Научно-экспертное мнение
Авторы: Борий Б. Алиханов, предедатель Комиттета Сената Олий Мажлиса Республики Узбекистан по вопросам развития региона Приаралья и экологии, Саидрасул С.Сангинов, заместитель председателя Исполкома Центрального Кенгаша Экологического движения Узбекистана, член Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности и международной Академии наук “Турон”, Азизов Джахангир, директор филиала Регионального экологического центра Центральной Азии в Узбекистане
В настоящее время остро стоит вопрос о сохранении биоразнообразия в условиях изменения климата, роста антропогенного влияния на окружающую среду, интенсивной урбанизации, чрезмерного использования химикатов и воздействия других факторов. Частично в этот вопрос включено и сохранение биомассы.
Что такое биомасса? Биомасса представляет собой сумму живой органической материи, которая существует в виде растений, животных и микроорганизмов. Какова роль биомассы в экосистеме? Основная роль – обеспечение пищей и энергией живых организмов.
В нашем понимании, биомасса – выраженное в единицах массы количество живого функционирующего вещества, отнесенное к единице площади и объема.
В настоящее время по оценкам экспертов биомасса на планете Земля в целом составляет 2420 миллиардов тонн.
Биомасса людей составляет более 350 миллионов тонн в живом весе, и она достаточно мала в сравнении со всей биомассой Земли, но её доля продолжает увеличиваться.
Состав биомассы Земли примерно таков:
1) Организмы континентальной части:
· зеленые растения — 2400 млрд тонн (99,3 %);
· прочие организмы — 20 млрд тонн (0,7 %).
2) Организмы океанов:
· зеленые растения — 0,2 млрд тонн (6,3 %);
· прочие организмы — 3 млрд тонн (93,7 %).
· животные, грибы и микроорганизмы — от 15 до 23 млрд тонн.
Под материками и океанами нашей планеты ученые сделали сенсационную находку: там обитают сто триллионов квадриллионов живых организмов. При этом со многими из них исследователи столкнулись впервые. Они подсчитали, что общая углеродная масса этой новой биоты составляет от 15 до 23 гигатонн, при том, что общая масса человечества составляет 0,06 гигатонн углерода.
Исследования были проведены в ста различных локациях — как на суше, так и под поверхностью океанов. Новые организмы были обнаружены при бурении на глубины до пяти километров под поверхностью суши, и до 10 км — под дном океана. Было установлено, что найденная подземная экосистема содержит до 70% всех видов земных микробов.
Тем не менее, большая часть биомассы Земли сосредоточена в лесах континентов. На суше преобладает фитомасса растений, а в океанах и под поверхностью земли - зоомасса животных и микроорганизмов.
Однако скорость прироста биомассы намного больше в океанах.
Если рассмотреть прирост биомассы к уже имеющей массе, то получаются такие показатели:
· древесная растительность лесов — 1,8 %;
· растительность лугов, степей, пашни — 67 %;
· комплекс растений озёр и рек — 1400 %;
· морской фитопланктон — 1500 %.
Интенсивное деление микроскопических клеток фитопланктона, быстрый их рост и кратковременность существования способствуют быстрому обороту фитомассы океана, который в среднем происходит за 1—3 суток, тогда как полное обновление растительности суши осуществляется за 50 лет и более. Поэтому несмотря на небольшую величину фитомассы океана, образуемая ею годовая суммарная продукция сопоставима с продукцией растений суши. Небольшой вес растений океанов связан с тем, что они за несколько суток поедаются животными и микроорганизмами, но также за несколько суток восстанавливаются.
Это определяет оборот биомассы. Надо отметить, что биомасса не является величиной постоянной. В природе происходит постоянный оборот биомассы, так как она убывает, когда консументы поедают её, и возобновляется, когда продуценты восстанавливают её. Происходит также увеличение биомассы, ведь деревья растут, увеличиваясь и в высоту и вширь. При этом, состояние объемов биомассы (особенно растений) также зависит и от сезонов года.
