Wpływ pozyskania biomasy na wycofywanie pierwiastków biogennych ze środowiska leśnego

(1)

Konferencja Naukowo-Techniczna

Możliwości oraz uwarunkowania podaży drewna do celów energetycznych 20-21 listopada 2012 r., Sękocin Stary

Wpływ pozyskania biomasy

na wycofywanie pierwiastków biogennych ze środowiska leśnego

Prof. dr hab. Roman Gornowicz Dr in ż . Zenon Pilarek

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Katedra Techniki Le ś nej

Wydzia ł Le ś ny

(2)

OBIEG MATERII

PRODUKCJA ROZKŁAD

PODSTAWOWĄ ZASADĄ NATURY

(3)

Woda, azot

i inne składniki pokarmowe ROZKŁAD

O₂ CO₂ PRODUKCJA

O₂

CO₂

(4)

OBIEG MATERII

„Aby lasy mogły się normalnie rozwijać i spełniać swe funkcje produkcyjne i infrastrukturalne, trzeba zapewnić im niezakłócony obieg związków pokarmowych i stały przepływ energii między poszczególnymi poziomami troficznymi ekosystemu leśnego. Dlatego z góry należy ustalić, jakie użytki wolno nam pobierać z lasu, by nie uszczuplić jego

produkcyjności.”

- Stanisław Szymański, 1995 -

(5)

Wybrane czynniki warunkujące obieg materii

Formacja leśna Czynnik

Las

naturalny

Las

gospodarczy Plantacja

Efektywne odzyskiwanie

substancji biogennych

„samonawożenie”

Pozyskiwanie biomasy leśnej

Nawożenie sztuczne

?

(6)

Z KAŻDYM M ³ POZYSKANEGO DREWNA

SOSNOWEGO ZABIERAMY NASTĘPUJĄCE ILOŚCI SKŁADNIKÓW MINERALNYCH:

K [g]

Ca [g]

P [g]

grubizna 166 683 69

drobnica 793 2150 629

(Hausrath 1911)

(7)

171,78 212,95 230,95

327,38

74,75 95,92 113,31 154,13

0 50 100 150 200 250 300 350

t/ha

23 33 60 95

Wiek drzewostanu

W stanie suchym [t/ha] W stanie świeżym [t/ha]

ŁĄCZNA MASA DRZEW W STANIE ŚWIEŻYM I SUCHYM

W ZALEŻNOŚCI OD WIEKU

(8)

UDZIAŁ ELEMENTÓW DRZEWA W ŁĄCZNEJ MASIE

60,1 22,0 17,9

69,4 14,6 16,0

68,9 14,4 16,7

70,4 12,9 16,7

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

23 33 60 95

Wiek

Masa grubizny strzały (drewna w korze) Masa gałęzi z igliwiem Masa karpy

(9)

UDZIAŁ ELEMENTÓW DRZEWA W ŁĄCZNEJ MASIE (TYLKO CZĘŚĆ NADZIEMNA)

63,1

70,5 73,4 72,9

20,2

13,6 12 12

0 10 20 30 40 50 60 70 80

23 33 60 95

[%]

wiek

drewno strzały w korze gałęzie z igliwiem

[lata]

(10)

STRATY SKŁADNIKÓW POKARMOWYCH W ŚRODOWISKU LEŚNYM W ZALEŻNOŚCI OD ZAKRESU POZYSKIWANIA BIOMASY SOSNY ZWYCZAJNEJ W RAMACH CZYSZCZEŃ

PÓŹNYCH

Pierwiastek Biomasa

Zakres pozyskiwania

drewno strzały drewno strzały w korze

część nadziemna

drzewa całe drzewo z karpą

kg/ha % kg/ha % kg/ha % kg/ha %

Azot 13,25 76 17,50 100 32,39 185 35,93 205

Fosfor 1,22 84 1,46 100 2,95 201 3,37 230

Potas 1,21 56 2,16 100 7,53 348 8,92 412

Wapń 13,90 70 19,94 100 24,69 124 26,00 130

Magnez 1,36 77 1,78 100 2,82 159 3,26 183

Pozyskana masa

w stanie suchym 6825 85 8010 100 10594 132 12692 158

(11)

STRATY SKŁADNIKÓW POKARMOWYCH W ŚRODOWISKU LEŚNYM W ZALEŻNOŚCI OD ZAKRESU POZYSKIWANIA BIOMASY SOSNY ZWYCZAJNEJ W RAMACH JEDNEGO CIĘCIA

TRZEBIEŻY WCZESNEJ

Azot 17,75 73 24,43 100 38,52 158 42,70 175

Fosfor 1,57 83 1,89 100 3,27 173 3,75 198

Potas 1,74 54 3,23 100 8,01 248 9,69 300

Wapń 21,61 68 31,56 100 35,71 113 37,45 119

Magnez 1,89 75 2,50 100 3,56 142 4,05 162

Pozyskana masa

w stanie suchym 10652 85 12562 100 15027 120 17831 142

(12)

