БИОЛОГИЯ И ЭКОЛОГИЯ, ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
На основании баз данных лесоустроительных материалов проанализирована обеспеченность мягколиственных насаждений подростом сосны сибирской (Pinus sibirica Du Tour.) в Западно-Сибирском северотаёжном равнинном лесном районе. Отмечается, что только на территории «ключевого» Советского лесничества Ханты-Мансийского автономного округа – Югра на 25,8 тыс. га площади мягколиственных насаждений имеется подрост сосны сибирской. В том числе на 24,6 тыс. га количества подроста достаточно для обеспечения формирования на его основе молодняков сосны сибирской. Основные площади мягколиственных насаждений с наличием подроста сосны сибирской представлены производными древостоями, сформировавшимися на месте вырубок и гарей кедровников зеленомошной и травяной групп типов леса. Последнее свидетельствует о высокой потенциальной продуктивности молодняков сосны сибирской при условии сохранения подроста и правильного выбора вида выборочной рубки.
Максимальное количество подроста сосны сибирской накапливается под пологом спелых и перестойных мягколиственных насаждений с относительной полнотой в зеленомошной и травяной группах типов леса 0,7, а в насаждениях травяно-болотной группы типов леса 0,5. Последнее необходимо учитывать при выборе вида выборочной рубки и установлении интенсивности изреживания.
Приенисейская Сибирь в состав которой входит Красноярский край и Хакасия, простирается вдоль Енисея и занимает срединную часть Сибири между 51º и 81º с. ш. и 78º–113º в. д. Красноярский край относится к крупным административным районам страны. В связи с этим здесь выделяется три климатических пояса от арктического до умеренного, что приводит к разнообразным природно-климатическим условиям и специфике сельскохозяйственного производства. В статье даются особенности развития сельского хозяйства, описываются природные риски, которые нельзя предотвратить, а можно лишь учитывать и адаптировать к ним современную систему хозяйствования. Основная часть природных рисков связана, прежде всего, с погодно-климатическими условиями: короткий вегетационный период, поздние весенние и ранние осенние заморозки, наличие многолетнемерзлых грунтов, наводнения, ливни, засухи и т.д. Их экстремальность проявляется в большинстве регионов, лежащих севернее 55–56º с.ш., снижая производство отдельных видов сельскохозяйственной продукции на 15–20 % и более. Естественный ландшафт в течение времени подвергается антропогенному воздействию и является одной составляющих экологического потенциала. Его современное состояние в какой-то степени отличается от первоначального. Характеристика современного экологического состояния ландшафта требует изучения антропогенных наслоений на естественный фон. Большая нагрузка в антропогенном воздействии на природную среду связана с индустриальными формами хозяйственной деятельности. Аграрное природопользование, как любая деятельность антропогенного характера связанные с актуальными и потенциальными изменениями естественных экологических систем, относится к рисковым видам природопользования, является одновременно источником, реже - реципиентом риска. Приводятся примеры нерациональной распашки малопродуктивных земель, что привело к пыльным бурям, засоленности почв, потере почвенного плодородия. Дается экспертная оценка по рискам землепользования и мероприятия, направленные на предотвращения рисков в аграрном природопользовании.
В работе рассмотрены биологические особенности роста и развития сосновых древостоев на территории Колыванского лесничества Новосибирской области. Выявлено соотношение показателей, характеризующих продуктивность насаждений сосны обыкновенной. Представлен анализ распределения покрытой лесом площади и запасов по группам возраста за период с 1979 по 2021 гг.
Проведены исследования и аналитический обзор сведений о динамике изменения сосновых насаждений по основным таксационным показателям, определяющим особенности роста и развития древостоя.
Определен характер и структура размещения сосновых древостоев на территории лесохозяйственного участка с целью оценки текущего состояния и прогнозирования дальнейшего целевого использования для получения лесных ресурсов.
Выявлены закономерности возрастных изменений основных таксационных показателей деревьев сосны обыкновенной с периодичностью около десяти лет для оценки эффективности проведенных лесохозяйственных мероприятий.
Многолетний анализ распределения площади насаждений по группам возраста свидетельствует о достаточно неравномерном распределении отдельных групп. В начальный период изучения с 1979 г. по 1996 г. установлена значительная доля средневозрастной группы с уменьшением процента молодняков и повышением доли спелых и перестойных насаждений. С 2006 г. отмечена тенденция повышения процентного участия спелых и перестойных насаждений и существенное уменьшение группы молодняков. В 2021 г. доля спелых и перестойных насаждений увеличилась до 56%, увеличения площади, занятой молодыми насаждениями не происходит. Наблюдается неравномерное распределение по группам возраста и площади на землях, покрытых лесной растительностью.
