Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы и задачи исследования 9
1.1. Особенности различных видов выборочных рубок 9
1.2. Технология лесозаготовительных производств 24
1.3. Основные термины и определения, используемые в работе 27
1.4. Лесоводственно-экономическая эффективность выборочных рубок леса 29
1.5. Показатели и характеристики оценки почвогрунтов 43
1.6. Оценка воздействия лесозаготовительных машин на лесные почвогрунты 54
1.7. Лесоводственные аспекты воздействия лесозаготовительных машин на лесные почво-грунты 65
1.8.Выводы по главе 1. 72
1.9. Задачи исследования 73
Глава 2. Математическая модель уплотнения почво-грунтов в боковых полосах от трелевочного волока 74
2.1. Оценка процессов деформирования при циклическом уплотнении почвы 74
2.2. Модель уплотнения почво-грунта в боковых полосах трелевочного волока 82
2.3. Выводы по главе 2 100
Глава 3. Методика и аппаратура экспериментальных исследований 101
3.1. Объекты, приборное обеспечение и условия проведения экспериментальных исследований 102
3.3. Определение необходимого числа наблюдений и повторений опыта 115
3.4. Выводы по главе 3 118
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований 119
4.1. Получение характеристик изменений плотности почвы от числа проходов трелевочной системы 120
4.2. Получение корреляционной зависимости между транспортной нагруженностью трелевочных волоков и развитием деревьев оставленных на доращивание в боковых полосах от трелевочного волока 126
4.3 .Выводы по главе 4 131
5.. Общие выводы и рекомендации 133
Литература 135
- Лесоводственно-экономическая эффективность выборочных рубок леса
- Модель уплотнения почво-грунта в боковых полосах трелевочного волока
- Объекты, приборное обеспечение и условия проведения экспериментальных исследований
- Получение корреляционной зависимости между транспортной нагруженностью трелевочных волоков и развитием деревьев оставленных на доращивание в боковых полосах от трелевочного волока
Введение к работе
Актуальность темы. Центральной задачей лесного комплекса всегда было сохранение, приумножение и эффективное использование лесных богатств в интересах человека, общества и государства. Развитие отраслевой науки и практические действия предприятий всех основных и обслуживающих подотраслей должны быть направлены на создание «эффективной системы использования природных ресурсов». Именно это требование содержалось в одном из посланий Президента РФ В.В. Путина Федеральному Собранию. Оно конкретизировано и развито в Концепциях развития лесного хозяйства и лесопромышленного комплекса, одобренных Правительством России. Это же требование красной нитью проходит через Экологическую доктрину РФ (одобренную распоряжением Правительства РФ от 31 августа 2002 г. № 1225-р) и концепцию устойчивого управления лесами РФ.
Повсеместное применение сплошных концентрированных рубок за 70-летний период их проведения привело к существенному изменению структуры всего лесного фонда. В результате таких рубок на месте коренных еловых, сосновых и лиственничных лесов формируются новые менее производительные, преимущественно лиственные леса с участием хвойных пород.
В настоящее время назрела необходимость широкого применения несплошных рубок (выборочные, постепенные, комплексные) в эксплуатационных лесах. Реализация предлагаемых рубок будет способствовать рациональному и неистощительному лесопользованию, воспроизводству и повышению производительности лесов. На развитие оставляемых на доращивание деревьев, и на всю экосистему в целом значительное влияние оказывают машины и технологические процессы лесосечных работ. Среди ведущих влияющих факторов можно отметить повреждения стволов оставляемых на корню деревьев, а также минерализацию и переуплотнение лесных почво-грунтов.
В Перечень Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации, утвержденного Президентом РФ 21 мая 2006 г. Пр-843, входит пункт «Рациональное природопользование», который имеет отношение и к экологической совместимости системы «трелевочная система – лесная почва».
