W ostatnich latach wyraźnie wzrasta zainteresowanie tematyką biomasy w kontekście lasów. Wynika to przede wszystkim z dwóch kwestii. Po pierwsze, jest to konieczność zwiększenia udziału energii pozyskiwanej ze źródeł odnawialnych, a po drugie to kwestia akumulacji dwutlenku węgla przez lasy.

Można się przy tym zastanawiać, po cozajmować się szacowaniem biomasy w lasach, gdy w bazie danych mamy szczegółoweinformacje o każdym wydzieleniu leśnym, opracowane przez urządzanie lasu, aniekiedy jeszcze dodatkowo uzupełnione w oparciu o szacunki brakarskie. Wrzeczywistości jednak szczegółowe dane taksacyjne dotyczą jedynie LasówPaństwowych i nie ma tam informacji o biomasie całych drzew. To, co powszechniew lasach określamy „masą”, jest w rzeczywistości miąższością drzew, czyliobjętością drewna (najczęściej grubizny) wyrażoną w m3. Oczywiście znającprzeciętny ciężar właściwy drewna danego gatunku, możemy określić jego suchąmasę, ale będą to już dane szacunkowe, odnoszące się jedynie do elementówzbudowanych z drewna. Wykorzystując, np. tablice zasobności oraz urządzeniowedane taksacyjne, można wyliczyć masę drewna dla wydzielenia, ale tylko dlagrubizny (i ewentualnie drobnicy). Brak jest informacji o biomasie koron(zwłaszcza aparatu asymilacyjnego), a tym bardziej – systemów korzeniowych.Trzeba również mieć świadomość, że w bazach urządzeniowych zasobność jest wmiarę dokładnie oszacowana tylko dla drzewostanów starszych klas wieku(bliskorębnych, rębnych i starszych). Brakuje również informacji dlawydzielenia o pniakach i martwym drewnie, które są istotnym zasobemzakumulowanego węgla.

 

Współpraca polsko-niemiecka

W 2011 r. rozpoczął się 3-letni projekt podtytułem „Opracowanie transgranicznego systemu wspomagania procesów decyzyjnychdla zdalnej i modelowej oceny biomasy drzewnej w lasach obszaru wsparciaPomerania”. Projekt realizowany jest w lasach Euroregionu Pomerania przywspółpracy polskich i niemieckich partnerów. Euroregion ten obejmujeMeklemburgię-Pomorze Przednie, Brandenburgię oraz województwozachodniopomorskie – obszar o wspólnej polsko-niemieckiej historii.

Partnerem wiodącym projektu jest LeśneCentrum Kompetencyjne (LFE) w Eberswalde (Niemcy), które jest leśnym instytutembadawczym, działającym w strukturze administracyjnej lasów Brandenburgii. Drugipartner niemiecki to Ministerstwo Rolnictwa, Ârodowiska i Ochrony Konsumentówkraju związkowego Meklemburgia-Pomorze Przednie, a trzecim są Lasy KrajoweMeklemburgii-Pomorza Przedniego. Po stronie polskiej też uczestniczą trzyjednostki. Lasy Państwowe reprezentowane są przez RDLP w Szczecinie orazNadleśnictwo Drawno. Jednostką naukową jest Uniwersytet Przyrodniczy wPoznaniu.

Projekt realizowany jest w ramach unijnegoprogramu „Europejska Współpraca Terytorialna” – „Współpraca Transgraniczna”,znanego, jako Interreg IVa. Program ten dotyczy regionów usytuowanych wzdłużwewnętrznych i niektórych zewnętrznych granic UE. Jego głównym celem jestrozwijanie współpracy i bezpośrednich kontaktów transgranicznych, wspieranierozwoju gospodarczego i społecznego oraz ochrony środowiska na obszarachprzygranicznych. Chodzi przede wszystkim o ograniczenie barier, jakie powstałyna granicach między poszczególnymi państwami. Bariery te są szczególnie wyraźnepomiędzy krajami byłego bloku socjalistycznego, gdzie przez dziesiątki latgranice były niezwykle szczelne.