Помимо изменений, связанных с трансформацией лесопокрытой площади, изменения площади по возрастным группам также вызваны естественным переходом насаждений из одной возрастной группы в другую, формированием естественных молодняков на нелесных и не покрытых лесной растительностью землях, переводом несомкнувшихся лесных культур в покрытые лесной растительностью земли.
На территории природного парка «Ергаки» была заложена трансекта с четырьмя пробными площадями, пересекающая верхнюю границу леса при переходе от горно-таежного к гольцово-тундровому поясу. На высоте более 1630 м над уровнем моря древесная растительность представлена стланиковыми формами Pinus sibirica высотой до 1 м. Линия передовых деревьев, имеющих типичную для сосны сибирской стволовую форму, проходит между высотами 1630 и 1550 м над уровнем моря, а верхняя граница леса – между 1550 и 1500. Ниже 1500 м расположен смешанный мелкотравный пихтово-кедровый лес с преобладанием Pinus sibirica, а ниже 1450 – смешанный крупнотравный кедрово-пихтовый лес с преобладанием Abies sibirica. В ходе исследования пространственно-временной изменчивости пигментного комплекса хвои сосны сибирской в условиях высотной поясности Западного Саяна были выявлены как общие тенденции сезонной динамики хлорофиллов и каротиноидов, так и особенности пигментного состава хвои деревьев сосны сибирской, произрастающих на разной высоте над уровнем моря. Высокое отношение ССК/ХБК, характерное для растений верхней пробной площади, свидетельствует об их малой продуктивности, а низкое отношение суммы хлорофиллов к каротиноидам – о стрессоустойчивости в отношении сочетания низкой температуры и высокой освещенности. Естественный отбор выше границы леса, по-видимому, направлен на выживание не высокопродуктивных особей сосны сибирской, а стрессоустойчивых медленно растущих стланниковых форм, которые, создавая микрокуртины, могут стать основой для появления стволовых форм сосны сибирской.
Предложены методы анализа восприимчивости насаждений к нападению лесных насекомых на основе данных дистанционного зондировании Земли. В качестве индикатора состояния насаждений предложено использовать показатель восприимчивости вегетативного индекса растительности в течение сезона (NDVI) к изменению радиационной температуры территории (LST), получаемые по спутниковым данным системы Terra/Aqua. Показатель рассчитывался как передаточная спектральная функция отклика в интегральном уравнении, связывающем изменения NDVI и LST.
Анализ проводился для трех опытных объектов. В первом случае исследовались пихтовые насаждения таежной зоны Красноярского края – территории, которые с 2015 г. повреждались гусеницами сибирского шелкопряда Dendrolimus sibiricus Tschetv. и соседние неповрежденные участки. Во втором случае объектом исследования были горные пихтовые древостои в Ермаковском районе на юге Красноярского края, поврежденные в 2013 году черным пихтовым усачем Monochamus urussovi Fischer. Наконец, рассматривалось состояние пихтовых лесов в Бирилюсском районе Красноярского края в 2023 г., когда повреждений насаждений еще не наблюдалось, но в феромонных ловушках были найдены особи сибирского шелкопряда.
Показано, что показатель восприимчивости насаждения на изучаемых пробных площадях значимо изменился за 2–3 года до начала вспышки массового размножения вредителя. Предложенный показатель может быть использован при прогнозе вспышек массового размножения насекомых-вредителей.
В статье рассматривается перспективность выращивания сосны кедровой сибирской в условиях Крайнего Севера России – одного из приоритетных регионов для освоения, восстановления и развития. В условиях изменения климата вопросы лесовосстановления и лесоразведения на Крайнем Севере являются актуальными, в том числе в связи с комплексом негативных факторов среды, включая специфические для данного региона. Отмечается уникальная экологическая значимость Крайнего Севера и в вопросах секвестрации углерода. Высокая ценность в лесном хозяйстве Российской Федерации позволяет авторам рассматривать сосну кедровую сибирскую в качестве перспективного вида для выращивания в условиях интродукции, на территориях, выходящих за пределы северной границы ареала. Выделяет данный вид и его обширный ареал произрастания, который заходит на территорию Крайнего Севера что, в том числе, обеспечивает генетическое разнообразие северными и субальпийскими климатипами. Авторами предлагается рассматривать перспективность выращивания сосны кедровой сибирской на Крайнем Севере с учетом использования близких климатипов для размножения. В статье приводятся гипотезы об успешной акклиматизации и получении посадочного материала, отличающегося повышенной устойчивостью к неблагоприятным факторам Крайнего Севера России при выращивании с применением инновационных технологий и селекционных методов.
