Плотность опавшей листвы

По народным приметам 2 октября деревья начинают активно сбрасывать листву. Не случайно в древности октябрь на Руси называли Листопадом.

Считается, что первыми еще в августе листву сбрасывают липы. Уже через пару недель к ним присоединяются березы и осины, а затем и рябины. К концу сентября листопад завершается у вяза и черемухи, а к началу октября – у плакучей ивы. Самые стойкие деревья – клен и орех, отдельные листья на них держатся до середины октября.

Листопад – биологический процесс, который позволяет деревьям экономить ценные вещества, а за счет этого подготовиться к зиме, пережить холода и восстановиться весной.

Но что для деревьев хорошо, для людей – головная боль. За один сезон в каждом районе Москвы собирают несколько тонн «растительных отходов». Например, «Жилищник района Солнцево» осенью 2019 вывез 8960 кубометров или 2,6 тонны опавших листьев. Общая же сумма расходов столицы на утилизацию листьев в 2019 году приблизилась к миллиарду рублей.

Между тем, экологи утверждают: тратить деньги на уборку листьев – бессмысленно. Чиновникам стоит пересмотреть подходы работы и научиться зарабатывать на листопадах.

 

Правила листопада

По случаю начала активного листопада власти Москвы опубликовали правила уборки опавших листьев. 

Листья не убирают:

• На газонах в парках, которые относятся к особо охраняемым природным территориям. Они защищают корни деревьев от заморозков и удобряют почву.

• Стадионы, детские площадки и дорожки даже в парках должны очищаться от листвы.

 Листья убирают:

• Во дворах на газонах вдоль проездов и пешеходных дорожек на расстоянии 5 метров от асфальта.

• Вдоль улиц и проездов районного значения на расстоянии 10 метров от дорожного полотна.

• А на центральных улицах и вдоль крупных магистралей очищают полосу шириной 25 метров.

Такие правила прописаны в постановлении правительства города №743. Однако чиновники обычно забывают рассказать о другом пункте, который содержит это же постановление, говорит руководитель московского проекта «Собиратор» Валерия Коростелева. 

«Хочу напомнить москвичам, что в столице можно проголосовать: убирать или не убирать листву в вашем дворе, – сказала редакции сайта «Экология России» – нацпроектэкология РФ» Валерия Коростелева. – Сделать это очень важно, потому что листья – необходимый компонент городской среды. Принимая решение в пользу листьев, москвичи таким образом могут помочь экологии».

У мэрии другая позиция: если не убирать листья, улицы города станут грязными. Это мешает движению машин и пешеходов. К тому же выводится из строя ливневая канализация, объясняют необходимость уборки столичные чиновники.

Экологи против аллергологов

Ежегодно вопрос уборки опавших листьев вызывает активные споры среди россиян. Одни поддерживают регулярную уборку, другие выступают за сохранение листьев. 

Сторонники органического земледелия настаивают: опавшие листья, разлагаясь, улучшают структуру почвы и ее состав. Кроме того, листва служит кормом для дождевых червей и других полезных микроорганизмов.

На начало уборки опавших листьев гневным постом во «ВКонтакте» отреагировало сообщество «Природный Путь Развития».

«Еле пахнуло листопадом, как в городе мгновенно начали собирать листву. Кто дает дворникам столь глупые задания? Кто этот «гений» благоустройства? Вы только осознайте масштаб человеческой глупости: собирать опавшие с листья в полиэтиленовые пакеты, которые разлагаются до 500 лет, и увозить собранное на полигон ТБО (на полигон для твердо-бытовых везут мягкое и органичное). И все это за наш с вами счет, горожане!»

Приверженцы классической уборки парируют: опавшая листва – отличное место для зимовки многочисленных вредителей-насекомых, которые успешно живут в теплом укромном месте. Также листья являются рассадником многих возбудителей болезней и грибков, особенно если деревья поражены различными заболеваниями. 

Период листопада – опасное время для аллергиков, рассказала редакции сайта «Экология России» – нацпроектэкология РФ» врач-аллерголог, иммунолог Татьяна Борисова.

