Биотехнологический потенциал культуры мискантус в лесной отрасли

Биотехнологический потенциал технической культуры мискантус в лесной отрасли Российской Федерации — от новых методов защиты и воспроизводства лесов до экономически эффективного замещения дефицитного целлюлозного сырья

Мискантус — род многолетних травянистых растений семейства мятликовых. Мискантус является близким родственником сахарного тростника, но имеет низкую концентрацию сахарозы в стеблях. Это растение, учитывая его высокую производительность по сухой биомассе, рассматривают как важный ежегодный многолетний источник — целлюлозы (около 44%), лигнина (17%), гемицеллюлозы (24%).

Экономически ценным сырьем мискантус также делает то, что на время уборки биомассы он имеет низкие показатели влажности (от 10% до 18%) и содержания свободного сахара и азота.

Выявленная в ходе многолетних исследований перспективность мискантуса, как нового источника целлюлозы, подтолкнула ученых Института Цитологии и Генетики СО РАН вывести и внести в 2012 году в Государственный реестр селекционных достижений первый в России сорт мискантуса — «Сорановский». Еще один сорт мискантуса под названием «Камис» внесен 30.11.2017 в Государственный Реестр селекционных достижений от имени ФГБНУ «Калужский НИИСХ». При этом следует указать на тот факт, что мискантус сорта «Сорановский» более приспособлен к суровым условиям произрастания в наиболее лесных регионах Российской Федерации относительно сорта «Камис», который является «более европейским».

В настоящее время в мире, в условиях увеличения дефицита древесины для нужд человека, происходит увеличение площадей культивирования мискантуса и разработка новых технологий для переработки его биомассы.

Целлюлоза растительной биомассы мискантуса представляет собой практически неисчерпаемый источник возобновляемого сырья, скорость роста которого в десятки раз превышает скорость роста традиционного для Российской Федерации источника сырья для лесохимической промышленности — древесины.

При сравнении среднегодового прироста биомассы на плантации мискантуса и в лесах Iа бонитета нетрудно видеть, что прирост биомассы у мискантуса существенно превышает прирост биомассы основных лесопромышленных пород лесов России. Например, в лесах бонитета Iа прирост биомассы сосны составляет 3,6 тонн/гектар, берёзы — 3,4, осины — 2,7, в то время как прирост биомассы мискантуса сорта «Сорановский» составляет 9,3 тонны/гектар.

Накопление биомассы мискантуса начинается со второго года после высадки и для создания многолетней устойчивой плантации, срок эксплуатации которой составит 15-25 лет, требуется 2-3 года, в зависимости от условий местности. Высокой производительности — до 20 т/га и более сухой биомассы в год можно получить уже на третий год выращивания культуры.

Таким образом, мискантус является перспективным недревесным ресурсом с новыми направлениями его использования в лесной отрасли Российской Федерации:

1. Как дополнительный источник высококачественной целлюлозы для сохранения биологического разнообразия и малонарушенных лесных территорий.

2. Как новый способ биологической и даже механической рекультивации лесных земель после геологического изучения, добычи полезных ископаемых, прокладки линейных объектов и т.д.

3. Как основа перспективного, экономически выгодного метода комплексного противопожарного обустройства лесов, способный не только к выполнению задач по снижению природной пожарной опасности, но и как дополнительный источник доходов для лесного хозяйства в тех мероприятиях, которые ранее приносили только расходы.

Мискантус как дополнительный источник целлюлозы

Несмотря на то, что Россия обладает примерно 20,1% площади мировых лесов и 1/4 запасов мировых запасов древесины, основной проблемой лесного сектора России является нехватка древесного сырья как для действующих предприятий и для планируемых амбициозных инвестиционных проектов.

Это обусловлено тем, что леса, прилегающие к центрам переработки, истощены в результате исчерпавшей себя еще в советское время устаревшей (экстенсивной) системой ведения лесного хозяйства (что частично объясняется отсутствием стимулов для долгосрочных инвестиций в улучшение качества лесного фонда и несовершенством нормативно-правовой базы), лесных пожаров и незаконных рубок.