 

Teledetekcja

Rosnące zapotrzebowanie na jaknajaktualniejsze dane dla lasów oraz wysokie koszty i czasochłonnośćtradycyjnych metod pomiarowych, wymusza poszukiwanie innych, efektywniejszychsposobów zbierania danych. Dobrym rozwiązaniem może być zastosowanieteledetekcji, która umożliwia zdalne (a docelowo – automatyczne) określanieróżnych cech obiektów znajdujących się na powierzchni Ziemi, w tym wypadku cechdrzew i drzewostanów. Z poziomu satelitarnego, lotniczego czy za pomocąurządzeń zlokalizowanych na ziemi, pozyskuje się coraz więcej różnorodnychdanych. Szybki rozwój technologii sprawia, że dane te są coraz dokładniejsze ijednocześnie coraz tańsze. Na ich podstawie możemy określać wiele parametrówdrzew, w tym także ich biomasę.

W ramach projektu stosowane są różne metodyteledetekcyjne, m.in.: zobrazowania satelitarne, lotniczy i naziemny skaninglaserowy, zdjęcia lotnicze, loty samolotów bez-załogowych, mobilne systemyteledetekcyjne oraz zdjęcia hemisferyczne. Wykonywanie zobrazowań satelitarnychnie wymaga organizowania specjalnych lotów, gdyż satelity w sposób ciągłyokrążają Ziemię i mogą wykonywać zdjęcia tego samego fragmentu wielokrotnie, wregularnych odstępach czasu. Ich wadą natomiast jest wysoki pułap lotu, co sięwiąże z uzyskiwaniem danych o niższej rozdzielczości przestrzennej.

Zdjęcia lotnicze są bardziej precyzyjne, aleloty nad konkretnymi obszarami wykonywane są zwykle na zamówienie.

Lotniczy skaning laserowy często wykonuje sięrównocześnie ze zdjęciami lotniczymi, podczas tego samego przelotu. W wynikuskaningu powstaje gęsta chmura punktów, będąca trójwymiarowym plastycznymodzwierciedleniem wszystkich obiektów na powierzchni ziemi. Przy skanowaniulasu większość sygnałów odbija się od powierzchni koron, ale części udaje sięprzedostać w głąb, przez co można wydzielić różne warstwy drzewostanu. Przedewszystkim, na podstawie danych ze skaningu można utworzyć numeryczny modelpowierzchni terenu i numeryczny model jego pokrycia.

Skaning naziemny wykonuje się najczęściej podkoronami drzew, przez co uzyskuje się precyzyjne modele poszczególnych drzew,na których można szczegółowo analizować m.in. wymiary i kształt strzały,rozmieszczenie gałęzi, wielkość i położenie korony.

Zaletą samolotów bezzałogowych jest możliwośćszybkiego przemieszczania w konkretne miejsce i wykonywania zdjęć z niskiegopułapu. Szczególnie przydatne są one do aktualizacji danych, np. do szybkiejinwentaryzacji szkód powstałych w wyniku klęsk żywiołowych. Zdjęciahemisferyczne wykonywane pod okapem drzewostanu, pozwalają w sposóbznormalizowany określać różne cechy koron drzew, np. ich ażurowość czypowierzchnię projekcyjną aparatu asymilacyjnego.

Zadaniem projektu w tej dziedzinie jestwypracowanie metod stosunkowo taniego i szybkiego pozyskiwania aktualnychinformacji o biomasie leśnej, ujednolicenie sposobów zbierania tych danych poobu stronach granicy oraz opracowanie transgranicznego systemu informacyj-nego„BIOMASA”, dla potrzeb gospodarki leśnej i przemysłu drzewnego.

 

Pomiary i modele

Równolegle ze zbieraniem i opracowywaniemdanych teledetekcyjnych, w ramach projektu prowadzone są bezpośrednie pomiarydrzew i drzewostanów. Są to dane referencyjne, potrzebne do testowania różnychmetod teledetekcyjnych, a także do opracowania modeli matematycznychopisujących zależności pomiędzy różnymi cechami drzew, a alokacją biomasy wposzczególnych częściach tych drzew.