Известны два пути преодоления противоречий между экологией и возобновлением леса, с одной стороны, и лесозаготовительной техникой и технологией – с другой: во-первых, разработка технологий лесосечных работ, соответствующих применяемым лесозаготовительным машинам и, в то же время, предусматривающих возможно минимальное нанесение повреждений лесу и его составным частям – подросту, оставляемым на корню деревьям, почве и пр.; во-вторых, разработка новых лесозаготовительных машин, отвечающих требованиям лесозаготовительного производства и лесоводства, таких, которые не снижали бы продуктивность леса и его способность к возобновлению. Наиболее экономически эффективным признан первый путь, поскольку не представляется возможным создать серийный ряд машин для всех возможных природно-производственных условий.
Цель работы. Повышение эффективности лесозаготовительного производства на выборочных рубках леса снижением отрицательного воздействия трелевочных тракторов, и трелевочных систем на их базе, на почву при разработке лесосек путем обоснованного выбора режимов движения для конкретных почвенно-грунтовых условий исходя из требований устойчивого лесопользования.
Объекты исследований. Для изучения взаимодействия трелевочного трактора и трелевочной системы на его базе с почвой лесосеки использовались трелевочные тракторы Алтайского тракторного завода, а также деревья на лесосеке, пройденной проходной рубкой в 1998 г.
Научная новизна работы. Разработанная математическая модель воздействия трелевочного трактора, и трелевочной системы на его базе, на почво-грунт, с учетом его физико-механических свойств, режимов движения трактора, позволяет разрабатывать организационно-технологические мероприятия, благодаря которым плодородие почвы при разработке лесосек в конкретных производственных условиях будет сохранено.
Значимость для теории и практики. Математическая модель воздействия трелевочного трактора, и трелевочной системы на его базе на почвы лесосек углубляют теорию движения трелевочного трактора, и технологии лесозаготовительного производства в экологической сфере. Предложенная методика позволяет разрабатывать организационные, технологические и экологические мероприятия освоения лесосек при выборочных рубках, обеспечивающие снижение отрицательного воздействия на почву.
На защиту выносятся следующие положения:
Математическая модель уплотнения почво-грунта боковых полос трелевочного волока, позволяющая оценивать уплотнение почво-грунта в зависимости от режима работы трелевочного трактора и его характеристик.
Оценка экологической эффективности трелевочного трактора на выборочных рубках.
Зависимость между транспортной нагруженностью трелевочных волоков на несплошных рубках и последующим приростом древостоя в боковых полосах трелевочных волоков.
Достоверность выводов и результатов исследований обеспечена: применением методов математической статистики; проведением экспериментальных исследований в производственных условиях и подтвержденной адекватностью полученных моделей за счет хорошей сходимости экспериментальных и теоретических данных.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на первой и второй международных научно-практических Интернет конференциях «Леса России в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2009 г.); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2009 г.); Межвузовской научной конференции «Молодая мысль: Наука. Технологии. Инновации» (Братск, 2009 г.); Международной научно-практической конференции «Современные проблемы лесозаготовительных производств, производства материалов и изделий из древесины: пиломатериалы, фанера, деревянные дома, заводского изготовления, столярно-строительные изделия» (Санкт-Петербург, 2009 г.); и ежегодных научно-технических конференциях Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С.М. Кирова в 2008-2010 гг. Материалы работы входят в проект «Средощадящие технологии разработки лесосек в условиях Северо-Западного региона Российской Федерации», награжденный дипломом III степени Национальной Экологической Премии "ЭкоМир", в номинации «Экологическая наука и технологии», за 2009 г., руководитель проекта – д.т.н., проф. И.В. Григорьев.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в семи печатных работах. Результаты исследований отражены в научно-технических отчетах по НИР.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы. Общий объем работы 147 с. Диссертационная работа содержит 37 рисунков, 18 таблиц. Список литературы содержит 149 источников.
Лесоводственно-экономическая эффективность выборочных рубок леса
Величиной, исходным количеством «окон», шириной и протяженностью каймы (ее площадью) определяется количество приемов и интенсивность группово-постепенных рубок по приемам. В классическом варианте интенсивность обычно невысокая и мало меняется по приемам (от 10-15% в первый прием до 20-30% по запасу в последующие), количество приемов - 4-5 при исходном количестве «окон» 5-6 на 1 га.
