Ecological-energy analysis of reforestation processes in Tomsk region.pdf В последние десятилетия работы многих ученыхстран и регионов [4, 5], экономической теории стоимо-посвящаются поиску оптимальных взаимоотношенийсти [6] в системе сельского хозяйства [7]. В нашеймежду человеческими запросами и возможностямистране энергетический анализ используется в областиприроды удовлетворить эти запросы. Энергопотребле-сельского хозяйства такими учеными, как А.С. Минд-ние общества растет вместе с нагрузкой на природныерин, Г.А. Булаткин, Г.И. Чогут, О.В. Фельдман,системы, в то же время ресурсы продаются по низкимЕ.А. Денисенко, Д.О. Логофет, В.А. Бузько, А.В. Глот-ценам, в которые не закладывается труд самой приро-ко и др. Ими разработаны методики, определены неко-ды по их производству - природная рента. Отсюда ис-торые энергетические эквиваленты для российскихтощение, деградация природной среды, нехватка денегусловий, рассчитана эффективность технологий сель-на ее восстановление. Для ликвидации этого перекосаскохозяйственного производства [8-12].очень важно правильно оценить вклады природы и лю-В большинстве работ, как правило, все потоки пе-дей в производство энергоресурсов и материальныхреведены в стандартные энергетические единицы, ноблаг. Поиском универсальной единицы измерения этихбез учета того, что различные виды энергии неэквива-вкладов занимались многие ученые и пришли к выво-лентны. Использование стандартных энергетическихду, что таковой должна стать энергия. Появились энер-единиц не позволяет учитывать вклад возобновляемыхгетические методики: теория оценки Сраффа, вопло-природных ресурсов, таких как солнечная радиация, ащенной энергии Паттерсона, оценка состояния систе-между тем потоки природной энергии имеют значениемы через эксергию и др. Энергетический анализ при-на порядок больше искусственной.влекает ученых идеей адекватного сравнения не срав-В Томске, в лаборатории самоорганизации геосис-нимого с помощью других мер: денег, килограммов,тем ИМКЭС СО РАН, группа ученых во главе с проф.метров. Он обеспечивает возможность не только срав-А.В. Поздняковым обратилась к данной проблеме внивать вклады природы с вкладами человека в какой-конце 1990-х гг. [13]. Разработаны новые подходы илибо товар, но и определять энергетические потоки вметодологические основы оценки функционированияразличных системах (агро-, эко-, урбосистемах и др.),различных геосистем в энергетических единицах. Про-сравнивать их по эффективности использования ресур-веден энергетический анализ функционирования кон-сов. С помощью энергетического анализа можно эф-кретных геосистем на примере агроэкосистем [14] ифективно оценивать различные варианты новых техно-лесных систем [15].логий, устойчивость функционирования любых системВ данном исследовании применен эколого-(биологических, экономических, социальных и пр.).энергетический анализ к лесовосстановительным рабо-Это отличный инструмент системного анализа. Однакотам как наиболее важной и трудоемкой стадии созда-на настоящий момент он рассматривается как дополни-ния леса. Объектом исследования взяты леса Тимиря-тельное средство к основному - экономическому илизевского лесхоза Томской области.экологическому исследованию. Причина этого - недос-Общая площадь лесов Томской области составляеттаточность разработанности энергетического анализа.91% от ее территории, ведется интенсивная лесохозяйст-Между тем еще в XIX в. по теории Д. Джоуля ивенная деятельность, имеющая тенденцию к росту. Так,Д. Мэйера энергия представлялась всеобщей универ-согласно Лесному плану Томской области, к 2018 г. объ-сальной единицей, хотя она понималась как эквивалентемы заготовки древесины составят 11,4 млн м3 в год, т.е.тепла. Важный вклад внес А. Лотка, который развилдолжны увеличиться в 3,2 раза по сравнению с 2007 г. [16.теорию максимизации энергии, биохимической дина-Кн. 2. С. 9]. В связи с вышеизложенным актуальностьмики и экологии популяций, а также наш соотечест-изучения лесных экосистем, ликвидации последствийвенник С.