Экологизированные рубки спелых и перестойных насаждений в реализации концепции сохранения лесорастительной среды (на примере Свердловской области)

Актуальность темы

Современная цивилизация, оказывая ощутимое влияние на биосферу Земли, может спровоцировать скачкообразное изменение климата. Основной причиной такого изменения климата может послужить накопление углеродосодержащих газов (СОг) в атмосфере Земли. Результаты его могут быть катастрофическими.

Основные стабилизирующие и депонирующие функции в регулировании газовой структуры атмосферы являются леса Российской Федерации, на долю которых приходится 22% от всех лесов Земли.

В Российской Федерации, в том числе и в Свердловской области, в больших масштабах велись и ведутся рубки леса в основном (более 90%) сплошнолесосечными способами, причем, технологии этих и других способов рубок не всегда отвечают экологическим и лесоводственным требованиям. Однако без рубок нет хозяйства в лесу. Поэтому рубки спелых и перестойных насаждений должны повсеместно выполняться экологизированными способами и технологиями, обеспечивающими сохранение лесорастительной среды.

Диссертационная работа направлена на решение важной народнохозяйственной проблемы — повышение экологической, лесоводственной и экономической эффективности рубок спелых и перестойных насаждений путем широкого внедрения экологизированных рубок и совершенствования технологий лесосечных работ.

Исследования проведены в рамках Федеральной целевой программы (ФЦП) «Государственная поддержка интеграции образования и фундаментальной науки на 1997;2001 годы», Межотраслевой программы сотрудничества Министерства образования РФ и Министерства природных ресурсов РФ по теме «Исследование и обоснование основных эколого-технологических параметров рубок, обеспечивающих комплексное использование природных ресурсов и сохранение биосферных функций леса в условиях устойчивого управления» (Приказ Министерства образования РФ от 06.06.2001 г. № 2299) и грантов РФФИ № 01−04−96 424 (2001;2003 гг.) «Оценка запасов углерода и углеродно-кислородного бюджета в лесных экосистемах Уральского региона» и № 04−05−96 083 (2004;2007 гг.) «Картирование углерододепонирующей емкости лесных экосистем Уральского региона». Таким образом, тема диссертации актуальна.

Цель и задачи исследования

Цель диссертационной работы — исследование и обоснование способов и технологий экологизированных рубок спелых и перестойных насаждений в реализации концепции сохранения ле-сорастительной среды, устойчивого развития и рационального лесопользования (на примере Свердловской области).

В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи исследований:

— заложить серию опытно-производственных стационаров в различных природно-географических условиях Свердловской области по изучению и обоснованию способов и технологий экологизированных рубок в спелых и перестойных насаждениях;

— изучить влияние опытных рубок на изменение лесорастительной среды и послерубочную динамику древостоев и особенности лесовозобнови-тельного процесса;

— выявить и обосновать основные эколого-лесоводственные и технологические условия и параметры рубок;

— исследовать приходную часть углеродного цикла в лесных насаждениях в связи с равномерно-постепенными рубками, как наиболее перспективными;

На защиту диссертации выносятся следующие положения:

— концепция, вызывающая необходимость рассматривать ресурсно-сырьевую и биосферно-стабилизирующие функции лесов в единстве и взаимосвязи;

— изменение лесорастительной среды, динамика древостоев и состояние естественного лесовозобновления под влиянием различных способов и технологий рубок;

— масштабы и пути углерододепонирующей функции лесов Свердловской области в связи с равномерно-постепенными рубками;

— перспективные, как традиционные технологии лесосечных работ (хлыстовая), так и сортиментные технологии лесосечных работ на базе комплекса машин «харвестер — форвардер» для различных видов рубок и зонально (подзонально) — типологических особенностей насаждений, максимально обеспечивающих сохранение лесорастительной среды.

Научная новизна:

— впервые заложена научная база для долговременных исследований эколого-лесоводственных последствий рубок спелых и перестойных насаждений в виде серии опытно-производственных стационаров в разнообразных природно-географических условиях Свердловской области с применением различных технологий лесосечных работ;

— сравнительно и комплексно исследованы последствия различных способов и технологий рубок спелых и перестойных насаждений, выполненных на постоянных опытно-производственных стационарах (за период до 30 лет);

— из набора способов рубок обоснован и определен на перспективу равномерно-постепенный способ, сочетающий интересы лесного хозяйства и лесозаготовителей. Этот способ ранее почти не применялся;

— выполнены комплексные исследования послерубочной динамики древостоев: таксационные показатели, прирост деревьев, механические повреждения остающихся на доращивание деревьев и их санитарное состояние, наличие ветровала;

— оценены особенности естественного лесовозобновления;

— установлены или уточнены основные эколого-лесоводственные и технологические условия и параметры равномерно-постепенных рубок;

— предложены технологические схемы сортиментной заготовки древесины на основе машин «харвестер — форвардер», обеспечивающие минимизацию экологического ущерба, наносимого природной среде, а также значительное снижение себестоимости заготовки древесины и повышение производительности труда;

— определены количественные показатели углерододепонирующей функции лесов Свердловской области в связи с равномерно-постепенными рубками.