Общий период проведения группово-постепенной рубки определяется показателями интенсивности и их параметрами и продолжительностью периодов между приемами рубки - обычно 6-10 лет.
Основными характеристиками чересполосных постепенных рубок являются: параметры изменения экологических условий, как на полосах рубки, так и в пределах всей лесосеки; особенности возобновления и роста молодого поколения. Поскольку эти и другие эколого-лесоводственные характеристики в значительной мере определяются величиной полос и высотой ограничивающих их стен древостоя, предельные размеры полос не должны превышать по ширине верхнюю высоту древостоя, а по длине - 4-кратную высоту (для высокопроизводительных древостоев 30-35 м по ширине и 120-140 м по длине). В южных районах предельная величина полос, особенно ширина, может быть меньше. По ширине полос чересполосные рубки подразделяют на: узкополосные или коридорно-полосные, с шириной полос, равной одной трети верхней высоты древостоя (до 10 м); сред-неполосные - от одной трети до двух третей (11-20 м); широкополосные -свыше двух третей до полной высоты древостоя (21-35 м). Чересполосные постепенные рубки подразделяют по типу возобновления лесообразующих пород: предварительное возобновление; предварительное и сопутствующее; сопутствующее; сопутствующее и частично последующее (менее одной трети от полного). По происхождению лесообразующих пород выделяют чересполосные постепенные рубки с естественным, искусственным и комбинированным лесовозобновлением.
Все виды постепенных рубок проводят при условии обеспечения устойчивости разреживаемых древостоев в группах типов леса сосняки лишайниковые и брусничные, сосняки и ельники кисличные, сложные и, в меньшей мере, черничные, а таюке в производных от них группах типов леса.
Длительно-постепенные рубки проводят в лесах с разновозрастным древостоем в 2 приема с оставлением на второй прием деревьев, не достигших возраста спелости. Необходимые условия их применения - наличие в насаждении, кроме спелой части древостоя, не менее 400-600 неспелых деревьев на 1 га, достаточно устойчивых в данных условиях произрастания и за 30-40 лет доращивания достигающих эксплуатационных размеров. При длительно-постепенных рубках могут вырубать деревья определенного диаметра, который устанавливается для каждого участка при отводе лесосек, исходя из интенсивности и необходимого количества оставляемых деревьев.
Интенсивность длительно-постепенных рубок составляет обычно 50-60% по запасу, повторяемость - 30-40 лет. На сравнительно мелких почвах и при других условиях, снижающих устойчивость разреживаемых древостоев, интенсивность рубки уменьшается до 40-50%.
Критериями лесоводственной ценности равномерно-постепенных рубок могут служить: относительное соответствие механизма данного мероприятия природным процессам постепенной смены одновозрастного древостоя молодым поколением леса без смены пород, при более или менее равномерном процессе отпада-возобновления, что определяет основные преимущества постепенных рубок; наиболее соответствующее природным процессам освобождение молодого поколения леса из-под полога старого, что обеспечивает его успешную адаптацию даже при сильной угнетенности и сравнительно высоком возрасте (при сплошной одноприем-ной уборке полога он, как правило, не может адаптироваться и идет в отпад); возможность усилить, при целевой необходимости, разновозраст-ность леса, сменить абсолютно одновозрастный древостой на относительно одновозрастный; относительно высокий (средний по сравнению с выборочными и сплошными рубками) уровень сохранения экологических свойств леса и, соответственно, эффективности выполнения им водоохранных, защитных, санитарно-гигиенических и других функций; небольшие, при основном естественном лесовозобновлении, затраты на проведение специальных лесовосстановительных мероприятий.
