Енергетичні проблеми екосистем і забезпечення сталого розвитку України

The energy parameters of different ecosystem types in Ukraine are calculated for the first time, and parameters comparison is presented. The level of energy consumption of phytomas, substrate, soil under man-made influence is evaluated. At the same time it’s demonstrated that society social needs...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2007
1. Verfasser:	Дідух, Я.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2007
Schriftenreihe:	№4
Schlagworte:	Статті та огляди
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/432
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Енергетичні проблеми екосистем і забезпечення сталого розвитку України / Я. Дідух // Вісн. НАН України. — 2007. — N 4. — С. 3-12. — Бібліогр.: 24 назв. — укp.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-432
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-4322025-02-23T20:08:57Z Енергетичні проблеми екосистем і забезпечення сталого розвитку України Energy problems of ecosystems and provision of steady development of Ukraine Дідух, Я. Статті та огляди The energy parameters of different ecosystem types in Ukraine are calculated for the first time, and parameters comparison is presented. The level of energy consumption of phytomas, substrate, soil under man-made influence is evaluated. At the same time it’s demonstrated that society social needs for fuel exceed biological population needs for food by 40 times and are higher than annual energy accumulation by biomass. So it requires cardinal changes of the state energy policy. Вперше розраховано енергетичні показники різних типів екосистем у межах України, проведено їх порівняння. Оцінено ступінь енергетичних витрат фітомаси, підстилки, ґрунту під впливом антропогенного чинника. Водночас показано, що соціальні потреби суспільства лише у паливі у 40 разів перевищують біологічні потреби населення в харчуванні і є вищими, ніж щорічна акумуляція енергії у біомасі. А це потребує кардинальної зміни енергетичної політики держави. 2007 Article Енергетичні проблеми екосистем і забезпечення сталого розвитку України / Я. Дідух // Вісн. НАН України. — 2007. — N 4. — С. 3-12. — Бібліогр.: 24 назв. — укp. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/432 uk №4 С. 3-12 application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Статті та огляди Статті та огляди
spellingShingle	Статті та огляди Статті та огляди Дідух, Я. Енергетичні проблеми екосистем і забезпечення сталого розвитку України №4
description	The energy parameters of different ecosystem types in Ukraine are calculated for the first time, and parameters comparison is presented. The level of energy consumption of phytomas, substrate, soil under man-made influence is evaluated. At the same time it’s demonstrated that society social needs for fuel exceed biological population needs for food by 40 times and are higher than annual energy accumulation by biomass. So it requires cardinal changes of the state energy policy.
format	Article
author	Дідух, Я.
author_facet	Дідух, Я.
author_sort	Дідух, Я.
title	Енергетичні проблеми екосистем і забезпечення сталого розвитку України
title_short	Енергетичні проблеми екосистем і забезпечення сталого розвитку України
title_full	Енергетичні проблеми екосистем і забезпечення сталого розвитку України
title_fullStr	Енергетичні проблеми екосистем і забезпечення сталого розвитку України
title_full_unstemmed	Енергетичні проблеми екосистем і забезпечення сталого розвитку України
title_sort	енергетичні проблеми екосистем і забезпечення сталого розвитку україни
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Статті та огляди
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/432
citation_txt	Енергетичні проблеми екосистем і забезпечення сталого розвитку України / Я. Дідух // Вісн. НАН України. — 2007. — N 4. — С. 3-12. — Бібліогр.: 24 назв. — укp.
series	№4
work_keys_str_mv	AT díduhâ energetičníproblemiekosistemízabezpečennâstalogorozvitkuukraíni AT díduhâ energyproblemsofecosystemsandprovisionofsteadydevelopmentofukraine
first_indexed	2025-11-24T22:07:42Z
last_indexed	2025-11-24T22:07:42Z
_version_	1849711198145085440
