Отчет о прохождении производственной

практикив Институте климатических и

экологических систем СО РАН, г. Томск

выполнили студентки Томского государственного университета группы №

02804 Епишина П.А. и Степанова И.С.

Производственная практика проходила с 20 июня по 31 июля 2011 г. Работа по оценке лесоресурсного потенциала территории Томской области выполняется в лаборатории самоорганизации геосистем Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН под руководством кандидата географических наук Волковой Е.С.

Учреждение Российской академии наук Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения РАН (ИМКЭС СО РАН), переименованный в 2003 году из Института оптического мониторинга при включении в свой состав Томского филиала Института леса СО РАН, был основан в 1972 г. с первоначальным названием СКБ научного приборостроения «Оптика».

Институт является структурным звеном Российской академии наук и входит в состав организаций, объединяемых Учреждением Российской академии наук Сибирским отделением РАН. Институт расположен на территории Учреждения Российской академии наук Томского научного центра Сибирского отделения РАН.

Древесина много тысячелетий использовались человечеством в

качестве основного энергетического ресурса, и со временем леса

на большей части земной поверхности сильно деградировали.

Если учесть, что средняя скорость лесовосстановления

колеблется от 40 до 80 лет, а современные энергоресурсы имеют

тенденцию к истощению, то объективная оценка лесного

потенциала региона является одной из важнейших

фундаментально-прикладных задач природопользования.

Для Томской области с ее огромным лесным ресурсно-сырьевым

потенциалом подобная оценка является особенно актуальной.

Действительно, область занимает территорию таежной

лесорастительной зоны и обладает высоким потенциалом - земли

лесного фонда занимают 90,5% всей ее территории; из них

покрытые лесом земли - 67,3% Запас древесины оценивается в

2,7 млрд. м3, из них хвойных пород 737,7 млн. м3

Цель производственной практики

Возникновение “энергетического подхода” связано с работами С.А. Подолинского, который попытался рассмотреть развитие человеческого труда в различных сферах, и, в частности, в земледелии, с точки зрения сохранения, накопления и “расхищения” энергии. С.А. Подолинский рассматривал труд как процесс увеличения количества превратимой энергии на земной поверхности.

Фундаментальные основы анализа энергетических потоков в экосистемах, агроэкосистемах и в промышленности были разработаны Говардом Т. Одумом. В работах по энергетической оценке глобальных процессов, происходящих в окружающей среде, он использовал энергетическую теорию стоимости, основанную на введенном им понятии «эмергия» - это энергия, использованная для производства товара или услуги, мера полезной энергии, которая была заложена, например, в древесине в процессе фотосинтеза. Эмергетический анализ – лишь часть большой теории Г. Одума о функционировании экологических и других систем. Она объясняет, как системы наиболее эффективно используют и перерабатывают поступающую в них энергию.

Энергетический подход в оценке природного

потенциала территории

В последние десятилетия научный интерес к проблеме энергетического анализа проявился и получил развитие и в России. Некоторые результаты исследования агроэкосистем на основе разработанной Г. Одумом методологии и эколого-энергетического анализа получены группой ученых из Института географии РАН и Института физики атмосферы РАН [Фельдман, Денисенко, Логофет, 1990, 1998]. В частности, с использованием вычисленных Г. Одумом коэффициентов трансформации, ими впервые в России была проведена оценка эффективности использования ресурсов в агроэкосистемах Центрально-Черноземного района России.

Дальнейшее развитие данный подход получил в исследованиях А.А. Жученко (1983), Г.А. Булаткина (1986, 2008), Ю.Ф. Новикова (1987), В.В. Лазовского (1992), М.М. Севернева (1994), А.С. Миндрина (2003) и др.

Одно из важных достоинств энергетического подхода - возможность сравнительного анализа различных вариантов использования ресурсов. Примером такого сравнения является проведенный А.В.Кавериным (1983) анализ использования топливно-энергетических ресурсов в одном из хозяйств Мордовии (по данным за 1931 г.). Автор отмечает очень низкую энергоотдачу ресурсов.