«Грибковую аллергию непросто отличить от ОРЗ: чихание, насморк, температура. Правда, держаться такие симптомы могут не неделю, а до месяца, – рассказала Татьяна Борисова. – Определить, что это именно грибковая аллергия могут только специальные врачи. Зачастую же люди годами не знают, чем именно болеют, пьют антибиотики, и при этом не выздоравливают. Особенно болезнь обостряется осенью в период листопада. Ведь опавшие листья – благоприятная среда для развития разных грибков, споры которых попадают в воздух, а оттуда в организм человека».

Вторая жизнь опавшего листа

Не менее дискуссионный вопрос – что делать с собранными листьями? 

Такие растительные отходы отделяют от другого мусора и пакуют в мешки, заявили в мэрии. Часть из них весной станет естественным удобрением. Другие направят на переработку. Например, из смеси листьев, щепы и стружек делают брикеты для растопки.

На словах звучит неплохо, но на деле эти правила не всегда соблюдаются, поделилась с «Российской газетой» замгендиректора ведущего оператора по обращению с отходами в столице (ГК «ЭкоЛайн») Елена Вишнякова.

«Некоторые компании экономят, и собранные листья кладут в баки на контейнерной площадке, откуда мусоровозы увозят их как «бытовые отходы из жилого сектора» на сортировочные комплексы, – поделилась Елена Вишнякова. – Там листва мешает сортировке, портит оборудование и сводит на нет ее пользу для переработки».

Для правильной переработки нужна станция компостирования и мощная дробилка для крупногабаритных отходов, объяснила Елена Вишнякова. После этих процедур листья действительно могут использоваться как вторсырье. Но пока необходимое для этого оборудования имеют единицы компаний.

Между тем, опавшие листья уже давно используют как вторсырье в разных странах.

• Например, в Германии с помощью опавших листьев отапливают квартиры.

• Также поступают и в Австрии. Там для выработки тепловой энергии из опавшей листвы построили специальный завод. Он обеспечивает тепло в 107 тыс. домов в Вене.

• А в английском Бирмингеме листья деревьев на специальном заводе превращают в обычные дрова (поленья).

Гори они огнем!

Однако самый дискуссионный лиственный вопрос – сжигать или не сжигать растительные отходы?

Уже известное нам постановление мэрии делать это категорически запрещает. Однако, на деле, каждую осень во дворах жилых районов самых разных городов вспыхивают тысячи костров.

Дым от горящих листьев содержит массу вредных для человека веществ.

• Так окись углерода (угарный газ) связывается с гемоглобином крови и лишает его способности транспортировать кислород, при этом не имеет запаха и цвета;

• Микрочастицы сажи оседают в легких, приводя к воспалительным процессам;

• А окиси азота окисляется сначала до оксида, а потом и диоксида этого газа, превращаясь в ядовитое вещество, по своему токсическому воздействию превосходящее даже угарный газ.

Сжигание листвы опасно не только для человека, но и для природы. Горящий костер уничтожает верхний слой почвы. Больше это не живая экосистема, на месте пепелища ничего не растет.

«Вред от массового сжигания листвы принято сравнивать с мощными промышленными выбросами. И не зря! – поделилась с редакцией сайта «Экология России – нацпроектэкология РФ» экотренер Яна Доценко. – Кроме того, сжигание листвы пожароопасно! Лесные пожары не только уничтожают поселения, леса, растения и животных, но и выделяют в атмосферу большое количество углекислого газа, который способствует изменению климата. А изменение климата в свою очередь способствует еще большему количеству лесных пожаров. Таким образом запускается цепная реакция выбросов углекислого газа в атмосферу».

Вопрос переработки листьев требует комплексного решения, уверены экологи. Тогда листопады перестанут разорять бюджет, а города смогут зарабатывать на опавших листьях.

Источник: ecologyofrussia.ru

Масса одного квадратного сантиметра листа растения, LMA, – количественный показатель, отражающий затраты растения на построение этого квадратного сантиметра. LMA представляет собой сумму удельных масс функциональных, живых частей клеток и их механических компонентов, по соотношению вклада которых можно судить о функциональном состоянии растения в целом. LMA, равно как и его составляющие, меняется под воздействием света, влажности и других экологических факторов. Эти изменения могут зависеть от видовой принадлежности растения.