А. Подолинский, занимавшийся исследова-экономической деятельности путем восстановления лесовнием теории превратимой энергии, выявлением значе-не ослабевает. Лесоводы отмечают большую значимостьния растений, животных и человека в ее распределе-лесовосстановления по сравнению с лесопользованием инии, роли труда в повышении энергийного бюджета наотстаивают особую важность принципа постоянства иЗемле. Ближе всех к решению проблемы подошел эко-неистощительности пользования лесными богатствами. лог Говард Одум, заложив основы теории овеществ-ленной в продукте энергии, назвав ее эмергией.Методика исследованийСегодня анализ эколого-экономических систем наоснове энергетических расчетов используется в облас-Основная задача энергетического анализа - оценкати инженерной экологии [1], экологии территорий [2],затрат различных видов энергии. В основу исследова-лесопромышленного менеджмента [3], экономикиния нами взята уже апробированная на сельскохозяйст-187венном производстве методика энергетического анали-сосны рассчитана автором для климатических условийза [8], но для полноты картины были учтены не толькоюга Томской области.техногенные вклады энергии, но и природные, поэтомуМетодика позволяет анализировать технологии ле-представленный анализ мы обозначили как эколого-совосстановления, применяемые в конкретных лесо-энергетический. К природным источникам относятсярастительных условиях. Необходимо также приниматьсолнечное излучение, осадки и почва, к техногеннымво внимание, что при оценке энергетической эффек-источникам - привнесенные человеком в рассматри-тивности систем корректно сравнивать только техноло-ваемую экосистему для поддержания ее структуры,гии возделывания одной и той же культуры, различныефункционирования и снижения неблагоприятных воз-сорта конкретной культуры, а также агроценозы, воз-действий на растущий лес. Все энергетические вкладыделываемые с одинаковой целью (например, культуры,подразделяют на прямые (непосредственно связанные свыращиваемые для получения только сахара или про-работами на данном участке леса) и косвенные. В слу-изводства только волокна, или культуры-источникичае искусственного лесовосстановления к прямымгрубых кормов) [9]. В данном исследовании мы анали-вкладам относятся затраты труда, расход топлива изируем эколого-энергетическую эффективность трехсмазочных материалов. При учете природной состав-способов восстановления сосны обыкновенной: посад-ляющей сюда добавляются солнечная энергия, химиче-кой 2-летних сеянцев, посевом семян и естественнымская энергия осадков и энергия питательных веществзаращиванием. Так как во всех трех случаях Еn одина-почвы. К косвенным вкладам относятся затраты энер-ковое, то выводы об эффективности сделаем на основегии на создание и ремонт техники, на производствоанализа затрат Е. посевного материала (семян, сеянцев). Электроэнергияи удобрения не используются в данной технологии.Расчет энергетических затратПри исчислении энергетических затрат используютсяна лесовосстановлениеэнергетические эквиваленты и нормы амортизации налесохозяйственные машины, орудия, тракторы. Энер-Лесовосстановление - это восстановление основ-гетические эквиваленты техники включают в себя рас-ных компонентов леса с возобновлением лесообра-ход энергоносителей на изготовление металла для де-зующих пород [18. Т. 1. С. 257]. Объектом исследова-талей тракторов и сельскохозяйственных машин, заме-ния выбраны леса Тимирязевского лесхоза Томскойняемых при эксплуатационных ремонтах, энергию,области, расположенные в Обь-Томском лесохозяйст-потребленную на ректификацию кислорода, использо-венном районе южнотаежной лесохозяйственной под-ванного при сварочных работах.