Истощенность наиболее продуктивных и транспортно доступных лесов приводит к тому, что лесоперерабатывающие предприятия, особенно осуществляющие химическую переработку древесины, с каждым годом вынуждены работать во все менее продуктивных и привлекательных с экономической точки зрения лесах, вывозить древесину из все более отдаленных и неудобных территорий. Это приводит к постоянному удорожанию лесной продукции и как следствие тормозит развитие лесного сектора страны.

Иллюзия лесного изобилия позволяет включать в государственные программы развития лесного сектора целевые показатели, не соответствующие реальному положению дел, задающие ложные цели развития и приводящие к неэффективному расходованию средств на их реализацию.

Вследствие дефицита сырья в настоящее время крупные целлюлозно-бумажные предприятия вынуждены активно вовлекать в лесопользование малонарушенные лесные территории, которые характеризуются высокой стоимостью строительства в них дорог. При этом эффективность развития там инфраструктуры в целом низка — после исчерпания в этих отдаленных и безлюдных территориях лесного ресурса дороги становятся не нужны, фактически это одноразовые инвестиции.

Вместе с тем, малонарушенные лесные территории выполняют важные функции предотвращения эскалации климатических изменений и сохранения биоразнообразия. Кроме того, дефицит сырья все чаще приводит к тому, что компании вынуждены обращаться к ресурсам защитных лесов, где под предлогом санитарных рубок часто ведутся обычные коммерческие рубки; территории проектируемых ООПТ и защитных лесов часто сдаются лесозаготовительным предприятиям в аренду, в том числе, под реализацию приоритетных инвестиционных проектов.

Учитывая вышеизложенное, важно отметить одно из основных перспективных направлений использования мискантуса в лесной отрасли Российской Федерации — сохранение лесов, в частности, малонарушенных лесных территорий, предотвращение эскалации климатических изменений и сохранения биоразнообразия путём частичного замещения/дополнения в промышленном производстве целлюлозы древесной на недревесную целлюлозу мискантуса.

Для создания плантаций по интенсивному выращиванию многолетних недревесных технических культур типа мискантуса сорта «Сорановский», представляющих интерес для производства целлюлозы, в т.ч. ХТММ и химической (растворимой) целлюлозы, а также высококачественных топливных пеллет, также могут использоваться заросшие лесом сельскохозяйственные земли и земли «иных категорий», в том числе при сохранении частной собственности на эти земли. Значение этих плантаций для ликвидации дефицита или замещения древесной целлюлозы, в качестве потенциального источника энергетического сырья, внедрения методов интенсивного выращивания трудно переоценить.

Из-за кризиса лесообеспечения, провалена реализация Основ государственной политики в области использования, охраны, защиты и воспроизводства лесов в Российской Федерации на период до 2030 года в части создания Национального лесного наследия — фонда лесов, не подлежащих хозяйственному освоению. С момента принятия Основ ...в 2013 г. за 5 лет не появилось ни одного объекта Национального лесного наследия, несмотря на многочисленные предложения.

Малонарушенные лесные территории и ценные леса по факту остаются главным и наиболее перспективным источником древесины для большинства крупных компаний и даже частичный вывод их из лесопользования видится для них угрозой. Также реализация «Основ» провалена в части создания и реализации плана действий по адаптации лесного хозяйства к климатическим изменениям.

Как показывают переговоры по правилам реализации Парижского соглашения, очень важный момент — критерии соответствия таких проектов принципам устойчивого развития. Поэтому проекты, имеющие большую ценность для достижения сразу нескольких глобальных целей устойчивого развития, будут приоритетны.

Сохранение биоразнообразия, в частности, в виде проектов по сохранению малонарушенных лесных территорий или реализации принципов Национального лесного наследия — наиболее вероятные претенденты на успех и получение масштабного международного финансирования в рамках Парижского соглашения.

Целесообразно, чтобы такие проекты имели три составляющие:

• сохранение малонарушенных лесных территорий;
• интенсивное ведение хозяйства во вторичных лесах, о чем в нашей стране уже давно ведутся дискуссии;
• использование недревесного сырья в лесной отрасли, что является инновационным предложением для Стратегии развития лесной отрасли Российской Федерации.

Конечно, эта международная возможность появится лишь в 2021 — 2023 годах, так как сама договоренность заработает только с 2020 года. Однако это совершенно реальный путь к достижению целей России по данному соглашению.

