Вводные замечания. Отходы неизбежно появляются при переработке древесины и других природных ресурсов [58]. Проблема заключается в разработке технологий, обеспечивающих минимизацию отходов и их использование как вторичных ресурсов для получения энергии и материалов. Например, отходы лесопиления могут использоваться в качестве вторичного сырья для получения топливных брикетов, в производстве древесно-стружечных плит и древесно-цементных материалов для малоэтажного строительства [4, 60]. Эти примеры не исчерпывают всех направлений использования отходов переработки древесины. Количество отходов зависит от технологий заготовки и переработки древесины, от свойств сырья и характеристик оборудования.

В данном обзоре внимание фокусируется на некоторых работах, выполненных в данной области в Петрозаводском государственном университете. Цель обзора заключается в систематизации этих работ, опубликованных в разрозненных источниках.

Использование отходов в виде коры. Доля коры у разных деревьев может составлять от 6 до 25 % от объема ствола [20]. Большие объемы отходов в виде коры образуются на стадии древесно-подготовительного цикла целлюлозно-бумажных комбинатов (ЦБК). Например, три ЦБК в Республике Карелия рассчитаны на переработку круглых лесоматериалов в объеме примерно трех миллионов куб. м в год [46]. Соответственно, объемы отходов в виде коры составляют, по меньшей мере, 180000 куб. м [25]. Кора используется по следующим направлениям: компостирование и переработка на удобрение; сжигание как биотоплива; производство древесно-стружечных плит; производство биологически активных веществ, а также дубильных, красящих и других веществ [20]. Ресурсосберегающие технологии утилизации древесной коры как сырья для получения биогумуса рассмотрены в статье [22, 23].

В производстве бумаги на фильтрах водоочистных сооружений ЦБК накапливается так называемый «скоп» – масса, состоящая из частиц коры, целлюлозных волокон, органических и неорганических примесей [20]. Эти отходы появляются как результат очистки древесины от коры в установках барабанного типа [14, 18, 19]. Перспективным способом утилизации скопа является его использование в качестве сырья для строительных материалов, например, плит несъёмной опалубки и теплоизоляционных плит [http://www.parmatech.org/sushka-skopa.html]. В работе [45] исследована  возможность применения скопа как компонента древесно-цементного строительного материала [45].

Использование отходов лесопиления. В настоящее время сохраняет свою актуальность проблема рационального использования отходов лесопиления. Масштаб проблемы характеризуют следующие данные. Как известно [50], объем мирового производства пиломатериалов составляет примерно 400 млн. куб. м. На долю России приходится около 20 млн. куб. м. В зависимости от способа пиления от 11 до 19% объема пиловочного сырья превращается в опилки [50].

Вопросы рационального использования отходов лесопиления в качестве вторичного сырья в производстве древесно-цементных материалов для малоэтажного строительства рассмотрены в работах [1, 2, 3, 4, 35].  В этих работах получены новые данные о прочности древесно-цементных материалов в зависимости от соотношения опилок и стружки как компонентов этих материалов [4], а также о влиянии полимерно-минеральной добавки на прочность древесно-цементного материала [2]. До появления работы [24], эта добавка использовалась только в дорожном строительстве [47].

Выполнены экспериментальные исследования древесно-цементных материалов, полученных с применением отходов лесопиления в сочетании с отходами камнеобработки [7]. В экспериментах на сжатие установлено, что добавка отходов в виде порошка стеатита повышает прочность древесно-цементного материала при относительно большой скорости деформирования (180 мм/с). Этот эффект позволяет рекомендовать данный материал для использования в зданиях при сейсмических и техногенных динамических воздействиях  [6, 7].

Комплексному решению проблемы рационального использования отходов лесопиления в качестве вторичного сырья способствует исследование сравнительной прочности при сдвиге цементно-песчаных и клеевых швов, соединяющих блоки из древесно-цементного материала [5, 59].

Новое направление в исследованиях древесно-цементных материалов связано с применением методов обработки изображений с целью прогнозирования его механических свойств без разрушения образцов [15, 27, 28].

Технические и технологические аспекты ресурсосбережения. Новые технологические решения для реализации потенциала ресурсосбережения при переработке круглых лесоматериалов на щепу рассмотрены в монографии [12], в которой, в частности, впервые исследован вопрос о влиянии изменения длины баланса, измельчаемого в дисковой рубительной машине, на размеры частиц древесной щепы.

Смежные вопросы и технические решения для совершенствования технологий переработки древесины, рассмотрены в ряде других работ. Например, в [11, 26] на основе производственных экспериментов установлено, что для уменьшения количества отходов при производстве щепы целесообразно уменьшать долю короткомеров в потоке балансов. Чтобы уменьшить указанную долю короткомеров были предложены технические решения для интенсификации сортировки транспортируемых рольгангом круглых лесоматериалов по критерию длины при их подготовке к измельчению на щепу [9, 13].

