CC BY
44
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
ОБОСНОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РУБОК ГЛАВНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ С ЦЕЛЬЮ МАКСИМАЛЬНОГО
СОХРАНЕНИЯ ПОДРОСТА
Е.М. РУНОВА, проф. Братского ГУ, д-р с.-х. наук,
В.А. САВЧЕНКОВА, науч. сотр. Братского ГУ, канд. техн. наук
В настоящее время важное значение приобретают эколого-лесоводственные требования к организации и технологии лесосечных работ. Соотношение способов рубок и восстановления леса - важнейший вопрос, от решения которого в значительной степени зависит развитие лесного хозяйства и лесной промышленности. Актуальной проблемой является улучшение качественного состояния лесовосстановительных мероприятий, увеличение объемов лесозаготовок с одновременным улучшением мероприятий по содействию естественному возобновлению лесов.
С целью обоснования технологического процесса рубок главного пользования, обеспечивающего максимальное сохранение жизнеспособного подроста хозяйственно ценных пород в условиях Среднего Прианга-рья, проведены исследования, объектом которых является технология лесосечных работ с сохранением подроста при рубках главного пользования.
Основное распространение на лесозаготовках получили две технологии, базирующиеся на различных способах трелевки древесины. Наиболее распространенная технология заготовки леса целыми деревьями и хлыстами базируется на использовании мощных валочно-пакетирующих машин (ЛП-19), трелевочных тракторов с пачковыми захватами (МЛ-30, МЛ-56, ЛТ-154), канатно-чокер-ным оборудованием (ТТ-4М), специализированных машин для обрезки сучьев (ЛП-33) и погрузки (ЛТ-188). В основном разработка лесосек ведется в различных типах леса с преобладанием двух схем разработки лесосек: с трелевкой хлыстов и сортиментов на один лесовозный ус и на два уса. На рис. 1 отображены основные типы леса, в которых проводятся лесозаготовительные работы.
Наибольшее количество подроста под пологом леса наблюдается в зеленомошном типе леса (от 4 до 17 тыс./га).
12g 10-
о л
Гв8
со У
О
2
0
10
4,1 3,7
1 2
Тип леса
8
■ зеленомошый 0 разнотравно-зеленомошный
□ ольховниковый □ разнотравный
□ лишайниковый
Рис. 1. Распределение средней численности подроста по типам леса
Наиболее слабо протекают восстановительные процессы в лишайниковом типе леса (1,9-2 тыс./га).
Исследования проведены на 10 постоянных и 20 временных пробных площадях с составлением абриса лесосеки 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 трелевки на два лесовозных уса заложено 45 площадок с технологией разработки на один лесовозный ус - 9 площадок. Для построения эпюры сохранения подроста по сечению ленты было заложено 35 пробных площадей размером по 75 м2 каждая. Для изучения лесовозобновления также применялся метод учетных площадок, предложенный А.В.Побединским. Были заложены 20 площадок размером 1 х 1 м при низком подросте и 2 х 2 м при высоком. Для определения влияния сезонности вырубки леса на сохранение подроста было проведено обследование 12 летних и 18 зимних вырубок.
Основная задача исследований заключалась в разработке математической модели лесовосстановления с учетом факторов лесоэксплуатации.
Для реализации поставленной цели соблюдался ряд условий, объединенных об-
64
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2007
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
щим замыслом. Реализация происходила в конкретных природно-производственных, т.е. в рамочных условиях. Сами условия реализации также характеризовались рядом параметров, и большинство из них имело достаточно точные количественные характеристики [1].
Все параметры разделены на две группы:
- неуправляемые (характеристики древостоя, почвенно-грунтовые условия, рельеф местности, климат и др.);
- управляемые (расстояние между технологическими коридорами, их длина и ширина, объем пачки, ширина пачки и др.).
Неуправляемые факторы, влияющие на сохранность подроста после рубки: запас древостоя; средний объем хлыста; кол-во подроста до рубки; возраст подроста; высота подроста. Управляемые факторы: объем пачки; ширина волока; ширина пачки; кол-во деревьев в пачке; степень минерализации почвы; длина волока; кол-во проходов трактора по волоку; доля неблагонадежного подроста; степень покрытия порубочными остатками.
Неуправляемые параметры не изменяются при решении задачи.
Управляемые параметры могут меняться. Их значения могут задаваться произвольно, выбираться по аналогам или вводиться из баз данных. Определение значений представляет собой управленческое решение в области технологии рубок. Результат принятия решения зависит от комбинации заданных неуправляемых и выбранных управляемых параметров. Другой результат можно получить за счет варьирования управляемых параметров. Изменять эти параметры возможно только в реальных пределах. На рис. 2 изображена схема влияния природно-производственных факторов на степень сохранности подроста.
На рис. 3 представлен алгоритм управления технологией лесозаготовок с сохранением подроста.
Как видно из схемы на рис. 3, принятию решения присущи две характерные черты: достижение определенной цели и выбор единственного решения из множества возможных и допустимых. Основными критериями оценки естественного лесовосстановления является его сохранность, жизнеспособность оставшегося подроста и его породный состав.