Одним из количественных показателей структуры листьев является сухая масса единицы их площади – LMA (leaf mass per area). Этот индекс, равно как и обратный ему – удельная листовая поверхность, зачастую используется в экологических исследованиях (см. Е. Бадьева, «Когда дешевеют листья»). Чем ниже LMA, тем меньше растение затрачивает продуктов фотосинтеза на формирования своих листьев, тем быстрее оно растет. Признак LMA, таким образом, является показателем конкурентоспособности вида, и его можно применять в селекции растений при отборе наиболее продуктивных сортов или для оценки способности культурных видов противостоять сорнякам.

Изменение величины LMA имеет место как между видами, так и внутри одного вида под воздействием основных внешних факторов природной среды (освещенности, CO2, влажности, доступности минерального питания). Анализу таких изменений посвящена статья сотрудника Ботанического сада Уральского отделения РАН С.П. Васфилова. Автор рассчитывал признаки листьев и корреляцию между ними на основе ряда литературных источников.

В первой части работы рассматривается связь структурных признаков листа с LMA. Сухая масса листа (да и всего растения) складывается из массы cимпласта (протопластов всех живых клеток, соединенных между собой цитоплазматическими тяжами – плазмодесмами — в единый физиологический комплекс) и массы апопласта (фазы клеточных стенок). Симпласт, в котором находятся все внутриклеточные элементы, в том числе хлоропласты, является активным содержимым растительной клетки, ее функциональным компонентом. Апопласт можно рассматривать как среду обитания симпласта. Чем больше отношение симпласт/апопласт, тем выше функциональная активность клетки. В свою очередь это отношение зависит от размеров клеток, их количества на единицу площади листа, типа клеток и плотности их упаковки.

Однако в симпласте (в хлоропластах) вследствие фотосинтеза происходит накопление крахмала, вклад которого может достигать более 40% LMA. В функциональном же смысле крахмал – ближе к апопласту, поэтому и массу его стоит присоединять к массе апопласта.

Проанализировав данные по удельной скорости фотосинтеза и содержанию азота в единице сухой массы листа, С.П. Васфилов пришел к выводу о том, что межвидовые различия LMA обусловлены главным образом изменением доли апопласта. Наиболее значим апопласт у засухоустойчивых склерофитных видов растений, имеющих жесткие листья с хорошо развитыми механическими тканями, такими как целлюлоза (главная строительная единица клеточных стенок) и лигнин (увеличивающий прочность этих стенок).

В пределах вида по мере роста листа вклад апопласта увеличивается в ущерб симпласту (т.е. функциональным свойствам), вероятно, потому что крупные листья в большей степени нуждаются в механических тканях для поддержания прочности.

Площадь листа не играет роли в межвидовых различиях LMA. Однако внутри вида (также и у одной особи) световые листья имеют обычно меньшую площадь, но большую массу и толщину, чем теневые, а значит, внутри вида между площадью листа и LMA вполне возможна отрицательная связь.

LMA определяется толщиной и плотностью листа, причем последние параметры могут иметь между собой отрицательную связь, которая усиливается в ряду: склерофиты → мезофиты (растения средне увлажненных местообитаний, имеющие обычные листья) → суккуленты (засухоустойчивые виды, многие из которых сохраняют влагу в толстых листьях). Листья склерофитов отличаются повышенной плотностью, суккулентов – толщиной, соответственно именно плотность и толщина отвечают за высокую LMA растений данных групп. В этом же ряду снижается развитие механических тканей, т.е. апопласта. Следовательно, по мере снижения доли апопласта в LMA должна нарастать отрицательная корреляция между толщиной листа и его плотностью.

Для тенелюбивых видов растений и теневых листьев внутри вида характерно большее значение отношения симпласт/апопласт, а значит и отрицательная связь между толщиной и плотностью должна быть более выражена. Результаты расчетов подтвердили это предположение. Более плотная упаковка клеток тонких листьев может служить причиной их высокой плотности, смысл же этой адаптации в том, что тонким и плотным теневым листьям удается эффективнее улавливать свет в условиях его дефицита.

