дозами внесения калийных удобрений не наблю-

дается. Это говорит о том, что линейная зависимость между данными па-

раметрами отстуствует.

Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать сле-

дующие выводы.

Растения ивы имеют высокие коэффициенты биологического накоп-

ления цинка и меди и низкие кадмия и свинца.

Внесение калийных удобрений стимулирует накопление таких тя-

желых металлов, как цинк, марганец и медь, и не оказывает сущест-

венного влиния на поступление в растения ивы кадмия и свинца. Техно-

логия возделывания ивы предусматривает высокие нормы внесения

калия. Таким образом, продуктивность ивы на бедных почвах с низким

содержанием микроэлементов будет стимулироваться.

Растения ивы могут эффективно выращиваться на землях, харак-

теризующихся повышенным уровнем загрязнения свинца и кадмия,

например, вдоль дорог или вблизи промышленных объектов. Полученная

древесина может быть использована в качестве биотоплива.

Рис. 2.17. Зависимость коэффициента биологического накопления Pb в листьях ивы

от доз внесения калийных удобрений

85

Рис. 2.18. Зависимость коэффициента биологического накопления Cd в листьях ивы

от доз внесения калийных удобрений

2.4. Экологические аспекты выращивания ивы на выработанных

торфяниках и деградированных торфяных почвах

2.4.1. Возделывание ивы на выработанных торфяниках

Экологическая характеристика выработанных торфяников

В настоящее время добыча торфа осуществляется в основном фре-

зерным способом. Фрезерные поля имеют слабоволнистую поверхность

с сетью осушительных каналов. Площади, освобождающиеся после вы-

работки торфяной залежи, характеризуются различными экологическими

условиями, специфическими особенностями и своеобразием их сочета-

ния. Для этих ландшафтов, преобразованных человеком, нет аналогов

среди естественных земельных угодий.

Своеобразие ландшафтов выработанных торфоместорождений

в каждом отдельном случае зависит от сочетания следующих факторов:

– типа торфа (низинного, переходного или верхового);

– мощности остаточного слоя;

– типа водного питания (атмосферного или грунтового);

– свойств породы, подстилающей торфяную залежь, и в первую

очередь механического состава и водно-физических свойств;

– рельефа местности; – геоморфологических и гидрологических особенностей местности;

– стадий естественной эволюции болота.

86

Торфяные болота бывают трех типов: низинные, переходные и вер-

ховые. По классификации В. Н. Сукачева, низинные и переходные боло-

та относятся к группе болот грунтового питания, имеющих плоскую по-

верхность, а верховые – к группе атмосферного питания с выпуклой по-

верхностью [Сукачев В. Н., 1973].

Низинные торфяники образуются в понижениях рельефа. На дне

этих болот залегают слои хвощевого, тростникового, осокового, а также

смешанных торфов. Эти торфа характеризуются сравнительно высокой

степенью разложения (до 40 %), высокой зольностью (10–20 %), а следо-

вательно, и высоким потенциальным плодородием. Вследствие этого

выработанные площади низинных торфяников должны быть отнесены

к объектам первоочередного сельскохозяйственного освоения.

Переходные торфяники образовались на древних террасах и под-

стилаются, как правило, песками. При выработке верхних слоев (типич-

ных для верховых болот) здесь обнажаются нижележащие слои, состоя-

щие из гипновых, осоково-гипновых, осоково-сфагновых, древесно-

осоковых торфов. Степень разложения этих торфов – от средней до вы-

сокой (30–40 %), зольность также средняя (4–10 %). Выработанные пло-

щади переходных торфяников также могут быть использованы для сель-

скохозяйственного освоения, но с более высокими затратами на окульту-

ривание придонного слоя торфа, чем для низинных.

Верховые болота образуются на водораздельных равнинах. Это ме-

сторождения моренного рельефа, возникающие в условиях атмосферного

питания. Верховой торф (сфагновый) характеризуется слабой степенью

разложения, низкой зольностью (3–5 %), кислой реакцией и высоким

содержанием подвижного алюминия. Сельскохозяйственное освоение

выработанных верховых торфяников нерентабельно, т. к. требует боль-

ших затрат на внесение высоких доз извести, органических и минераль-

ных удобрений в течение длительного времени.

Остаточный торфяный слой выработок существенно отличается по

агрохимическим и биологическим свойствам от торфа верхнего слоя

осушенного болота. В нем полностью заторможены необходимые для

земледелия биологические процессы и образовались недоокисленные

соединения (метан, сероводород, аммиак и др.). Эффективное плодоро-

дие его низкое. В этом слое мало легкорастворимых соединений фосфо-

ра, еще меньше подвижных соединений калия, недостаточно усвояемых

растениями форм азота.

Подстилающая минеральная порода во многом определяет способ

осушения и технологию первичного освоения остаточного слоя торфа

и характер использования этих земель.

87

Подавляющее большинство торфяных почв Беларуси подстилается

песками различной крупности и мощности их залегания. Встречаются

и торфомассивы, подстилаемые суглинками, глинами и сапропелями.

А. А. Ниценко считает, что растительный покров выработанных

торфяников является индикатором не только типа торфяника, но и опре-

деленных экологических условий среды, включая и водный режим [Ни-

ценко А. А., 1965].

Следовательно, по характеру растительного покрова на торфовыра-

ботках можно ориентировочно судить о путях и приемах их сельскохо-

зяйственного освоения.

Так, на выработанных верховых торфяниках зарастание поверхно-

сти фрезерных полей протекает медленно и начинается лишь на третий-

четвертый год после окончания выработки. Водный режим таких участ-

ков характеризуется резкими колебаниями в течение вегетационного пе-

риода – от пересыхания до переувлажнения.

На выработках верховых водораздельных торфяников через 15–

20 лет развиваются березово-осиновые молодняки.

Выработанные торфяники переходного типа зарастают значительно

быстрее. Растительность здесь появляется уже на второй год после окон-

чания выработки. Через 10 лет на менее увлажненных участках образу-

ются смешанно-березовые молодняки, на сильно переувлажненных – ив-

няки с осоковым и травяно-осоковым покровом.

На выработанных торфяниках низинного типа в условиях сравни-

тельно слабого переувлажнения зарастание начинается с первого года

и не проходит стадию сорных растений. Здесь сразу появляются всходы

древесных пород, кустарников и травянистых (разнотравно-злаковых)

растений. При избыточном увлажнении низинных торфяников зараста-

ние выработанных площадей происходит медленнее. В течение первых

6–7 лет развиваются травянистые ассоциации, затем разрастается ива,

и через 10–12 лет формируются кочкарно-осоковые ивняки.

Изложенное выше показывает, что помимо природного разнообра-

зия территорий выработанных торфяников их пестрота еще более увели-

чивается в связи с тем, что осваиваемые участки могут находиться на

разных стадиях зарастания.

Кроме того, следует учитывать, что даже на территории одного уча-

стка создаются неравномерные условия водного и теплового режимов

вследствие неровностей минерального дна болота и различий в мощно-

сти остаточного слоя торфа.

Морфологические признаки почвенного профиля выработанных

торфяных месторождений также отличаются большим разнообразием.

Обычно различают 4 горизонта.

88

1. Торфяный горизонт (придонный слой), мощность которого не-

равномерна по площади торфяника и может колебаться от 0–10 до 50–

80 см и более в зависимости от неровностей минерального дна болота.

2. Контактный горизонт (минеральный), лежащий на границе с под-

стилающей минеральной породой. Эта прослойка мощностью от 4 до

16 см, серого цвета, обогащенная органическими веществами, очень

плотная, как бы сцементированная, и почти водонепроницаемая.

3. Глеевый горизонт (минеральный) мощностью от 40 до 70 см.

4. Материнская почвообразующая порода.

В ряде случаев может отсутствовать глеевый горизонт или контакт-

ный. Иногда контактный горизонт выражен недостаточно четко и т. д.

Под влиянием осушения и сельскохозяйственного освоения выра-

ботанных площадей степень разложения обрабатываемого слоя торфа

значительно повышается, а следовательно, возрастает его естественное

плодородие. Наиболее высокую зольность, т. е. содержание в торфе ми-

неральных соединений, имеют низинные и переходные торфы, т. к. они

образуются в условиях грунтового водно-минерального питания. Верхо-

вой торф имеет зольность в 2,5–3 раза ниже, чем низинный.

Высокая кислотность верховых торфов отрицательно сказывается

на содержании в них азота, т. к. тормозит жизнедеятельность почвенных

микроорганизмов. Следует отметить, что содержание общего азота

в торфе говорит лишь о потенциальном его плодородии и высокой удоб-

рительной ценности в связи с тем, что большая часть азота связана с ор-

ганическими соединениями и недоступна растениям. Однако азот гуми-

новой фракции при соответствующих условиях может минерализоваться

и переходить в доступные для растений формы NH3 и NО3.

Несмотря на большую пестроту выработанных торфяников, общим

для всех их типов и видов является то, что на дневную поверхность по-

сле выработки выходит наиболее древний, спрессованный, бесплодный

придонный слой.

Однако вышедший на поверхность придонный слой торфа подвер-

гается воздействию природных климатических факторов (кислорода воз-

духа, осадков, температурных колебаний), животных и растительности.

На поверхности его начинается цепь медленных изменений. При улуч-

шении аэрации начинаются процессы окисления, появляются грибы

и аэробные бактерии, усиливается минерализация органического веще-

ства и разложение вредных соединений. Эти процессы изменения небла-

гоприятных химических свойств остаточного слоя торфа в естественных

условиях проходят крайне медленно. Даже на третий год после оконча-

ния выработки верхового торфяника на заброшенных площадях корневая

система единичных сорных растений проникает вглубь не более чем на

89

3–4 см и имеет горизонтальное распространение почти у самой поверх-

ности почвы.

При выборе площадей под сельскохозяйственное освоение необхо-

димо учитывать агрохимические свойства выбираемого участка.

Общим для всех типов выработанных торфяников является незна-

чительное содержание Р2О5 и К2О, а также азота в усвояемой форме.

Следовательно, освоение любых площадей связано с внесением высоких

доз минеральных удобрений в первые годы.

Кроме типа торфа и мощности его остаточного слоя, при определе-

нии хозяйственной ценности выработанных месторождений большое

значение имеют особенности водно-минерального питания болота.

Характер увлажняющих вод во многом определяет химические

свойства торфа, а следовательно, и систему агротехнических и организа-

ционных мероприятий, необходимую для освоения конкретных вырабо-

танных площадей.

Например, площади выработанных низинных торфяников, питае-

мых жесткими (известковыми) водами, имеют нейтральную реакцию

и не нуждаются в известковании. Органическое вещество этих торфов

(в первую очередь гумус) более устойчиво к вымыванию. Вследствие

этого картовая осушительная сеть канав, оставшаяся после окончания

выработки, менее заплывает и медленнее разрушается, чем на торфяни-

ках, питаемых мягкими (кислыми) водами. Низинный торф такого типа

сравнительно интенсивно разлагается и содержит мало подвижного

алюминия. В торфах, питаемых жесткими водами, наблюдается высокое

содержание закисных соединений железа (Fе2О3) и труднорастворимых

соединений фосфора (вивианит и др.), вредных для растений. Низинные

болота, увлажняемые жесткими водами, распространены преимущест-

венно в южной части Нечерноземной полосы.

Остаточный слой торфа низинных болот, увлажняемых мягкими

водами, характеризуется высокой кислотностью, значительной раство-

римостью органического вещества, высоким содержанием подвижных

соединений алюминия и железа. Открытая сеть каналов на таких участ-

ках заплывает в короткий срок, а отводимые ею воды имеют красновато-

коричневый оттенок. При освоении подобных выработанных месторож-

дений требуется неоднократное внесение высоких доз извести.

Придонный слой торфа, вышедший на дневную поверхность при

выработке, отличается худшими водно-физическими свойствами. Харак-

терной особенностью выработанных торфяников любого типа является

резкий перепад всех водно-физических характеристик при переходе от

торфяного слоя к минеральной подстилающей породе.

90

Плотность сложения (объемная масса) остаточного слоя торфа в не-

сколько раз ниже, а порозность (пористость) и водопроницаемость – вы-

ше, чем в контактном слое. А. А. Галкина, изучавшая свойства вырабо-

танных торфяников на Украине, считает, что на границе торфяного

и контактного слоев происходит разрыв капиллярной связи, вследствие

чего почти полностью нарушается снабжение торфяного слоя водой из

нижележащих минеральных горизонтов. Остаточный слой торфа, как бы

отрезанный от подстилающих грунтов, испытывает резкие колебания

влажности в течение вегетационного периода от переувлажнения до пе-

ресыхания [Галкина А. А., 1974].

Общей закономерностью является возрастание объемной массы

и плотности в остаточном слое торфа вглубь и резкий скачок всех физи-

ческих свойств в подстилающей минеральной породе. В ряде случаев

верхний слой торфяного горизонта (0–10 см) имеет более высокие объ-

емную массу и плотность, чем нижерасположенные. Очевидно, извест-

ную роль здесь играет также примешивание минерального грунта при

обработках. Чем меньше мощность остаточного слоя торфа, тем ближе

к поверхности граница разрыва капиллярной связи и тем хуже водный

режим в пахотном слое выработанного торфяника.

Водно-физические свойства на участке с мощным слоем остаточно-

го слоя торфа (до 100 см) изменяются по глубине почвенного профиля

постепенно, что создает более выровненный водный режим в верхнем

пахотном слое по сравнению с участком, где оставлен маломощный ос-

таточный слой.

Одним из важных показателей водно-физических свойств почвы яв-

ляется содержание в ней воздуха, кислород которого определяет степень

минерализации органического вещества.

Аэрация в остаточном слое торфа выработанных торфяников почти

полностью отсутствует (содержание кислорода не превышает 2–6 %),

тогда как в верхних слоях невыработанных торфяников уровень содер-

жания кислорода колеблется в пределах 37–62 %.

При сельскохозяйственном освоении выработанных площадей

и проведении ежегодных обработок почвы аэрация резко увеличивается

(на разных типах торфяников от 14 до 46 %), так же как и порозность

этих почв. В нижних слоях выработанных торфяников аэрация полно-

стью отсутствует из-за переувлажнения, при котором все поры заполне-

ны водой.

Изменения рельефа минерального дна болота и неравномерность

мощности остаточного слоя торфа создают значительные колебания

в режиме грунтовых вод на территории торфяника. Исследованиями ус-

тановлено, что уровни грунтовых вод (далее – УГВ) на этих площадях

91

крайне неустойчивы и резко изменяются как по территории выработан-

ных массивов, так и во времени. Колебания УГВ здесь также зависят от

неравномерности выпадения осадков и гидрогеологических условий.

Вследствие разрыва капиллярных связей между торфом и мине-

ральной породой (особенно песками и супесями) при их различной водо-

подъемной способности режим влажности верхней части остаточного

слоя торфа мало зависит от колебаний УГВ. Поэтому в период снеготая-

ния и при выпадении осадков наступает переувлажнение верхнего слоя

торфа, а летом в засушливые периоды – пересыхание, когда влажность

почвы снижается почти до влажности завядания растений. Верхний слой

при высоком содержании недоступной для растений воды (мертвый за-

пас составляет 35–38 % от ПВ) быстро теряет подвижную воду, и вслед-

ствие нарушения капиллярной каймы на участке с остаточным слоем

торфа свыше 50 см и при уровне грунтовых вод ниже 50 см верхний уро-

вень капиллярной каймы, находясь в толще торфа, не достигает верхнего

слоя. В то время как верхний слой торфа пересыхает, в минеральных го-

ризонтах сохраняется высокое содержание влаги, особенно в контактном

слое (до 90 % от объема), а в минеральной подстилающей породе до

60 % от объема.

Исследования водно-физических свойств различных горизонтов

выработанного торфяника показали, что самый низкий коэффициент

фильтрации характерен для контактного слоя торфа и минерального

(песчаного) грунта.

Тепловой режим почвы выработанных торфяников подвержен зна-

чительным колебаниям в суточной и сезонной динамике. Чем выше

влажность верхней части остаточного слоя торфа, тем ниже его темпера-

тура (т. к. теплоемкость воды в 4 раза выше, чем органического вещества

торфа). Для таких почв характерны резкие смены тепла и холода в те-

чение сезона, а также частые заморозки на поверхности почвы.

На вновь осваиваемых выработанных торфяниках в условиях

неблагоприятного пищевого режима особое значение имеет применение

микроудобрений, особенно борных, медных и молибденовых.

Потребность в микроудобрениях устанавливают в каждом конкрет-

ном случае по результатам агрохимических анализов. Бедными, т. е. тре-

бующими внесения микроудобрений, считают почвы, содержащие (мг на

1 кг почвы): бора – 0,2–0,3, меди – 0,3–1,5, молибдена – 0,05–0,15, ко-

бальта – 0,2–1,0.

Таким образом, можно заключить, что на выработанных торфяных

площадях, предназначенных для дальнейшего хозяйственного исполь-

зования, имеет место значительная вариабельность по таким показате-

92

лям, как степень разложения и мощность торфяного горизонта, золь-

ность, содержание питательных элементов.

Это обуславливает ряд проблем для их эффективного сельскохо-

зяйственного использования, особенно при возделывании требователь-

ных к условиям произрастания культур.

Литературные данные свидетельствуют, что растения ивы отли-

чаются значительным видовым разнообразием и требованиями к усло-

виям выращивания. Растения ивы вида Salix viminalis, на базе которого

создано большинство культивируемых клонов, являются достаточно тре-

бовательными к условиям выращивания. Тем не менее, этот вид, так же

как и виды ива остролистная или ива ушастая, может успешно произра-

стать на торфяных площадях. В наших экспериментах изучалась воз-

можность получения биомассы ивы именно на выработанных торфяни-

ках. Это позволяет решать две задачи: вовлечение в сельскохозяйст-

венный оборот и рекультивацию выработанных торфяных площадей

и получение древесины для производства энергии.

Рост и развитие ивы на выработанных торфяниках Экспериментальные исследования проводились на выработанных

торфяниках, расположенных на территории УП «Лидское» Лидского

района. Результаты первых лет экспериментов показали, что ключевым

фактором, влияющим на выход биомассы ивы, является гетерогенность

торфяников. На сравнительно небольшой площади может располагаться

несколько типов торфяника, которые существенно различаются между

собой по ряду показателей.

Экспериментальный участок был заложен в 2007 г. на площадях,

пустующих после окончания разработки и добычи торфа.

Общая площадь опыта 0,1 га. Площадь опытной делянки 50 м2. Рас-

положение делянок рендомизированное. Уровень грунтовых вод в тече-

ние периода наблюдений составлял 80–120 см. Для наблюдения были

выбраны растения ивы вида Salix viminalis.

Опыт закладывался на выработанных торфяниках переходного

и низинного типа, которые характеризовались различной мощностью тор-

фяного слоя, максимально глубиной до 50 см. Экспериментальный уча-

сток характеризовался высокой степенью почвенной неоднородности. Для

проведения экспериментов было выбрано 4 наиболее типичных участка:

1. Низинный торфяник с глубиной торфяной залежи более 50 см

(с высокой степенью разложения торфа).

2. Низинный торфяник с глубиной торфяной залежи более 50 см

(с низкой степенью разложения торфа).

93

3. Низинный органно-минеральный с глубиной торфяной залежи

до 30 см.

4. Переходный тип (высокая степень минерализованности почвы).

Результаты почвенного анализа представлены в табл. 2.6.

Таблица 2.6

Результаты почвенного анализа вариантов опыта

Участок Зольность, % NO3, мг/кг P2O5, мг/кг K2O, мг/кг pH

1 9 27,81 81,8 207,45 5,35

2 3 308,4 17,24 409,11 5,65

3 9 79,4 4 106,4 5,2

4 10 15,53 28,71 34,96 5,85

Как следует из приведенных данных, для всех почвенных разностей

экспериментального участка показатели по кислотности были близки к

оптимальным и наблюдались значительные отличия по содержанию

важнейших элементов питания – фосфора и калия.

Тем не менее, с целью снижения кислотности и улучшения структу-

ры почвы весной 2007 г. при подготовке и перепашке участка в качестве

известкового удобрения было внесено от 5 до 10 т на га золы, в зависи-

мости от варианта опыта.

Хорошо разложившийся торфяной слой, характерный для первого

варианта, обусловил высокий уровень зольности и относительно непло-

хие показатели содержания азота, фосфора и калия.

В то же время слабо разложившийся торфяник, с низким уровнем

зольности, даже при условии наличия мощного торфяного горизонта не

обеспечивает необходимых условий для хорошего развития растений,

что может быть связано как с недостаточной аэрацией верхнего переуп-

лотненного горизонта, так и с количеством доступных для растений эле-

ментов минерального питания. Азот во втором варианте, несмотря на его

высокое содержание, был практически недоступен для растений ивы, что

согласуется с приведенными выше литературными данными.

На протяжении исследований изучалась динамика роста и развития

растений ивы, особенности водного и питательного режимов, фитосани-

тарное состояние посадок. Изучение данных аспектов позволило разра-

ботать элементы технологии и обосновать перспективность производства

биомассы растений с учетом гетерогенности торфяника. Метеорологические условия 2007 г. были достаточно благоприят-

ными для растений ивы. Это обусловило высокий коэффициент прижи-ваемости растений на уровне 90 %. Уже первые измерения параметров растений показали, что наблюдается существенная разница интенсивно-

94

сти роста по вариантам. Наиболее активно развивались растения на хо-рошо разложившемся торфянике (2 и 3 вариант).

В осенний период 2007 г. растения были подрезаны в соответствии

с технологией. Таким образом, дальнейшие наблюдения (с 2008 г.) проводи-

лись на плантации второго года вегетации или первого года производства. Динамика высоты растений после отрастания в 2008 г. представлена

на рис. 2.19, а финальные показатели параметрических измерений за 2008 г. – в табл. 2.7.

Рис. 2.19. Динамика высоты растений ивы. 2008 г.

Таблица 2.7

Параметрические показатели растений ивы (2008 г.)

Вариант Высота растения,

см

Диаметр ствола

у основания, мм

Количество стеб-

лей на растении

1 219 12,5 2

2 206 10,0 3

3 232 13,6 2

4 176 11,0 3

Для приблизительной оценки параметров роста и развития растений

ивы на данном этапе было интересно сравнить их с растениями анало-

гичного возраста, выращенными в других экологических условиях.

В качестве контрольного варианта для проверки взяты результаты,

полученные на аналогичных клонах ивы, высаженных на минеральных

почвах, на экспериментальных участках в Мазура Университете г. Оль-

штын, Польша (табл. 2.8).

95

Таблица 2.8

Высота и диаметр ствола растений второго года возделывания. Польша

[Szczukowski S. et al., 2005]

№ п/п Форма Высота растений, м Диаметр ствола, мм

1 Salix viminalis 051 2,56 12,3

2 Salix viminalis 052 2,97 13,5

3 Salix viminalis 053 2,79 12,6

4 Salix viminalis 082 2,97 14,1

5 Salix viminalis var. gigantea 2,85 14,0

6 Salix viminalis cul. Piaskowka 2,90 12,8

среднее 2,84 13,3

Данные по измерению растений, представленные в табл. 2.8, полу-

чены на оптимальных для выращивания ивы плодородных минеральных

почвах в Польше. Очевидно, что растения, выращенные на выработан-

ном торфянике, отставали от польских аналогов по высоте, но на лучших

вариантах почти соответствовали им по диаметру ствола.

Результаты экспериментов показывают, что развитие растений ивы

в значительной мере зависит от зольности и степени разложения торфяника.

Хорошо разложившийся торфяной слой, характерный для первого

и третьего вариантов, обусловил высокий уровень зольности и относи-

тельно неплохие условия для растений ивы.

В то же время слабо разложившийся торфяник, с низким уровнем

зольности, даже при условии наличия мощного торфяного горизонта не

обеспечивает необходимых условий для хорошего развития растений,

что может быть связано как с недостаточной аэрацией верхнего переуп-

лотненного горизонта, так и с количеством доступных для растений эле-

ментов минерального питания. Очевидно, что азот во втором варианте,

несмотря на его высокое содержание, был практически недоступен для

растений ивы, что согласуется с приведенными выше литературными

данными. Данный вывод подтверждается динамикой развития растений

в последующие годы.

После двух лет возделывания растения ивы практически останови-

лись в росте, выглядят угнетенными, с явными признаками физиологиче-

ских нарушений (рис. 2.20). В результате высота растений на таких уча-

стках, как правило, не превышает 1,5–2 м и выход биомассы, что являет-

ся основной целью возделывания быстрорастущей ивы, остается невы-

соким. В то же время на первом и третьем участках параметры растений

более оптимальные и ивы достигают 3 м и более в высоту (рис. 2.21).

В 2010 г., т. е. на третий год эксплуатации растения ивы на лучших

участках по своему внешнему виду незначительно уступали растениям,

выращиваемым на минеральных почвах.

96

Рис. 2.20. Растения ивы второго года выращивания. УП «Лидское»,

участок № 4 – 2009 г.

В соответствии с данными зарубежных авторов в зависимости от технологии и условий выращивания, а следовательно от скорости нарас-тания, биомасса ивы убирается на 3 или 4 год после подрезки. Наши экс-перименты показывают, что для выработанных торфяников оптималь-ным является трехлетний цикл. Корневая система ивы на выработанных торфяниках развивается менее интенсивно, чем на минеральных почвах. В результате при достижении 3–4 м высоты растения практически оста-навливаются в росте и набирают биомассу только за счет увеличения диаметра. Во-первых, некоторое увеличение биомассы на четвертый год производства не будет окупаться экономически, и, во-вторых, утолщение ствола создаст дополнительные трудности при уборке и измельчении древесины.

Рис. 2.21. Растения ивы второго года выращивания.

УП «Лидское», участок № 1 – 2009 г.

97

Таким образом, к концу 2010 г. или потенциальному уборочному

периоду средняя высота растений на лучших вариантах (участки с хоро-

шим разложением торфа и органоминеральные субстраты) достигала 3–

3,5 м (рис. 2.22).

Рис. 2.22. Растения ивы на выработанных торфяниках УП «Лидское». 2010 г.

Динамика роста растений ивы за все годы представлена на рис. 2.23,

а продуктивность плантаций ивы, рассчитанная по массе средней выбор-

ки растений, – в табл. 2.9.

Рис. 2.23. Динамика высоты растений ивы. 2008–2010 гг.

98

Таблица 2.9

Продуктивность биомассы растений ивы после 3 лет выращивания

на выработанных торфяниках

№

участка

Выход биомассы при влажности, т/га

(всего)

Выход биомассы при влажно-

сти, т/га (в расчете на год)

45 % 10 % 45 % 10 %

1 35,12 22,8 11,6 7,6

2 23,58 15,2 7,8 5,0

3 56,46 36,6 18,8 12,2

4 18,12 11,7 6,04 3,9

Таким образом, на вариантах с хорошо разложившимся торфом вы-

ход биомассы составляет от 7 до 12 т с га в пересчете на трехлетний цикл

и 10 %-ную влажность.

2.4.2. Особенности роста и развития ивы на деградированных

торфяниках

Существует ряд как объективных, так и субъективных причин де-

градации пахотных земель. Тем не менее, отдельные факторы деграда-

ции могут и должны быть сведены к минимуму при условии проведения

грамотной и последовательной политики экологического управления.

К особому виду деградации земель относится так называемая био-

логическая эрозия. Она проявляется систематически на осушенных тор-

фяно-болотных почвах, что приводит к их ускоренному разрушению,

которое усиливается при нарушении правил эксплуатации мелиоратив-

ных систем и нерациональной агротехнике. В результате по состоянию

на 2010 г., более 50 тыс. га ТБ почв в РБ (около 10 % от всей площади),

деградировало в малопродуктивные песчаные почвы.

Для проведения экспериментов по теме исследований подобрана

площадка в Кобринском районе Брестской области на землях, принадле-

жащих СПК «Верхолесское» (деградированные торфяники).

Климат Брестской области умеренно-влажный с мягкой короткой

зимой и умеренно-теплым продолжительным летом. Территория Коб-

ринского района по агроклиматическому районированию относится

к южной повышенно-теплой и неустойчиво-влажной зоне республики.

Теплый период длится 256 дней. Продолжительность холодного пе-

риода равна 109–110 дней. Среднемесячная температура воздуха в июле

колеблется в пределах +18,5–19 °С, в январе –4,5–5,0 °С. Средняя годо-вая температура воздуха в Кобринском районе составляет 7,0–7,5 °С.

В районе в среднем выпадает 541 мм осадков. Основное их количест-

во – 450 мм – приходится на теплый период. В отдельные годы наблюдается

99

значительное отклонение от средних многолетних данных: в дождливые

выпадает до 1000 мм, а в засушливые – 300 мм. Количество выпадающих

осадков по годам, сезонам, месяцам, декадам крайне неравномерно и измен-

чиво, что является характерной особенностью района.

Метеорологические условия, сложившиеся в годы проведения ис-

следования (2008–2010 гг.), можно характеризовать как удовлетвори-

тельные для роста и развития растений ивы, при этом в годы проведения

эксперимента наблюдались отклонения от средних многолетних данных

как по температуре, так и по количеству выпавших осадков. Данные на-

блюдений приведены на рис. 2.24, 2.25.

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

апр май июн июл авг сен

месяц вегетационного периода

тем

пер

ату

ра,

ºС

2008

2009

2010

многолетние

Рис. 2.24. Распределение температуры воздуха в течение вегетационного периода

(Кобринский район, Брестская область)

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь

ко

ли

честв

о о

сад

ко

в,

мм

месяц вегетационнго периода

многолетние

2008

2009

2010

Рис. 2.25. Распределение количества осадков в течении вегетационного периода

(Кобринский район, Брестская область)

100

Следует отметить, что в 2008–2010 гг. наблюдалась более высокая

температура воздуха, при этом количество выпавших осадков было

существенно ниже, чем средние многолетние значения. Это неблаго-

приятным образом сказывалось на росте исследуемых клонов ивы.

Почва опытного участка торфянисто-песчано-глеевая слабокислая

и кислая (pH 5,1–5,6). Содержание гумуса – 7,5 %, P2O5 – 22 мг/100 г

и K2O – 15 мг/100 г – низкое.

Площадь опытной делянки зависела от схемы высадки растений

(сплошные ряды и ленты) и составляла 20,16–30,24 м2. Повторность

опыта четырехкратная. Расположение делянок рендомизированное. Рас-

стояние между опытными делянками составляло 1,4 м, между ярусами –

1 м. Количество растений на опытной делянке – от 63 до 108 (в зависи-

мости от густоты посадки). Ширина защитных полос составила 5 м. На

защитных полосах посеяны многолетние травы. Общая площадь опыта

составила 0,2 га.

На опытном участке в Кобринском районе в апреле 2008 г. была

проведена вспашка и культивация с последующим боронованием. До

заложения опыта на данной территории выращивались овощи, вико-

овсяная смесь и медонос.

Высокое качество посадочного материала – важнейшее требование

при создании ивовых плантаций, т. к. от него в значительной степени

зависит производительность и долговечность культур. В настоящее вре-

мя в Республике Беларусь не проводится работа по селекции и первич-

ному семеноводству ивы. Элитный посадочный материал был приобре-

тен в Республике Польша, в университете г. Ольштын, который является

центром по гибридизации и размножению ивы. Для закладки маточной

плантации в СПК «Верхолесский» черенки также заготавливались на

маточной плантации в Лидском районе.

Посадка ивы была проведена в оптимальные рекомендуемые сроки

для Кобринского района (по литературным данным и результатам работ

зарубежных исследователей), в 1-ой декаде мая.

На деградированных торфяниках были заложены следующие поле-

вые эксперименты.