На комплексное решение проблемы ресурсосбережения ориентировано исследование технологического процесса фракционирования полидисперсного сыпучего материала методом рассева на установках с ярусной компоновкой сит [16, 37].  Таким материалом является древесная щепа на выходе из рубительной машины. Техническое решение для повышения эффективности фракционирования сыпучих полидисперсных материалов предложено в работе [38].

Измельченная древесина, как известно, используется в качестве основного сырья в производстве древесно-стружечных плит. Новая клеевая композиция с наномодификатором для древесностружечных плит предложена в работах [53, 56].

Отходы в виде хвои сосны обыкновенной могут использоваться в качестве сырья для изготовления теплоизоляционных плит [32, 33], что, однако, требует продолжения исследований [34].

Обсуждение и заключение. Совершенствование технических и технологических решений [12] в области рационального использования древесины предполагает проведение не только экспериментальных исследований, но и применение новых информационных технологий, что отражено в работах [14, 21, 22, 27, 30]. Эффективность применения математического моделирования с учетом результатов экспериментов показывает, например, работа [40]. В этой работе теоретически обосновано, что при совместной обработке в корообдирочном барабане балансов неодинакового диаметра более интенсивному воздействию подвергаются балансы меньшего диаметра по сравнению с балансами большего диаметра. Установлена закономерность, показывающая, что уменьшение степени очистки от коры пропорционально квадрату увеличения диаметра. Адекватность результатов исследования подтверждена известными по литературе данными экспериментальными данными [24]. По результатам данной работы обоснована практическая рекомендация: в целях уменьшения потерь древесины необходимо сортировать балансы по диаметру до загрузки в корообдирочный барабан и обрабатывать балансы в барабане группами, чтобы минимизировать различие диаметров балансов, которые соударяются друг с другом в барабане.

Проблемы рационального использования ресурсов требуют для своего решения учета не только технических и технологических аспектов, но также экологических и социально-экономических граней проблемы [42, 43, 44, 58, 62], рассмотрение которых, однако, выходит за рамки данного обзора.

Завершая обзор, который, не являясь исчерпывающим, позволяет констатировать, что в работах, выполненных в Петрозаводском государственном университете и опубликованных в 2008-2014 годах, получены, в частности, нижеследующие новые результаты в области рационального использования отходов в виде коры и опилок.

Исследованы возможности применения скопа в качестве вторичного сырья для получения строительных материалов [45].

Разработана методика численного моделирования соударений балансов в корообдирочном барабане. В этой методике соударения балансов рассматриваются как источник контактной задачи. Решение данной задачи необходимо для прогнозирования силы соударений балансов друг с другом и с корпусом корообдирочного барабана. С применением конечно-элементной модели и энергетического критерия очередности перехода односторонних связей в действительное состояние [41] контактная задача сведена к поиску решения линейной задачи дополнительности [35, 48]. Исследован вопрос о совместной обработке в корообдирочном барабане балансов неодинакового диаметра и установлено, что при этом более интенсивному воздействию подвергаются балансы меньшего диаметра по сравнению с балансами большего диаметра. Обоснована закономерность, показывающая, что уменьшение степени очистки от коры пропорционально квадрату увеличения диаметра [40].

Экспериментально исследовано влияние новой полимерно-минеральной добавки на прочность древесно-цементного материала для малоэтажного строительства [1, 2], а также влияние соотношения количества опилок и стружки в древесно-цементном материале и обоснованы рекомендации для практического использования [4].

Новизна и практическая значимость представленных выше результатов прикладных исследований в области рационального использования древесины подтверждена патентами РФ [17, 32, 33, 38, 39, 53, 56].

С точки зрения российских экономистов и экологов отличительной особенностью действующей системы экономической оценки экологического ущерба является ее компонентный подход и, как следствие комплексности в расчетах, а так же преобладание нормативных методов оценки [2].

Оценка ущерба по отдельным компонентам природной среды регламентируется не связанными между собой в методологическом отношении нормативно-методическими документами, которые содержат различные технологии расчетов [4]. Большая часть специалистов рассматривает экономические рычаги как дополнения к непосредственному регулированию природопользованием [5].

Механизм экономической оценки ущерба от загрязнения среды на основе теории риска позволяет более полно учитывать последствия воздействия экологических факторов в стоимостном выражении как по загрязнителям, так и по их источникам [5]. В этом случае появляется возможность учесть долговременные и опасные для здоровья человека факторы.

В последнее время, в практику природоохранной деятельности внедряются принципы управления, которые вытекают из теории управления рисками [1] Концепция риска увязывает прирост расходов на охрану среды с ожидаемой величиной снижения потерь, определяющиеся по отношению к уровню риска, вызванного присутствием загрязнителя и соответствующим ему экономическом ущербом. При этом, в качестве основного показателя потерь, рассматривается критерий чистоты окружающей среды и здоровье человека, отсутствие заболеваний, которые вызваны экологическими факторами. Важным отличием такого метода является компенсационный характер платежей за экологические нарушения. Объем платежей жестко привязывается к уровню экономической оценки возможного или нанесенного ущерба – их цель состоит в его компенсации и снижении до приемлемой величины с «низким» уровнем риска. По сравнению с нормативным подходом реализуется достижение максимального эффекта за счет более полного учета потерь от загрязнения окружающей среды [3].

