Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изучаемого вопроса 8
1.1. Проблема экологически безопасного лесопользования 8
1.2. Соотношение способов рубок и восстановления леса 10
1.3. Особенности естественного возобновления вырубок 25
1.4. Анализ влияния техники и технологии сплошных рубок на лесовозобновление 27
1.5. Выводы 30
2. Программа и методика исследований 31
2.1. Программа исследований 31
2.2. Методика исследований 31
2.3. Объем исследований 43
3. Характеристика объекта исследований 45
3.1. Особенности техники и технологии сплошных рубок 45
3.2. Климатические факторы 49
3.3. Характеристика древостоев 52
3.4. Выводы 58
4. Оптимизация влияния природно-производственных факторов на сохранность подроста при машинном способе лесозаготовок 59
4.1. Зависимость сохранности подроста от техники и технологии рубок главного пользования 59
4.2. Обоснование технологически безопасных технологий рубок главного пользования с целью максимального сохранения подроста 65
4.3. Выводы 73
5. Результаты экспериментальных исследований 74
5.1. Исследование сохранности подроста после рубок 74
5.2. Зависимость сохранности подроста от техники и технологии з рубок
3. Разработка математических моделей процесса естественного возобновления при рубках главного пользования с применением агрегатной техники
4. Исследование целесообразности оставления семенных полос 106
Основные выводы и рекомендации 114
Список литературы
- Соотношение способов рубок и восстановления леса
- Методика исследований
- Характеристика древостоев
- Обоснование технологически безопасных технологий рубок главного пользования с целью максимального сохранения подроста
Введение к работе
Актуальность работы. Вопросы обеспечения рационального использования лесосечного фонда, непрерывного лесовосстановления вырубленных площадей хозяйственно-ценными древесными породами, с учетом специфики особенностей процесса лесовосстановления в районе Среднего Приангарья заслуживают особого внимания и подробного изучения в связи с нестабильностью организации лесного хозяйства и государственного регулирования лесных отношений, сложным финансово-экономическим положением лесохозяйственных организаций. Актуальной проблемой является улучшение качественного состояния лесовосстановительных мероприятий, увеличение объёмов лесозаготовок с одновременным улучшением мероприятий по содействию естественному возобновлению лесов.
Цель работы. Обоснование технологического процесса рубок главного пользования, обеспечивающего максимальное сохранение жизнеспособного подроста хозяйственно ценных пород в условиях Среднего Приангарья. В соответствии с целью работы определены следующие основные задачи:
разработка принципиальной схемы воздействия техники и технологии лесозаготовительного производства на сохранность лесной среды и процесса лесовосстановления;
проведение экспериментальных исследований с целью определения экологического воздействия лесозаготовок с использованием агрегатной техники на лесные экосистемы;
разработка схемы размещения семенных полос при машинной заготовке леса.
Объектом исследования является технология лесосечных работ с сохранением подроста при рубках главного пользования в эксплуатационных лесах Среднего Приангарья Усть-Илимского района.
Методы исследований. Системный анализ, математическое и имитационное моделирование, регрессионный анализ, натурные экспериментальные исследования на постоянных и временных пробных площадях.
Научная новизна. Научная новизна работы заключается в следующем:
выявлены управляемые и неуправляемые факторы, влияющие на сохранность подроста;
разработана математическая модель суммарного воздействия природ-но-производственных факторов лесосечных работ.
предложен новый принцип размещения лесосе^енных полос, обеспечивающий максимальный экономическ unit лам*0«йаМ1вительный Эффект. БИБЛИОТЕКА
»
Основные научные положения, выносимые на защиту.
-
Теоретическое обоснование факторов, влияющих на сохранность подроста при машинной разработке лесосек в процессе рубок главного пользования.
-
Многофакторная модель зависимости сохраненного подроста от его исходного количественного и качественного состояния и технологических параметров лесосечных работ.
-
Способы разработки лесосек с максимальным лесовосстанови-тельным эффектом.
Практическая значимость работы. Результаты исследования позволяют:
-
Оптимизировать процессы лесозаготовок с целью максимального сохранения подроста.
-
Прогнозировать вероятность повреждения подроста при различных применяемых технологиях рубок и различных условиях местопроизрастания.
