Экологические последствия в лесных насаждениях, подверженных техногенному воздействию при лесозаготовительных и транспортных операциях

Полный текст

Введение Вопросы ухода за лесными насаждениями и их восстановления после техно- генного воздействия неразрывно связаны со степенью воздействия, влияющей на экологический обобщенный показатель качества - причинение совокупного вреда лесной среде (сохранность подроста, деревьев, повреждаемость почвы и др.). Применение в процессе лесозаготовок традиционных наземных технологических операций в совокупности с вариантами сплошных рубок влечет за собой изменение почвенного покрова, резко усиливает контрастность микроклимата на вырубках, ухудшает водорегулирующие свойства леса, что ведет к изменению влажности почвы и развитию травяно-кустарничкового яруса. Все это сильно препятствует естественному возобновлению леса, провоцирует низкую сохранность тонкомера и подроста. В естественных условиях оставляемый тонкомер способствует созданию благоприятной обстановки на вырубках, что значительно сокращает период адаптации среднего и мелкого подроста, повышая его выживаемость в новых условиях. Поэтому сохранение мо- лодых деревьев при сплошных рубках, в частности в елово-пихтовых и производных лиственничных древостоях, является одним из важнейших условий естественного возобновления [1]. Результаты и обсуждение Согласно статистике ДальНИИЛХ, в среднем на 1 га из объема брошенной на лесосеке древесины приходится: от 15 до 22 м3/га на спиленную и брошенную у пня; от 9,2 до 28,1 м3/га на вываленную с корнем; от 15 до 28,8 м3/га на уничтоженную, сломанную и раздавленную гусеницами тракторов; от 12 до 35,6 м3/га на брошенную на погрузочных площадках [2]. В технологическом же аспекте потери древесины на лесосеках зависят от применяемой технологии лесозаготовок (табл. 1). В настоящее время при любой существующей наземной технологии лесозаготовок почти все тонкомерные, а также дровяные и фаутные стволы спиливаются и бросаются на вырубке. Например, в процессе машинной валки деревьев при использовании валочно-пакетирующей машины во время ее движения от погрузочного пункта валки и формирование пачки деревьев выполняются прямо перед машиной - на впереди растущий лес, тем самым происходит повреждение и вываливание с корнем растущего древостоя. Когда происходит движение машины в обратном направлении, она формирует пачки спиленных деревьев частично на пасеке и частично на волоке позади себя. Таким образом повреждается практически весь оставшийся тонкомер. Одновременно тонкомер, мешающий процессу валки, прогибается или вываливается с корнем от движения стрелы манипулятора машины. Также зафиксировано, что ряд крупных деревьев в процессе спиливания и выноса их с пасеки ломаются и, соответственно, остаются брошенными, тем самым создавая захламленность на лесосеке (рис. 1). Таблица 1 Показатели древесного запаса, оставленного на вырубках, в зависимости от комплекта применяемых лесосечных машин Применяемые Количество древесины, оставленной на вырубке, м3/га машины и механизмы Спиленной и брошенной у пня Вываленной с корнем Раздавленной (обломки) Всего Бензопила + трелевочный трактор с чокерами ТТ4 9,0 9,4 6,9 25,3 Бензопила + трелевочный трактор с коником ЛП18 9,2 9,1 7,6 25,9 Бензопила + СКУ (самоходная канатная установка) 9,0 9,7 6,8 25,5 Валочнопакетирующая машина ЛП19 + трелевочный трактор с коником ЛП18 34,2 18,4 23,8 76,4 Тимберджек 2618 + трелевочный трактор с коником 933 18,9 24,5 21,8 65,2 Валочнопакетирующая машина Тимбко 415 + скидер 518С 26,1 19,3 20,9 66,3 Тимберджек 1270 (харвестер) + 1010 (форвардер) 6,3 9,3 7,1 22,7 Валмет 921 (харвестер) + Валмет 860 (форвардер) 7,2 8,5 8,1 23,8 Прентис 620 (харвестер) + Хемек 700 (форвардер) 4,7 6,8 15,3 26,8 INDUSTRIAL ECOLOGY Table 1 Indicators of wood stock left on felling depending on the set of logging machines used Used machines and mechanisms