Плата за негативное воздействие на окружающую среду или Экологические платежи устанавливаются в соответствии с Законом «Об охране окружающей среды». Плата за негативное воздействие на окружающую среду или экологический платеж обязателен для организации и физические лица, деятельность которых, связана с негативным воздействием на окружающую среду.

Так, например, с 31.01.2014 вступил в силу Приказ Минприроды РФ от 05.08.2013 № 274 «Об утверждении инструктивно-методических указаний по взиманию платы за выбросы загрязняющих веществ, образующиеся при сжигании на факельных установках и рассеивании попутного нефтяного газа» (Зарегистрированного в Минюсте России 17.12.2013 № 30622). С 1 квартала2014 г. при сдаче расчетов платы за негативное воздействие, необходимо применять указанные в положении инструктивно-методические указания. Показатель сжигания на факельных установках и рассеивания попутного нефтяного газа определяется по формуле:

, (1)

где: S – объем сожженного на факельных установках и рассеянного попутного нефтяного газа, который добыт на участке (ах) недр, предоставленных в пользование, млн. м³;

V – объем попутного нефтяного газа, который добыт на участке (ах) недр, предоставленных в пользование, млн. м³.

При применении метода агрегирования интегральный показатель сжигания за соответствующий квартал определяется по формуле:

, (2)

где:  – суммарный объем сожженного на факельных установках и рассеянного попутного нефтяного газа, добытого пользователем недр на предоставленных ему участках недр;

– суммарный объем попутного нефтяного газа, который добыт пользователем недр на всех участках недр;

n – количество пользователей недр, входящих в группу пользователей.

Прием расчета платы за негативное воздействие на окружающую среду предприятий, осуществляющих хозяйственную или иную деятельность на территории Тюменской области (без автономных округов) осуществляется в Управлении Росприроднадзора по Тюменской области.

В начале 1970 гг. в странах Западной Европы был принят переход к хозяйственному механизму охраны окружающей среды, базирующемуся на принципе «коллективной ответственности» за загрязнения [5], т.е., экологические издержки должны нести все потребители, так как производство преследует цели удовлетворения их потребностей. Доказано, эффективное предотвращение ущерба возможно лишь при создании перераспределения экологических расходов между всеми членами общества. На практике это означает введение экологических штрафов и налогов для всех юридических и частных лиц, создание экологических фондов с целью аккумулирования и эффективного расходования собираемых средств на охрану окружающей среды.

Так, Управлением Росприроднадзора по Тюменской области в период 29 октября – 04 ноября2014 г. были осуществлены следующие мероприятия:

29.10.2014 – в отношении юридического лица ОАО «Золотые луга» по ст.8.15 КоАП РФ. Назначено административное наказание в виде штрафа в размере 10 тыс.руб.

30.10.2014 – в отношении должностного лица ООО «Газпром трансгаз Сургут» по ст. 7.6 КоАП РФ. Назначено административное наказание в виде штрафа в размере 10 тыс.руб.

30.10.2014 – в отношении должностного лица ООО «МУП Московское ЖКХ по ч. 2 ст. 7.3 (пользование недрами с нарушением условий, предусмотренных лицензией на пользование недрами) КоАП РФ. Вынесено постановление о назначении административного наказания в виде административного штрафа в размере 20 000 (двадцать тысяч) рублей.

30.10.2014 – в отношении юридического лица ЗАО «Бетон» по ст. 8.41 (невнесение платы за негативное воздействие на окружающую среду в установленные сроки) КоАП РФ. Вынесено постановление о наложении штрафа в размере 50 000 (пятьдесят тысяч) рублей.

30.10.2014 – в отношении юридического лица ООО «Тюменьстроймонтаж» по ст. по ст. 8.41 (невнесение платы за негативное воздействие на окружающую среду в установленные сроки) КоАП РФ. Вынесено постановлении о прекращении производства по делу в связи с отсутствием события административного правонарушения.

30.10.2014 – в отношении юридического лица ООО «МУП Московское ЖКХ» по ч. 2 ст. 8.21 (нарушение правил охраны атмосферного воздуха) КоАП РФ. Вынесено постановление о назначении штрафа в размере 80 000 (восемьдесят тысяч) рублей.

30.10.2014 – в отношении должностного лица ООО «МУП Московское ЖКХ» по ст. 8.5 (сокрытие экологической информации) КоАП РФ. Вынесено постановление о назначении штрафа в размере 1 000 (одной тысяч) рублей.

30.10.2014 – в отношении должностного лица ООО «МУП Московское ЖКХ» по ст. 8.41 (невнесение платы за негативное воздействие на окружающую среду в установленные сроки) КоАП РФ. Вынесено постановление о назначении штрафа в размере 3 000 (трех тысяч) рублей.

