CC BY
53
УДК 630*:658.011.54
ЭКОЛОГИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ОСВОЕНИЯ ВЫРУБОК ПОД ЛЕСНЫЕ КУЛЬТУРЫ
И. М. Бартенев
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
kafedramehaniza@mail. ш
В Российской Федерации многие годы вырубки осваивают под лесные культуры большей частью путем полосной расчистки их от порубочных остатков и пней. Ширина полос составляет 2,54,0 м. Для корчевки пней используют корчевальную машину КМ-1А, машину МРП-2А и орудие ОРВ-1,5 для расчистки вырубок. Машины агрегатируются с трактором ЛХТ-55А. Выкорчеванные пни и порубочные остатки сдвигают в межполосные кулисы шириной 2,5-3,0 м. По центрам расчищенных полос проводят борозды плугами ПКЛ-70 и ПЛ-1 или образуют микроповышения в виде свальных гребней плугами ПЛМ-1,5, ПДВ-1,7 и др. Ширина междурядий 5,0-5,5 м. Данная технология имеет ряд существенных недостатков.
Корчевка пней сопровождается минерализацией прилегающей к ним поверхности. Например, при корчевке пней ели диаметром 40-50 см площадь минерализации составляет 10-12 м , осиновых и сосновых - 5-6 м . В условиях дерновоподзолистых почв происходит удаление верхнего плодородного слоя почвы практически на всей полосе расчистки [9].
Общий запас гумусового горизонта уменьшается в 2-4 раза. Оставшийся плодородный слой почвы на расчищенной полосе размещается крайне неравномерно. Содержание гумуса, например, в се-
рой лесной почве в верхнем 20 см слое уменьшается более чем в два раза, а в слое 20-40 см - в 1,5 раза [1].
Гусеничные движители корчевальных машин и орудий в процессе корчевания пней буксуют, что приводит к глубокому колееобразованию, разрушению структуры почв, увеличению плотности почвы с 1,1 до 1,43 г/см3, снижению прочности с 60-70 до 27 % [8].
Установлено, что корнеобитаемый слой почвы высокой продуктивности должен иметь плотность в пределах 0,9-
1,2 г/см3, пористость не ниже критической, равной 15 %. При пористости ниже 15 % нарушается нормальный воздухообмен в почве, возникают анаэробные условия, усиливающиеся включениями гниющих остатков, происходит отмирание аэробной микрофлоры, резко и надолго снижается естественное плодородие почвы, развиваются процессы огние-ния [10].
После корчевания пней и заравнивания подпневых ям расчищенная полоса в поперечном сечении имеет корытообразную форму, а по ее длине на местах удаленных пней, несмотря на заравнивание, все-таки остаются микропонижения глубиной 10-20 см. Обнаженные при расчистке нижние бесструктурные горизонты под действием атмосферных осадков легко разрушаются и быстро заплывают,
не пропуская влагу в почву. Вода стекает, заполняет микропонижения и происходит локальное заболачивание. В результате культуры в первые годы своей жизни находятся в угнетенном состоянии и в конечном итоге определенная часть из них гибнет вследствие вымокания.
Выкорчеванные пни и порубочные остатки сдвигаются с расчищаемых полос в межполосные кулисы и остаются в них. И чем шире полоса расчистки, тем больше размеры валов из выкорчеванных пней и порубочных остатков, которые в последующие годы увеличивают пожароопасность и превращаются в резерваты вредителей и болезней леса. Они вместе с невыкорчеванными пнями в кулисах препятствуют механизации осветления и проведения других видов рубок ухода.
Кроме того кулисы интенсивно в первый же год после расчистки зарастают порослью малоценных быстрорастущих пород, которые заглушают культуры. При полосной расчистке механизированное осветление культур возможно только в варианте движения агрегата над рядком культур, в первые два-три года после посадки, когда высота их равна или меньше дорожного просвета трактора и агрегати-руемой с ним машины, то есть уход прекращается и культуры, нередко, заглушаются.
Пни твердолиственных пород относятся к категории труднокорчуемых. Применение современных корчевателей, разрывающих корни за счет их растяжения и последующего разрыва еще больше усиливает экологические недостатки технологии полосной расчистки вырубок.
Размеры площади минерализации и разрушения структуры почвы движителями трактора достигает 12-15 м вокруг каждого пня.