-
Повысить лесохозяйственный эффект от лесозаготовительных работ при внедрённой схеме разработки лесосек с размещением семенных полос поперёк лесосек.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на межрегиональных научно-технических конференциях, проводимых в Братском государственном техническом университете в 2002-2005 годах; на международной научно-технической конференции «Леса Европейского региона - устойчивое управление и развитие» в городе Минске Республика Белоруссия в 2002 году: на международной научно-технической конференции «Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса» в городе Екатеринбург в 2003 году; на международных научно-технических конференциях «Лес-2003», «Лес-2004», «Лес-2005» в городе Брянске. Материалы исследований выставлялись в качестве экспоната на межрегиональной выставке-ярмарке «Сиблесопользование-2004», «Сиблесопользование-2005» в городе Иркутске.
Публикации. Основное содержание работы изложено в 17 печатных работах.
Объёмы исследования. Исследования проводились на 10 постоянных пробных площадях с составлением абриса лесосеки и 20 временных в различных типах леса суммарной площадью 518,6 га. Для установления факторов, определяющих ширину волока, было обследовано 108 волоков и замерено 40 пачек деревьев. Всего на каждой пробе с технологией трелёвки на два лесовозных уса заложено 45 площадок, с технологией разработки на один лесовозный ус - 9 площадок. С целью построения эпюры сохранения подроста, по сечению ленты было заложено 35 пробных площадей размером по 75 м2 каждая Для изуче-
ния лесовозобновления также применялся метод учётных площадок, предложенный А.В Побединским Были заложены 20 площадок размером 1x1 метр при низком подросте и 2 х 2 метра при высоком. Для определения влияния сезонности вырубки леса на сохранение подроста было проведено обследование 12 летних и 18 зимних вырубок. С целью оценки влияния семенных полос на последующее возобновление было обследовано 10 лесосек общей площадью 210 га.
Объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, общих выводов по работе, списка использованной литературы из 179 наименований и 30 приложений. Основное содержание изложено на 176 страницах машинописного текста, рисунков 37, таблиц 20 . Приложения составляют 57 страниц.
Соотношение способов рубок и восстановления леса
Соотношение способов рубок и восстановления леса — важнейший узловой вопрос, от решения которого в значительной степени, зависит развитие лесного хозяйства и лесной промышленности. Однако на протяжении уже многих лет единый подход к решению этого вопроса, определяемого самой природой леса, на практике заменяется ведомственными подходами, не учитывающими принципов рационального природопользования.
Обоснование и планирование способов рубок и восстановления леса необходимо вести на зонально - типологической основе с учётом целевого назначения лесов [156].
Леса страны неоднородны не только по своим природным особенностям, но и по народохозяйственному значению, в связи с чем также не допустим шаблонный подход при решении вопросов о способах рубок и восстановлении леса на основе только преимуществ в затратах на них.
Практически не учитываются в расчётах экономической эффективности способов рубок и восстановления леса защитные и средообразующие функции, которые выполняют эксплуатационные леса второй и третьей группы, а также реальная возможность выращивания из посаженных лесных культур в том или ином районе.
При обосновании способов рубок и восстановления некоторые авторы считают, что необходимо исходить из общего соотношения затрат на лесовы-ращивание и получаемого при этом эффекта, причём применительно к конкретным насаждениям, а не к абстрактному древостою [156].
При проведении выборочных, постепенных, а также сплошных рубок с сохранением подроста производительность труда на лесосечных работах часто ниже, чем на сплошных рубках без сохранения подроста. Однако, по мнению многих авторов, затраты, связанные с потерей производительности на лесосечных работах, значительно перекрываются затратами на лесовыращивание при создании лесных культур. А при проведении выборочных и длительно-постепенных рубок, за счёт вырубки в основном крупномерных деревьев, производительность труда на лесосечных работах может даже повышаться с возрастанием разницы в средних объёмах хлыстов вырубаемой части древостоя и всего древостоя [44, 45, 54]. Сохранение молодого поколения леса при постепенных и сплошных рубках позволяет (в зависимости от высоты сохранённого подроста и молодняка) сократить (по сравнению с лесными культурами) не менее чем в 2-3 раза количество уходов за выращиваемыми древостоями, особенно за счёт уходов за мо-лодняками, которыми нередко вообще определяется возможность выращивания хвойных древостоев. По соотношению затрат труда и средств на рубку - восстановление — выращивание леса, наиболее эффективными являются сплошные рубки с сохранением подроста [46, 54].
