CC BY
31
ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМА РАЗРЕЖИВАНИЙ ДРЕВОСТОЕВ ПРИ
КОМПЛЕКСНЫХ РУБКАХ
А.Г. МОШКАЛЕВ, проф., зав. каф. таксации и лесоустройства СПбЛТА, д-р с.-х. наук, В .К. ХЛЮСТОВ, проф., зав. каф. лесоводства МСХА
Академик ВАСХНИЛ И. С. Мелехов в своих работах особо отмечал необходимость проведения лесоводственных мероприятий в сложных по строению, смешанных по составу насаждениях. Одним из таких мероприятий стали комплексные рубки, предусматривающие главное пользование по лиственной части древостоя. Исследования были проведены под руководством академика РАЕН А.Г. Мошкалева для лесов Карельского перешейка Ленинградской области на кафедре лесной таксации и лесоустройства Санкт-Петербургской ЛТА.
В соответствии с лесоводственными требованиями комплексные рубки проводятся в сосняках, ельниках 1-Ш бонитета, начиная с 41-го года и завершая за 0,5 класса до возраста главной рубки. Предельное снижение полноты при комплексных рубках
должно быть не ниже 0,6 ед. При их проведении прорубаются волока шириной 4 м с расстоянием между ними 30 м. Количество приемов рубки обычно 2-3.
При решении поставленной задачи используется критерий по максимуму эффекта при ограниченной сумме затрат. С затратами и эффектом в поставленной задаче связаны следующие основные факторы:
- текущий прирост древостоев (так как здесь учитываются главное и промежуточное пользования);
- восстановление запаса после рубки;
- общий вырубаемый запас при комплексных рубках и рубках главного пользования;
- распределение вырубаемого запаса по составляющим породам;
- выход ликвидной древесины;
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2005
55
- снижение выхода деловой древесины за счет гнили и других пороков по мере увеличения возраста, особенно лиственных пород в составе;
- использование отпада;
- возможное снижение затрат на комплексные рубки.
Учесть эти различные по содержанию факторы в одном критерии трудно. Все факторы учитываются, если в качестве критерия принять экономический показатель в рублях. Но в этом случае требуется делать дисконтирование, так как общий эффект будет к возрасту главной рубки, а затраты производятся за 30-50 лет до этого момента. Дисконтирование на такой период в экономике не рекомендуется.
Лучше всего иметь критерий в натуральных показателях, кубометрах. Наиболее подходит критерий - максимум суммы главного и промежуточного пользований, но не по общему запасу, а по деловой древесине, спрос на которую со временем не снижается. В этом случае учитываются все указанные факторы, кроме последнего по затратам на комплексные рубки.
Затраты снижаются, если интенсивность рубки повышается, что ведет к снижению пользования.
Теоретически возможны два решения по этому критерию ( рис. 1. точки В и С).
Таким образом, выбирается критерий: WD ^ max Wd = УЕШ + VDrn при условии: P - max, где WD - сумма главного и промежуточного пользования по деловой древесине;
УЕпп - объем деловой древесины от промежуточного пользования, м3/га;
УЕгп - объем деловой древесины от главного пользования, м3/га;
Р - процент интенсивности выборки по общему запасу при комплексной рубке.
Содержание и модели расчетов
При расчете запаса на 1 га древостоя к следующему приему рубки нужно учитывать запас на 1 га до рубки, за вычетом запаса на волоке (это 12 % согласно лесовод-ственным требованиям), вырубаемый запас на один прием, текущий прирост, снижение запаса за счет отпада.
Рис. 1. Возможные варианты решения по критерию. W - сумма главного и промежуточного пользований, м3/га; Р - процент интенсивности комплексных рубок по запасу; А - процент интенсивности, соответствующий максимальному пользованию; В - минимальный процент интенсивности, соответствующий 95 % максимального пользования; С - максимальный процент интенсивности, соответствующий 95 % максимального пользования.
