CC BY
26Обоснование показателей оценки воздействия гусеничных лесозаготовительных машин на лесные
почво-грунты
Солнышков В.М. (gepard@onego.ru), Занин А.В.
Петрозаводский государственный университет
Необходимость исследования воздействия лесозаготовительной техники на почву и связанные с этим изменение лесорастительных условий и последующее лесовосстановление возникла с началом активной механизации лесосечных работ. Исследованию данной проблемы посвятили свои труды М.Е. Ткаченко, В. Д. Ионов, И.С. Мелехов, Н.Е. Декатов, Побединский, Г.В. Яковлев. Но особо остро данная проблема стала подниматься в 80 - 90-е годы, что нашло свое отражение в работах отечественных ученых Анисимова Г.М., Большакова Б.М., Данилика В.Н., Герасимова Ю.Ю., Ксеневича И.П., Скот-никова В.А., Ляско М.И., Водяника И.И., Ревута И.Б., Бартенева И.М., Вино-горова Г.К., Котикова В.М., Шеховцева Д.И., Цыпука А.М., Шегельмана И.Р., Давыдкова Г.А., Родионова А.В., Сюнева В.С., Кочнева А.М. и других, а также зарубежных ученых Беккера М., Вастерлунда И.. Мика Э., Якобсена Б., Янсонна К. ученых.
В настоящее время в нашей стране большинство лесозаготовительных процессов по-прежнему производится гусеничными машинами, в том числе многооперационными. Такая техника далеко не всегда отвечает все более возрастающим экологическим требованиям. В связи с этим остро встает вопрос если не о разработке новых машин, то о как можно более скором усовершенствовании уже существующих в плане обеспечения их экологической совместимости с природной средой.
Основными последствиями воздействия лесозаготовительной техники на почво-грунты являются уплотнение, увеличение твердости, уменьшение пористости почвенного покрова, минерализация почвы, образование колеи.
Все эти последствия носят отрицательный характер, отмечаемый многими исследователями [1,2,4].
Под уплотнением понимается изменение взаимного расположения почвенных отдельностей с уменьшением ее объема. Степень уплотнения зависит от механического состава почвы, влажности, удельного давления, вибрации машин, количества проходов, а также от веса машины и перевозимого груза и конструктивных параметров ходовых систем (размер опорной поверхности, шаг катков, шаг звеньев гусеничной цепи, число опорных катков или колес и т.д.). Также большое влияние на степень уплотнения почвы оказывает вид выполняемой технологической операции и тип применяемой лесозаготовительной техники [3]. В результате давления машин напряжение, возникающее в почве, передается на значительную глубину. Вследствие уплотнения почвы уменьшается объем пор, из-за чего сильно меняется воздушно-водный режим, что ухудшает физиологическое функционирование корневых систем растений, оказывает отрицательное влияние на водный баланс [4]. Согласно, проведенным исследованиям [5] плотность лесных почв оказывает непосредственное воздействие на рост и развитие ели обыкновенной.
Нарушение почвенного покрова, возникающее при движении и выполнении технологических операций, является одним из видов воздействий гусеничных машин. Во время выполнения технологических операций на прямолинейное движение приходится только часть всего производственного времени, остальное время трактор выполняет повороты. Во время поворота на почвенный покров со стороны трактора оказывается большее влияние. При повороте трактора кромка гусеницы подрезает грунт и совместно с каретками сдвигает его по направлению перпендикулярному к радиусу поворота. При этом происходит образование валика из поверхностного слоя почвы, что негативно сказывается на экологии данного участка леса [6].
Перемещение лесозаготовительной техники всегда сопровождается ко-лееобразованием. Однако, даже перемещаясь по лесосеке с одинаковым грузом, различные трактора оставляют после себя различный "след" и различ-
ную по глубине колею. С увеличением числа проходов машины по трассе, в зависимости от максимального давления движителя, типа и состояния почвы, происходит либо затухание темпов увеличения глубины колеи, либо наоборот, прогрессивный ее рост. В первом случае в опорном массиве преобладают деформации уплотнения, а во втором случае - деформации сдвигов. В результате образования колеи от проезда техники страдают питающие корешки дерева, основная масса которых находится в верхних горизонтах.
Степень воздействия гусеничной лесозаготовительной техники на лесные почво-грунты определяется большим числом факторов. Одним из них является тип леса. По некоторым данным наиболее заметное воздействие проявляется в вересковых типах леса. В этих лесорастительных условиях минерализуется (полностью или частично) 13-20% поверхности почвы. Другим фактором является технология заготовки, применяемая на данной лесосеке и напрямую связанное с этим применение того или иного типа лесозаготовительной техники. Наибольшему изменению лесосеки подвергаются при использовании машин, работающих с подъездом к каждому дереву. Они в процессе работы двигаются по всей площади лесосеки, подходя непосредственно к каждому дереву, еще более усиливая отрицательные последствия, возникающие в процессе механизированных заготовок.