Как показали исследования, проведённые ВНИИЛМом в 1981-1985 гг., запасы лесных культур на первых этапах выращивания (до 50-60 лет) выше, чем естественных насаждений (при сравнении одновозрастных насаждений). К возрасту спелости продуктивность насаждений, сформированных из подроста, сохранённого при сплошных рубках, выше на 10-15 % (при постепенных с участием сопутствующего возобновления на 15-20%) по сравнению с насаждениями, созданными искусственным восстановлением после сплошных рубок. Причём культуры больше, чем естественные насаждения, подвержены заболеваниям, в частности корневой губкой [46, 54].
При проведении рубок главного пользования лесозаготовительными предприятиями наиболее широко используется валочно-пакетирующая машина ЛП-19.
Имеется серийно выпускаемая валочно-пакетирующая машина ЛП-19, при использовании которой можно сохранять подрост в минимальном пределе лесоводственных требований и которая может применяться для проведения упрощённых несплошных рубок.
Для решения задачи улучшения воспроизводства и использования лесных ресурсов целесообразно переходить к ведению рубок и восстановлению леса в соответствии с научно-обоснованными зонально-типологическими системами ведения лесного хозяйства, определяющими оптимальное соотношение способов рубок леса и обеспечивающими максимальный народохозяйственный эффект. A.M. Вегерин [29] высказывает мнение, что требование сохранения подроста вполне совместимо с машинизацией лесосечных работ. Опираясь на проведённый специальный анализ за 10 лет, подчёркивает, что данные лесхозов по сохранению подроста на вырубках высокие, а у леспромхозов ещё выше. Приводя примеры, автор статьи выражает уверенность в том, что выгода от применяемой технологии и системы машин, которая исключает последующее искусственное лесовосстановление, неоспорима, т.к. обеспечивается значительная экономия трудовых ресурсов, денежных средств, машин и механизмов, сокращается период выращивания нового поколения леса на 10-20 лет [29].
Наряду с перечисленными выгодами имеются и потери. При применении технологий, обеспечивающих сохранение подроста, производительность лесосечных машин снижается на 15-20 %. Однако воздействие этого фактора уменьшается, если организована правильная эксплуатация машин, о чём свидетельствуют фактические показатели выработки.
A.M. Вегерин в своей статье [29] утверждает, что если подходить к вопросу с позиций общегосударственных интересов, учитывающих затраты по комплексу рубка - лесовосстановление, то сохранение подроста - эффективное мероприятие, с которым не могут конкурировать варианты, рассчитанные на искусственное лесовосстановление. Более того, уверяет автор, во многих случаях (дальние вырубки при вахтовом способе лесозаготовок, переувлажнённые грунты и т.п.) сохранение подроста - единственный способ успешного восстановления лесов.
Методика исследований
Кроме метода закладки постоянных пробных площадей для общей характеристики численности подроста и напочвенного покрова применялся глазомерный метод с использованием классов обилия по следующей методике: 1. массовое покрытие - площадь покрыта сплошь или более чем наполовину; 2. частичное - покрытие менее чем на половину; 3. редкое - единичное распределение. Распределение растений при одной и той же численности может быть равномерным, групповым и случайным. Покрытие почвы растениями выражается суммарной площадью надзем-ных частей растений (в м ) и выражается в процентах от занимаемой территории.
Для учёта естественного возобновления при оставлении семенных полос был использован метод учётных площадок или трансект. Если подрост обильный и молодой, он учитывался на учётных площадках (1x1 м или 2x2 м), закладываемых на пробе через равные интервалы в количестве не менее 20. Более взрослый подрост учитывался на трансектах, которые закладываются обычно в количестве двух по длине пробы. Ширина трансекты 1 м. На площадках, или трансектах, производится подсчёт подроста по породам, возрасту и высоте. Градация возраста принимается в 5 или 10 лет. В пределах каждой из них отмечается высота 5-Ю экземпляров, что позволяет получить среднюю высоту подроста. Устанавливалась зависимость распространения и качества подроста от густоты древесного яруса, подлеска, травяного покрова, мощности подстилки, возраста древостоя, микро- и нанорельефа и других факторов. Использовалась оценка по шкале М.Е.Ткаченко (тыс. экз/га): возобновление хорошее - больше 10, возобновление удовлетворительное - 10-5, возобновление слабое — 5-2, возобновление плохое - 2.