При рубке реализуется часть отпада, не успевшая превратиться в неликвидную древесину. Это величина, по нашим данным, равна отпаду за 5 лет по хвойным породам и за 3 года - по мягколиственным. Полнота не должна снижаться ниже 0,6, согласно заданию. Расчеты были проведены по каждой составляющей породе по общему запасу и запасу деловой древесины на 1 га.
В первую очередь вырубается осина как спелая часть древостоя. При втором и третьем приемах вырубаются осина и береза как первоочередные, так как береза в этом возрасте относится также к спелой части.
При этом принималась интенсивность рубки от 10 % при одних вариантах расчета до 30-40 % при других вариантах. Из этих двух вариантов выбирался минимальный.
Если установленный лимит не использован за счет рубки лиственных пород, то назначалась рубка ухода по хвойным породам.
При сплошной рубке предусматривалось оставление семенных деревьев сосны. По нашим расчетам, они составляют 8 % от запаса сосны.
Для расчета использовалась постоянная исходная информация по запасам на 1 га при полноте 1,0 из стандартных таблиц, используемых в Ленинградской обл., по динамике процента деловой древесины по породам и возрастам по А.Г. Мошкалеву. Используемая при рубках часть отпада вычисляется по имеющимся закономерностям. Процент текущего прироста определяется по уравнению:
7 = а - Ь (Р - 0,6) где а - процент текущего прироста при полноте 0,6 (с которой допускается рубка);
Ь - коэффициент, вычисленный для каждого бонитета, породы и полноты, исходя из того, что процент прироста при полноте от 0,6 до 1,0 имеет изменение близкое к прямолинейному.
Р - полнота, которая имеется перед началом рубки.
Вычисления проведены по множеству вариантов: по каждому бонитету, при раз-
личном исходном составе и полноте в 41 год, разной интенсивности комплексных рубок в различные приемы при разном сроке повторяемости.
Оптимальная интенсивность и сроки повторяемости разреживаний при комплексных рубках
Как было принято изначально, оптимальные варианты интенсивности и сроки повторяемости комплексных рубок должны выбираться по критерию, обеспечивающему максимум суммы главного и промежуточного пользования, умноженному на 0,95 (при максимуме интенсивности).
По моделям, алгоритму и программе сделаны расчеты размера промежуточного и главного пользований по общему запасу деловой древесины при разной интенсивности и сроках повторяемости комплексных рубок. Оптимизационные модели составлены для сосняков, ельников II и III классов бонитета с полнотой 0,6; 0,8; и 1,0 и примесью лиственных пород в составе древостоев от 1 до 5 единиц.
Для каждого бонитета, полноты и состава рассматривались интенсивности в процентах от общего запаса: 0 (без рубок ухода), 10, 20, 30 %, а сроки повторяемости: 10, 20, 30 лет
В результате расчетов выяснено, что почти во всех случаях максимум суммы промежуточного и главного пользований по деловой древесине наблюдается при низкой интенсивности изреживания 10 % по общему запасу и сроке повторяемости комплексных рубок 10 лет. Это объясняется тем, что при увеличении интенсивности рубки поч-венно-световой прирост не успевает восстановить запас до необходимого уровня.
Выявлено, что в возрасте 41 год размер пользования оказывается одинаковым для древостоев с 5-9 единицами хвойных пород в составе. Рубка ведется в основном по лиственным породам с долей в составе 3-5 единиц. Если они представлены 1-2 единицами, то в рубку включаются также хвойные породы.
В возрасте 51 и 61 год размер пользования несколько падает при увеличении до-
ли лиственных пород в составе. Это обусловлено более низким выходом деловой древесины у лиственных пород, а также более быстрой гибелью их отпада. Отпад по лиственным породам используется, если он появился за 1-3 года перед рубкой. При большем сроке он теряет качество и не ис-
пользуется. По хвойным породам этот срок больше (до 5 лет и более).
К возрасту сплошной рубки остаются одни хвойные деревья, если в 41 год их доля в составе насчитывала 8-9 единиц. При меньшей доле хвойных пород в составе к сплошной рубке сохраняется часть лиственных пород.