Негативные лесоводственные последствия равномерно-постепенных рубок проявляются в следующем: -значительное снижение устойчивости древостоев после первых приемов рубки (особенно частей древостоя, оставляемых до окончательного приема), которое усиливается при не соответствующем природным условиям режиме рубки: завышенная интенсивность первых приемов, оставление до заключительного приема явно неустойчивой по лесоводственным критериям части древостоя и других нарушениях; -существенная ограниченность применения, особенно современных высокомеханизированных, вариантов рубок, из-за снижения устойчивости спелых древостоев, в первую очередь образованных древесными породами с поверхностной корневой системой (ель, пихта и др.), а в типах леса с влажными и переувлажненными почвами - практически всеми породами; -высокая вероятность вырубки, уничтожения и повреждения деревьев, подлежащих оставлению на доращивание и обеспечивающих дополнительный прирост, устойчивость оставляемой части древостоя и других качеств; -сложность отвода насаждений в рубку (необходимость отбора и отметки вырубаемых в первые приемы деревьев для исключения негативных последствий неправильного исполнения рубки).
Лесоэксплуатационная ценность равномерно-постепенных рубок может проявляться в следующем: вырубка более крупных деревьев: в первый прием - из имеющихся в древостое, в последующие - деревьев, в связи с дополнительным приростом оставляемых на доращивание до очередных приемов; возможное повышение качества заготовленной древесины и ее стоимости; сохранение качества древесины или относительно небольшие потери его (по сравнению с выборочными рубками) в связи с небольшим интервалом между приемами и полной вырубкой древостоя за 5-20 лет.
Отрицательные факторы равномерно-постепенных рубок в основном те же, что и при выборочных рубках, но несколько менее сильно выражены: меньший (в 2-3 раза) по сравнению со сплошными рубками объем древесины, заготавливаемой с единицы площади, с соответствующим увеличением количества и общей площади лесосек для заготовки планируемых объемов древесины и связанное с этим увеличение затрат на строительство дорог и перебазировку лесозаготовительных бригад; относительная сложность технологий разработки лесосек и увеличение затрат на лесосечные работы по сравнению с затратами, необходимыми при применении более простых технологий, пригодных для сплошных рубок с последующим лесовозобновлением; сложность мер безопасности при выполнении лесосечных работ; невозможность или сложность применения технологий разработки лесосек на базе современных технических средств, особенно перспективных для горных условий: вертолеты, дирижабли и др.
Модель уплотнения почво-грунта в боковых полосах трелевочного волока
Говоря об эффективности постепенных рубок нельзя не затронуть экономическую сторону вопроса. Г.Т. Румянцев, А.С. Тихонов, Н.И. Конева [69, 70] указывали на то, что производительность труда при постепенной рубке в лиственно-еловом древостое почти равна этому показателю при сплошной рубке. Последнее они объясняли тем, что при постепенной рубке объем вырубаемых деревьев выше, чем при сплошной. Однако, при повышенном объеме хлыста вырубаемых деревьев трудоемкость валки, трелевки и крупнопакетной погрузки при постепенных рубках выше чем при сплошных рубках. При постепенных рубках затраты труда по комплексу обрубка сучьев и очистка лесосеки от захламленности ниже, чем при сплошной рубке. А так как этот комплекс занимает большой процент в балансе рабочего времени, то в целом на лесосечных работах при посте-пенных рубках затраты труда на 1 м оказались близкими к таковым при сплошной рубке.
На экономическую эффективность несплошных рубок указывали [71-85]. По их данным наиболее выгодными в елово-пихтово-лиственных насаждениях по сравнению с трехприемными являются двухприемные постепенные рубки. При этих рубках получается значительный эффект от реализации готовой продукции благодаря увеличению процента выборки и производительности труда.
Нельзя забывать, что в себестоимость древесины должны входить затраты на восстановление вырубок. Исследуя экономическую эффективность естественного и искусственного лесовозобновления в Ленинградской области, Г.Т.Румянцев, Н.И. Конева [70] пришли к выводу, что более эффективно естественное возобновление. По их данным непосредственные затраты на лесовозобновление при постепенных рубках в ценах 1972 г. составили 23,28 руб. вместо 97,67 руб. При создании лесных культур после сплошной рубки П.И.Великжанин, Р.П.Исаева, Н.А. Луганский [86] так же пришли к выводу, что естественное лесовозобновление в условиях Урала является более экономически выгодным, чем искусственное.