1. По изучению развития различных клонов ивы, выращивае-

мых на деградированных торфяниках. Схема опыта включала 4 варианта. Эксперимент был заложен в че-

тырехкратной повторности, классическим латинским квадратом, что

обусловило одинаковые условия для роста и развития растений ивы.

Схема опыта:

1) клоны на основе ивы корзиночной Salix viminalis Valetas Gigantia

(Sprint) (Швеция);

101

2) клоны на основе ивы ушастой Salix dasyclados Loden (Швеция);

3) клоны на основе ивы корзиночной Salix viminalis Valetas Gigantia

(Тurbo) (Польша);

4) клон ивы белой Salix Alba (Польша).

Всего было высажено по 200 растений каждого клона.

2. По изучению развития ивы в зависимости от схемы и густоты

посадки. Густота посадки ивы зависит от схемы и сложившейся технологии.

Количество растений на гектаре площади может колебаться от 15 до

40 тыс. В настоящее время в зарубежных странах используется ленточ-

ная схема посадки или рядовая, с одинаковым расстоянием между ряд-

ками. Например, в Швеции или США используется следующая схема:

двухрядная лента с междурядьем 75 см и расстоянием между лентами

125 см. Расстояние между растениями в рядке 50 см. В Польше густота

посадки составляет около 40 тыс. на га, при междурядье 75 см и расстоя-

нии в рядке 33 см.

В свою очередь, от густоты посадки зависит не только выход про-

дукции, но и экономическая эффективность, т. к. стоимость черенков

составляет весомую часть от сметы расходов на возделывание ивы. В наших экспериментах изучались рядовая и ленточная схемы по-

садки ивы. Густота посадки составляла 20, 30, 40 тыс. растений на га. Эксперименты проводились с растениями клона Salix viminalis

Valetas Gigantia (Sprint) (Швеция).

Таким образом, схема опыта включала 6 вариантов. Схема опыта: 1) сплошная посадка – 20 тыс. растений на га; 2) лента – 20 тыс. растений на га; 3) сплошная посадка – 30 тыс. растений на га; 4) лента – 30 тыс. растений на га; 5) сплошная посадка – 40 тыс. растений на га; 6) лента – 40 тыс. растений на га. Опыт был заложен в четырехкратной повторности. После укоренения черенков была проведена химическая обработка

опытного участка гербицидом «Торнадо» против однолетних и много-

летних сорных растений. Два раза за вегетационный период проводилась

ручная прополка посадок ивы на опытном участке.

Рост и развитие различных клонов ивы Первые наблюдения, проведенные 10 июня 2008 г., показали, что

приживаемость черенков ивы была достаточно высокой – порядка 98 %. Зависимость приживаемости от клона не наблюдалась (рис. 2.26).

102

А Б

Рис. 2.26. Опыт № 1 – растения 1-го года жизни: А – 3 дня после посадки, Б – 1 месяц после посадки

Различия по высоте растений ивы в зависимости от клона имели ме-

сто после первого месяца выращивания. К концу вегетационного перио-

да можно констатировать, что наиболее активно развивались клоны Salix

viminalis Valetas Gigantia (Тurbo). Высота растений остальных клонов

была достаточно близкой (рис. 2.27).

Рис. 2.27. Высота растений ивы различных клонов (Кобрин, 2008 г.)

Рост и развитие ивы в зависимости от схемы и густоты посадки

Как уже было отмечено, существуют различные схемы посадки ивы.

В любом случае, они ориентированы на традиционную технологию и за-

103

висят от средств механизации. Например, в Европе и США традиционная

ширина междурядья при возделывании пропашных культур составляет

75 см. Это расстояние соответствует технологической колее тракторов,

используемых в сельскохозяйственном производстве зарубежных стран.

В Республике Беларусь традиционная ширина междурядий, используемая,

например, для картофеля или кукурузы, составляет 70 см. Увеличение ме-

ждурядий до 75 см для этих культур оказалось неэффективным. Второй

аспект – это использование схем с ленточной высадкой черенков ивы. Та-

кие схемы предпочтительнее с точки зрения оптимизации площади пита-

ния растений, но менее приемлемы с технологической точки зрения. При

различных схемах посадки изменяется не только густота, но и структура

себестоимости, например, затраты на посадочный материал или уборку

биомассы. Таким образом, полученные в наших исследованиях результаты

позволят обосновать и предложить наиболее оптимальные схемы посадки

растений ивы с учетом всех аспектов.

Результаты 2008 г. свидетельствуют, что начиная с середины веге-

тационного периода наблюдаются определенные различия по высоте

растений. К концу 2008 г. наиболее активно развивались растения на ва-

риантах с более разреженными схемами посадки (ленточная с расстояни-

ем между растениями 60 см и сплошная с расстоянием 60 см) (рис. 2.28).

Рис. 2.28. Динамика высоты растений при различных схемах посадки. 2008 г.

Результаты измерения высоты растений за три года представлены

на рис. 2.29. Как следует из представленных данных, четкая зависимость высоты

растений от густоты посадки отсутствует. Можно отметить, что в целом растения ивы на вариантах со сплошной схемой посадки развиваются несколько лучше.

104

Рис. 2.29. Динамика высоты растений ивы за 2008–2010 гг. при различных схемах

посадки

Полученные данные показывают, что деградированные торфяники в целом являются подходящими для роста и развития растений ивы в условиях нашей страны. В перспективе их можно эффективно исполь-зовать для производства биомассы быстрорастущей ивы для энергетиче-ских целей. На второй год выращивания растения ивы на Кобринском экспериментальном участке достигают высоты 3–4 м, а на третий год – 5–6 м, что соответствует динамике их роста на данный период в зару-бежных странах (рис. 2.30 и 2.31).

Рис. 2.30. Плантация быстрорастущей ивы на деградированных торфяных почвах

(Кобринский район, 2010 г.)

Диаметр растений составлял в среднем от 5 до 7 см, что является

оптимальным с точки зрения механизированной уборки.

105

Рис. 2.31. Растение ивы. Третий год выращивания (Кобрин, 2010 г.)

2.5. Перспективы возделывания ивы на легких минеральных

почвах

Как уже было отмечено выше, проблема получения стабильно вы-

сокого выхода биомассы на легких песчаных и супесчаных почвах также

остается дискуссионной. Наши исследования проводились в полевых

и вегетационных условиях. Полевые опыты на супесчаных почвах про-

водились на экспериментальном участке в колхозе им. Суворова,

Кричевского района, Могилевской области в течение 2007–2008 гг.

Исходная агрохимическая характеристика опытного участка: K2O –

201–400 мг/100 г (низкое), P2O5 – 201–500 мг/100 г (среднее), содержание

гумуса –1,3 % (ниже среднего уровня по Республике Беларусь). Почвы

опытного участка дерновоподзолистые супесчаные.

Как показали эксперименты, приживаемость растений ивы на су-

песчаных почвах соответствовала аналогичному эксперименту, зало-

женному на легких суглинистых почвах в том же районе. Погодные ус-

ловия в течение периода май–июль 2007 г. отличались аномально вы-

сокими температурами и отсутствием осадков (рис. 2.32 и 2.33).

106

Рис. 2.32. Температура воздуха в течение вегетационного периода 2007 г.

(Кричевский район)

Рис. 2.33. Динамика выпадения осадков в 2007 г. (Кричевский район)

В результате к началу июня растения имели угнетенный вид, и к сере-

дине лета гибель растений ивы составила около 50 % (рис. 2.34). Дальней-

ший рост количества осадков в июле месяце в сравнении со среднемного-

летними данными не компенсировал отставание в развитии растений.

К концу вегетационного периода 2007 г. растения не выдержали

конкуренции с сорняками, и плантация погибла.

В 2009 г. полевые эксперименты были продолжены в филиале РУП «Брестэнерго», «Агроэнерго Зеленевичи». Почвы опытного участка

дерновоподзолистые, связные супеси по гранулометрическому составу

(см. табл. 2.10).

107

Рис. 2.34. Полевые наблюдения 24–25 мая 2007 г.

Таблица 2.10

Результаты агрохимических анализов участка «Зеленевичи»

Почвы рН Р2О5, мг/кг К2О, мг/кг Азот общий, %

Связные супеси 4,88 83,4 37,8 0,10

Агрохимические анализы показали, что почвы опытного участка

характеризовались повышенной кислотностью и относительно невысо-

ким содержанием питательных элементов. До закладки плантации было

проведено известкование почв, внесение гербицидов и минеральных

удобрений. Участок располагался вблизи реки, т. е. на хорошо увлаж-

ненных почвах.

К концу первого года вегетации высота растений в среднем соста-

вила более 2,5 м, что соответствует зарубежным аналогам (рис. 2.35).

Отдельные участки, как показали дополнительные исследования, не

были произвесткованы должным образом. В результате на кислых поч-

вах растения выглядели угнетенными и частично выпали.

Таким образом, можно заключить, что при оптимальных условиях

известкования и внесения минеральных удобрений продуктивность ивы

на связных супесчаных почвах может быть достаточно высокой. Ключе-

вым фактором, по-видимому, является обеспеченность влагой.

108

Рис. 2.35. Растения ивы на участке «Зеленевичи»

В 2010 г. были дополнительно проведены исследования в вегетаци-

онных условиях на базе отдела физиологии растений Департамента по

биологии и экологии Природно-математического факультета Универси-

тета г. Новый Сад (Сербия) (рис. 2.36).

Для проведения исследований были отобраны черенки клонов бы-

строрастущей ивы (Salix Alba – клоны V-107/65/1 и V-158; и Salix

Viminаlis). Материал для исследований был предоставлен Институтом

лесоводства и защиты окружающей среды, г. Новый Сад, Сербия (Insti-

tute of Lowland Forestry and Environmental Protection, Novi Sad, Serbia).

Клоны высажены в апреле 2010 г. на песчаном и торфяном субстрате

и питательной среде, с различной концентрацией питательных элементов.

109

Рис. 2.36. Теплица отдела физиологии растений Департамента по биологии и эколо-

гии Природно-математического факультета Университета г. Новый Сад

Для проведения экспериментов на твердом субстрате использова-

лись два типа почвы – торфяная и песчаная (химический состав почвы

приведен в табл. 2.11).

Таблица 2.11

Состав почвы в лабораторных условиях

Почва Содержание элементов, мг/кг

N P К

Торф 6,4 0,7 2,3

Песок 0,6 0,04 6,8

В вегетационных сосудах с почвой использовались три варианта опыта:

– контроль, без дополнительного внесения минеральных удобрений;

– контроль + 2 с добавлением N, P, K с дозой по 2 г действующего

вещества на сосуд;

– контроль + 5 с добавлением N, P, K с дозой по 5 г действующего

вещества на сосуд.

В теплице поддерживалась температура около 30 ºС, естественное

освещение и регулярное проветривание. Полив растений, высаженных

в почву, производился в соответствии с потребностью почвы в увлажне-

нии. Для поддержания заданного уровня питательных элементов раз

в две недели проводилась замена питательного раствора. После двух ме-

сяцев выращивания клонов ивы в контролируемых условиях проводи-

лось измерение физиологических показателей и морфологических пара-

метров растений.

110

Измерение аналогичных параметров в тот же период времени допол-

нительно проводилось для растений идентичных клонов, выращиваемых

в полевых условиях на песчаной почве опытного участка Института лесо-

водства и защиты окружающей среды, г. Кач, Сербия (рис. 2.37).

Рис. 2.37. Опытный участок Института лесоводства и защиты

окружающей среды, г. Кач, Сербия

Агрохимическая характеристика почв опытного участка представ-

лена в табл. 2.12.

Таблица 2.12

Характеристика экспериментального участка

Почва Содержание элементов, мг/кг

N P К

Песок 0,6 0,04 6,8

При проведении исследований выполнялись:

– измерения морфологических характеристик растений (высота,

ширина, количество, масса и площадь поверхности листьев, масса листь-

ев, масса стеблей, прирост биомассы);

– изучение водного режима растений (интенсивность транспирации,

эффективность использования воды, устьичная проводимость водяного

пара, характеристики устьиц верхней и нижней поверхности листа (ко-

личество устьиц, ширина и длина устьиц));

– изучение фотосинтетических характеристик растений (интенсив-

ность фотосинтеза, субстоматальная проводимость СО2, содержание

хлорофилла и каротиноидов).

111

Эксперименты закладывались в трехкратной повторности.

Результаты измерения параметров ивы показали, что в вегетацион-

ных условиях растения, выращиваемые на песке, развивались лучше рас-

тений, высаженных на торфяной почве, независимо от клона и концен-

трации питательных элементов (рис. 2.38).

А) Б)

Рис. 2.38. Исследуемые клоны ивы, выращенные на контрольных вариантах почвы:

А – песок, Б – торф

Этот факт свидетельствует о том, что в полевых условиях лимити-

рующим фактором для получения стабильных урожаев ивы на легких

песчаных почвах является водный режим, в частности обеспеченность

влагой на ранних этапах развития растений.

Повышенные дозы внесения минеральных удобрений не всегда

обеспечивают адекватное изменение параметров растений. Например,

для торфа оптимальным был вариант Контроль + 2. На твердых субстра-

тах также подтвердилась специфичность питательного режима для раз-

личных клонов.

Как уже упоминалось ранее, практический интерес представляет

сопоставимость результатов, полученных в вегетационных и полевых

условиях (см. табл. 2.13).

Результаты свидетельствуют, что растения ивы в естественных по-

левых условиях по ряду параметров развиваются более интенсивно. Тем

не менее, основные тенденции, которые позволяют делать конкретные

выводы, сохраняются. Например, в обоих случаях наиболее продуктив-

ными были растения ивы клона V1 и хуже всех развивались растения

клона V3. Следовательно, результаты экспериментов, полученных в ве-

гетационных опытах, подтверждаются и для полевых условий. Таким образом, результаты исследований, выполненные в вегетаци-

онных и полевых условиях на легких почвах, позволили сформулировать

следующие выводы.

112

Таблица 2.13

Сравнительные характеристики морфологических параметров клонов

ивы, выращиваемых в вегетационных и полевых условиях

(вариант контроль)

Вариант

опыта Клон

Высота

растений,

см

Количество

листьев на

растение, шт

Площадь по-

верхности

листьев, см2

Масса

листьев, г

Масса

стеблей, г

Сосуд

(песок)

V 1 20,5 14 88,6 1,01 0,41

V 2 19,4 14 66,4 0,86 0,30

V 3 16,0 14 61,1 0,80 0,22

Поле

(песок)

V 1 21,6 17 69,1 1,65 1,17

V 2 18,0 19 68,2 1,49 0,87

V 3 21,1 24 55,9 1,08 0,45

Существует достоверная разность по отношению клонов ивы к уровню минерального питания. Растения клонов V1 характеризовались более оптимальными параметрами роста и развития (высота и биомасса растений, площадь поверхности и ширина листьев и т. д.). Это означает, что для обеспечения высокой продуктивности плантаций ивы необходим подбор наиболее оптимальных клонов. С другой стороны, специфич-ность клонов необходимо учитывать при разработке агротехники возде-лывания культуры.

Растения ивы, выращенные в вегетационных сосудах на песке, пре-

восходили по основным параметрическим показателям растения, полу-

ченные на торфяном субстрате. Ранее в наших экспериментах не удалось

в полевых условиях достичь хорошей продуктивности ивы на легких

почвах. Очевидно, что ключевым фактором для успешного возделывания

ивы на песчаных почвах является обеспеченность влагой. В полевых ус-

ловиях это остается фактором риска. Растения, выращиваемые в полевых условиях, по большинству по-

казателей роста опережают аналогичные культивируемые в вегетацион-ных сосудах. Тем не менее, основные тенденции, например, отношение к уровню минерального питания или развитие отдельных клонов, оста-ются схожими. Следовательно, полученные в вегетационных условиях результаты могут быть использованы для разработки агротехники выра-щивания ивы в поле.

113

3. Эколого-технологические аспекты возделывания

быстрорастущей ивы в Республике Беларусь

В настоящее время за рубежом используются две основные технологии

возделывания, которые можно условно разделить следующим образом:

1. Технология с активным привлечением ручного труда. Применя-

ется в Польше, Чехии, Сербии.

2. Механизированная технология. Применяется в Швеции, США,

Канаде и других странах.

Выбор технологии определяется несколькими обстоятельствами:

– размер участка;

– наличие соответствующей техники;

– обеспеченность средствами защиты растений;

– характер использования продукции, в том числе плечо перевозок;

– потенциальная продуктивность и т. д.

Для условий нашей страны в настоящее время нельзя рекомендо-

вать преимущественно какую-нибудь технологию без проведения пред-

варительных исследований. Это необходимо, чтобы разработать точную

технологическую карту, на основе которой и будут проведены технико-

экономические расчеты.

Экспериментальные данные за годы исследований получены на раз-

личных типах почв, расположенных в Могилевской, Минской, Гроднен-

ской и Брестской областях. В частности, полевые эксперименты были

заложены на выработанных и деградированных торфяниках, суглини-

стых и песчаных почвах, загрязненных радионуклидами, связных супес-

чаных почвах. Проведенные исследования позволили изучить особенно-

сти агротехники возделывания культуры в зависимости от экологических

условий и предложить технологические приемы, адаптивные к почвенно-

климатическим условиям нашей страны.

Ключевые аспекты агротехники изложены в п. 3.1–3.4.

3.1. Выбор участка для закладки плантации

Растения диких видов ивы в природе достаточно неприхотливы

к почвенным условиям и произрастают на легких песчаных почвах, на

торфяниках, на тяжелой глине, на болотах и т. д. Однако культурные

сорта ивы предпочтительно выращивать на структурных легких и сред-

несуглинистых или супесчаных почвах. На тяжелых глинистых и легких

песчаных почвах водно-воздушный режим не оптимальный для успеш-

ного развития ивы. На тяжелых почвах возрастает риск подтопления,

а на легких возможна гибель растений вследствие засухи. Последний

момент особенно актуален из-за изменения климата в Беларуси за по-

114

следние годы. Возрастает температура и неуклонно уменьшается среднее

количество выпадающих осадков.

Почва должна быть достаточно плодородной. На качество почвы и на

ее обеспеченность питательными веществами ива реагирует достаточно

сильно, что сказывается прежде всего на ее росте. Ива любит хорошо дре-

нированные почвы с хорошей аэрацией и не переносит застойной воды.

Чаще всего для закладки плантаций по выращиванию быстрорасту-

щих древесных пород на топливо отводят непригодные для сельскохо-

зяйственного использования и малопригодные для выращивания высо-

копродуктивных лесных насаждений участки.

При подборе участка для плантаций при прочих равных условиях не-

обходимо стремиться, чтобы они находились вблизи транспортных путей

и имели хорошие подъезды, что необходимо для удобной и экономичной

транспортировки орудий, механизмов и рабочей силы, подвозки удобре-

ний, химикатов и других материалов, а также вывоза готовой продукции.

Для максимальной оптимизации работ по размещению отдельных

видов, форм и клонов ивы, механизированным уходам за насаждениями,

подвозу удобрений, транспортировке готовой продукции и учету урожая

целесообразно разделение плантации на кварталы соподчиненной до-

рожной сетью. Величина и форма кварталов зависят от размера и конфи-

гурации участка. Эффективная работа механизмов может быть обеспече-

на на достаточно больших по площади участках с линейными очерта-

ниями, позволяющих выделение полей (кварталов) протяженностью не

менее 200 м.

Для временного хранения заготовленной продукции, заготовки

компоста, временной прикопки черенков и прутьев должны быть преду-

смотрены специальные технологические площадки.

Участок не должен иметь замкнутых понижений, во избежание за-

стаивания весенних, осенних и ливневых вод.

Под культуру ивы можно с успехом использовать и торфянистые

почвы, но только после предварительной осушки и достаточной минера-

лизации торфа. Деградировавшие торфяные почвы и выработанные тор-

фяники со слабой степенью разложения торфа и низким плодородием

могут использоваться только после предварительной подготовки.

Под плантацию следует выбирать участок ровной поверхности, без

западин и углублений, в которых может застаиваться вода, лучше всего

с уклоном до 5°. Почва участка должна быть относительно рыхлой и во-

допроницаемой, не сильнооподзоленной и не засоленной.

Хороший рост культурных ив наблюдается на относительно кислых

почвах, растут они также на почвах с нейтральной реакцией. Оптималь-

115

ная кислотность почвы рН для них равна 5–6. Почвы с кислотностью

ниже 5 необходимо предварительно произвестковать.

Для закладки промышленных плантаций, в том числе по производ-

ству древесины и древесной массы, наиболее экономически целесооб-

разно выбирать участки площадью не менее 5 га, т. к. такой размер опре-

деляет возможность эффективного использования техники. При условии

масштабного выращивания плантации целесообразно закладывать на

участках, расположенных на близлежащих территориях. Общие размеры

плантации должны быть экономически обоснованными с учетом ежегод-

ной потребности в древесном сырье. Следует учитывать, что уборка дре-

весины проводится один раз в три или четыре года, в зависимости от

принятой технологии. Поэтому плантации ивы должны различаться по

времени закладки для обеспечения стабильного производства древесной

биомассы.

Необходимо также учитывать, что площади, занятые под планта-

ции, исключаются из севооборота на 20–25 лет (средний срок промыш-

ленной эксплуатации однократно заложенной плантации).

Подготовка участка

Агротехника подготовки участка для закладки плантации определя-

ется специфическими требованиями растений ивы и сроком эксплуата-

ции плантации.

Ива – растение долголетнее, поэтому как только посадка будет про-

изведена, сплошная обработка почвы становится уже невозможной до

конца существования плантации. Вследствие этого перед посадкой ивы

необходима особо тщательная предварительная обработка почвы. На

первых этапах роста борьба с сорной растительностью становится клю-

чевым фактором.

Подготовку участка необходимо начинать в год, предшествующий

закладке плантации. В качестве предшественника подходит большинство

сельскохозяйственных культур. Нежелательно использовать задернелые

участки после многолетних пастбищ или сенокосов.

Обязательным условием является внесение глифосатных гербици-

дов сплошного действия, типа раундап или его аналогов. Следует учесть,

что для того, чтобы гербицид подействовал, температура воздуха не

должна быть ниже +10–12 °С. Для увеличения эффективности действия

при прохладной погоде рекомендуется внесение в рабочий раствор 5 %

мочевины. Гербицид вносится в концентрации 4–6 л/га штанговыми оп-

рыскивателями при расходе рабочего раствора 200 л/га. После окончания

периода ожидания действия гербицидов (2–3 недели), когда погибнет вся

растительность на участке, производится вспашка.

116

При кислотности почвы рН ниже 5 проводят известкование почвы.

Известковые удобрения целесообразно вносить под вспашку для лучше-

го перемешивания с почвой и нейтрализации кислотности. Явным при-

знаком кислых почв является обилие среди сорных растений хвоща, кон-

ского щавеля и других ацидофильных растений.

Весной перед посадкой проводится культивация почвы. Рыхление

почвы создает соответствующие условия аэрации, уничтожает сорняки,

увеличивает почвенное плодородие. Поэтому в весенний период перед

посадкой проводится обработка участка чизелем или тяжелыми диско-

выми боронами и 2–3 культивации на глубину 10–12 см.

3.2. Выбор и подготовка посадочного материала

Выбор клонов

Эффективное производственное внедрение ивовых плантаций

в Республике Беларусь потребует обязательной организации первичного

семеноводства культуры. Опыт стран, продолжительное время иссле-

дующих технологию возделывания и внедряющих ивовые посадки, пока-

зывает, что продуктивность культуры подвержена значительным колеба-

ниям в зависимости от почвенно-климатических условий, разновидно-

стей и гибридов ивы, особенностей агротехники. Поэтому успешное

внедрение плантаций требует использования наиболее перспективных

гибридов или сортов ивы для наших условий.

Благодаря широкому географическому распространению, быстрому

росту, позволяющему в короткие сроки формировать высокие запасы

биомассы, и приспособленности отдельных видов к различным экологи-

ческим условиям, ивы культивируются давно и довольно широко. Они

являются весьма привлекательными для плантационного выращивания

еще и потому, что большинство их видов, клонов и гибридов хорошо

размножаются стеблевыми черенками и дают обильное отрастание ство-

ловых побегов. В зависимости от хозяйственной направленности на по-

лучение крупнотоварной круглой древесины, прута, дубильного сырья

или технологической щепы на промышленных плантациях культивируют

как древовидные, так и кустарниковые виды ив.

В первой половине прошлого столетия Л. Ф. Правдиным было вы-

полнено детальное изучение видов и существовавших в то время сортов

ив [Правдин Л. Ф., 1952]. В его работах рассматриваются вопросы полу-

чения и использования хозяйственно-полезного сырья из ив, возможно-

сти и особенности их культивирования в пределах европейской части

бывшего СССР. В качестве наиболее перспективных для промышленно-

го выращивания отмечены такие гибридные сорта, как Jarvim, Omvim,

Salix schwerinii, Chillin-3, Jikin-7, Salix viminalis x Salix chilkoans, Salix

117

viminalis x Salix purpurea. По его данным, из перечисленных гибридов

наибольшую древесную массу дает ива Шверина (Salix schwerinii).

На основании исследований по проекту RECOVER для широкого

внедрения в умеренном климате центрального и североевропейского ре-

гиона рекомендованы четыре клона: Rapp, Orm, Jorr (S. viminalis) и Bjorn

(S. viminalis x S. schwerinii), выведенные в Швеции и Великобритании

и характеризуемые высокой продуктивностью биомассы (12–15 т сухой

массы с га, что на 10–35 % выше ранее использованных клонов), лучшей

устойчивостью по отношению к ржавчине листьев и определенным ви-

дам насекомых [RECOVER, 1999].

При закладке плантации в каждом конкретном случае необходимо

опираться на соответствие определенных таксонов ив климатическим

условиям региона и почвенно-гидрологическим характеристикам участ-

ка, показатели их устойчивости к аномальным климатическим факторам,

вредителям и болезням, динамику нарастания фитомассы и интенсивно-

сти побегообразования.

При создании крупных промышленных плантаций следует избегать

моноклоновости, т. е. использования единственного сорта (клона). Как

установлено для других сельскохозяйственных культур, существует чет-

ко выраженная сортовая зависимость от внешних условий. Поэтому для

обеспечения стабильного выхода продукции независимо от сложившихся

на определенный период погодных условий целесообразно использовать

2–3 сорта, различающихся между собой. Такие тенденции справедливы и

при выращивании ив. Как, например, показал результат проведения экс-

периментальных посадок в Гомельской области [Vandenhove H. et al.,

1999], кулисное смешение хорошо адаптированных клонов обеспечивает

более высокий выход биомассы, повышает сопротивляемость к болез-

ням, снижает воздействие паразитов и позволяет повысить конкуренто-

способность.

Предлагаемые для создания промышленных плантаций высокопро-

дуктивные клоны и гибриды ив получены в основном от трех видов: ивы

корзиночной (Salix viminalis), ивы пурпурной (Salix purpurea) и ивы

Шверина (Salix schwerinii), относящихся к группе евроазиатских боре-

альных географических элементов флоры. Данные виды ивы в почвенно-

климатических условиях Беларуси характеризуются высокой побегооб-

разовательной способностью и продуктивностью, отличаются высокой

устойчивостью и хорошей приживаемостью черенков.

В настоящее время большинство клонов, используемых для промыш-

ленных плантаций, производства шведской селекции. Наиболее активно

в Европе используются клоны, созданные на базе разновидности ивы Salex Viminalis. Из них наиболее известны клоны «Турбо», «Тор», «Гигантелла».

118

Для Беларуси, как показывают наши исследования, перспективны-

ми являются клоны ивы селекции Польша, которые относятся к разно-

видностям ивы ушастой Salix dasyclados Loden, а также Saliх amagdolena.

Следует учитывать, что ежегодная покупка оригинальных черенков

ивы за рубежом требует значительных финансовых затрат. Расчеты пока-

зывают, что размножение черенков для производства путем создания соб-

ственных маточных плантаций позволяет в несколько раз снизить их себе-

стоимость. Важным моментом является то, что ивовые плантации являют-

ся по сути культурными сельскохозяйственными растениями, в связи с чем

первичное семеноводство требует четкого научного подхода.

Нарезка и подготовка посадочного материала

Черенки для закладки плантации заготавливают поздней осенью

либо в ранневесенний период после прекращения сильных морозов и до

начала распускания почек. Для производства черенков срезают 1–2-летние

побеги. Временное хранение посадочного материала, чтобы избежать

потери вследствие подсыхания и снижения всхожести черенков, лучше

проводить в очищенных от боковых побегов хлыстах длиной 1–2 м. Бо-

ковые ветки толщиной 7–20 мм тоже можно использовать как посадоч-

ный материал. Нарезку побегов ведут секаторами на длинных (0,5–1 м)

ручках, а очистку – коротким садовым секатором или садовым ножом.

Для простоты учета хлысты увязывают в пачки по 50 или 100 штук.

Подготовка посадочного материала – это достаточно трудоемкий

процесс. Поэтому для черенкования целесообразно использовать специ-

альные пневматические или электрические секаторы (рис. 3.1). Нарезку

хлыстов проводят за 3–7 дней до посадки черенков. Черенки нарезают

длиной по 22–25 см, оптимальная толщина побегов – 0,7 – 2 см.

Рис. 3.1. Электрический секатор для нарезки черенков

При отсутствии необходимых условий можно использовать меха-нический секатор с длинными ручками, закрепленный на рабочем столе (верстаке) (рис 3.2).

119

Рис. 3.2. Механический секатор для нарезки черенков

Секатор монтируется на разделочном столе, где можно установить оптимальные стабильные размеры черенка по длине, установив упор на расстоянии 25 см от лезвия секатора (рис. 3.3). Рядом устанавливают лотки из металлических прутьев для сбора черенков в пучки и после-дующей их увязки.

Рис. 3.3. Стол для заготовки черенков: 1) закрепленный секатор; 2) упор для калиб-

ровки длины черенков; 3) устройство для укладки и увязывания черенков

Заготовленный посадочный материал до момента нарезки на черен-

ки хранят в специальном помещении при температуре от 0 до +6 °С

и умеренной влажности для предотвращения распускания почек.

1

3

2

120

Черенки увязывают в пучки по 100 штук в каждом, что удобно для

транспортировки и расчета количества посадочного материала на уча-

сток (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Связки черенков для посадки

Верхнюю часть нарезанных и упакованных черенков окрашивают

для маркировки. Черенки хранятся в картонных коробках в связках. Оп-

тимальная температура хранения от 0 до +4 °С.

Перед посадкой черенки на 1–2 суток замачивают в воде с добавле-

нием стимуляторов роста.

Влияние методов подготовки посадочного материала (стимуля-

торы роста, методы замачивания) на рост и приживаемость ивы

Результаты наших исследований свидетельствуют, что на протяже-

нии нескольких первых недель после посадки имеет место значительное

колебание показателей приживаемости растений ивы в зависимости от

внешних условий. Черенки ивы, не проросшие в течение трех первых не-

дель после посадки, как правило, погибали. Это свидетельствует о важ-

ности выбора оптимальных сроков посадки, что обеспечивает хорошую

влажность почвы и благоприятные условия для ивы именно на первых

этапах роста.

Интенсивность развития надземной массы деревьев и кустарников

находится в тесной зависимости от развития активной части корневых

систем, состоящих из всасывающих корней, обеспечивающих водно-

минеральное питание растений. Поэтому, воздействуя различными спо-собами на корневую систему растений, можно изменять физиологиче-

скую активность надземной части и, наоборот, влияя на ростовые про-

цессы надземной части растения, можно регулировать активность жиз-

121

ненных процессов корневой системы. В связи с этим внесение биологи-

чески активных веществ (БАВов) может осуществляться как

в ризогенный почвенный слой, так и на поверхность листьев.