Практическая значимость работы. Основные результаты исследований вошли в различные регламентирующие документы (см. список работ автора), применяемые на практике. Материалы диссертации являются также исходной базой для расчета углерододепонирующей способности лесов Свердловской области и основных количественных параметров депонирования углерода в них в связи с постепенными рубками. Опытно-производственные участки с серией постоянных пробных площадей на них служат природной учебной и научной базой для студентов лесоинженерного и лесохозяйственного факультетов УГЛТУ. Эти участки используются студентами для дипломного проектирования, а аспиранты в порядке мониторинга продолжают их исследовать.

Обоснованность выводов и предложений. Многолетние исследования последствий равномерно-постепенных рубок на опытно-производственных стационарах, заложенных в разных природно-географических условиях Свердловской области, обширный экспериментальный материал, полученный в ходе этих исследований, использование современных методов математического моделирования и статистического анализа, системный подход при анализе фактических материалов и интерпретации полученных результатов, использование современной вычислительной техники определяют обоснованность приведенных в диссертации выводов и предложений.

Личное участие автора. Все виды работ по теме диссертации от разработки программно-методической части и сбора экспериментального материала до анализа и обработки полученных результатов осуществлены автором или при его непосредственном участии в качестве руководителя работ и исполнителя.

Объем выполненных работ. В 3-х основных лесорастительных подзонах Свердловской области, 3-х лесных формациях и 4-х типах леса заложены пять опытно-производственных участка (ОПУ) по исследованию экологизированных способов и технологий рубок. Общая площадь стационаров составляет 699,8 га. Применены сплошнолесосечный и равномерно-постепенный способы рубки.

На всех рабочих и контрольных частях участков ОПУ заложено 65 постоянных пробных площадей (ППП) с набором всех необходимых работ по экологическим, лесоводственным, таксационным и технологическим направлениям исследований как до рубок, так и после них.

Апробация работы. Основные результаты исследований изложены на Международной научно-технической конференции «Перспективы развития лесного и строительного комплексов, подготовки инженерных и научных кадров на пороге XXI века», Брянск, 2000; Международной научно-технической конференции «Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса», Екатеринбург, 2001; Научной конференции «Таксация леса на рубеже XXI века: Достижения и перспективы развития», С.-Петербург, 2001; Международной научно-практической конференции «Аэрокосмические методы в лесном комплексе», С.-Петербург, 2002; Международной научно-практической конференции «География и регион», Пермь, 2002; Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса», Вологда, 2004; «Международном лесной форуме», С-Петербург, 2007; Научно-практической конференции «Экологическая безопасность государств — членов Шанхайской организации сотрудничества», Екатеринбург, 2008; Научно-практической конференции «Региональные проблемы природопользования и охраны окружающей среды», Курган, 2008; Международной научной конференции «Резервуары и потоки углерода в лесных и болотных экосистемах бореальной зоны», Сыктывкар, 2011.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 231 стр. текста, включает 8 глав, заключение, библиографический список из 160 названий, в т. ч. 19 из них иностранныхиллюстрирована 60 таблицами и 25 рисунками.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 36 печатных работах, в том числе 15 из них в изданиях по списку ВАК.

Выводы.

1. При проведении равномерно-постепенных рубок закономерно изменяется таксационная характеристика древостоя: снижается на величину выборки запас, пропорционально уменьшается фитомасса фракций.

2. Изменение запасов фитомассы по фракциям после рубки зависит от древесной породы, общая закономерность состоит в снижении среднеперио-дического текущего изменения фитомассы ствола и ветвей в VII и VIII классах возраста, а по хвое (листьям) наблюдаются разнонаправленные тенденции у разных пород.

3. Согласно реализованной прогнозной модели превышение прироста после рубок по отношению к контролю достигает 50% и более в зависимости от древесной породы и фракции фитомассы. Наибольший темп увеличения массы ствола и ветвей у пихты (соответственно 58 и 71%), а наименьший — у осины (24 и 25%). Наименьшая активизация накопления массы хвои — у пихты.

4. В возрасте 130 лет сосновые насаждения после выборки 20% запаса в возрасте 110 лет по сравнению с контролем накопили 86%, при выборке 30% запаса — 77% и при выборке 50% запаса — 59%, или с учетом снижения массы на величину выборки увеличение наземной фитомассы составляет 6, 7 и 9%. По ели эти показатели соответственно 5,6 и 9%, по пихте — 6, 6 и 7%, по березе -11, 13 и 16%, по осине — 5, 6 и 9%.