The amount of wood left on felling, m3/ha Sawn and thrown by a stump Rooted out Crushed (wreckage) Total Chainsaw + skidder with chokers TT4 9,0 9,4 6,9 25,3 Chainsaw + skidder with a taper LP18 9,2 9,1 7,6 25,9 Chainsaw + SKU (selfpropelled cable installation) 9,0 9,7 6,8 25,5 LP19 feller buncher + skidder with taper LP18 34,2 18,4 23,8 76,4 Timberjack 2618 feller buncher + skidder with taper 933 18,9 24,5 21,8 65,2 Timbko 415 feller buncher + 518C skider 26,1 19,3 20,9 66,3 Timberjack 1270 (harvester) + 1010 (forwarder) 6,3 9,3 7,1 22,7 Valmet 921 (harvester) + Valmet 860 (forwarder) 7,2 8,5 8,1 23,8 Prentice 620 (harvester) + Hemek 700 (forwarder) 4,7 6,8 15,3 26,8 Рис. 1. Захламленность лесосеки после лесозаготовительного процесса [Figure 1. Lumbering of the cutting area after the harvesting process] Благодаря проведенным исследованиям известно, что территории, где имели место сплошные вырубки, подвержены возникновению лесных пожаров практически один раз за 7-10 лет. При этом возникший пожар быстро переходит на растущий рядом лес, распространяясь и нанося колоссальный ущерб лесным территориям. Отмечено, что, например, в Хабаровском крае только в 1998 году потери растущего леса от лесных пожаров приблизились к 5,5 млн м3. Изменить сложившуюся ситуацию можно только прекращением применения сплошных вырубок леса с последующим переходом на выборочную заготовку с применением технологий, которые способны обеспечить максимальное сохранение лесной среды, а также быстрое восстановление поврежденных оставшихся на корню деревьев. Необходимо отметить, что отсутствие в практической эксплуатации природосберегающих лесных технологий вкупе с массовым внедрением выборочных рубок, учитывающих лесное законодательство РФ, только усложняют и без того проблемную ситуацию. В данном случае максимальный уровень экологической безопасности для системы труднодоступных лесов может достигаться принципиально новым подходом к проведению выборочных рубок. В классическом понимании выборочные рубки в горных лесах должны представлять собой частичное изъятие единичных деревьев с определенной площади леса. При этом идеальным представляется практически стопроцентное сохранение подроста, тонкомера и других близстоящих деревьев, а также избежание любого чрезмерного воздействия на почву. Но из-за отсутствия в практическом применении подобных технологий, многие системы выборочных рубок, используемых в настоящее время, являются завуалированными вариациями традиционных сплошных рубок. Так, сохранность подроста на лесосеках, в соответствии с Правилами рубок главного пользования в лесах Дальнего Востока, должна быть не менее 60 %, следовательно, максимально допускается до 40 % уничтоженного подроста [3; 4]. В действительности наблюдается другая картина. На волоках, которые по технологическим нормам должны составлять до 10-15 % площади лесосеки, а реально в процессе разработки достигают 30-35 %, подрост и тонкомер уничтожаются полностью (рис. 2). Рис. 2. Последствия разработки трелевочного волока полуподвесной канатной системой [Figure 2. Consequences of the development of a skid wire with a semisuspended cable logging system] Кроме того, допускается уничтожение до 40 % подроста и в пасеках, где только от падения дерева, без учета трелевочных операций, вероятность его уничтожения может достигать 35-40 %. С учетом же поврежденных деревьев и последующим их отмиранием эта цифра в течение 2-3 лет может увеличиться до 45-50 %. В итоге можно констатировать, что фактическое уничтожение подроста и тонкомера на лесосеках, даже при системе выборочных рубок с использованием стандартной наземной или канатной техники, составляет 75-80 %. Эта информация подтверждается проводимыми нами на территории Хабаровского края экспериментальными наблюдениями, которые заключались в фиксировании повреждений растущих древостоев в результате падения дерева в процессе его