Растения, в процессе фотосинтеза образуют около 150 млрд. тонн сухого органического вещества. На суше самыми продуктивными являются степи и околоводные пространства, а также умеренные дождевые и субтропические леса, в океанической части - участки, расширяющиеся в сторону моря устья рек и водорослевые леса, а также зоны подъема глубинных вод. Для открытого океана, пустынь и экваториального леса характерна низкая продуктивность растений.
Однако, максимальные по биомассе доли представителей животного и растительного мира обитают в различных средах. Большая часть растений - это наземные виды. Максимальная же биомасса животных обитает в морях и океанах, а, как указывалось выше, большая часть бактерий и вирусов находится глубоко под землей. При этом общая биомасса наземных организмов на несколько порядков больше, чем морских.
Надо отметить, что по мнению ученых из-за недостатка информации данные по численности не отличаются точностью. Можно определить биомассу растений на планете, но для низших животных (микробов и вирусов) расхождения могут быть в десятки раз и больше. Ученые установили распределение биомассы в различных экосистемах. Оказалось, что львиная доля (более половины) биомассы леса приходится на один процент самых крупных (более 60 см. в диаметре) деревьев. Также было установлено (при изучении биомассы насекомых в национальных парках Европы), что за 27 лет она снизилась на 76 процентов.
И вопрос стоит не только о высших формах животного и растительного мира, но и самых маленьких, вплоть до мельчайших – о насекомых.
Что из себя представляют насекомые и какова их роль в биосфере Земли?
Насекомые, относящиеся к типу членистоногих, надкласс беспозвоночных, это самая многочисленная группа животных, которая занимает одну из ключевых мест в пищевой цепочке экосистем. В настоящее время известно более 1 млн видов, хотя по мнению многих ученых, их общее число может достигать и 6 млн. Эта группа достаточно процветающая, однако в последние годы наблюдается значительное сокращение и количества видов, и их численности.
Насекомые в основном обитатели суши, но есть и виды, которые обитают в пресной воде, некоторые виды населяют прибрежные районы морей и океанов. Есть даже такие виды, которые могут жить в очень соленой воде и в горячих источниках. Некоторые виды (достаточно многочисленные) хорошо летают и даже перелетают через моря и океаны. Большое количество видов обитают в почве, принося очень большую пользу, перерабатывая биологические отходы, а также обогащая поверхностный слой земли. Имеется много паразитарных видов человека, животных, растений. Глобальная роль насекомых - в опылении растений, что дает возможность получения различной растительной продукции.
Проблема сохранения биомассы особенно актуальна для охраняемых природных территорий.
Многие из нас, будучи водителями, помнят, как в прошлые годы, при поездках, особенно за пределы городов, всё ветровое стекло автомашин становилось залепленным мошкарой, особенно в ночное время. Однако, в настоящее время, даже при поездках достаточно далеко за город, стекла остаются практически чистыми. Это очень серьезно указывает на то, что насекомые исчезают в огромных количествах.
Насекомые исчезают – хорошо это или плохо?
С точки зрения обывателя как-бы хорошо. Многие люди не любят всякую мошкару и насекомых – они жалят, пьют кровь, некрасиво выглядят. Но их роль в экосистеме нашей планеты колоссальная. Даже одно то, что они являются самыми распространенными опылителями растений, вследствие чего мы получаем основную массу растительного питания, указывает на их важное место в природе. А кроме этого, насекомые являются кормом для очень большого количества высших животных. Даже такие растительноядные животные, как крупный и мелкий рогатый скот, и другие копытные, с большим удовольствием поедают различных насекомых.
Ученые еще в 2019 году провели глобальный обзор состояния насекомых. Постарались провести хоть какой-то приблизительный подсчет их численности и состояния. Так, к примеру, муравьев оказалось около 20 квадриллионов особей (15 нулей после 20). По биомассе их больше, чем всех птиц и млекопитающих вместе взятых, и их биомасса составляет примерно 20% от биомассы всего населения Земли.