Древесина, полученная в результате устойчивого интенсивного лесопользования, и продукты из нее, благодаря сопряжению с сохранением наиболее экологически ценных лесов и частичное замещение/дополнение древесной целлюлозы недревесной целлюлозой мискантуса сорта «Сорановский» смогут нести «зеленый знак» проекта Парижского соглашения, что потенциально повысит их конкурентоспособность как экспортного товара в климатически чувствительные страны. Раньше к таким относили только Европу, но сейчас это и ведущие государства Азии. К моменту запуска Механизма устойчивого развития «зеленый» характер продукции станет типичным требованием импортеров, также как ранее это произошло с добровольной лесной сертификацией.

Мискантус как новый способ биологической рекультивации лесных земель

Рекультивация лесных земель, нарушенных входе выполнения работ по геологическому изучению недр, добычи полезных ископаемых, строительства линейных объектов и прочих видов хозяйственной деятельности человека на лесных территориях, приводящей к полному или частичному уничтожению природного биоценоза, и/или к полной или частичной утрате продуктивности лесных земель, является составной частью мероприятий по воспроизводству лесов, охране природы от негативного воздействия хозяйственной деятельности человека и поэтому имеет большое социальное, экономическое и экологическое значение.

Рекультивация лесных земель предполагает несколько этапов работ:

• технический этап, включающий работы, направленные на подготовку земель для последующего целевого использования, и осуществляемый на всей территории участка, нуждающегося в рекультивации;
• биологический этап рекультивации, являющийся завершающим этапом рекультивации лесных земель, выполняемый после полного завершения технического этапа и не менее важный этап, чем технический..

При планировании биологической рекультивации учитываются требования к рекультивации земель по направлению их использования. Выбор направления, в первую очередь, обусловлен возможностью максимальной экологической реабилитации территории с точки зрения восстановления лесопродуктивных площадей и создания благоприятного ландшафта поверхности.

Целью биологической рекультивации лесных земель являются — предупреждение или ликвидация криогенных процессов, закрепление поверхностных песчаных грунтов и насыпей от ветровой и водной эрозии, восстановление плодородного слоя почвы, восстановление природных ландшафтов. Восстановление растительного покрова в ходе биологической рекультивации является завершающим этапом проведения противоэрозионных мероприятий на участках, нарушенных в результате техногенного воздействия.

Ключевым звеном в решении задач биологической рекультивации является подбор растений—рекультивантов, способных в короткие сроки формировать на восстанавливаемых участках сомкнутые, эрозионно-устойчивые растительные сообщества.

Лесная растительность в различных условиях произрастания по-разному реагирует на вмешательство человека в лесные экосистемы. Чем беднее и суше почва, тем медленнее восстанавливается растительный покров на нарушенных площадях. На участках с сильными нарушениями эти процессы восстановления замедлены. В этих неблагоприятных условиях оптимальным способом биологической рекультивации лесных земель могут стать посадки мискантуса сорта «Сорановский».

Указанная многолетняя техническая культура нетребовательна к качеству почвы, поэтому ее можно выращивать на малопродуктивных деградированных землях, на полях с уклоном до 7 °, с кислотностью почвы рН 5,5-7,5.

Мискантус сорта «Сорановский» хорошо адаптирован к неблагоприятным условиям выращивания, в частности к культивированию его на бедных уплотненных почвах. Хорошо развитая корневая система растения пригодна к росту на различных типах почв — от песков с низким уровнем грунтовых вод к почвам с высоким содержанием органического вещества.

Мискантус сорта «Сорановский» имеет высокую засухо- и морозостойкость. У него низкая потребность в питательных веществах.

Кроме биологической рекультивации лесных земель, мискантус сорта «Сорановский», вследствие развитой корневой системы, неприхотливости и скорости роста, также может выполнить и одну из важных операций технического этапа рекультивации — предотвращение грунтовых эрозионных процессов. Кроме того, мискантус сорта «Сорановский» имеет важное свойство понижать уровень радиационного загрязнения почвы без существенного накопления радиации в самом растении.