На предприятии ООО «Технологии по переработке нефти» в промзоне п. Утешево Тюменского района выявлен разлив нефтесодержащих отходов на землю. Срок проведения расследования: 11.09. – 10.10.2014. Административное расследование по делу об административном правонарушении от 11 сентября 2014 года № 3-084-2014 по ч.2 ст.8.6 КоАП РФ в отношении юридического лица ООО «Технологии переработки нефти» продлено на 30 дней до 10 ноября 2014 года. Административное дело завершилось 29.10.2014 составлением протокол об административном правонарушении по ч.2 ст.8.6 КоАП РФ.

Согласно плану и на основании приказа Управления Росприроднадзора по Тюменской  области от 03.03.2014 г. № 20-а специалистами отдела экологического надзора и надзора в сфере охоты и разрешительной деятельности, закрепленными за заказником федерального значения «Белоозерский», 22 октября осуществлено патрулирование территорий ООПТ. Нарушений не выявлено.

К началу 1980 гг. произошла модернизация механизма предоставления большей свободы природопользователям в выборе оптимальной стратегии охраны среды. Модернизация была совершена с целью включения рыночных рычагов к решению указанных проблем [6].

Данный подход основан на сделках по купле-продаже «прав» на загрязнение, а его суть состоит в том, что в регионе устанавливается общая допустимая норма выброса того или иного загрязняющего вещества.

Рассмотрим, как действует механизм купли-продажи прав на загрязнение в случае выбросов в окружающую среду однородных загрязняющих веществ. Как известно из экономической теории, условием достижения экологических целей с минимальными издержками является обеспечение равенства для всех загрязнителей:

MAC₁ = MAC₂ = … = MACi (3).

Предположим, что в Тюмени двумя ТЭС выбрасывается начальное количество углекислого газа, равное 20 тыс. тонн в год. И стоит задача сократить их вдвое. Региональный экологический комитет с этой целью выпускает 10 тыс. эмиссионных разрешений, каждое из которых соответствует выбросам углекислого газа, равным 1 тонна в год. После установления фирмам эмиссионных нормативов они получают возможность торговать правами на загрязнение. Разумно предположить, что ТЭС с о более высоким уровнем природоохранных затрат будет покупать права на загрязнение, а фирма с низкими природоохранными издержками будет продавцом.

Возникающие природоохранные проблемы отражаются в законах, которые подкреплены системой экономических мер, среди которых используется налоговое регулирование, направленное на стимулирование в осуществлении эффективной природоохранной политики [1].

Так, например, при проведении мероприятий по осуществлению государственного водного и земельного контроля Управление Росприроднадзора по Тюменской области руководствуется: Положением об Управлении; Статьями 13, 42, 71 Земельного Кодекса РФ от 25.10.01 г. № 136-ФЗ; Статьями 11, 36, 65 Водного Кодекса РФ от 03.06.06 г. № 74-ФЗ; Статьей 65 Федерального закона от 10.01.02 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды»; Положением об осуществлении государственного контроля и надзора за использованием и охраной водных объектов, утвержденным постановлением Правительства РФ от 05.06.2013 № 476; Приказом Минприроды России «Об утверждении перечня объектов, подлежащих государственному федеральному контролю за использованием и охраной водных объектов» от 18.12.06 г. № 288; Приказом Минприроды России от 09.12.2010 № 543 «Об утверждении списка конкретных объектов хозяйственной и иной деятельности по территории Тюменской области, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду и подлежащие федеральному государственному экологическому контролю».

При проведении мероприятий по осуществлению государственного надзора за геологическим изучением, рациональным использованием и охраной недр Управление Росприроднадзора по Тюменской области руководствуется: Положением об Управлении Росприроднадзора по Тюменской области, утв. приказом Росприроднадзора от 24.06.2011 г. № 423; Положением о государственном надзоре за геологическим изучением, рациональным использованием и охраной недр, утвержденным Постановлением Правительства РФ от 12 мая2005 г. №293; Законом РФ от 21.02.1992 № 2395-1 (ред. от 28.12.2013) «О недрах»; Федеральным законом от 26 декабря2008 г. № 294-ФЗ (ред. от 28.12.2013) «О защите прав юридических лиц и индивидуальных предпринимателей при осуществлении государственного контроля (надзора) и муниципального контроля»; Приказом Минприроды России от 09.12.2010 № 543 (ред. от 05.08.2013) «Об утверждении списка конкретных объектов хозяйственной и иной деятельности по территории Тюменской области, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду и подлежащие федеральному государственному экологическому контролю»; Административным регламентом Федеральной службы по надзору в сфере природопользования по исполнению государственной функции по осуществлению государственного надзора за геологическим изучением, рациональным использованием и охраной недр, утвержденный приказом МПР РФ от 29 июня2012 г. №196.

Введение специальных экологических налогов направлено на ограничение развития экологически опасных производств и их замену альтернативными производствами, не приносящими вреда окружающей среде и здоровью человека. Следуя данному направлению, необходимо стимулирование инвентаризации источников загрязнений, содействие повышению культуры производства и укреплению технологической дисциплины, накопление финансовых ресурсов и стимулирование природоохранных инвестиций. Необходимо устранить и препятствия в виде отсталости средств мониторинга, слабости органов контроля, несовершенства судебной и исполнительной властей.