5. равномерно-постепенные рубки за счет увеличения приростов остающихся на доращивание насаждений увеличивают их углерододепони-рующую способность на 5−9%, что отвечает задаче повышения биосферной роли лесов.

ГЛАВА 8. ЭКОЛОГИЗИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛЕСОСЕЧНЫХ РАБОТ ПРИ РАВНОМЕРНО-ПОСТЕПЕННЫХ РУБКАХ СПЕЛЫХ И ПЕРЕСТОЙНЫХ ДРЕВОСТОЕВ.

По выражению классика российского лесоводства Г. Ф. Морозова «Рубка леса — синоним возобновления». Имеется в виду, что рубки спелых и перестойных насаждений обязательно предполагают лесовозобновление мест рубок. Из существующих методов лесовозобновления — естественного, искусственного и комбинированного — IX мировой лесной конгресс в Мехико (1985г.) на территории тайги доминирующим методом рекомендовал естественный. В нашей стране именно этот метод, особенно путем сохранения в процессе лесосечных работ подроста предварительной генерации, широко применялся и применяется.

Естественное семенное лесовозобновление обеспечивает по отношению к искусственному преимущества (Луганский и др., 2010):

— новые поколения древесных пород обладают лучшими генетическими свойствами;

— они более биологически устойчивы к неблагоприятным факторам;

— как правило, формируются сложные, многокомпонентные и многовидовые насаждения, более близкие к исходным;

— происходит полное восстановление всех многообразных экологических функций;

— требуется меньше денежных и трудовых затрат;

— сохраняются более высокие потенции к последующему естественному лесовозобновлению.

Поэтому важнейшей лесоводственной задачей является применение тех мероприятий и их параметров, которые обеспечивают успешное естественное лесовозобновление.

Проведенные исследования убедительно свидетельствуют, что замена сплошнолесосечных рубок равномерно-постепенными и выборочными рубками позволяют отказаться от дорогостоящего и далеко не всегда эффективного искусственного лесовосстановления. Сохранение второго яруса, подроста и молодняка хозяйственно ценных пород исключает нежелательную смену пород на вырубках, а также минимизирует снижение выполняемых насаждениями защитных функций. Однако последнее может быть обеспечено только при условии неукоснительного соблюдения адаптированных для конкретных лесорастительных условий технологий лесосечных работ.

Как отмечалось нами ранее, учеными и практиками разработан целый ряд технологий лесосечных работ, основанных на валке деревьев бензиномо-торными пилами с последующей обрубкой сучьев на месте валки и трелевкой хлыстов трелевочными тракторами. Данные технологии позволяют сохранить до 70−85% подроста на пасеках, они широко адаптированы в насаждениях различных лесных формаций и географических регионов. Однако в настоящее время наметилась четкая тенденция перехода от хлыстовой к сорти-ментной технологии лесосечных работ. Последнее вызывает необходимость анализа существующих и разработку новых сортиментных технологий, адаптированных к региональным природным условиям.

В наибольшей мере сохранение экологической среды и успешность естественного лесовозобновления мест рубок обеспечивают равномерно-постепенный способ рубки и технологии лесосечных работ на базе машин харвестер-форвардер. Именно эти машины обеспечивают сортиментную заготовку древесины.

К неоспоримым преимуществам сортиментных технологий, прежде всего, следует отнести резкое улучшение условий труда рабочих при выполнении лесосечных работ. В частности, при механизированной хлыстовой заготовке древесины вальщики, чокеровщики, обрубщики сучьев работают под открытым небом вне зависимости от сезона года и температуры воздуха. В то же время операторы харвестера и форвардера работают в кабинах машин с определенным режимом микроклимата. Внедрение лесозаготовительных комплексов на базе харвестеров и форвардеров повышает культуру производства, снижает опасность получения профессиональных заболеваний, вызывает у молодежи живой интерес к престижной и высокооплачиваемой профессии оператора лесозаготовительных машин. Достоинством сорти-ментных технологий является также значительное повышение производительности труда на лесосечных работах и исключение ручного труда на валке деревьев, обрубке сучьев, сортировке, раскряжевке хлыстов, трелевки и укладке в штабеля при использовании харвестера и форвардера. Естественно, что такая организация работ резко повышает объемы заготовки древесины на каждого рабочего. По данным специалистов, один лесозаготовительный комплекс из харвестера и форвардера с шестью операторами при трехсменном режиме работы способен заготавливать порядка 50 тысяч кубометров древесины в год. Для выполнения такого объема работ по хлыстовой технологии требуется около 20 лесорубов, 4 трелевочных трактора, челюстной погрузчик, несколько лесовозных автопоездов, нижний склад с краном, раскряжевочной линией и солидным персоналом. При транспортировке сортиментов практически отсутствуют ограничения, в т. ч. по автомобильным дорогам общего назначения.