Для изучения лесовозобновления также применялся метод учётных площадок, предложенный Побединским А.В. Были заложены 20 площадок размером при низком подросте 1x1 метр, при высоком - 2 х 2 метра. Площадки размещались по ходовым линиям, расположенным параллельно на обследуемых участках через 25 метров. После обработки полученных экспериментальных данных вычислялись показатели встречаемости подроста. Встречаемость рассчитывалась путём отношения учётных площадок с подростом к числу всех площадок, умноженное на 100. Согласно методике А.В.Побединского, возобновление считается успешным, если в сухих условиях встречаемость не менее 50 %, а в свежих - более 60 %. При встречаемости подроста 30 % и менее площадь считается необлесённой. Успешность возобновления оценивалась по шкале оценки возобновления сплошных рубок по Побединскому.
Изучение напочвенного покрова проводили методом пробных площадок (1м) или маршрутным методом.
Метод пробных площадок: в пределах пробы по двум диагоналям через равное расстояние закладывается 25 пробных площадок (1x1 м) - раункиеров. Контур раункиера фиксировался метровыми рейками или шпагатом. На пробной площадке фиксировали весь видовой состав и приводили его характеристику по следующим показателям: высота, покрытие, встречаемость, обилие, фенофаза, жизненность. Неизвестные виды включали в список под порядковыми номерами и под теми же номерами гербаризировали для последующего определения.
Среднюю высоту (в сантиметрах) определяли мерной линейкой, установленной на площадке. Значение покрытия для каждого растения заносили в соответствующую графу бланка. Отмечали также общее покрытие травами.
Встречаемость, показывающая степень равномерности распределения растений в фитоценозе, определяли методом Раункиера в пределах пробы и выражали в процентах.
Обилие вида определялось на основании соотношений между встречаемостью видов и проективным покрытием ими почвы. В табл. 1 приведены градации обилия (в баллах), установленные опытным путем белорусскими геоботаниками [167].
Под жизненностью понимается степень развитости (или степень подавленности) вида в фитоценозе. Использовалась шкала жизненности, предложенная А. Г. Вороновым: За - вид в данном фитоценозе проходит полный цикл развития и нормально развивается, включая плодоношение; 36 - вид, хотя и проходит все стадии развития, не достигает обычных размеров; 2 - вид вегетативно развит неплохо, но не плодоносит; 1 - вид не плодоносит и очень сильно угне 42 тен, вегетирует слабо. Кроме метода учётных площадок для описания живого напочвенного покрова применён маршрутный метод. Обилие определялось визуально по шкале Друде (табл.2). Объективность результатов при пользовании шкалой возрастает, если учесть некоторые дополнения, сделанные А. А. Урановым. Он характеризует баллы Друде средними величинами наименьших расстояний между особями данного вида.(См. табл. 2). Для создания математической модели лесосеки по уровню сохранности подроста использовались статистические методы математического моделирования с применением прикладного пакета программ Microsoft Excel с надстройкой "Анализ данных".
Характеристика древостоев
За истекший ревизионный период средний возраст насаждений не изменился вследствие проведения сплошных рубок, спелых и перестойных насаждений, а также наличия значительного количества пожаров.
Средний класс бонитета насаждений - 3.6, характеризует относительно не высокую их производительность, что объясняется суровостью климатических условий района. Наиболее высокий средний класс бонитета имеют насаждения осины - 2.9. Из хозяйственно-ценных пород наиболее производительны в условиях района древостой сосны и лиственницы, средний класс бонитета которых составляет 3.4 (рис. 3.8.)
Низкий средний класс бонитета еловых (4.1), пихтовых (4.0) и кедровых (3.9) насаждений в большинстве случаев объясняется их распространением в наиболее бедных типах условий произрастания, приуроченных к местам с избыточным увлажнением.