Энергетический подход в оценке природного потенциала

территории

Выход из сложившейся ситуации А.В.Каверин (1983) видит не в увеличении антропогенной нагрузки на пашню, а в экологической оптимизации ландшафта территории хозяйства. Под этим понимается создание лесополос, прекращение губительной распашки склонов, приводящей к прогрессирующей эрозии, восстановление лесов и речных пойм.

Многие работы посвящены экологическому аспекту нерационального использования различных природных ресурсов, в том числе и энергетических. В работе Г.А. Булаткина (1986) исследуется влияние современных агротехнологий на изменение ресурсов свободного кислорода атмосферы. Подробно анализируются затраты кислорода атмосферы на окисление органического топлива в агроландшафтах, а также на дополнительное окисление гумуса почв. В частности, 1 кг дизельного топлива требует для полного сгорания 3,23 кг свободного кислорода атмосферы. Следовательно, нерациональное использование топливных ресурсов приводит к уменьшению содержания кислорода в атмосфере, повышению содержания углекислого газа и, как следствие, к необратимым экологическим изменениям.

Энергетический подход в оценке природного потенциала

территории

Вся территория Томской области составляет 314,4 тыс. км2 и находится в пределах таежной зоны Западной Сибири. Лесами и кустарниками занято 54,2% территории области, болотами – 29,1%, сельхозугодьями – 4,4%, в том числе пашнями – около 2%. Лесной фонд области занимает 28670,9 тыс. га или 91% всей территории области. Средняя лесистость территории области 58,2%, колеблется по отдельным районам от 42,4% (Кожевниковский) до 78,7% (Первомайский).

По обеспеченности лесными ресурсами на одного жителя Томская область занимает первое место в Западно-Сибирском регионе. Среди хвойных - по запасам, преобладают кедровые леса – 745,1 млн. м3, сосновые – составляют 635,4, еловые и пихтовые – 171,8, лиственничные – 1,3 млн. м3. В лиственных лесах запасы березняков исчисляются в 785,3 млн. м3 и осинников –263,7 млн. м3.

Более 61,6% площадей и 77,9% запасов возможных для освоения лесов отнесены к спелым и перестойным. Из них площадь спелых и перестойных хвойных составляет 51,6% и запасы - 62,8%, а лиственных – 69,7% площади и 88,7% запасов.

Леса Томской области

В 2000 г. расчетная лесосека освоена на 6%, в том числе по хвойному хозяйству – на 15,6% и лиственному – на 2,4%. По лесохозяйственным районам расчетная лесосека использована от 1,2% в Васюганском районе – до 23% в Томь-Чулымском. Несмотря на низкое освоение расчетных объемов лесопользования, ряд лесозаготовительных предприятий испытывает острый недостаток в лесосечном фонде хвойных пород.

Наиболее доступными и перспективными для освоения в области являются березовые и кедровые леса. Первоочередными районами освоения березовых лесов являются Бакчаро-Чаинский, Васюганский, Причулымский и Улу-Юльский. Площадь возможных для освоения реконструктивными рубками кедровых лесов 1188 тыс. га, запасы – 290 млн. м3, ежегодные объемы рубок более 2 млн. м3.

Леса находящиеся в ведении Комитета природных ресурсов Томской области в дальнейшем имеются Государственным лесным фондом или Гослесфондом.

Хвойные породы занимают 58,3% покрытой лесом площади и составляют 59,7% запаса всех лесов (таблица 2). Из хвойных пород максимальные площади занимает сосна, однако, по запасам древесины она уступает

кедру, а по запасам на гектаре – и другим хвойным и даже лиственным породам, что объясняется тем, что более 3 млн. га сосновых лесов растет

в условиях избыточного увлажнения и представлено насаждениями низких классов бонитета. Из лиственных пород широко распространены береза и осина. Древовидные ивы и тополя встречаются в поймах рек и на островах, где формируют моно- и полидоминантные насаждения.

В энергетической оценке природно-ресурсного потенциала лесов можно выделить наиболее простой и доступный заключается в расчете валового потенциала энергии лесной биомассы через сопоставимые оценки объема стволовой древесины в определенной возрастной группе, массы абсолютно сухого вещества и удельной теплотворной способности рабочей биомассы.

Под теплотворной способностью древесины понимают отношение рабочей теплотворной способности к объемному весу древесины. Удельная теплотворная способность дает практическую характеристику теплотворной способности древесины. Она зависит от породы, возраста дерева, условий произрастания, места в стволе и т. д.