Щепа, представляя собой разновидность измельченной древесины, необходима для получения целлюлозы, используется в производстве стружечных плит и в других целях. Области применения щепы и соответствующие характеристики определены в ГОСТ 15815-83 «Щепа технологическая. Технические условия». Характеристики других разновидностей измельченной древесины, в том числе опилок, стружки и других отходов переработки лесоматериалов, приведены в ГОСТ 23246–78 «Древесина измельченная. Термины и определения». Актуальность исследований по направлению, обозначенному в названии данной работы, обусловлена рядом факторов, к которым относится, прежде всего, необходимость уменьшения количества отходов и затрат энергии при переработке круглых лесоматериалов на щепу. В этой связи появляются задачи, для решения которых желательны, однако по техническим условиям невозможны или трудноосуществимы, измерения в производственных условиях таких параметров, как силы контактного взаимодействия деталей технологического оборудования и перерабатываемых лесоматериалов.Как следствие, по причинам технической невозможности или экономической нецелесообразности приобретают особую актуальность приложения методов численного моделирования механических систем к решению этих задач. Применение современных методов численного моделирования и компьютерных технологий существенно уменьшает, но не исключают полностью названные ограничения технической невозможности или экономической нецелесообразности соответствующих экспериментов.

Очистка круглых лесоматериалов от корыв установках барабанного типа.

Теоретические основы технологии очистки круглых лесоматериалов в корообдирочных барабанах изложены в монографииС.П. Бойкова [2], которая остается актуальной и в настоящее время. Однако после публикации данной монографии (1980 г.) появилась необходимость более подробного изучения ряда вопросов. Не останавливаясь на перечислении этих вопросов, отметим лишь, что к их числу можно отнести теоретическое обоснование зафиксированных вэкспериментах А.Н. Коршунова закономерностей уменьшения степени очистки с увеличением диаметра балансов. Результаты этих экспериментов введены в научный оборот в недавно опубликованной статье И.В. Григорьева (с соавторами) [8]. Теоретическое обоснование данной закономерности получено в работе [12], в которой с применением несложной математической модели установлено, что при одной и той же продолжительности технологической операции степень очистки от коры балансов уменьшается с увеличением диаметра балансов. При этом, если в барабан загружены балансы неодинакового диаметра,то, по отношению к балансам малого диаметра, степень очистки от корыбалансов большего диаметра уменьшается пропорционально квадрату увеличения диаметра. Адекватность данноготеоретически найденногоположения [12] подтвержденасравнением с указанными выше независимо полученными экспериментальными даннымиА.Н. Коршунова.

Другие применения методов численного моделирования механических систем к решению задач по совершенствованию технологии очистки круглых лесоматериалов от коры в установках барабанного типа рассмотрены в работах [6, 10, 12, 14, 15, 16].

В контексте данной работы заметим, что при численном моделировании соударений круглых лесоматериалов в корообдирочном барабане неизбежно приходится иметь дело с моделью механической системы, в которой имеются односторонние связи и соударения.Структура такой системы непрерывно изменяется в течение всего процесса окорки по мере вращения барабана (рисунок 1) [14, 15].

Рисунок 1. Балансы в корообдирочном барабане [14]

Анализ состояния такой системы и сил контактного взаимодействия при соударениях ее элементов (включая корпус барабана) представляет собой сложную задачу, для решения которой применяются, как правило, численные методы [17]. Необходимо заметить также, что некоторые задачи такого класса,методы их решения и соответствующая библиографияприведены в работе [18]. Однако, в статье [10]показано применение более эффективного алгоритма, обоснованного в работе [19] и анонсированного в заметке [21]. Реализация данного алгоритма сводится к жордановым исключениям, выполняемым в определенной очередности. Данная очередность определяется с использованием энергетического критерия переходя односторонних связей из возможного состояния в действительное состояние [10, 19].

Измельчение древесины на щепу в дисковых рубительных машинах.

История рубительных машин, первая из которых появилась в 1889 году, продолжается и в настоящее время, что отражено в статьях [16, 21 и др.].Одна из проблем производства щепы заключается в уменьшении массовой доли частиц, некондиционных по форме и размерам. Однако полностью исключить появление отходов в виде таких частиц не удается. Причины появления отходов данного вида, а также технологические решения для реализации потенциала ресурсосбережения при переработке круглых лесоматериалов на щепу рассмотрены в работах [4, 13]. Отличительная особенность этих работ заключается в том, что в них принято во внимание непрерывное уменьшение длины любого отрезка бревна в процессе его измельчения в рубительной машине. В этих работах теоретически и экспериментально показано, что на финишной стадии измельчения отрезок бревна стандартной длины превращается в короткомер, а измельчение короткомеров в рубительной машине приводит к увеличению доли щепы некондиционной крупности. Таким образом, полностью исключить причины появления щепы некондиционной крупности не удается. Однако можно уменьшить долю короткомеров в общем потоке круглых лесоматериалов путем их сортировки по длине, что более подробно рассмотрено в работах [3, 5, 11, 22].