W pierwszym etapie zakładane są trzy zestawypowierzchni doświadczalnych w litych drzewostanach sosnowych NadleśnictwaDrawno (obręb Dominikowo). Każdy taki zestaw składa się z 20 powierzchni,uszeregowanych wg rosnącego zagęszczenia drzew. Założenie jest takie, żepozostałe cechy drzewostanu i siedliska na wybranych powierzchniach są jaknajbardziej do siebie zbliżone. Najstarsze drzewostany (V klasa wieku) topowierzchnie o wielkości 0,5 ha, środkowe (IV klasa wieku) mają wielkość 0,4ha, a najmłodsze (III klasa wieku) są wielkości 0,3 ha. Na wszystkich 60powierzchniach badawczych wykonywany jest metodami tradycyjnymi pomiar pierśnici wysokości drzew oraz określane są cechy jakościowe (stanowisko biosocjalne,jakościowa klasyfikacja surowca, charakterystyka wad i uszkodzeń). Dodatkowo nakażdej powierzchni wykonywany jest naziemny skaning laserowy ze środkapowierzchni oraz seria zdjęć hemisferycznych.

Na 12 powierzchniach doświadczalnych,wybranych spośród sześćdziesięciu, wyznaczane są tzw. drzewa modelowe, po 10szt. na każdej powierzchni, w sposób reprezentatywny dla całego drzewostanu.Wyznaczone drzewa modelowe są skanowane z trzech stron, a następnie ścinane iprecyzyjnie mierzone i ważone. Każde drzewo najpierw rozdzielane jest naposzczególne frakcje: strzała, gałęzie suche, grube gałęzie żywe, drobnegałęzie żywe, igły oraz szyszki. Następnie wszystkie części są dokładnieważone, po czym pobierane są z nich próbki do laboratorium, w celu określeniasuchej masy. Ze strzały wycinane są krążki w odstępach, co jeden metr. Napodstawie relacji masy suchej do świeżej w próbkach, określana jest sucha masacałego drzewa (z podziałem na frakcje). Dane dla drzew modelowych pozwalająokreślić biomasę dla całej powierzchni próbnej, a następnie także dla innychdrzewostanów sosnowych analizowanego obrębu.

Uzyskane wyniki pomiarów drzew oraz dane zlaboratorium umożliwiają zbudowanie modeli opisujących ogólne zależnościpomiędzy różnymi cechami drzew i drzewostanów danego gatunku a ich biomasą.Najczęściej wyprowadza się wzory matematyczne pozwalające na określenie biomasydrzewa na podstawie jego pierśnicy, czy biomasy drzewostanu na podstawiemiąższości.

 

Obozujący studenci

Pomiary drzew modelowych na powierzchniachdoświadczalnych są niezwykle pracochłonne i wymagają zaangażowania dużegozespołu ludzi. Dlatego do realizacji tego zadania skorzystano z pomocystudentów leśnictwa z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu.

W pierwszych dwóch tygodniach września 2011r., na terenie Nadleśnictwa Drawno, odbył się obóz naukowy, podczas któregostudenci Wydziału Leśnego wraz z pracownikami projektu zajmowali się pomiaramidrzew. Wyjazd podzielony został na dwa turnusy, a w jego organizacji braliudział członkowie Sekcji Geomatycznej Koła Leśników UP w Poznaniu. Głównymzadaniem w trakcie obozu były pomiary drzew modelowych na powierzchniachdoświadczalnych. Drzewa te były ścinane, mierzone, dzielone na frakcje i ważoneoraz pobierane były z nich próbki do laboratorium. Pracą wymagającą największejcierpliwości było oddzielanie igieł od gałązek oraz oddzielenie gałęzi grubychod drobnych.