Опыт нашей страны и зарубежных стран свидетельствует, что сорти-ментные технологии перспективны не только при заготовке древесины в спелых и перестойных древостоях, но и при проведении рубок ухода, санитарных и других рубок. Лесозаготовительный комплекс незаменим при работе в ветровальниках и других нарушенных стихийными природными факторами насаждениях. Оператор харвестера может обрабатывать ветровальные и буреломные деревья с минимальной опасностью для себя, поскольку расстояние между оператором и обрабатываемым деревом увеличивается на длину вылета манипулятора.

К сожалению, до настоящего времени законодательно на территории РФ не определен статус операторов харвестера и форвардера, следовательно, не выдается и официальный документ, подтверждающий их профессиональную пригодность. Эта неопределенность проявилась в том, что образовательные учреждения испытывают серьезные трудности при подготовке кадров этой профессии.

В большинстве европейских государств все насаждения к возрасту спелости обычно бывают пройдены рубками ухода. Последнее позволяет при освоении спелых и перестойных древостоев выборочными рубками харве-стеру маневренно передвигаться между деревьями, сокращая тем самым площадь трелевочных волоков. Лесной фонд РФ принципиально отличается от такового в зарубежных странах, прежде всего тем, что рубки ухода за лесом проводятся в весьма ограниченных объемах. По этой причине густота древостоев к возрасту спелости остается высокой и не позволяет харвестеру во многих случаях передвигаться между деревьями. Другими словами, харве-стер осваивает при несплошных рубках только полосы леса вдоль трелевочного волока шириной не более длины манипулятора. При планировании в большинстве случаев несплошных рубок следует иметь в виду, что соблюдение лесоводственных требований может быть обеспечено только комбинированными технологиями лесосечных работ, т. е. дополнительно к сортимент-ной технологии, применяемой вблизи трелевочного волока, используется ручная валка деревьев на серединах увеличенных по ширине пасек.

Существуют вопросы и другого характера. При хлыстовых технологиях заготовки древесины наиболее распространенным способом очистки мест рубок является сбор порубочных остатков на трелевочный волок для его укрепления. В последующем происходит их частичное разрушение тракторами при трелевке. Данный способ рекомендуется и при сортиментных технологиях. Однако харвастеры и форвардеры чаще всего имеют колеса, а не гусеницы, следовательно они не полностью измельчают порубочные остатки на волоке. Увеличение массы порубочных остатков на трелевочных волоках при частичном ее измельчении и перемешивании с почвой замедляет деструкцию древесины, что необходимо учитывать при планировании противопожарных мероприятий на вырубках.

Вместе с тем, в последнее время наметилась тенденция использования съемных цепных гусениц для колесных форвардеров, что обеспечивает измельчение сучьев на волоке и последующее ускорение деструкции древесины.

Все многообразие технологий лесосечных работ с использованием многооперационных машин харвестер-форвардер можно условно разделить на следующие варианты, или схемы:

Вариант 1. Технология разработки лесосеки с использованием бензомоторных пил на валке и раскряжевке деревьев с подвозкой сортиментов форвардером.

Типовая технологическая схема по первому варианту предусматривает валку деревьев бензомоторной пилой, обрезку сучьев с укладкой их на волок и частичным оставлением на пасеке для перегнивания, разметку и раскряжевку хлыстов, пакетирование маломерных сортиментов в зону действия манипулятора форвардера. Сбор, погрузка сортиментов на грузовую платформу, трелевка на лесопогрузочный пункт, сортировка и штабелевка выполняются форвардером. Один форвардер в зависимости от состава и крупности деревьев должен обслуживать 4−6 рабочих с бензомоторными пилами.

Выполненные исследования показали, что разработка лесосек по варианту 1 может быть применена во всех лесорастительных условиях и при проведении как сплошнолесосечных, так и равномерно-постепенных и добровольно-выборочных рубок. Отличительной особенностью данного варианта от хлыстовой технологии является увеличение выполнения числа операций, выполняемых на пасеках, и последующая трелёвка сортиментов форвардером. При этом обеспечивается сохранение подроста предварительной генерации в количестве, соответствующем лесоводственным требованиям, поскольку позволяет увеличить ширину пасек до двух средних высот древостоя. Однако при данном варианте снижается производительность работ по сравнению с технологиями, основанными на использовании харвестера и форвардера, поскольку валка деревьев с последующей раскряжевкой осуществляется вручную.

Вариант 2. Технология разработки лесосеки методом узких пасек с подкладочным деревом.