fulltext	ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2007, № 4 3 СТАТТI ТА ОГЛЯДИ Сучасний критичний стан довкілля, який продовжує катастрофічно погіршу- ватися, спричинений тим, що в ХХ столітті розвиток цивілізації визначав ша- лений технічний прогрес. Він ґрунтувався на екстенсивному освоєнні природ- них ресурсів, на антропоцентричній моделі господарювання: «Ми не можемо чекати милостей від природи, взяти їх — наше завдання». І як сумний підсу- мок такої парадигми взаємодії людини і природи — переосушені землі Полісся, випрямлені русла річок, затоплені багаті заплави Дніпра, розорані всі степи і схили долин річок, нищаться ліси Карпат, піднято на поверхню і складовано у терикони мільйони тонн геологічних порід, нарито кар’єрів, засолено ґрунти Півдня України. Зведено атомні станції, однак ми не навчилися грамотно і від- повідально керувати ними, що і призвело до Чорнобильської катастрофи, за масштабами і згубними наслідками якій немає аналогів у світі. Усе це, в остаточному підсумку, спричинило порушення природних про- цесів, підрив рівноваги екосистем. Але проблема полягає в тому, що ми свідомо чи несвідомо, за інерцією чи мотивовано — продовжуємо рухатися тим самим шляхом, і сьогодні не тільки зупинити, а й сповільнити цей рух неможливо. І якщо світовій науковій спільноті не вдасться домогтися від владних структур своїх країн реалізації ухвалених на міжнародних самітах рішень й адекватної реакції на нові загрози, людство очікує планетарна катастрофа. © ДІДУХ Яків Петрович. Член-кореспондент НАН України. Директор Інституту ботаніки ім. М.Г. Холод- ного НАН України (Київ). 2007. Я. ДІДУХ ЕНЕРГЕТИЧНІ ПРОБЛЕМИ ЕКОСИСТЕМ І ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СТАЛОГО РОЗВИТКУ УКРАЇНИ В Україні триває процес бездумної екс- плуатації природних багатств, країна жи- ве за енерго- й ресурсозатратною модел лю господарювання. Віддзеркаленням цьо го є те, що у нас досі не прийнято концепції ста- лого розвитку держави, про яку говорять ось уже 15 років, від часу відомої конференції в Ріо де Жанейро (1992). Мета сталого роз- витку — це забезпечення високої якості жит- тя за рахунок збалансованого соціально-еко- номічного розвитку суспільства, раціональ- ного використання природних ресурсів, від- творення навколишнього природного се ре- довища. Слід зауважити, що перші варіанти цієї концепції в Україні базувалися на ста- рих засадах, а екологи, економісти, техноло- ги продовжують розмовляти «різними мова- ми» і залишаються глухі один до одного. 4 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2007, № 4 Збалансоване використання природно- ресурсного потенціалу потребує його кіль- кісної оцінки у певних одиницях виміру, що дало б змогу визначити обсяги та межі споживання ресурсів, швидкість їх скоро- чення та відновлення, ефективність тих чи інших технологій, контроль за ними не ли- ше з утилітарних чи економічних позицій, тобто корисності для людини та їхньої вар- тості, а й екологічної доцільності. Останні показники слід задіяти і для інноваційної оцінки. Ці проблеми є складними і багатогранни- ми, але, на нашу думку, один із шляхів їх розв’язання — це необхідність формування спільної мови, оперування такими поняття- ми й одиницями їх виміру, які доступні для всіх. Екологи мають навчитися оперувати економічними поняттями, економісти — об- числювати збитки, завдані природі, техно- логи — оцінювати не лише прямі, а й опосе- редковані результати своєї діяльності, зу- мовлені складністю організації екосистем, їх емерджентними властивостями. Загаль- новідомо, що для оцінки певних показників необхідні цифри, але питання у тому, щоб знайти такі одиниці виміру, якими могли б оперувати фахівці різного профілю. І таке мірило було знайдено. Це — показ- ники енергії, що є досить універсальними і з фізичних законів термодинаміки пере- йшли у сферу екології. Енергія — доволі об- ширне поняття. Крім фізичного та утилі- тарного значення, забезпечення суспільних потреб, вона виступає мірою природних процесів, їх ефективності, потужності тощо. Саме це показав І.Р. Пригожин [1], який до- вів, що закони термодинаміки «працюють» у неврівноважних відкритих біологічних системах (за цю теорію вчений отримав Но- белівську премію). Наступний крок поля- гав у тому, щоби показники і поняття тер- модинаміки ввести у науковий обіг еколо- гів. На це були спрямовані зусилля багать- ох всесвітньо відомих учених, серед яких особливу роль відіграв американський еко- лог Ю. Одум [2]. У своїй класичній праці він пише, що показники енергії є «екологіч- ною валютою», на основі якої можна оціню- вати як біотичні, так і фізичні, хімічні про- цеси, які відбуваються у часі і просторі, — від найменшого об’єкта до рівня біосфери. Ю. Одум продемонстрував це на конкрет- них прикладах. З метою отримання репрезентативних да- них для різних типів екосистем у 60—70-х роках ХХ ст. було започатковано програму МАБ ЮНЕСКО «Людина і біосфера», до якої долучалися науковці різних країн, у тому числі й Радянського Союзу. Були одержані вельми цікаві результати, які сто- сувалися й України. Проте в СРСР ці ре- зультати опрацьовувалися не повністю, до визначення продуктивності і запасів біома- си різних типів екосистем. Коли за кордо- ном інтенсивно велися дослідження енергії екосистем, у «Програмі і методиці біогеоце- нотичних досліджень» [3] розділ, присвяче- ний проблемам енергетики, займав усього кілька сторінок, де наголошувалося, що ці проблеми потребують подальшого вивчення. Нагромаджений величезний масив цінних даних щодо «завис», і теоретичні узагаль- нення не