Заключение

Представленный краткий обзор отражает только некоторые новые решения, разработанные в ИЛИСН ПетрГУ и направленные на решение многоплановой проблемы рационального использования древесины. Другие аспекты данной проблемы, в том числе вопросы, требующие продолжения исследований, обсуждаются в работах [1-7, 9-15,28].

Работа выполнена в рамках реализации комплекса мероприятий Программы стратегического развития ПетрГУ на 2012–2016 годы (подпроект:«Совершенствование строительных материалов на основе использования местных ресурсов и отходов переработки древесины»).

Для Республики Мордовия характерны существенные территориальные различия в величине природного агропотенциала, обусловленные зональными и провинциальными особенностями местности. В результате оценки природного агропотенциала были выявлены территориальные различия его величины. Значительная часть республики обладает относительно высокой величиной природного агропотенциала, что создает благоприятные условия для сельскохозяйственного производства. Обращает на себя внимание четкая дифференциация этого показателя в зависимости от ландшафтных особенностей территории.

Наибольшая величина природного агропотенциала характерна для ландшафтов широколиственных лесов и лесостепи. В пределах этого типа ландшафтов в свою очередь наблюдаются различия в величине этого показателя в соответствии, прежде всего с характером почвенного покрова. В районах с черноземами оподзоленными и выщелоченными величина природного агропотенциала составляет более 4,5 баллов, в районах сочетания серых лесных и черноземных почв – 3,5–4,5 баллов. Средний и низких размер природного агропотенциала отмечен в ландшафтах зоны широколиственных лесов и лесостепи на юго-востоке республики с преобладанием серых лесных почв. Минимальные значения природного агропотенциала характерны для зоны смешанных лесов с дерново-подзолистыми, светло-серыми и серыми лесными почвами (менее 1,5) [1, c. 105].

Таким образом, в территориальной дифференциации интегрального природного агропотенциала четко прослеживается следующая закономерность – его наибольшие значения характерны для районов с высокой распаханностью территории и высоким почвенным плодородием.

Исследование природного агропотенциала в современных условиях хозяйствования может проводиться для выявления эффективности его использования, что необходимо при выборе оптимальных форм хозяйствования на земле и переходе к плате за природные ресурсы. Для оценки эффективности использования природного агропотенциала необходим анализ соответствия его величины и экономической эффективности, которая выражается в объеме валовой и товарной продукции сельского хозяйства, валовом и чистом доходе, урожайности основных сельскохозяйственных культур.

Наиболее универсальным экономическим критерием эффективности использования земельных ресурсов (как главного компонента природного агропотенциала) многие исследователи считают величину дифференциального дохода на 1 га пашни. Поэтому в качестве одного из таких подходов к определению эффективности использования природного агропотенциала авторами предложено использовать частное размеров дифференциального дохода на 1 га пашни на единицу интегрального природного агропотенциала. Предлагая данный показатель, авторы исходили из того, что чем выше размер дифференциального дохода на единицу пашни (являющегося главным критерием экономической эффективности использования земель) при равной величине природного агропотенциала, тем эффективней он используется.

В пределах республики коэффициент эффективности использования природного агропотенциала варьирует от 0,2 в зоне смешанных лесов до 2,0–2,5 в зоне широколиственных лесов и лесостепи с черноземами оподзоленными и серыми лесными почвами, а также в районах, примыкающих к г. Саранск. Обращает на себя внимание несоответствие в большинстве случаев величины природного агропотенциала и эффективности его использования. Можно выделить несколько территорий с различными вариантами соотношений этих показателей:

1) районы, где величина и эффективность использования природного агропотенциала крайне низка (зона смешанных лесов с дерново-подзолистыми почвами);

2) районы, где при высокой величине природного агропотенциала наблюдается низкая эффективность его использования. Этот вариант наблюдается в районах с наиболее благоприятными природными и социально-экономическими условиями для развития сельского хозяйства – в зоне смешанных лесов и лесостепи с черноземами оподзоленными и выщелоченными;

3) районы, характеризующиеся средней и низкой величиной природного агропотенциала и высоким уровнем его использования. К этой группе относятся сельскохозяйственные предприятия ландшафтов широколиственных лесов и лесостепи с черноземами оподзоленными и серыми лесными почвами;

4) районы с высокой величиной природного агропотенциала и уровнем эффективности использования природного агропотенциала – пригородные районы с высокой степенью освоенности территории и уровнем интенсивности сельскохозяйственного производства, хорошей обеспеченностью трудовыми ресурсами, более развитой инфраструктурой и др.

Подобные различия в эффективности использования природного агропотенциала обусловлены социально-экономическими факторами, прежде всего интенсивностью производства. Высокая эффективность использования природного агропотенциала в районах со средней и низкой величиной свидетельствует о достижении уровня интенсивности сельскохозяйственного производства, близкого к оптимальному, в то время как в районах с наиболее благоприятными для сельского хозяйства условиями имеет место недоиспользование природного агропотенциала даже при относительно интенсивных системах земледелия и животноводства. Все это свидетельствует об отсутствии дифференцированного подхода к распределению материальных средств в республике в зависимости от природной специфики территории.