Uczestnicy obozu zapoznali się z takimitechnikami, jak skanowanie drzew przy użyciu naziemnego skanera laserowego orazwykonywanie zdjęć hemisferycznych. Przez dwa tygodnie obóz odwiedziło wielugości, którzy zaprezentowali tematykę swojej pracy bądź ciekawe rozwiązaniageomatyczne. Wśród nich wymienić można gospodarzy terenu – pracownikówNadleśnictwa z nadleśniczym Włodzimierzem Rocławskim na czele, gości z RDLP wSzczecinie, dziekana Wydziału Leśnego SGGW Michała Zasadę oraz AndrzejaJagodzińskiego wicedyrektora Instytutu Dendrologii PAN w Kórniku. Obózodwiedzili również przedstawiciele firm – dystrybutorów sprzętu ioprogramowania: TPI (tachimetr zmotoryzowany oraz odbiornik GPS klasygeodezyjnej) i ESRI (prezentacja w warunkach polowych, przy ognisku, zagadnieńo tematyce GIS).

Obóz ten był zaledwie pierwszą edycją; wlatach 2012–13 planowane są kolejne obozy naukowe, w tym niektóremiędzynarodowe – z udziałem studentów leśnictwa z innych krajów.

 

Więcej informacji o projekcie można znaleźć tutaj.

Kamil Kondracki, Paweł Strzeliński, SławomirSułkowski, Andrzej Węgiel, UniwersytetPrzyrodniczy w Poznaniu, Wydział Leśny, Katedra Urządzania Lasu

Pokłosie Kioto

Polska musi sprostać wymogom unijnym dotyczącym udziału energii ze źródełodnawialnych – do roku 2020 źródła te mają stanowić 15% w ogólnym bilansieenergetycznym kraju. Wprawdzie Unia Europejska pozostawia krajom członkowskimswobodę wyboru technologii produkcji energii odnawialnej, jednakże, istniejewiele czynników ograniczających szybki rozwój niektórych z nich, np. większewykorzystanie energii spadku wody czy wiatru wymaga drogich i długotrwałychinwestycji (dochodzi tu jeszcze opór społeczności lokalnych oraz wymogi ochronyprzyrody), kolektory słoneczne w naszym klimacie nie są najlepszym rozwiązaniem(wysokie koszty założenia oraz spadek wydajności zimą, kiedy zapotrzebowanie naenergię jest najwyższe), a uprawy energetyczne konkurują z rolniczymwykorzystaniem terenów. Dlatego, biomasa pochodząca z lasów, może stanowićistotne uzupełnienie pozostałych źródeł energii, szczególnie w najbliższychlatach, do czasu pełnego rozwoju technologii i infrastruktury umożliwiającychpozyskanie energii z innych źródeł.

Nie bez znaczenia jest także kwestia pochłaniania dwutlenku węgla przez lasyi jego akumulacji w biomasie roślin. Państwa posiadające zobowiązania w ramachProtokołu z Kioto przyjęły cele redukcji emisji gazów cieplarnianych. Cele te są wyrażone wpostaci poziomów dopuszczalnych emisji w latach 2008–12. Co ciekawe, Polskazredukowała emisje gazów cieplarnianych w porównaniu z rokiem 1988 o 30% wobeczobowiązań z Protokołu wynoszących 6%, dlatego nasz kraj uzyskał znacznąnadwyżkę. Jest to trzecia na świecie (po Rosji i Ukrainie) nadwyżka emisji CO2(w systemie ONZ) wynosząca około 500 mln jednostek. Zgodnie z artykułem 17Protokołu, handel emisjami umożliwia państwom, które posiadają taką nadwyżkę, na jejsprzedaż innym państwom, nieosiągającym założonych celów. W ten sposób powstałnowy towar, którym są jednostki redukcji emisji. Przy czym, procesem odwrotnymod emisji dwutlenku węgla jest jego pochłanianie. Zatem jednostki emisji mogąbyć równoważone jednostkom pochłaniania. W ustawie z dnia 17 lipca 2009 r. osystemie zarządzania emisjami gazów cieplarnianych i innych substancji,zdefiniowane zostały jednostki pochłaniania oraz handel nimi. W projektowanejtreści ustawy zakładano możliwość uczestniczenia Lasów Państwowych, jak równieżinnych właścicieli lasów, w krajowym systemie zarządzania jednostkamipochłaniania, jednak zostało to odrzucone w toku legislacji. Ostatecznie ustawadopuszcza jedynie obrót jednostkami pochłaniania między państwami. Polskazarobiła dotąd na takim handlu ponad 130 mln euro, a dalsze wnioski są w trakcieoceny.