зоны. Климат территории является переходным отСуммарное количество затрат техногенной энергииумеренно континентального Русской равнины к рез-рекомендуется находить по формулекоконтинентальному Восточной Сибири. За год здесьE =∑M (∑Ni xij Li )=∑M Ei ,в среднем выпадает 517 мм осадков [192]. Суммарнаяi=1j=1i=1солнечная радиация 3800-4200 МДж/м [20]. Общийгде М - число технологических операций; Ni - числообъем элементов питания, потребляемых на созданиегодичной продукции (емкость биологического круго-видов энергозатрат в пределах каждой технологиче-ской операции; Xij - затраты в натуральном выражении ворота), оценивается по потреблению азота и зольных j-го вида затрат при выполнении i-й операции; Lj - элементов (Si, Ca, K). Емкость биологического круго-энергетический эквивалент j-го вида затрат; Ei - энер- ворота южной тайги составляет 470 кг/га в год [21].По нашим расчетам, в первые 10 лет лесопосадки по-гозатраты при выполнении i-й технологической опера-требляют с питательными веществами почвы в сред-ции [11].нем 11 016 МДж в год. В качестве конечного показателя энергетическойЗатраты техногенной энергии на искусственное эффективности восстановления леса выступает коэф-фициент энергетической эффективности Кee, численное лесовосстановление 1 га леса в Тимирязевском лесхозепредставлены в табл. 1 и 2. Расчет проводился согласно значение которого равно отношению энергосодержа-ния продукции Еn к энергетическим затратам на произ- расчетно-технологическим картам по ОГУ Тимирязев-ский лесхоз. При расчетах лесовосстановления посад-водство Е:Кee = Еn / Е.кой сеянцев в объем техногенной энергии включалисьзатраты на производство 4,8 тыс. шт. двухлетних сеян-Для раскрытия значения природных потоков ицев сосны в питомнике, на подготовку площади, убор-сравнения их с техногенными вкладами мы применилику порубочных остатков, подготовку почвы, посадку, методику Г. Одума [17]. По данной методике все энер-агротехнические уходы, дополнение культур в размере гетические потоки приводятся к потоку солнечной20% от посаженного количества. В табл. 2 включены энергии через трансформации. Трансформация показы-затраты на производство семян сосны, посев, агротех-вает, сколько джоулей солнечной энергии пошло нанические уходы, дополнение культур. Сравнительная получение 1 джоуля приводимой энергии. Например,диаграмма затрат техногенной энергии на посев и по-по данным Фельдмана, Денисенко, Логофета, на полу-садку представлена на рис. 1. чение 1 джоуля химической энергии дождя в условияхПри одинаковом потреблении энергии топлива и средней полосы России затрачивается 18199 солнечныхтехники эти два способа существенно различаются по джоулей (сДж). Трансформации в наши расчеты взятыдоле вкладываемого труда и затратам на посевной (по-из нескольких источников [7, 10, 17], они имеют раз-садочный) материал (см. рис. 1). Посадка более трудо-мерность сДж/Дж или сДж/кг. Трансформация семянемка за счет ручного труда, посев же производят меха-188низированно. С другой стороны, энергия в случае по-сбор шишек с «живых» деревьев (в нашем расчетесадки культур экономится за счет выращивания поса-принималось, что сбор шишек осуществляется на вы-дочного материала в питомнике, тогда как при посеверубках с поваленных деревьев I класса бонитета, чтотратится огромное количество семян. Семена будутэкономичнее). Учтя эти особенности и механизировав«стоить» гораздо дороже, если учитывать затратыпосадку сеянцев, можно сделать восстановление куль-энергии на содержание лесосеменных плантаций итур более энергоэкономичным.Т а б л и ц а 1Техногенные энергетические затраты на создание 1 га культур сосны посадкой сеянцевНаименование используемого ресурсаЕдиница измеренияЭнергетический эквивалент, МДж/ед.Затраты энергии МДж%1. Техникакг142,2760,78,12. Дизельное топливокг37,661252,613,33. Моторные маслакг60,81333,23,54. Бензинкг37,661755,318,75. Затраты трудачел-ч43,44465,047,56. Сеянцытыс.шт.175,6842,99,0Итого9409,7100Техногенные энергетические затраты на создание 1 га культур сосны посевом семянТ а б л и ц а 2Наименование используемого ресурсаЕдиница измеренияРасход ресурса на гаЭнергетический эквивалент, МДж/ед.изм.Затраты энергии, МДж Всего%1. Техникам-ч20,1951,61041,912,72. Дизельное топливокг7737,662899,835,33. Затраты трудачел.