В целом, все экологические недостатки полосной расчистки вместе с корчеванием пней можно объединить в три группы:
первая - обеднение почвы, повышение плотности и снижение пористости;
вторая - образование микропонижений, локальное заболачивание и частичная гибель культур;
третья - сосредоточение в кулисах пней и порубочных остатков, создание благоприятных условий для возникновения и развития пожаров, очагов вредителей и болезней, заглушение культур.
Полосная расчистка вырубки также не позволяет более эффективно использовать мощности тракторов при производстве лесокультурных работ. Нерасчищенные кулисы по обе стороны рядка культур исключают применение широкозахватных многомашинных агрегатов. При полосной расчистке создаются условия только для одномашинных агрегатов. Отсюда низкий коэффициент использования мощности двигателя и силы тяги трактора, большая доля горючего сжигается впустую и т.п.
Имеющиеся недостатки в технологии и механизации полосного освоения вырубок в значительной степени отсутствуют или в меньшей мере они проявляются в случае сплошной расчистки вырубок от пней, корней и порубочных остатков. Эта технология широко применялась в послевоенные 50-60-е годы. Был создан
комплекс машин, включающий корчеватель-собиратель Д-210В и корчевальную машину М-6, корневычесыватель ВК-1,7, плуги кустарниково-болотные ПКБ-2-54, ПКБ-56, бороны дисковые тяжелые прицепные БДТ-2,2 и БДТ-2,5 [6].
Выкорчеванные пни трелевались корчевателями-собирателями на край участка или собирались в валы, откуда они затем вывозились за пределы вырубки. После производились вычесывание оставшихся в почве корней, лап и вдавленных в почву гусеницами трактора отдельных древесных кусков, затем сплошная вспашка и двукратное в взаимноперпендикулярных направлениях дискование, чем обеспечивалось дробление почвенных пластов, дернины и древесных включений, заполнение подпневых ям и выравнивание поверхности почвы.
Таким способом создавалось своего рода поле, которое в следующем году либо паровалось, либо засевалось сельскохозяйственными культурами, травами, поскольку в те годы многие лесохозяйственные предприятия имели животноводческие фермы. К тому же почва насыщалась органикой, оставляемой после уборки урожая, минеральными удобрениями, в том числе азотными, содержащимися в корнях сельхозкультур. Одновременно с этим не допускалось появление поросли мягколиственных второстепенных пород и в дальнейшем практически не требовалось проводить осветление культур.
В таких условиях культуры создаются со строго заданными междурядьями и параллельными рядами, обеспечивается широкое применение средств механиза-
ции, заимствованных из защитного лесоразведения и сельского хозяйства, тракторов общего назначения на колесном и гусеничном ходу разного класса тяги. Можно использовать многомашинные агрегаты, широко варьировать рабочими скоростями, обеспечивая повышение производительности труда и машин, высокое качество выполняемых технологических операций.
Однако, низкая производительность корчевателей, материальные затраты, превышающие более чем в два раза по сравнению с полосной расчисткой, удаление гумусового горизонта почти с 30 % расчищаемой площади вместе с пнями, не позволяют делать вывод о целесообразности возврата к технологии сплошной корчевки пней в том виде и содержании, в которых она применялась ранее.
Но и применяемая технология лесовосстановления на нераскорчеванных вырубках не может быть альтернативой как полосной, так и сплошной расчистке вырубок от пней. Во-первых, создание культур на нераскорчеванных вырубках возможно при количестве пней не более 400 шт./га; во-вторых, нераскорчеванные вырубки уже на второй год после рубки леса интенсивно зарастают порослью осины, березы и других второстепенных пород; в-третьих, пни препятствуют и нередко исключают применение машинно-тракторных агрегатов для агротехнических уходов, осветления и других видов рубок ухода, ограничивают типаж. Используют только лесохозяйственные тракторы ЛХТ-55 и ЛХТ-100 класса 3 и 4.
Кроме того от упрощенной техно-
логии создания культур, особенно дуба на вырубках, заключающейся в нарезке плужных борозд и посадке растений в их дно без какой-либо подготовки лесокультурной площади, результаты крайне низкие [5]. В результате бурного развития травянистого покрова и появления в основной массе осины семенного, а затем корнеотпрыскового происхождения, культуры большей частью гибнут [7].
