Визначення меж агрономічної ефективності вирощування біоенергетичних культур в умовах Лісостепу України
DOI:
https://doi.org/10.47414/be.2025.No2.pp57-66Ключові слова:
біоенергетичні культури, міскантус гігантський, верба енергетична, маргінальні землі, тверде біопаливо, агрокліматичне зонуванняАнотація
Мета. Установити межі агрономічної ефективності вирощування біоенергетичних культур (міскантусу гігантського та верби енергетичної) в умовах Лісостепу України з урахуванням ґрунтово-кліматичної диференціації, особливостей наявного землекористування та потенціалу маргінальних земель. Методи. Польові дослідження у Правобережному Лісостепу (дослідне поле ІБКіЦБ НААН, с. Ксаверівка Друга, 2020–2024 рр.); узагальнення підтверджених площ наявних плантацій у дев’яти областях Лісостепу; агрокліматичне зонування (Західний, Центральний та Східний Лісостеп); інвентаризація земель, що потребують консервації, і малопродуктивних ґрунтів; модель придатності (коефіцієнти залучення 10–20 % для міскантусу та 5–15 % для верби на відповідних категоріях земель); оцінювання виходу твердого біопалива та частки заміщення викопного палива до 2035 р. Результати. Підтверджено наявність 807 га плантацій у Лісостепу (≈ 38,4% від 2,1 тис. га по Україні). За біологічними вимогами й структурою земель прогнозні площі становлять: для міскантусу – 190–367 тис. га (у середньому 278,5 тис. га), для верби – 101–248 тис. га (у середньому 174,5 тис. га), разом 291–615 тис. га (≈ 2,6–5,5% орних земель; у середньому 4,0%). З цих площ очікуваний сумарний вихід твердого біопалива становить 6,89–14,18 млн т/рік, що еквівалентно 27,7–57,0% потреб заміни викопного палива у 2035 році. Висновки. Найпридатнішими для вирощування міскантусу є добре дреновані суглинки Центрального й Західного Лісостепу; для верби – заплавні та зволожені землі Київщини, Сумщини, Черкащини, Хмельниччини, Тернопільщини, Харківщини. Оптимальне залучення лише невеликої частки орних земель (≈ 4%) дає змогу замістити приблизно до половини потреб у твердому біопаливі у 2035 році без загрози продовольчій безпеки регіону.
Посилання
Espinoza Pérez, A. T., Camargo, M., Narváez Rincón, P. C., & Alfaro Marchant, M. (2017). Key challenges and requirements for sustainable and industrialized biorefinery supply chain design and management: A bibliographic analysis. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 69, 350–359. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.11.084
The Global Bioenergy Partnership (GBEP). 2018. http://www.globalbioenergy.org
Lewandowski, I. (2015). Securing a sustainable biomass supply in a growing bioeconomy. Global Food Security, 6, 34–42. https://doi.org/10.1016/j.gfs.2015.10.001
Dale, V. H., Kline, K. L., Buford, M. A., Volk, T. A., Tattersall Smith, C., & Stupak, I. (2016). Incorporating bioenergy into sustainable landscape designs. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 56, 1158–1171. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.12.038
Blanco-Canqui, H. (2016). Growing Dedicated Energy Crops on Marginal Lands and Ecosystem Services. Soil Science Society of America Journal, 80(4), 845–858. https://doi.org/10.2136/sssaj2016.03.0080
Gelfand, I., Sahajpal, R., Zhang, X., Izaurralde, R. C., Gross, K. L., & Robertson, G. P. (2013). Sustainable bioenergy production from marginal lands in the US Midwest. Nature, 493(7433), 514–517. https://doi.org/10.1038/nature11811
Edenhofer, O., Pichs-Madruga, R., Sokona, Y., Seyboth, K., Matschoss, P., Kadner, S., Zwickel, T., Eickemeier, P., Hansen, G., Schlömer, S., & von Stechow, C. (Eds.). (2011). IPCC special report on renewable energy sources and climate change mitigation. Cambridge University Press.
European Commission. (2017). Proposal for a directive of the European Parliament and of the Council on the promotion of the use of energy from renewable sources (recast) [COM/2016/0767 final/2 – 2016/0382 (COD)].
JRC, EEA, CENER, & CIEMAT. (2006, February 9–10). Sustainable bioenergy cropping systems for the Mediterranean: Proceedings of the Expert Consultation. Madrid.