Расчет энергетического потенциала лесов Томской области по удельной теплоемкости

древесины

Удельная теплотворная способность сосны – 1282 Ккал/м3 (5,384 МДж/м3) Удельная теплотворная способность березы – 1389 Ккал/м3 (5,834 МДж/м3) Удельная теплотворная способность кедра – 1020 Ккал/м3 (4,284 МДж/м3) Удельная теплотворная способность ели – 1068 Ккал/м3 (4,486 МДж/м3) Удельная теплотворная способность пихта – 1312 Ккал/м3 (5,510 МДж/м3) Удельная теплотворная способность осины – 1002 Ккал/м3 (4,208 МДж/м3)

Ei = Q * Z / S

Ei – энергия ресурсов i-й породы дерева по удельной теплотворной способности, Дж/га

S – площадь лесных насаждений, м2

Q – удельная теплотворная способность i-й породы дерева, Дж/м3

Z – общий запас древесины i-й породы дерева, м³

Рабочая и удельная теплотворная способность различных древесных

пород (по Арнольду):

 Лесничество

 Всего

березы,тыс. м3

 Всего

березы,тыс. га

 Энергия ресурсов березыМДж/га

 Баллы

 Молодняки,

%

Средне-возрастные,

%

Приспе-вающие,

%

Спелые и перестойные,%

Александровское 42718,2 344,6 723.21 3 9.9 3.4 2.5 84.2

Асиновское 17322,6 167,8 602.26 2 2.2 27.1 7.7 63Бакчарское 103619,2 770,7 784.37 3 0.8 9.3 6.1 83.8Верхнекетское 61977,2 517,8 698.29 3 2.2 12.1 3.1 82.6Каргасокское 111571,6 854,3 761.92 3 0.9 6.1 2.8 90.2Васюганское 124894,7 791,2 920.92 4 0.3 3.7 1.7 94.3Колпашевское 35484,6 279,8 739.87 3 0.5 9.5 4.7 85.3Кривошеинское 20122,0 192,1 611.10 2 0.7 16 9.8 73.5Молчановское 10263,5 137,9 434.21 1 1 23.3 11.4 64.3Кедровское 106965,1 678,7 919.45 4 0.3 4.3 1.9 93.5Парабельское 12816,4 121,2 616.92 2 0.3 5.4 10.5 83.8Первомайское 36699,4 334,3 640.45 2 1.1 27.3 6.5 65.1Улу-Юльское 39371,7 336,5 682.60 3 1.4 16.8 2.9 78.9Тегульдетское 64097,0 752,6 496.87 1 3.6 40.5 10.8 45.1Чаинское 37331,7 299,0 728.40 3 0.6 16 6.4 77Шегарское 18165,9 200,0 529.90 2 0.8 38 14.3 46.9Зырянское 15593,7 107,5 846.27 4 0.2 12.7 10.9 76.2Кожевниковское 6789,2 57,7 686.45 3 0.6 38.9 10.9 49.6

Корниловское 2925,9 6,3 2709.48 5 0.1 8.1 2.9 88.9Тимирязевское 8612,5 48,0 1046.78 5 0.8 17.8 6.1 75.3Томское 2593,2 3,9 3879.16 6 0 6.5 1.5 92Итого по району:     20058.88          

Расчет энергии ресурсов березы в Томской области по

лесничествам

 

Лесничество

 