зроблені. Тим часом американ ські та західноєвропейські вчені переводили ці показники в енергетичні одиниці, зу міли промоделювати екологічні проблеми у кате- горіях термодинаміки і виявити цікаві зако- номірності. У підсумку було сфор му льовано відповідні закони [4, 5]. Для розуміння суті викладеного ми по- даємо короткі визначення ключових понять і розмірності одиниць, якими опе- руватимемо. Основними в цьому контексті є поняття «блок» і «потік енергії». Блок — будь-яке природне тіло чи їхня сукупність, куди надходить енергія, аку- мулюється і віддається, отже, блок харак- ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2007, № 4 5 теризується певним запасом енергії (Q). Головними блоками екосистеми, які аналі- зуються у цій статті, є фітомаса, де акуму- люється приблизно 90% енергії біомаси, підстилка, котра індикує стан і розклад мортмаси, та гумус, що відображає енерге- тичний стан ґрунту; Потік енергії — енергія у стані перемі- щення з одного блоку до іншого, що харак- теризується певною інтенсивністю (І); Відповідно встановлено цілу низку по- хідних понять, дано оцінку їхньої вели- чини. Енергозапас (енергоємність) — кількість енергії (Дж), накопиченої у блоці, живій або мертвій біомасі чи гумусі ґрунту на від- повідній території. Енергетична продуктивність (Дж) — при- ріст енергії, що являє собою різницю між надходженням і витратами енергії і відобра- жає її накопичення за одиницю часу ( Q/ t). Інтенсивність — кількість енергії, яка пе- реходить з одного блоку до іншого за оди- ницю часу ( I/ t). Питома швидкість руху енергії (f) з од- ного блоку до іншого (I/Q); час (t) енерге- тичного обороту (Q/I). Звісно, отримані нами дані — попередні, їх не слід абсолютизувати, а необхідно по- повнювати й уточнювати на основі доклад- ніших розрахунків, із використанням нові- ших фактичних матеріалів. Однак певні зроб лені на їх підставі висновки, що відоб- ражають найзагальніші тенденції, є, на наш погляд, важливими для фахівців різних сфер, які оперують енергетичними понят- тями. Усе розмаїття екосистем ми поділили на чотири типи — залежно від того, який ком- понент формує основу, поверхню, що транс- формує сонячну енергію і таким чином виз- начає специфіку кругообігу речовин: біо- топ — поверхня, вкрита рослинністю; гідро- топ — водне середовище; літотоп — виходи геологічних порід; технотоп — технічна споруда [6]. Якщо перші найефективніше забезпечують акумуляцію сонячної енергії і її подальше використання, то останні фун- кціонують виключно завдяки субсидованій енергії, тому для подальшого порівняння використаємо саме ці два типи. За даними В.А. Ковди [7], біомаса суші нашої планети становить 3•1012 т, що еквівалентно 630•1020 Дж, а за відомостя- ми Н.І. Базилевич та ін. [8], цей показник є дещо нижчим — 2,4•1012 т, тобто відповід- но 432,4•1020 Дж. За підрахунками П. Дю- віньйо і М. Танга [4], Земля, що має площу 5,1•108 км2, щорічно отримує 20930•1020 Дж енергії, з якої на суходіл (1,49•108 км2) потрапляє 5860,4•1020 Дж. Враховуючи, що на фотосинтез у середньому припадає 1% енергії, причому 50% витрачається на ди- хання, то на продукцію біомаси необхідно 2344•1018 Дж. енергії. За іншими підрахун- ками [9], на щорічну продукцію біомаси Землі потрібно 4186•1018 Дж, з якої на біо- масу суші — 2402,76•1018 Дж, океану — лише 1783,24•1018 Дж. Таким чином, продуктивність суші втричі перевищує продуктивність океану [2] і ста- новить 16,13•106 Дж/м2 і 5,36•106 Дж/м2, відповідно. За даними Н.І. Базилевич та співавторів [8], сумарна річна продуктив- ність планети — 171,54•109 т, що еквівален- тно 3087,78•1018 Дж. Цей показник дорів- нює майже 7% запасів загальної фітомаси, тоді як за В.А. Ковдою [7], він нижчий — 3,8%. Це означає, що у першому випадку фітомаса суші оновлюється протягом 14 ро- ків, у другому — вдвоє повільніше, через 26 ро- ків, що важливо для оцінки еволюційних процесів. Територія України становить 603,7 тис. км2, більше половини її (приблизно 60%) — це зона субгумідного клімату, загальний приріст фітомаси якої ми оцінили у 4,5•1018 Дж, а 40% — зона субаридного клімату (приріст 2,53•1018 Дж). Виходячи з цього, 6 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2007, № 4 отримуємо сумарні показники енергетич- ного приросту фітомаси природних угру- повань 7,1•1018 Дж, або 0,3% щодо відповід- ного показника суші земної кулі. Ця про- порція дещо нижча від пропорції суші (0,4%), що пояснюється зональними кліма- тичними умовами. Підкреслимо — це потенційний енерге- тичний приріст, який значно вищий від ре- ального. Останній залежить від показників біомаси та продуктивності різних типів уг- руповань, площі яких варіюють у великих межах, тому оцінка реального приросту є вельми непростою, але сучасна методика дає змогу приблизно обчислити цей показ- ник для різних типів екосистем. Ліси є високоенергетичними системами, які забезпечують баланс енергії на планеті в цілому (82% від сумарної енергії біомаси). За нашими підрахунками, енергетичний запас лісів України, що займають майже 9,4 млн га, дорівнює 28�1,5•1018 Дж. Це становить 66,8% від загального запасу енер гії фітомаси. За офіційними даними (Державний лісовий кадастр України), в 2004 р. середній приріст деревини у розрахун- ку на 1 га становив 3,8 м3, а для лісів Ук- раїни в цілому — 37 млн м3, що еквівален- тно 0,333•1018 Дж, для фітомаси лісів — 0,71•1018 Дж. Стосовно загального запасу деревини цей показник є значно нижчим (2,1%) від теоретичного (3,8%). Поясню- ється це тим, що приріст деревини визна- чається не як абсолютна величина, а як різниця між власне приростом і вирубка- ми, які в 1990 р. становили 15,3 млн м3, а в 1998 р. — 10,3 млн м3 (в енергетичному ек- ві валенті це дорівнює 0,138—0,093•1018 Дж). За відсутності вирубок потенційний приріст наших лісів становив би 3,6% їх запасів. Це означає, що біомаса лісів оновлюється протягом 36 років, тобто інтенсивність ви- рубок є досить високою. І хоча вирубання деревостану слід вести після того, як він досяг 80 років, однак ліси вирубуються швидше, ніж стабілізуються лісові екосис- теми. Пояснюється це тим, що для розра- хунку лісосіки і періоду вирубок за основу беруть лише показники деревостану, макси- мальний приріст якого триває до 50 років, відтак знижується, а після 120 років припи- няється зовсім. При цьому не враховується, що лише в 60—70-річних лісах тільки фор- мується характерний мохово-трав’янисто- чагарничковий ярус, а онтогенетичний цикл окремих лісових видів триває 15—20 років, завершення якого означає перехід екосисте- ми у стабільний стан. Отже, деревостан по- чинають вирубувати у тому віці, коли лісова екосистема ще не стабілізувалася, і ми втра- чаємо майже 20% енергетичного запасу на- ших лісів від потенційно можливого. Принагідно зазначимо, що Г.Ф. Морозов [10] довів: вирубки слід проводити лише у тих лісах, яким не менше 120 років. Такої думки дотримується і Walter [11], що є еко- логічно обґрунтованим критерієм. Важливий компонент лісових екосистем, який забезпечує зв’язок рослинність—ґрунт і функціонування екосистем загалом, — це лісова підстилка. Вона включає листовий опад, відмерлий травостій, мертві частини гілок та ін. Біомаса підстилки залежить від типу та віку лісу, швидкості її розкладу (де- струкції). Максимальна її маса характерна для молодих лісів (25—40 років), а потім вона знижується. Кількість підстилки у хвойних лісах коливається від 10 до 35 т/га, у листяних — від 5 до 15 т/га [12]. Середні значення енергетичних показників еквіва- лентні для хвойних лісів — 36•106 Дж/м2, для листяних — 19•106 Дж/м2, що для від- повідних типів лісів України становить 1,44 та 2,47•1018 Дж, а сумарно — майже 4•1018 Дж. За даними Л.Є. Родіна та Н.І. Базилевич [12], підстилка у лісах перевищує приріст у 2—5 разів, оскільки вона розкладається повільно: від двох (листяні ліси) до семи ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2007, № 4 7 років (хвойні). Ці твердження збігаються з наведеними нами даними між показниками підстилки і приросту (4,0:0,83•1018 = 4,8 ра- за). З другого боку, швидкість розкладу підстилки характеризує швидкість круго- обігу речовин в екосистемі. Це відображає коефіцієнт рециркуляції (t=1:2—7=0,5— 0,14), тобто даний показник є досить низь- ким, що свідчить про повільні, врівнова- жені процеси кругообігу, а отже, високу стійкість лісових екосистем. Інтенсив- ність розкладу підстилки коливається від 0,23 вт/м2 у хвойних лісах до 0,30 вт/м2 — у листяних. Таким чином, формування лісових еко- систем спрямоване на акумуляцію енергії у фітомасі і саме фітоблок забезпечує ста- більність їх функціонування. Принципово іншим типом кругообігу ре- човин характеризуються трав’янисті еко- системи, що відіграють велику роль у трансформації та накопиченні енергії. Спе- цифіка їх функціонування — у високій ак- тивності, значному відчуженні наземної біомаси й акумуляції енергії у підземній частині (як у біомасі, так і в ґрунті). Це за- безпечується домінуванням злаковників (злаків, осок, ситників і т.д.), які мають ін- теркалярний ріст і в разі викошування чи випасання добре відростають, відновлюю- чи фітомасу таким чином, що цей приріст сумарно перевищує надземну фітомасу не- ушкоджених рослин [13]. В офіційних документах України угрупо- вання трав’яного типу мають загальну на- зву «сіножаті та пасовища», їхня площа становить 7,98 млн га (13,2% території де- ржави): сіножаті — приблизно 2,42 млн га, пасовища — 5,56 млн га [14]. Залежно від вологості та багатства ґрунтів вони досить різноманітні. Зокрема, в сухих умовах пів- дня Степової та Лісостепової зон на плако- рах панували степи, які тепер займають приблизно 1% території, у забезпечених во- логою умовах формуються луки. Особливістю структури степових угру- повань є те, що в них підземна біомаса пе- ревищує надземну в 2—10 разів, причому запаси