The White House. (2012). National bioeconomy blueprint. Washington, DC.
De Schutter, L., & Giljum, S. (2014). A calculation of the EU bioenergy land footprint: Discussion paper on land use related to EU bioenergy targets for 2020 and an outlook for 2030. Vienna.
Krautgartner, R., Audran, X., Rehder, L. E., Boshnakova, M., Dobrescu, M., & Rossetti, A. (2017). EU-28 oilseeds market update (GAIN Report No. AU1706). United States Department of Agriculture, Foreign Agricultural Service.
Flach, B., Lieberz, S., & Rossetti, A. (2017). EU-28 biofuels annual report (GAIN Report No. NL7015). United States Department of Agriculture, Foreign Agricultural Service.
Tilman, D., Socolow, R., Foley, J. A., Hill, J., Larson, E., Lynd, L., Pacala, S., Reilly, J., Searchinger, T., Somerville, C., & Williams, R. (2009). Beneficial Biofuels – The Food, Energy, and Environment Trilemma. Science, 325(5938), 270–271. https://doi.org/10.1126/science.1177970
Bosch, R., van de Pol, M., & Philp, J. (2015). Policy: Define biomass sustainability. Nature, 523(7562), 526–527. https://doi.org/10.1038/523526a
Pretty, J., Sutherland, W. J., Ashby, J., Auburn, J., Baulcombe, D., Bell, M., Bentley, J., Bickersteth, S., Brown, K., Burke, J., Campbell, H., Chen, K., Crowley, E., Crute, I., Dobbelaere, D., Edwards-Jones, G., Funes-Monzote, F., Godfray, H. C. J., Griffon, M., … Pilgrim, S. (2010). The top 100 questions of importance to the future of global agriculture. International Journal of Agricultural Sustainability, 8(4), 219–236. https://doi.org/10.3763/ijas.2010.0534
Holland, R. A., Eigenbrod, F., Muggeridge, A., Brown, G., Clarke, D., & Taylor, G. (2015). A synthesis of the ecosystem services impact of second generation bioenergy crop production. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 46, 30–40. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.02.003
Milner, S., Holland, R. A., Lovett, A., Sunnenberg, G., Hastings, A., Smith, P., Wang, S., & Taylor, G. (2015). Potential impacts on ecosystem services of land use transitions to second‐generation bioenergy crops in GB. GCB Bioenergy, 8(2), 317–333. https://doi.org/10.1111/gcbb.12263
Anderson-Teixeira, K. J., Duval, B. D., Long, S. P., & DeLucia, E. H. (2012). Biofuels on the landscape: Is “land sharing” preferable to “land sparing”? Ecological Applications, 22(8), 2035–2048. https://doi.org/10.1890/12-0711.1
Nesshöver, C., Assmuth, T., Irvine, K. N., Rusch, G. M., Waylen, K. A., Delbaere, B., Haase, D., Jones-Walters, L., Keune, H., Kovacs, E., Krauze, K., Külvik, M., Rey, F., van Dijk, J., Vistad, O. I., Wilkinson, M. E., & Wittmer, H. (2017). The science, policy and practice of nature-based solutions: An interdisciplinary perspective. Science of The Total Environment, 579, 1215–1227. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.11.106
Wolf, J., Kanellopoulos, A., Kros, J., Webber, H., Zhao, G., Britz, W., Reinds, G. J., Ewert, F., & de Vries, W. (2015). Combined analysis of climate, technological and price changes on future arable farming systems in Europe. Agricultural Systems, 140, 56–73. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2015.08.010
Stoof, C. R., Richards, B. K., Woodbury, P. B., Fabio, E. S., Brumbach, A. R., Cherney, J., Das, S., Geohring, L., Hansen, J., Hornesky, J., Mayton, H., Mason, C., Ruestow, G., Smart, L. B., Volk, T. A., & Steenhuis, T. S. (2014). Untapped Potential: Opportunities and Challenges for Sustainable Bioenergy Production from Marginal Lands in the Northeast USA. BioEnergy Research, 8(2), 482–501. https://doi.org/10.1007/s12155-014-9515-8
Emery, I., Mueller, S., Qin, Z., & Dunn, J. B. (2016). Evaluating the Potential of Marginal Land for Cellulosic Feedstock Production and Carbon Sequestration in the United States. Environmental Science & Technology, 51(1), 733–741. https://doi.org/10.1021/acs.est.6b04189