К числу биологически активных веществ относят удобрения и регу-

ляторы роста растений. Применение биологически активных веществ

является эффективным средством активизации процесса корнеобразова-

ния, увеличения выхода биомассы растений и повышения их устойчиво-

сти к экстремальным факторам окружающей среды.

В качестве БАВов в наших экспериментах использовались следую-

щие препараты: новосил, циркон и оксигумат.

Полевой опыт был заложен по двум блокам.

Первый блок: предварительное замачивание черенков ивы в воде на

трое суток.

Второй блок: замачивание черенков ивы в воде при дополнительной

экспозиции в условиях повышенной влажности воздуха. Влажность воз-

духа свыше 90 % создавалась искусственным путем при помещении че-

ренков ивы в полиэтиленовую пленку.

Полевой опыт состоял из 4 вариантов:

1. Контроль (без обработки).

2. Оксигумат торфа, экстрагированный на основе вытяжки из торфа.

3. Новосил – препарат, имеющий в основе комплекс тритерпеновых

кислот, экстрагированных из хвои пихты сибирской.

4. Циркон – препарат имеющий в своей основе растительное проис-

хождение.

Повторность опыта 5-кратная. Площадь опытной делянки 25 м2. Рас-

положение делянок рендомизированное. Общая площадь опыта 0,1 га.

Замачивание черенков ивы в растворах стимуляторов роста произ-

водилось в концентрациях растворов и времени экспозиции в соответст-

вии с регламентом применения препаратов.

В процессе наблюдения проводилось определение следующих пока-

зателей:

1) процент приживаемости растений;

2) высота растений ивы.

Результаты приживаемости растений на торфяно-болотных и легких

суглинистых почвах представлены в табл. 3.1.

Таким образом, наиболее эффективным препаратом оказался цир-

кон. Приживаемость черенков ивы превысила 90 %, что почти в полтора

раза больше по сравнению с контролем. Растения ивы, высаженные на

контроле без обработки и обработанные оксигуматом торфа, оказались

приблизительно равны по показателю приживаемости черенков.

122

Таблица 3.1

Приживаемость растений ивы (возраст – один месяц после посадки)

Вариант Процент выживших растений по повторностям

1 2 3 4 5 В среднем

1. Контроль 66 77 63 66 66 67

2. Оксигумат 61 65 73 66 72 67

3. Новосил 78 86 94 72 72 81

4. Циркон 100 88 83 100 89 92

Высокий процент приживаемости растений, но несколько уступаю-

щий варианту с цирконом имел место для препарата новосил.

Сравнивая два блока с различными методами подготовки черенков,

можно отметить, что приживаемость растений в первом блоке в среднем

составила 77 %, во втором – 75 %, т. е. была приблизительно равной. По-

видимому, метод основанный на выдерживании черенков в условиях по-

вышенной влажности не имеет преимуществ по показателю приживае-

мости растений.

Средние результаты измерения высоты растений представлены

в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Результаты измерения средней высоты растений

(возраст – один месяц после посадки)

Вариант Высота растений по повторностям (см)

1 2 3 4 5 В среднем

1. Контроль 11 11 15 8 6 10

2. Оксигумат 9 7 14 10 7 9

3. Новосил 13,5 11 12 9 13 12

4. Циркон 13 10 21 16 11 14

Таким образом, наиболее значительный эффект влияния стимулятора

роста на высоту растений наблюдается при обработке черенков цирконом.

Высота отдельных растений в 4 варианте достигала 30 см и более (рис. 3.5).

Отметим, что при обработке черенков цирконом у растений, как

правило, образовывалось два и более стеблей, что свидетельствует о вы-

сокой активности прорастания почек.

В то же время контрольные растения отличались сравнительно сла-

бым развитием (рис. 3.6).

Следует отметить, что активность развития растений, коррелирует

с размерами, толщиной и количеством почек черенка. Как и при иссле-

довании приживаемости черенков, вариант с обработкой растений окси-

гуматом торфа не имел заметных преимуществ по сравнению с контро-

123

лем. Вариант с обработкой черенков новосилом несколько уступал чет-

вертому варианту, но значительно превосходил контрольный.

Рис. 3.5. Растения ивы, обработанные препаратом циркон (период после посадки

черенков в грунт – 3 недели)

Рис. 3.6. Контрольные растения ивы (период после посадки черенков в грунт –

3 недели)

124

Сопоставление данных двух блоков опыта, отличающихся различ-

ными методами предварительной подготовки черенков по высоте расте-

ний, показало следующие результаты:

1. Первый блок, средняя высота растений – 11 см.

2. Второй блок, средняя высота растений – 13 см.

Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют

сделать следующие выводы.

1. Применение стимуляторов роста для обработки черенков ивы по-

зволяет повысить степень их приживаемости на 30–40 % по сравнению

с контролем. Наиболее значительный рост приживаемости имел место при

обработке черенков цирконом. Незначительно уступал ему вариант с но-

восилом, и вариант с оксигуматом торфа не превосходил контрольный.

2. Стимуляторы роста обеспечивают более активную вегетацию че-

ренков, что проявляется в увеличении высоты растений. Наиболее значи-

тельное увеличение данного показателя отмечено в четвертом варианте.

Несколько уступал ему третий вариант, и растения второго варианта не

имели никаких преимуществ по сравнению с контрольными.

3. По обоим определяемым показателям наиболее эффективным

оказалась обработка черенков ивы стимулятором роста цирконом.

4. Заметных изменений при использовании методов предваритель-

ной подготовки черенков, основанных на обеспечении различного уров-

ня влажности воздуха, отмечено не было.

Высадка черенков

Черенки высаживаются в почву на глубину 15–20 см с оставлением

над поверхностью верхушки высотой 1–2 см. Для облегчения посадки

при ручной технологии можно использовать меч лесовода (рис. 3.7).

Как правило, выпады черенков составляют от 5 до 10 %. Их можно

заменить впоследствии другими жизнеспособными черенками.

Посадка осуществляется механизированно или вручную. Во втором

случае на один гектар необходимо затратить 14 человеко-дней. Для под-

готовки ровных посадочных борозд используется культиватор с диско-

выми рабочими органами (рис. 3.8).

Для механической посадки используют специальные посадочные

машины, которые позволяют механизировать работу и исключить этап

нарезки черенков (рис. 3.9). Данный прицепной агрегат позволяет ис-

пользовать двухметровые очищенные от побегов хлысты, которые разре-

заются на черенки по 25 см и высаживаются в почву. За один проход

осуществляется посадка четырех рядков по схеме: 2 × 75 + 150 см.

125

Рис. 3.7. Меч лесовода для высадки черенков в уплотненную почву

Рис. 3.8. Культиватор для нарезки борозд

126

Рис. 3.9. Посадочная машина для высадки ивы модели Step 2-6A Modular шведской

фирмы «Salisphere»

3.3. Система внесения удобрений для выращивания ивы

Получение высокой продуктивности ивы требует дополнительного

применения удобрений. Объемы и вид удобрений зависят от содержа-

ния питательных элементов и плодородия почвы, а также разновидно-

сти растений.

Основным элементом, необходимым растениям, является азот.

Фосфор и калий вносятся при невысоком содержании их в почве. Основ-

ным сроком внесения, как правило, является второй год выращивания

и первый год производственной эксплуатации плантации. Вместе с тем

хороший эффект может обеспечить локальное внесение невысоких стар-

товых доз удобрений одновременно с посадкой ивы.

Внесение удобрений на третий и тем более четвертый год вегетации

ивы является неэффективным, т. к. в этот период растения, во-первых,

достигают значительной вегетативной массы и имеют большую площадь

листовой поверхности и, во-вторых, наземное применение удобрений

затруднено по техническим причинам.

Обязательным приемом является дополнительное внесение удобре-

ний на следующий год после каждой уборки ивы для обеспечения быст-

рого отрастания деревьев. На экспериментальном участке в Кричевском районе исследовалось

влияние на рост и развитие ивы различных видов и норм минеральных

удобрений.

127

Схема опытного участка включала следующие варианты опыта:

1. Контроль (К).

2. N30P60K90 (В-2).

3. K30 (В-3).

4. K60 (В-4).

5. K90 (В-5).

6. N30 (В-6).

7. N60 (В-7).

Интересно, что на первых этапах вегетации достаточно активный

рост отмечен для растений первого варианта. Этот несколько парадок-

сальный факт можно объяснить тем, что сухая погода в течение первого

летнего месяца не позволяла растениям использовать питательные веще-

ства, внесенные с минеральными удобрениями. В этих условиях данный

фактор практически нивелируется. Имела место значительная вариа-

бельность растений внутри делянок и по вариантам, в связи с чем выяв-

ленные между вариантами различия не подтвердились при статистиче-

ской обработке данных.

Результаты дальнейших исследований подтвердили это предполо-

жение. В табл. 3.3 представлены параметрические данные растений ивы

по состоянию на конец июля.

Таблица 3.3

Средняя высота и диаметр растений ивы по состоянию на 31.07.2007 г.

Урочище Губенщина

Параметр Вариант

1 2 3 4 5 6 7

Высота, см 105 122 103 104 119 109 110

Диаметр, мм 8,8 9,8 8,6 11,2 9,8 10,2 11

За наблюдаемый период отмечался активный рост растений на ва-

риантах с дополнительным внесением минеральных удобрений.

Наиболее значительный прогресс по высоте имел место для расте-

ний на варианте с полным комплексным внесением N, P, K (вариант

№ 2). Отличие данного варианта и варианта с высоким уровнем внесения

калия по высоте подтвердилось при статистической обработке данных.

В то же время рост растений на 5 и 6 вариантах, где вносились

только азотные удобрения, был не столь интенсивным. Возможно, роль

азотных удобрений на первоначальном этапе роста ивы не очень важна. Кроме того, несбалансированное внесение провоцирует активное разви-

тие сорной растительности, что, в свою очередь, негативно отражается

на растениях ивы.

128

Окончательные результаты измерений высоты растений ивы на

осенний период представлены в табл. 3.4.

Таблица 3.4

Высота растений ивы 2007 года посадки (см)

Варианты

сорта

Повторения Среднее

Отклонения от стандарта

1 2 3 4 см НСР05

1 (контроль) 193 196 199 189 194,25 0

23,66 см

2 229 234 233 245 235,25 41

3 191 195 210 207 200,75 6,5

4 234 210 215 226 221,25 27

5 229 222 213 224 222 55,25

6 244 238 256 260 249,5 60,75

7 254 263 258 245 255 31,17857

Как следует из таблицы, существенная статистическая разница по

высоте растений ивы имела место главным образом в вариантах с внесе-

нием азота и внесением комплексных удобрений.

В декабре 2007 г. растения ивы на опытном участке были скошены

в соответствии с технологией возделывания.

Ранней весной 2008 г. вегетация растений возобновилась, и к концу

вегетационного периода они набрали значительную биомассу. Результа-

ты измерений 2008 г. представлены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Высота растений ивы 2007 года посадки в 2008 г.

Варианты

сорта

Повторения Среднее

Отклонения от стандарта

1 2 3 4 см НСР05

1 (контроль) 218 230 229 223 225 0

18,15447 см

2 271 260 263 270 266 41

3 225 236 222 238 230,25 5,25

4 249 230 236 249 241 16

5 265 254 256 262 259,25 35,75

6 256 263 267 257 260,75 42

7 273 261 265 269 255 31,17857

Как следует из сравнительного анализа, в 2008 г. растения ивы пре-

восходили по высоте показатели, достигнутые в течение 2007 г.

Таким образом, отрастание растений на следующий год происходит

достаточно активно. Это выражается как в интенсивном росте, так и

в увеличении количества стеблей. В конечном итоге эта тенденция по-

ложительно сказывается на выходе продукции.

Наиболее высокими параметрами характеризовались растения ивы,

полученные на втором варианте. Статистически достоверным было раз-

129

личие растений этого варианта по отношению к контролю и вариантам

с внесением только калийных удобрений. Таким образом, значение азота

для роста ивы подтверждается результатами экспериментов.

В соответствии с данными зарубежных исследователей, эффектив-

ным приемом на посадках ивы является применение микроудобрений.

Этот элемент агротехники может быть особенно успешным на вырабо-

танных торфяных почвах, где содержание отдельных микроэлементов,

например меди, как правило, невысоко.

В наших экспериментах в Лидском районе изучалась эффектив-

ность внекорневой подкормки минеральными удобрениями и стимулято-

рами роста на развитие растений ивы.

Экспериментальные исследования проводились на выработанных

торфяниках на двух почвенных разностях:

– органоминеральные почвы с песчаными вклиниваниями;

– торфяно-болотная почва. Мощность торфа до одного метра.

Схема опыта включала следующие варианты:

1. Контроль (без применения удобрений).

2. Внекорневая подкормка удобрением Аммофоска, содержащем

в составе N12P15K15Ca1Mg0,5-3S15, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo в дозе

10 кг/га + препарат Новосил в дозе 90 мл/га.

3. Внекорневая подкормка раствором микроэлементов B, Mn, Cu,

Zn, Mo, Co, N, S в дозе 4 л/га + препарат XOMK, содержащий ПВК,

CuCl2 NO3 в дозе 4 л/га + препарат Новосил в дозе 90 мл/га.

4. Внекорневая подкормка раствором микроэлементов Basfoliar

36 Extra, содержащем в составе N27Mg3,2B0,02Cu0,2Fe0,02Mn1,0Mo0,005Zn0,01

в дозе 4 л/га.

Результаты измерений представлены в табл. 3.6 и 3.7.

Таблица 3.6

Высота растений ивы на органоминеральной почве

(возраст растений 3 месяца)

Вариант опыта Высота деревьев, см

1 2 3 4 В среднем

1. Контроль 62,4 63,2 99,0 89,6 78,55

2. Аммофоска + Новосил 103,4 74,0 102,6 73,0 88,25

3. Микроэлементы + ХОМК + Новосил 73,6 87,2 97,6 106,6 91,25

4. Basfoliar 36 Extra 87,0 73,0 97,4 91,0 87,10

130

Таблица 3.7

Высота растений ивы на торфе (возраст растений 3 месяца)

Вариант опыта Высота деревьев, см

1 2 3 4 В среднем

1. Контроль 78,6 64,0 66,4 71,6 70,15

2. Аммофоска + Новосил 101,0 109,4 93,4 97,8 100,40

3. Микроэлементы + ХОМК + Новосил 134,2 91,4 11,8 104,0 110,35

4. Basfoliar 36 Extra 66,6 92,8 112,0 125,0 99,10

Результаты проведенных исследований позволяют сделать следую-

щие выводы.

1. Внекорневая подкормка растений ивы баковой смесью, состоя-

щей из удобрения Аммофоска, содержащем в составе N12P15K15Ca1Mg0,5-3S15, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo в дозе 10 кг/га + препарат Новосил в дозе 90 мл/га –

оказывает существенное влияние на увеличение высоты растений ивы по

сравнению с контролем.

2. Положительный эффект от дополнительного внесения удобрений и

стимуляторов роста отмечается для обоих участков. Наибольший эффект

от применения растворов микроэлементов наблюдается на торфяно-

болотной почве, имеющей более высокое содержание питательных ве-

ществ, по сравнению с выработанной до песка органоминеральной почвой.

Таким образом, результаты собственных экспериментов и анализ

литературных данных позволяют предложить следующую систему вне-

сения минеральных удобрений.

1. Одним из ключевых факторов является контроль сорных расте-

ний, поэтому не рекомендуется вносить высокие дозы азота перед посад-

кой растений ивы, потому что это обуславливает активное развитие сор-

няков. Нормы фосфора и калия зависят от наличия этих элементов в поч-

ве. Таким образом, система внесения удобрений с учетом усредненных

норм представляет собой следующую структуру:

– средние дозы внесения составляют при закладке плантации –

N30P50K70;

– на второй год вегетации – N40P20K50;

– и после каждой уборки урожая, т. е. 5–6 раз за срок эксплуатации

плантации ивы – N50P30K60.

Оптимальным является локальное внесение во время междурядной

обработки растений.

2. Ива хорошо отзывается на внекорневую подкормку в течение пе-риода вегетации. Этот прием может быть особенно эффективен для ос-

лабленных после зимовки растений ивы.

131

3. Рациональным для посадок ивы является внесение органических

удобрений, в том числе жидких навозных стоков и грязевых осадков

с полей фильтрации, очистных сооружений и биологических прудов.

Этот вопрос не изучался в наших экспериментах, но является актуаль-

ным как с точки зрения питания растений, так и утилизации органиче-

ских удобрений.

Таким образом, за весь срок эксплуатации плантации ивы объем

внесения минеральных удобрений составит:

– азот: 320–370 кг действующего вещества, или около 1000 кг в пе-

ресчете на аммиачную селитру;

– фосфор: 220–240 кг действующего вещества, или около 500 кг

в пересчете на двойной гранулированный суперфосфат;

– калий: 420–480 кг действующего вещества, или около 800 кг в пе-

ресчете на хлористый калий.

Применение органических удобрений позволит в несколько раз сни-

зить потребность в минеральных удобрениях.

3.4. Уход за посадками и уборка плантаций ивы

Борьба с сорняками

В год посадки ива не конкурентоспособна с сорняками, что требует

их обязательного и тщательного контроля. В противном случае быстро

вырастающие сорняки могут совершенно подавить растения ивы. Поэто-

му обязательным приемом является предварительное внесение почвен-

ных гербицидов.

Почвенные гербициды вносятся либо осенью, либо весной при под-

готовке плантации. В случае, если по каким-либо причинам этот прием

не осуществлялся или был неэффективен, применяют гербициды по ве-

гетирующим растениям следующих наименований: Фюзилад Супер ЕС,

Тарга 10 ЕС, Тарга Супер 5 ЕС.

Если химическая обработка не обеспечивает необходимых резуль-

татов, то дальнейшая борьба с сорняками проводится механическими

способами, либо ручной прополкой.

Прополка сорняков проводится дважды за период вегетации. Когда

растения ивы достаточно разовьются, сорняки уже не представляют для

них особой опасности. Поэтому контроль сорняков особенно важен

в начальный период роста.

При проведении операций по контролю за сорняками механически-

ми способами рекомендуется использовать пропашные культиваторы

типа ОКГ–4 (рис. 3.10), АК–2,8, КНО–2,8.

132

Рис. 3.10. Культиватор ОКГ–4 (производство Республики Беларусь) может быть

использован для маркирования рядков и борьбы с сорняками между рядками ивы

на начальном этапе роста

На второй и последующие годы растения ивы достигают высоты

в несколько метров и эффективно конкурируют с сорняками. В то же

время недооценка этого аспекта в год посадки или на следующий год

после подрезки растений (второй год эксплуатации плантации) может

привести к полной гибели плантаций. Необходимо оптимальное сочета-

ние использования гербицидов, механизированной и в отдельных случа-

ях ручной прополки.

Борьба с болезнями и вредителями

Малоизученной для условий Беларуси является проблема контроля

болезней и вредителей ивы. Наши эксперименты свидетельствуют, что

необходимости в специальных мероприятиях такого плана нет. Пораже-

ние посадок ивы вредителями, отмеченное на отдельных растениях, не

превышало порога вредоносности. Тем не менее следует иметь в виду,

что высокая концентрация растений ивы на ограниченной площади при

их производственном возделывании может способствовать усиленному

развитию болезней и вредителей растений, что вызовет необходимость

разработки и внедрения специальных мер борьбы.

В результате полевых наблюдений на ивовых плантациях в Грод-

ненской, Брестской, Могилевской и Минской областях был идентифици-

рован ряд видов-вредителей растений. Наиболее распространенными

133

и потенциально опасными в соответствии с литературными данными

являются следующие.

Тополевый листоед. Жук длиной 10–12 мм, с красноватыми над-

крыльями и синевато-зелеными переднеспинкой и нижней стороной те-

ла. На вершине надкрыльев по одному черному пятнышку.

Осиновый листоед. Внешний вид и биология осинового листоеда

сходны с таковыми тополевого. Жук по размерам немного меньше топо-

левого (длина 7–10 мм) и не имеет черных пятнышек на надкрыльях.

Ивовый шелкопряд-листовертка. Чаще всего поражает иву пруто-

видную. Гусеницы листовертки свертывают верхушки листьев в плотный

кокон и объедают верхушку побега. Побег кустится, отчего теряет свои

технические качества.

Тля ивовая обыкновенная. Высасывает сок из листьев, почек, моло-

дых побегов. Дает по 10 поколений в год.

Ивовая обыкновенная тля, ветловая паутинная моль и другие по-

добные насекомые образуют большие колонии на молодых однолетних

побегах, особенно на верхушечных листьях, которые быстро желтеют

и засыхают, в целом ослабляя растение. Вредители встречаются повсюду

и поражают ивы всех пород (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Повреждение деревьев белой и прутьевидной ивы тлями

Паутинный клещик. Появляется на нижней стороне листа и высасы-

вает сок. При сильном повреждении листья буреют и опадают. Летом

клещик зеленовато-желтого цвета, к осени приобретает красновато-

оранжевую окраску. Зимует под корой, опавшими листьями и в почве

(в стадии взрослой самки). Ивовая волнянка (рис. 3.12). Бабочка 20–25 мм длиной с белыми

крыльями. Гусеницы мохнатые, желто-голубого цвета с красными кра-

пинками.

134

Рис. 3.12. Имаго и взрослая особь ивовой волнянки Leucoma salicis

Тополевый бражник (рис. 3.13). Повреждения растениям ивы нано-

сит гусеница – яркого зеленого цвета, длиной 50–60 мм, которая объеда-

ет листья.

Рис. 3.13. Тополевый бражник (Laothoe populi). Гусеница и имаго

Наиболее серьезный ущерб потенциально обуславливает ольховый

долгоносик (рис. 3.14), пронизывающий своими ходами кору и стебель

ивы. На побеге начинают сохнуть листья, повреждается древесина прута,

например, при плетении прут в поврежденном месте ломается. Личинки

этого жука селятся в боковых ветвях, остающихся пеньках, в трещинах

старой коры. Основной метод борьбы – вырубание и выжигание пора-

женных стеблей весной до середины мая или осенью начиная с сентября.

Таким образом, анализ данных зарубежных исследователей и собст-венные результаты наблюдений свидетельствуют, что потенциальными

вредителями растений ивы могут быть десятки видов насекомых, относя-

щихся к различным отрядам. Защите производственных посадок клонов

135

быстрорастущей ивы в зарубежных странах уделяется значительное вни-

мание. Эта проблема будет приобретать все большее внимание по мере

возрастания площадей культуры, возделываемой в аграрном секторе.

Рис. 3.14. Повреждение побега и личинка ольхового долгоносика

(Curculio salicivorus Paykull)

Таким образом, на плантациях ивы, расположенных в различных ре-

гионах Беларуси, был определен ряд вредителей, которые паразитируют

на растениях. Несмотря на то, что они встречаются в единичных экземп-

лярах и их численность не превышает порога вредоносности, установлен-

ного для плантаций плодовых растений, потенциально они могут обусло-

вить серьезный ущерб в будущем и требуют постоянного наблюдения и

контроля сегодня.

Нашими исследованиями не было выявлено вредителей, специали-

зирующихся на отдельных видах ивы и предпочитающих различные ре-

гионы страны. Тем не менее, такой фактор может проявиться при увели-

чении площадей плантаций ивы. За рамками наших исследований оста-

лись млекопитающие, использующие деревья в качестве кормовой базы

и возбудители болезней.

Подрезка растений и уборка маточной плантации

В первый год выращивания при благоприятных условиях высота

растений составляет от 1,8 до 2,4 м, количество побегов на 1 растение –

от 1 до 3.

Скашивание растений ивы в конце первого года выращивания явля-

ется обязательным приемом с целью стимулирования активного развития

боковых побегов.

136

Уборка растений первого года может проводиться в период от кон-

ца ноября до середины марта. Лучше всего убирать иву, если почва за-

мерзла. В противном случае корневая система недостаточно прочно

удерживает растение, и оно может быть просто выдернуто из земли.

На производственных плантациях допускается использование ро-

торных косилок или механизированная уборка стеблей ивы комбайнами. На семеноводческих плантациях срезанные стебли в дальнейшем

используются для получения посадочного материала. Поэтому срезку побегов на растении первого года вегетации, во избежание выдергивания и повреждения корневой системы растений, рекомендуется проводить вручную секатором или роторной косилкой. Побеги срезаются, с остав-лением на пеньке 2–3 почек, необходимых для вегетации растений на следующий год. Обрезка побегов в первый год стимулирует кущение растений ивы на второй год вегетации, что позволяет сформировать оп-тимальный маточный куст. Одревесневшие побеги диаметром от 7 мм и более можно использовать на черенкование в качестве посадочного ма-териала. Условия хранения посадочного материала представлены выше.

К уборке древесины ивы на энергетические цели приступают по

окончании периода вегетации после опадания листвы, до начала новой

вегетации. Уборка проводится при высоте среза от 5–10 см.

Если срезка проводится правильно, то ива энергично отрастает.

В этом случае срок эксплуатации плантаций может составить 20–25 лет.

Уборка может проводиться модифицированным кукурузоубороч-

ным комбайном марки «Ягуар», если он применяется для растений вто-

рого или третьего года небольшого диаметра. Для уборки высокоуро-

жайных плантаций ивы используются специализированные самоходные

или прицепные комбайны (рис. 3.15 и 3.16). Комбайн измельчает стебли

на щепу и выгружает в прицеп для дальнейшего использования в качест-

ве биомассы.

Из других средств механизации для тонких однолетних растений

можно использовать кормоуборочную технику, для растений второго

и третьего года – пилы.

При проведении уборки в зимний период влажность древесины ивы

составляет около 50 %. Наиболее экономичным методом уборки является

тот, когда древесная измельченная биомасса поставляется непосредст-

венно потребителю на тепловую станцию. Биомасса должна храниться на ровной твердой поверхности. Необ-

ходимо принять дополнительные меры по недопустимости попадания воды, в противном случае активизируются микроорганизмы, и биомасса может быстро разогреваться. Принимаются меры по защите от атмо-сферных осадков.

137

Второй способ – это длительное хранение древесины под навесом до 4–6 месяцев. В этом случае происходит снижение влажности древесины до 30 %. Лучший способ – это применение активного вентилирования, однако в этом случае следует учитывать возрастание затрат на электроэнергию.

Рис. 3.15. Прицепной комбайн для уборки ивы Bender mark 5 (Швеция)

Рис. 3.16. Самоходный комбайн для уборки ивы Rogster (Швеция)

138

В случае неблагоприятных погодных условий можно производить древесную биомассу ивы в запас. Растения убираются и размещаются на временное хранение до следующего года без предварительного измель-чения. Влажность биомассы в этом случае составит от 46 до 25 %.

3.5. Перспективы внедрения ивовых плантаций в Беларуси

Наши исследования по возделыванию быстрорастущей ивы прово-дятся с 2005 г. Экспериментальные данные, полученные на различных типах почв в Могилевской, Минской, Гродненской и Брестской областях, подтверждают возможность получения высоких урожаев древесины ивы с учетом климатических особенностей страны и сложившейся системы сельскохозяйственного производства.

Перспективы развития этого направления в Беларуси не в последнюю очередь обусловлены возможностью использования для плантаций быст-рорастущих растений низкопродуктивных и деградированных земель.

В частности, полевые эксперименты были заложены на выработан-

ных и деградированных торфяниках, суглинистых и песчаных почвах,

загрязненных радионуклидами, связных супесчаных почвах.

При трехлетнем цикле производства древесины на лучших участках

были получены следующие результаты: 1. Выработанные торфяники. В пересчете на 10 %-ную влажность

выход древесной биомассы составил 7620 кг сухой древесины с га в среднем за три года.

2. Суглинистые почвы. В пересчете на 3-летний цикл выращивания выход древесной биомассы составил в пересчете на 10 % влажность 9100 кг древесины с га в среднем за три года. При плотности загрязнен-ности участков радиоцезием до 8 Кu/км

2 уровень загрязнения древесины

не превышал 12 Бк/кг при республиканском допустимом уровне (РДУ 99) не выше 740. По результатам исследований были составлены прогнозные модели загрязнения на срок до 25 лет.

3. Песчаные почвы. На протяжении 2 лет экспериментов не удалось обеспечить хорошую приживаемость и развитие растений. Большой про-цент выпадений обусловлен аномально высокими температурами и не-достатком осадков на протяжении вегетационных периодов 2007–2008 гг. Таким образом, производство древесины ивы на песчаных поч-вах является достаточно рискованным направлением.

4. Деградированные торфяники. В пересчете на 3-летний цикл вы-ращивания выход древесной биомассы составил в пересчете на 10 %-ную влажность более 12 000 кг древесины с га в среднем за три года.

5. Связные супесчаные почвы. Экспериментальный участок заложен в 2009 г. в Брестской области, СП «Зеленевичи». Товарный выход древе-сины будет получен в 2011 г. Результаты роста и развития растений на промежуточном этапе являются удовлетворительными.

139

На основании проведенных исследований выполнено следующее:

1. Разработаны технологические кары возделывания ивы с учетом

экспериментального опыта выращивания в Республике Беларусь.

2. Проведен укрупненный расчет себестоимости древесины.

Опираясь на полученные экспериментальные данные, можно за-

ключить, что в Республике Беларусь организация плантаций быстрора-

стущей ивы возможна на следующих площадях.

Выработанные торфяники

В соответствии с данными Национального доклада о состоянии ок-

ружающей среды Республики Беларусь площадь таких земель в респуб-

лике оценивается в 190 тыс. га.

По укрупненным оценкам, основанным на экспериментальных дан-

ных, полученных на землях торфопредприятия УП «Лидское» около

20 % таких земель потенциально пригодны для производства древесины

быстрорастущей ивы.

Как правило, на выработанных торфяниках и прилегающих терри-

ториях произрастает естественная древесная и культурная раститель-

ность, которая также может быть использована в качестве возобновляе-

мой биомассы. Это позволит более рационально задействовать убороч-

ную технику.

Деградированные торфяники Площадь таких земель в Республике Беларусь составляет

209 тыс. га. Это низкопродуктивные земли, выращивание на которых пропашных или ценных зерновых культур не всегда целесообразно. Экс-перименты, проведенные на деградированных торфяниках в Кобринском районе, подтверждают высокий потенциал их использования и обеспече-ние выхода древесины на уровне 10 т сухой массы в расчете на год.

Около 50 тыс. га, деградировавших в супесчаные и песчаные почвы,

для плантаций ивы не пригодны. Из оставшейся площади для производ-

ства древесины ивы можно использовать не менее 20 %.

Земли, загрязненные радионуклидами и тяжелыми металлами

Наши эксперименты показывают, что растения ивы не накапливают

радионуклиды в количествах, превышающих РДУ для древесины при

плотности загрязнения почв радиоцезием до 25 Кu/км2.

Площадь таких земель в Республике Беларусь составляет более

20 тыс. га.

Низкоплодородные земли Средний балл пахотных земель в Республике Беларусь составляет

31,2. Древесина ивы может быть получена на землях с потенциальным

140

плодородием 25 и ниже баллов. Как правило, такие земли не использу-ются для производства рапса, картофеля, пшеницы и других культур, требовательных к плодородию. В результате только за последние 10 лет из категории пахотных земель было выведено и передано лесному фонду более 200 тыс. га таких площадей.

Наименее плодородные земли расположены на территории Витеб-

ской области (Городокский, Шумилинский, Полоцкий районы). К тому

же Витебская область характеризуется высокой контурностью полей,

достаточным увлажнением и высоким процентов связно-супесчаных

и легкосуглинистых почв, наиболее подходящих для возделывания ивы.

Поэтому эта область, а также северная часть Могилевской области (Кли-

мовичский, Костюковичский, Краснопольский районы) могут стать

опорными территориями для организации энергетических плантаций.