STRATY SKŁADNIKÓW POKARMOWYCH W ŚRODOWISKU LEŚNYM W ZALEŻNOŚCI OD ZAKRESU POZYSKIWANIA BIOMASY SOSNY ZWYCZAJNEJ W RAMACH JEDNEGO CIĘCIA

TRZEBIEŻY PÓŹNEJ

Azot 18,89 74 25,47 100 35,94 141 41,38 162

Fosfor 2,08 79 2,64 100 4,19 159 4,67 177

Potas 2,26 54 4,20 100 7,96 190 9,15 218

Wapń 14,67 55 26,58 100 32,69 123 34,54 130

Magnez 2,42 74 3,29 100 4,06 123 4,38 133

Pozyskana masa

w stanie suchym 13430 87 15360 100 17872 116 20931 136

(13)

STRATY SKŁADNIKÓW POKARMOWYCH W ŚRODOWISKU LEŚNYM W ZALEŻNOŚCI OD ZAKRESU POZYSKIWANIA BIOMASY SOSNY ZWYCZAJNEJ W CIĘCIACH RĘBNYCH

WYKONANYCH NA ZRĘBACH ZUPEŁNYCH

Azot 133,96 79 169,97 100 237,97 140 278,76 164

Fosfor 14,53 85 17,10 100 26,50 155 30,27 177

Potas 24,33 75 32,54 100 57,17 176 64,97 200

Wapń 105,11 63 165,70 100 217,20 131 233,56 141

Magnez 18,45 82 22,38 100 27,30 122 29,15 130

Pozyskana masa

w stanie suchym 101597 90 112460 100 130933 116 154131 137

(14)

SZACUNKOWE ILOŚCI WYCOFYWANYCH SKŁADNIKÓW POKARMOWYCH ZE

ŚRODOWISKA LEŚNEGO W ZALEŻNOŚCI OD ZAKRESU POZYSKIWANIA BIOMASY SOSNY ZWYCZAJNEJ W RAMACH CAŁEGO OKRESU KOLEI RĘBU

Pierwiastek Rodzaj cięć

Zakres pozyskiwania drewno strzały drewno strzały w

korze

część nadziemna drzewa

całe drzewo z karpą

Azot

Cięcia przedrębne 105,4 74 142,7 100 217,2 152 245,4 172 Cięcia rębne 134,0 79 170,0 100 238,0 140 278,8 164

Razem 239,4 77 312,7 100 455,2 146 524,2 168

Fosfor

Cięcia przedrębne 10,6 80 13,2 100 22,0 167 24,9 189

Cięcia rębne 14,5 85 17,1 100 26,5 155 30,3 177

Razem 25,1 83 30,3 100 48,5 160 55,2 182

Potas

Cięcia rębne 24,3 75 32,5 100 57,2 176 65,0 200

Razem 35,8 67 53,7 100 104,6 195 120,8 225

Wapń

Cięcia przedrębne 101,1 62 162,8 100 194,2 119 204,5 126 Cięcia rębne 105,1 63 165,7 100 217,2 131 233,6 141

Razem 206,2 63 328,5 100 411,4 125 438,1 133

Magnez

Cięcia rębne 18,5 83 22,4 100 27,3 122 29,2 130

Razem 30,9 79 39,0 100 49,4 127 53,7 138

Pozyskana masa w stanie suchym

Cięcia przedrębne 68400 86 79200 100 94300 119 111100 140 Cięcia rębne 101600 90 112500 100 130900 116 154100 137 Razem 170000 89 191700 100 225200 117 265200 138

(15)

ŚREDNIE UBYTKI SKŁADNIKÓW MINERALNYCH W ŚRODOWISKU LEŚNYM

PRZYPADAJĄCE NA JEDNO WYCIĘTE DRZEWO W ZALEŻNOŚCI OD RODZAJU CIĘĆ I ZAKRESU POZYSKIWANIA

Rodzaj cięć Zakres pozyskiwania

Pozyskana masa w stanie suchym

[kg]

Pierwiastek

N P K Ca Mg

[g]

Czyszczenia późne

drewno strzały 6,1 11,9 1,1 1,1 12,5 1,2

drewno strzały w korze 7,2 15,8 1,3 1,9 18,0 1,6

część nadziemna drzewa 9,5 29,2 2,7 6,8 22,2 2,5

całe drzewo z karpą 11,4 32,3 3,0 8,0 23,4 2,9

Trzebież wczesna

drewno strzały 10,9 18,2 1,6 1,8 22,1 1,9

Trzebież późna

drewno strzały 78,1 109,8 12,1 13,1 85,3 14,1

Cięcia rębne (zrąb zupełny)

drewno strzały 224,3 295,7 32,1 53,7 232,0 40,7

(16)