надземної знижуються з півночі на південь від 5,7 до 1,6 т/га. Оскільки серед- ній показник надземної біомаси дорівнює 3,7 т/га, а підземна у середньому в 4—5 ра- зів перевищує надземну, то для розрахун- ків ми взяли усереднений показник 16 т/га. Таким чином, енергозапас надземної фіто- маси становить 6,66•106 Дж/м2, а фітома- си — 28,8•106 Дж/м2 [13]. Площа степів ся- гає майже 6,0 тис. км2, отже, їх енергетичні запаси дорівнюють 0,17•1018 Дж. Фітомаса у степах наростає, відмирає і швидко розкладається, що забезпечує інтен- сивний кругообіг речовин. Потенційний при- ріст енергії біомаси степів України досягав би 0,76•1018 Дж. Підстилка у степах стано- вить 36% усієї фітомаси [12, 13, 15], що еквіва лентно 0,063•1018 Дж. В умовах дефі- циту опадів, високого рН ґрунту (>7) під- стилка розкладається протягом 9—11 міся- ців, тому коефіцієнт рециркуляції досить високий (1:0,83=1,2): він у 2,5—8,5 раза пе- ревищує такий у лісах і свідчить про велику (0,4 вт/м2) потужність трансформації енергії. Луки, що, на відміну від степів, форму- ються за достатнього і навіть надмірного зволоження, потенційно мають вищу про- дуктивність надземної біомаси, ніж степи, проте з урахуванням підземної частини луч- них ці показники вирівнюються. Фітомаса сіножатей, як і в степах, становить 16 т/га, для пасовищ вона нижча — 13 т/га. Від- повідно середня енергоємність сінокосів дорівнює 28,88•106 Дж/м2, а пасовищ — 23,4•106 Дж/м2. Виходячи з пропорції сіно- жатей і пасовищ — 1:2 (за вилученням сте- пів), їхні енергетичні запаси в Україні сяга- ють 0,7•1018 Дж та 1,3•1018 Дж, що сумарно становить 2•1018 Дж. За літературними даними, приріст лучних угруповань порівняно високий — 150% над- земної біомаси, а підземна система онов- 8 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2007, № 4 люється на 40% [16]. Виходячи з цього, розраховуємо показники приросту від фіто- маси сінокосів, що в енергетичному екві ва- лент і дорівнює 19,44•106 Дж/м2, а для Ук- раїни в цілому — 1,4•1018 Дж. Для лучного типу угруповань середні запаси підстилки до рів нюють 6 т/га, що еквівалентно 10,8•106 Дж/м2, а для всіх луків — 0,78•1018 Дж. Під- стилка розкладається про тягом року (ко- ефіцієнт рециркуляції 1), по тужність транс- формації енергії — 0,32 Вт/м2, тобто ці по- казники нижчі, ніж у степах. Болота в Україні представлені трьома типами: оліго-, мезо- та евтрофні, з яких 90% площі займають останні, зокрема тра- в’я нисті, які мають високу біопродуктив- ність [17]. За даними М.С. Боч та В.В. Ма- зинга [18], евтрофні болота характеризу- ються запасами надземної фітомаси у 2,9— 5,25 т/га і таким самим річним приростом. На відміну від попередніх угруповань, тут підземна біомаса менша від надземної і ся- гає 60—70% останньої. Тоді питома енерго- ємність боліт становить 5,2—9,4•106Дж/м2, а виходячи з їхньої площі (1008,1 тис. га), — 0,024•1018 Дж [17]. Приріст фітомаси ев- трофних боліт у цілому можна прирівняти до наземної фітомаси, що в середньому ся- гає 4,1 т/га і є еквівалентним запасам енер- гії у 7,3•106 Дж/м2, а оліготрофних (0,8 т/ га) — 0,9•106 Дж, для України це станови- ло б 0,073•1018 Дж. Близькою величиною характеризується підстилка (7•106 Дж), яка розкладається досить повільно або зтор- фовується, що сумарно дорівнює 0,07•1018. Умовно середній період розкладу евтроф- них боліт триває 2—3 роки, тоді як в оліго- трофних за 6 років розкладається лише половина біомаси. Виходячи з цього, коефі- цієнт рециркуляції боліт є досить низь- ким: для евтрофних він становить 0,4, для оліготрофних — 0,08, а потужність транс- формації енергії, відповідно, 0,088; в олі го- тро ф них боліт вона у 40 разів нижча — 0,0023 вт/м2. Прісноводні екосистеми, площею 2 415 тис. га (4% території України), мають до- сить низьку енергоємність — 0,1•106 Дж/м2 [2], тому сумарний запас енергії у них дорівнює лише 0, 0024•1018 Дж, і цим по- казником можна знехтувати. Сільськогосподарські угіддя досить різ- номанітні, вони займають найбільшу пло- щу (40 млн га). Серед них значне місце посідають угруповання, що формуються на орних землях (324,8 тис. км2), їх відсо- ток — один із найвищих у Європі (56%). Залежно від географічного розташування енергозапаси фітомаси сільськогосподар- ських угідь коливаються по областях. Розрахувати їх енергозапаси досить склад- но, оскільки річна біомаса в агросистемах залежить як від вирощуваної культури, погодних умов, так і від площ, а вони що- року змінюються. Питома енергоємність агросистем аридної Сте пової зони дорів- нює 11,34•106 Дж/м2, а гумідної Лісосте- пової та Лісової — 13,43•106 Дж/м2 [19]. Енергетичні запаси агросистем для всі єї України, за нашими розрахунками, стано- вить 4,3•1018 Дж. Зрозуміло, що ці запаси фітомаси відповідають відносному річно- му приросту, який є набагато вищим, аніж у природних екосистемах [19]. Водночас майже вся біомаса забирається з агроекосистем, а до ґрунту потрапляє лише 10—20% із залишками стерні, коренів та бур’янів. Тому, в остаточному підсумку, цей показник еквівалентний 2,1•106 Дж/м2, а по Україні загалом — 0,86•1018. Причому відмерлі органічні залишки розкладаються досить швидко, в середньому за півроку. Отож коефіцієнт рециркуляції є достатньо високим (2,0), а потужність трансформації енергії — низькою (0,13 вт/м2). В агроценозах показники приросту і розкла- ду досить близькі, і вся енергія трансформує- ться, що спричинює енергетичне виснаження екосистем, хоча воно сягає певного рівня і за 25 ро ків встановлюється відносна рівновага. ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2007, № 4 9 Важливим компонентом екосистем є ґрунт, який характеризується високою енер- гетичною ємністю. За даними В.А. Ков ди [7], на земній кулі у ґрунті консервується приблизно стільки енергії, як у біомасі (502•1020 Дж). Енергоємність ґрунтів роз ра- ховується через уміст у них гумусу. Для ос- новних типів ґрунтів цей показник наведено у роботах О.К. Медведовського та П.І. Іван- ченка [20] та Ю.О. Тараріко [21]. Знаючи площі, які займають відповідні типи ґрунтів [22], ми розрахували їхню енергоємність, що коливається від 0,04•106 Дж/м2 для від- слонень, 0,5•106 — піщаних відкладів і со- лончаків до 3,77•106 Дж/м2 — найбагатших типових чорноземів. За нашими розрахунками, енергозапас ґрунтів під сільськогосподарськими угіддя- ми, які займають 70% території України, дорівнює 100•1018 Дж, а для ґрунтів Украї- ни в цілому — 140•1018 Дж — 0,3% від енер- гозапасу всіх ґрунтів планети. Разом з тим цей показник утричі вищий, аніж запаси біомаси. Це, з одного боку, свідчить про ви- няткову цінність, родючість наших ґрунтів, а з другого — про високий ступінь деграда- ції, порушеності біотичного блоку. Загалом енергозапаси фітомаси України становлять 33•1018 Дж, а разом із підстил- кою (5,77•1018 Дж)—38,7•1018 Дж. На ос- нові автотрофного блоку можна розрахува- ти показники гетеротрофного блоку. Вико- ристовуючи закон піраміди енергії Лемана, знайдемо сумарний показник енергозапасів біомаси — 43•1018 Дж. Для розрахунку потенційних енергоза- пасів екосистем України виходимо з того, що 40% її території могли б покривати ліси, оптимальні запаси фітомаси яких станов- лять 250 т/га, а 60% — трав’янисті угрупо- вання (луки та степи) із запасами 16 т/га. За такого співвідношення енергетичний по- тенціал біомаси дорівнював би 120•1018 Дж, тобто був би в 2,8 раза вищим від існу- ючого, що становить 65% енергозапасів ґрунту. Потенційний запас підстилки дорів- нював би 11•1018 Дж (удвічі вищий від ре- ального), а ґрунту — 190•1018 Дж, (на 20% вище реального). Разом потенційний енер- гозапас екосистем України міг би станови- ти 320•1018 Дж. (рисунок 1). Енергетичний ресурс є регулятором роз- витку людського суспільства, яке визначає ситуацію на планеті і розглядається М.А. Го - лубцем [23] як соціосфера. Цей ресурс охоплює два блоки: той, що забезпечує пря- мі потреби людини в харчуванні як біоло- гічної істоти — через трофічні ланцю ги; блок, який задовольняє потреби людини як суспільної істоти — через поліпшення ком- фортності її життєдіяльності, соціальних умов. Біотичні потреби прямо пропорційно залежать від чисельності населення плане- ти, яке невпинно зростає і сягло за 6 млрд, що потребує 27,5•1018 Дж енергії щорічно. Ці показники стрімко збільшуються. Населення України в 2005 р. становило 47,8 млн осіб, для свого харчування воно потребує 0,219•1018 Дж енергії на рік (це 2,1% від приросту біомаси). Оскільки лю- дина харчується як рослинною, так і тва- ринною їжею, то цей показник є достатньо високим. Наше населення споживає 2,2% енергії фітомаси агроекосистем і 0,5% — за- гальної фітомаси, тобто потреби в харчу- ванні є доволі незначними. Це лише 20% від того показника, який характеризує швид- кість відновлення енергетичних запасів фі- Рис. Порівняльна оцінка реальних (А) і потенційних (Б) запасів основних блоків екосистем України 10 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2007, № 4 томаси. Виходячи з цих розрахунків, нам справді не потрібні такі величезні площі сільгоспугідь, які до того ж використову- ються нерентабельно. Але перед тим, як їх скорочувати, слід враховувати не тільки потреби людини у харчах, а й умови забез- печення її комфорту, а також площі, необ- хідні для розвитку тваринництва. Соціальні потреби людини зростають у геометричній прогресії [24], їх задово- лення пов’язане з удосконаленням техніч- них засобів отримання нових, раніше не до- ступних форм енергії (спочатку нафта, ву- гілля, газ, потім — електрична, нині — атом- на, завтра — воднева енергетика). З цього погляду, враховуючи розумові здібності лю- дини, практично не обмежені, запаси енергії можуть бути невичерпними. Однак людство намагається використати для задоволення своїх соціальних потреб біологічні ресурси, запаси яких на планеті є стабільною вели- чиною і за такої інтенсивної експлуатації невпинно скорочуються. Споживацький під- хід людини до Природи неминуче призведе до виснаження біотичних енергоресурсів, а в остаточному підсумку — до катаклізмів. На жаль, ми надто мляво усвідомлюємо цю ситуацію і глибоко не замислюємося над тим, як живемо. Для порівняння наведемо такі офіційні дані. В 2004 р. Україна видобувала 20,36 млрд м3 газу, що еквівалентно 0,75•1018 Дж, 4,08 млн т нафти (0,188•1018 Дж), 54,68 млн т кам’яного вугілля (1,6•1018 Дж), 0,52 млн т бурого вугілля (0,006•1018 Дж). Сумарно це дорівнює 2,54•1018 Дж і забезпечує лише третину її потреб. В цілому Україна вико- ристовує 7,68•1018 Дж палива, а за розра- хунками енергетиків потреба в ньому тро- хи вища — 3 млн т у.