Тем не менее, однозначно было установлено, что популяции насекомых сокращаются примерно по 2% в год и через несколько десятилетий мы потеряем около 40% насекомых. При этом для некоторых видов животных в отдельных географических областях уже сейчас удается провести и динамический анализ. Например, в прошлом году европейские экологи изучили биомассу летающих насекомых в национальных парках Германии и выяснили (как указывалось выше), что за 27 лет она снизилась сразу на 76 процентов.
Что же является причиной такого резкого падения численности популяций насекомых?
В первую очередь – повсеместное применение пестицидов, урбанизация, уничтожение растительности и естественной почвы (значительные площади земли покрываются асфальтом или бетоном) и другие «прелести» цивилизации.
В принципе понятно – потребности населения растут и, конечно, необходимо удовлетворять эти потребности.
Но все дело в том, что, уничтожая насекомых, мы продолжаем с тупым упорством рубить сук, на котором сидим. С сокращением количества насекомых будет сокращаться большое количество видов птиц, питающихся насекомыми, насекомоядных млекопитающих (к примеру, летучих мышей, которых в городах почти не видно), перестанут опыляться сельскохозяйственные культуры, плодовые деревья и кустарники, что приведет к потере урожайности.
А ведь опыление растений насекомыми приносило более 577 млрд. долларов дохода (в такую сумму оценивалась работа насекомых на опыление сельскохозяйственных растений и дальнейшее получение урожая).
Французские ученые провели удивительные наблюдения – многие цветы перестают пахнуть, а растения переходят на самоопыление. Ученые изучали «анютины глазки», но собирали сведения и по другим растениям. Всего за один год самоопыление выросло на 27 %. По всей видимости растения «поняли», что на насекомых уже рассчитывать нельзя и занялись самоопылением.
Но вернемся к биомассе.
Так как подсчитать биомассу?
В недалеком прошлом была организация «Леспроект», в составе которой находилось несколько лесоустроительных экспедиций. Эти экспедиции выезжали на определенную территорию и проводили полное обследование растительности, а если было задание, то и обследование животного мира (это уже был охотоустроительный проект). Они подсчитывали весь растительный покров – траву, кустарники, деревья, а потом при помощи определенных таблиц, рассчитывали плотность посадки деревьев. их густоту кроны, примерный расчет древесины и т.д.
Согласно Закона Республики Узбекистан «О лесе» такое лесоустройство должно проводиться раз в 10 лет по всем лесхозам, однако уже с 1987 года лесоустройство не проводится, так как нет специалистов и средств.
Аналогичный процесс обследования территории, но более подробно, определено в Постановлении Кабинета Министров Республики Узбекистан от 7.11.2018 года, № 914 «О ведении государственного учета, учета объемов использования и государственного кадастра объектов животного и растительного мира», где расписаны все необходимые данные для определения биомассы растений и животных, хотя такой задачи там не ставится.
Для такой работы необходимы:
- специалисты различных направлений – энтомологи, орнитологи, герпетологи, маммологи, фенологи, ботаники и других биологических направлений;
-выделение больших средств на проведение этих обследований, ведь необходимо проведение обследований в разные сезоны года на одной и той же территории.
Сейчас, конечно, намного проще проводить такое обследование, так как можно использовать дроны для сбора материала, а потом расшифровывать. Но в любом случае полевые обследования будут необходимы.
Раньше площадь гослесфонда была немногим более 3 млн.га., в настоящее время она превышает 11 млн. га. и без современных технических средств обследовать такую территорию не представляется возможным, тем более при отсутствии специалистов и значительных средств.
Имеется специальная методика определения биомассы растений, она будет приведена ниже. Помимо технических устройств, необходимо создание специальных фенологических площадок для подробного обследования и описания всех растений.
На 2—3 пробных площадках размером 20×20 м вдоль маршрута в точках наблюдения подсчитывалось количество деревьев, подлеска каждого вида (в понятие подлеска входят кустарники и подрост) и древостоя.