Известные в настоящее время научно-конструкторские разработки, выполненные за последние 20-25 лет, делают возможным разработать машины для сплошной расчистки от порубочных остатков, поросли второстепенных пород и пней на качественно новом лесово-дственно-экономическом и экологическом уровне, исключая недостатки и в тоже время сохраняя преимущества сплошной корчевки пней в части создания условий для высокоэффективной работы других лесокультурных агрегатов.
Суть новых достижений состоит не в выкорчевывании пней двуплечими рычагами путем поворота их и одновременно толкания трактора вперед, а в срезании или измельчении за счет мощности двигателя трактора, передаваемой через вал отбора или гидромоторы. Агрегат в этом случае находится в режиме стационарного положения или перемещения со скоростью подачи рабочего органа активного действия в процессе измельчения или срезания дисковыми пилами. Движители трактора не являются своего рода рабочим органом, через который реализуется мощности двигателя, а служат как опора и средством передвижения самого
трактора.
Существуют измельчители, которые по характеру своего действия на пень подразделяются на фрезерные, высверливающие, раскалывающие и дробящие, которые превращают пни в стружку и мелкие фракции. Срезающие рабочие органы подразделяются на пильные и скусывающие, на уровне поверхности почвы или несколько выше. Измельчающие рабочие органы удаляют надземную часть пней, а некоторые из них на глубине до 20-40 см.
Исключение движителей из рабочего процесса корчевальных машин превращает расчистку вырубок в экологически чистую технологию, свободную от всех тех составляющих вредного воздействия на почву и напочвенный покров, которые имеют место при использовании корчевателей и корчевателей-собирателей различных конструкций рычажного типа.
К машинам отечественной конструкции, осуществляющим столь прогрессивную технологию расчистки вырубок, относятся: машина для удаления надземной части пней МУП-4 и машина для понижения пней МПП-0,75. Компания «Мак-Меньюфечеринг» (США) выпускает тракторный агрегат «Лимл Бивер Три Стампер», который дисковой пилой, подвешенной к консольной конструкции, дробит пни, углубляясь в почву на глубину 15 см. Агрегат «Вермеер» (Франция) дробит надземную часть пней зубчатым диском со сверхпрочными режущими кромками. Устройство для корчевки «Ротор» (Франция) имеет в качестве ра-
бочего органа вращающийся цилиндр диаметром 500 или 600 мм с винтовой нарезкой. Цилиндр устанавливается точно над пнем, вращаясь, он надевается на пень и погружается в почву, а резцы, установленные в нижней части цилиндра, перерезают корни.
В последнее время на рынке новой техники появились мотоагрегаты для измельчения пней Хускварна СЖ 13 (Швеция), Ласки Ф 450/25 (Чехия), минитракторы Чешской фирмы Ласки Ф 500 и др., которые применяются в садово-парковом хозяйстве. Они фрезеруют пни на глубине до 20-40 см, затрачивая до 10-12 минут на один пень.
Применение машин с рабочими органами активного действия исключает все экологические недостатки, характерные для корчевателей и корчевателей-собирателей. Понижение пней до уровня поверхности почвы или глубже создают условия для широкого применения тракторов общего и сельскохозяйственного назначения на колесном и гусеничном ходу, в том числе энергонасыщенных, комплексной механизации процессов лесовосстановления на равнинных и горных вырубках, выполнения работ на различных скоростях движения с высокими технико-экономическими и лесово-дственно-агротехническими показателями.
Стоит вопрос, какой же способ понижения пней является менее энергоемким. Фрезерование пней производится поперек волокон и поэтому характеризуется высокой энергоемкостью, так как пень превращается в стружку, размеры
которой определяются подачей на нож и радиусом фрезерного барабана. Наименьшей энергоемкостью обладают рабочие органы складывающего типа вдоль волокон. К такому способу дробления пней относится машина МУП-4.
Сопротивление скалыванию древесины вдоль волокон меньше по сравнению со скалыванием в радиальном направлении, т.е. поперек волокон для дуба в 10,7-12,8, сосны - 4,2-4,4, клена - 10,2-
11,0, березы - 21,4-25,3, липы - 16,3-18,2 и осины - 18,9-26,6 раза [4].