Также в большинстве хозяйств Республики Беларусь есть земли,

расположенные на неудобицах, склонах, выведенные из оборота по при-

чине низкого плодородия и т. д.

Суммарно на территориях прилегающих хозяйств наиболее эконо-

мически целесообразно определять минимальный суммарный размер

соседних плантаций не менее 100 га. Это обеспечит рентабельность при

индустриальной технологии возделывания.

Таким образом, под посадки ивы может быть задействовано не ме-

нее 100 тыс. га земель в Республике Беларусь без ущерба для основного

сельскохозяйственного производства.

Экологическая эффективность развития посадок ивы может быть

реализована по нескольким направлениям:

1. Сокращение выбросов парниковых газов. На площади 100 тыс. га

можно получить 0,8–1 млн т древесной биомассы в пересчете на влаж-

ность 10 %. Это соответствует использованию 0,3–0,4 т у.т., что эквива-

лентно 0,8–1 млн т выбросов диоксида углерода.

2. Введение в оборот выработанных торфяников и посадки ивы на

деградированных торфяных землях позволят сохранить плодородие та-

ких земель, поддерживать биологическое разнообразие и способствовать

рекультивации деградированных площадей.

3. Оптимальное размещение посадок ивы на ландшафтном уровне

будет способствовать борьбе с эрозией сельскохозяйственных земель

и контролю эвтрофикации водных объектов.

4. Частичное использование для производства древесного биотоп-

лива загрязненных радионуклидами площадей обеспечит их рациональ-

ное использование и экономическую эффективность.

141

4. Использование соломы в энергетических целях

Проблема использования сельскохозяйственных отходов, и в пер-

вую очередь соломы зерновых культур, на энергетические цели является

дискуссионной как для стран ЕС, так и для Республики Беларусь. Это

обусловлено значительным количеством аспектов экономического, эко-

логического и технологического характера, требующих своего разреше-

ния. В частности, не определены потенциальные возможности для ис-

пользования соломы на местном уровне или в конкретных субъектах хо-

зяйствования. Дискуссионными являются вопросы экологической

и экономической эффективности использования соломы и др.

В странах ЕС наиболее активные исследования в этом направлении

проводятся в Дании. Еще в 1993 г. было заключено соглашение между

фермерским союзом, группой энергетических компаний и рядом научно-

исследовательских институтов с целью проведения исследований по

оценке существующего и перспективного уровня доступности биомассы

соломы в стране на энергетические цели.

В стране реализуется государственная энергетическая программа,

которая разработана с учетом того, что возобновляемые источники энер-

гии должны обеспечивать рост возобновляемой энергии на уровне не

менее 2 % в год. К 2010 г. до 20 % от общего энергопотребления страны

должно быть покрыто за счет возобновляемых источников энергии

[Straw for Energy Production, 1998].

Также с целью получения тепловой энергии в Европе солому актив-

но используют Австрия (несколько фермерских установок тепловых

станций), Швеция (около 70 фермерских установок и 5 тепловых стан-

ций, применяющих солому в качестве дополнительного сырья). Тепло-

вые станции и фермерские котлы, работающие на соломе, внедряются

в Финляндии, Франции и других странах ЕС, а также США и Канаде.

4.1. Солома как энергетический ресурс

В Республике Беларусь площадь пашни, занятой под озимыми

и яровыми зерновыми культурами, за последние десятилетия постоянно

увеличивается (табл. 4.1).

Валовой сбор зерновых культур за 2009 г. при средней урожайности

33,2 ц/га составил 7,643 млн т, что соответствует урожайности соломы на

уровне 10,131 млн т при условии соотношения урожайности зерна к со-

ломе 43:57 для среднерослых генотипов [Сельское хозяйство Республики

Беларусь, 2010].

Вопрос о количестве соломы, которое может быть потенциально

использовано в качестве биотоплива, остается дискуссионным. Основной

142

объем соломы используется в животноводстве в качестве подстилки для

производства органических удобрений. В среднем для получения 1 т

подстилочного навоза необходимо около 250 кг соломы.

Таблица 4.1

Динамика посевных площадей под зерновыми и зернобобовыми

культурами в Республике Беларусь [163]

2000 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Хозяйства всех категорий

Вся посевная площадь 6155 5541 5473 5551 5592 5612 5713

Зерновые и зернобобовые – всего 2537 2390 2314 2404 2567 2576 2591

из них:

озимые зерновые культуры 1059 1120 1085 1041 1231 1300 1302

в том числе:

рожь 723 597 537 492 584 545 454

пшеница 240 179 197 186 247 316 348

тритикале 96 343 349 362 399 436 491

ячмень – 1 2 1 1 3 9

яровые зерновые и зернобобо-

вые культуры 1478 1270 1229 1363 1336 1276 1289

в том числе:

пшеница 212 162 164 199 182 200 214

тритикале 3 16 14 19 18 24 30

ячмень 736 623 613 685 679 613 602

овес 285 269 232 246 222 182 167

кукуруза на зерно 13 12 36 39 108 114 102

гречиха 22 12 8 10 12 17 23

зернобобовые 198 171 154 155 103 113 143

прочие зерновые 9 5 8 10 12 13 8

При существующей структуре посевных площадей для обеспечения

бездифицитного баланса гумуса необходимо ежегодно вносить не менее

43 млн т органики на пахотные земли из расчета 9,4 т на га. Таким обра-

зом, на 2009 г. объемы производства и внесения органических удобрений

были близкими к оптимальным (табл. 4.2). Это означает, что при условии

использования для получения органики только соломистого субстрата,

необходимо его ежегодное количество около 10 млн. т, что близко к мак-

симальному выходу при сложившейся за последние годы урожайности.

Вместе с тем для приготовления органических удобрений в качестве

подстилки используется не только солома зерновых культур, но и торф,

опилки, листовой опад. Самый лучший по качеству навоз получается при

содержании скота на глубокой подстилке. При этом используют как со-

лому, так и торфокрошку в соотношении торф:солома = 2:1; 1:1 или 4:1

[Босак В. Н., 2009].

143

Таблица 4.2

Динамика применения органических удобрений в агроэкосистемах

в Республике Беларусь [163]

2000 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Под сельскохозяйственные культуры, многолетние насаждения,

сенокосы и пастбища, в защищенном грунте

Органические удобрения –

всего, млн т 35,9 28,2 28,4 29,0 34,8 38,1 42,3

В расчете на 1 га сельскохо-

зяйственных земель, т 4,7 3,9 3,8 3,9 4,6 5,0 5,6

Из общего количества внесено под сельскохозяйственные культуры

Органические удобрения –

всего, млн т 35,2 27,5 27,7 28,3 34,0 37,3 41,3

В расчете на 1 га пахотных

земель, т 7,0 6,2 6,3 6,3 7,5 8,1 8,9

Таким образом, можно предположить, что для приготовления ком-

поста в качестве удобрения используется не более 50 % соломы или око-

ло 5 млн т. Определенная часть соломы также используется на другие

цели, например, для кормления скота, укрытия буртов и т. д. В любом

случае возможность выделения определенных объемов соломы в качест-

ве биотоплива зависит от ряда факторов, и это количество является не-

стабильным.

По данным, полученным в результате специального анкетирования

слушателей ФПК из Могилевской, Гомельской и Витебской областей,

в среднем 19,0–27,5 % соломы в хозяйствах эффективно не используется

или сжигается на поле во время уборки или весной. Следует отметить,

что для хозяйств Могилевской и Витебской областей среднее значение

излишка соломы составляет 25,3–27,5 %, а для Гомельской области –

19,0 % [Добышев А. С., Крупенько А. А., 2006].

По расчетам специалистов Минсельхозпрома Республики Беларусь,

оптимальное количество соломы, которую можно использовать в качест-

ве возобновляемого биотоплива без ущерба для других потребностей,

составляет около 10 % от ее общего объема производства. В масштабах

республики это составляет около 1 млн т.

Если использовать для целей энергетики 20 % соломы зерновых от

всего объема производства в стране, это составит около 2 млн т сырья,

что примерно эквивалентно 0,6 млн т у.т. при средней влажности 14 %.

При обоих возможных сценариях потребления соломы как биотоп-

лива несомненно, что этот ресурс вызывает интерес как в масштабах

страны, так и на местном уровне.

144

4.2. Технологические аспекты использования соломы

Технология использования соломы зависит от потребности в энер-

гии на местном уровне и методов использования.

Прямое сжигание применяется при небольшом плече перевозки и,

соответственно, затратах на транспортировку. В этом случае использу-

ются, как правило, тюки или рулоны соломы, которые поступают прямо

с поля, складируются в хранилищах, расположенных вблизи тепловых

станций, и в дальнейшем сжигаются напрямую.

Для небольших фермерских хозяйств применяются котлоагрегаты

небольшой установленной мощности, которые подразделяются на котло-

агрегаты с автоматической загрузкой сырья и периодического действия.

Наиболее широкое распространение получили котлоагрегаты периодиче-

ского действия, в которых подача сырья осуществляется дискретно, т. е.

по мере необходимости. При ручной загрузке объем камеры рассчитан на

рулон (тюк) соломы определенного размера. Принципиальная схема кот-

лоагрегата периодического действия в составе газогенераторной отопи-

тельной системы HERLT HSV 145 показана на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Принципиальная схема газогенераторной отопительной системы

HERLT HSV 145: 1 – отверстие для загрузки рулона; 2 – камера заполнения и газоге-

нерации; 3 – керамическая облицовка; 4 – вихревая камера дожига газа; 5 – тепло-

обменник; 6 – вихревая камера сгорания газа; 7 – вентилятор

В котлоагрегатах с автоматической загрузкой подача сырья в котел осуществляется непрерывно при помощи шнека. Существуют устройства

дозировки для целых брикетов соломы, измельченной соломы и грану-

лированной соломы. Современный уровень развития технологии сжига-

1

2

3 4

5

6

7

145

ния топлива позволяет достигать КПД установок периодического дейст-

вия до 95 %. Прогрессивные методы сжигания обеспечивают контроль

эмиссии в воздух и твердых остатков на уровне установленных нормати-

вов (твердая зола 16–100 мг/м3, СО – 16–100 мг/м

3, NОx – 57–200 мг/м

3).

С целью более качественного сжигания соломы котлоагрегаты оборудо-

ваны баком-аккумулятором для хранения горячей воды, размер которого

устанавливается из расчета 60–70 л воды на 1 кг соломы.

На сегодняшний день данные котлы внедрены более чем

в 10 000 датских хозяйств [Straw for Energy Production, 1998]. Для обеспечения потребностей на региональном уровне использу-

ются тепловые станции. Мощность станции в среднем составляет около 4 МВт, и она вырабатывает только тепловую, но не электрическую энер-гию. Все станции предназначены для использования больших рулонов соломы размером 2,4 × 1,2 × 1,3 м. Необходимая мощность станции рас-считывается с учетом наиболее холодного времени года и размера рай-она, который они обеспечивают. Средняя эффективность станций со-ставляет около 60 %.

В качестве сырья используется солома влажностью не более 20 %.

Для станций в Дании установлены жесткие требования относительно их

воздействия на окружающую среду (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Тепловая станция в регионе Аархус (Дания) (потребление соломы 4000 т

в год, мощность 3,2 МВт) [Straw for Еnergy Рroduction, 1998]

Например, при мощности станции более 1 МВт выбросы пыли не должны превышать 40 мг/м

3, СО – 0,05 % и т. д. Система очистки позво-

ляет значительно сократить выбросы за счет внедрения следующего обо-рудования:

– мультициклоны. Экстракция пылевых частиц из потока выбросов за счет центрифугирования в вертикальных трубах;

146

– электростатические фильтры. Выбросы проходят через электриче-

ское поле, и частицы оседают на электродах.

Для снижения сезонной зависимости от соломы как энергетическо-

го ресурса начиная с 90-х гг. XX в. начали развиваться технологии ком-

бинированного использования топлива. Станции дополнительно осна-

щаются оборудованием, позволяющим использовать жидкое топливо

и (или) дерево.

Доля жидкого топлива в общем балансе, как правило, не превышает

2–5 %, древесного топлива – 25–30 %. Таким образом, основным сырьем

остается солома.

Комбинированные тепловые и электрические станции (CHP) начали активно внедряться в Дании с середины 1980-х гг. В качестве то-

плива они используют солому, древесину, твердые коммунальные отхо-

ды, а также био- и природный газ. Мощность таких станций составляет

несколько МВт. Производство электроэнергии основано на тех же прин-

ципах, что и на традиционных станциях, но энергия, производимая в ви-

де пара или нагретой воды, не теряется, а запасается в виде тепла. Таким

образом, общая эффективность станций возрастает. Если для обычной

электрической станции потери тепла могут составлять до 50 %, то при

комбинированном использовании – не более 15 %. Все станции такого

типа обеспечиваются специальным танком, который служит в качестве

резерва и накопителя тепла. На рис. 4.3 танк объемом 5000 м3 находится

слева от станции.

Рис. 4.3. Комбинированная станция (потребляемый объем соломы 50 000 т в год)

147

Газификация и пиролиз. Газификация применяется на небольших

тепловых станциях мощностью 0,2–0,3 МВт или на электрических мощ-

ностью 50–100 МВт, где полученный газ используется в качестве топли-

ва для двигателя генератора (рис. 4.4). Активного распространения такие

установки не получили по ряду причин, в том числе из-за:

– наличия сырья на стабильной основе;

– технологических проблем обеспечения гомогенного слоя топлива;

– наличия остатков соломы, не подлежащих сжиганию.

На станциях большой мощности газ применяется для выработки па-

ра. В свою очередь пар при охлаждении является дополнительным ис-

точником тепла, как в комбинированных станциях.

Рис. 4.4. Станция газификации

Преимущество пиролиза перед прямым сжиганием, тем не менее, заключается в следующем. Высокое содержание соединений хлора и ще-лочей в соломе не позволяет использовать ее для прямого сжигания в котлах, использующих технологии, основанные на высоком давлении пара. Такие технологии в свою очередь обеспечивают эффективность работы станции. При пиролизе основная часть таких соединений остает-ся в древесном угле, а частично отделяются циклонами. Таким образом, газ, полученный при пиролизе, используется для выработки пара, не вы-зывая риска коррозии и отложений шлаков на котлах.

Изготовление пеллет и брикетов Солома может быть спрессована в специальные пеллеты диаметром

до 10 мм. Они могут эффективно применяться для больших станций, но при использовании на малых котлах имеют все те же недостатки, что

148

и при прямом сжигании соломы. Для снижения количества шлаковых отложений при изготовлении пеллет используются добавки патоки и каолина. Энергетическая ценность пеллет составляет свыше 16 МДж/кг. Удельная плотность более чем в четыре раза превышает этот показатель в соломенных рулонах.

Брикеты отличаются от пеллет размерами (рис. 4.5), они более про-

сты по технологии изготовления, удобны для транспортировки.

А Б

Рис. 4.5. А – брикеты, Б – пеллеты из соломы

Изготовление брикетов в небольших объемах может производиться

на небольших прессах мощностью до 30–50 кг/час (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Пресс для изготовления брикетов из древесных и сельскохозяйственных

отходов, производство Италия

149

При больших объемах используют специальные линии. Производи-

тельность такой линии составляет свыше 1,2 т в час (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Линия по производству пеллет из соломы, производство Латвия

В последние годы в Республике Беларусь появились технологии,

позволяющие создавать системы отопления на базе сжигания соломы.

В 2005 г. в СПК «Осовец-Агро» Любанского района Минской об-

ласти испытан газогенератор ГГ-С-2,3, работающий на соломе, что под-

твердило работоспособность сушилки на этом виде топлива.

ОАО «Минскоблагросервис» разработало газогенераторы ГГ-С-1,2

и ГГ-С-2,3 тепловой мощностью 1200 и 2300 кВт, работающие на биото-

пливе – прессованной в рулоны или тюки соломе, дровах, отходах древе-

сины и других растительных отходах.

В 2006 г. в РУСХП «1-я Минская птицефабрика» п. Большевик Мин-

ского района смонтирована газогенераторная установка HERLT HSV 1300,

которая эксплуатируется в комплексе с зерносушилкой М-819.

ОАО «Могилевагрокомплект» совместно с БГСХА разработан возду-

хонагреватель ВНС-1,5 (рис. 4.8), работающий на соломе (тюки или руло-

ны), адаптированный к теплообменнику сушилки М-819. Опытный обра-

зец теплогенератора прошел испытания в УКСП «Совхоз «Первомайский»

Дрибинского района Могилевской области на сушилке М-819.

Расчеты специалистов УКСП «Совхоз Первомайский» показали, что

для обеспечения таких установок в масштабах хозяйства может быть ис-пользовано до 500 т озимой соломы, что позволяет просушить 10 тыс. т

зерна [Добышев А. С., Крупенько А. А., 2006].

150

Рис. 4.8. Топка воздухонагревателя ВНС-1,5: 1 – корпус; 2 – рычаг; 3, 14 – камеры

горения; 4 – заборник атмосферного воздуха; 5 – люк; 6 – крышка люка; 7 – указа-

тель уровня топлива; 8 – теплоизоляция; 9 – камера загрузочная; 10 – двери загру-

зочной камеры; 11 – шлюзовые затворы; 12 – стенка камеры; 13 – колосниковая

решетка; 15 – камера зольниковая; 16 – перегородка разделительная;

17 – топочная дверца; 18 – дверца зольниковая; 19 – труба горизонтальная;

20 – термометр

4.3. Экологические аспекты использования соломы

Экологические аспекты использования соломы на энергетические

цели обуславливаются рядом обстоятельств.

Баланс биогенных элементов в масштабах агроландшафта

Проблема эффективных методов управления биогенными элемен-

тами, прежде всего азота и фосфора на уровне агроэкосистем, является

актуальной как с экологической, так и с экономической точки зрения.

Для составления баланса систематизируются и анализируются такие

данные, как содержание элементов питания в минеральных и органиче-

ских удобрениях, семенах, кормах, растительных остатках и т. д., фикса-

ция азота, осаждение азота и фосфора из воздуха, информация о реали-

зации растительной и животноводческой продукции, а также органиче-

ских удобрений, утечка нитратов и т. д. Вынос азота и фосфора, которые являются ключевыми элементами,

обуславливающими эвтрофикационные процессы в окружающей среде,

с соломой в значительной степени зависит от вида культуры, сроков

уборки, погодных условий и т. д.

12 13 14 15 17 18 19 20 16 11

1 10

2 8 3 4 5 6 7 9

151

Выбросы в окружающую среду Как уже было отмечено ранее, солома содержит ряд соединений,

которые не только затрудняют ее технологическое использование, но

и оказывают значительное негативное воздействие на окружающую сре-

ду. Особенно опасными являются соединения серы, свинца, хлора. Ти-

пичные значения химического состава соломы зерновых культур пред-

ставлены в табл. 4.3.

Таблица 4.3

Типичные значения химического состава соломы зерновых культур

[Obernberger, 2005]

Параметр Среднее

значение

Типичное

отклонение

Параметр,

мг/кг

Среднее

значение

Типичное

отклонение

Зольность, % 5,6 1,7 Si 14,791 6,321

С, % 45,82 2,17 Ca 3,105 1,131

H, % 5,79 0,26 Mg 867 590

O, % 42,65 K 6,603 4,471

N, % 0,58 0,83 Na 547 78,6

S, мг/кг 981 419 Zn 23 2,5

Cl, мг/кг 3,597 3,945 Pb 0,8 0,7

Как уже было отмечено выше, солома может использоваться в каче-

стве топлива для различных установок как для производства электриче-

ской, так и тепловой энергии. Поэтому для оценки экологического воз-

действия целесообразно сравнить солому с другими видами топлива

(табл. 4.4).

Таблица 4.4

Сравнительная характеристика различных видов топлива

[Straw for Еnergy Рroduction, 1998]

Показатель Солома зерновых

культур

Древесное

топливо Уголь Газ

Содержание воды, % 10–20 40 12 0

Летучие соединения, % 70 70 25 100

Зольность, % 4 1–1,5 12 0

Углерод, % 42 50 59 75

Водород, % 5 6 3,5 24

Кислород, % 37 43 7,3 0,9

Хлориды, % 0,7 0,02 0,08 0

Азот, % 0,35 0,3 1 0,9

Сульфаты, % 0,16 0,05 0,8 0

Калорийность, Мдж/кг 18,2 19,4 32 48

152

Химический состав соломы представлен усредненными показате-

лями. Он зависит от целого ряда условий: вида и сорта культуры, коли-

чества и системы применения удобрений, технологии выращивания, по-

годных условий, характеристики почв и т. д. Также установлено, что

степень увядания и воздействие атмосферных осадков приводит к изме-

нению элементного состава соломы. С возрастанием степени увядания

происходит снижение уровня концентрации щелочных металлов и со-

единений хлора вследствие их вымывания. Так, в процессе вымывания

в соломе происходит изменение уровня содержания соединений хлора

(с 0,49 до 0,05 %) и калия (с 1,18 до 0,22 %) что позволяет минимизиро-

вать их воздействие на энергоустановку, а это очень важно с точки зре-

ния технологичности использования соломы.

Химический состав непосредственно влияет на структуру выбросов

в атмосферный воздух. Этот показатель также не является стабильным,

в том числе и для традиционного ископаемого топлива. Усредненные ори-

ентировочные данные по некоторым соединениям представлены в табл. 4.5.

Таблица 4.5

Выбросы в атмосферный воздух при использовании различных

источников топлива*

Выбросы на 1 т

топлива, кг Солома Древесина Уголь Газ

Диоксид серы 0,05–0,1 0,05–0,1 8–10 –

Оксиды азота 8–10 8–10 50–60 25

Оксид углерода 15–20 15–20 50–70 220

Сажа 15–20 1015 150–200 –

Примечание: * Источники: Straw for Еnergy Рroduction, 1998; Равич М. Б., 1971;

Головков С. И., 1987; ТКП 17.08-01-2006.

Таким образом, солома как топливо с точки зрения экологичности

уступает природному газу, находится приблизительно на одном уровне

с древесиной и значительно превосходит уголь. Несомненное преимуще-

ство соломы в том, что она является нейтральным топливом по отноше-

нию к парниковым газам.

Достаточно высокий уровень выхода летучих веществ (57–69 %)

обуславливает необходимость выполнения специальных требований

к технологии сжигания соломы.

Снизить количество вредных соединений в летучих газах можно за

счет установки специального оборудования.

Мультициклоны. Удаляют мелкие частицы на основе принципа

центрифугирования. Применение циклонов позволяет снизить содержа-

ние пыли в летучих газах более чем в два раза.

153

Фильтры-ловушки. Улавливают ряд соединений при прохождении

через них потока газа и прежде всего пыль.

Электростатические фильтры. Летучие газы проходят через элек-

трическое поле. В результате частицы оседают на электродах. При ис-

пользовании таких фильтров для соломы возможны проблемы, связан-

ные с ионизацией частиц пыли.

Скрубберы. Летучие газы проходят через поток мелкораспыленной

жидкости. В результате частицы оседают на поверхности капель. Этот

метод обуславливает определенные проблемы при утилизации отрабо-

тавшей воды.

Конденсация летучих газов. Поток охлаждается до точки росы,

а частицы оседают на поверхности образующихся капель.

Одной из основных проблем при использовании соломы в качестве

биотоплива является высокий процент содержания в ней соединений хло-

ра и калия, что, в свою очередь, связано с использованием минеральных

удобрений. Это вызывает ряд технических проблем при эксплуатации

энергоустановок, таких как интенсивная коррозия поверхностей нагрева,

повышение степени шлакования и загрязнения проходных каналов, ухуд-

шение протекания реакции катализа для снижения выбросов NOx.

Решение проблемы возможно на нескольких этапах. Прежде всего

необходимо балансировать внесение удобрений, особенно если солома

будет предположительно использоваться в качестве биотоплива. Во-

вторых, лучше использовать солому после некоторого ее пребывания

в поле, а не сразу после уборки. И, в-третьих, необходимо непосредст-

венно обрабатывать солому перед использованием. Например, в 1996 г.

электроэнергетическая компания группы Ютландия-Фюн (ELSAM) ус-

тановила, что снижение уровня концентрации коррозионно-опасных

элементов может быть достигнуто путем термической обработки соломы

в процессе кипячения при температуре 160 °С. В настоящее время более

экономичным способом является промывание соломы водой при 50–

60 °C. Как правило, данные методы «вымывания» применяются при ис-

пользовании соломы в котлоагрегатах малой мощности.

Процесс горения определяется не только наличием вышеотмечен-

ных летучих соединений, но также и формой поступающего в топку ма-

териала. При использовании слабоспрессованных тюков в первой фазе

сжигания летучие газы легко высвобождаются вследствие малой плотно-

сти материала и, соответственно, относительно большой поверхности

горения. Если материал уплотнен сильнее, то реагирующая поверхность

уменьшается, что способствует более полному сгоранию.

154

Использование золы Обычное содержание золы в соломе составляет 3–5 %, и она содер-

жит ряд необходимых растениям элементов (табл. 4.6).

Таблица 4.6

Химический состав золы соломы зерновых культур

[Straw for Еnergy Рroduction, 1998]

Соединение SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O P2O5 SO3

Содержание, % 2,90 0,06 0,003 0,05 0,58 0,13 0,05 2,50 0,35 0,30

Высокий процент содержания ряда элементов питания, особенно

калия, теоретически позволяет использовать солому в качестве удобре-

ния для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Такое

применение возможно, если по ряду других параметров, особенно со-

держания тяжелых металлов, солома не превышает установленных нор-

мативов.

Нормативы для стран ЕС представлены в табл. 4.7.

Таблица 4.7

Лимитирующие нормативы содержания тяжелых металлов

в золе соломы [Straw for Еnergy Рroduction, 1998]

Тяжелый металл

Предельно допустимая кон-

центрация (ПДК),

мг/кг сухого в-ва

ПДК,

мг/ кг общего фосфора

Кадмий 0,4 100

Ртуть 0,8 200

Свинец 120 10 000

Никель 30 2500

Хром 100 –

Цинк 4 000 –

Медь 1 000 –

Эти нормативы могут быть взяты за основу и для Беларуси. При пре-

вышении нормативов зола может быть использована на другие цели.

В частности, в качестве удобрения для непродовольственных культур, на-

пример короткоцикловых посадок ивы. Во-первых, эта культура не накап-

ливает свинец или кадмий в значительных количествах, а во-вторых, оста-

ется на одном месте более 20 лет. Необходимо сбалансировать нормы

и сроки внесения таким образом, чтобы не происходила аккумуляция тя-

желых металлов в почве на участке, где заложена плантация. Вторым направлением является добавление золы при изготовлении

цемента или других строительных материалов. В этом случае необходи-

мо учитывать, что зола соломы, содержащая ряд щелочных соединений

155

и хлора, может снизить качество материалов. Необходимо использовать

современные специальные технологии, чтобы нивелировать этот нега-

тивный фактор.

4.4. Балансовый метод расчета ресурса биомассы соломы

на локальном уровне

Оценка валового и технического энергетического потенциала био-

массы соломы, произведенной в условиях конкретного хозяйства, может

быть выполнена на основе балансового метода, расчет которого опреде-

ляется установлением следующих величин:

– площадь посева сельскохозяйственной культуры;

– плановая или фактическая урожайность сельскохозяйственной

культуры;

– высшая теплота сгорания соломы сельскохозяйственной культуры;

– масса абсолютно сухой соломы сельскохозяйственной культуры;

– химический состав сельскохозяйственной культуры;

– естественная влажность сельскохозяйственной культуры;

– технически доступные ресурсы соломы сельскохозяйственной

культуры при уборке урожая.

Для оценки энергоресурсов соломы сельскохозяйственных культур

в энергетических единицах предложен алгоритм расчета, блок-схема ко-

торого представлена на рис. 4.9 и на основании которого рассчитывается

валовой и технический потенциал биомассы соломы.

Для определения валового потенциала энергии биомассы соломы

как биотоплива необходимо ее высшую удельную теплотворную способ-

ность умножить на теоретический объем, определяемый на основании

валовой урожайности сельскохозяйственной культуры.

Данный потенциал является теоретическим пределом извлечения из

биомассы энергии, которую можно получить из абсолютно сухого веще-

ства биомассы. Нижним пределом извлечения из биомассы энергии яв-

ляется энергия, получаемая из биомассы естественной влажности, кото-

рая характеризует валовый потенциал энергии биомассы соломы естест-

венной влажности.

Расчет технического потенциала естественной и абсолютно сухой

энергии биомассы соломы определяется перемножением валового по-

тенциала на соответствующий нормативный коэффициент технически

доступного ресурса соломы сельскохозяйственной культуры при убор-

ке урожая.

156

Рис. 4.9. Алгоритм расчета валового и технического потенциала биомассы соломы:

jS – площадь посева с/х культуры; jP – плановая или фактическая урожайность с/х

культуры; jF – урожайность соломы с/х культуры; d

ijm – абсолютно сухая масса

соломы с/х культуры; d

sje – высшая удельная теплота сгорания соломы;

d

sjQ – высшая теплота сгорания соломы с/х культуры; drr HAW ,, – содержание

влаги, золы и водорода в соломе; r

ijE – валовый энергетический потенциал соломы

с/х культуры естественной влажности; d

sjE – валовый энергетический потенциал

абсолютно сухой соломы с/х культуры; ts

ij – технически доступные ресурсы соло-

мы с/х культуры при уборке урожая; rts

ijE , и dts

ijE ,– технический потенциал соломы

естественной и абсолютно сухой соломы

В качестве практического примера в наших исследованиях был рас-считан энергетический потенциал биомассы соломы для Дзержинского района Минской области [152]. Район включает 16 хозяйств общей пло-щадью более 20 тыс. га и является достаточно типичным регионом с раз-витым сельскохозяйственным производством. Для оценки удельной теп-лоты сгорания соломы брался среднеарифметический показатель для зерновых культур по результатам измерений, полученных в лаборатор-ных условиях. Следует отметить, что для более точных оценок на уровне одного хозяйства или отделения необходимо учитывать виды соломы отдельно, т. к. их теплота сгорания варьирует и при конкретных услови-ях. Например, в соответствии с данными зарубежных исследователей и результатами наших экспериментов, из типичных для Беларуси зерно-вых культур (пшеница, рожь, ячмень, овес, тритикале) при одинаковой

drr HAW ,, , %

d

sjQ , ккал d

ijm , т/м3

d

sjE , Гкал r

ijE , Гкал

ts

ij , %

rts

ijE , , Гкал dts

sjE , , Гкал

d

sje , Гкал/м3

jF , ц/га

jS , га jP , ц/га

157

влажности более высокая теплота сгорания имеет место для соломы пшеницы. Тем не менее этот показатель также в значительной степени будет зависеть от особенностей агротехники (особенно внесение удобре-ний и ретордантов), сорта, климатических условий и т. д. В наших расче-тах использовался также средневзвешенный показатель влажности – 14 %, близкий к величине, получаемой при уборке зерновых культур в типичных условиях. Таким образом, расчеты носили несколько при-ближенный характер.

В результате математического моделирования оценки биомассы со-ломы в качестве возобновляемого источника энергии валовой потенциал абсолютно сухой биомассы соломы зерновых культур в Дзержинском районе за 2008 г. в среднем составляет 21,5 Гкал, или 3,1 т у.т. с га. Тех-нический потенциал при средней влажности 14 % варьирует на уровне 12,7–13,4 Гкал/га (1,8–1,9 т у.т.) при условии коэффициента доступности ресурсов 0,85–0,9.

При общей посевной площади в 21 379 га и средней урожайности зерновых по району 40 ц/га валовой потенциал абсолютно сухой биомас-сы соломы составляет около 68 тыс. т у.т. (табл. 4.8).