Проведя экономическую оценку постепенных рубок в Карелии, М.Д. Некрасов [87] представил следующие данные. При интенсивности выборки 30-65% по запасу в ельниках и сосняках комплексная выработка была при постепенных рубках больше, чем при сплошных рубках на 9-26% , а средний объем хлыста вырубаемой части древостоя повысился в 1,5-2,0 раза. Уровень рентабельности первого приема постепенной рубки по сравнению со сплошными несколько снижается. В то же время при учете затрат на лесовосстановительные работы, которые условно относились на себестоимость лесозаготовок, рентабельность сплошных рубок была ниже рентабельности постепенных на 4,6-6,9 %. Кроме того он отмечал, что в сосновых насаждениях со вторым ярусом большую прибыль имеют постепенные рубки, чем сплошные. В зависимости от интенсивности различия в прибыли составили от 0,4 до 0,79 руб. на куб.м, или 115-203 руб. на 1 га в ценах 1973 г.; повышение рентабельности возможно на 7-10%. Кроме того М.Д. Некрасов [87] отмечает, что по данным биологов в изреженных дре-востоях создаются более благоприятные условия для размножения ряда промысловых зверей и птиц, что дает экономический эффект в охотничьем хозяйстве.
Е.В. Кузнецов [88], оценивая потери на приросте древесины в лиственно-еловых насаждениях и затраты на создание лесных культур, пришел к выводу, что постепенная рубка по сравнению со сплошнолесосечной обеспечила дополнительный эффект в сумме 165 руб. на 1 га в ценах 1974 г., а общая экономия денежных средств на цикл лесозаготовительных и лесовосстановительных работ составила 111 руб. на 1 га.
По расчетам А.Р. Чистякова [55] в насаждениях республики Марий Эл при однородных условиях лесоэксплуатации вторые приемы постеленных рубок вызывают сравнительно небольшое удорожание лесосечных работ (на 16 коп. на 1 куб.м в ценах 1974 г.). Дополнительные затраты составили 43 руб. на 1 га лесосеки. Если учесть, что стоимость создания 1 га культур на вырубках составляет 87 руб., то общая сумма расходов на 1 га постепенных рубок будет на 44 руб. меньше, чем при сплошной рубке.
Л.В. Овчинников [89] писал, что сравнение затрат на единицу продукции лесозаготовок при сплошных и постепенных рубках однозначно показывает преимущество первых, причем различия в себестоимости зависят от производственной мощности предприятия. Однако, при сплошных рубках требуются дополнительные затраты на воспроизводство древесных запасов. В целом затраты за заготовку и воспроизводство древесины со-ставляют при сплошных рубках 18,66 руб./м , при постепенных - 16,82 руб./м в ценах 1990 г. В конечном итоге он пришел к выводу, что постепенные рубки по сравнению со сплошными в одних и тех же условиях повышают продуктивность леса на 5% и снижают издержки производства на 10%.
Объектами проведения несплошных рубок главного пользования могут быть древостой всех основных лесообразующих пород. При этом значительная их часть не имеет под пологом достаточного для восстановления вырубки количества подроста хозяйственно ценных пород.
Широкому внедрению в практику несплошных рубок препятствует более высокая по сравнению со сплошными стоимость лесосечных работ, при расчете без учета затрат на воспроизводство леса и уход за ним в условиях интенсивного ведения лесного хозяйства. Сохранение подроста предварительной генерации при несплошных рубках естественное лесовозобновление сокращает сроки лесовосстановления на 20-30 лет и при меньших затратах труда, обеспечивает непрерывное лесопользование.