-ч36,1943,41570,619,14. Семена сосныкг1,082249,72429,629,55. Моторные маслакг4,6260,81280,93,4Итого8222,81005000 4000 3000 2000 1000 0ТехникаТопливо и ГСМ Посев ПосадкаЗатраты трудаСемена/сеянцыРис. 1. Затраты техногенной энергии на выращивание 1 га культур сосны посевом семян и посадкой сеянцевРасчет энергетических затрат с учетом природных потоковЕстественное заращивание - способ лесовосстанов-ления при котором не используется техногенная энер-гия и мы принимаем в расчет только природные пото-ки: солнечную радиацию, осадки, питательные вещест-ва почвы, семена. Естественное лесовозобновление наблюдается на большей территории Томской области и проходит удовлетворительно. Вырубки возобновля-ются в течение 10 лет. За этот период времени исполь-зуется следующая энергия: солнечная - 42·107 МДж/га; энергия осадков - 255 400 МДж/га; энергия питатель-ных веществ почвы - 110 159,7 МДж/га; энергия се-мян - 9 033 283,5 МДж/га. Выразив эти потоки в сол-нечных джоулях, мы можем сравнить их между собой или, например, с другими способами лесовосстановле-ния (см. табл. 3). Хотя значения трансформаций посто-янно уточняются и значительно колеблются в зависи-мости от региона (трансформации природных потоков) и технологии добычи и производства (например, трансформации полезных ископаемых, машин), но до-ли участия человека и природы отображаются нагляд-но, как показано на рис. 2.В производстве семян большей частью задействована природа, но привносит на необходимые площади и вы-севает семена высокого качества в процессе искусствен-ного лесовосстановления все-таки человек, поэтому в этом случае энергию семян относим к техногенным по-токам. В год посадки вклады энергии из техногенных189(экономических) и природных источников практическисоздания культур сосны посевом вкладывают природ-одинаковы (965 417 ГсДж и 995 767 ГсДж соответствен-ные источники, и лишь 1/10 идет из антропогенных ис-но), но в последующие годы постоянны только вкладыточников. Этот расчет мы привели для наглядного соот-природы. Таким образом, 9/10 частей энергии в процессношения природных и техногенных вложений.Т а б л и ц а 3Структура использования природных и экономических ресурсов при создании 1 га культур сосны посевом семянНаименование используемого ресурсаЕдиница измеренияРасход ресурса в годТрансформация, сДж/ед.изм.Затраты приведенной энергии, ·109 сДжЗатраты за 10 лет, ·109 сДжПриродные ресурсы1. Солнечная радиацияГДж42 000142 000420 0002. ОсадкиДж25539,8 * 10618199464 798,84 647 988, 23. ПочваДж7761,4*10663000488 968,26 940 061,1Всего природных ресурсов:995 76712 008 049,3Экономические ресурсы4. Семена сосныкг0,9941281675,7 106847 153,51 016 584,25. Затраты трудаМДж40,381 700 00068 646123 0466. Дизельное топливо и моторные маслакг81,626810 000 000555,8555,87. ТехникаМ-ч20,192,43·101249 061,749 061,7Всего экономических ресурсов:965 4171 189 247,7Итого:1 961 18413 197 297Осадки 35,2%Затраты труда 0,9% Семена 7,7%ГСМ 0,004% Техника 0,4%Солнце 3,2%Почва 52,6%Рис. 2. Затраты природной и техногенной энергии на создание 1 га культур сосны посевом семян (за первые 10 лет)Наименее энергозатратным способом, конечно, явля-Таким образом, использование эколого-ется естественное заращивание, т.к. в нем не участвуютэнергетического анализа позволило нам реальнотехногенные потоки, но оно же является наименее надеж-оценить энергетический вклад как природных, так иным, т.к. зависит от погодных условий, урожая семян,техногенных источников при восстановлении соснытехнологических условий рубки и многого другого. Вобыкновенной, сравнить технологии лесовосста-случае высокой конкуренции травяного покрова (напри-новления по эффективности, что свидетельствует омер, во влажных чернично-долгомошниковых и травяно-значительных перспективах описанного методаболотных сосновых лесах) искусственное лесовосстанов-анализа, о возможностях его широкого примененияление является единственно возможным способом вос-в исследованиях функционирования различных гео-становления сосны без смены пород.систем.

Скачать электронную версию публикации