Высокие темпы роста в высоту позволяют деревьям физически доминировать над другими формами растений в соответствующих условиях среды. Однако варьирование вертикальных компонентов структуры леса и их причины остаются мало изученными. Высота дерева отражает стратегию получения углерод депонирующего эффекта за счет улавливания света, в то время как диаметр ствола тесно связан с механической устойчивостью и водопроводящей способностью. Связанные друг с другом высота дерева и диаметр ствола определяют стратегию роста древесных видов в соответствии с наличием наземных и подземных ресурсов их жизнеобеспечения. Обычно надземная биомасса оценивается с помощью эмпирических уравнений, включающих в качестве независимой переменной диаметр ствола на высоте груди, и при отсутствии данных о высоте дерева возникают смещения оценок. Для подобных случаев разрабатываются вспомогательные аллометрические модели, описывающие зависимость высоты дерева от диаметра ствола и варьирующие в связи с влиянием климатических режимов местности. Цель нашего исследования – проанализировать изменение высоты деревьев и древостоев некоторых хвойных и лиственных видов в климатических градиентах Евразии. Построенные модели адекватны на уровне p < 0,001. На примере изменений высот деревьев и древостоев подтверждено действие принципа лимитирующего фактора Либиха–Шелфорда в трансконтинентальных климатических градиентах. Результаты могут быть полезны при оценке биомассы деревьев и древостоев с использованием их таксационных показателей в связи с изменением климата.
Важным показателем состояния комфортности урбанизированных территорий является обеспеченность жителей города качественными озелененными территориями. В крупных городах Сибири сложная природная обстановка усугубляется техногенными нагрузками, соответственно создание (реконструкция) городских объектов озеленения необходимо осуществлять на основе оценки экологических рисков, проявление которых приводит к различным деградационным процессам зеленых насаждений. Ограниченный ассортимент и количественный недостаток кустарников в озеленении города приводит к отсутствию важного кустарникового яруса в системе городского озеленения. Недостаточная представленность кустарников в озеленении города, слабая изученность их роста и развития не позволяет их качественное внедрение на объекты озеленения. В ходе исследований был изучен ассортимент кустарниковых растений на 24 объектах озеленения, представленные парками, скверами, улицами (проспектами) и бульваром, находящимися в 7 районах города Красноярска, подвергающиеся различным внешним факторам на их жизненное состояние. На июнь 2023 г. ассортимент исследуемых объектов озеленения представлен 24 видами кустарников.
Повсеместное распространение в городских насаждениях, но с разным участием, имеют 10 видов: сирень венгерская, карагана древовидная, жимолость татарская, роза морщинистая, кизильник блестящий, пузыреплодник калинолистный, рябинник рябинолистный, смородина двуиглая, дерен белый, барбарис обыкновенный. В двух и одном типах насаждений встречаются по 7 видов растений, 1/3 часть установленного озеленительного ассортимента. Абсолютная встречаемость рассчитана для анализа количественного участия кустарников в структуре городских зеленых насаждений. Как показали результаты исследований, встречаемость кустарников варьируется от 4,2 % до 16,7 % у 14 видов (58 % состава). Однако более 25 % объектов имеют по 10 растений (42 % исследуемого состава). Стоит отметить, что редко встречающиеся виды преобладают в озеленении парков, реже используются в скверах и минимально в озеленении улиц. Наибольшее участие в озеленении приходится на сирень венгерскую, в равных долях ее использование отмечено в скверах и улицах, меньше в парках. Таким образом, увеличение доли кустарников в озеленении города, которые выполняют защитную функцию, а также эстетическую, приведет к повышению комфортности жизни на урбанизированных территориях.
ТЕХНОЛОГИЯ ЗАГОТОВКИ И МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ
В настоящее время отходы производства в виде гидролизного лигнина и лигносульфонатов от предприятий целлюлозно-бумажной и гидролизной промышленности являются крупнотоннажными отходами, которые требуют проработки решений по их утилизации и применению в качестве вторичного источника сырья. Предлагаются различные решения, одно из которых рассматривает гидролизный лигнин как компонент для получения древесных и композиционных материалов. Данным исследованием было установлено влияние добавки в виде гидролизного лигнина к древесному пресс-сырью на физико-механические свойства пластика без связующих веществ (ПБС), в том числе водо- и биостойкость. Показано, что введение в пресс-композицию на основе древесного наполнителя (древесная мука) гидролизного лигнина, увеличиваются показатели водостойкости ПБС, полученного методом горячего прессования в закрытых пресс-формах. Определены рациональные значения получения ПБС на основе древесного наполнителя с добавлением 40 % масс. гидролизного лигнина с высокими эксплуатационными свойствами. Изучена динамика изменения показателей водостойкости (водопоглощение и разбухание) и биостойкости ПБС по отношению к почво-грунту за 90 суток. Установлено, что при экспозиции 90 суток ПБС с гидролизным лигнином в водной среде и почво-грунте, наблюдается минимальная динамика снижения показателей водостойкости и потери массы. Результаты микроскопирования и визуальная оценка образцов ПБС показали, что первоначальные процессы деструкции изучаемого материала протекают за счет избыточного водонасыщения древесного наполнителя с последующим его разрушением. Использование гидролизного лигнина для древесного пресс-сырья можно рассматривать как гидрофобизирующую и антисептическую добавку для получения материалов на основе ПБС.
