Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

На лесосеках и в пунктах деревообработки, особенно лесопиления, ежегодно скапливаются огромные объемы отходов. Отходы, образующиеся при вырубке и вывозке древесины, представлены: древесной зеленью; сучьями; пнями и корнями; вершинками; незначительно опилками и корой; отходами раскряжевки (откомлевки и козырьки при разделении по сортаментам и сортировке бревен), малоценной древесиной (хворост, валежник, обломки стволов). Отходы деревообработки состоят из горбыля и рейки; кусковых обрезков, вырезки брака; опилок и всех видов стружки; коры, полученной в результате окорки круглого леса, и пр. Перечисленные отходы являются как крупно-древесными, еще пригодными для механической переработки, так и теми, которые для использования требуют создания особых производств.

Отходы лесозаготовки, как и отходы, получаемые при распиловке чистой древесины хвойных и лиственных пород, за исключением коры и древесной пыли (IV класс опасности), относятся к V классу опасности, т.е. являются почти безопасными для окружающей среды и здоровья человека [1]. Несмотря на относительную безопасность, накопление таких отходов ведет к разным рискам, прежде всего к возникновению пожароопасных ситуаций. На лесосеках они, кроме того, затрудняют лесовозобновление и проходимость лесных участков.

При решении проблемы утилизации отходов, прежде всего, путем создания производственных мощностей по их переработке, одновременно решается проблема обеспечения ряда отраслей и населения необходимой продукцией. В целом направления использования отходов зависят от их размерно-качественных характеристик и экономических факторов. Наиболее ценные – кусковые отходы (горбыль, рейки и т.д.) – применяются при производстве мелкой пилопродукции и клееных заготовок, целлюлозно-бумажной и лесохимической продукции (спирта, кормовых дрожжей и т.д.). Менее ценные – мягкие отходы (опилки, стружка, кора и др.) используются для хозяйственных целей (в качестве удобрения после компостирования, подстилки для животных и пр.), как технологическое сырьё (для производства топливных гранул (пеллет), плит, продукции лесохимии, арболита, ксилолита и др.) [2, 3].

Цель исследования – формирование представления об объемах отходов, образующихся в процессе рубки древостоев и лесопиления в Центральной экологической зоне Байкальской природной территории (ЦЭЗ БПТ), включающей части Иркутской области и Республики Бурятия, и выработка основных направлений по их использованию и переработке в условиях строго регламентированного природопользования [4]. Для достижения цели были решены следующие задачи: сделан анализ таксационных характеристик (породный состав, бонитет, полнота) лесов зоны; определены в разрезе основных лесообразующих пород усредненные значения показателей, необходимых для расчета лесосечных отходов; в соответствии с фактическими объемами заготовки древесины в разрезе муниципальных районов зоны рассчитаны объемы лесосечных отходов; определены и проанализированы как фактические (в разрезе предприятий, находящихся в ЦЭЗ Республики Бурятия), так и теоретически возможные (относительно объемов рубки в ЦЭЗ Иркутской области) значения отходов лесопиления (горбыль, опилки); с учетом современного состояния лесопереработки, особого природоохранного значения ЦЭЗ БПТ и требований экологической безопасности при ведении хозяйственной деятельности, актуальных проблем, связанных с лесовосстановлением и обеспечением муниципальных районов зоны топливно-энергетическими ресурсами, определены основные направления по использованию и переработке отходов лесозаготовки и лесопиления.

Результаты оценки могут служить основой для расчета экономических затрат на сбор, размещение, способы утилизации отходов лесозаготовки и лесопиления, создание производственных мощностей для переработки отходов с целью получения необходимой продукции.

Материалы и методы исследования

Использованы статистические данные по объемам лесозаготовок на землях лесного фонда и отходам лесопиления в разрезе предприятий муниципальных районов зоны, предоставленные Министерством лесного комплекса Иркутской области и Агентством лесного хозяйства Республики Бурятия. Расчеты выполнены на примере 2015 г.