Российская система природопользовния (как и общемировая практика) характеризуется повышением темпов роста потребления и снижением темпов восстановления природных ресурсов; слабой эффективностью использования природно-ресурсного комплекса; увеличением числа правонарушений в сфере природопользования. Также имеет место высокая доля теневой экономики при использовании природных ресурсов, несоответствие технической инфраструктуры производственной сферы уровню, который необходим для защищенности жизнедеятельности человека и безопасности окружающей среды.

Наиболее острыми проблемами являются: снижения качества водных объектов, уничтожения и снижения продуктивности сельскохозяйственных угодий, ресурсов, которые составляют основу жизнеобеспечения населения и формируют экологический потенциал территории.

Показателем экономической эффективности аграрной сферы является стоимость валовой продукции сельского хозяйства в хозяйствах всех категорий в Республике Мордовия (таблица 1).

Таблица 1 – Динамика объема валовой сельскохозяйственной продукции, продукции растениеводства и животноводства во всех категориях хозяйств, млн. рублей

В целом анализ развития сельского хозяйства Республики Мордовия за период 2005–2015 гг. свидетельствует о положительной динамике роста. Так, индекс физического объема сельскохозяйственной продукции в 2015 г. к уровню предыдущего года составил 110%. При этом в структуре сельскохозяйственной продукции преобладает продукция животноводства (57%).

Данные, приведенные в таблицы, говорят о наличии благоприятных тенденций в сфере растениеводства Республики Мордовия. Темп роста общего объема валовой продукции растениеводства в 2015 г. составил 118%, а продукции животноводства, напротив, снизился по сравнению с предыдущим годом и имеет темп роста 105% в сравнении с 2014 г. [2, c. 176].

Достаточно важным показателем, характеризующим эффективность использования природно-ресурсного потенциала территории, является количество произведенной продукции. Данные показатели эффективности связаны между собой и зависят друг от друга (таблица 2).

Таблица 2 – Производство основной сельскохозяйственной продукции (в хозяйствах всех категорий)

За последние годы увеличивается производство сельскохозяйственной продукции в Республике Мордовия в натуральных показателях. Так, в сравнении с 2007 годом, производство овощей и молока увеличилось в 1 раз, зерна – 1,2 раза, яиц – 1,8 раза, сахарной свеклы и зелёного горошка – в 2,5 раза, мяса – в 2,3 раза. Выросло общее количество продукции растениеводства, выросла и реализация товаров соответствующей продукции, такая тенденция говорит о достаточно рациональной организации и систематизации агропромышленного производства и эффективном использовании земельных ресурсов [3].

Рациональность лесопользования позволяет определить расчетная лесосека. Соответствующий показатель определяет допустимый ежегодный объем изъятия древесины в эксплуатационных и защитных лесах, обеспечивающий многоцелевое, рациональное, непрерывное, неистощительное использование лесов, исходя из установленных возрастов рубок, сохранение биологического разнообразия, водоохранных, защитных и иных полезных свойств лесов (таблица 3).

Таблица 3 – Использование расчётной лесосеки

Ежегодная расчетная лесосека Министерства лесного, охотничьего хозяйства и природопользования Республики Мордовия составляет 1093,6 тыс. м³, в том числе по хвойному хозяйству – 119,4 тыс. м³, по твердолиственному хозяйству – 87,4 тыс. м³, по мягколиственному хозяйству – 886,8 тыс. м³. Ежегодно план по расчетной лесосеке не выполняется, это говорит о низком обороте лесной продукции. Соответственно это ведет к снижению денежной отдачи от реализации лесных ресурсов. Соответственно лесные ресурсы в республике используются неэффективно [1, c. 236].

Следующий вид ресурсов,  эффективность использования которых необходимо оценивать – это водные ресурсы. Республика Мордовия характеризуется, как регион, достаточно обеспеченный водными ресурсами. В связи с сокращением масштабов производства в Мордовии в последние годы наблюдается снижение водопотребления. Основные показатели, характеризующие водохозяйственную систему республики, представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Основные показатели водопотребления и водоотведения, млн. м³

По всем рассматриваемым показателям мы можем наблюдать значительные изменения значения в сторону сокращения. Так, забор воды в 2015 году по сравнению с 2007 годом сократился на 26%. Также с 2007 года в 1,4 раза снизилось потребление воды. Но стоит отметить тот факт, что сброс сточных вод в поверхностные водные объекты без очистки имеет нестабильную ситуацию и характеризуется нестабильными колебаниями: начиная с 2011 года значение данного показателя было очень большим, однако не может не радовать то, что к 2015 году он достиг значения равное 0,88 млн. м³.