Внешние факторы среды оказывают заметное влияние на величину LMA. Так, сильная освещенность повышает LMA растений. Свет, увеличивает толщину листа, способствуя развитию мощной палисадной ткани (полисадной хлоренхимы), состоящей иногда из нескольких рядов узких длинных перпендикулярных к поверхности листа клеток, основной функцией которых является фотосинтез. Интенсификация фотосинтеза и возрастание количества азота (на единицу площади листа) показывает на увеличение LMA за счет симпласта. Наряду с этим для ряда древесных видов показано, что усиление освещенности влечет за собой увеличение числа клеток на единицу площади и, значит, возможно увеличение вклада апопласта даже в большей степени. Косвенно лидирующая роль апопласта в LMA подтверждается данными о падении интенсивности фотосинтеза, отнесенного к массе, параллельно с возрастанием LMA. Усиление освещенности взрослого листа увеличивает LMA за счет отложений крахмала, повышающих его плотность.

LMA кустарников и деревьев выше, чем этот показатель травянистых видов. В то же время увеличение освещенности приводит к двукратному увеличению LMA для всех жизненных форм. Т.е. жизненная форма может служить фактором межвидовой изменчивости LMA, но степень изменения LMA под воздействием света от видовой принадлежности растения не зависит.

При повышенной концентрации CO₂ LMA возрастает как благодаря ускорению фотосинтеза, так и из-за отложения крахмала. Вклад крахмала в LMA колеблется от 11% у ели до 70% у хлопчатника. Изменчивость LMA, зависимая от концентрации CO₂, таким образом, связана с симпластом и апопластом, а также с видовыми особенностями растений.

Высокий уровень минерального питания при недостатке света вызывает снижение LMA: в этом случае происходит торможение фотосинтеза, и крахмал в листьях практически не запасается. При хорошем освещении и минеральном питании также может наблюдаться снижение LMA – за счет интенсивного роста растения и активного потребления крахмала.

Снижение минерального питания замедляет рост растений, отток крахмала в зоны роста приостанавливается, и этот оставшийся в листьях крахмал увеличивает LMA. Чем больше LMA, тем меньше содержания минеральных веществ в самих листьях, что подтверждает возрастание доли апопласта, в том числе и крахмала.

Скудное минеральное питание приводит к измельчанию клеток в листьях и относительному увеличению массы клеточных стенок, т.е. апопласта, а также недостаток минеральных элементов сдерживает формирование симпласта, что влечет за собой уменьшение отношения симпласт/апопласт.

При дефиците воды LMA возрастает за счет апопласта, потому что у развивающегося листа могут уменьшаться размеры клеток и увеличиваться плотность их упаковки, а у взрослого листа усиливается отложение крахмала из-за снижения скорости оттока ассимилянтов.

В целом, LMA обычно увеличивается с возрастанием освещенности и концентрации CO₂, а также при недостатке влаги. Доступность минерального питания влияет на LMA по-разному, в зависимости от дополнительных факторов среды, однако его недостаток снижает отношение симпласт/апопласт. На степень изменчивости LMA влияют видовые особенности растений.

Источник: elementy.ru

Почему бы и нет!

В Европе листья деревьев и кустов, траву, ветки и прочую растительную биомассу, собранную после санитарных уборок парков, улиц, вдоль автомобильных и железных дорог используют в основном как компост, из которого получают удобрение для внесения в почву. В этом бизнесе в ЕС, в частности в ФРГ, очень большая конкуренция и часто возникают проблемы со сбытом.

И потому в некоторых случаях приходится еще и доплачивать за утилизацию компоста. В связи с этим в начале 2000-х годов идея использовать такую растительную биомассу как твердое биотопливо в виде пеллет или брикетов была встречена с энтузиазмом, ведь запихивать охапку листьев в топку котла очень хлопотно, а главное – абсолютно неэффективно. В 2003 году предприниматель из Баварии Ханс Вернер запатентовал технологию переработки листьев и травы в пеллеты. А в 2006 году он получил под этот патент субсидии от правительства федеральной земли Бавария.