Валка и раскряжевка деревьев с использованием бензиномоторной пилы, подвозка сортиментов форвардером в древостоях с объемом ствола до 0,3 м³. Ширина пасек при этой технологии не превышает, как правило, 20 м. Разработку пасек ведут с подкладочным деревом, что облегчает обрезку сучьев, перемещение ствола в пределах пасеки. Разработка лесосеки ведется следующим образом: сначала перпендикулярно основному направлению валки спиливают тонкомерное подкладочное дерево с таким расчетом, чтобы оно расположилось на расстоянии 5.10 м впереди от очередной группы деревьев, подлежащих валке, и было приподнято на 50.70 см над поверхностью почвы. Для этого подкладочное дерево валят на ранее заготовленные сортименты или микроповышения, после чего с него обрезают сучья. Затем на него поочередно валят деревья из намеченной группы так, чтобы после обрезки сучья оказались на волоке. Раскряжевывают хлыст сразу после обрезки сучьев или после перемещения хлыста на сортиментные ленты, расположенные вдоль волока, а затем окучивают маломерные сортименты. При разработке лесосеки таким способом посреди волока образуется вал сучьев, который значительно улучшает проходимость форвардеров и предотвращает деформацию волока. В процессе трелевки вал сучьев уплотняется, укрепляя волок. После вытрелевки сортиментов на пасеке не требуется дополнительной очистки, поскольку все сучья сконцентрированы на волоке и уплотнены проходами форвардера (рис. 17). риода, создавая на волоке микроповышение идеальное для формирования хвойного подроста последующих генераций.

К недостаткам технологии лесосечных работ по варианту 2 следует отнести ограниченность ее применения при равномерно-постепенных и добровольно-выборочных рубках на лесосеках с наличием подроста предварительной генерации, поскольку узкие пасеки и, как следствие этого, большая площадь трелевочных волоков не позволяют выполнить лесоводственные требования по сохранению подроста.

Вариант 3. Технология разработки лесосеки методом средних пасек и с использованием на валке и раскряжевке бензиномоторной пилы, а на подвозке сортиментов — форвардера.

При этой технологии ширина пасеки составляет до 40 м. Разработку пасеки начинают с вырубки подлеска в полосе шириной 25 м вдоль трелевочного волока с укладкой его поперек волока. Затем на волоке и смежных сортиментных лентах валят деревья, обрезают сучья и раскряжевывают хлысты, используя приемы, аналогичные описанным выше. Когда волок разработан на 20−25 м, на полупасеках выборочно валят деревья. Направление валки выбирают из условия возможности беспрепятственной валки в просветы между деревьями, оставляемыми на доращивание. На сортиментных полосах деревья валят так, чтобы максимально приблизить сучья к технологическому коридору. На промежуточных полосах деревья валят в направлении технологического коридора с таким расчетом, чтобы разместить сортименты вблизи сортиментных полос, а сучья — вблизи волока. Соблюдение этих условий облегчает окучивание сортиментов и подноску коротья для пакетирования в пределах сортиментных полос, а также позволяет укрепить волок сучьями. При несплошных рубках это позволяет предотвратить повреждение корней деревьев, оставляемых для доращивания.

При этой технологии (рис.18), как и при других сортиментных технологиях, производится окучивание сортиментов, чтобы создать погрузочные.

Предлагаемая технология может быть рекомендована как при сплошнолесо-сечных, так и равномерно-постепенных и добровольно-выборочных рубках, поскольку позволяет обеспечить сохранение подроста предварительной генерации в количестве, предусмотренном лесоводственными требованиями.

Вариант 4. Технология разработки лесосеки с размещением волока по границе пасеки и использованием на валке и раскряжевке харвестера, а на подвозке сортиментов — форвардера.

Технология разработки пасеки с размещением волока по границе пасеки (рис. 19) применяется для проведения сплошных рубок при отсутствии под пологом насаждения хвойного подроста или второго яруса, а также при хорошей несущей способности фунтов. Разработка пасеки ведется одновременно с разрубкой волока. Деревья валят на стену леса в направлении, перпендикулярном волоку, выпиливаемые сортименты пакетируют на площади, вырубленной с предыдущего волока. Сучья укладываются на волок.

Рис. 19. Схема разработки пасеки харвестером при размещении волока по ее границе (вариант 4): 1 — растущие деревья- 2 — волок- 3 — харвестер- 4 -пакеты сортиментов- 5 — порубочные остатки- 6 — форвардер

На участках с групповым размещением подроста деревья спиливают и валят перпендикулярно волоку, но с учетом расположения групп подроста и молодняка хозяйственно ценных пород. Волок при этой технологии прямолинейный, что упрощает трелевку. Порубочные остатки укладываются непосредственно под колеса харвестера на формируемый волок.

При работе по этой технологии ширина разрубаемой ленты составляет два эффективных вылета манипулятора. Под эффективным вылетом в данном случае понимается использование максимального вылета манипулятора не в полной мере, что обусловливается субъективными причинами. Невозможность для оператора определения глазомерно точного расстояния до дерева является основной из них. Нами установлено, что на практике максимальный вылет используется в среднем на 85−90%.