Всего сосны,тыс.м3

 Всего сосны,тыс.га

 Энергия ресурсов

сосныМДж/га

 Баллы

 Молодняки,

%

 Средне-

возрастные, %

 Приспе-

вающие, %

 Спелые и

перестойные,%

Александровское

83321,90 592,25 757,46 3 1,5 5.1 9 84.4

Асиновское 10613,20 83,89 681.15 3 15 43.2 11.2 30.6

Бакчарское 40831,60 433,09 507.60 2 0.4 25.2 36.3 38.1

Верхнекетское 138824,50 1109,74 673.52 3 9.2 13.6 7.9 69.3

Каргасокское 142018,50 1246,80 613.27 2 9.3 13.8 8 68.9

Васюганское 51230,10 469,29 587.74 2 0.9 7 16 76.1

Колпашевское 27858,80 278,22 539.11 2 6.5 23.8 13.3 56.4

Кривошеинское 10684,60 88,70 648.54 2 8.1 30.4 18.1 43

Молчановское 13947,40 120,19 624.78 2 9.1 31.1 10 49.8

Кедровское 29141,70 288,73 543.41 2 1.5 26 25.4 47.1

Парабельское 40050,20 353,63 609.76 2 6.2 20.4 15.3 58.1

Первомайское 8561,50 59,18 778.90 3 16.6 61.2 8.1 14.1

Улу-Юльское 28096,60 214,93 703.82 3 9.3 33.3 8.2 49.2

Тегульдетское 10158,00 81,18 673.70 3 6.3 30 8.7 55

Чаинское 5824,90 67,51 464.52 1 0.7 18.4 19.6 61.3

Шегарское 3648,30 31,91 615.56 2 10.5 25.5 15.1 48.9

Зырянское 2055,7 9,832 1125.70 5 5.5 67.5 15.9 11.1

Кожевниковское 964,8 9,533 544.89 2 14.1 29.8 13.3 42.8

Корниловское 403,4 1,822 1192.04 6 5.3 55.4 23.5 15.8

Тимирязевское 14449,6 68,854 1129.88 5 7.4 56.6 15.5 20.5

Томское 216,9 0,961 1215.18 5 6.3 66.7 16.9 10.1

Итого по району:     14617.01          

Расчет энергии ресурсов сосны в Томской области по лесничествам

В заключении исследования была проведена географическая дифференциация энергетического потенциала по основным деревообразующим породам Томской области. Исследование проводилось на основе статистического и картографического материалов, позволяющих провести энергетический анализ территории по древесной растительности в среде пакета Mapinfo.

Картографирование лесоресурсного потенциала территории Томской

области

MapInfo Professional – географическая информационная система (ГИС),

предназначенная для сбора, хранения, отображения, редактирования и анализа

пространственных данных. Первая версия ГИС MapInfo Professional была разработана

в 1987 году компанией MapInfo Corp., и быстро стала одной из самых популярных ГИС

в мире. Сейчас MapInfo Professional используется в 130 странах мира, переведена на

20 языков, включая русский, и установлена в десятках тысяч организаций. В России

благодаря простоте освоения, богатым функциональным возможностям и умеренной

стоимости MapInfo Professional стала самой массовой геоинформационной системой.

ГИС MapInfo – высокоэффективное средство для визуализации и анализа

пространственных данных.

MapInfo позволяет создавать пространственные объекты путем ввода координат с

клавиатуры, оцифровкой по растровому изображению, в результате выполнения

топологических операций, вводом информации с GPS приёмника и других

геодезических приборов, а также импортом графических данных из других ГИС и

САПР систем. Кроме того, возможно создание точечных объектов из списка адресов.

В MapInfo имеется множество способов создания тематических карт.

MapInfo может выполнять функции картографического клиента для всех

современных СУБД. Имеется возможность хранения и обработки пространственных

объектов в базе данных Oracle без использования дополнительного программного

обеспечения.

По бумажному носителю карты лесов Томской области была оцифрована и создана электронная карта, где была сформирована база данных по породам деревьев, выделены границы лесничеств, площадь лесных насаждений. Затем по расчетным материалам нами была составлена карта «Энергетического потенциала лесов Томской области по удельной теплоемкости древесины» в разрезе лесничеств.

В заключение можно отметить, что энергетический подход при изучении лесных экосистем позволяет:выявить и изучить структурные и функциональные зависимости между компонентами лесных систем, а также исследовать в динамике влияние различных энергетических источников на поведение лесных экосистем;получить реальную оценку продукции в энергетических единицах, не зависящую от времени, курса валют и т. д.может помочь в осуществлении хозяйственных мероприятий, направленных на снижение затрат энергии;найти оптимальный, энергетически эффективный вариант производства продукции (Например, лесовосстановление);служит одним из способов определения энергетических потоков в лесных экосистемах, что позволяет сравнивать различные экосистемы по эффективности использования солнечных ресурсов;оценивать различные варианты использования лесных ресурсов, каждому из которых будет соответствовать своя структура энергетических потоков.

Заключение