Сосняки
О II бонитет, 5С3Б2Ос, в 41 год П=0,8 ед. □ III бонитет, 5С3Б2Ос, в 41 год П=1,0 ед. А II бонитет, 5С3Б2Ос, в 41 год П=1,0 ед. О II бонитет 9С1Б, в 41 год П=1,0 ед. Ж II бонитет, 9С1Б, в 41 год П=0,8 ед.
□ II бонитет, 5Е2Б3Ос, в 41 год П=1,0 ед. О II бонитет, 5Е2б3Ос, в 41 год П=1,0 ед. Д II бонитет, 9Е1Ос, в 41 год П=1,0 <) II бонитет, 9Е1Ос, в 41 год П=0,8 ед.
Интенсивность разреживания, %
Рис. 2. Сумма промежуточного и главного пользований (без волоков) на 1 га по деловой древесине в зависимости от интенсивности комплексных рубок 1 - средняя интенсивность, соответствующая пользованию 0,95 от максимума для древостоев с примесью лиственных пород до 1 ед. в составе; 2 - то же при 5 ед. лиственных пород в составе
Таблица
Нормативы интенсивности разреживаний и сроков повторяемости комплексных рубок (без учета волоков) для одноярусных, одновозрастных и относительно
одновозрастных древостоев
Категория древостоев Коэффициент Б и Ос в составе Минимальная полнота до рубки Интенсивность разреживания, % при полнотах Срок повторяемости, лет
0,7-0,8 0,9-1,0
Сосновые 1-2 3-5 0,7 0,7 10-15 15 15 20 10-15 15-20
Еловые 1-2 3-5 0,7 0,7 10 15 15 20 10 10-15
Сравнение комплексных и обычных рубок ухода показало, что при рубке в 41 год при составе 7С3Б вырубаются деревья как сосны, так и березы, а при рубке в 51 год вырубаются деревья только березы, так как она рассматривается как спелая часть древостоя. В 41-51 годы сосна и ель вообще не вырубаются (за исключением отпада), если имеются осина, береза при их доле в составе 30 % и более.
По полученным данным построены графики изменения размера пользования при разной интенсивности рубки и сроке повторяемости (рис. 2).
Наиболее низкая величина лесопользования получается при отсутствии комплексных рубок (при интенсивности равной нулю). Это обусловлено тем, что при отсутствии комплексных рубок примесь лиственных пород к возрасту главных рубок (81 год) мало изменяется, а выход деловой древесины, по А.Г. Мошкалеву, у березы снижается до 50 %, у осины до 35 %. При отсутствии комплексных рубок не используется отпад. Поэтому снижение пользования по деловой древесине по сравнению с максимумом велико. Если примесь лиственных пород равна 1-2 единицам в составе, то снижение составляет 15-20 %, а при 3-5 единицах в составе снижение достигает 20-30 % .
При интенсивности комплексных рубок около 10 % во всех рассмотренных вариантах сумма пользования оказывается максимальной. В этом случае примесь лиственных пород к моменту главной рубки падает до минимума или почти вся вырубается. Снижения выхода деловой древесины почти нет. Максимально возможно используется отпад,
так как комплексные рубки часто повторяются (через 10 лет). Вырубаемый запас перекрывается текущим приростом.
По мере увеличения интенсивности рубок часть запаса не успевает компенсироваться за счет текущего прироста. Отпад меньше используется, т. к. срок повторяемости рубок увеличивается до 15-20 лет. При интенсивности 30 % сумма пользований сильно снижается и приближается по величине пользования к варианту без комплексных рубок. Это приводит к выводу, что комплексные рубки с такой интенсивностью не нужны, так как при них получается большой объем лиственных тонкомерных лесоматериалов, а в то же время расчетная лесосека по мягколиственным хозяйствам на Северо-Западе и Севере России не используется. При исходной полноте 0,6 снижение пользования достигает также 25-30 %. В этом случае рубка также нецелесообразна.
Согласно принятому критерию, отыскивалась интенсивность комплексной рубки, при которой пользование отличается от максимального на 5 %. В этом случае затраты на рубки ухода снижаются.