Высокопродуктивные насаждения 1а - 2 классов бонитета занимают 4,1 % лесопокрытой площади и представлены сосняками (41%), лиственничниками (32%), осинниками (16%), березняками (8%) и незначительно кедровниками, ельниками и пихтачами, произрастающими на относительно богатых почвах в разнотравной и зеленомошной группах типов леса
Наибольший удельный вес в лесопокрытой площади занимают насаждения 3-4 классов бонитета (86,8%), являющиеся доминирующими для всех ле-сообразующих пород.
Природные условия наиболее благоприятны для произрастания сосновых и лиственных насаждений, о чём свидетельствует преобладание сосново-лиственничных лесов (58%).
Средние запасы на 1 га хвойных насаждений в пределах равных классов бонитета значительно выше запасов лиственных насаждений. В целях повышения общей производительности лесов предприятие должно ориентироваться на преимущественное выращивание хвойных пород, особенно сосны. Наиболее низкие запасы сконцентрированы в насаждениях Va и ниже классов бонитета. % 70 60 50 40 30 20 10 О
Средняя полнота насаждений составила 0.66. По группам полнот покрытые лесом земли распределяются следующим образом: низкополнотные насаждения (0.3 - 0.4) - 7%; среднеполнотные (0.5 -0.7) - 69%; высокополнотные (0.8 -1.0) - 24%.(Рис.3.9). Наличие низкополнотных насаждений, в основном, произрастанием в избыточно увлажнённых условиях, а также в результате растянутости процессов лесовосстановления не покрытых лесом земель.
При определении типов леса принята схема типов леса, разработанная лабораторией лесной типологии Института леса и древесины им. В.Н.Сукачева для Приангарской плоско-горной провинции Иркутской области.
Наиболее распространенными типами леса являются типы леса группы разнотравных, бруснично-разнотравных, разнотравно-осочковых, а также типы леса группы зеленомошных, к которым относятся брусничные, черничные, бруснично-зеленомошные, зеленомошные, травяно-зеленомошные, разнотравно-брусничные.
Наиболее распространёнными типами леса являются сосняк черничнико-вый (Счер) - 12,2 %, сосняк разнотравный (Срт) - 21 % сосняк бруснично 57 разнотравный (СбррТ)) - 8,1 %, сосняк голубичниковый (Сгол) - 8%, лиственничник зеленомошный (Лзм) -19%, кедровник зеленомошный (Кзм) - 9,7 %, березняк разнотравно-вейниковый (Бртв) - 9 %. 13 % площади покрытых лесом земель составляют остальные типы леса (рис. 3.10.).
По всем породам наблюдается определенная закономерность в увеличении удельного веса насаждений, обеспеченных подростом, при переходе в группу приспевающих, спелых и перестойных древостоев, что дает возможность сократить на лесосеках объем лесокультурных мероприятий за счет сохранения хвойного подроста.
В течение первых лет после рубки без проведения лесовосстановитель-ных мероприятий на вырубках как правило отсутствует возобновление. В дальнейшем по мере увеличения давности рубки оно проходит успешно хвойными и хвойно-лиственными породами. Большой вред успешному возобновлению вырубок наносят пожары, которые в следствие неоднократного возникновения на одних и тех же площадях задерживают естественное лесовосстановление на длительный срок.
Обоснование технологически безопасных технологий рубок главного пользования с целью максимального сохранения подроста
Оценка точности полученной модели показала, что результаты отличаются незначительно (Приложение 16,17). Малая относительная погрешность показывает адекватность модели реальному физическому процессу.
Одной из наиболее эффективных оценок адекватности регрессивной модели, мерой качества уравнения регрессии, характеристикой прогностической силы анализируемой регрессионной модели является коэффициент детермина-ции R [89]. Чем ближе R к единице, тем лучше регрессия аппроксимирует эмпирические данные, тем теснее наблюдения примыкают к линии регрессии. Ко-эффициент детерминации рассматриваемой модели R = 0,93, что указывает на сильную зависимость между входным и выходным параметром. Таким образом, результат не является случайным.
Для оценки эффективности или информационной ценности полученной многофакторной регрессионной модели вычислено Fu-наблюдаемое. Регрессионная модель считается эффективной, так как Fu= 57,47 (8,84) (3 +- 5).