На участках с равномерно распределенным подростом валка деревьев осуществляется вперед вершиной на стену леса с последующей укладкой выпиливаемых сортиментов вдоль волока, что позволяет максимально сузить ленты, на которых укладываются сортименты и соответственно увеличить долю площади пасеки, на которой сохраняется подрост. Однако при этом условия формирования хворостяной подушки на волоке ухудшаются, в результате чего часть порубочных остатков оказывается за пределами рабочей части волока (рис. 21).

Таким образом, вариант 5 технологии разработки лесосек может быть рекомендован в большинстве случаев при проведении равномерно-постепенных рубок и сплошнолесосечных рубок на лесосеках с наличием подроста предварительной генерации. Модификации варианта 5 обеспечивают разработку лесосек как с групповым, так и равномерным размещением подроста.

Харвестер после разрубки смежных волоков, отстоящих друг от друга на расстоянии до 45 метров и прилегающих полулент, приступает к работе на лентах, не смежных с волоком, которые осваивается за два прохода. Харвестер укладывает выпиливаемые сортименты в пакеты при работе во вспомогательных коридорах на одну сторону таким образом, чтобы они были досягаемы для манипулятора форвардера при движении по трелевочному волоку.

Вариант 9 технологии разработки лесосек обеспечивает возможность проведения равномерно-постепенных и добровольно-выборочных рубок спелых и перестойных насаждений, не прибегая к комбинированным технологиям и ручной валке деревьев. Вариант применим практически во всех лесо-растительных условиях за исключением насаждений сфагновой группы типов леса. В тоже время разработка лесосек сплошными рубками по этой технологии не целесообразна, поскольку общая производительность труда на лесосечных работах будет ниже, чем при технологии вариантов 4 и 5, в частности.

Вариант 10. Технология разработки лесосеки при работе харвестера в трех режимах и форвардера на подвозке сортиментов.

В основе этой технологии лежит возможность использования харвестера при работе по неполному циклу (рис. 25). Сначала разрубаются смежные пасечные волоки, отстоящие друг от друга на расстоянии до 40 метров, и прилегающие ленты, досягаемые для манипулятора харвестера. Работа при этом ведется по полному циклу. Затем харвестер переходит для работ на оставленную между волоками ленту леса. Перемещаясь по центру этой полосы таким образом, чтобы нанести минимальный ущерб насаждению, харвестер валит деревья, назначенных в рубку, под прямым углом к волоку вершиной в направлении ближайшего волока. Обрезка сучьев и раскряжевка поваленных деревьев осуществляются во время следующего прохода харвестера по разрубленным волокам. Обрезка сучьев производится при этом способом «за вершину», а раскряжевка хлыста после перехвата его харвестерным агрегатом — «за комель». Описанная технология работы является предпочтительной на грунтах с недостаточной несущей способностью при проведении равномерно-постепенных и добровольно-выборочных рубок. I I.

I" —^.

Рис. 25. Схема разработки пасеки харвестером в трех режимах (вариант 10): 1 — растущие деревья- 2 — волок- 3 — харвестер- 4 — поваленные деревья- 5 — пакет- 6 — пни- 7 — движение харвестера при работе в режиме «валка" — 8 — порубочные остатки- 9 — форвардер

Вариант 11. Комбинированная технология разработки лесосеки с использованием на валке деревьев бензомоторных пил и харвестера, а на подвозке сортиментов — форвардера.

При комбинированной технологии лесосечных работ сначала харвестером разрубаются трелевочные волоки и вырубаются (при сплошнолесосеч-ной рубке) или изреживаются (при рубках ухода, равномерно-постепенных и добровольно-выборочных рубках спелых и перестойных древостоев) полосы справа и слева от трелевочного волока на ширину эффективного вылета стрелы манипулятора. После выполнения данной работы производится валка деревьев в средней части пасеки бензиномоторной пилой под прямым углом к трелевочному волоку.

При проведении сплошных рубок спелых и перестойных насаждений с наличием подроста предварительной генерации целесообразно применение технологии разработки лесосеки с размещением волока по середине пасеки (вариант 5). Данная технология заслуживает внимания не только возможностью сохранения значительной части подроста, но и тем, что она обеспечивает концентрацию порубочных остатков на волоках, что важно при слабой несущей способности почвогрунтов.

Сплошные рубки с последующим лесовозобновлением.

Такие рубки планируются при отсутствии на лесосеке подроста хозяйственно-ценных пород предварительной генерации, либо при недостаточном его количестве для последующего лесовозобновления (при условии сохранения в процессе лесозаготовок). Наиболее приемлемые технологии для данных рубок — технология согласно варианту 4-му (размещение волоков по границе пасеки).

При использовании на валке деревьев бензиномоторной пилы, а на подвозке сортиментов форвардера при проведении сплошных рубок в спелых и перестойных насаждениях может найти применение технология разработки лесосек по варианту 2. Однако эта технология более трудоемка по сравнению с использованием на валке деревьев и раскряжевке хлыстов харвестера (вариант 5).