В лесопользовании во второй половине 20 века наблюдался систематический переруб расчетной лесосеки по хвойному хозяйству. Так, в 1970 г. он составил 5,8 млн. м3 в 1975г. - 3,1, в 1978 г. - 2 млн. м3. В настоящее время в лесах II и III групп пользование по хвойному хозяйству производится в пределах расчетной лесосеки. В I же группе лесов расчетная лесосека по хвойному хозяйству в 1983 г. была недоиспользована на 1,6 млн. м3, систематически недоиспользуются и расчетные лесосеки по лиственным хозяйствам. В 1970 г. они были освоены на 52%, в 1978-1983 гг. - на 54%. Особенно неудовлетворительно осваиваются расчетные лесосеки по лиственным хозяйствам в Башкортостане и Пермской области. В Башкортостане освоение расчетной лесосеки в 1983 г. составило всего 35%, а по твердолиственному хозяйству - 12%о. Даже в безлесной Оренбургской области расчетные лесосеки по лиственным хозяйствам в 1983 г. освоены на 62% (по твердолиственному хозяйству - на 56%), мягколиственному - на 64%).
Объекты, приборное обеспечение и условия проведения экспериментальных исследований
Установлено, что чем больше К, тем лучше структура почвы. Избыток мелких и крупных макроагрегатов ухудшает условия роста растений.
Чем мельче фракция, тем больше возможности для образования корки, и тем больше почва склонна к ветровой и и водной эрозии. При исследовании эрозии почв установлено, что комочки почвы размерами менее 1 мм являются эрозионно неустойчивыми.
Корневая система растений является фактором повышения коэффициента структурности К, корни пронизывают почву во всех направлениях густой сетью, и в ней не остается ни одного комочка, к которому бы не подходил корешок или корневой волосок [45].
Наиболее обширные исследования антропогенного воздействия на почвы проведены исследователями сельскохозяйственного производства. В первую очередь здесь следует отметить фундаментальные труды выдающегося ученого В.П. Горячкина, который разработал научные основы взаимодействия рабочих органов различных сельскохозяйственных машин с почвой и посвятил, этой крупнейшей проблеме многочисленные фундаментальные труды, например «Теория резания почвы». Труды В.П. Горячкина являются основой развития теории лесохозяйственных и лесосечных машин [118, 119].
В монографии И.П. Ксеневича и др. [45, с. 16] отмечается, что плотность почвы является ее основной, наиболее существенной характеристикой, от которой зависит весь комплекс физических условий в почве: водный, воздушный и тепловой режимы, а, следовательно, условия биологической деятельности. В.А. Русанов [46, с. 12] считает плотность почвы в известной степени интегральным показателем ее физического состояния, в связи с чем в реальных исследованиях устанавливается оптимальная величина плотности, при которой получают наибольший урожай данной культуры при прочих равных условиях.
В математические модели уплотнения почвы движителями мобильных машин вводятся плотность почвы естественного сложения или равновесная плотность [45, 18]. В табл. 1.11 приведены значения плотности естественного сложения и оптимальной плотности.
Опубликованы работы по определению максимальной плотности почвы, при которой еще возможно возобновление определенной породы. Например, плотность дерново-подзолистой сухой суглинистой почвы 1,57-1,65 г/см относятся к сильно уплотненным, где еще возможны возоб-новление и рост ели, с плотностью 1,65-1,7 г/см и более - к переуплотненным, где рост уже практически невозможен. Последний показатель принимается в качестве порогового значения для ели. При этом следует учесть, что пороговая плотность для других пород, например березы и осины, будут значительно выше, чем и объясняется отчасти появление вначале пород пионеров, пород - мелиораторов.
Отметим однако, что в отличие от хорошо систематизированных и многократно проверенных данных о значениях оптимальной плотности различных видов почвы для наиболее распространенных сельскохозяйственных культур, данные же для древесных пород на различных почвах разрознены и часто существенно отличаются друг от друга, что связано, по видимому, с большим разнообразием природно-производственных условий исследований данного вопроса.
Ученые лесоводы считают [120], что наиболее важным для последующего естественного лесовозобновления является состояние верхнего слоя почвы, толщиной 10-20 см. Причем плотность в пределах, 0,8-1,0 г/см названа — рыхлой; плотность 1,0-1,4 г/см - оптимальной; плотность 1,5-1,7 г/см -высокой.