валки. Всего было проверено пять экспериментальных участков с различными конфигурацией склонов (10°, 12°, 17°, 23° и 27°) и запасом леса, варьировавшимся от 160 до 190 м3 на 1 га. Количество фиксаций на каждом участке наблюдения составило по 100 шт. Основными технологиями заготовки на данных участках являлись бензомоторные пилы в совокупности с гусеничным трелевочным трактором или канатной установкой. Полученные результаты наблюдений были обработаны с помощью программы Statistica 7.0. Обозначенная совокупность факторов и их значений выявила хорошую корреляционную связь между такими зависимостями, как полнота и запас леса, влияние угла склона на количество поврежденных деревьев, оставшихся на корню. Обработав статистические результаты, получили уравнение регрессии, которое можно представить в виде графика с переменными, представляющими собой функцию факторов: N% = b0 + b1aск , где N% - процент повреждения деревьев, %; b0, b1 - коэффициенты корреляции, данные которых представлены в табл. 2; aск - величина склона, гр. Анализ данного уравнения говорит о стабильной зависимости количества поврежденных оставшихся на корню древостоев при валке дерева от величины лесного склона [5]. Таблица 2 Коэффициенты к уравнению регрессии Коэффициенты Оценка Минимальное Максимальное b0 5,5441 -1,63 12,718 b1 2,2535 1,8687 2,6383 Coefficients for the regr ession equation Table 2 Coefficients Assessment Minimum Maximum b0 5,5441 -1,63 12,718 b1 2,2535 1,8687 2,6383 График, отражающий процент повреждения деревьев в зависимости от уклона местности, представлен на рис. 3. Уклон местности, ° (Slope of the terrain, °) Рис. 3. График, отражающий процент повреждения деревьев в зависимости от уклона местности [Figure 3. Graph showing the percentage of damage to trees depending on the slope of the terrain] Также была отмечена следующая закономерность повреждений: - при увеличении запаса на 10-15 м3/га повреждаемость древостоев увеличивалась в среднем на 3,5 %; - с увеличением склона на 5° повреждаемость древостоев в среднем уве-личивалась на 12-13,5 %; - основным повреждением для подроста и тонкомера являются слом и ошмыг, а для взрослого древостоя преимущественно только ошмыг; - вероятность одновременного повреждения нескольких (двух - четы-рех) оставляемых деревьев на одно поваленное дерево составляет 20-28%. Пример повреждений молодых деревьев от процесса валки дерева, отведенного в рубку, представлен на рис. 5. Рис. 4. Пример повреждения молодых деревьев от процесса валки дерева [Figure 4. An example of damage to young trees from a tree felling process] В ходе обработки данных наблюдений были получены усредненные результаты: - по распределению количества повреждений, приходящихся на 100 фик-саций, по типам древостоя (рис. 5); - по количеству одновременных повреждений стоящего древостоя, при-ходящихся на одно поваленное дерево (рис. 6); - по количеству одновременных повреждений групп стоящего древо-стоя по типу, приходящихся на одно поваленное дерево (рис. 7). Риc. 5. Диаграмма распределения количества повреждений, приходящихся на 100 фиксаций, по типам древостоя, шт. [Figure 5. Diagram of the distribution of the amount of damage per 100 fixations by type of stand, pcs.] Рис. 6. Диаграмма общего количества одновременных повреждений стоящего древостоя, приходящихся на одно поваленное дерево (исходя из 100 фиксаций), % [Figure 6. Diagram of the total number of simultaneous damage to a standing stand per one fallen tree (based on 100 fixations), %] Рис. 7. Диаграмма общего количества одновременных повреждений групп стоящего древостоя по типу, приходящихся на одно поваленное дерево (исходя из 100 фиксаций), % [Figure 7. Diagram of the total number of simultaneous damage to the standing tree groups by type per one fallen tree (based on 100 fixations), %] Однако для более полной и объективной оценки воздействия лесозаготовительных машин и их