п. (1 т умовного палива дорівнює 1 т кам’яного вугілля), що еквіва- лентно 8,79•1018 Дж, тобто у 40 разів пере- вищує біологічні потреби населення в хар- чуванні і щорічний приріст усієї біомаси України (7,45•1018 Дж). Таким чином, ми вже реально спалюємо вітчизняної й імпор- тованої енергії більше, ніж запасається її в екосистемах. Співвідношення палива краї- ни до енергоприросту її екосистем стано- вить 34%, а решта (66%) — імпортуємо. Постає запитання: а чи здатна Україна за- безпечити такі великі потреби в паливі за рахунок власних ресурсів? Зокрема, для задоволення цих потреб як один із варіантів пропонується використо- вувати біопаливо. Концепція відповідної програми формується у НАН України. На наш погляд, виробництво біопали- ва — це тимчасовий і вимушений захід на найближчі десятиліття, допоки не будуть знайдені інші види енергії. Адже біопали- во передбачає використання енергетичних біотичних ресурсів для задоволення не прямих біологічних, а соціальних потреб людей у комфортності. Але як тимчасовий захід він перспективний. Для цього пере- дусім потрібно оцінити існуючі біоенерге- тичні ресурси як джерела біопалива, різні їх форми. Сьогодні розглядається кілька варіантів отримання біопалива, однак це потребує окремої статті. Один із можливих варіантів виробниц- тва біопалива — культивування швидко- рослих дерев (тополя, верба тощо) у комп- лексі різних порід на тих територіях, які виведені з сільськогосподарського вжитку, що призведе до скорочення їхніх площ. Па- ралельно можна було б зменшити масшта- би вирубання лісів і завдяки штучним на- садженням створити екокоридори між ок- ремими ізольованими лісовими масивами, тобто розв’язати екологічну проблему. Джерелом отримання біопалива є також підстилка хвойних лісів. Її потужність ся- гає до 20 т/га, а тривалий період розкладу (до 5 років) дає змогу раз на три роки від- бирати верхній шар із штучних насаджень віком до 70 років, що не порушує функціо- нування екосистем. ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2007, № 4 11 В Україні лісове господарство ведеться на природних насадженнях, внаслідок чого їхня структура погіршилася, корінні дере- востани замінилися на похідні, що мають порослеве походження. У природні ліси на- магаються підсаджувати інтродуковані по- роди — дуб червоний, сосну Банкса, каш- тан їстівний, а це спричинює не лише біо- тичне забур’янення, а й формування такого типу екосистем, які не властиві нашій при- роді. У моновидових насадженнях дуба чер- воного, сосни Банкса практично відсутній трав’яний покрив, що свідчить про непов- ночленність екосистем. І, як наслідок, — порушення кругообігу речовин, трансфор- мації енергії, процесів ґрунтотворення. Сьогодні лісове господарство потребує ви- користання новітніх технологій, створен ня відповідних штучних культур замість ни- щівної експлуатації природних ресур сів. * * * Таким чином, за потоками енергії стоять складні процеси, які відбуваються у при- роді і забезпечують рух усіх речовин, фун- кціонування й еволюцію екосистем, влас- не, життя на нашій планеті. Енергетичні показники є мірилом нашого ставлення до Природи, ефективності господарювання. Сьогодні потужний антропогенний вплив на довкілля призводить до зниження енергозапасів у природних еко системах. На основі науково обґрунтованої оцінки енергоресурсів мають розроблятися ме- ханізми забезпечення сталого розвитку суспіль ства. 1. Пригожин И. От существующего к воз ни ка ю- щему. — М.: Наука, 1985. — 327 с. 2. Одум Ю. Основы экологии. — М.: Мир, 1975. — 740 с. 3. Программа и методика биогеоценологических исследований. — М.: Наука, 1974. — 402 с. 4. Дювиньо П., Танг М. Биосфера и место в ней человека. — М.: Прогресс, 1973. — 267 с. 5. Реймерс Н.Ф. Экология (теория, законы, правила, принципы и гипотезы). — М.: Россия молодая, 1994. — 366 с. 6. Дідух Я.П. Теоретичні підходи до створення класифікації екосистем // Укр. фітоценот. збірн. Сер. С. Фітоекологія. — 2005 б. — Вип. 23. — С. 3—15. 7. Ковда В.А. Почвоведение и продуктивность биосферы // Вестн. АН СССР. — 1970. — Вып. 6. — С. 83—90. 8. Базилевич Н.И., Родин Л.Е., Розов Н.