Завершающим этапом регрессионного анализа, является интерпретация уравнения, т.е. перевод его с языка статистики и математики на язык экономики. Всякая интерпретация начинается со статистической оценки уравнения регрессии в целом и оценки значимости входящих в модель факторных признаков, т.е. с выяснения, как они влияют на величину результативного признака. Чем больше величина коэффициента регрессии, тем значительнее влияние данного признака на моделируемый.
С целью расширения возможностей экономического анализа используются частные коэффициенты эластичности, определяемые по формуле Э . =fl. — (5.13) У І где X; - среднее значение соответствующего факторного признака; у; - среднее значение результативного признака; щ - коэффициент регрессии при соответствующем факторном признаке.
Коэффициент эластичности показывает, на сколько процентов в среднем изменится значение результативного признака при изменении факторного признака на 1%. При расчёте коэффициента эластичности по исходным данным зависимости между количеством подроста (а) и его высотой (h), степенью минерализации почвы (f), запасом древостоя на 1 га (W) и средним объёмом хлыста (V) вырубаемого древостоя получены следующие результаты: 1. При увеличении высоты подроста на 1 % количество подроста снизится на 0,23 %; 2. При увеличении степени минерализации почвы на 1 % количество подроста снизится на 0,39 %; 3. При увеличении объёма хлыста, срубаемого древостоя, на 1 % количество подроста снизится на 1,32 %; 4. При увеличении запаса древостоя на 1 % количество подроста снизится на 1,57%.
Для оценки точности определения зависимой переменной (прогноз) является построение доверительного интервала для функции регрессии MX(Y), найденного в предположении, что объясняющие переменные Xi, Х2,..., Хр приняли значения, задаваемые вектором Х0 = (1 Xi0x2o ... хро). Обобщая соответствующие выражения, можно получить доверительный интервал для MX(Y): а - ti-a,K- ss M(Y) а + tba;K, (5.14) где a - групповая средняя, определяемая по уравнению регрессии. Её стандартная ошибка определяется по формуле: s? = s X0 -(Х -ХУ1 -Х0 , (5.15)
Прогноз для количествасохранённогсГподроста (а) при средней высоте подроста h = 0,84, средней степени минерализации почвы на вырубке f = 0,45, запасе на 1 га W-0,96 и объёме хлыста вырубаемого древостоя 1,07: уп =0,83
Число степеней свободы определяется по формуле: к = п-р-1 (5.16) где п - число наблюдений (30), р - количество объясняющих переменных. к = 27. Табличное значение t-критерия Стьюдента ti_a;27 = 2,05. Выборочная остаточная дисперсия определяется по формуле : t О - у У г = "п - Р -1 (5Л7) s= 0,06 s9 = 0,09 0,65 МХ(У) 1,01 Таким образом, среднее количество сохранённого подроста при средней высоте подроста 0,84 (1,3 м), средней степени минерализации почвы на выруб-ленной площади 0,45 (45 %), среднем запасе древостоя на 1 га 0,96 (288 м ) и среднем объёме хлыста вырубаемого древостоя 1,07 (0,43 м ) находится в пределах от 0,65 (2,6 тыс.шт) до 1,01 (4,04 тыс.шт).
Согласно требований «Правил рубок главного пользования в лесах Восточной Сибири» семенные полосы должны оставляться в направлении перпендикулярном направлению преобладающих ветров вдоль лесосеки. Оставление семенных полос по такой методике вызывает определённые сложности при разработке лесосек, так как требует холостых ходов лесозаготовительных машин и способствует расширению волока. Кроме этого семенные полосы, оставленные согласно требований «Правил рубок главного пользования в лесах Восточной Сибири», достаточно быстро вываливаются под воздействием силы ветра. Заложены опытные лесосеки, в которых семенные полосы располагались не вдоль, а поперёк лесосеки, шириной, равной средней высоте древостоя, примерно, 30 метров, с расстоянием между полосами 150 метров. В течении 5 лет велись наблюдения за ходом естественного возобновления и за сохранностью семенных полос. На рисунке 5.24 изображена технология разработки лесосек с оставлением семенных куртин.