Высоту деревьев можно определять при помощи лазерного высотомера, а диаметр - рулеткой или линейкой на высоте 130 см. от земли. Если измерение производили рулеткой по периметру дерева, тогда длину окружности надо разделить на 3,14 (число пи), получим диаметр ствола (Д=п: 3.14, где- Д- диаметр, п-периметр, 3.14 – число Пи).
Вычисление биомассы рассчитывается по формуле:
Bm=
пD2hd, (где п=3,14;
D - диаметр ствола дерева;
h — высота дерева; d — плотность
древесины).
Ниже приводится таблица по плотности древесины.
Таблица
Плотность древесины различных видов растений древостоя и подлеска
|
Порода |
Плотность, т/м3 |
Порода |
Плотность, т/м3 |
|
Платана (чинара) |
0,62-066 |
Верба |
0,45 |
|
Дуб |
0,81 |
Вяз |
0,66 |
|
Ель |
0,45 |
Каштан |
0,65 |
|
Ива |
0,49 |
Туя |
0,34-0,39 |
|
Клен |
0,65 |
Шелковица (тутовник) |
0,63-0,66 |
|
Сосна |
0,52 |
Груша |
0,69-0,80 |
|
Липа |
0,51 |
Грецкий орех |
0,56 |
|
Ясень |
0,75 |
Яблоня |
0,72 |
|
Тополь |
0,4 |
Абрикос (урюк) |
0,75 |
|
Акация |
0,67 |
Вишня, черешня |
0,6 |
|
Береза |
0,65 |
Слива |
0,8 |
|
Осина |
0,36-0,56 |
Черемуха |
0,58-0,74 |
Примечание: значения плотности даны при постоянной влажности древесины, равной 15 %.
Выше мы привели данные по приросту биомассы, которая и определяет собой продуктивность.
Продуктивность – это способность производить органическую продукция (биомассу) посредством фотосинтеза. Она имеет несколько показателей: брутто-продуктивность – это общее количество органической массы (в единицах массы – тонны, граммы килограммы на определенной площади в определенное время) и нетто-продуктивность – это количество биомассы за вычетом расхода на дыхание растений.
Продуктивность биомассы измеряется на разных уровнях (растения, животные) и в различных экосистемах, что позволяет впоследствии определить её функциональность и состояние.
Само состояние продуктивности зависит от разных причин и изменений экосистемы.
В настоящее время, основное значение имеют климатические изменения – температура воздуха, содержание в нем кислорода и углекислого газа, а также количество осадков, поскольку растения производят биомассу посредством фотосинтеза, т.е. с помощью солнечного света. Количество осадков имеет очень большое значение для жизнедеятельности и растений, и животных.
Также для растений большое значение имеет состав почвы. На плодородных почвах, естественно, растения растут лучше и быстрее, т.е. продуктивность на них выше и производят больше биомассы.
Некоторое значение имеют и симбиотические отношения, т.е. взаимодействие растений между собой, с грибами и некоторыми видами животных.
Однако гораздо большее значение имеет деятельность человека, которая наносит колоссальный ущерб восстановлению продуктивности экосистем.
Основными угрозами являются:
вырубка растительности – деревьев, кустарников;
перевыпас скота (скот выедает полностью всю растительность);
смена породного состава отар (раньше было больше баранов, а теперь становится больше коз, которые более всеядны);
загрязнение почвы, воды, из-за чего теряются их питательные свойства;
изменение климата;
загрязнение атмосферного воздуха пылью, выбросами различных загрязняющих веществ от стационарных и передвижных источников.
Все эти угрозы значительно сокращают способность растений производить биомассу, а, следовательно, и сокращают возможности животных использовать эту биомассу.
Каким же образом можно рационально и эффективно использовать биомассу?
Биомасса - шестой по запасам из доступных на настоящий момент источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа, также она является пятым возобновляемым источником энергии после солнечной, ветровой, геотермальной и гидроэнергии. По подсчетам ученых этот возобновляемый продукт суммарно составляет более 500 млн. тонн условного топлива/год.