На лесосеках со слабой несущей способностью почвогрунтов в сырых и мокрых типов леса доминирующим способом очистки мест рубок в летний период является укладка порубочных остатков на волоках. При проведении рубок в зимний период при промёрзшем грунте порубочные остатки оставляют на перегнивание на месте срезания.

Предлагаемые сортиментные технологии разработки лесосек позволяют минимизировать абсолютное большинство указанных ранее недостатков и тем самым значительно повысить и лесоводственно-экологическую и экономическую эффективность их внедрения.

Приведенные ниже результаты расчетов производительности харвесте-ра (табл.60) получены с использованием затрат времени на выполнение элементов цикла, установленных нами при выполнении хронометражных наблюдений за работой машин в ЗАО «Фанком».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В последние десятилетия как на земном шаре в целом, так и на территории Российской Федерации в частности, наблюдается деградация лесов. Это объясняется целым рядом причин, одной из которых является доминирование сплошнолесосечной системы рубок спелых и перестойных насаждений. К сожалению, вызываемые сплошнолесосечными рубками негативные изменения лесорастительных условий затрудняют естественное лесовосста-новление вырубок и снижают продуктивность новых поколений, даже не компенсируются проведением мероприятий по искусственному лесовосста-новлению, что, в свою очередь, приводит к массовой смене коренных хвойных насаждений на производные мягко лиственные. Положение может быть изменено заменой сплошнолесосечных рубок на более экологизированные постепенные рубки с применением как механизированных технологий, так и сортиментных. Однако опыт проведения данных рубок, в том числе и в условиях Свердловской области, не обобщен, а отдельные публикации не позволяют получить целостной картины об их лесоводственно-экономической эффективности.

Следует также учесть, что исследования по постепенным рубкам (да и другим выборочным способам) проводились по различным методикам и касались они не комплексной их эффективности, а отдельных её компонентов. В широкой практике постепенные рубки не применяются, оставаясь в стадии исследований. Эти обстоятельства и определили направление и объём наших исследований.

Анализ лесоводственной эффективности различных способов рубок выполнен на основе длительных (до 30 лет) стационарных исследований на пяти опытно-производственных стационарах.

Стационар «Тугулымский» заложен в подзоне предлесостепных сосно-во-березовых лесов, стационар «Североуральский» — в средней подзоне тай.

Что касается доли технологической части на лесосеках при использованных технологиях, что важно с позиции сохранения экологической среды, то она укладывается в действующие нормативы.

В хозяйственно-экологическом отношении примененные варианты рубок по сортиментным технологиям позволили констатировать:

— диапазон применения сортиментных технологий природными условиями не ограничен;

— производительность труда в расчете на одного рабочего по сравнению со сплошнолесосечными рубками, выполненными по традиционной технологии, в 2,5 раза выше, а себестоимость 1 мЗ заготовленной древесины снижается примерно на 100 руб. (в современных ценах);

— производные разновозрастные березовые насаждения с участием хвойных пород в составе древостоев, молодняке и в подросте получили потенции к трансформации в лиственно-хвойные или хвойные насаждения. ги, стационары «Полевской», «Уральский» и «Алапаевский» — в южной подзоне тайги.

Насаждения опытно-производственных стационаров представлены сосняками разнотравного, ягодникового, брусничного и черничного типов леса и производными разновозрастными березовыми насаждениями с участием хвойных пород. В целом можно отметить, что опытно-производственные стационары достаточно репрезентативно представляют леса региона исследований.

На стационарах для сравнительного анализа применены равномерно-постепенный и сплошнолесосечный способы рубок. В качестве базового принят равномерно-постепенный как наиболее перспективный. Лесосечные работы выполнены как с применением традиционных технологий (стационары «Тугулымский», «Североуральский», «Полевской», «Уральский» и «Алапаевский»), так и сортиментных технологий с использованием машин харве-стер и форвардер (стационар «Алапаевский»).

Из полученных результатов исследований вытекают следующие основные выводы.

1. Из исследованных способов рубок наиболее перспективен равномерно-постепенный. Этот способ в большей мере отвечает природе леса (в Уральском регионе в силу проведения в прошлом на большей части его территории 3−4 оборотов сплошных рубок сформированы в основном насаждения с одновозрастными древостоями) и интересам лесного хозяйства.

2. Равномерно-постепенный способ рубки обеспечивает повышение комплексной эффективности лесовыращивания при максимальном сохранении лесорастительной среды.

3. Древостой на равномерно-постепенную рубку реагируют активным повышением текущих приростов. По высоте, и по диаметру превышение приростов после рубок увеличивается в 1,2−1,5 раза по сравнению с контрольными (без рубок) древостоями.

4. Равномерно-постепенная рубка различной интенсивности в насаждениях изученных типов леса не вызывает чрезмерную ветровальность деревьев — она не превышает 4,5% от общего запаса деревьев, оставленных на до-ращивание.