Оценка количества образованных отходов основана на действующих методиках [5, 6], использующих нормативный подход, предполагающий расчет количества отходов на единицу используемого ресурса или полученной продукции, в зависимости от различных факторов и условий. Для определения объемов лесосечных отходов первоначально были рассчитаны средние диаметр, высота, объем ствола, удельные значения массы хвои (листвы), сучьев, пней и корней, приходящиеся на единицу объема ствола древесной породы в коре. Масса хвои (листвы) и сучьев образуют общую массу кроны. Для расчета были использованы справочные материалы и методики [5, 6]. Расчет производился относительно преобладающих древесных пород с разрядами высот IV, V. Разряд высоты – классификационная единица, характеризующая распределение древостоев по группам в зависимости от их среднего диаметра (на высоте груди) и высоты. В целом он отражает возможности древостоя достигать определенной высоты в определенном возрасте. Из таблиц разряда высот следует, что при одном и том же диаметре ствола его высота при увеличении значения разряда снижается. Выбор указанных разрядов обусловлен преобладанием на территории древостоев III классов бонитета, имеющих относительно хорошие качественные характеристики с соответствующими значениями высот и диаметров стволов. Так как мы не имели сведений о диаметрах стволов вырубленной древесины, было вычислено их усредненное значение для каждой древесной породы. В соответствии с этими значениями вычислены усредненные значения объема сучьев (в м3), массы древесной зелени (хвои, листвы) (в кг), приходящиеся на 1 м3 ствола в коре. Объемы сучьев затем были переведены в весовые единицы в соответствии со значениями плотности древесины [7]. Далее, исходя из фактических объемов заготовленной хвойной и мягколиственной древесины по всем видам рубок, определены объемы основных отходов.

Отходы лесопиления в зоне представлены опилками, горбылем, другими кусковыми отходами и незначительно стружкой (при производстве столярных изделий). При распиловке используются ленточные пилорамы, древесная пыль (IV класс опасности) от которых не образуется. Для зоны в пределах Республики Бурятия отходы лесопиления приведены согласно отчетным данным предприятий. Так как на территории иркутской части зоны предприятия по обработке древесины не зарегистрированы, объемы отходов лесопиления вычислены как теоретически возможные исходя из объемов заготовленной в зоне древесины согласно [6]. Расчет произведен при условии получения 1 м3 пиломатериалов из 1,4 м3 сырья (пиловочника). Объем сырья условно принят равным объему заготовленной древесины.

Результаты исследования и их обсуждение

Площадь ЦЭЗ БПТ – 89 165 км2 (в том числе акватория Байкала с островами – 31 500 км2). Почти вся суша – 57461 км2 (5746,4 тыс. га) занята землями лесного фонда и особо охраняемых природных территорий (ООПТ). Лесами покрыто 79,3 % от этой площади, причем в ЦЭЗ Иркутской области – 89,1 %, а в ЦЭЗ Республики Бурятия – 74,3 % (рис. 1).

Рис. 1. Земельные угодья Байкальской природной территории (фрагмент карты)

Все леса зоны относятся к защитным и сосредоточены на землях лесного фонда и 23 особо охраняемых природных территорий, в том числе трех заповедников, трех национальных парков, двух рекреационных местностей и заказников. Леса представлены преимущественно хвойными породами (более 80 %) с преобладанием сосновых древостоев.

ЦЭЗ БПТ – территория, где строгое регламентирование хозяйственной деятельности призвано сохранить уникальную природную экосистему озера Байкал. Одними из таких видов деятельности являются лесозаготовительная и деревообрабатывающая. Древесина заготавливается в порядке разрешенных [4] выборочных рубок, преимущественно рубок ухода и санитарных. В рубки поступают преимущественно разновозрастные древостои, поврежденные насекомыми-вредителями, пожарами, а также молодняки мелколиственных, реже – хвойных пород. Рубки древостоев спелых и перестойных, а также при создании и эксплуатации объектов лесной инфраструктуры незначительны.

На территории зоны, входящей в Иркутскую область, заготовка древесины и лесопиление осуществляются Ангарским филиалом ОГАУ «Южное лесопожарное объединение» (пос. Мал. Голоустное). За пределами зоны, в пос. Бол. Речка расположено лесопильное оборудование Ангарского филиала ОГАУ «Южное лесопожарное объединение», ФГБУ «Объединённая дирекция государственного природного заповедника «Байкало-Ленский» и Прибайкальского национального парка, ЗАО «Большереченское». Деятельность индивидуальных предпринимателей по заготовке и обработке древесины не зарегистрирована.