Соисполнителем и научным сопровождающим проекта Florafuel-Projekt выступил Университет Бундесвера (военный университет) в Мюнхене.

Давно известно, что листья, трава и другие стеблевые растения – неподходящий материал для сжигания в котлах: очень высокое содержание калия и хлора в них вызывает зашлаковывание теплообменных поверхностей котельного оборудования и быструю коррозию. А зольность превышает все допустимые показатели DIN EN 14961-6. Например, в результате тестирования пеллет из листьев было выяснено, что содержание золы в них доходит до 30%! Поэтому Баварский центр технологий и поддержки предпринимательства в г. Штраубинг выдал заключение, в котором сказано, что подобные пеллеты не могут использоваться в Германии в качестве биотоплива и подлежат утилизации. Причиной высокой зольности листьев является в первую очередь большое количество песка, земли и разной мелкой пыли, попадающих в пеллеты с листвой.

Госпожа Шледерер, доктор технических наук из вышеупомянутого военного университета, предложила ряд решений, обеспечивающих снижение зольности биомассы из листьев и травы. В первую очередь листья необходимо тщательно промыть в специализированной ванне, оборудованной роликами, полупогруженными в воду. Ролики как бы подпрессовывают и перемешивают биомассу в проточной воде, после чего листья откидывают на сито, и песок и другие посторонние примеси отсеиваются через него. Перед ванной установлен специальный запатентованный измельчитель, который доводит биомассу до конечной фракции максимум 5 см и устраняет опрелость и скомканность листьев. При использовании обычных измельчителей листья сбиваются в комки и их промывка и гранулирование невозможны. После первого измельчения и промывки листья пропускают через второй измельчитель, на выходе из которого получается уже мелкая фракция – до 1 см. Из нее в шнековом сепараторе механическим путем отжимается вода, влажность биомассы доводится до 54–57%. Таким образом, из биомассы вымывается до 90% соединений калия и хлора и до половины содержания серы и азота.

Сделаем небольшое отступление от темы. Высокое содержание разных питательных веществ (солей) в отходящей воде позволяет использовать ее для удобрения почвы. Опавшие листья в парках и скверах городов обогащают почву органическими веществами, обеспечивают ее благоприятную структуру, при разложении листвы в почву поступают питательные минеральные вещества, поэтому многие ученые не рекомендуют убирать листья в парковых и других зеленых зонах городов во избежание деградации почвы. Если же эти листья собирать для использования в энергетических целях, а в почву вносить воду, которая остается после их промывки и измельчения, получается по сути тот же эффект, что описан выше, и не нарушается природный баланс, почва не деградирует. Кстати, листья, оставленные на почве или собранные на свалках, в процессе перегнивания и разложения выделяют в атмосферу метан, который вызывает парниковый эффект во много раз активнее, чем углекислый газ.

А при сжигании пеллет из листьев в атмосферу попадает то количество углерода, которое было поглощено растением из атмосферы в течение последнего лета. Таким образом, использование опавших листьев в качестве сырья для изготовления биотоплива обеспечивает положительный экологический эффект.

Но вернемся к линии гранулирования листвы. Биомасса, полученная в результате обработки во втором измельчителе, накапливается в бункере, из которого транспортером подается в специальную сушильную камеру floradry Smart (о ней мы расскажем в следующей публикации в «ЛПИ»). После сушки сырье подается на пресс-гранулятор и далее фасуется. В конечном итоге получаются гранулы, характеристики которых сопоставимы с характеристиками древесных гранул (табл. 1), за исключением зольности, которая у гранул из листьев достигает 12%, то есть немного выше, чем регламeнтировано нормами DIN EN 14961-6 для недревесных гранул (из соломы, лузги подсолнечника и т. п.). Это совсем некритично при сжигании подобных пеллет в специальных котлах, предназначенных для пеллет из разной растительной (недревесной) биомассы. А если листья смешивать в определенной пропорции с опилом, то содержание золы можно довести до уровня требований, которые предъявляются к индустриальным гранулам.