Если конечным этапом восстановления нарушенных лесных земель является восстановление лесной растительности, мискантус сорта «Сорановский» может выступить первым (относительно кратковременным) этапом лесовосстановительных мероприятий, в т.ч. как сидерат, способный за небольшой промежуток времени, восстановить продуктивность почв, и как «доминантный угнетатель» других видов травяной растительности, способный «зачистить» рекультивируемую территорию, т.к. практически не имеет конкурентов среди многолетних, а тем более однолетних трав.

После завершения конечного срока использования насаждений мискантуса сорта «Сорановский» в целях восстановления продуктивности почв и очистки от сорной растительности, проводится очистка рекультивированного участка лесных земель от корневищ мискантуса — либо механическими орудиями (выкопка), либо путем внесения гербицидов сплошного действия (например, глифосата) во время вегетации, после чего можно провести стандартные операции по обработке почвы: дискование, вспашку и тому подобное. Листья мискантуса, которые опали за зимний период, можно использовать как мульчу или как органическое удобрение.

Традиционный метод рекультивации лесных земель	Рекультивация лесных земель с использованием мискантуса
Подготовка земель (технический этап рекультивации): грубая и чистая планировка поверхности; очистка рекультивируемой поверхности от мусора, временных сооружений и т.д.; строительство подъездных путей к рекультивированным участкам, устройство въездов и дорог на них с учетом прохода сельскохозяйственной, лесохозяйственной и другой техники; создание и улучшение структуры рекультивационного слоя, мелиорация токсичных пород и загрязненных почв, если невозможна их засыпка слоем потенциально плодородных пород; покрытие поверхности потенциально плодородными и (или) плодородными слоями почвы; противоэрозионная организация территории.	Подготовка земель (технический этап рекультивации): грубая и чистая планировка поверхности; очистка рекультивируемой поверхности от мусора, временных сооружений и т.д.; строительство подъездных путей к рекультивированным участкам, устройство въездов и дорог на них с учетом прохода сельскохозяйственной, лесохозяйственной и другой техники
Биологический этап рекультивации: агротехника и посадка (посев) трав или травосмесей или создание моно лесных культур или смешанных лесных культур.	Биологический этап рекультивации: агротехника и посадка мискантуса как культуры, восстанавливающий продуктивность почв, снижающей загрязнение почв и повышающей противоэрозийную стойкость почв; создание моно лесных культур или смешанных лесных культур
Инвестиционные затраты — зависят от условий местности, характера загрязнений и прочих факторов.	Инвестиционые затраты — 75 % от аналогичных без применения мискантуса, за счёт снижения мероприятий рекультивации или их объединения.
Возможность получения доходов — отсутствует.	Возможность регулярного ежегодного получения доходов имеется: экономически эффективное производство биотоплива (биомасса мискантуса на выходе имеет влажность около 14%), экономически эффективное производство целлюлозы (выход сухой биомассы мискантуса сорта «Сорановский» составляет более 9 тонн с 1 га, начиная со 2 года посадки) производство биоразлагаемых изделий из целлюлозы мискантуса (одноразовая посуда, упаковка и др.)

Мискантус как один из методов комплексного противопожарного обустройства лесов

Охране лесов от пожаров является одним из приоритетных направлений деятельности лесного хозяйства не только России, но и всей планеты. В последние годы мы видим катастрофические лесные пожары в разных уголках планеты, обусловленные негативным воздействием человеческого фактора, а так же изменяющимися природно-климатическими условиями окружающей среды. Бездумная хозяйственная деятельность человека его безответственное отношение к лесам приводят к катастрофическому «обезлесиванию» поверхности земли, что усугубляет и без того негативные природно-климатические изменения на планете, в том числе и на территории Российской Федерации. В последние годы государство предпринимает значительные усилия и расходует огромное количество средств и ресурсов на тушение лесных пожаров. Которые, в ряде случаев, являются следствием недостаточных мер противопожарного обустройства лесов.

Охрана лесов от пожаров является сложной системой мероприятий, включающих 3 основных блока:

• предупреждение лесных пожаров,
• ликвидация лесных пожаров,
• послепожарная реабилитация лесов.

И все слагаемые этой системы требуют значительных материальных, технических и трудовых ресурсов для их выполнения и не приносят доходов бюджетной системе Российской Федерации. Исключением могут служить санитарные рубки древесины, поврежденной пожарами того или иного типа, но это исключение является достаточно условным, т.к. требует успешного решения ряда задач и наличия благоприятных условий для их выполнения.