На территории зоны, входящей в Республику Бурятия, в сфере лесозаготовки и деревообработки работают более 80 предприятий. Большая часть их ориентирована на лесозаготовку. Самые крупные арендаторы лесных участков – 8 предприятий с объемами заготовки более 10 тыс. м3 древесины, в том числе самое крупное в Бурятии – ЗАО «Байкальская лесная компания», остальные – мелкие и средние. От общего объема заготовленной древесины более 40 % поступает на лесопильные предприятия. Остальная часть в виде круглого леса и дров вывозится за пределы зоны. Деревообработка представлена малыми предприятиями лесопиления (до 5 тыс. м3 пиломатериалов в год) и столярных изделий. Большая часть продукции лесопиления – бруски размером 3,8 на 6,8 см и длиной 3 и 6 м, полученные в результате обработки тонкомерной древесины. Другая продукция – брус, доска различных размеров. Производство столярных изделий (ООО «Байкаллес», Баргузинский район, и ООО «БАС», Прибайкальский район) имеет незначительную долю в общем объеме продукции деревообработки.

Для расчета и оценки объемов лесосечных отходов в разрезе основных лесообразующих пород первоначально были определены усредненные значения показателей (табл. 1).

Далее на их основе рассчитаны объемы основных лесосечных отходов, за исключением коры и малоценной древесины вследствие их незначительных объемов (табл. 2). В частности, определено, что удельный показатель отходов кроны на 1 тыс. м3 заготовленной древесины составляет 149–154 т в год, что согласуется с нормативами [8]. По объемам образования лесосечных отходов в зоне лидируют Прибайкальский и Баргузинский районы.

На лесосеках неизбежны потери отходов в процессе лесозаготовок. Например, объем отпада лесосечных отходов кроны при валке и трелевке для Бурятии и Иркутской области при нормативе 9,1 % от объема вывезенной древесины [6] мог достигать в 2015 г. 50,7 тыс. м3. Если масса влажной древесной зелени составляет 42,2 тыс. т (табл. 2), то ее объем, рассчитанный на примере сосновой хвои при динамическом уплотнении [5], мог составить от 136,1 до 186,7 тыс. м3 (в среднем 161,4 тыс. м3), а вместе с отходами сучьев (при плотности древесины сосны 0,51 т/м3) – в среднем 244,3 тыс. м3. Учитывая вычисленный объем отпада (50,7 тыс. м3), эта величина уменьшается до 193,6 тыс. м3. В пересчете на сухую массу древесной зелени (18,8 тыс. м3 или 2,8 тыс. т) общие объемы отходов кроны и раскряжевки могли составить в 2015 г. 113,4 тыс. м3.

Рассматривая 2015 г. как базовый, можно рассчитать примерные объемы лесосечных отходов за иные годовые периоды, полагая, что объемы их образования пропорциональны объемам лесозаготовок. На примере ЦЭЗ Иркутской области (рис. 2) определено, что за 10-летний период (2009–2018 гг.) отклонение среднегодового объема лесозаготовок от 2015 г. – 8,4 %, что может соответствовать отходам кроны – 7,1 тыс. т, раскряжевки древесины – 0,9 тыс. м3, прочим – 3,4 тыс. т. Отсюда среднегодовой объем их образования, без учета неизбежных потерь на лесосеках, может достигать 91,6 тыс. т, 12,6 тыс. м3, 66,6 тыс. т.

Таблица 1

Данные для расчета объема лесосечных отходов

Примечание: * Предельная плотность древесины при влажности 15 %, по [7].

Таблица 2

Лесосечные отходы от всех видов рубки на землях лесного фонда в ЦЭЗ БПТ (2015 г.)

Примечание. *Муниципальные районы включают лесничества или их части. Республика Бурятия: Кабанский район – Бабушкинское, Кабанское лесничества; Прибайкальский – Байкальское, Кикинское; Северо-Байкальский – Северо-Байкальское; Баргузинский – Усть-Баргузинское. Иркутская область: Иркутский – Голоустненское; Ольхонский – Ольхонское; Слюдянский – Слюдянское. **Объемы отходов от раскряжевки рассчитаны при нормативе образования 2,1 % от объема раскряжевки [6]. За объем раскряжевки условно принят объем заготовленной древесины. ***Объемы заготовленной древесины даны с поправками, учитывающими лесозаготовки только в частях лесничеств, находящихся в пределах ЦЭЗ БПТ.

Рис. 2. Динамика объемов лесозаготовок в ЦЭЗ БПТ Иркутской области на землях лесного фонда в Голоустненском (1), Ольхонском (2), Слюдянском (3) лесничествах

Таблица 3

Производство деловой древесины и основных отходов лесопиления в ЦЭЗ БПТ в 2015 г., м3

Примечание: «–» – нет данных.