В настоящей статье проведена оценка влияния способов предварительной механоактивации древесных частиц на возможность получения ацетата целлюлозы. Результаты исследования свидетельствуют о целесообразности использования гидродинамической механоактивации опилок березы для повышения содержания альфа-целлюлозы в холоцеллюлозе. Это достигается повышением удельной поверхности древесных волокон путем фибриллирования и, как следствие, интенсификацией процесса азотнокислой делигнификации.
Оценка размеров и распределения древесных частиц, выполненная ситовым методом, с помощью аналитической просеивающей машины, показала, что опилки механоактивированные гидродинамическим способом более эффективно подверглись измельчению. В ходе исследования поверхности древесных частиц методом сканирующей электронной микроскопии было установлено, что в процессе гидродинамической обработки заметно изменяется морфолого-анатомическое строение опилок.
При проведении процесса делигнификации гидродинамически активированных опилок березы повышается степень проникновения реагента, вследствие чего, преимущественно, происходит гидролиз вторичных составляющих: лигнина и бета- гамма-целлюлозы. Благодаря этому при выходе холоцеллюлозы 31,4 % наблюдается более высокое содержание в ней альфа-целлюлозы 82,8 %.
При ацетилировании гетерогенным способом был получен ацетат целлюлозы, соответствующий триацетату целлюлозы, хорошо растворимый в хлороформе, с содержанием связанной уксусной кислоты 60,3–61,1 %. В случае ацетилирования гомогенным способом был получен диацетат целлюлозы, хорошо растворимый в ацетоне при перемешивании, с повышенным содержанием связанной уксусной кислоты 54,1–58 %.
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
В статье приведены результаты исследований по совершенствованию технологии дубильных экстрактов из коры лиственницы сибирской Larix sibirica Ledeb. Изучен компонентный состав исследуемого сырья. Показано, что отходы механической окорки древесины лиственницы можно перевести в разряд сырья, пригодного для дубильно-экстрактового производства, если процесс извлечения дубильных веществ осуществлять водным раствором моноэтаноламина с концентрацией 5 %, продолжительность процесса 5 ч, при гидромодуле 14. Концентрация экстрактивных веществ в полученном экстракте составляет 41,5 г/л, а доброкачественность – 74,9 %. Проведены исследования по дублению кожевенной ткани окуночным способом с использованием дубильного экстракта, полученного из коры лиственницы, на примере овчины забайкальской породы. Изучены физико-механические и химические показатели готового полуфабриката, которые соответствуют предъявляемым требованиям согласно ГОСТ 4661–76.
Как известно, основным сырьем целлюлозно-бумажной промышленности используется, как правило, древесина хвойных и лиственных пород, но наиболее часто в технологии используют древесину хвойных пород. Учитывая особенности физико-механических характеристик готовых изделий из хвойной древесины по сравнению с древесиной лиственных пород, известно, что в сравнении этих двух видов древесины, у древесины хвойных пород волокна более длинные. А как известно, длина волокон имеет весомое значение, как для на бумагообразующие свойства волокнистых полуфабрикатов, так и физико-механические характеристики готовых изделий целлюлозно-бумажного производства. Учитывая необходимость использования в технологии целлюлозно-бумажного производства однолетних растений, естественно появляется необходимость исследования процессов волокнистых полуфабрикатов из однолетних растений, в сравнении с механизмом размола волокнистых полуфабрикатов из древесины, и в первую очередь из древесины хвойных пород.
В современном мире древесина широко используется в различных отраслях. Самое распространенное ее применение связано с целлюлозно-бумажной промышленность, которая ежегодно потребляет сотни миллионов кубических метров древесины. Лесные площади сокращаются в глобальном масштабе, и эта реальность имеет решающее значение для глобальной экологии. Нехватка древесины для бумажной промышленности стала большой проблемой, и по этой причине возникла необходимость принимать во внимание другие виды сырья. К альтернативным видам источников сырья можно отнести макулатуру и однолетние растения. Макулатура является наиболее важным сырьем для бумажной промышленности, но из нее можно производить бумагу только низкого качества. Поэтому все больше исследований направлено на улучшение качества вторичного волокна путем введения в его состав дополнительных составляющих.
В работе проведены исследования и представлены результаты по влиянию использования бактериальной целлюлозы в композиции с макулатурой различных марок, на изменение физико-механических характеристик готовой продукции.