CC BY
129
ВЛИЯНИЕ УПЛОТНЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЧВ НА ИХ ЛЕСОРАСТИ-
ТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА
Ермичев В.А, Лобанов В.Н., Кривченкова Г.Н., Артемов А.В.
(БГИТА, г. Брянск, РФ)
The article shows the negative influence of the caterpillar forest machines on the soil, following which the vegetable cover and topsoil is destroyed, the ground is compacted, the roots of plants are damaged.
Гусеничные трелевочные машины оказывают существенное уплотняющее воздействие на почву. Общая площадь поранений почвенно-растительного покрова при трелевке составляет 10...75% площади лесосеки [1, 2].
На волоках с большим числом рейсов трактора уплотнение почвы очень заметно. В настоящее время на лесозаготовках применяется тракторная трелевка тяжелыми тракторами с канатно-чокерной и бесчокерной (с манипуляторами и захватами) оснасткой на базе тракторов ТДТ-55 и ТТ-4.
В таблице по данным А.В. Письмерова [2], показано, как при тракторной трелевке происходит нарушение почвенного покрова: выделенные категории поранения почвенного покрова значительно различаются уплотнением верхних горизонтов почв в зависимости от количества рейсов трактора. Особенно сильно уплотняется почва в колее волока с увеличением количества рейсов трактора, что влечет за собой, снижение водопроницаемости и развитие линейной эрозии поч-венно-растительного покрова. При бессистемной тракторной трелевке за комель хлыстов с кронами в сильной степени повреждается почвенный покров на 40% площади лесосеки и на 90% уничтожается еловый подрост [2].
Таблица 1
Категория поранения почвы Глубина, см Изменение плотности почвы (г/см3) в за-
при трелевке висимости от количества рейсов трактора
с возом
5 10 15
I - неповрежденная почва 0...5 0,56 0,55 0,64
5...10 0,84 0,92 0,84
10...20 0,96 1,02 0,86
II - волок, закрытый пору- 0...5 0,64 0,62 0,90
бочными остатками 5...10 0,98 1,06 1,06
10...20 1,15 1,15 1,20
III - минерализованный во- 0...5 0,88 0,70 1,06
лок 5...10 1,15 1,07 1,23
10...20 1,21 1,15 1,24
IV - колея волока 0...5 0,82 0,62 1,10
5...10 1,28 1,05 1,37
При существующей технологии лесосечных работ комплектом многооперационных машин почти полностью уничтожается подрост, разрушается весь поч-венно-растительный покров, почвы сильно уплотняются.
В бесснежный период при разработке лесосек с помощью действующей сис-
темы лесосечно-транспортных машин происходит перенос, перемещение и уплотнение верхних горизонтов почвенно-растительного покрова. Поверхность почвы в значительной степени минерализуется на 50-90% площади лесосеки. Площадь, занятая уплотненными волоками, достигает 40% площади лесосеки.
Значительным изменениям подвергаются водно-физические свойства поч-венно-растительного покрова. Плотность почвенно-растительного покрова на пасечных волоках увеличивается в 1,5...2,0 раза, водопроницаемость снижается в десятки и сотни раз [1].
Трелевка деревьев за комли бесчокерными трелевщиками вызывает сильное изменение микрорельефа поверхности почвенно-растительного покрова лесосеки и его уплотнение. В месте разворота трактора образуются микроповышения, занимающие в среднем четвертую часть площади лесосеки. Микропонижения создаются на волоках и составляют более 40% площади.
Поверхность почвы в процессе трелевки значительно уплотняется и сильно минерализуется в результате сдирания лесной подстилки, перемешивания ее с минеральными горизонтами почвенно-растительного покрова или вдавливания в почву. Без учета площади погрузочных площадок, занимающих до 50% площади лесосеки, площадь с уплотненной минерализованной поверхностью лесосеки составила около 60%. В целом, по всей площади лесосеки уплотненная минерализованная в разной степени поверхность составляет 85% [1].
Уплотнение почвы влияет на интенсивность роста деревьев и качество древесины.
Сами корни делают почву более структурной. После прорастания корня в почве, она становится более разрыхленной, обеспечивая доступ воздуха к корневым волоскам. Вместе с углекислотой корни выделяют в окружающую среду сложные соединения, аминокислоты, ростовые вещества. Это привлекает почвенные микроорганизмы. Почва оказывает большое влияние на развитие и разрастание систем деревьев. такие породы, как сосна, береза, осина, имеют глубокие корневые системы, ель укореняется поверхностно. Корни ели усиленно разрастаются в горизонтальном направлении и поэтому, как было отмечено, особенно подвержены повреждениям при движении техники в лесу.
Независимо от глубины стержневых крупных корней основная масса всасывающих корешков и корневых окончаний расположена в верхнем слое почвы, поскольку он обладает лучшими физическими свойствами, содержит основное питание и обеспечивает достаточный подвод кислорода к корешкам за счет наличия почвенных пор.
Вследствие уплотнения почвы уменьшается объем пор, из-за чего сильно меняется воздушно-водный режим, что также ухудшает физиологическое функционирование корневых систем растений, оказывает отрицательное влияние на водный баланс [3].