По фактическим данным предприятий лесопиления, расположенных в ЦЭЗ в составе Республики Бурятия, объемы отходов превышают 26,1 тыс. м3. Наибольший объем их образуется в Баргузинском районе, что связано с наличием здесь большего числа предприятий. При использовании в лесопилении древесины, заготовленной на территории зоны в составе Иркутской области, теоретически можно получить более 14 тыс. т отходов (табл. 3).

Для территории ЦЭЗ в настоящее время одной из острых проблем является снабжение муниципальных районов топливно-энергетическими ресурсами. Активное использование традиционного вида топлива (угля) ведет к загрязнению воздуха и переполнению полигонов золошлаковыми отходами, что противоречит основным требованиям экологической безопасности на территории зоны. Перспективным решением проблемы утилизации древесных отходов, низкокачественной древесины при учете требований экологической безопасности производства продукции и одновременного решения проблемы топливного снабжения районов зоны является производство древесного биотоплива. Только из горбыля и опилок ежегодно можно производить более 8 тыс. т данной продукции. Если учитывать в качестве сырья некоторые лесосечные отходы (например, отходы кроны и раскряжевки), то объем производимых древесных гранул может увеличиться еще примерно на 22,7 тыс. т. Расчет сделан исходя из того, что на производство одной тонны биотоплива требуется 5–8 м3 опила насыпной плотности в зависимости от породы древесины [9].

В последние годы опилки и различные кусковые отходы лесопиления (горбыль, рейки и др.) находят применение при производстве древесных гранул на единственном предприятии в зоне мощностью до 10 тыс. т пеллет в год в пос. Усть-Баргузин (Республика Бурятия). Однако с недавних пор завод сталкивается с проблемой нехватки сырья, связанной с более жесткой регламентацией лесозаготовок и деревообработки в зоне [10]. Развитие этого направления в бурятской части зоны может опираться также на заводы, ближайшие к ее южной части – в г. Улан-Удэ и Гусиноозерске. В Иркутской области при учете потребительского спроса и сокращения дальности транспортировки отходов до пунктов их переработки, производство биотоплива возможно организовать в пос. Большая Речка, Малое Голоустное, Култук. Переработка отходов на крупных предприятиях по производству биотоплива в северо-восточной части области (г. Усть-Кут, пос. Новая Игирма и др.) из-за значительной удаленности от ЦЭЗ представляется нерентабельной.

В настоящее время в регионах остро стоит задача лесовосстановления на лесных участках, пострадавших в результате пожаров, болезней и насекомых-вредителей. В этой связи малозатратным и экологически безопасным направлением для развития, как в пределах, так и вблизи от зоны, является, по нашему мнению, компостирование мягких древесных отходов для производства биоудобрения на базе существующих лесопитомников.

Важной проблемой, сдерживающей переработку отходов, является отсутствие в регионах специальных полигонов по их приемке, высокие затраты на сбор, обработку и транспортировку отходов из удаленных участков, часто превышающие стоимость готовой продукции [4]. Поэтому очень часто утилизация отходов предпринимателями происходит путем сжигания или незаконного вывоза на близлежащие участки.

Заключение

На территории ЦЭЗ БПТ, несмотря на строгие требования, регламентирующие лесозаготовительную и деревообрабатывающую деятельности, ежегодно образуются значительные объемы отходов лесосечных работ и лесопиления. Их значения могут быть еще больше, если учитывать также лесосечные отходы, полученные при рубках на территориях ООПТ, Снежинского заказника в пределах Закаменского лесничества (Закаменский район).

С учетом требований экологической безопасности производств, а также решения проблем топливно-энергетического обеспечения и лесовосстановления в муниципальных районах зоны наиболее перспективными направлениями по использованию и переработке отходов являются на сегодняшний день производство древесного биотоплива и компостирование мягких древесных отходов для производства биоудобрения. Однако следует учесть, что успешное развитие данных направлений невозможно без создания в регионах полигонов сбора и хранения древесных отходов, применения стимулирующих мер, способствующих заинтересованности предпринимателей в сборе и доставке их в пункты приема и переработки.

Исследование выполнено за счет средств государственного задания (№ госрегистрации темы АААА-А17-117041910167-0) и при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 17-29-05043/17.