Таблица 4.8

Моделирование валового и технического потенциала использования

соломы зерновых культур в Дзержинском районе

№ п./п. Наименование с/х организации jS ,

га

jP ,

ц/га

d

sjE ,

тыс. т у.т.

r

ijE ,*

тыс. т у.т.

rts

ijE , ,**

тыс. т у.т.

1 СПК «Крутогорье-Петковичи» 2255 50,2 8,623 5,4–6,6 1,02–1,08

2 ОАО «АК Дзержинский» 1765 52,7 7,085 4,4–5,4 0,84–0,89

3 СПК «Искра-Агро» 973 46,2 3,423 2,2–2,6 0,40–0,43

4 СПК «Фалько-2003» 1124 46,6 3,990 2,5–3,1 0,47–0,50

5 СПК «Окт. революция» 1180 49,4 4,440 2,8–3,4 0,53–0,56

6 СПК «Правда-Агро» 1697 48,9 6,321 4,0–4,8 0,75–0,79

7 СПК «Боровое-2003» 1880 35,2 5,049 3,9–3,2 0,60–0,63

8 Ф-л «Крион-агро» 995 27,6 2,092 1,4–1,6 0,25–0,26

9 Ф-л «Логовищанское» 450 29,8 1,021 0,7–0,8 0,12–0,13

10 СЗАО «Негорельское» 1135 28,6 2,472 1,6–1,9 0,29–0,31

11 Ф-л «Холодон-Агро» 958 32,5 2,371 1,5–1,8 0,28–0,30

12 СПК «Маяк-78» 1435 34,2 3,738 2,3–2,9 0,44–0,47

13 Ф-л «ММК-Агро» 1282 38,0 3,711 2,3–2,9 0,44–0,46

14 ОАО «Дзержинский РАС» 1130 37,1 3,193 2,0–2,4 0,38–0,40

15 УП «Путчино» 2920 44,2 9,832 6,2–7,5 1,16–1,23

16 РСУП «Шикотовичи» 200 39,1 0,595 0,4–0,5 0,07

Всего по району 21 379 40,0 67,956 43,3–51,3 8,04–8,51

Примечания: * Естественная влажность – 8–20 %, содержание водорода –

5,66 %, зольность – 6,8 %.

** Коэффициент доступности – 0,85–0,9, использование на цели энергетики – 20 %.

158

Технический потенциал биомассы соломы при данной влажности

колеблется на уровне 8–8,5 тыс. т у.т.

Как уже было отмечено выше, расчет баланса биогенных элементов

является обязательным условием для оценки экологической нагрузки, осо-

бенно на водные системы. На основании данных о структуре посевных

площадей и урожайности зерновых культур может быть рассчитана со-

ставляющая расходной части баланса биогенных элементов (N, P). Напри-

мер, для ОАО «АК Дзержинский» количество азота и фосфора, содержа-

щихся в биомассе соломы, в среднем составляет 32,6 и 5,6 кг/га соответст-

венно. Со всей площади посевов зерновых культур (1765 га) с соломой

выносится около 57,5 т азота и 9,9 т фосфора. При использовании на цели

энергетики 20 % от валового потенциала биомассы количество выносимо-

го азота и фосфора составляет 15,1 т и 2 т соответственно.

Приведенные в данном разделе данные, основанные как на источ-

никах литературы, так и собственных результатах, свидетельствуют, что

солома зерновых культур может рассматриваться как серьезный допол-

нительный источник биотоплива, особенно в региональном масштабе.

Предложенная модель позволяет рассчитать не только энергетический

потенциал соломы как для отдельного хозяйства, так и региона в целом,

но и вынос биогенных элементов на уровне реального объекта управле-

ния. Контроль биогенных элементов является обязательной составляю-

щей экологического менеджмента территорий. В данной работе пред-

ставлен расчет выноса азота и фосфора из агроэкосистемы на уровне од-

ного хозяйства. Аналогичные результаты могут быть получены как на

уровне отдельных полей сельскохозяйственных угодий, так и агроланд-

шафтов и водосборов. Соответственно они могут использоваться как для

решения задач экологического управления различного масштаба и на-

правленности, так и более четкого и рационального планирования ис-

пользования сельскохозяйственных удобрений по конкретным полям.

Использование соломы как топлива оказывает значительно меньшее

воздействие на окружающую среду, чем, например, использование угля.

В масштабах республики применение 1 млн т соломы в качестве биотоп-

лива позволит заместить 0,3–0,4 млн т традиционных энергоносителей.

С учетом нейтральности соломы по отношению к парниковым газам это

позволит снизить их количество до 0,8–1 млн т в год. В то же время су-

ществует ряд экологических и технологических проблем, включая отно-

сительно высокий уровень выбросов соединений серы и азота и содер-

жание хлора в биомассе. Решение этих проблем, так же как и экономиче-

ское обоснование использования соломы в качестве топлива возможно

при выполнении конкретных мероприятий на местном уровне.

159

5. Экологические аспекты производства биодизеля

5.1. Характеристика и источники биодизеля

Биодизельное топливо (биодизель, МЭРМ, РМЭ, RME, FAME,

EMAG и др.) – это экологически чистый вид биотоплива, получаемый из

жиров растительного и животного происхождения и используемый для

замены нефтяного дизельного топлива (ДТ). С химической точки зрения

биодизельное топливо представляет собой смесь метиловых (этиловых)

эфиров насыщенных и ненасыщенных жирных кислот.

Используется также термин биодизель – биотопливо на основе расти-

тельных или животных жиров (масел), а также продуктов их этерифика-

ции [96]. Биодизель может быть получен несколькими методами. В любом

случае для этого растительные масла или жиры преобразуются в жирные

кислоты, которые в свою очередь преобразуются в эфиры. Масла или жи-

ры могут также непосредственно преобразовываться в метиловый или

этиловый эфиры, используя кислоту или ускоренную каталитическую ре-

акцию. Самый обычный метод получения биодизеля, известный как

«трансэфиризация», состоит в расщеплении молекулы глицерольного

эфира жирной кислоты на молекулы метилового эфира. Таким образом,

биодизель – это название, данное эфирам соответствующих масел, кото-

рые используются как дизельное топливо. Это неядовитое, разлагаемое

микроорганизмами жидкое топливо, которое состоит из длинных цепей

моноалкиловых эфиров жирных кислот и может использоваться либо

в чистом виде, либо в смеси с дизельными нефтяными топливами.

Масло для производства биодизеля может быть произведено прак-

тически из любых масличных культур (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Этапы производства масла для биодизеля

160

Наиболее распространенными источниками являются рапс в Европе

и соя в Южной и Северной Америке. В тропических и субтропических

странах биодизель получают из арахиса, ятрофы, кокосового масла и др.

Кроме того, для получения биодизеля можно использовать жиры, ос-

тающиеся после переработки рыбы или животных продуктов. В настоя-

щее время этот ресурс используется в небольших объемах.

Краткая характеристика сырья для производства биодизеля пред-

ставлена ниже.

Рапсовое масло. Обладает относительно высокой стойкостью

к окислению. Содержание йода (IV) в нем ниже 120 ед., оно удобно для

использования в зимних условиях, а культура рапса дает высокие уро-

жаи. Поэтому значительные площади под сырье для биодизеля заняты

именно этой культурой.

Подсолнечное масло. В настоящее время урожаи подсолнечника

ниже, чем урожаи рапса, однако он хорошо произрастает в странах с те-

плым и сухим климатом. Содержание йода (IV) в нем выше 120 ед. (со-

гласно европейскому Стандарту EN 14214 его не должно быть более

120), поэтому его приходится смешивать с другими маслами, содержа-

щими меньшее количество йода.

Соевое масло. Оно получило широкое распространение в США

и Аргентине. Масло сои имеет повышенное содержание йода (более

120 ед.), однако на него не распространяется действие европейского

стандарта EN 14214, а американский стандарт D-6751-02 не содержит

подобных ограничений.

Пальмовое масло. Широко используется в Малайзии с 1987 г. для

производства биодизеля. Из-за характерной для пальмового масла тем-

пературы снижения жидкотекучести при +11 °C его применение ограни-

чено странами с теплым климатом (может использоваться в них только

в смесях с другим сырьем).

Животные жиры и отходы пищевых жиров. Применение этого

вида сырья в Европе определяется Стандартом EN 14241. Животные

и пищевые жиры содержат повышенное количество полимеров, но они

получили распространение в тех странах, где они довольно дешевы

и обеспечивают достаточную доходность.

Другие источники. Потенциальные возможности использования

других семян масличных культур в качестве сырья для получения биоди-

зеля полностью еще не исследованы. Применение ореховых масел начато

в Никарагуа, опыты по использованию хлопкового масла успешно про-

ведены в Греции.

Следует учитывать, что при производстве биодизеля получается ряд

побочных продуктов, которые в той или иной степени также могут быть

161

использованы. Например, при получении рапсового масла побочными

продуктами являются солома, шрот и глицерин.

Поскольку при производстве биодизеля используются различные

масла, полученное топливо может обладать широким спектром физиче-

ских характеристик, таких как вязкость, воспламеняемость и т. д.

Биодизель можно использовать в чистом виде или смешивать с тра-

диционными видами топлива. Его энергоэффективность составляет от 88

до 95 % от обычного дизельного топлива. Биодизель может использо-

ваться в различных целях. Его можно применять в качестве смазываю-

щей добавки (1–2 %) к дизельному топливу с крайне низким содержани-

ем серы, а смесь 20 % биодизеля с 80 % дизельного топлива (B20) обыч-

но служит заменой ДТ, которым, согласно стандарту ASTM, могут быть

ДТ1, ДТ2, авиационный керосин или другие продукты переработки неф-

ти. При соответствующей подготовке можно использовать в двигателе и

чистый биодизель (В100).

Международным стандартом для биодизеля является ISO 14214.

Также используется международный стандарт ASTM D 6751, который

получил наибольшее распространение в США. Европейской организаци-

ей стандартов разработан стандарт EN14214. Кроме него, существуют

стандарты EN590 (или EN590:2000) и DIN 51606. Первый описывает фи-

зические свойства всех видов дизельного топлива, реализуемого в ЕС,

Исландии, Норвегии и Швейцарии. Этот стандарт допускает содержание

5 % биодизеля в минеральном дизеле; в некоторых странах (например, во

Франции) все дизтопливо содержит 5 % биодизеля. Второй DIN 51606 –

немецкий стандарт, разработан с учетом совместимости с двигателями

почти всех ведущих автопроизводителей, поэтому он является самым

строгим. Большинство видов биодизеля, производимых для коммерче-

ских целей на Западе, соответствует ему или даже превосходит [Био-

энергетика: мировой опыт и прогнозы развития, 2008].

В настоящее время самая распространенная биодизельная смесь

в Соединенных Штатах – B20, т. е. 20 %-ная добавка к традиционному

топливу. Считается, что она позволяет удачно сбалансировать требова-

ния, связанные с особенностями ДТ, рабочими характеристиками, эмис-

сией отработавших газов и стоимостью. Эта смесь может использоваться

в системах, предназначенных для работы на дизельном топливе, в том

числе в дизельных двигателях, нефтяных нагревательных котлах и тур-

бинах, не требуя никаких дополнительных регулировок и переделок.

Применение смесей с более высоким содержанием биодизеля (типа

B50 или B100) требует специальной подготовки системы управления

и может потребовать модификации оборудования, например применения

специальных подогревателей или замены уплотнений и прокладок, кото-

162

рые контактируют с топливом. В целом, характеризуя экологические ас-

пекты различных марок биодизеля, можно отметить следующее:

– B100 обеспечивает наиболее высокие экологические характеристики;

– B20 обеспечивает получение в 5 раз меньших экологических пре-

имуществ по сравнению с B100, но может широко использоваться на су-

ществующих двигателях при незначительной их модификации или во-

обще без нее;

– 1–2 %-ная смесь биодизеля с традиционным дизельным топливом

обеспечивает незначительное улучшение экологических характеристик,

но может использоваться как полезная добавка.

Особое место в технологическом процессе изготовления биодизеля

отводится его испытаниям и контролю качества. Из многих существую-

щих методов испытаний биодизеля наиболее перспективными для оцен-

ки его качества считаются методы, предусмотренные американскими

стандартами 14105 и ASTM D6584. Если при проверке топливо не соот-

ветствует положительной оценке, оно подвергается доработке с после-

дующим повторным испытанием. Так, оставшийся в топливе глицерин

может вызвать забивание распыливающих отверстий форсунки. Появле-

ние свободного и полного глицерина в биодизеле обусловлено, как пра-

вило, недостаточным преобразованием масла или жира в желательный

моноалкиловый эфир.

Обычно биодизель смешивают с дизельным топливом из-за его бо-

лее высокой себестоимости. Другой причиной для применения смеси из

биодизеля и ДТ являются неудовлетворительные пусковые свойства дви-

гателя, работающего на биодизеле при низкой температуре.

Одной из наиболее важных характеристик ДТ является его способ-

ность к самовоспламенению. Эта характеристика определяется величи-

ной цетанового числа топлива (цетановым индексом).

Цетановое число – характеристика воспламеняемости дизельных

топлив, определяющая период задержки воспламенения смеси (проме-

жуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его горения).

Чем выше цетановое число, тем меньше задержка и тем более спокойно

и плавно горит топливная смесь.

Цетановое число численно равно объемной доле цетана (С16Н34, гек-

садекана), цетановое число которого принимается за 100, в смеси

с α-метилнафталином, цетановое число которого, в свою очередь, равно 0.

Когда дизельное топливо характеризуется такой же воспламеняемо-

стью, определенной на опытном двигателе (ASTM D 613, EN 5165,

ISO 5165, ГОСТ 3122), что и модельная смесь этих двух углеводородов,

цетановое число данного топлива считается равным процентной доле

163

цетана в этой смеси. Чем оно больше, тем лучше воспламеняемость сме-

си при сжатии.

Оптимальную работу стандартных двигателей обеспечивают ди-

зельные топлива с цетановым числом 40–55. При цетановом числе

меньше 40 резко возрастает задержка воспламенения (время между нача-

лом впрыска и воспламенением топлива) и скорость нарастания давления

в камере сгорания, увеличивается износ двигателя. Стандартное топливо

характеризуется цетановым числом 40–45, а топливо высшего качества

(премиальное) имеет цетановое число 45–50. Кроме того, технические

условия для зимних сортов с депрессорными присадками разрешают вы-

пуск арктического топлива с цетановым числом не менее 40.

Премиальное дизельное топливо более легкое, содержит больше

легковоспламеняющихся легких фракций и поэтому более пригодно для

запуска двигателя в холодную погоду, кроме того, отношение водорода

к углероду в легких фракциях выше, поэтому при сгорании такого ди-

зельного топлива образуется меньше дыма.

При цетановом числе больше 60 снижается полнота сгорания топли-

ва, возрастает дымность выхлопных газов, повышается расход топлива.

Американское ДТ имеет сравнительно невысокие цетановые числа,

в среднем около 40, а европейское ДТ имеет цетановый индекс 50 ед.

Исследования показали, что цетановые числа биодизеля лежат в ин-

тервале величин от 45,8 до 56,9 ед.

Следующей важной характеристикой дизельного топлива являются

его смазочные свойства. Смазка топливных форсунок и некоторых типов

топливных насосов обеспечивается самим топливом. Биодизель имеет

лучшие смазочные свойства, чем современные ДТ с низким содержанием

серы (500 весовых частей серы на 1 млн весовых ед. топлива – 500 ppm).

Проблема улучшения смазочных свойств ДТ обострится, когда будет

введено требование об уменьшении содержания серы в ДТ (до 15 ppm).

Как показывают исследования, добавление 1–2 % (по объему) биодизеля

в смесь с ДТ с низким содержанием серы улучшают смазочные свойства

этого топлива.

В продуктах сгорания биодизеля отсутствуют сера или частицы

ароматиков. Биодизель содержит до 10 % кислорода, что способствует

активизации процесса сгорания при работе двигателя на богатых смесях.

Присутствие кислорода в биодизеле способствует уменьшению выбросов

углеводородов, угарного газа и сокращению эмиссии макрочастиц; но

при этом кислородосодержащие топлива имеют тенденцию к увеличе-

нию эмиссии окислов азота. Результаты испытаний подтверждают соот-

ветствующие теоретические предположения.

164

Биодизель также обладает определенными недостатками. Как упо-

миналось ранее, в холодных условиях двигатель работает на биодизеле

заметно хуже, чем на ДТ. Температура начала процесса, при которой то-

пливо становится мутным, называют точкой кристаллизации (помутне-

ния). При еще более низкой температуре топливо теряет текучесть, ста-

новится гелем, который не может быть прокачан по трубопроводу. Оба

названных температурных порога у биодизеля выше, чем у ДТ.

Кроме того, повышенная растворяющая способность биодизеля

и его агрессивность могут создать проблемы для топливной системы.

Биодизель может оказаться несовместимым с материалами уплотнений,

используемыми в топливных системах транспортных средств машин,

выпущенных до 1994 г. Поэтому переход на использование смесей B20

или B100 в любом транспортном средстве или машине требует дополни-

тельной специальной подготовки.

Увеличение эмиссии окислов азота при работе на биодизеле создает

дополнительную нагрузку на окружающую среду, например, в городских

условиях это приводит к образованию смога. Смог затрудняет работу

легких, приводит к обострению астмы и может вызвать хронические за-

болевания органов дыхания. Национальная лаборатория охраны окру-

жающей среды (NREL) в США провела исследования, связанные с поис-

ком путей уменьшения эмиссии окиси азота при работе на биодизеле.

Установлено, что добавление цетаноповышающих агентов, таких как

«ди-терт-бутил пероксид» в количестве 1–2 % или этил-нитрата в коли-

честве 0,5 % способствует уменьшению эмиссии окислов азота при сго-

рании биодизеля. Такой же эффект дает сокращение ароматиков от 31,9

до 25,8 % в ДТ. Эмиссия окислов азота в смесях с биодизелем может

быть уменьшена путем добавления в них керосина или ДТ марки Fischer-

Tropsch. Керосин, смешанный с 40 % биодизеля, обеспечивает эмиссию

окислов азота не выше, чем она бывает при работе на ДТ. Этот же ре-

зультат дает смесь ДТ Fischer-Tropsch с 54 % биодизеля.

Большинство исследований эмиссии биодизеля было выполнено на

существующих двигателях тяжелых шоссейных грузовых автомобилей.

Результаты исследований легли в основу стандартов на эмиссию. При-

менение биодизеля из натурального растительного масла вместо ДТ

обеспечивает уменьшение эмиссии углекислого газа и расхода топлива.

Это утверждение основано на результатах анализа работы двигателя на

биодизеле и ДТ в течение его жизненного цикла. По оценке NREL ис-

пользование биодизеля марки В100 из бобов сои в двигателях городских

автобусов уменьшает эмиссию углекислого газа на 78,45 % [John Sheehan

et al., 1998].

165

Объем выпуска биодизеля в Европе постоянно растет. Существуют

три наиболее крупных центра промышленного производства этого топ-

лива в Европе – Австрия, Франция и Германия. В Германии, Австрии

и Швеции 100 %-ный биодизель применяется на специально приспособ-

ленных для этого автомобилях. В среднем потребление биодизеля со-

ставляет ~1 % от расхода дизельного топлива. В мировом производстве

биодизеля ведущую роль играет Европа.

Доля стран Европейского Союза в мировом объеме производства

биодизеля в настоящее время составляет около 70 % (табл. 5.1). Произ-

водство биодизеля постоянно растет, например, оно увеличилось в 16 раз

с 1,07 млн т в 2002 г. до 16 млн т в 2008 г., причем данный рост произо-

шел не за счет включения в статистику новых стран членов ЕС, а в ос-

новном за счет роста реального производства в Германии, Франции

и Италии. На долю этих стран приходится около 80 % всего европейско-

го производства биодизельного топлива.

Таблица 5.1

Производство биодизеля в ЕС, тыс. т [139]

Страна 2004 г. 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г.

Австрия 57 85 123 267 485

Бельгия – 1 25 166 215

Кипр – 1 1 1 6

Чехия 60 133 107 61 203

Дания 70 71 80 85 140

Эстония – 7 1 0 135

Франция 348 492 743 872 1980

Германия 1035 1669 2662 2890 5302

Греция – 3 42 100 565

Венгрия – – 0 7 186

Италия 320 396 447 363 1566

Великобритания 9 51 192 150 726

Латвия – 5 7 9 130

Литва 5 7 10 26 147

Мальта – 2 2 1 8

Польша – 100 116 80 450

Португалия – 1 91 175 406

Словакия 15 78 82 46 206

Словения – 8 11 11 67

Испания 13 73 99 168 1267

Швеция 1,4 1 13 63 212

Всего по странам

Евросоюза 1933,4 3184 4890 5700 16 000

166

Абсолютным лидером в производстве биодизеля является Герма-

ния, заводы которой производят каждый второй литр этого топлива

в Европе.

Увеличение производства биодизельного топлива в Европе нахо-

дится в неразрывной связи с развитием заправочной инфраструктуры.

В Германии в период с 1994 по 2004 гг. количество заправочных стан-

ций, предлагающих биодизель, увеличилось в 7,5 раз с 251 до 1900 соот-

ветственно, на которых реализовывалось около 50 % произведенного

биодизеля. Биодизельное топливо предлагается как в чистом виде

(B100), так и в качестве добавки (5–35 %) [139].

Германия заслуженно считается лидером не только в потреблении

биодизеля, но и в использовании передовых технологий при его произ-

водстве. Уже около 3 лет здесь производится биодизель второго поколе-

ния по технологии BTL (biomass-to-liquid). Данная технология позволяет

производить топливо, синтезируя его из газов, образующихся при сгора-

нии биомассы. Этот метод позволяет значительно улучшить характери-

стики топлива, адаптировать его для конкретных условий использования

в различных двигателях [Хутцкая Н. Г., 2000].

В настоящее время в Германии под выращивание рапса, который

является основным сырьем для биодизеля, занято около 1,7 из 12 млн га

сельскохозяйственных угодий. С учетом того, что Евросоюз постоянно

призывает фермеров перестраиваться с производства сельхозкультур на

так называемые «энергетические культуры», это цифра, несомненно, бу-

дет расти [139].

Мировая индустрия биотоплива характеризуется наличием широкого

спектра мер законодательного и нормативно-правового обеспечения раз-

вития биоэнергетики, а также государственных программ, направленных

на увеличение производства в конкретной стране и их рыночной доли.

Для стимулирования производства биотоплива в разных странах

разработан комплекс мер – законодательное регулирование, индикатив-

ное планирование объемов производства, льготное налогообложение,

бюджетная поддержка.

Государственное регулирование и законодательная система в Евро-

пе, относящиеся к индустрии биодизеля, получили развитие в 80-х гг., но

это происходило в разных странах по-разному. Первые относящиеся

к данной отрасли стандарты были разработаны в Австрии в 1991 г. За

ней последовали Франция и Италия – 1993 г., Чешская Республика –

1994 г., Германия с наиболее детально проработанными стандартами из

всех разработанных ранее – 1997 г. Данные стандарты имели решающее

значение для получения со стороны производителей дизельного транс-

порта гарантий, касающихся использования биодизеля. В итоге в раз-

167

личных странах это привело к возрастанию спроса на биодизель в каче-

стве топливного ресурса.

В значительной степени использование биодизельного топлива бы-

ло стимулировано Киотским протоколом. Протокол, подписанный

в 1997 г., обязывал страны ЕС сокращать выпуск парниковых газов на

8 % с 2008 по 2012 г. ЕС в 2003 г. принял Директиву по распростране-

нию биотоплива, которая призывала увеличить долю рынка биотоплива

в ЕC до 2 % к 2005 и до 5,75 % – к 2010 г. Разработка Директивы была

мотивирована необходимостью сокращения выбросов парниковых газов

в транспортном секторе в ответ на принятие Киотского протокола и ук-

репления энергетической безопасности Сообщества путем снижения ев-

ропейской зависимости от импорта нефти.

Сопутствующим этому документу фактором положительного раз-

вития биотопливной индустрии в Евросоюзе послужила разработка Ди-

рективы по качеству топлива. Данная Директива привела к значительно-

му усовершенствованию в технологии производства дизельных двигате-

лей, повысившему их энергоэффективность и снизившему токсичность

выхлопных газов. Также была принята Директива по налогообложению

энергии полученной на основе биоэнергетики. Директива представляет

собой правила налогообложения биодизеля и биотоплива в целом. Ста-

тья 16 Директивы позволила странам-членам Евросоюза требовать сни-

жения или освобождения от акциза на биотопливо, проданное в Евро-

союзе, в течение шести лет начиная с 2004 г. Директива значительно уп-

рощает процесс усовершенствования налогообложения в топливном

секторе в отдельных странах. Она направлена на устранение неравной

конкуренции, существовавшей между различными энергетическими

продуктами.

В ноябре 2005 г. в договоре Большой коалиции было отмечено, что

существующая до сих пор налоговая льгота должна быть заменена обяза-

тельным использованием примесей, т. е. биотопливо, применяемое

в чистом виде, должно также подлежать налогообложению в полном

объеме [Биоэнергетика: мировой опыт и прогнозы развития, 2008].

В Германии были приняты законы, имеющие важное значение для

реорганизации рынка биотоплива: о налогообложении источников энер-

гии, принятый 15.07.2006 г., и о квотах на биотопливо от 18.12.2006 г.

Закон о налогообложении источников энергии вступил в силу 1 августа

2006 г. Вместо фактического освобождения от уплаты налогов закон ус-

тановил с 1 января 2008 г. поэтапное увеличение налога на биодизель,

а также на чистое топливо, произведенное из растительного масла. В ок-

тябре 2006 г. был принят Закон, касающийся рынка биотоплива. Если

Закон о налогообложении источников энергии регулирует рынок чистых

168

видов топлива, то в Законе о квотах на биотопливо речь идет о примесях

биотоплива. С 1 января 2007 г. нефтяная промышленность обязана уве-

личить долю биотоплива в общегодовом объеме реализации предпри-

ятиями бензина и дизеля (включая долю биотоплива). Регулирование

квот осуществляется в соответствии с изменениями Федерального закона

по защите от эмиссии [Биоэнергетика: мировой опыт и прогнозы разви-

тия, 2008].

В США разработана программа, называемая EPAct, которая преду-

сматривает определенный процент отчислений в пользу государственных

владельцев транспортных средств, использующих биодизель. Кроме того,

EPAct поставила цель заменить к 2000 г. 10 % ДТ альтернативными топ-

ливами (биодизелем). К 2010 г. такая замена должна составить 30 %. Со-

гласно EPAct 75 % государственных транспортных средств должны быть

способны работать на биодизеле, что должно послужить примером для

развития этого направления для частных автомобильных и топливных от-

раслей промышленности. Уточнения, внесенные в этот Акт в 1998 г., пре-

дусматривают выдачу льготных кредитов на покупку автомобилей с дви-

гателями, работающими на биодизеле. Отмечается, что созданные стиму-

лы развития производства и использования биодизеля наиболее активно

восприняты Министерством обороны США. В октябре 2004 г. Конгресс

США ввел налоговые льготы для пользователей биодизеля. Величина

льготы является функцией его процентного содержания в смеси с нефтя-

ным дизельным топливом. Так, при использовании биодизеля марки В20

дается ценовая скидка 20 центов на галлон, при использовании В5 скидка

составляет 5 центов на галлон. Скидки на биодизель, получаемый из жи-

вотных жиров, установлены в два раза меньшими, чем на биодизель из

растительных масел.

Общая потребность Республики Беларусь в дизельном топливе со-

ставляет примерно 2 млн т в год. Процесс освоения выпуска биодизель-

ного топлива предусматривает последовательное наращивание произ-

водства метиловых эфиров жирных кислот рапсового масла.

В климатических условиях Республики Беларусь наиболее опти-

мальной культурой для производства биодизеля является рапс. С 2000 по

2009 гг. площади пашни под посевами рапса возросли с 110 до

354 тыс. га в хозяйствах всех категорий.

Постановлением Совета Министров Республики Беларусь (№ 1760

от 17.12.2007 г.) утверждена Государственная программа по обеспече-

нию производства дизельного топлива в республике на 2007–2010 гг.

В соответствии с Программой общая площадь посевов под рапсом и мас-

личной редькой должна составить свыше 400 тыс. га.

169

Целью программы является повышение уровня экологической и

энергетической безопасности страны, уменьшение зависимости нацио-

нальной экономики от импорта нефти. В республике ставится задача обес-

печить транспорт конкурентоспособным дизельным биотопливом путем

создания на отечественной сырьевой базе системы промышленных произ-

водств нового вида топлива из возобновляемого источника энергии – рап-

сового масла. Государственным заказчиком программы выступает кон-

церн «Белнефтехим». Для получения биотоплива в Беларуси к 2010 г. пла-

нировалось организовать промышленные производства по получению

метиловых эфиров жирных кислот с общим объемом выпуска не менее

100 тыс. т в год. Предполагалось, что в ходе первого этапа будут созданы

крупные предприятия (мощностью 40–60 тыс. т в год) по переработке рас-

тительных масел в биотопливо. Следующим этапом должно стать разме-

щение более мелких производств биотоплива (по 2–10 тыс. т в год) в раз-

личных регионах республики. Эти производства предназначены для пере-

работки зерна крестоцветных в масло и далее в метиловые эфиры жирных

кислот, что позволяет также пополнять кормовую базу областей собствен-

ными белковыми компонентами кормов (жмыхом и шротом) с наимень-

шими затратами на их производство, хранение и транспортировку [101].

В Беларуси имеются объективные предпосылки для дальнейшего

поэтапного увеличения объемов производства рапса, причем наиболее

пригодными для выращивания озимого рапса являются Гродненская,

Брестская и Могилевская области, тогда как яровой рапс может успешно

культивироваться в Беларуси повсеместно. Министерство сельского хо-

зяйства и продовольствия Республики Беларусь подтвердило возмож-

ность выделения к 2010 г. 600 тыс. га земель под посевы рапса, тем са-

мым планировалось полностью удовлетворить потребность республики

в рапсе [138].

Теоретически, с учетом плодосмена культуры, рапс в Беларуси еже-

годно можно высевать на площади 500–520 тыс. га. Из них 23 % отно-

сятся к наиболее благоприятным почвам, где можно получать урожай

25–30 ц/га маслосемян. Остальные почвы с легким механическим соста-

вом для рапса менее пригодны и могут обеспечить урожайность 12–

15 ц/га. В то же время по данным зарубежных исследователей экономи-

чески рентабельной для производства биодизеля может быть урожай-

ность не ниже 20 ц/га.

Следует учитывать, что резкое изменение структуры посевных

площадей, а также увеличение посевов рапса с 3 до 15 % может негатив-

но сказаться на других отраслях сельского хозяйства.

В Республике Беларусь законодательно закреплены стимулы для

производства и использования биодизеля.

170

Указом Президента Республики Беларусь № 275 от 15 июня 2005 г.

установлено, что биодизельное топливо – один из видов моторного топ-

лива, при использовании которого за выбросы загрязняющих веществ

в атмосферный воздух уплачивается экологический налог с понижаю-

щим коэффициентом 0,6.

На автозаправках Беларуси устанавливаются колонки, на которых

можно заправиться дизельным топливом с 5 %-ной биодобавкой (ДТ Б5),

производство которого было начато в Беларуси еще в ноябре 2007 г.

ОАО «Гродно Азот».

ДТ (Б5) производится в следующем соотношении: 95 % нефтяного

дизельного топлива производства ОАО «Нафтан» и 5 % метиловых эфи-

ров жирных кислот рапсового масла производства ОАО «Гродно Азот».

Две трети всего количества реализуемого в Беларуси дизельного

топлива распространяется через систему предприятий ПО «Белорус-

нефть», и именно перед этой структурой стоит задача ежегодного увели-

чения объемов реализации дизтоплива с биодобавкой.