Интересен опыт брикетирования опавших листьев в Великобритании. Питер Моррисон из г. Бирмингем установил, что наилучшие результаты при горении дает состав из 70% листьев и 30% воска, в котором воск не только выступает как связующий материал (впрочем, связующим может быть и клейстер из муки), но и служит для повышения общей теплоты сгорания брикета, которая сопоставима с теплотворностью высококачественного угля: до 27,8 МДж/кг. Подобные брикеты горят лучше и дольше, чем древесные (один брикет горит 2–3 часа), хорошо поджигаются без использования жидкостей и лучин для растопки. Питер Моррисон основал компанию Bio Fuels International и запатентовал товарный знак для своих брикетов Leaf Log (один брикет длиной 28 см весит 1,2 кг, упаковку из 12 брикетов предлагают на сайте компании за 25 фунтов стерлингов), которыми успешно торгует не только в Великобритании, но и в ЕС. Для сбора листьев организованы специальные передвижные и стационарные пункты. Г-н Моррисон заключил договоры с рядом подобных пунктов, а также с парками, городскими и лесными хозяйствами. Усилия Моррисона и его соратницы – г-жи Уормингтон были вознаграждены: в 2008 году они завоевали премию 40 тыс. фунтов стерлингов от Shell UK за перспективную идею в сфере продвижения «зеленой» энергетики и утилизации отходов. Кроме того, они получили средства от спонсоров для продвижения технологии Leaf Log за пределы Британии.

В Великобритании общий вес всех опавших за один осенний период листьев оценивается в 1 млн т, в одном только г. Бирмингем и окрестностях собирают 16 тыс. т листьев в год. И все это вывозится на свалки. В России несколько лет назад Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет провел оценку возможности получения твердого биотоплива из опавших листьев в условиях г. Новосибирска. Оценка дала следующие результаты: в парках собирают 3230 т опавших листьев (19%); на бульварах в скверах и в подобных зеленых насаждениях – 4760 т (28%), в зеленых зонах ограниченного пользования – 9010 т (53%).

А как обстоят дела у наших соседей? В 2013 году на Украине ученые Днепровского университета экологии и транспорта по результатам исследований, проведенных в университетской экологической лаборатории, рекомендовали использовать брикеты из листьев в качестве дешевого топлива для отопления частных домохозяйств, особенно в сельской местности. Эксперт национального экологического центра Украины (НЭЦУ), доцент Максим Сорока поясняет, на основании чего было принято это решение. Если просто сжигать опавшие листья, как это в большинстве случаях и делается, то в результате горения образуется огромное количество альдегидов, уксусной кислоты, фенолов. Совсем другая картина при сжигании спрессованных листьев в топке котла, когда есть поддув, постоянный приток кислорода, обеспечивающий высокую температуру горения. В этом случае продуктов сгорания получается почти столько же, сколько при сжигании древесины (правда, немного больше СО и оксида азота).

В средней школе № 6 г. Кобрина (Белоруссия) под руководством директора школы И. Лахуты школьники по чертежам, которые взяты из Интернета, изготовили установку, в которой предварительно измельченную листву смешивают в определенной пропорции с грунтовкой, выкладывают в форму, прессуют и потом высушивает под специальным навесом. Китайская компания Gemco Energy предлагает фермерам и жителям сельской местности небольшие грануляторы производительностью от 50 до 450 кг/ч для пеллетирования листьев после их естественной просушки на открытом воздухе.

Для России гранулирование листьев пока не видится таким актуальным, как для Европы, но почему бы не использовать эту технологию как способ утилизации? Тем более что штрафы за сжигание листьев наверняка будут расти. В 2017 году штрафы за сжигание опавшей листвы и сухой травы составляли от нескольких тысяч рублей для физических лиц до нескольких сотен тысяч рублей (или административного приостановления деятельности на срок до 90 суток) для юридических лиц.

В заключение немного статистики. С одного крупного дерева осенью опадает в среднем 50 тыс. листьев. По весу и объему листья можно сравнить с лузгой подсолнечника. Самосвал с наращенными на 1,5 м бортами вмещает менее 2 т листьев (для сравнения: в подобный Кал/кг, а наименьшей – листья каштана – 2300 кКал/кг, листья липы и яблони – до 2850 кКал/кг.

Сергей Передерий
[email protected]

---

Источник: lesprominform.ru