Из трудов ученых лесоводов известно, что после воздействия лесозаготовительной техники на лесные почвогрунты они могут быть подразделены на улучшенные, ухудшенные и малоизмененные [121, 122]. В свете работы [120] и данных других авторов можно предположить, что к улуч-шенной будет относиться почва с плотностью 1,0-1,4 г/см (оптимальной), к малоизмененной - с плотностью 0,8-1,0 г/см (рыхлой), а к ухудшенной -с плотностью 1,5-1,7 г/см и более (высокой).
Опубликованы результаты исследований по определению максимальной плотности почвы, при которой еще возможно возобновление определенной породы. Например, плотность дерново-подзолистой сухой сугли-нистой почвы 1,57-1,65 г/см относятся к сильно уплотненным, где еще возможны возобновление и рост ели, с плотностью 1,65-1,7 г/см3 и более -к переуплотненным, где рост уже практически невозможен. Последний показатель принимается в качестве порогового значения для ели. При этом следует учесть, что пороговая плотность для других пород, например березы и осины, будут значительно выше, чем и объясняется отчасти появление вначале пород-пионеров, пород-мелиораторов.
Физико-механические процессы, протекающие в лесных почвах под воздействием машин, подчиняются законам механики грунтов. В биологическом отношении воздействие техники на почву исследуется по законам почвоведения.
Плотность почвы, в известной степени, является интегральным показателем ее физического состояния.
Физическое уплотнение - уплотнение которое сопровождается изменением микропрофиля поверхности почвогрунта с образованием колеи или микропонижения; при этом достаточно четко выделяется так называемое «ядро уплотнения», расположенное, обычно на глубине 10-13 см от поверхности. 4. Воздействие трелевочной системы на почву сопровождается сдиранием подстилки и перемешиванием с верхним минеральным горизонтом, что приводит к снижению отрицательных свойств грубого или кислого гумуса и, в ряде случаев, к улучшению лесораститель-ных свойств лесной почвы. 5. Математические модели с использованием реологических основ механики почвы весьма сложны, связаны с показателями почвогрунта, определяемыми в лабораторных условиях. В этой связи разрабатываются упрощенные математические модели воздействия движителя на почвы. 6. Плотность почвогрунта, в полосах примыкающих к трелевочному волоку, является весьма значимым фактором для роста деревьев, оставляемых на доращивание при выборочных рубках леса. 7. До настоящего времени не разработаны методики и модели, позволяющие прогнозировать изменения плотности почвогрунта в боковых полосах трелевочного волока.
Получение корреляционной зависимости между транспортной нагруженностью трелевочных волоков и развитием деревьев оставленных на доращивание в боковых полосах от трелевочного волока
Известно, что эксперимент (от латинского experimentum - проба, опыт) - научно поставленный опыт, наблюдение исследуемого явления. Эксперимент является важнейшей стороной практики и критерием истинности результатов познания.
Огромную важность для науки результатов качественно проведенных экспериментальных исследований отмечали многие ведущие отечественные и зарубежные ученые. Например, академик П.Л. Капица отмечал, что доброкачественность эксперимента является необходимым условием как для построения передовой теории, так и для получения практических результатов [137].
Понятно, что для науки о лесе, являющейся наукой прикладной, эксперимент имеет значение, которое трудно переоценить. Известно, что множество практических расчетов во многих направлениях науки о лесе базируется на эмпирических зависимостях, полученных экспериментальным путем. В качестве примера, к таким направлениям науки о лесе можно отнести таксацию, лесоводство, технологию лесозаготовительного производства и пр. Связано данное обстоятельство с тем, что провести строгое математическое моделирование хода роста лесонасаждений (и даже одного дерева), поведения рабочего на лесосеке, развития корневой системы леса и подлеска и т.п. невозможно. Следовательно, единственным путем познания в данных условиях является обработка и использование данных качественно поставленных экспериментальных исследований. Причем, поскольку в наших исследованиях речь идет о взаимодействии лесных ма-шин с лесной средой, а точнее воздействии машин на лесную среду, становится понятным, что проведение модельных экспериментов не может решить задач исследования. Следовательно, для решения поставленных задач необходим натурный эксперимент в производственных условиях.