Оказалось, что оптимальным будет пользование при интенсивности 10-15 % в древостоях с примесью лиственных 1-2 единицы в 41 год, а 15-20 %, если их примесь будет составлять 3-5 единиц состава.
На основании полученных данных составлены практические рекомендации по интенсивности и срокам повторяемости комплексных рубок, которые приведены в таблице. Интенсивность дана для межволоч-ных пространств. Рубка на волоках составляет 12 % при первом приеме.
Интенсивность дана с некоторым диапазоном. При этом имеется в виду, что максимальная величина интенсивности относится к 1-му приему рубки, а минимальная - к 2 и 3-му приемам.
По сравнению с нормативами в действующем наставлении по рубкам ухода, предлагаемые нормативы несколько ниже. По действующему наставлению допускается интенсивность до 30 % в смешанных древо-стоях (таблица). По нашим данным, интенсивность не должна превышать 20 %.
Общие рекомендации для реконструктивных рубок
Н.И. Ксенофонтов предложил для лесов Карельского перешейка нормативы реконструктивных рубок. По этим нормативам в березняках и осинниках ЫП бонитета со вторым ярусом или подростом хвойных пород рекомендуется интенсивность разреживания первого яруса до 51-60 % при полноте 0,6-0,7 ед. и до 41-50 % при полноте 0,8-1,0 при сроках повторяемости рубок 15 лет в березняках и 10 лет в осинниках.
Анализ закономерностей роста показал, что эти рекомендации соответствуют оптимальному режиму, определенному через текущий прирост. При рекомендованной интенсивности и повторяемости рубок с учетом текущего прироста и отпада за 2-3 приема рубок первый ярус полностью вырубается и остается второй ярус. Однако при проведении этих рубок очень трудно сохранять после разреживаний потенциально возможную (до рубок) продуктивность второго яруса древостоя.
Методические рекомендации по расчету промежуточного пользования при комплексных и реконструктивных рубках
При наличии нормативов интенсивности и повторяемости рубок целесообразно вести расчет размера промежуточного пользования.
Расчеты могут быть выполнены двумя путями:
1) по каждому выделу при наличии банка данных расчет производится по нормативам;
2) по средним, итоговым данным. При этом первоначально определяются площади и запасы сосняков и ельников ЫП бонитета с полнотой 0,7 и выше. Эти данные распределяются на две группы: с примесью лиственных пород 1-2 и отдельно 3-5 единиц состава. Вычисляются средние интенсивности по формуле:
И = (И1П1+И2П2+И3П1+И4П2) / (П1+П2+П3+П4)
где И1 - интенсивность для полноты 0,7 -0,8 при 1-2 ед. лиственных пород в составе, %; И2 - то же для полноты 0,9-1,0, %; И3 - интенсивность для полноты 0,7 -0,8 при 3-5 единицах лиственных пород, %;
И4 - то же для полноты 0,9-1,0, %; П1, П2, П3, П4 - соответствующие площади древостоев, га. Годичная лесосека по площади комплексных рубок вычисляется по принятой в лесоустройстве формуле:
П = (П1 + П2 + П3 + П4) / Т
где Т - срок повторяемости, лет.
Годичная лесосека по запасу (М) вычисляется по формуле:
М = Мфр*П * И / 100
где Мфр - средний запас фонда комплексных и реконструктивных рубок, м3/га. При наличии средней интенсивности легко делать расчеты при лесоустройстве и после лесоустройства, если произошли изменения площадей хозчасти.
Наряду с этим следует отметить, что рассматриваемые рубки проводятся в древо-стоях с 41 года и, следовательно, все являются проходными, если оценивать их по терминологии рубок ухода.
Библиографический список
1. Мелехов И.С. Лесоведение. Учебник для вузов. 3-е изд., стер. - М.: МГУЛ, 2004.
2. Мелехов И.С. Лесоводство. Учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по спец. «Лесное хозяйство». 2-е изд. Доп., испр. -М.: МГУЛ, 2004.