Таким образом, можно сделать вывод, что воздействие гусеничной лесозаготовительной техники в большинстве случаев носит негативный характер, что отрицательно сказывается на лесорастительных условиях и последующем лесовозобновлении.
Степень воздействия лесозаготовительной техники можно оценивать после того кого, как будут выбраны соответствующие показатели. Рядом исследователей [6,7,8,9 и др.] рассмотрены специфические вопросы воздействия ходовых систем машин на лесные почвы, предложены показатели оценки такого влияния. При этом каждый из авторов в качестве показателей предлагает одну или несколько характеристик. Основными величинами, предложенными в качестве оценочных являются: уплотнение (изменение плотности)
3
почвы (кг/м ), глубина колеи (м), минерализация (% от общей площади), пористость (%), количество сохраненного подроста (шт./га) и другие (табл.1). Все предложенные показатели в разной степени позволяют оценить последствия применения лесозаготовительной техники.
Выбор показателей оценки по нашему мнению должен производиться на основании следующих условий:
• Необходимо, чтобы показателей было несколько (два или более), чтобы можно было получить наиболее точную и всестороннюю оценку воздействия гусеничного движителя на лесной покров;
• Предлагаемые показатели должны полно и адекватно описывать последствия применения гусеничной техники;
• Предлагаемые показатели должны быть получены аналитическим путем с помощью простых математических моделей и проверены экспериментально.
По нашему мнению, изменение плотности почвы в следе движителя и глубина, оставляемой колеи являются показателями, наиболее точно и полно соответствующими представленным условиям. Таким образом, именно эти два показателя предлагаются нами в качестве оценочных показателей воздействия гусеничных лесозаготовительных машин на лесные почво-грунты при оценке их экологической совместимости.
Таблица 1
Оценочные показатели взаимодействия гусеничных тракторов с лесными почвами.
Показатель Автор Минерализация почвы, % Глубина колеи, м. Уплотнение (изменение плотности), кг/м3. Твердость почвы Пористость, скваж-ность,% Кол-во сохранен. подроста, шт/га. Число проходов после кот. достиг. предел. плотность, шт. Удельное давление, Н/м2. Площадь «следа» после одного прохода, м2. Среднее давление, Н/м2.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
А.Алексейчик и др. + +
В.Н. Данилик + + +
В.М. Котиков + +
Г.К. Виногоров + +
Г.В. Яковлев и др. + +
З. Шакунас В. Бистрцкас + +
Б.М. Большаков +
В.Н. Лобанов +
И.П.Ксеневич и др. +
В.В. Водяник +
В.Ю. Савицкий +
ГОСТы 26953-86, 26954-86, 26955-86 +
Д.И. Шеховцев + +
Я.В. Слодкевич +
Н.А.Соколовская и др. +
В.С. Серый и др. +
И.М. Бартенев В.И. Прядкин + +
С. К. Фабнер и др. +
А.С. Баранцев + +
Список использованных источников:
1. Анисимов Г.М.. Об управлении экологической совместимостью системы «движитель трелевочного трактора - лесная почва», Лесной журнал,
1997, №3, с.27-31.
2. Oljaca M. V. Damage to soil mechanical properties caused by iron and rubber tracks// Journal of terramechanics, 1994, Vol. 31, No. 5, ?p. 279-284
3. Куликов М.И. О взаимодействии системы «движитель - грунт - лесная среда» // Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ. Вып.3 / ПетрГУ. Петрозаводск, 2001 г., 52-55 с.
4. Герасимов Ю.Ю., Сюнев В.С. Лесосечные машины для рубок ухода: компьютерная система принятия решений, Петрозаводск: изд-во ПетрГУ,
1998, с.236.
5. Соколовская Н.А., Ревут И.Б., Маркова И.А. Роль плотности при лесо-восстановлении. Лесоведение, 1977, №4, с.44-51.
6. Фабнер С.К., Соколов В.А., Втюрина О.П.. Лесовосстановление вырубок и влияние на них технологии лесозаготовок, Лесная промышленность, 1998, №3, с.19-22.
7. Большаков Б.М. Снижение отрицательных последствий от воздействия трелевочных систем на лесную почву. Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук, Л: ЛГА, 1998, с.61.
8. Котиков В.М. Воздействие лесозаготовительных машин на лесные почвы. Автореферат дис. докт. техн. наук. - Москва, МТУЛ, 1995 - 37 с.
9. Серый В.С., Засухин Д.П., Вялых Н.И. Влияние нарушений почвенного покрова при сплошных рубках на последующее возобновление и рост молод-няков, Лесное хозяйство, 1997, №4, с.27-29.