Дизельное топливо с биодобавкой сегодня полностью отвечает тре-

бованиям международных стандартов и никакого вредного воздействия

на двигатели не оказывает. Для использования биодизельного топлива не

требуется специальной адаптации дизельных двигателей. Данный вид

топлива должен соответствовать требованиям СТБ 1658–2006 «Топлива

для двигателей внутреннего сгорания. Топливо дизельное. Технические

требования и методы испытаний» и критериям EN 590:2004 «Топлива

для двигателей внутреннего сгорания. Топливо дизельное. Технические

требования и методы испытаний», предъявляемым в странах Европей-

ского Союза».

Общий объем производства дизельного топлива с биодобавкой

в 2009 г. в Беларуси составил около 390 тыс. т.

5.2. Оценка жизненного цикла (ОЖЦ) производства

биодизельного топлива

5.2.1. Методология ОЖЦ

Метод оценки жизненного цикла (ОЖЦ), основанный на стандартах

серии ИСО 14040, сегодня активно используется при анализе экологиче-

ского воздействия производства различных видов продукции. За послед-

ние годы за рубежом выполнен ряд исследований по оценке жизненного

цикла производства биодизеля [Evaluation of the Comparative Energy,

2003; John Sheehan et al., 1998; Jon Van Gerpen et al., 2000; L. De Nocker et

al., 1998].

171

Специфика методологии ОЖЦ не позволяет автоматически распро-

странять результаты, полученные в определенных конкретных условиях,

на остальные регионы. Тем не менее, возможно использование отдель-

ных результатов, полученных другими исследователями, и такая практи-

ка активно применяется, т. к. сам по себе метод ОЖЦ является сложным

и требует значительного набора данных для качественного анализа.

В данной работе представлены результаты ОЖЦ, проведенные для

конкретных условий Республики Беларусь, выполненные с учетом ряда

ограничений, о которых будет упомянуто ниже. ОЖЦ позволяет проанализировать воздействие на окружающую

среду в комплексе на всем протяжении цикла производства продукции, выявить наиболее серьезные проблемы на конкретных этапах и предло-жить соответствующие корректирующие мероприятия. Оценивая только производственный цикл той или иной культуры на основе разработанной технологической карты, можно рассчитать себестоимость продукции, выявить определенные технологические проблемы ее получения и т. д., но нельзя ответить на вопрос о степени воздействия на окружающую среду. Вместе с тем, если для промышленного производства системы управления окружающей среды за последние годы активно внедряются как в нашей стране, так и за рубежом, то для сельскохозяйственного ме-неджмента такие исследования не проводятся.

Метод оценки жизненного цикла включает в себя:

– проведение инвентаризации соответствующих входных и выход-

ных потоков продукционной системы;

– оценивание потенциальных воздействий на окружающую среду,

связанных с этими потоками;

– интерпретацию результатов инвентаризационного анализа и эта-

пов оценки воздействий в зависимости от цели исследования.

С помощью этого метода оценивают экологические аспекты и по-

тенциальные воздействия на протяжении всего жизненного цикла про-

дукции (т. е. «от колыбели до могилы») – от приобретения сырья до про-

изводства, эксплуатации и утилизации. Основными категориями воздей-

ствий на окружающую среду являются использование ресурсов, здоровье

человека и экологические последствия.

Метод ОЖЦ дает возможность:

– выявления критериев для улучшения экологических аспектов

продукции в различные моменты ее жизненного цикла; – принятия решений в промышленных, государственных или него-

сударственных организациях (например, при стратегическом планирова-нии, определении приоритетов, проектировании и перепроектировании продукции или процесса);

172

– выбора соответствующих показателей экологической эффектив-

ности, включая методы измерений; – маркетинга (например, при заявлении об экологическом иске, свя-

занном с системой экологической маркировки или декларацией об эко-логической чистоте продукции).

ОЖЦ – это один из нескольких методов управления окружающей сре-

дой (например, оценка риска, оценка экологической эффективности или

характеристик экологичности, экологический аудит и оценка воздействий

на окружающую среду), и он применим не для всех ситуаций. Как правило,

ОЖЦ не касается экономических и социальных аспектов продукции.

Для метода ОЖЦ характерны следующие ограничения:

– характер выбора и допущений, сделанных применительно к ОЖЦ

(например, установление границ системы, выбор источников информа-

ции и категории воздействий), может быть субъективным;

– модели, используемые для инвентаризационного анализа или

оценки воздействия на окружающую среду, ограничены соответствую-

щими допущениями и могут быть непригодны для всех потенциальных

воздействий;

– результаты исследований ОЖЦ, сфокусированные на глобальных

и региональных проблемах, могут быть непригодны для локальных при-

менений, т. е. локальные условия могут быть неадекватно представлены

региональными или глобальными условиями;

– точность исследований ОЖЦ может быть ограничена степенью

доступности необходимой или отсутствием соответствующей информа-

ции, ее качеством, например пропусками, видами имеющейся информа-

ции, ее группированием, усреднением, специфичностью для данного ме-

стоположения объекта;

– отсутствие пространственных и временных параметров в инвента-

ризационных данных.

Область применения должна быть очерчена достаточно хорошо,

чтобы гарантировать совместимость, достаточность широты, глубины

и детализации исследований. Область применения исследования ОЖЦ

должна четко устанавливать функции исследуемой системы. Функцио-

нальная единица является мерой характеристик функциональных выход-

ных потоков продукционной системы.

Главной целью функциональной единицы является обеспечение

эталона измерений входных и выходных потоков. Эта единица необхо-

дима для того, чтобы предусмотреть сопоставимость результатов ОЖЦ для достижения поставленной цели.

В наших исследованиях за функциональную единицу взята 1 т

биодизельного топлива.

173

В границы системы могут входить следующие элементы:

– материальные и энергетические входные и выходные потоки;

– транспортирование;

– производство и использование топлива, электроэнергии и тепла;

– потребление продукции;

– удаление и размещение отходов производства;

– производство дополнительных материалов и т. д.

Очевидно, что чем шире границы системы, тем более достоверные и

эффективные результаты можно получить в результате анализа, но тем

более сложно собрать и обработать необходимые начальные данные.

Выращивание рапса требует средств защиты растений, минераль-

ных удобрений, топливно-энергетических и других природных ресурсов.

Учесть все вышеназванные факторы в полном объеме не представляется

возможным. Поэтому за входной поток были взяты материалы и энерге-

тическое сырье, уже доставленные к месту выращивания культуры.

Выходной поток включает полученную продукцию, эмиссию в воз-

душную среду продуктов сгорания топлива, остатки минеральных удоб-

рений. Схематически жизненный цикл производства биодизеля состоит

из трех основных этапов и может быть представлен таким образом, как

на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Основные этапы производства биодизеля

Для каждого этапа характерно собственное специфическое воздей-

ствие на окружающую среду. Блоки взаимосвязаны потоками продукции. Блок-схема объединяет ряд процессов, которые называются единич-

ными. Стрелки, направленные от блока «единичный процесс», означают взаимосвязь нескольких процессов между собой. Каждый единичный про-цесс в свою очередь представляет собой отдельную систему, имеющую материальные и энергетические потоки на входе и выходе (рис. 5.3).

Подробные блок-схемы первого и второго этапов представлены на рис. 5.4, 5.5.

Выполнение инвентаризационного анализа представляет собой про-

цедуру сбора информации и количественную оценку входных и выход-

ных потоков веществ и энергии.

Исходный перечень единичных процессов и связанных с ними кате-

горий данных устанавливается при определении целей и задач ОЖЦ.

174

Рис. 5.3. Элементарный единичный процесс

Рис. 5.4. Блок-схема. Выращивание рапса

Сбор данных проводится в несколько этапов с использованием раз-

ных источников информации. Эти этапы включают:

– описание единичных процессов и подготовку перечня категорий

данных, связанных с каждым единичным процессом;

– определение единиц измерения; – установление методов сбора данных и методик расчета для каж-

дой категории данных, необходимых для ОЖЦ; – разработку инструкций, учитывающих наличие отклонений или

других особенностей, которые могут возникнуть при подготовке данных.

175

Рис. 5.5. Блок-схема. Получение рапсового масла

5.2.2. Описание единичных процессов

Подготовка почвы к посеву. На первых этапах вегетации рапс

растет достаточно медленно и требует тщательной защиты от сорняков.

Следовательно, все приемы подготовки почвы под рапс должны быть

направлены на уничтожение сорной растительности, сохранение влаги,

выравнивание и хорошую подготовку почвы под посев культуры. Посев

в плохо подготовленную и невыравненную почву приводит к снижению

полевой всхожести рапса, разным по срокам появления всходов, что ве-

дет к неравномерности созревания и затруднениям с уборкой, снижая

урожайность на 25–30 %.

Подготовка почвы под посев рапса начинается сразу после уборки

предшествующей культуры. Проводится лущение стерни с последующей

зяблевой вспашкой на глубину пахотного горизонта. Рапс также положи-

тельно отзывается на проведение чизелевания на глубину до 40 см. Ран-

невесенняя обработка почвы состоит из культивации с боронованием на

глубину 8–10 см. Выравнивание поля и предпосевное прикатывание сле-

дует проводить в сжатые перед посевом сроки комбинированными агре-

гатами АКШ-3,6; АКШ-7,2. При их отсутствии применяется двукратная

культивация с боронованием и последующим прикатыванием почвы

кольчато-шпоровым катком.

Удобрения. Высоких урожаев семян рапса можно достичь на пло-

дородных почвах при оптимальных нормах внесения органических и ми-

неральных удобрений. Рапс хорошо реагирует на минеральные удобре-

176

ния и особенно требователен к азоту. На формирование 1 ц основной

продукции рапс расходует соответственно азота – 5,0–6,2, фосфора – 2,4–

3,4, калия – 4,0–6,0 кг, а также кальция, магния, бора, серы – в 3–5 раз

больше, чем зерновые культуры. С учетом содержания питательных ве-

ществ в почве, выноса их с урожаем и коэффициента использования пи-

тательных веществ из почвы и удобрений под основную обработку вно-

сится 90–120 кг/га азотных удобрений, 60–80 кг/га фосфорных, 120–

150 кг/га калийных в пересчете на действующее вещество.

При недостаточном содержании в почве микроэлементов для полу-

чения высоких и устойчивых урожаев семян рапса необходимо внесение

микроудобрений. Особенно снижается урожай при недостатке бора (ме-

нее 1 мг на 1 кг почвы) вследствие меньшего количества стручков и се-

мян в каждой из них. Недостаток бора устраняется внесением борного

суперфосфата, борной кислоты.

Посев. Рапс чувствителен к срокам посева и норме высева, т. к. от

осеннего развития растений зависит их перезимовка и урожай. Слишком

ранний посев озимого рапса приводит к перерастанию прикорневой ро-

зетки, вытягиванию точки роста более чем на 3 см над поверхностью

почвы. Такие растения теряют морозоустойчивость и сильнее поражают-

ся бактериозом корней, снежной плесенью, альтернариозом, пероноспо-

розом, фомозом и другими болезнями. Запаздывание же с посевом при-

водит к недоразвитию корневой системы и прикорневой розетки, усиле-

нию поражения черной ножкой.

При посеве в первой декаде августа у растений рапса к концу осен-

ней вегетации формируется 6–7 развитых листьев, толщина корневой

шейки достигает 7–8 мм, а высота растений – 25–30 см, что способствует

хорошей перезимовке растений. Перед уходом в зиму проводится осен-

нее обследование посевов рапса.

Яровой рапс высевается при прогревании почвы до +8–10 °С.

Высевают рапс рядовыми сеялками. Ширина междурядий при посе-

ве рапса может быть от 15 (при сплошном рядовом посеве) до 45 см (при

широкорядном). Это зависит от назначения посевов, климатических ус-

ловий, фитосанитарной обстановки, технологических и экономических

причин, планируемой системы защиты растений и других факторов.

Одним из существенных элементов интенсивной технологии возде-

лывания является наличие технологической колеи, которая служит для

ориентировки при многократном прохождении техники во время ухода

за посевом рапса. При этом повышается производительность труда, эко-

номятся материальные ресурсы, исключается большое количество про-

пусков и накладок при внесении удобрений и ядохимикатов, уменьшает-

ся количество поврежденных растений, что способствует повышению

177

урожая на 2 % и более [Скакун А. С. и др., 1994; Шпаар Д. и др., 1999;

Пилюк Я. Э. и др., 2007].

Уход за посевами рапса. Уход за посевами рапса включает ком-

плекс мероприятий, направленных на уничтожение сорняков, защиту

растений от вредителей и болезней, создание нормальных условий для

роста и развития культуры. Наиболее распространенными вредителями

рапса являются крестоцветные блошки, рапсовый цветоед, рапсовый пи-

лильщик, семенной и стеблевой скрытнохоботник, капустная моль, капу-

стная белянка и тля. Опрыскивание посевов рапса против крестоцветных

блошек проводят в фазе всходов при наличии 4–6 жуков на 1 м2. Против

рапсового пилильщика обработку посевов проводят при заселении 10 %

растений и наличии 1–2 ложногусениц на растении.

Наиболее распространенные болезни рапса – альтернариоз, перо-

носпороз, бактериоз. В борьбе с болезнями первостепенное значение

имеет строгое соблюдение агротехнических требований к размещению

рапса в севообороте и возвращение его на прежнее место не ранее, чем

через 4–5 лет. Предпосевное протравливание способствует обеззаражи-

ванию семян от возбудителей болезней, предупреждает плесневение се-

мян в почве и развитие черной ножки всходов, защищает семена и всхо-

ды от почвообитающих вредителей [Наймарк Л. Б., Шерснев П. М., Жо-

лик Г. А., 1990].

Против альтернариоза и пероноспороза посевы рапса опрыскивают

при появлении первых признаков заболевания. Применяют препараты

импакт, альто супер и другие фунгициды. При необходимости обработку

повторяют через 7–8 дней. Обработку посевов ядохимикатами следует

проводить в зависимости от препарата не позднее, чем за 2–3 дня до

уборки урожая.

Уборка. Большую роль в получении высоких урожаев семян рапса

играют сроки и качество уборки. Преждевременная и поздняя уборка сни-

жает урожайность семян и их качество. При преждевременной уборке се-

мена щуплые, масло низкого качества, урожайность снижается. При позд-

ней уборке возникают потери за счет осыпания культуры. Уборка посевов

проводится как прямым комбайнированием, так и раздельным способом.

При сравнении двух способов уборки не установлено существенных раз-

личий в количестве собранных семян или содержании в них масла. Однако

при раздельной уборке затраты труда на сушку и обмолот сокращались на

25 %, и более рационально распределялось рабочее время. Неравномерно

созревающие, засоренные участки и позднеспелые сорта лучше убирать

раздельным способом. Уборку начинают при наступлении полной спело-

сти, когда растения приобретают серый цвет. Семена рапса в это время

твердые и темные. Перед началом уборки проводится регулировка ком-

178

байнов с учетом погодных условий и особенностей конкретного убирае-

мого участка. Чтобы избежать потерь, уборку рапса ведут в утренние

и вечерние часы, когда влажность растений повышается.

Семенники рапса характеризуются растянутым созреванием, а струч-

ки после созревания легко растрескиваются, поэтому для ускорения созре-

вания посевов применяется десикация – подсушивание растений на корню.

Доработка семян Для получения биодизеля надлежащего качества важны характери-

стики исходного сырья, поэтому большое внимание уделяется подгото-

вительным стадиям: очистке, сушке и транспортировке. Обмолоченные

семена быстро самосогреваются, поэтому их сразу очищают, сушат,

а затем сортируют. В процессе очистки путем просеивания через сита

удаляются сначала примеси, размеры которых превышают размеры се-

мян, далее примеси, имеющие меньший размер, также за счет воздушно-

го потока на входе и выходе удаляются легкие примеси.

После первой очистки семена поступают на стадию сушки. Сушка

семян рапса имеет свои особенности – они плохо переносят высокие

температуры. Семена сушат нагретым до 45–50 °С воздухом с после-

дующим охлаждением. Для контроля температуры зерна устанавливает-

ся система термометров [74].

Прессование

В первую очередь для производства биодизельного топлива из семян

рапса необходимо получить масло. Наиболее распространенным способом

является «горячее» прессование, которое включает две стадии обработки.

1. Предварительная влаготепловая подготовка масличных семян

к жарению (в инактиваторах или пропарочно-увлажнительных шнеках),

т. е. кратковременный нагрев острым паром при температуре 180–200 °С

до температуры 80–85 °С.

2. Жарение в жаровнях для окончательной подготовки мезги к прес-

сованию (температура обработки мезги в жаровнях различных конструк-

ций 75–110 °С). Например, в ОАО «Витебский МЭЗ» применяются мягкие

режимы жарения – температура обработки мезги в жаровнях – до 85 °С.

Выход масла после экстракции при масличности маслосемян рапса до

44 % составляет 42 %. В организациях республики, осуществляющих пе-

реработку маслосемян рапса прессовым способом, температура мезги со-

ставляет от 95 до 110 °С, а выход масла рапсового – 32–33 % [122]. Разо-

грев продукта в прессах различных конструкций составляет 75–95 °С. «Холодный» способ прессования осуществляется, например,

в ЗАО «Гроднобиопродукт». Процесс проводится без влаготепловой об-работки. При предварительном отжиме семена нагреваются за счет силы

179

трения до температуры 45–50 °С, при втором отжиме – до 60–65 °С. Вы-ход рапсового масла составляет 32 % (табл. 5.2).

Таблица 5.2

Выход продуктов технологических процессов прессования

Наименование показателя

Способы технологических процессов прессования

«Холодный» «Горячий» Прессование с применени-

ем экстракции

Выход масла, % 32 32–33 Более 40

Выход шрота (жмых), % 60 60–65 55

Полученное масло поступает на стадию очистки. Масла разделяют на следующие виды в зависимости от степени очистки:

– сырые (подвергнутые только фильтрации);

– нерафинированные (подвергаются частичной очистке, а именно

отстаиванию, фильтрации, нейтрализации, гидратации);

– рафинированные (получают после механической очистки, гидра-

тации, нейтрализации, осветления и дезодорации) [145].

На стадию производства биодизеля и технического глицерина по-

ступает именно рафинированное масло.

Этерификация Любое растительное масло – это смесь эфиров, соединенных с мо-

лекулой глицерина или трехатомным спиртом (C3H8O3). Именно глице-

рин придает вязкость и плотность растительному маслу. При приготов-

лении биодизеля необходимо удалить глицерин, заместив его на спирт.

Этот процесс называется этерификацией.

В процессе производства биодизеля предварительно очищенное

промышленное сырье перекачивается через систему теплообменников

в реакционной колонне и поступает на стадию этерификации. При тем-

пературе примерно 70 °С метанол и катализатор в специально подобран-

ном соотношении смешиваются с рапсовым маслом. В ходе химических

процессов образуется метиловый эфир и глицерин.

CH2OC=OR1

|

CHOC=OR2 + 3 CH3OH → (CH2OH)2-CH-OH + CH3COO-R1 + CH3COO-R2 + CH3OC=O-R3

|

CH2COOR3

Из одной тонны растительного масла и 111 кг спирта (в присутст-вии 25 кг катализатора) получается приблизительно 970 кг (1100 л) био-

дизеля и 153 кг первичного глицерина.

180

В качестве катализатора используется гидроксид калия КОН или

гидроксид натрия NaOH. При смешивании щелочи и метанола в резуль-

тате экзотермической реакции, которая проходит с выделением тепла,

образуется метоксид. В процессе реакции масло нагревается до опреде-

ленной температуры (для ускорения химической реакции).

Сепарация Смесь глицерин + метанол + катализатор из стадии переэтерифика-

ции поступает в сборный резервуар. Из этого танка смесь попадает в первый сепаратор, где отделяется тяжелая фаза (глицерин и метанол) и легкая (биодизель), которая поступает на вторую стадию переэтерифи-кации. Некоторое время смесь перемешивается и отстаивается [93].

В результате успешной реакции смесь должна расслоиться, образуя биодизель в верхнем слое, называемый химически «эфир», затем слой, содержащий много мыла, и на дне остается так называемая глицериновая фаза, которую часто неправильно называют глицерином. На самом деле до чистого глицерина ее еще нужно «довести», без чего ее хранение и утилизация представляют серьезную проблему из-за повышенной ще-лочности и содержания метанола.

После первой ступени сепарации смесь поступает на вторую сту-

пень, где происходит повторная стадия сепарации. На выходе из второго

сепаратора образуются:

– тяжелая фаза: смесь воды, глицерина, метанола, мыла и следов

биодизеля;

– легкая фаза: биодизель. В дальнейшем биодизель поступает на двухступенчатую процедуру

промывки. Эта промывочная секция предназначена для уменьшения со-держания свободного глицерина в биодизеле до абсолютного минимума. Таким образом, промытый и очищенный биодизель все еще содержит определенное количество воды.

Очистка Заключительный этап – сушка метиловых эфиров жирных кислот,

т. к. вода приводит к развитию микроорганизмов в биодизеле и способ-ствует образованию свободных жирных кислот, вызывающих коррозию металлических деталей. Чтобы удалить остатки воды, биодизель направ-ляют в вакуумную сушильную колонку. После завершения процедуры сушки биодизель выходит из установки как конечный основной продукт.

Смесь, состоящая из метанола и глицериновой воды, является по-

бочным продуктом и должна быть предварительно очищена для даль-

нейших ступеней обработки.

181

5.2.3. Оценка воздействия производства биодизеля на окружающую среду

Оценка воздействия на окружающую среду (ОВЖЦ) как отдельный

этап в ОЖЦ включает анализ материальных потоков, т. е. сырья, мате-

риалов и энергии, необходимых для получения биодизеля и оценку воз-

действия на отдельные компоненты экосистем, связанные с выбросами и

отходами. Как уже было отмечено ранее, за функциональную единицу

была взята 1 т биодизеля.

Такое количество биодизеля можно получить из 3 т семян рапса,

что приблизительно соответствует сбору урожая с 1 га. Дальнейшие рас-

четы проводились исходя из этого фактора.

Анализ материальных потоков (табл. 5.3)

Таблица 5.3

Материальные потоки в ОЖЦ рапса, кг

№ Наименование материального потока

и его происхождение Объем (количество)

Материальные ресурсы, необходимые для выращивания рапса

1 Посадочный материал (семена) 10

2 Минеральные удобрения (физический вес) 800

3 Стимуляторы роста 0,5

4 Пестициды 4

5 Затраты энергии в пересчете на условное топливо* 105

Материальные ресурсы на этапе получения биодизеля

1 Семена рапса 3090

2 Затраты энергии в пересчете на условное топливо** 210

3 Вода 50

4 Метанол 115

5 Гидроксид калия (КОН) 25

Примечания: * Дизельное топливо. ** Природный газ.

Выбросы в атмосферный воздух (табл. 5.4)

Таблица 5.4

Выбросы в атмосферный воздух на этапах ОЖЦ рапса

Выбросы, кг Этапы

Итого Выращивание Получение биодизеля Использование

СО2 286 470 2250 2940

СО 13 46 30 89

NOx 3,6 5,2 54 62,8

Углеводороды 5,7 10,5 7,3 23,5

Сернистый газ 0,4 – 0,7 1,1

182

Воздействие на водную среду Основной фактор воздействия на водную среду – это использование

минеральных удобрений, остатки которых впоследствии частично посту-

пают в водные объекты. В результате усиливаются процессы эвтрофика-

ции водоемов, снижаются потребительские качества питьевой воды,

ухудшаются условия рекреации и т. д. Количество поступающих загрязни-

телей зависит от условий выращивания, характеристик почвы, климатиче-

ских условий, подвижности химических соединений и других факторов.

В среднем с эрозионными процессами и в результате поступления

в грунтовые воды может теряться 10–20 % азотных удобрений и до 10 %

фосфорных и калийных. Принимая окончательную цифру за 10 % можно

считать, что до 80 кг остатков минеральных удобрений может поступать

в водную среду при производстве 1 т биодизеля на основе выращивания

продукции рапса.

Имеет место также поступление в водные объекты остатков химиче-

ских средств защиты растений. Оценить их количество и, соответственно,

влияние достаточно сложно, т. к. оно зависит от целого ряда факторов.

В данной работе не оцениваются объемы использования воды, не-

обходимой для выращивания рапса, т. к. технологическая карта не пре-

дусматривает специальных поливов. Тем не менее, растения, безусловно,

используют воду природных экосистем для своего роста.

Воздействие на почвенные экосистемы Отрицательные аспекты воздействия связаны, прежде всего, с уп-

лотнением почвы в результате проезда машинотракторных агрегатов.

Считается, что при однократном проходе дополнительное уплотнение

составляет около 0,1 г/см3. Рапс – это культура интенсивного типа возде-

лывания, для получения урожая которой согласно технологии возделы-

вания необходимо около десяти проходов техники. Уплотнение почвы,

в свою очередь, отрицательно сказывается на функционировании поч-

венных экосистем.

5.2.4. Заключение ОЖЦ биодизеля

Таким образом, жизненный цикл производства биодизеля включает

ряд основных этапов, каждый из которых в свою очередь состоит из от-

дельных единичных процессов. В данной работе рассмотрены три клю-

чевых этапа. За рамками исследований остались, например, этапы произ-

водства минеральных удобрений или машин и оборудования, необходи-

мых для получения рапсового масла. Это связано, во-первых, со

сложностью получения и обработки данных для исследования, а во-вто-

рых, как уже упоминалось, в зарубежной литературе имеется описание

183

ряда исследований по ОЖЦ рапса, которые учитывались при выполне-

нии нашего анализа.

На этапе выращивания культуры рапса основными объектами нега-

тивного воздействия являются почвенные и водные экосистемы. Рапс

является культурой интенсивного типа, которая требует для хорошего

урожая высокой обеспеченности минеральными удобрениями и химиче-

скими средствами защиты. Расширение посевов культуры неизбежно

скажется на состоянии природных экосистем. Этот фактор необходимо

учитывать при планировании площадей под культуру рапса как на мест-

ном, так и на республиканском уровне.

На этапах получения семян и использования биодизеля ключевым

фактором являются выбросы в атмосферный воздух. Важнейшим эколо-

гическим аспектом в данном случае становится выброс парниковых газов

и прежде всего диоксида углерода. Проведение ОЖЦ позволяет сравнить

воздействие на окружающую среду при использовании традиционного

дизельного топлива и биодизеля (табл. 5.5).

Таблица 5.5

Сравнительная характеристика выбросов в атмосферный воздух при

использовании дизельного и при производстве и использовании

биодизельного топлива

Наименование выбросов

Содержание кг/т топлива

Дизель Биодизель

Выращивание Получение

масла Использование Итого

Диоксид углерода 2730 286 470 2250 2940

Окись углерода 125 13 46 30 89

Углеводороды 55 5,7 10,5 7,3 23,5

Двуокись азота 35 3,6 5,2 54 62,8

Сажа 15 1,5 – 4,5 6

Сернистый газ 4 0,4 – 0,7 1,1

Бенз (а) пирен (г/т) 0,175 0,02 0,31 0,33

Диоксид углерода В целом выбросы СО2 при использовании биодизеля превышают

показатели для традиционного топлива. Тем не менее необходимо учи-тывать, что для биодизеля круговорот СО2 имеет цикличный или замкну-тый характер. Это возобновляемый ресурс, и количество СО2, которое выбрасывается в окружающую среду, компенсируется соответствующей утилизацией растениями рапса в процессе фотосинтеза. Таким образом, можно говорить только о выбросах, связанных с использованием тради-ционного топлива (дизельного, природного газа, бензина), на этапах вы-ращивания рапса и получения биодизеля. Это количество выбросов со-ставляет 756 кг, или около 27 % от выбросов дизельного топлива. Этот

184

показатель сопоставим с результатами ОЖЦ, выполненными другими исследователями, и с практическими измерениями.

Например, исследования, проведенные для сравнения ОЖЦ биоди-

зеля и дизеля, используемого в городском транспорте США, показали,

что при использовании топлива марки В100 сокращение выбросов СО2

составило 78 %, а марки В20 (т. е. при 20 %-ных добавках) – 15,6 % [John

Sheehan et al., 1998]. Как уже упоминалось, любой анализ ОЖЦ имеет ряд ограничений,

связанных главным образом с границами исследований. В наших иссле-дованиях не учитывались потоки энергии, связанные с производством минеральных удобрений и пестицидов, а также добычей и переработкой нефти. Такие приближенные оценки были получены другими исследова-телями. В частности, в комплексной работе, обобщающей ряд исследо-ваний в области ОЖЦ, выполненной в Институте устойчивого управле-ния ресурсами (Австрия), отмечается, что на долю производства удобре-ний приходится около 20 % от всех энергетических затрат в цикле производства биодизеля [Niederl A., Narodoslawsky M., 2004].

В отчете, выполненном в Университете Шеффилд (Великобрита-

ния), приводится цифра 24 % [Evaluation of the Comparative Energy,

2003] (рис. 5.6).

В то же время энергетический баланс ископаемого топлива состав-

ляет приблизительно 0,8–0,9 единиц, то есть около 20 % энергии теряет-

ся в процессе добычи, перегонки и транспортировки сырой нефти [L. De

Nocker et al., 1998].

Таким образом, можно констатировать, что неучтенные потоки

энергии в обоих случаях приблизительно равны или, по крайней мере,

сопоставимы.

Рис. 5.6. Структура энергетических затрат на производство биодизеля по данным

отчета Университета Шеффилд

185

Окись углерода, углеводороды, сажа, сернистый газ Эмиссия данных соединений в атмосферный воздух также значи-

тельно ниже при использовании биодизеля. Это связано с двумя обстоя-тельствами.

Во-первых, процентное содержание углерода и серы в рапсовом

масле ниже, чем в дизельном топливе. Во-вторых, высокое содержание в биодизеле кислорода (10–12 % от

массы), позволяет заметно уменьшить выбросы в атмосферу этих вред-ных соединений вследствие более эффективного сгорания.

Окислы азота и бензапирен

Применение биодизеля обуславливает увеличение выбросов данных

соединений по отношению к традиционному топливу. Это отрицательно

сказывается, прежде всего, на образовании кислотных осадков и фото-

химического смога.

Выводы

Таким образом, учитывая все означенные аспекты воздействия,

можно заключить:

– использование биодизеля позволяет снизить выбросы парниковых

газов. В частности, если применять 5 %-ные добавки ко всему объему

дизельного топлива, используемого в Беларуси, можно сократить выбро-

сы диоксида углерода на 250–300 тыс. т;

– применение биодизеля позволяет сократить выбросы оксида угле-

рода, углеводородов, сажи и других соединений;

– при производстве биодизеля объем образующихся опасных отхо-

дов значительно меньше, чем при производстве нефтяного дизельного

топлива. Опасные отходы обычно являются следствием применения хи-

мических веществ, связанных с очисткой нефти, а большинство неопас-

ных отходов – это продукты переработки;

– биодизель неядовит и разлагается в четыре раза быстрее, чем

обычное ДТ. Его попадание в воду или другие области окружающей сре-

ды сопряжено с гораздо менее вредными последствиями;

– биодизель не имеет запаха, и продукты его переработки и исполь-

зования в целом менее опасны для человека и экосистем.