STOSUNEK MAS PIERWIASTKÓW BIOGENNYCH ZAWARTYCH W CAŁYM DRZEWIE DO ZAWARTOŚCI TYCH PIERWIASTKÓW W DREWNIE STRZAŁY Z KORĄ

N P K Ca Mg

1,7 1,8 2,2 1,3 1,3

(17)

ŚREDNIE ILOŚCI PRZYSWAJALNYCH SKŁADNIKÓW POKARMOWYCH W POZIOMACH GENETYCZNYCH GLEB DO GŁĘBOKOŚCI 50 CM

Wiek drzewostanów rosnących na badanych

glebach [lata]

Pierwiastek

N (ogółem) P K Ca Mg

kg/ha

23 1830,6 207,8 117,8 18,6 26,7

33 2210,0 212,6 127,8 29,6 30,7

60 3232,8 217,4 211,5 146,9 89,4

95 3389,4 227,0 185,2 130,9 76,0

Wartość średnia 2665,7 216,2 160,6 81,5 55,7

(18)

SKŁADNIKI POKARMOWE W GLEBIE

0 20 40 60 80 100 120 140

23 33 60 95

[%]

Wiek [lata]

N P K Ca Mg

Zawartość przyswajalnych składników pokarmowych w glebie

do głębokości 50 cm

(19)

ODSETEK STRAT BIOGENÓW W STOSUNKU DO ZASOBNOŚCI GLEBY W TEN PIERWIASTEK W ZALEŻNOŚCI OD WIEKU DRZEWOSTANU

I ZAKRESU POZYSKIWANIA BIOMASY

0,7 0,8 0,6

4

1 1,1 0,8

5

1,8 1,7

1,1

7

2 1,9

1,3

8,2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

23 33 60 95 lata

0,6 0,7 1

6,4

0,7 0,9 1,2

7,5

1,4 1,5 1,9

11,7

1,6 1,8 2,1

13,3

0 2 4 6 8 10 12 14

23 33 60 95

P

1 1,4 1,1

13,1

1,8 2,5 2

17,6

6,4 6,3

3,8

30,9

7,6 7,6

4,3

35,1

0 5 10 15 20 25 30 35 40

23 33 60 95

74,7 73

10

80,3 107,2 106,6

18,1

126,6 132,7

120,6

22,3

165,9 139,8

126,5

23,5

178,4

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

23 33 60 95

N

K

Ca

drewno strzały

drewno strzały w korze część nadziemna drzewa całe drzewo z karpą

(20)

ODSETEK STRAT BIOGENÓW W STOSUNKU DO ZASOBNOŚCI GLEBY W TEN PIERWIASTEK W ZALEŻNOŚCI OD WIEKU DRZEWOSTANU

I ZAKRESU POZYSKIWANIA BIOMASY

drewno strzały

drewno strzały w korze część nadziemna drzewa całe drzewo z karpą

5,1 6,2

2,7

24,3

6,6 8,1

3,7

29,4

10,6 11,6

4,5

35,9

12,2 13,2

4,9

38,4

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

23 33 60 95

Mg

(21)

Nie powinniśmy pozyskiwać pozostałości zrębowych w całości ponieważ:

1.

pozostałości zrębowe to najcenniejsza część biomasy drzew dla środowiska, m.in. ze względu na zawartość substancji mineralnych (1/6 biomasy nadziemnej zawiera 1/3 składników mineralnych), a najmniej wartościowa do wykorzystania przemysłowego,

2.

prowadzi to do ubytków składników pokarmowych w glebie,

3.

prowadzi to do znacznych ubytków w próchnicy glebowej,

4.

przyczynia się do zmian właściwości fizykomechanicznych gleb,

5.

w dłuższym czasie przyspiesza proces zakwaszania gleby,

6.

prowadzi do zmniejszenia bioróżnorodności ekosystemów leśnych.

Pozyskiwanie pozostałości zrębowych w całości przyczynia

się do zakłócenia obiegu materii

(22)

„Skutecznym środkiem utrzymania żyzności gleby leśnej, obok utrzymania ściółki, jest pozostawienie w lesie drobnych odpadków jak gałęzie, wierzchy itd., pozostających przy wyróbce w trzebieżach. Są to części drzewa najbogatsze w związki mineralne, jeżeli pozostawimy je w lesie, natenczas ulegają one rozkładowi, a wszystkie sole w nich zawarte, powracają napowrót do gleby.

Odpadki te ułatwiają również rozkład ściółki i nie dopuszczają do powstawania kwaśnej próchnicy.”

- Stanisław Sokołowski 1930 -

(23)

Wpływ pozyskania biomasy na wycofywanie pierwiastków biogennych ze środowiska leśnego