Рабочий орган МУП-4 в виде конической фрезы, ось вращения которой отклонена от вертикали на угол, при котором образующая конуса устанавливается перпендикулярно к горизонту, надвигается на пень с помощью 4 м стрелы, управляемой выносным гидроцилиндром. Фреза воздействует на надземную часть пней высотой до 40 см и при дальнейшем горизонтальном перемещении своими резцами отрывает от пня щепу вдоль волокон.
Испытания показали, что при применении машины МУП-4 время, затрачиваемое для удаления надземной части пней дуба диаметром 28 см составляет 40 с, а при диаметре 35 и 42 см - соответственно 97 и 103 с. А на корчевание пней диаметром до 35 см корчевальной машине КМ-1А требуется в 3,5-8 раз больше времени. Пни диаметром более 35 см корчеватель КМ-1А обходит, так как его мощности недостаточно.
Подобный рабочий орган легко устанавливается на стреле манипулятора и привод его осуществляется от гидромо-
тора. С одной остановки агрегата, состоящего из трактора МТЗ-80/82 и гидроманипулятора, например, ЛВ-184А с вылетом стрелы 7,5 м, возможно понижать пни в радиусе 7,5, т.е. на площади почти 600 м2. Выбрав все пни на этой площади, агрегат переезжает на новое место и процесс понижения пней продолжается. Древесина измельченных пней разбрасывается на территории вырубки и служит удобрением.
На подготовленной таким образом вырубке с пониженными пнями производят сплошную обработку почвы бороной дисковой клавишной БДК-2,5 [2] за два прохода во взаимно перпендикулярных направлениях, затем посадку сеянцев древесных пород лесопосадочными машинами МЛУ-1А или ЛМД-81К и затем последующие агротехнические уходы. Испытания новой технологии на вырубках в дубравах Воронежской области показали хорошие результаты по приживаемости, росту и сохранности культур. Не появляется поросль осины и не требуется осветление культур. Период завершенного лесокультурного производства сокращается в 2-3 раза [3].
Новая технология повышает продуктивность насаждений, сохраняет и усиливает их экологические, санитарногигиенические и эстетические функции; позволяет использовать широко распространенные сельскохозяйственные тракторы класса 0,9-3; увеличивает рабочие скорости в 1,5-1,8 раза; обеспечивает машинизацию всех технологических операций лесовосстановления на вырубках; снижает динамические нагрузки на рабо-
чие органы машин и их металлоемкость не менее чем на 40 %.
Библиографический список
1. Бартенев И.М. Испытания лесокультурных машин на склонах в горных лесах // Лесное хоз-во. Реф.инф., 1967. № 17. С. 4-6.
2. Бартенев И.М., Вершинин В.И., Сухов И.В. Борона дисковая клавишная БДК-2,5 // Лесное хозяйство, 1996. № 6. С. 44-45.
3. Бартенев ИМ., Сухов И.В., Вершинин В.И. Технология сплошной обработки почвы под культуры дуба на вырубках // Лесное хозяйство, 1995. №4. С. 42-43.
4. Борщов Т.С., Гинтвот И.А. Куль-туртехника в Нечерноземной зоне. - М.: Колос. 1981. 110 с.
5. Ерусалимский В.И. Дубравы зоны широколиственных // Лесное хозяйство, 1995. № 4. С. 26-29.
6. Ильин Г.П. , Усанов А.В. Машины и орудия для создания лесных культур на вырубках. - М.: Гослесбумиздат. 1961. 96 с.
7. Марченко С.И. Состояние культур дуба в зоне широколиственных лесов // Лесное хозяйство, 1995. № 4. С. 29-30.
8. Одноралов Г.А., Бартенев И.М. Влияние машинной трелевки на почвы лесных экосистем // Соц. - эконом. и эколог. Проблемы лесного комплекса. Екатеринбург. 1999. С. 61-62.
9. Филин А.И. Обоснование способов расчистки вырубок под лесные культуры в подзоне южной тайги: автореф.
дис. ... канд. техн. наук. - М., 1987. 23 с. ной лесозаготовительной техники // Сб.
10. Шумаков В.С., Кураев В.Н. Ох- науч. тр. М., 1983. С. 3-18.
рана почв при работе многооперацион-