Тем не менее, в процессе жизненного цикла производства биодизе-

ля имеет место ряд отрицательных факторов воздействия на окружаю-

щую среду которые необходимо учитывать и контролировать:

– подкисление окружающей среды. Этот фактор главным образом связан с выращиванием рапса и, в частности, с использованием мине-

ральных удобрений. Оксиды азота и серы, аммонийные группы попада-

ют в природные экосистемы с остатками удобрений. Оптимизация норм

186

внесения и использование новых более экологичных форм удобрений

позволят снизить воздействие на окружающую среду. Непосредственно

при использовании биодизеля выбрасывается более высокое количество

оксидов азота по сравнению с традиционным топливом. Сокращение вы-

бросов возможно при дополнительной регулировке и изменении конст-

рукции двигателей;

– эвтрофикация. Эвтрофикация поверхностных водных объектов

является одной из наиболее серьезных экологических проблем. Основ-

ными причинами эвтрофикации является поступление азота и особенно

фосфора, источниками которых служат минеральные удобрения. Как уже

отмечалось, рапс – это культура интенсивного типа, и для получения

экономически эффективного уровня урожайности 2–3 т с 1 га необходи-

мо адекватное внесение минеральных удобрений. Эта проблема требует

комплексного решения;

– образование фотохимических оксидантов. Источники – это про-

изводство рапсового масла на стадии экстракции и использование биоди-

зеля в двигателях. Выброс в атмосферу летучих органических соедине-

ний, в частности гексана, во взаимодействии с оксидами азота обуслав-

ливают образование фотохимического смога, который отрицательно

воздействует практически на все компоненты экосистем;

– воздействие на почвенные и водные экосистемы имеет место на

этапе выращивания рапса. Возможные негативные последствия для ок-

ружающей среды были рассмотрены выше.

187

6. Экологическое обоснование и планирование

использования энергии биомассы на локальном уровне

на основе ГИС-технологий

6.1. Характеристика метода ГИС

Геоинформационная система – это система аппаратно-програм-

мных средств и алгоритмических процедур, созданная для цифровой

поддержки, пополнения, управления, манипулирования, анализа, матема-

тико-картографического моделирования и образного отображения геог-

рафически координированных данных.

Сущность ГИС состоит в том, что она позволяет оперативно соби-

рать данные, создавать базы данных, вводить их в компьютерные систе-

мы, хранить, обрабатывать, преобразовывать и выдавать по запросу

пользователя, чаще всего в картографической форме, а также в виде таб-

лиц, графиков, текстов.

С научной точки зрения ГИС – это средство моделирования и по-

знания природных и социально-экономических систем. ГИС применяет-

ся для исследования всех тех природных, общественных и природно-

общественных объектов и явлений, которые изучают науки о Земле

и смежные с ними социально-экономические науки, а также в картогра-

фии и дистанционном зондировании.

В технологическом аспекте ГИС (ГИС-технология) предстает как

средство сбора, хранения, преобразования, отображения и распростране-

ния пространственно-координированной географической (геологиче-

ской, экологической) информации.

И наконец, с производственной точки зрения ГИС является ком-

плексом аппаратных устройств и программных продуктов (ГИС-оболо-

чек), предназначенных для обеспечения управления и принятия решений,

причем важнейший элемент этого комплекса – автоматические карто-

графические системы.

Таким образом, ГИС может одновременно рассматриваться как ин-

струмент научного исследования, технология и продукт ГИС-индустрии.

Это достаточно типичная ситуация на современном уровне научно-

технического прогресса, характеризующегося интеграцией науки и про-

изводства.

Сферы и уровни использования ГИС ГИС используются для решения разнообразных задач, основные из

которых можно сгруппировать следующим образом:

– поиск и рациональное использование природных ресурсов;

188

– территориальное и отраслевое планирование и управление разме-

щением объектов промышленности, транспорта, сельского хозяйства,

энергетики, финансов;

– обеспечение комплексного и отраслевого кадастра;

– мониторинг экологических ситуаций и опасных природных явле-

ний, оценка техногенных воздействий на среду и их последствий, обес-

печение экологической безопасности страны и регионов, экологическая

экспертиза;

– контроль условий жизни населения, здравоохранение и рекреация,

социальное обслуживание, обеспеченность работой и др.;

– обеспечение деятельности органов законодательной и исполни-

тельной власти, политических партий, движений, средств массовой ин-

формации;

– обеспечение деятельности правоохранительных органов и сило-

вых структур;

– картографирование (комплексное и отраслевое): создание темати-

ческих карт и атласов, обновление карт, оперативное картографирование.

Геоинформационное картографирование

Взаимодействие геоинформатики и картографии стало основой для

формирования нового направления – геоинформационного картографи-

рования, суть которого составляет автоматизированное информационно-

картографическое моделирование природных и социально-экономи-

ческих геосистем на основе ГИС и баз знаний [Берлянт А. М., 1997].

В некоторых случаях геоинформационное картографирование поч-

ти полностью заменило традиционные методы картосоставления и кар-

тоиздания.

Четкая целевая установка и преимущественно прикладной харак-

тер – вот, пожалуй, наиболее важные отличительные черты геоинформа-

ционного картографирования.

Происходит тесное соединение двух основных ветвей картогра-

фии – создания и использования карт.

6.2. Картирование территории Могилевской области на основе

ГИС-технологий

Метод геоинформационного картографирования был использован

в наших исследованиях для создания электронной карты Могилевской

области, на основе которой можно получить необходимые данные для

определения потенциала производства древесины ивы в регионе.

Процесс создания электронных карт и баз данных происходит в не-

сколько этапов.

189

1. Сканирование карт радиационной обстановки на территории Мо-

гилевской области и почвенной карты Могилевской области (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Карта радиационной обстановки на территории Могилевской области

2. Масштабирование карт в программе ArcView.

3. Оцифровка карты радиационной обстановки Могилевской облас-

ти. К пространственным данным на этом этапе присоединяется непро-

странственная информация (атрибуты), которая используется, чтобы

создавать на ее основе тематические карты. Атрибутивные данные

в ArcView хранятся в файлах формата .dbf. В ArcView можно использо-

вать табличные данные в текстовом формате, в формате таблиц

ARC/INFO, а также осуществляя SQL запрос к внешней базе данных. В нашем случае данные классифицировались по минимальному зна-

чению плотности загрязнения почвы. Получилось пять диапазонов плот-ности загрязнения почвы:

– 0–1 Кu/км2;

– 1–5 Кu/км2;

– 5–15 Кu/км2;

– 15–40 Кu/км2;

– 40 Кu/км2 и более.

В результате была получена тематическая карта. На рис. 6.2 пред-ставлена карта радиационной обстановки Могилевской области после

190

оцифровки и классификации данных по значению минимальной плотно-сти загрязнения почвы.

радиация.shp by мин

0-1 Ки/км2

1-5 Ки/км2

5-15 Ки/км2

15-40 Ки/км2

40 Ки/км2 и более

Граница .shp

Рис. 6.2. Карта радиационной обстановки Могилевской области

4. На следующем этапе аналогично оцифровывается почвенная кар-

та Могилевской области. Все почвы были разделены на четыре класса:

– суглинки;

– супеси;

– пески;

– торфяно-болотные, пойменные.

Каждому классу был присвоен определенный тип (1, 2, 3, 4), и по

этому признаку была сделана классификация.

На рис. 6.3 представлена почвенная карта Могилевской области по-

сле оцифровки и классификации данных. Как видно из рисунка, большую часть территории занимают сугли-

нистые почвы. Затем идут супесчаные почвы, торфяно-болотные и пой-менные, которые в основном располагаются в поймах рек, и песчаные почвы. Эти типы почв имеют разные коэффициенты перехода Cs-137 в древесину и корни. Самые низкие коэффициенты перехода наблюдают-ся для суглинистых типов почв при внесении 90 кг калийных удобрений на 1 га (как было установлено в наших предыдущих исследованиях). В табл. 6.1 представлены коэффициенты перехода для суглинистых ти-пов почв при внесении различных видов и доз удобрений.

5. Далее данные о загрязнении полигонов для темы, например,

«суглинки» вносятся в таблицу, т. е. каждый полигон этой темы имеет

свою определенную плотность загрязнения.

191

Рис. 6.3. Почвенная карта Могилевской области

Таблица 6.1

Коэффициенты перехода Cs-137 в различные части растений ивы для суглинистых почв

Удобрения Коэффициент перехода

для корней, 10-5м2/кг Коэффициент перехода для древесины, 10-5м2/кг

Коэффициент перехода для листвы, 10-5м2/кг

Контроль

(К) 93,925 3,175 5,110

N30P60K90 33,712 1,315 2,999

K30 56,425 2,875 5,088

K60 39,325 1,5 4,105

K90 20,425 0,9 3,163

N60 54,375 2,6775 4,782

N80 55,911 2,8 5,139

После этого в таблицу вносятся значения удельной активности дре-весины после первого цикла, седьмого цикла и удельной активности корней после седьмого цикла при внесении 90 кг калийных удобрений на 1 га. Все это первоначально было выполнено для суглинистых типов почвы. Точно такие же действия повторяются для супесчаных, песчаных, торфяно-болотных и пойменных типов почвы. По расчетам видно, что удельная активность древесины при внесении 90 кг калийных удобрений снижается в 3 раза, а удельная активность корней – в 4 раза. Например, для суглинков со средней плотностью загрязнения почвы 10 Кu/км

2

удельная активность древесины после 1 цикла и корней после 7 цикла без внесения удобрений равны соответственно 29,1 Бк/кг и 3327,7 Бк/кг. При внесении калийных удобрений эти значения составят 8,6 Бк/кг и 726,9 Бк/кг (рис. 6.4, 6.5).

192

Рис. 6.4. Значения удельной активности для выбранного полигона (суглинки)

В конечном итоге при наведении курсора на нужный участок в про-

грамме ArcView получаем значения удельной активности древесины по-

сле первого цикла, седьмого цикла без внесения и при внесении удобре-

ний. Также выводятся значения удельной активности корней в конце

срока эксплуатации плантации без внесения и при внесении 90 кг калий-

ных удобрений.

Данный проект позволяет планировать производство биотоплива на

основе быстрорастущей ивы на региональном уровне в пределах Моги-

левской области. Для каждого типа почв, которые имеют свои коэффи-

циенты перехода Cs-137 из почвы в древесину и корни, были выбраны

участки со средней плотностью загрязнения почвы 0,5 Кu/км2, 3, 10 и

27,5 Кu/км2. Были рассчитаны значения удельной активности древесины

после первого цикла, после седьмого цикла без внесения и при внесении

90 кг калийных удобрений и значения удельной активности корней

в конце срока эксплуатации плантации с внесением удобрений и без.

193

Рис. 6.5. Значения удельной активности для выбранного полигона (супеси)

6.3. Определение потенциала производства древесины ивы

в регионе на основе ГИС-технологий

Как было установлено в результате наших экспериментов, растения

ивы могут успешно культивироваться на потенциально низкопродуктив-

ных землях.

При трехлетнем цикле производства древесины на суглинистых поч-

вах Кричевского района Могилевской области в пересчете на 10 %-ную

влажность выход древесины ивы с гектара в среднем за три года соста-

вил около 9000 кг. При плотности загрязненности участков радиоцезием

до 8 Кu/км2 уровень загрязнения древесины не превышал 12 Бк/кг при

республиканском допустимом уровне (РДУ 99) не выше 740. По резуль-

татам исследований были составлены прогнозные модели загрязнения на

срок до 25 лет.

Средний балл пахотных земель в Республике Беларусь составляет

31,2. Древесина ивы может быть получена на землях с потенциальным

плодородием 25 и ниже баллов. Наименее плодородные земли располо-

жены в северной части Могилевской области (Климовичский, Костюко-

вичский, Краснопольский районы), которые могут стать опорными тер-

риториями для организации плантаций быстрорастущей ивы.

Кадастровая оценка земель на территориях этих районов составляет

соответственно для пашни и сельскохозяйственных угодий:

– Климовичский район – 29 и 26;

194

– Костюковичский район – 25 и 23;

– Хотимский район – 28 и 25;

– Краснопольский район – 27 и 23;

– Славгородский район – 28 и 25.

Эти районы также характеризуются загрязнением радионуклидами,

и сельскохозяйственные угодья, расположенные на территории данных

регионов, могут быть частично использованы для производства древеси-

ны быстрорастущей ивы.

Для конкретного определения потенциальных площадей необходи-

мо провести дополнительное обоснование.

При расчете площадей следует учитывать следующие аспекты:

1. На основании технологических карт возделывания ивы с учетом

опыта выращивания в Республике Беларусь выполнен расчет себестои-

мости древесины.

По индустриальной технологии возделывания себестоимость произ-

водства древесины для плантации площадью 100 га составляет около

300 долларов. Из них амортизационные отчисления составляют более 45 %.

Это обусловлено высокой ценой посадочной и уборочной техники

западного производства. Стоимость шведского комбайна типа Bender

Mark составляет около 100 000 долларов. Производительность комбайна

составляет около 0,6 га в час, или 5 га за смену. Соответственно сумма

амортизационных отчислений будет снижаться пропорционально росту

уборочных площадей. В связи с этим целесообразно создавать сырьевые

зоны по производству возобновляемой древесины ивы.

2. В большинстве хозяйств Республики Беларусь есть земли, распо-

ложенные на неудобицах или выведенные из оборота по причине низкого

плодородия и т. д. Эти площади целесообразно задействовать под аграрное

лесоводство как по экономическим, так и экологическим причинам.

3. Суммарно на территориях прилегающих хозяйств целесообразно

определять достаточно большой размер полей для обеспечения рента-

бельности при индустриальной технологии возделывания.

4. С учетом вышеуказанных обстоятельств и опыта работы с кон-

кретными хозяйствами считаем, что под плантации ивы может быть за-

действовано до 10 % пахотных земель выбранных районов с учетом их

плодородия и загрязнения радионуклидами.

Результаты укрупненных расчетов представлены в табл. 6.2. Расчет

прогнозируемого загрязнения древесины взят для почв с плотностью за-

грязнения радиоцезием в интервале 5–15 Кu/км2 при нормах внесения

калийных удобрений 30 кг действующего вещества на 1 га и при времени

эксплуатации плантации 21 год с интервалом сроков уборки 3 года.

195

В то же время наши эксперименты показывают, что растения ивы не

накапливают радионуклиды в количествах, превышающих РДУ для дре-

весины, при плотности загрязнения почв радиоцезием до 25 Кu/км2.

Таблица 6.2

Потенциал производства древесины ивы в Могилевской области

Район

Площадь

с.-х.

угодий,

тыс. га

Потенциальная

площадь

для плантаций

ивы,

тыс. га

Средняя

плотность

загрязнения

радиоцезием,

Кu/км2

Прогнозируемое

загрязнение

древесины,

Бк/м2

Потенциальный

выход древеси-

ны, тыс. ТУТ

Хотимский 43,3 4,3, 5–15 30–20 12,9

Костюковичи 70,1 7,0 5–15 30–20 21,0

Климовичи 70,0 7,0 5–15 30–20 21,0

Славгород 44,1 4,4 5–15 30–20 13,2

Краснополье 46,5 4,6 5–15 30–20 13,8

Всего 81,9

196

Заключение

Биоэнергетика является одним из наиболее перспективных направ-

лений развития возобновляемой энергетики в ближайшем будущем. Она

основана на использовании возобновляемого биотоплива, которое может

иметь различные источники происхождения, в том числе может быть

произведено на сельскохозяйственных землях. Современное сельское

хозяйство давно стало на интенсивные рельсы развития, выполняя глав-

ную задачу – обеспечение продуктами питания растущего населения пла-

неты. Как следствие, резко повысилась продуктивность сельскохозяйст-

венных систем, и, соответственно, усилилось экологическое воздействие

их функционирования. Экологические проблемы, имеющие начало

в сельскохозяйственном секторе, оказывают негативное воздействие не

только на собственно агроценозы, но и на близлежащие и отдаленные

природные системы. Активная химизация и интенсивное животноводст-

во обуславливают эвтрофикацию поверхностных вод и миграцию нитра-

тов, нерациональная организация территории приводит к повышенной

эрозии, в свою очередь порождающей ряд серьезных проблем и т. д.

В связи с этим рассмотрение вопросов воздействия аграрного про-

изводства на окружающую среду целесообразно на уровне ландшафтов,

т. е. территориальных единиц, объединяющих несколько взаимосвязан-

ных систем.

Сельскохозяйственные ландшафты, или агроэкосистемы, занимают

менее 30 % от площади суши планеты и обеспечивают человечеству

производство 95–98 % пищевой энергии. Поэтому рост народонаселения

планеты, особенно интенсивный за последние 50 лет, требует непрерыв-

ного увеличения продуктивности агроэкосистем. Задачи оптимизации

процессов производства и пространственного структурирования в агро-

ландшафтах важны сами по себе и еще более усложняются в связи с раз-

витием биоэнергетики.

Если в 2005 г. для производства биотоплива и побочных продуктов

на планете, по данным ФАО, использовалось примерно 14 млн га, то уже

в 2010 г. площадь увеличилась до 20 млн и по прогнозам в течение бли-

жайших десятилетий может возрасти до 50–70 млн га. В Республике Бе-

ларусь площади под посевами рапса, например, за последние пять лет

увеличились с 110 до 354 тыс. га в хозяйствах всех категорий и в пер-

спективе расширятся до 600 тыс. га. Изменение структуры землепользо-вания требует соответствующего экологического обоснования. Произ-

водство энергетических культур ориентировано на обеспечение их быст-

рого роста и высокой продуктивности, что, в свою очередь, требует

интенсификации технологии их возделывания. Поэтому при планирова-

197

нии их производства на локальном уровне необходимо учитывать аспек-

ты воздействия на протяжении всего жизненного цикла. Это позволит

совершенствовать систему управления на уровне агроландшафтов.

Эффективная система управления поможет защитить здоровье лю-

дей и окружающую среду от потенциальных воздействий производст-

венной деятельности, продукции или услуг землепользователя, а также

способствовать сохранению и улучшению качества окружающей среды.

От введения системы управления можно получить не только экологиче-

ские, но и экономические выгоды, что поможет убедить заинтересован-

ные стороны в ее необходимости.

Одним из направлений, рассмотренных в данной монографии, явля-

ется развитие аграрного лесоводства на основании создания посадок бы-

строрастущей ивы. Аграрное лесоводство может успешно развиваться

как на землях крупных сельскохозяйственных предприятий, так и не-

больших фермерских хозяйств. Экологические преимущества аграрного

лесоводства могут быть реализованы на основе рационального размеще-

ния культур в агроландшафтах и включают следующие возможности:

1) поддержание почвенного плодородия и торможение процессов

деградации почв;

2) улучшение качества воздушной среды. Это может быть реализо-

вано за счет уменьшения процессов разрушения земель, снижения уров-

ня пыли, запаха, шума и т. д.;

3) улучшение качества водных ресурсов в агроландшафтах и приле-

гающих к ним природных экосистемах. Качество поверхностных и грун-

товых вод повысится, т. к. древесные насаждения могут служить естест-

венными вегетативными фильтрами, способными перехватывать биоген-

ные элементы, сдерживать процессы эрозии почв, укреплять русла рек и

ручьев в водоохранных зонах;

4) сохранение и увеличение биологического разнообразия как жи-

вотных, так и растений;

5) улучшение рекреационного потенциала и внешнего вида терри-

тории хозяйств.

Экономическая выгода может быть обеспечена на основе:

1) увеличения общего количества продукции, получаемой с с/х зе-

мель. Дополнительная продукция обуславливает больше источников для

получения дохода;

2) возрастания финансового разнообразия и адаптивности хозяйст-

ва. В свою очередь, это обеспечит более гибкие рыночные возможности;

3) более высокой продуктивности сельскохозяйственных культур

и скота. Почвозащитные и ветрозащитные свойства древесных насажде-

198

ний обуславливают потенциальный рост урожайности с/х культур,

а также оптимальные условия для жизнедеятельности с/х животных;

4) дополнительной ветровой защиты. Это позволит сэкономить

деньги за счет улучшения снегозадержания, снижения потенциальных

потерь тепла в жилых и хозяйственных помещениях и т. д.;

5) возделывания специальных пород быстрорастущих древесных

насаждений. Это позволит получать древесину, которая может быть ис-

пользована как источник энергии на 3–4-й год после посадки плантации.

Сельскохозяйственное лесоводство не требует специального отвода

продуктивных сельскохозяйственных земель. В качестве потенциальной

ниши для размещения насаждений можно использовать следующие воз-

можности:

– неудобицы и низкопродуктивные пастбища;

– деградировавшие земли и ветроломные полосы;

– обочины дорог и границы лугов, полей и пастбищ;

– водоохранные зоны, подтопляемые и затопляемые участки;

– участки со сложным рельефом;

– зоны хозяйственных и жилых построек и т. д.

Особый интерес представляет возможность использования посадок

ивы для восстановления деградировавших земель и на территориях, за-

грязненных радионуклидами и тяжелыми металлами.

Производство любого биотоплива, несмотря на нейтральность по

отношению к выбросам парниковых газов, требует определенных затрат

энергии. Оценка жизненного цикла производства биодизеля на всех ста-

диях позволила проанализировать и выявить наиболее «узкие места»

с точки зрения воздействия на окружающую среду. Это актуально вслед-

ствие возрастания интереса к биодизелю и расширения площадей под

культуру рапса как на европейском, так и на национальном уровне.

В последнее время в нашей стране растет интерес к использованию

сельскохозяйственных остатков и прежде всего соломы в качестве во-

зобновляемой биомассы. Опыт использования этого вида биотоплива за

рубежом и результаты собственных исследований, представленные в мо-

нографии, могут быть полезны при обосновании экологической и эконо-

мической эффективности на местном уровне.

199

Приложение

Таблица

Технологическая карта производства древесины ивы. Площадь 1 га.

Эксплуатация 21 год. Уборка урожая 7 раз

Технологические операции

Состав агрегата Выработка агрегата, т, га/час

Затраты труда, чел.-час/га

Расход горючего,

кг/га Механи-заторов

Других

1 2 3 4 5 6 7 1. Основная и предпосевная обработка почвы с внесением удобрений

Лущение стерни на глубину 6–8 см

МТЗ-1221 БДТ-5 1,0 га/час 1,00 – 8,6

Приготовление рабоче-го раствора гербицида (раундап 4 л/га, вода 0,3 т/га)

МТЗ-80 АПЖ-12 6,0 т/час 0,04 0,04 0,9

Транспортировка воды в поле и заправка оп-рыскивателя (3 км)

МТЗ-80 ЗЖФ -3 3,0 т/га 0,08 – 1,8

Внесение гербицидов МТЗ-82 ОП 2000 4,0 га/час 0,25 – 3,6 Погрузка в транспорт-ное средство мине-ральных удобрений (0,35 т/га)

ЭО-2621 – 8,5 т/час 0,06 – 0,2

Транспортировка и внесение фосфорных и калийных удобрений

МТ З-82 МВУ-5 6,5 га/час 0,30 – 3,6

Зяблевая вспашка МТЗ-1221 ПЛН-4-35 0,55 га/час 1,80 18,8 Погрузка в транспорт-ное средство мине-ральных азотных удоб-рений (0,20 т/га)

ЭО-2621 – 8,5 т/час 0,04 – 0,1

Культивация с бороно-ванием (10–12 см)

МТЗ-1221 КПС-6 4,4 га/час 0,22 – 5,3

Транспортировка и внесение азотных удобрений

МТ З-82 МВУ-5 6,5 га/час 0,30 – 3,6

Рыхление с выравни-ванием почвы

МТЗ-1221 КЧ-5,1 1,8 га/час 0,55 – 10,9

2. Посадка Предпосадочная нарез-ка гребней

МТЗ-82 КРН-4,2 0,9 га/час 1,10 – 5,9

Заготовка черенков – – – – 10 –

Замачивание черенков – – – – 1 –

Вариант А. Механизи-рованная посадка

МТЗ-80 Step 2-6A Modular

0,6 га/час 2 4 7,5

Вариант Б. Ручная посадка

– – – – 14 –

200

Окончание таблицы

3. Уход за посадками и заготовка черенков 1 2 3 4 5 6 7

Погрузка в транспорт-ное средство минераль-ных удобрений (0,35 т/га) × 7 циклов

ЭО-2621 – 8,5 т/час 0,42 – 0,14

Транспортировка и внесение фосфорных и калийных удобре- ний × 7 циклов

МТ З-82 МВУ-5 6,5 га/час 2,1 – 25,2

Погрузка в транспорт-ное средство азотных удобрений (0,20 т/га) × 7 циклов

ЭО-2621 – 8,5 т/час 0,28 – 0,7

Транспортировка и внесение азотных удобрений × 7 циклов

МТ З-82 МВУ-5 6,5 га/час 2,1 – 25,2

Рыхление междуря- дий × 14 циклов

МТЗ-82 ОКГ-4 0,84 га/час 16,8 – 105

Вариант А. Химпря-полка. Приготовление рабочего раствора гер-бицида (гезагард 4 л/га, вода 0,3 т/га) × 7 циклов

МТЗ-80 АПЖ-12 6,0 т/час 0,28 0,28 6,3

Транспортировка воды в поле и заправка оп-рыскивателя (3 км) × 7 циклов

МТЗ-80 ЗЖФ-3 3,0 т/га 0,56 – 12,6

Внесение гербици- дов × 7 циклов

МТЗ-82 ОП 2000 4,0 га/час 1,75 – 25,2

Вариант Б. Ручная прополка × 7 циклов

– – – – 294 –

4. Уборка маточных плантаций

Заготовка побегов – – – – 40 –

Погрузка в транспорт-ное средство

– – – – 2 –

Транспортировка к месту хранения (5 км, 20 т/га)

ГАЗ-САЗ-3507

– 5 т/час 5 – 2,0

Разгрузка и закладка побегов на хранение

– – – – 1 –

5. Уборка плантаций на биотопливо

Уборка древесины с погрузкой и измель-чением × 7 циклов

МТЗ-82 Bender Mark 5

0,5 га/час 14 – 133

Отвоз древесины 60 т/га МТЗ-82 2-ПТС-4 8,0 т/час 7 – 273

6. Перепашка плантации Раскорчевка участка МТЗ 1221 СНФ-3 0,2 1 – 50

Перепашка участка МТЗ-1221 ПЛН-4-

35 0,55 га/час 1,80 – 18,8

201

Библиографический список

1. Alriksson, B. Effect of nitrogen fertilization on growth in a salix viminalis

stand using a response surface experimental design / B. Alriksson, S. Ledin, P. Seeger

// Scandinavian Journal of Forest Research. – 1997. – Vol. 12, N 4. –P. 321–327.

2. Aronsson, P. G. Long-term influence of intensively cultured short-rotation

Willow Coppice on nitrogen concentrations in groundwater / P. G. Aronsson,

L. F. Bergstrom, S. N. E. Elowson // Journal of Environmental Management. – 2000. –

Vol. 58, N 2. – P. 135–145.

3. Aronsson, P. G. Nitrate leaching from lysimeter-grown short-rotation willow

coppice in relation to N-application, irrigation and soil type / P. G. Aronsson,

L. F. Bergstrom // Biomass & Bioenergy. – 2001. – Vol. 21, N 3. – P. 155–164.

4. As, Cd, Pb and Zn uptake by Salix spp. clones grown in soils enriched by

high loads of these elements / M. Vyslouzilova, P. Tlustos [et al.] // Plant Soil & Envi-

ronment. – 2003. – Vol. 49, N 5. – P. 191–196.

5. Assessment of the environmental benefit of fast-growing willow cultivated for

biomass supplying / S. Kundas [et al.] // Protection and restoration of the environment

IX: book of abstracts, 29 June–3 July 2008. – Kefalonia, 2008. – P. 46.

6. Atchley, M. C. Arroyo water storage and soil nutrients and their effects on

gas-exchange of shrub species in the northern Chihuahuan Desert / M. C. Atchley,

A. G. de Soyza, W. G. Whitford // Journal of Arid Environments. – 1999. – Vol. 43,

N 1. – P. 21–33.

7. Bowman, W. D. Shoot growth dynamics and photosynthetic response to in-

creased nitrogen availability in the alpine willow salix-glaucA / W. D. Bowman,

R. T. Conant // Oecologia. – 1994. – Vol. 97, N 1. – P. 93–99.

8. Brittain, J. E. A long-term study of radiocesium transport to a subalpine lake

from its catchment / J. E. Brittain, H. E. Bjoernstad // International symposium on io-

nizing radiation. – Stockholm, 1996.

9. Bungart, R. Production of biomass for energy in post-mining landscapes and

nutrient dynamics / R. Bungart, R. F. Huttl // Biomass & Bioenergy. – 2001. – Vol. 20,

N 3. – P. 181–187.

10. Cooper, D. J. Restoring the vegetation of mined peatlands in the southern

Rocky Mountains of Colorado, USA / D. J. Cooper, L. H. MacDonald // Restoration

Ecology. – 2000. – Vol. 8, N 2. – P. 103–111.

11. Effect of organic amendments and slow-release nitrogen fertilizer on willow

biomass production and soil chemical characteristics / H. G. Adegbidi [et al.] // Bio-

mass & Bioenergy. – 2003. – Vol. 25, N 4. – P. 389–398.

12. Effects of controlled weed densities and soil types on soil nitrate accumula-

tion, spruce growth, and weed growth / N. V. Thevathasan [et al.] // Forest Ecology &

Management. – 2000. – Vol. 133, N 1–2. – P. 135–144.

13. Elowson, S. Willow as a vegetation filter for cleaning of polluted drainage

water from agricultural land / S. Elowson // Biomass & Bioenergy. – 1999. – Vol. 16,

N 4. – P. 281–290.

14. Energy for Sustainable Development // UNDP. – New York, 2002.

15. Environmental Science. – Uppsala : The Baltic University Press, 2003.

202

16. Evaluation of Short Rotation Coppice as Remediation Option for Contaminated

Farmland / H. Vandenhove [et al.] // Contaminated Forest: Recent Developments in Risk

Identification and Future Perspectives: NATO Science, Series 2. – 1999. – Vol. 58.

17. Evaluation of the Comparative Energy, Global Warming and Socio-

Economic Costs and Benefit of Biodisel. Report. – Sheffild Hallam University, 2003.

18. Farina, A. Principles and Methods in Landscape Ecology: Towards a Science

of the Landscape / A. Farina. – Kluwer Academic Publishers. – 2nd edition. – 2007.

19. Fenn, L. B. Willow tree productivity on fertilizer solutions containing various

Ca/Al ratios / L. B. Fenn, G. R. Gobran // Nutrient Cycling in Agroecosystems. –

1999. – Vol. 53, N 2. – P. 121–131.

20. Food-web interactions and population variability of leaf beetles in managed

and natural willow stands peter dalin: doctoral thesis. – Uppsala : Swedish University

of Agricultural Sciences, 2004. – 25 p.

21. Gergel, S. E. Learning Landscape Ecology / S. E. Gergel, M. G. Turner. –

USA, 2002. – 316 с.

22. Gerpen, J. V. Analysis of «Comparative LCA of biodiesel and Fossil Diesel

Fuel» by Ceuterick and Spririnckx / J. V. Gerpen. – Jowa State University, 2000.

23. Goor, F. Assessment of the potential of willow SRC plants for energy pro-

duction in areas contaminated by radionuclide deposits: methodology and perspectives

/ F. Goor, V. Davydchuk, J. F. Ledent // Biomass & Bioenergy. – 2001. – Vol. 21, N 4.

– P. 225–235.

24. Greenbook 2002. Sustaining People, Land and Communities // Minnesota

Department of Agriculture. – Sent-Paul, 2002.

25. Gregersen, P. Zero-discharge of nutrients and water in a willow dominated

constructed wetland / P. Gregersen, H. Brix // Water Science & Technology. – 2001. –

Vol. 44, N 11–12. – P. 407–412.

26. Gupta, R. Impact of mineral impurities in solid fuel combustion / R. Gupta,

T. Wall, L. Baxter. – New York, 1999. – 768 р.

27. Hammer, D. Phytoextraction of Cd and Zn with Salix viminalis in field trials

/ D. Hammer, A. Kayser, C. Keller // Soil Use & Management. – 2003. – Vol. 19, N 3.

– P. 187–192.