Для получения какого-либо дохода от реализации древесины, поврежденной пожарами необходимо кроме своевременного лесопатологического обследования, оформления соответствующих документов, внесения изменений в лесохозяйственную документацию, наличие инфраструктурных возможностей, т.е. путей вывоза «условно товарной» древесины, поврежденной пожарами.

Большое количество пожаров происходит по вине человека, но в местах где отсутствует развитая сеть лесных и лесохозяйственных дорог. Человек современного мира очень мобилен, вооружен высокомобильной, проходимой сухопутной и водномоторной техникой, способной передвигаться вне существующей лесной дорожной сети и по малым рекам. В таких местах послепожарная реабилитация лесов либо не возможна, либо требует много ресурсов.

Наименее затратным блоком противопожарным обустройством лесов следует считать противопожарное обустройство лесов. Своевременное и качественное выполнение противопожарного обустройства лесов может значительно снизить риск возникновение лесных пожаров или минимизировать ущерб от лесных пожаров. Но и эти мероприятия не имеют «доходной составляющей», а только расходную.

К объектам противопожарного обустройства лесов относится несколько видов мероприятий и объектов, в том числе, искусственные и естественные противопожарные барьеры, включающие противопожарные заслоны, противопожарные разрывы, минерализованные полосы, канавы, просеки и пожароустойчивые опушки.

Противопожарные заслоны создают с целью сохранения от рубки значительных площадей участков леса и снижения пожароопасности лесов, минимизации угрозы верховых пожаров лесным массивам, населенным пунктам и объектам инфраструктуры. Противопожарный заслон представляет собой сложный, комбинированный противопожарный барьер, состоящий из противопожарного разрыва и полос леса по обеим его сторонам, очищенных от горючих материалов и расчлененных сетью минерализованных полос.

Пожароустойчивые опушки представляют собой полосы лиственных и смешанных древостоев пожароустойчивых пород деревьев и/или кустарников, окружающих более пожароопасные массивы хвойных лесов, а также полосы, расположенные вокруг населенных пунктов, граничащих с лесом.

Пожароустойчивые опушки из лиственных пород деревьев или с преобладанием лиственных пород могут создаваться путем рубок ухода за лесом, посадки лесных культур или реконструкции насаждений.
Ширина противопожарных опушек должна составлять 150–300 м в зависимости от лесорастительных условий и степени пожарной опасности участка.

Одним из «недостатков» применения лиственных древостоев для создания «искусственных» пожароустойчивых опушек или заполнения площадей между минерализованными полосами в противопожарных заслонах является факт вынужденного выведения такого древостоя из экономического оборота у хозяйствующего субъекта, будь он частный или государственный.

Лиственный древостой на таких площадях не дает «урожай», интересный для промышленной переработки.

Такой «недостаток» комбинированных мер противопожарного обустройства лесов можно преодолеть, если вместо лиственных древостоев в качестве наполнителя использовать многолетние технические культуры, обладающие достаточной влажностью и устойчивые к возгоранию в сезонные пожароопасные временные периоды, не требующие каких-либо существенных затрат в процессе произрастания, и, одновременно, дающие ежегодный «урожай» недревесного сырья, интересного для промышленной переработки, например, в целлюлозу и/или топливные пеллеты.

В качестве одной из таких культур можно предлагается использовать мискантус сорта «Сорановский».

В течение наиболее пожароопасных для российских лесов сезонных периодов, а их в нашей стране имеется два, ярко выраженных, — в апреле-мае (весенний) и в июле-августе (летний), мискантус сорта «Сорановский» обладает достаточной влажностью и устойчив к возгоранию в также как и лиственные породы.

Пожаропасен мискантус может быть только в поздне-осенний и ранне-весенний период, как и любая напочвенная растительность лесного биоценоза, а так же листва лиственных насаждений.

В то же время ежегодный урожай надземной части мискантуса имеет существенную хозяйственную ценность в качестве сырья для производства целлюлозы всех видов, а также энергетических пеллет, и совсем несложную технологию уборки этого урожая, которую начинают поздней осенью и завершают по снегу.