Таким образом, имеет место отрицательная тенденция, которая сопровождается ещё одним таким негативным моментом, как потери при транспортировке, которые ежегодно увеличиваются. Соответствующий показатель в 2015 году составил 19,02 тыс. м³ , он отражает потери воды при транспортировке от места забора до места потребления, учитывая испарение, утечки и фильтрацию. Разумеется, существование таких потерь – это «недопустимая роскошь». В период осознания безусловной значимости этого ресурса, необходимости сохранения и экономии водных ресурсов, величина таких потерь чрезвычайно высока. Такая ситуация зачастую возникает из-за низкой эффективности функционирования сооружений и систем, применяемых при очистке и передаче воды, что говорит о необходимости строительств новых и ремонта существующих объектов транспортировки воды.

Экологический критерий – характеризует баланс результатов хозяйственной деятельности, социальных потребностей общества и  экологических показателей природоохранной деятельности.

Главными причинами загрязнения почвы на территории жилой застройки в настоящее время остаются: несовершенство или отсутствие схем очистки населенных мест, возросшее количества твердых бытовых отходов, изношенность и дефицит специализированных транспортных средств и контейнеров для сбора пищевых и бытовых отходов; отсутствие условий для мойки и дезинфекции контейнеров для сбора мусора; отсутствие централизованной системы канализации в ряде населенных мест; низкое качество канализационных сетей; отсутствие селективного сбора отходов от населения в районах республики;  несанкционированные свалки в районах республики. Динамика загрязнения почв в Республике Мордовия представлена в таблице 5 [4].

Таблица 5 – Динамика загрязнения почв по исследованным пробам

В настоящее время не изменяется санитарно-химическое состояние почв. Санитарный анализ проб почвы показал, что доля почв, не соответствующих гигиеническим нормативам, осталась на прежнем уровне, и значительно ниже показателя по РФ за 2013 г. – 8,2%. Исследованные пробы проведены в рамках социально-гигиенического мониторинга и не соответствуют санитарно-гигиеническим нормам. Причиной этого несоответствия является автомобильный транспорт, проходящий по магистральным улицам, расположенным близко к жилым застройкам.

Большое значение в сфере природопользования играет загрязнение водных объектов (таблица 6). Водоемы, не отвечающие санитарным требованиям, в хозяйственной деятельности не могут быть использованы, что негативно сказывается на водопользовании в целом.

Таблица 6 – Динамика качества водных объектов по исследованным пробам

В 2014 году доля проб из водоёмов второй категории, не соответствующих санитарным требованиям по санитарно-химическим показателям по сравнению с 2013 годом снизилась на 12,4%. Доля проб из водоёмов второй категории, не соответствующих санитарным требованиям по микробиологическим показателям в отчётном году увеличилась на 14,9%. Вероятной причиной несоответствия воды водоемов по микробиологическим показателям является попадание талых вод в водоемы. Повторные исследования воды водоёмов после проведения мероприятий соответствовали гигиеническим нормативам. Доля проб из водоёмов второй категории, не соответствующих санитарным требованиям по паразитологическим показателям по сравнению с 2013 годом снижена до 0,0%.

Для достижения цели в виде получения хорошего урожая, агропромышленный комплекс использует минеральные удобрения (таблица 7). Одним из главных недостатков использования минеральных удобрений является то, что урожай получается не лучшего качества, что впоследствии сказывается на потребляемых продуктах населением и соответственно дальнейшим ухудшением здоровья граждан.

Таблица 7 – Внесение минеральных удобрений

Из представленных в таблице данных мы видим, что использование минеральных удобрений в целом носит снисходительную тенденцию, но всё же имеет место быть. Для эффективного использования агроприродного потенциала территории необходимо минимизировать применение минеральных удобрений, а для лучшего эффекта совсем исключить.

Из приведенных данных видно, что экологическая ситуация, по определенным показателям, становится лучше, но в общем ситуация не благоприятная.

Экологические критерии рациональности и эффективности могут проявляться на разных уровнях. Первичный эффект заключается в снижении отрицательного воздействия человека на окружающую природную среду, то есть в рациональном природопользовании. В первую очередь это проявляется в снижении объема загрязнений и концентрации вредных веществ в почве и увеличении площади пригодных природных ресурсов, для ведения природохозяйственной деятельности. Конечный эффект заключается в повышении уровня продолжительности жизни населения, увеличении природных богатств страны, что показывает связь с социальной эффективностью. В тоже время без социальных достижений невозможно добиться  экономической и экологической эффективности. Степень решения социальных проблем (отношение к труду, морально-психологический климат и т.п.) нередко оказывает решающее воздействие на динамику рационального и эффективного использования природных ресурсов. И экономическая, и социальная эффективность в единстве оказывают влияние на экологический  эффект [5, c. 978].

Таким образом, критерии рационального и эффективного  использования природных ресурсов  в современных условиях хозяйствования требует комплексного и глубокого научного обоснования с применением показателей, объединенных в группы или системы, объективно отражающих конкретную ситуацию и существующие условия производства. Увеличение лишь одного показателя (продуктивности) не приведет к рациональному и эффективному природопользованию.