28. Hasselgren, K. Utilization of sewage sludge in short-rotation energy forestry:

a pilot study / K. Hasselgren // Waste Management & Research. – 1999. – Vol. 17,

N 4. – P. 251–262.

29. Heinsoo, K. Estimation of shoot biomass productivity in Estonian Salix plan-

tations / K. Heinsoo, E. Sild, A. Koppel // Forest Ecology & Management. – 2002. –

Vol. 170, N 1–3. – P. 67–74.

30. Hytonen, J. Effect of peat ash fertilization on the nutrient status and biomass

production of short-rotation willow on cut-away peatland area / J. Hytonen // Biomass

& Bioenergy. – 1998. – Vol. 15, N 1. – P. 83–92.

31. Influence of extreme pollution on the inorganic chemical composition of

some plants / C. Reimann [et al.] // Environmental Pollution. – 2001. – Vol. 115, N 2.

– P. 239–252.

203

32. Interactive effects of soil amendments and depth of incorporation on Geyer

willow / K. T. Fisher // Journal of Environmental Quality. – 2000. – Vol. 29, N 6. –

P. 1786–1793.

33. Jackson, M. B. Roots of willow (salix viminalis l) show marked tolerance to

oxygen shortage in flooded soils and in solution culture / M. B. Jackson,

P. A. Attwood // Plant & Soil. – 1996. – Vol. 187, N 1. – P. 37–45.

34. Johnson, J. D. Water relations and gas exchange in poplar and willow under

water stress and elevated atmospheric CO2 / J. D. Johnson, R. Tognetti, P. Paris // Phy-

siologia Plantarum. – 2002. – Vol. 115, N 1. – P. 93–100.

35. Klang-Westin, E. Effects of nutrient supply and soil cadmium concentration

on cadmium removal by willow / E. Klang-Westin, K. Perttu // Biomass & Bioenergy.

– 2002. – Vol. 23, N 6. – P. 415–426.

36. Labrecque, M. High biomass yield achieved by Salix clones in SRIC follow-

ing two 3-year coppice rotations on abandoned farmland in southern Quebec, Canada /

M. Labrecque, T. I. Teodorescu // Biomass & Bioenergy. – 2003. – Vol. 25, N 2. –

P. 135–146.

37. Labrecque, M. Influence of plantation site and wastewater sludge fertilization

on the performance and foliar nutrient status of two willow species grown under SRIC

in southern Quebec (Canada) / M. Labrecque, T. I. Teodorescu // Forest Ecology &

Management. – 2001. – Vol. 150, N 3. – P. 223–239.

38. Leaf photosynthetic properties in a willow (Salix viminalis and Salix dasyc-

lados) plantation in response to fertikisation / E. Merilo [et al.] // European of Forest

Research. – 2006. – Vol. 125/2. – P. 93–100.

39. Ledin, S. Environmental consequences when growing short rotation forests in

Sweden / S. Ledin // Biomass & Bioenergy. – 1998. – Vol. 15, N 1. – P. 49–55.

40. Lindroth, A. Water-use efficiency of willow-variation with season, humidity

and biomass allocation / A. Lindroth, T. Verwijst, S. Halldin // Journal of Hydrology.

– 1994. – Vol. 156, N 1–4. – P. 1–19.

41. Liotta, J. Biological traits of Salix humboldtiana willd. and flood pulse /

J. Liotta // Interciencia. – 2001. – Vol. 26, N 9. – P. 397–403.

42. Lower, S. S. Soil nutrients and water availability interact to influence willow

growth and chemistry but not leaf beetle performance / S. S. Lower, C. M. Orians //

Entomologia Experimentalis et Applicata. – 2003. – Vol. 107, N 1. – P. 69–79.

43. Mortensen, J. Nitrate leaching during establishment of willow (Salix viminalis)

on two soil types and at two fertilization levels / J. Mortensen, K. H. Nielsen,

U. Jorgensen // Biomass & Bioenergy. – 1998. – Vol. 15, N 6. – P. 457–466.

44. Niederl, A. BIODIEPRO Final report: Life Cycle Assessment of biodiesel

from Tallow and Used Vegetable Oil / A. Niederl, M. Narodoslawsky. – EU project

number NNE5/2001/1832.2004. – 2004.

45. Nocker, L. De Comparison of LCA and external – cost analysis for biodiesel

and diesel. VITO, Flemish Institute for technological Research. Boeretang 200, B-

2400 Mol. / L. De Nocker, C. Sprinckx, R. Torfs. – Brussels, 1998.

46. Nutrition response of norway spruce and willow to varying levels of calcium

and aluminium / G. R. Gobran [et al.] // Fertilizer Research. – 1993. – Vol. 34, N 2. –

P. 181–189.

204

47. Obernberger. Аsh related problems in biomass combustion plants / Obern-

berger. – Technische Universiteit Eindhoven, 2005. – P. 31.

48. Persson, G. Comparison of simulated water balance for willow, spruce, grass ley

and barley / G. Persson // Nordic Hydrology. – 1997. – Vol. 28, N 2. – P. 85–98.

49. Phytoextraction of Cd, Ni, and Pb Using Four Willow Clones (Salix spp.) /

M. Borišev [et al.] // Polish J. of Environ. Stud. – 2009. – Vol. 18, N 4. – P. 553–561.

50. Phytoremediation capacity of poplar (Populus spp.) and willow (Salix spp.)

clones in relation to photosynthesis / S. Pajevic [et al.] // Arch. Biol. Sci. – 2009. –

Vol. 61, N 2. – P. 239–247.

51. Phytoremediation prospects of willow stands on contaminated sediment: a

field trial / P. Vervaeke [et al.] // Environmental Pollution. – 2003. – Vol. 126, N 2. –

P. 275–282.

52. Pulford, I. D. Heavy metal uptake by willow clones from sewage sludge-

treated soil: The potential for phytoremediation / I. D. Pulford, D. Riddell-Black, C.

Stewart // International Journal of Phytoremediation. – 2002. – Vol. 4, N 1. – P. 59–72.

53. Radiocesium uptake by one-year-old willows planted as short rotation cop-

pice / A. Gommers [et al.] // Journal of Environmental Quality. – 2000. – Vol. 29, N 5.

– P. 1384–1390.

54. Recover: Relevancy of Short Rotation Coppice Vegetation for the Remedia-

tion of Contaminated Areas: SCK-CEN Final Report / Mol, Belgium, EC-DG XII-

project FI4. – CT0095 – 0021c, BLG 826. – 1999.

55. Rodzkin, O. I. Assessment of the potential of willow plants for treatment

soils in areas contaminated by radionuclide deposits / O. I. Rodzkin, S. K. Pronko //

Forestry in achieving millennium goals: International scientific conference, held of the

50th anniversary of foundation of Institute of lowland forestry and environment, Novi

Sad, Serbia, 13–15 Nov. 2008 / Book of abstracts. – P. 11–17.

56. Rodzkin, A. The assessment of the environmental benefit of fast-growing

energy willow cultivated for renewable biomass supplying / A. Rodzkin, S. Pazniak,

C. Romanovsky // Proceeding of the International Conference on Environment: Sur-

vival and sustainability 19–24 Febr. 2007. – Nicosia-Northern Cyprus : Near East

University, 2007. – P. 1673–1683.

57. Rytter, L. Leaf nutrient analysis in salix-viminalis (l) energy forest stands

growing on agricultural land / L. Rytter, T. Ericsson // Zeitschrift fur

Pflanzenernahrung und Bodenkunde. – 1993. – Vol. 156, N 4. – P. 349–356.

58. Rytter, R. M. Growth, decay, and turnover rates of fine roots of basket wil-

lows / R. M. Rytter, L. Rytter // Canadian Journal of Forest Research – Journal Cana-

dien de la Recherche Forestiere. – 1998. – Vol. 28, N 6. – P. 893–902.

59. Sarić, M. R. Effect of different contentrations on nutrition solution on dry

weight og dry matter ant content of NPKCa and Mg in some plant species /

M. R. Sarić, B. Krstić // Arhiv za poljoprivredne nauke. – 1981. – Vol. 42, N 147. –

P. 319–330.

60. Sarić, M. R. Theoretical and practical approaches to the genetic specificity of

mineral nutrition of plants / M. R. Sarić // Plant and Soil. – 1983. – Vol. 72. – P. 137–150.

205

61. Schaff, S. D. Effects of soil conditions on survival and growth of black wil-

low cuttings / S. D. Schaff, S. R. Pezeshki, F. D. Shields // Environmental Manage-

ment. – 2003. – Vol. 31, N 6. – P. 748–763.

62. Schaff, S. D. Effects of pre-planting soaking on growth and survival of black

willow cuttings / S. D. Schaff, S. R. Pezeshki, F. D. Shields // Restoration Ecology. –

2002. – Vol. 10, N 2. – P. 267–274.

63. Schickhoff, U. Riparian willow communities on the Arctic Slope of Alaska

and their environmental relationships: A classification and ordination analysis /

U. Schickhoff, M. D. Walker, D. A. Walker // Phytocoenologia. – 2002. – Vol. 32,

N 2. – P. 145–204.

64. Scholz, V. The growth productivity, and environmental impact of the cultiva-

tion of energy crops on sandy soil in Germany / V. Scholz, R. Ellerbrock // Biomass &

Bioenergy. – 2002. – Vol. 23, N 2. – P. 81–92.

65. Sheehan, J. Life Cycle Inventory of Biodiesel and Petroleum Diesel for Use

in an Urban Bus: final report / J. Sheehan, V. Camobreco, J. Duffield. –

U. S. Department of Energy’s Office of Fuels Development, 1998.

66. Short-rotation plantations of balsam poplars, aspen and willows on former ar-

able land in the Federal Republic of Germany. I. Site-growth relationships /

C. Hofmann-Schielle [et al.] // Forest Ecology & Management. – 1999. – Vol. 121,

N 1–2. – P. 41–55.

67. Silvola, J. Effects of CO2 concentration and nutrient status on growth, growth

rhythm and biomass partitioning in a willow, salix-phylicifolia / J. Silvola, U. Ahl-

holm // Oikos. – 1993. – Vol. 67, N 2. – P. 227–234.

68. Spatial variation in above-ground growth in unevenly wastewater-irrigated

willow Salix viminalis plantations / P. Aronsson // Ecological Engineering. – 2002. –

Vol. 19, N 4. – P. 281–287.

69. Straw for energy production. Technology – Environment – Economy / The

center for biomass technology. – 1998. – P. 53.

70. Szczukowski, S. Wierzba krzewiastna – roslina energetycczna /

S. Szczukowski, J. Budny. – Olstyn, 2005. – P. 45.

71. Tahvanainen, L. Biomass production of Salix viminalis in southern Finland

and the effect of soil properties and climate conditions on its production and survival /

L. Tahvanainen, V. M. Rytkonen // Biomass & Bioenergy. – 1999. – Vol. 16, N 2. –

P. 103–117.

72. The Challenge of Hunger: Focus on the Crisis of Child Undernutrition. [Electron-

ic Resource]. – Access mode: http://www.ifpri.org/pressroom/briefing/. – Date of access:

15.10.2010.

73. The effects of nitrogen fertilization and soil properties on mycorrhizal forma-

tion of Salix viminalis / C. Baum [et al.] // Forest Ecology & Management. – 2002. –

Vol. 160, N 1–3. – P. 35–43.

74. The EU biodiesel industry. Statistics. [Electronic Resource]. – Access mode:

http://www.ebb-eu.org/stats.php. – Date of access: 8.05.2010.

75. The Limits to Growth: A Report for the Club of Rome’s Project on the Predica-

ment of Mankind / Meadows D. L. [et al.]. – New York : Universe Books, 1972.

206

76. The potential for short rotation energy forestry on restored landfill caps /

D. J. Nixon [et al.] // Bioresource Technology. – 2001. – Vol. 77, N 3. – P. 237–245.

77. Turner, M. G. Landscape Ecology in Theory and Practice: Pattern and Proc-

ess / M. G. Turner, R. H. Gardner, R. V. O’Neill. – New York : Springer-Verlag New

York, 2003.

78. Vollenweider, R. A. Advances in defining critical loading levels for phosphorus

in lake eutrophication / R. A. Vollenweider. – Mem. Ist. Ital. Idrobiol, 1976. – 83 p.

79. Von Fircks, Y. Seasonal variation of macronutrients in leaves, stems and

roots of Salix dasyclados Wimm. grown at two nutrient levels / Y. Von Fircks,

T. Ericsson, L. Sennerby-Forsse // Biomass & Bioenergy. – 2001. – Vol. 21, N 5. –

P. 321–334.

80. Von Fircks, Y. Uptake and distribution of 137

Cs and 90

Sr in Salix viminalis

plants / Y. Von Fircks, K. Rosen, L. Sennerby-Forsse // Journal of Environmental Ra-

dioactivity. – 2002. – Vol. 63. – P. 1–14.

81. Water table dynamics and soil texture of three riparian plant communities /

D. J. Law [et al.] // Northwest Science. – 2000. – Vol. 74, N 3. – P. 234–241.

82. Weih, M. Characterising willows for biomass and phytoremediation: growth,

nitrogen and water use of 14 willow clones under different irrigation and fertilisation

regimes / M. Weih, N. E. Nordh // Biomass & Bioenergy. – 2002. – Vol. 23, N 6. –

P. 397–413.

83. Weih, M. Evidence for increased sensitivity to nutrient and water stress in a

fast-growing hybrid willow compared with a natural willow clone / M. Weih // Tree

Physiology. – Vol. 21, N 15. – P. 1141–1148.

84. Wielgolaski, F. E. Phenological modifications in plants by various edaphic

factors / F. E. Wielgolaski // International Journal of Biometeorology. – 2001. –

Vol. 45, N 4. – P. 196–202.

85. Willow Biomass Producer’s Handbook / L. P. Abrahamson [et al.]. – State

University of New York, 2002.

86. Willow wood production on radionuclide polluted areas / A. I. Rodzkin [et

al.] // Proc. Natural Science, Matica Sprska Novi Sad. – 2010. – N 119. – P. 105–113.

87. Yield improvements through modification of planting density and harvest

frequency in short rotation coppice Salix spp. - 1. Yield response in two morphologi-

cally diverse varieties / M. J. Bullard // Biomass & Bioenergy. – 2002. – Vol. 22, N 1.

– P. 15–25.

88. Абеленцев, В. И. Меры борьбы с вредителями и болезнями рапса /

В. И. Абеленцев, О. Ю. Молчанов, А. С. Рыбин. – М. : НИИТЭХИМ, 1992. – 49 с.

89. Агрохимия / И. Р. Вильдфлуш [и др.]. – Минск : Ураджай, 2001.

90. Анненков, Б. Н. Основы сельскохозяйственной радиоэкологии /

Б. Н. Анненков, Е. В. Юдинцева. – М. : Агропромиздат. – 1991. – С. 287.

91. Арманд, Д. Л. Наука о ландшафте / Д. Л. Арманд. – М. : Мысль,

1975. – 288 с.

92. Берлянт, А. М. Геоинформационное картографирование / А. М. Берлянт.

– М. : Астрея, 1997. – 64 с.

93. Биоэнергетика: мировой опыт и прогнозы развития / Л. С. Орсик [и др.].

– 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Росинформагротех, 2008. – 98 c.

207

94. Большаков, В. А. Загрязнение почв и растительности тяжелыми метал-

лами / В. А. Большаков, Н. Я. Гальпер, Г. А. Клименко. – М. : ВНИИТЭИСХ,

1978. – 52 с.

95. Босак, В. Н. Органические удобрения: монография / В. Н. Босак. –

Пинск : ПолесГУ, 2009. – 256 с.

96. Википедия – свободная энциклопедия [Электронный ресурс] / Режим

доступа: http://ru.wikipedia.org//wiki//Биодизель. – Дата доступа: 8.05.2009.

97. Возобновляемые источники энергии / пер. с англ. [и предисл.]

В. А. Коробкова. – М. : Энергоатомиздат, 1990. – 58 с.

98. Галкина, А. А. Выработанные торфяники западных районов УССР, их

свойства, окультуривание и повышение эффективного плодородия: автореферат

дис. на соиск. учен. степени канд. с.-х. наук / А. А. Галкина. – Ровно, 1974. – 29 с.

99. Головков, С. И. Энергетическое использование древесных отходов /

С. И. Головков, И. Ф. Коперин, В. И. Найденов. – М. : Лесн. пром-сть, 1987. – 224 с.

100. Государственная программа по обеспечению производства дизельного

топлива в Республике Беларусь на 2007–2010 гг. (в ред. Постановления Совмина

от 11.12.2009 №1627). – 2 с.

101. Государственный земельный кадастр Республики Беларусь (по со-

стоянию на 1 янв. 2010 г.) / Государственный комитет по имуществу Республики

Беларусь. – Минск, 2010. – 208 с.

102. Гусейнов, И. Д. Селекция ив на засухоустойчивость и быстроту роста /

И. Д. Гусейнов. – Лесн. хоз-во. – 1965. – № 9. – С. 47–51.

103. Дмитриев, М. Г. Загрязнение почв и растительности тяжелыми метал-

лами / М. Г. Дмитриев, Н. И. Казина. – М. : Изд-во МГУ, 1989. – С. 95.

104. Добышев, А. С. Сушка зерна с использованием нетрадиционных ви-

дов топлива: информационный бюллетень / А. С. Добышев, А. А. Крупенько. –

Горки : Программа Европейского Союза TACIS, 2006. – №4 (окт.). – 33 с.

105. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта / Б. А. Доспехов. – М. : Ко-

лос, 1985. – 416 с.

106. Земля Беларуси. 2001: справ. пособие / И. М. Богдевич [и др.]; под

ред. Г. И. Кузнецова и Г. В. Дудко. – Минск : БелНИЦЗЕМ, 2001. – 120 с.

107. Ивлев, А. М. Биогеохимия / А. М. Ивлев. – М. : Высш. шк., 1986. – 125 с.

108. Интегрированная защита рапса от вредителей, болезней и сорняков в Рес-

публике Беларусь / Н. И. Протасов [и др.]. – Горки : БГСХА, 2000. – 176 с.

109. Использование древесной биомассы в энергетических целях: научный об-

зор / С. П. Кундас [и др.]. – Минск : МГЭУ им. А. Д. Сахарова, 2008. – 85 с.

110. Копиця, В. Н. Вредители промышленных энергетических плантаций

быстрорастущей ивы в условиях Республики Беларусь / В. Н. Копиця,

О. И. Родькин, О. А. Шкутник // Экологический вестник. – 2009. – № 1(7). –

С. 29–36.

111. Кундас, С. П. Возобновляемые источники энергии: монография /

С. П. Кундас, С. С. Позняк, Л. В. Шенец. – Минск : МГЭУ им. А. Д. Сахарова,

2009. – 315 с.

112. Лазаревич, С. В. Флора и растительность Беларуси: лекция /

С. В. Лазаревич. – Горки : БГСХА, 2005. – 36 с.

208

113. Лосицкий, К. Б. Ивы Белорусской ССР / К. Б. Лосицкий. – Сов. бота-

ника, 1936. – № 6. – С. 89.

114. Марцинкевич, Г. И. Ландшафтоведение / Г. И. Марцинкевич. –

Минск : БГУ, 2007. – 206 с.

115. Мееровский, А. С. Проблемы и пути повышения эффективности луго-

вого кормопроизводства / А. С. Мееровский // Кормопроизводство: проблемы и

пути их решения: сб. науч. тр. – Минск, 1997. – С. 9–13.

116. Мильков, Ф. Н. Человек и ландшафты: очерки антропогенного ланд-

шафтоведения / Ф. Н. Мильков. – М. : Мысль, 1973. – 223 с.

117. Морозов, И. Р. Определитель ив и их культура / И. Р. Морозов. – М. :

Лесная промышленность, 1966. – 254 с.

118. Наймарк, Л. Б. Интенсивная технология возделывания озимого и яро-

вого рапса на семена и зеленную массу в Беларуси / Л. Б. Наймарк,

П. М. Шерснев, Г. А. Жолик. – Горки, 1990. – 23 с.

119. Наука и инновации / учредитель Национальная академия наук Бе-

ларуси. – Минск : Белорусская наука, 2003. – 17 с.

120. Ниценко, А. А. Растительность выработанных торфяников как инди-

катор их сельскохозяйственной ценности / А. А. Ниценко // Агропочвенные и

геоботанические исследования Северо-Запада СССР. – Л., 1965. – 18 с.

121. О Государственной программе по обеспечению производства дизель-

ного биотоплива в Республике Беларусь на 2007–2010 гг.: постановление Совета

Министров Республики Беларусь (17 дек. 2007 г.). – № 1760.

122. О Программе развития масложировой отрасли Республики Беларусь

на 2007–2010 гг.: постановление Совета Министров Республики Беларусь (от

14 мая 2007 г.). – № 588.

123. Одум, Ю. Основы экологии / Ю. Одум. – М. : Мир, 1975. – 741 с.

124. Охрана природы. Земли. Общие требования к рекультивации земель:

ГОСТ 17.5.3.04-83.

125. Охрана окружающей среды и природопользование. Атмосфера. Вы-

бросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Порядок определения вы-

бросов при сжигании топлива в котлах производительностью до 25 МВт: ТКП

17.08-01-2006 (02120). – Постановление Минприроды Республики Беларусь от

28 февр. 2006 г. № 2/10.

126. Охрана природы. Земли. Классификация нарушенных земель для ре-

культивации: ГОСТ 17.5.1.02-85.

127. Охрана природы. Рекультивация земель. Термины и определения:

ГОСТ 17.5.1.01-83.

128. Парфенов, В. И. Ивы (Salix L.) Белоруссии: таксономия, фитоце-

нология, ресурсы / В. И. Парфенов, И. Ф. Мазан. – Минск : Наука и техника,

1986. – 167 с.

129. Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентиро-

вочно допустимых концентраций (ОДК) химических веществ в почве. Мини-

стерство здравоохранения Республики Беларусь. Гигиенические нормативы

2.1.7.12-1-2004.

209

130. Перспективы и направления энергетики / [редкол.: М. А. Прищепов

и др.]. – Минск : БГАТУ, 2007. – 97 с.

131. Перспективы использования быстрорастущих древесных насаждений

на загрязненных землях сельскохозяйственного назначения и лесного фонда для

развития возобновляемой энергетики / О. И. Родькин [и др.] // Экологическая

антропология: ежегодник. – Минск, 2007. – С. 36–39.

132. Пилюк, Я. Э. Рапс в Беларуси / Я. Э. Пилюк. – Минск : Бизнесофсет,

2007. – 96 с.

133. Позняк, С. С. Мы выбираем будущее с альтернативной энергетикой:

учеб.-метод. пос. / С. С. Позняк, О. И. Родькин, О. А. Кучинский; под общ. ред.

С. П. Кундаса. – Минск, 2009. – С. 84.

134. Положение дел в области продовольствия и сельского хозяйства / ФАО

2008 [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://www.fao.org/docrep/011/i0100r/i0100r00.htm. – Дата доступа: 18.12.2010.

135. Пособие по эколого-экономической оценке размещения объектов хо-

зяйственной и иной деятельности в Республике Беларусь. – Минск : Минприро-

ды, 1999.

136. Почвоведение с основами геологии / под ред. доктора с.-х. наук, проф.

А. И. Горбылевой. – Минск : Новое знание, 2002. – 412 с.

137. Правдин, Л. Ф. Ива, ее культура и использование / Л. Ф. Правдин. –

М., 1952. – 168 с.

138. Производство биотоплива: опыт, проблемы, перспективы / [З. М. Ильин

и др.]. – Минск : Ин-т экономики НАН Беларуси, 2008. – 243 с.

139. Производство и применение биодизеля: справочное пособие /

А. Р. Аблаев [и др.]. – М. : АПК и ППРО, 2006. – 216 с.

140. Пятое национальное сообщение Республики Беларусь. В соответствие

с обязательствами по рамочной конвенции ООН об изменении климата. – Мин-

природы Республики Беларусь, 2009. – С. 2000.

141. Равич, М. Б. Топливо и эффективность его использования / М. Б. Ра-

вич. – Наука, 1971. – 358 с.

142. Рапс – высокоэффективный источник возобновляемого сырья для

производства топлива и химической переработки / О. А. Ивашкевич [и др.] //

Энергоэффективность. – 2005. – № 6. – С. 18–19.

143. Рапс / Д. Шпаар [и др.]. – Минск : ФУАинформ, 1999. – 145 с.

144. Рапс: масло, белок, биодизель: материалы междунар. науч.-практ.

конф., г. Жодино, 25–27 сент. 2006 г.) / под общ. ред. М. А. Кадырова. – Минск :

ИВЦ Минфина, 2006. – 215 с.

145. Рекомендации по ведению агропромышленного производства

в условиях радиоактивного загрязнения земель Республики Беларусь. – Минск,

2003. – 72 с.

146. Республиканская программа энергосбережения на 2006–2010 гг. –

Минск, 2006. – 110 с.

147. Ресурсосбережение и энергоэффективность как факторы экономиче-

ского роста / сост. К. П. Пилецкий. – 2008. – 136 с.

210

148. Родькин, О. И. Использование потенциала быстрорастущих древесных

насаждений для оздоровления природных водных экосистем / О. И. Родькин,

В. Н. Ануфриев // Водные ресурсы. – Минск : ЦНИИКИВР, 2004. – С. 25–32.

149. Родькин, О. И. Методы регуляции накопления 137

Cs при производстве

биомассы на загрязненных радионуклидами территориях / О. И. Родькин,

С. К. Пронько // Экологический вестник. – 2008. – № 2(5). – С. 68–78.

150. Родькин, О. И. Моделирование накопления 137

Cs в биомассе быстро-

растущей ивы для оценки перспективности использования земель в агроэко-

системах в зависимости от уровня их загрязнения радионуклидами / О. И. Родь-

кин, С. К. Пронько // Экологический вестник. – 2009. – № 3/4 (9/10). – С. 25–32.

151. Родькин, О. И. Проблемы загрязнения водных объектов биогенными

соединениями в агроландшафтах / О. И. Родькин, С. В. Сенкевич, Ч. А. Рома-

новский // Экологический вестник. – 2009. – № 1(7). – С. 14–23.

152. Родькин, О. И. Экологические аспекты контроля биогенных элементов

и производства возобновляемой биомассы в сельскохозяйственных экосистемах /

О. И. Родькин, А. А. Бутько // Экологический вестник. – 2010. – № 2(12). –

С. 117–124.

153. Родькин, О. И. Экологические аспекты производства древесины быст-

рорастущей ивы (Salix Viminalis) на загрязненных тяжелыми металлами землях /

О. И. Родькин, С. К. Пронько // Экологический вестник. – 2010. – № 3(13). – С.

41–48.

154. Родькин, О. И. Экологический менеджмент: учеб.-метод. пос. /

О. И. Родькин, Ч. А. Романовский, С. С. Позняк. – Минск : РИВШ, 2008. – 252 с.

155. Родькин, О. И. Охрана окружающей среды / О. И. Родькин,

В. Н. Копиця. – 2-е изд., доп. – Минск : Беларусь, 2010. – 165 с.

156. Родькин, О. И. Сельскохозяйственная экология: учеб.-метод. пос. /

О. И. Родькин, Т. М. Дайнеко, Л. А. Веремейчик. – Минск : БАТУ, 2001. – 191 с.

157. Романовский, Ч. А. Оптимизация устойчивости агроэкосистем

к стрессообразующим факторам / Ч. А. Романовский, С. С. Позняк, О. И. Родь-

кин // Экологический вестник. – 2008. – № 2(5). – С. 100–110.

158. Русан, В. И. Дизельное биотопливо: технология, оборудование, пер-

спективы / В. И. Русан, С. С. Ходыко, А. П. Скиба. – Минск : Бел. науч. ин-т

внедрения новых форм хозяйствования в АПК, 2003. – 125 с.

159. Русанов, В. А. Проблема переуплотнения почв движителями и эффек-

тивные пути ее решения / В. А. Русанов. – М. : ВИМ, 1998.

160. Саутин, В. И. Выращивание и комплексное использование ивы /

В. И. Саутин, П. Н. Райко, В. Н. Воробьев. – Минск, 1986.

161. Сельское хозяйство Республики Беларусь: стат. сб. / Национальный

статистический комитет Республики Беларусь. – Минск, 2010. – 270 с.

162. Сельскохозяйственная радиоэкология / под ред. Р. М. Алексахина. –

М. : Экология, 1991. – 400 с.

163. Скакун, А. С. Рапс – культура масличная / А. С. Скакун, И. В. Бурда,

Д. Брауэр. – Минск : Ураджай, 1994. – 11 с.

164. Скворцов, А. К. Ивы СССР / А. К. Скворцов. – М., 1968. – 259 с.

211

165. Солнцев, Н. А. Учение о ландшафте: избранные труды /

Н. А. Солнцев. – М. : МГУ, 2001. – 384 с.

166. Состояние природной среды Беларуси. Экологический бюллетень

2009 г. / под ред. В. Ф. Логинова. – Минск, 2009. – 366 с.

167. Сукачев, В. Н. Избранные труды в 3-х томах / В. Н. Сукачев; под ред.

Е. М. Лавренко. – Л. : Наука, 1973. – Т. 2: Проблемы болотоведения, палеобота-

ники и палеогеографии. – 352 с.

168. Сукачев, В. Н. Работы по селекции ивы / В. Н. Сукачев // Лесное хо-

зяйство. – 1939. – Т. 3. – С. 24–34.

169. Техника и технологии: инновации и качество / редкол.: В. И. Кочурко

[и др.]. – Барановичи : Ред. отдел Барановичского государственного университе-

та, 2007. – 115 с.

170. Топливо и его использование / Министерство образования Республики

Беларусь, БНТУ, Кафедра ЮНЕСКО «Энергосбережение и возобновляемые ис-

точники энергии». – Минск : БНТУ, 2006. – 17 с.

171. Хутцкая, Н. Г. Экологические аспекты энергетики и энергосбережения

/ Н. Г. Хутцкая. – Минск : БГПА, 2000. – 243 с.

172. Цанов, Ц. Първи результата от изпитването на некой месни и чужди

клонове дъровидни върби / Ц. Цанов // Горскостоп. Наука. – 1974. – Т. 11, № 5. –

С. 20–23.

173. Целевая программа обеспечения в Республике Беларусь не менее 25 %

объема производства электрической и тепловой энергии за счет использования

местных видов топлива и альтернативных источников энергии на период до

2012 г. – Минск, 2004. – 78 с.

174. Чернуха, Г. А. Радиационная безопасность: учеб. пос. / Г. А. Чернуха.

– Горки, БСХА, 2005. – С. 176.

175. Шкутник, О. А. Водный режим растений как фактор оптимизации

производства биомассы быстрорастущей ивы / О. А. Шкутник, О. И. Родькин //

Экологический вестник. – 2009. – № 3/4(9/10). – С. 120–128.

212

Научное издание

Родькин Олег Иванович

ПРОИЗВОДСТВО

ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО БИОТОПЛИВА

В АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТАХ:

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

Монография

Редакторы С. М. Курбыко, М. Ю. Мошкова, О. А. Кучинский

Корректоры С. М. Курбыко, М. Ю. Мошкова

Компьютерная верстка С. М. Курбыко

Подписано в печать 21.02.2011. Формат 6090 1/16.

Бумага офсетная. Гарнитура Times. Ризография.

Усл. печ. л. 13,25. Уч.-изд. л. 10,28.

Тираж 100 экз. Заказ № 153.

Издатель и полиграфическое исполнение

учреждение образования «Международный государственный

экологический университет имени А. Д. Сахарова»

ЛИ № 02330/993 от 31.08.2011

Республика Беларусь, 220070, г. Минск, ул. Долгобродская, 23

E-mail: info@iseu.by

http://www.iseu.by