Рис. 2. Схема влияния природно-производственных факторов на степень сохранности подроста
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2007
65
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
Рис. 3. Основные связи процесса экологически обоснованного принятия решения
В общем виде естественное лесовосстановление можно выразить критерием а а = (&jW + k2C + k3Vn + к^Л + k5h) x x (k6V + k7B + k%b + k9f + k10L +
+ KN + ki2n + ki3d + ki4PX (1)
где а - комплексный показатель сохранности
подроста, который является интегральным и объединяет показатели с различной размерностью с учетом системы относительных оценок;
W - запас древостоя относительно среднего эксплуатационного запаса по району исследования;
C - количество подроста до рубки относительно среднего количества подроста под пологом леса по району исследования;
V - объем хлыста относительно среднего
объема хлыста по району исследования;
Л - возраст подроста относительно среднего возраста подроста по району исследования;
h - высота подроста относительно средней высоты подроста по району исследования;
V - объем пачки относительно среднего
объема пачки при рассматриваемой технологии;
B - ширина волока, рассматривается как отношение фактической ширины волока к нормативной;
b - ширина пачки относительно средней ширины пачки при рассматриваемой технологии;
f - степень минерализации почвы относительно общей площади вырубки;
L - длина волока, рассматривается как отношение фактической длины волока к среднему расстоянию трелевки при рассматриваемой технологии;
N - количество проходов трактора, рассматривается как отношение фактического количества проходов трактора к теоретическому, то есть соотношению среднего расстояния трелевки и количества пачек на волоке;
n - количество деревьев в пачке, рассматривается относительно количества деревьев в пачке среднего объема при данной технологии;
d - доля неблагонадежного подроста после рубки относительно общего количества подроста после рубки.
По степени влияния на сохранность подроста факторы можно разделить на две группы: положительно и отрицательно влияющие на сохранность подроста. Факторы
66
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2007
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
первой группы имеют определенные ограничения. Так, например, степень минерализации почвы менее 20 % в зависимости от условий местопроизрастания может оказаться недостаточной для укрепления и прорастания семян, так как почва может подвергнуться сильному задернению, а свыше 60 % - может способствовать вымыванию семян.
При построении моделей регрессии может возникнуть проблема мультиколлинеарности, под которой понимается тесная зависимость между факторными признаками, включенными в модель. Мультиколлинеарность существенно искажает результаты исследования. При рассмотрении таких факторов, как длина волока (/), объем пачки (V), ширина волока (В), количество проходов трактора (N), ширина пачки (в), количество деревьев в пачке (n), имел место факт превышения парного коэффициента корреляции 0,5. Устранение мультиколлинеарности может реализовываться через исключение из корреляционной модели одного или нескольких линейно связанных факторных признаков или преобразование исходных факторных признаков в новые, укрупненные факторы. Для оценки значимости входящих в модель факторных признаков, т.е. выяснения, как они влияют на величину результативного признака, использованы коэффициенты регрессии а = - 3,944 + 0,224 / h + 1,349 / W +
+ 0,699 / f + 1,02 / V - 0,027 h2 +
+ 0,18 W + 1,494 /f2 + 0,034 / V2. (2)
Это соответствие можно оценить по графику (рис. 4), нанеся исходные точки и вычисленное уравнение регрессии.
Разработанная функциональная схема влияния природно-производственных факторов на степень сохранности подроста в процессе лесосечных работ способствовала построению эколого-математической модели технологии лесосечных работ с мероприятиями по содействию естественному возобновлению лесов, которая позволила прогнозировать уровень сохранности подроста при сплошных рубках с использованием агрегатной техники.
Специфические особенности применения различных технологий и внедрение новой техники заслуживают дальнейшего подробного изучения.
-о-данные по уравнению модели
Рис. 4. График соотношения модели а со статистическими данными
Установленный критерий а является одним из способов оценки процесса лесовосстановления после сплошных лесосечных рубок с применением агрегатной техники.
В процессе лесозаготовительных работ на сохранность подроста влияют различные факторы, которые можно подразделить на управляемые (расстояние между технологическими коридорами, их длина и ширина, объем пачки, ширина пачки и др.) и неуправляемые (характеристики древостоя, почвенно-грунтовые условия, рельеф местности, климат и др.).
Определен критерий (а), позволяющий оценивать лесовосстановление после сплошных лесосечных рубок с применением агрегатной техники.
Разработана математическая модель влияния природно-производственных факторов на сохранность подроста с учетом мультиколлинеарности и коэффициентов регрессии, которая позволяет прогнозировать уровень сохранности подроста при сплошных рубках с использованием агрегатной техники. Наибольшее влияние на сохранность подроста оказывают следующие факторы: объем трелюемой пачки (коэффициент корреляции 0,68), степень минерализации почвы (0,69), средний объем хлыста вырубаемого древостоя (0,74). Достоверность модели подтверждена экспериментальными данными.
Оценка точности полученной модели показала, что статистические данные и результаты, рассчитанные с помощью уравнения модели, отличаются незначительно. Ма-
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 6/2007
67