механизмов на лесную среду, кроме изученных факторов, отражающих эффективность работы машины, следует принимать во внимание обстоятельства организации работ лесозаготовительного производства, в том числе состояние оператора машины по физиологическим и психологическим показателям. В целях решения поставленной задачи были проведены совместные много- летние исследования по изучению и формализации влияния продолжительности рабочей смены операторов, их физической и психологической усталости как элемента организации работы лесозаготовительных комбайнов на производительность машин, степень вреда, причиняемого древостоям и окружающей среде [6; 7]. Оценка и формализация влияния организации работ и, как следствие, физического состояния оператора на степень вреда, причиняемого лесу в целом и его элементам, выполнялись по показателям сохранности подроста и деревьев, не подлежащих рубке. Полевые исследования действий операторов харвестера John Deree 1270В проводились в течение всей одиннадцатичасовой смены (в двухсменном режиме) непрерывно на протяжении 15 суток в реальных природно-производственных условиях тайги в ОАО «Горинский ЛПК» Хабаровского края. Количественные показатели оценивались до начала разработки делянок и далее через каждый час выполнения оператором технологических операций по показателям сохранности подроста, повреждения и уничтожения оставляемых деревьев. В процессе фиксации повреждений древостоя учитывались следующих виды: слом ствола или вершины, наклон ствола более 45° и обдир коры. Вред, причиняемый указанным элементам древостоя, в целом наносится в процессе выполнения следующих технологических операций: наводки процессора харвестера на дерево, приземления кроны дерева после срезания, подтягивания срубленного дерева манипулятором в поле видимости оператора, ориентации ствола дерева в ходе его обработки процессорной головкой, сброса готовых сортиментов. Рис. 8. Зависимость повреждаемости деревьев от продолжительности технологического времени в процессе работы лесозаготовительной машины [Figure 8. Dependence of damage of trees on the duration of technological time during the operation of a harvesting machine] Данные, собранные в ходе наблюдений, обрабатывались с использованием разработанного программного комплекса Predic applic 1.0 [8]. Пример результата обработки данных с использованием Predic applic 1.0 представлен в виде графического отражения изменения средних значений исследуемых показателей наносимого вреда деревьям и подросту от продолжительности технологического времени работы машины (рис. 8). Заключение Проведенные исследования подтверждают, что применение наземной техники в лесозаготовительном процессе, даже по системе выборочных рубок, наносит экосистеме лесных насаждений серьезный ущерб, последствия которого распространяются на прилегающие лесные территории. С целью сохранения флоры и фауны лесных насаждений необходимо кардинально пересмотреть технологии лесозаготовок и сосредоточиться над разработкой и созданием машин и механизмов, работающих на принципах сохранения окружающей среды. Одним из таких направлений могут быть специализированные летательные аппараты с возможностью вертикального изъятия деревьев без их предварительного падения.

Об авторах

Александр Викторович Абузов

Тихоокеанский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: ac-systems@mail.ru
SPIN-код: 2953-9692

доктор технических наук, профессор кафедры технологии лесопользования и ландшафтного строительства

Российская Федерация, 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136

Николай Владимирович Казаков

Тихоокеанский государственный университет

Email: kazakov.nikolay@mail.ru
SPIN-код: 2123-1820

доктор технических наук, научный консультант кафедры технологии лесопользования и ландшафтного строительства

Российская Федерация, 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136

Список литературы