Таким образом, по окончании пожароопасного периода работники лесохозяйственных организаций, арендаторы лесных земель и прочие лесопользователи могут выполнять работы по уборке мискантуса, организации безопасного хранения его биомассы в тюках на сырьевых складах и последующей реализации в целях дальнейшей химической переработки, производства топливных пеллет или просто как сухую биомассу в качестве топлива для котельных.

Реализация указанных мероприятий по комбинированному противопожарному обустройству лесов с использованием многолетних посадок мискантуса позволяет задействовать в непожароопасный («непрофильный») сезонный период работников и технику противопожарных формирований, а также получать существенные «доходы» там, где ранее были одни «расходы» средств бюджетов различных уровней государственной системы лесоуправления Российской Федерации.

Следует отметить, что являясь «экономически эффективным наполнителем» противопожарных заслонов и пожароустойчивых опушек леса мискантус сорта Сорановский" в силу своих свойств доминантного размножения, будет препятствовать зарастанию площадей пожароопасными хвойными молодняками и травянистой растительностью, не имеющей хозяйственной ценности по совокупности своих характеристик, как доминантный вид растительности.

При этом, распространение за пределы специально обустроенных мест произрастания мискантуса сорта «Сорановский» практически исключено, ибо в климатических условиях российских лесов размножается только вегетативно, поскольку семена мискантуса сорта «Сорановский» у нас не вызревают, а мерами предотвращения распространения его за пределами плантаций является механическая обработка почвы, а именно, ежегодное обновление сети минерализованных полос. Такое мероприятие является обязательным условием выполнения противопожарного обустройства, и будет являться способом сохранения плантации мискантуса сорта «Сорановский» в предусмотренных для этого границах.

Традиционный метод планирования и проектирования комплексного противопожарного обустройства лесов (разрывов, барьеров, пожароустойчивых опушек)	Планирование и проектирования комплексного противопожарного обустройства лесов (разрывов, барьеров, пожароустойчивых опушек) с применением культуры мискантус
Выполнение комплекса противопожарного обустройства лесов: разрубка просек, разрывов, строительство дорог; создание сети минерализованных полос; расчистка участка от горючих материалов	Выполнение комплекса противопожарного обустройства лесов: разрубка просек, разрывов, строительство дорог; создание сети минерализованных полос; агротехнические работы по подготовке почвы под мискантус; посадка мискантуса (плантация работоспособна 20 лет)
Содержание комплекса противопожарного обустройства лесов: ежегодное обновление сети минерализованных полос; ежегодная очистка участка от сухих горючих материалов перед началом и в течение пожароопасного периода.	Содержание комплекса противопожарного обустройства лесов: ежегодное обновление сети минерализованных полос; ежегодная уборка сухой биомассы мискантуса в непожароопасный период (поздняя осень, ранняя весна)
Инвестиционные затраты — зависят от природной пожарной опасности лесов, объемов работ и т .д. Ежегодные расходы на содержание противопожарных разрывов	Инвестиционные затраты — зависят от природной пожарной опасности лесов, объемов работ и т .д. Затраты на агротехнические работы один раз в 20 лет: подготовка почвы — 13 000 руб./га, посадка мискантуса — 7000 руб./га, включая стоимость посадочного материала Ежегодные расходы на уборку мискантуса, начиная со 2-го года посадки Ежегодные расходы на содержание минерализованных полос, препятствующих распространению мискантуса за пределы противопожарной полосы
Возможность получения доходов — полностью отсутствует	Возможность регулярного ежегодного получения доходов имеется: экономически эффективное производство биотоплива (биомасса мискантуса на выходе имеет влажность около 14%), экономически эффективное производство целлюлозы (выход сухой биомассы мискантуса сорта «Сорановский» составляет более 9 тонн с 1 га, начиная со 2 года посадки) производство биоразлагаемых изделий из целлюлозы мискантуса (одноразовая посуда, упаковка и др.)

Таким образом, техническая культура мискантус является основой перспективного, экономически эффективного метода комплексного противопожарного обустройства лесов, позволяющего не только выполнить задачу по снижению природной пожарной опасности в лесах, но и создающего дополнительный регулярный ежегодный источник доходов для лесного хозяйства в тех обязательных мероприятиях, которые ранее приносили только расходы.