Н. Гео гра- фические аспекты изучения биологической продуктивности. — Л., Наука, 1970. — 28 с. 9. Lieth H., Whittaker R.H (eds.) Primary Produkti- vity of the Boisphere. — N.-Y.: Springer Verlag, 1975. — 340 p. 10. Морозов Г.Ф. Учение о лесе. — М.—Л.: Гос из- дательство, 1928. — 368 с. 11. Walter H. Die Vegetation der Erde in öko-physiolo- gischer Betrachtung. Bd. II Die gemasigen und ark- tischen Zonen. — VEB Gustav Fischer Verlag, Jena, 1968. — 1001 s. 12. Родин Л.Е., Базилевич Л.Н. Динамика органического вещества и биологической продуктивности в основных типах растительности. — М.—Л.: Наука, 1965. — 253 с. 13. Дідух Я.П. Еколого-енергетичні аспекти у спів- відношенні лісових і степових екосистем // Укр. ботан. журн. — 2005 а. — 62, № 4. — С. 455—467. 14. Національна доповідь про стан нав ко лиш- нього природного середовища в Ук раїні. — К., 2004. — 227 с. 15. Лавренко Е.М., Карамышева З.В., Никулина Р.Н. Степи Евразии. — Л.: Наука, 1991. — 145 с. 16. Продуктивность луговых сообществ. — Л.: Наука, 1978. — 287 с. 17. Торфово-болотний фонд УРСР, його районування та використання. — К.: Наук. думка, 1973. — 263 с. 18. Боч М.С., Мазинг В.В. Экосистемы болот СССР. — Л.: Наука, 1979. — 187 с. 19. Титлянова А.А., Тихомиров Н.А., Шатохи на Н.Г. Продукционный процесс в агро це нозах. — Новосибирск: Наука, 1982. — 185 с. 20. Медведовський О.К., Іванченко П.І. Енер ге- тич ний аналіз інтенсивних технологій в сіль- ськогосподарському виробництві. — К.: Урожай, 1988. — 120 с. 21. Тараріко Ю.О. Формування сталих агросистем: теорія і практика. — К.: Аграрна наука, 2005. — 506 с. 22. Агрохимическая характеристика почв СССР. Украинская ССР. — М.: Наука, 1973. — 343 с. 23. Голубець М.А. Від біосфери до соціосфери. — Львів: Поллі, 1997. — 251 с. 24. Шеляг-Сосонко Ю.Р., Дідух Я.П. Екологічний ім ператив сталого розвитку України // Наук. доп. НаУКМА. — Спецвипуск. — 2002. — Ч. ІІ. — Т. 20. — С. 460—464. 12 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2007, № 4 Я. Дідух ЕНЕРГЕТИЧНІ ПРОБЛЕМИ ЕКОСИСТЕМ І ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СТАЛОГО РОЗВИТКУ УКРАЇНИ Р е з ю м е Вперше розраховано енергетичні показники різних типів екосистем у межах України, проведено їх порів- няння. Оцінено ступінь енергетичних витрат фіто- маси, підстилки, ґрунту під впливом антропогенного чинника. Водночас показано, що соціальні потреби суспільства лише у паливі у 40 разів перевищують біологічні потреби населення в харчуванні і є вищи- ми, ніж щорічна акумуляція енергії у біомасі. А це потребує кардинальної зміни енергетичної політики держави. Ya. Didukh ENERGY PROBLEMS OF ECOSYSTEMS AND PROVISION OF STEADY DEVELOPMENT OF UKRAINE S u m m a r y The energy parameters of different ecosystem types in Ukraine are calculated for the first time, and parameters comparison is presented. The level of energy consumption of phytomas, substrate, soil under man-made influence is evaluated. At the same time it’s demonstrated that society social needs for fuel exceed biological population needs for food by 40 times and are higher than annual energy ac- cumulation by biomass. So it requires cardinal changes of the state energy policy. Що буде, коли вичерпаються запаси нафти, вугілля й газу? Сьогодні фахівці прогнозують: у недалекому майбутньому традиційні види палива може замі- нити екологічно чистий і невичерпний водень. Тож для багатьох країн світу до- слідження з водневої енергетики стають пріоритетними напрямами розвитку науки. Вони забезпечуються фінансуванням як з боку держави, так і бізнесових структур. Зрозуміло, що основна мета розробки водневих технологій — знижен- ня залежності від традиційних енергоносіїв, а головне — зменшення токсичних викидів в атмосферу від спалювання вуглеводнів. Розробки в цьому напрямі ведуть і вітчизняні науковці, однак вони не від- чувають необхідної фінансової підтримки держави. © КОВТУН Григорій Олександрович. Член-кореспондент НАН України. Заступник директора Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України. ПОЛУНКІН Євген Васильович. Кандидат хімічних наук. Старший науковий співробітник того ж інститу- ту (Київ). 2007. Г. КОВТУН, Є. ПОЛУНКІН ПЕРСПЕКТИВИ ВОДНЕВОЇ ЕНЕРГЕТИКИ Негативні екологічні наслідки вико- ристання нафтових палив уже помітні у великих промислових центрах, насампе- ред «завдячуючи» транспорту [1]. Так, у місті з населенням приблизно 1 млн меш- канців на частку автотранспорту припадає майже 70% від сумарної кількості (кілька сотень тонн на добу) екологічно шкідли- вих, у тому числі токсичних викидів. По- ширені прогнози стверджують, що до 2030 року на планеті кількість автомобілів под- воїться і сягне 1,6 млрд (нині — 800 млн). Тож перехід на використання водню як мо- торного палива на транспорті — принадне завдання. Незаперечні переваги нового па- лива, по-перше, у тому, що при будь-якому

Енергетичні проблеми екосистем і забезпечення сталого розвитку України

Institution

Ähnliche Einträge