Smeets, E. M. W., Lewandowski, I. M., & Faaij, A. P. C. (2009). The economical and environmental performance of miscanthus and switchgrass production and supply chains in a European setting. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13(6–7), 1230–1245. https://doi.org/10.1016/j.rser.2008.09.006
Roundtable on Sustainable Biofuels. (n.d.). http://rsb.org/
Council on Sustainable Biomass Production. (n.d.). http://www.merid.org/Content/Projects/Council_on_Sustainable_Biomass_Production.aspx
ISO sustainability criteria for bioenergy. (n.d.). https://www.iso.org/standard/52528.html
International sustainability and carbon certification. (n.d.). http://www.iscc-system.org/en/
Anuar, M. R., & Abdullah, A. Z. (2016). Challenges in biodiesel industry with regards to feedstock, environmental, social and sustainability issues: A critical review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 58, 208–223. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.12.296
Immerzeel, D. J., Verweij, P. A., van der Hilst, F., & Faaij, A. P. C. (2013). Biodiversity impacts of bioenergy crop production: a state‐of‐the‐art review. GCB Bioenergy, 6(3), 183–209. https://doi.org/10.1111/gcbb.12067
Pedroli, B., Elbersen, B., Frederiksen, P., Grandin, U., Heikkilä, R., Krogh, P. H., Izakovičová, Z., Johansen, A., Meiresonne, L., & Spijker, J. (2013). Is energy cropping in Europe compatible with biodiversity? – Opportunities and threats to biodiversity from land-based production of biomass for bioenergy purposes. Biomass and Bioenergy, 55, 73–86. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2012.09.054
Gasparatos, A., Doll, C. N. H., Esteban, M., Ahmed, A., & Olang, T. A. (2017). Renewable energy and biodiversity: Implications for transitioning to a Green Economy. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 70, 161–184. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.08.030
Werling, B. P., Dickson, T. L., Isaacs, R., Gaines, H., Gratton, C., Gross, K. L., Liere, H., Malmstrom, C. M., Meehan, T. D., Ruan, L., Robertson, B. A., Robertson, G. P., Schmidt, T. M., Schrotenboer, A. C., Teal, T. K., Wilson, J. K., & Landis, D. A. (2014). Perennial grasslands enhance biodiversity and multiple ecosystem services in bioenergy landscapes. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(4), 1652–1657. https://doi.org/10.1073/pnas.1309492111
Solinas, S., Fazio, S., Seddaiu, G., Roggero, P. P., Deligios, P. A., Doro, L., & Ledda, L. (2015). Environmental consequences of the conversion from traditional to energy cropping systems in a Mediterranean area. European Journal of Agronomy, 70, 124–135. https://doi.org/10.1016/j.eja.2015.07.008
Cosentino, S. L., Scordia, D., Sanzone, E., Testa, G., & Copani, V. (2014). Response of giant reed (Arundo donax L.) to nitrogen fertilization and soil water availability in semi-arid Mediterranean environment. European Journal of Agronomy, 60, 22–32. https://doi.org/10.1016/j.eja.2014.07.003
Fernando, A. L., Costa, J., Barbosa, B., Monti, A., & Rettenmaier, N. (2018). Environmental impact assessment of perennial crops cultivation on marginal soils in the Mediterranean Region. Biomass and Bioenergy, 111, 174–186. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2017.04.005
Pulighe, G., Bonati, G., Fabiani, S., Barsali, T., Lupia, F., Vanino, S., Nino, P., Arca, P., & Roggero, P. (2016). Assessment of the Agronomic Feasibility of Bioenergy Crop Cultivation on Marginal and Polluted Land: A GIS-Based Suitability Study from the Sulcis Area, Italy. Energies, 9(11), Article 895. https://doi.org/10.3390/en9110895
Ermantraut, E. R., Prysiazhniuk, O. I., & Shevchenko, I. L. (2007). Statistical analysis of agronomic experimental data using Statistica 6.0. PolihrafKonsaltynh. [In Ukrainian]
Prysyazhniuk, O. I., Klymovych, N. M., Polunina, O. V., Yevchuk, Y. V., Tretyakova, S. O., Kononenko, L. M., Voitovska, V. I., & Mykhailovyn, Y. M. (2021). Methodology and organization of scientific research in agriculture and food technologies. Nilan-LTD. https://doi.org/10.47414/978-966-924-927-2 [In Ukrainian]