5. Равномерно-постепенный способ рубки существенно улучшает санитарное состояние древостоев. На опытных участках доля ослабленных деревьев, оставленных на доращивание, в 2−3 раза меньше, чем в контрольных древостоях.

6. Доля поврежденных деревьев, оставленных на доращивание, ниже допустимой нормы (5% от общего числа деревьев) — чем выше интенсивность рубки, тем меньше доля повреждённых деревьев.

7. В условиях средней и южной подзон тайги все опытные участки равномерно-постепенной рубки были обеспечены подростом предварительной и сопутствующей генераций. Однако в условиях сосняка разнотравного целесообразно проведение как до рубки, так и после неё мероприятий по содействию естественному лесовозобновлению в виде механической обработки почвы и вырубки мягколиственного подроста, а в отдельных случаях — ели и пихты.

8. В подзоне предлесостепных сосново-березовых лесов естественные процессы лесовозобновления ослаблены. Сосняки сменяются на ель и мягко-лиственные породы. Поэтому в насаждениях, предназначенных к равномерно-постепенной рубке, где нет подроста предварительной генерации, обязателен набор мероприятий по содействию естественному лесовозобновлению. В данной подзоне и сосновые, и еловые насаждения по производительности близки, поэтому допустимо лесовозобновление как сосной, так и елью.

9. Наиболее ослаблены процессы естественного лесовозобновления в районе стационара «Алапаевский» (равнинное Зауралье). Здесь повсеместно наблюдается на местах рубок смена пород. Для обеспечения эффективной демутации насаждений необходимо выполнение полного набора мер содействия и в значительной части создание лесных культур.

10. Равномерно-постепенная рубка, вызывая увеличение прироста деревьев, повышает углерододепонирующую роль древостоев в зависимости от интенсивности рубки до 9% по отношению к контрольным участкам.

11. В подзонах средней и южной тайги лучший лесоводственный эффект достигается двухприемными, а в подзоне предлесостепных сосново-березовых лесов — трехприемными равномерно-постепенными рубками в сочетании в необходимых случаях с проведением мер содействия естественному сопутствующему лесовозобновленению.

12. Лесоводственная эффективность равномерно-постепенных рубок зависит главным образом от лесорастительной подзоны и типа леса. Чем выше ветровальность деревьев, слабее естественные потенции к лесовосстанов-лению и активнее процессы нежелательных смен древесных пород, тем осторожнее следует назначать интенсивность вырубки деревьев в каждый прием, повторяемость и общее число приемов. В процессе первого приема рубки желательно удаление подроста лиственных пород и в отдельных случаях ели. Второй прием рубки следует назначать при наличии достаточного количества жизнеспособного подроста сосны через 3−4 года после первого приёма, а третий — через 5 лет после второго.

13. Наибольшую эколого-лесоводственную и хозяйственно-экономическую эффективность равномерно-постепенного способа рубки обеспечивают экологизированные сортиментные технологии лесосечных работ на базе машин харвестер и форвардер.

14. Исследованы и предложены производству 11 схем сортиментных технологий лесосечных работ, адаптированных к природным условиям Свердловской области.

15. Предложенные варианты сортиментных технологий наиболее приемлемы в группах типов лесов с устойчивыми почвами (брусничная, ягодни-ковая, разнотравная, липняковая и кисличная). В условиях переувлажнения (травяно-зеленомошная, крупнотравяно-приручьевая, долгомошно-хвощёвая) целесообразно применение в весенне-осенний период технологий, обеспечивающих укрепление пасечных волоков порубочными остатками, а также комбинированных технологий, предусматривающих валку деревьев бензи-номоторными пилами, а трелевку сортиментов форвард ерами.

16. Набор экологизированных сортиментных технологий лесосечных работ позволяет выбрать тот вариант, который обеспечивает минимизацию экологического ущерба, наносимого природной среде, а также значительное снижение себестоимости заготовки обезличенного кубометра древесины и повышение производительности труда.

17. Предприятия, использующие равномерно-постепенный способ рубки спелых и перестойных насаждений с применением сортиментных технологий на базе машин харвестер и форвардер, обладают более высокой конкурентоспособностью и рентабельностью с сохранением лесорастительной среды в местах рубки. Так, внедрение предложенных рекомендаций рубок спелых и перестойных насаждений в ЗАО «Фанком» на площади 385 га полностью подтверждают положительные результаты исследований. В среднем себестоимость 1 м³ заготовленной древесины уменьшилась на 100 руб. по сравнению с себестоимостью хлыстовых технологий лесосечных работ, а комплексная выработка на одного рабочего увеличилась в 4 раза. Производительность труда при этом выросла в 2,5 раза.

Таким образом, выполненные исследования и предложенные производству рекомендации по применению равномерно-постепенного способа рубки при придании соответствующих установок технической политике сырьевого лесопользования позволят решить важную государственную задачу по повышению эффективности ведения лесного хозяйства.