Как было отмечено в главе 1, влияние лесозаготовительных машин лесную среду принято оценивать по двум основным показателям: влияние на почву и влияние на подрост. Наиболее важным для последующего естественного лесовозобновления является воздействие на почву, которое может и положительным и отрицательным.
Также в главе 1 было отмечено, что наиболее существенным изменением лесной почвы под воздействием движителей лесозаготовительных машин и персонала является ее уплотнение, в результате чего уменьшается порозность аэрация, водопроницаемость, что приводит к заболачиванию почвы как во влажных типах леса (долгомошниках, сфагновых и пр.), так и в типах леса с оптимальным увлажнением (кисличник, черничник), а также к угнетению и полному прекращению роста деревьев.
Для оперативной оценки влияния лесозаготовительной техники на плотность почвы в Санкт-Петербургской Государственной лесотехнической академии им. СМ. Кирова учеными Лесомеханического (каф. Лесных гусеничных и колесных машин) и Лесоинженерного (каф. Технологии лесозаготовительных производств) факультетов был создан не имеющий аналогов ручной прибор, позволяющий без больших затрат и с приемлемой точностью оценивать уплотнение почвы (рис. 3.1).
Прибор состоит из цилиндрического ножа с механизмом вращения, выталкивателя керна почвы и сигнализации предельного погружения ножа в почву. На корпусе устройства, сделанного из трубы 3/4 , с помощью муфт закреплены верхний и нижний упоры.
Внутри корпуса по втулкам может перемещаться шток с ручкой выталкивателя керна почвы. Предельное перемещение выталкивателя при вырезании керна отслеживается сигнальной системой, состоящей из концевого выключателя, связанного поводком со штоком, источник световой сигнализации. Система сигнализации исключает уплотнение почвы при вырезании керна. Механизм вращения включает корпус с четырьмя пазами, имеющими наклонные плоскости, по которым могут перемещаться шарики под воздействием цилиндрических пружин. В корпусе механизма вращения установлена цилиндрическая пружина, которая при отсутствии усилий на упорах внутренней окружностью опирается на корпус механизма вращения, а наружным находится в контакте с нижней муфтой; шарики при этом под воздействием цилиндрических пружин занимают верхнее положение наклонной плоскости.
Принцип работы устройства заключается в следующем. Для снижения сопротивления резанию почвы, пронизанной корнями растений, и сохранения структуры образца (керна) цилиндрический нож под воздействием усилий, прилагаемых исследователем на ручные и ножные упоры, совершает поступательное движение в почву. Под воздействием усилий пластинчатая пружина пригибается и опирается на шарики, которые, преодолевая усилия цилиндрических пружин, переходят в нижнее положение наклонной плоскости; при этом совершается поворот цилиндрического ножа. В момент включения сигнализации прекращается воздействие на упоры и устройство вместе с керном извлекается из почвы, и с помощью выталкивателя керн удаляется из цилиндрического ножа. Плотность отобранных образцов (кернов) почвы определяется по формуле: где: р - плотность керна почвы; m — масса керна почвы; V - объем керна почвы.
Вместе с тем практика эксплуатации прибора вышеописанной конструкции [18] показала наличие в ней слабых мест, и, прежде всего, недостаточную эффективность механизма поворота цилиндрического ножа. Понятно, что почвы лесосек, в отличие от почв сельскохозяйственных угодий пронизаны корневой системой древостоя. Физико-механические свойства таких почв могут изменяться по длине трелевочного волока часто и в широком диапазоне, а значит требуют большого числа измерений. Следовательно, устройство для вырезания керна почвы должно быть простым по конструкции, мобильным и обеспечивать минимальное время для вырезания одного образца. Для перерезания корневой системы пронизывающей почву нож устройства должен поворачиваться вокруг своей оси и иметь зубчатый торец.
В дальнейших исследованиях влияния параметров гусеничных движителей трелевочных тракторов на их взаимодействие с почвами лесосек вышеописанный прибор был несколько видоизменен (рис. 3.2) [36, 39]. При вырезании керна винтовая пара поворачивает цилиндрический нож на несколько десятков угловых градусов, и он как пила вырезает керн из почвы пронизанной корневой системой.