Более всего биомасса используется как топливо (это примерно 80%) в развивающихся странах.
Тем не менее в 2002 году в электроэнергетике США было установлено 9733 МВт генерирующих мощностей, работающих на биомассе. Из них 5886 МВт работали на отходах лесного и сельского хозяйства, 3308 МВт работали на твёрдых муниципальных отходах, 539 МВт на других источниках. Из 1 кг биомассы можно получить до 2,4 куб. м. газа, основными компонентами которого являются монооксид углерода (СО) и водород (Н).
Навоз животных, при помощи метода метанового брожения, дает биогаз, который на 55-75% состоит из метана и на 25-45% из СО2. Тонна навоза крупного рогатого скота дает 250-350 кубометров биогаза. В настоящее время Китай является мировым лидером по производству такого газа.
В Узбекистане ежегодно в осенний период собирается колоссальное количество растительных остатков в виде листьев. Эту биомассу можно использовать для разных целей.
Одним из способов является переработка листьев в мульчу. Это сыпучее органическое покрытие для почвы, которое защищает её от промерзания, вымывания и улучшает минеральный состав. Для приготовления мульчи опавшие листья очищают от веток и мусора, высушивают и измельчают.
Также из листвы можно получить перегной (гумус), повышающий плодородность почвы. Считается, что осенние листья — не лучшее сырье для этого удобрения, но, когда нет другого материала (или нужно утилизировать много листьев), этим способом можно воспользоваться. Листья для перегноя берут только со здоровых деревьев, не зараженных вредителями.
Состав листвы позволяет также делать из неё разные виды топлива: твёрдое, жидкое и газообразное:
- твердое топливо: гранулы (пеллеты) и искусственные поленья получают, смешивая листву с измельченной древесиной и прессуя;
- газообразное топливо: пиролизный газ, который по свойствам похож на природный получают при сжигании листвы в пиролизной установке, где горение происходит при сильной нехватке кислорода;
- жидкое топливо: спирт, для получения которого нужно разложить сложные полисахариды, из которых и состоят листья, на моносахариды (глюкозу), а потом сбродить её и провести выгонку спирта. Листья — не лучшее исходное сырье для получения спирта, и полученный продукт нельзя использовать в пищевых и медицинских целях. Но для смешивания с нефтепродуктами и получения горючего он подходит, в некоторых странах Латинской Америки до сих пор используют спирт как горючее для автомобилей.
Существуют технологические разработки получения бумаги из смеси листьев и макулатуры.
А поскольку органический мусор будет производиться всегда, мы будем иметь постоянный источник энергии.
Таким образом, в природе существуют механизмы саморегуляции. Но растущие темпы антропогенного воздействия, урбанизации, развития техносферы вряд ли оставят природе шансы на восстановление и сохранение биомассы. Из этого следует, что давно назрела необходимость комплексного изучения динамики биомассы планеты, тенденций ее изменения в последние десятилетия и прогнозирования ее состояния в перспективе до 2050 года и более позднего периода.
Литература
1. Крылова А.Ю., Куликов М.Ю., Килякова А.Ю., Тонконогов Б.П., Сафиева Р.З., Дауди Д.И. Биомасса и биотехнологии: учебное пособи». – М: Международные отношения, 2021.
2. Алиханов Б., Самойлов С., Маматкулов Р., Носиров М. Узбекско-русско-английский экологический словарь. – Ташкент: Чинор ENK, 2007.
3. Слесарев В.Д., Гапанюк С.Г. Энергоресурсы: биомасса, источники, виды, способы использования, программа развития в Беларуси. – Минск, 2021.
4. Энергия Солнца. Биомасса //http://se-solarenergy.nethouse.ru/static/doc/0000/0000/0315/315508.9actp109h8.pdf/
5. Энергетика. Основные источники биотоплива// http://gigavat.com/netradicionnaya_energetika_biomassa_2.php/.