На влажных почвах машины, особенно при многократных проходах по волоку, могут нарезать глубокую колею. В ней застаивается вода, вызывая амелиорацию отдельных лесных участков.
Использование мощной техники на лесозаготовках, может вызвать длительные отрицательные воздействия на лесные участки. Исследованиями установлено, что на участках интенсивного использования гусеничных машин почва оста-
ется уплотненной в течение 16-40 лет. Замеры, проведенные через 16 лет после работы машин, показывают, что почва уплотнена на 9-18% больше, чем на неповрежденных участках [3, 4].
Если почва не уплотнена, то корневые ходы, трещины и другие внутрипоч-венные полостные образования способствуют усиленному развитию корней и обеспечивают их прирост [4].
Уплотнение почвы в большей мере отрицательно влияет на развитие мелких
Л
корней деревьев, концентрация которых в гумусном слое 200-500 м/м . Мелкими являются корни, диаметр которых равен 10 мм и меньше. Количество таких корней составляет более 93% от всей корневой системы, а зона их распространения вокруг ствола достаточно обширна.
Установлено, что статическое давление машины на почву более 80 кПа препятствует развитию мелких корней, а при давлении на почву 30-50 кПа их рост может быть затруднен. Давление на почву 90 кПа уменьшает рост молодняков на 15% в течение 3-4 лет после воздействия [4].
Современные технологии разработки лесосек предусматривают многократные проходы машин по ней. Вследствие этого площадь лесосеки подвергается за сезон двух...четырехкратному воздействию ходовых систем, а отдельные участки лесосеки восьми...шестнадцатикратному [3].
Увеличение давления на почву и числа проходов движителей машин по лесосеке поставили перед лесоводами серьезную проблему переуплотнения почв, которая с каждым годом становится все острее. Причем переуплотнение почв происходит не только в верхнем, но и на глубине 40-50 см.
В результате этого корневая система растений формируется в пределах почвообрабатывающего слоя (25...30 см), содержание влаги в котором неустойчиво, что в значительной степени отражается на продуктивности растений и деревьев. Наиболее общим показателем физического состояния почвы и плодородия является ее плотность. Последствия уплотнения почвы движителями тракторов определяются характеристиками почвы во время воздействия на нее и главным образом максимальным контактным давлением. Связано это с тем, что высокое контактное давление деформирует структуру почвы, отдельные ее агрегаты, пористость которых обработкой почвы и ее рыхлением не восстанавливается.
Таким образом, подходя к выбору движительных систем, обеспечивающих предельно допустимые нагрузки на почвенно-растительный покров и принцип маневрирования (поворота), следует исходить из требования сохранения целостности почвенно-растительного покрова и особенно его важнейшего компонента -лесной подстилки.
Изложенное выше показывает, что наибольшую опасность для корневой системы растений представляет уплотнение почвы под движителями машин, т.е. ее деформация с образованием колеи, под действием нагрузки от машины.
Достичь безопасного для растений давления можно, изменяя размеры опорной поверхности движителя. Полученное в процессе исследований уравнение [3] позволяет определить влияние на величину деформации почво-грунтов И параметров движителя (Ь, Ь) и неравномерность распределения давления по опорной поверхности гусеницы (дтах).
h -
x
2 xb-ß
■ arctg
4--!л\х-\ у
V и
x
2— + ju(x — 1) H
Я max У s Qs У m\x
4--//2(х-1)2 V и
где - предел несущей способности почвогрунта, НУм^; дтах - максималь-
л
ное давление гусеницы на почвогрунт, Н/м ; /3 - коэффициент, характеризующий боковое расширение грунта; ¡л - коэффициент Пуассона для грунтов; Н - толщина деформируемого слоя грунта, м; E0 - модуль деформации почвогрунта при отсут-
л
ствии сдвигов, Н/м ; х - отношение опорной длины гусеничного движителя L к ширине гусеницы Ь.
Максимальное давление в пиках под катками qmаx определяются по формуле:
где
С, =
1 +
Чтих Я О
q
а а
(3 - + 1С[ )п - {- -1) 3 + (4 + С[ ){п -1)
2
,а
5«-(--1)(«-1) t
(Я,+1)2
a
1
V
t
a - шаг катков, м; t - шаг гусеницы, м; п - число опорных катков на одном борту машины.
Использование предлагаемых уравнений позволит выбирать параметры гусеничного движителя лесных машин, обеспечивающих предельно допустимые нагрузки на почву, исходя из требований сохранения целостности и плотности почвенно-растительного покрова.
Литература
1. Шумаков В.С. Некоторые особенности физических свойств лесных почв. Сб. «Научные работы по лесному почвоведению». - М.: Лесн. промышленность, 1973. -С.4-22.
2. Письмеров А.В., Ханбеков Р.И. Влияние механизированных лесозаготовок на изменение почвенного покрова в лесах Уфимского плато /Горные леса Южного Урала. -Уфа: Башкирское книжное издательство, 1971. -С. 60-64.
3. Лобанов В.Н., Горемыкин А.С., Лазарев И.В. Воздействие трелевочных машин на лесные почвы. В кн. «Вклад ученых и специалистов в наиональную экономику». -Брянск: БГИТА, 2002, с. 221-223.
4. Герасимов Ю.Ю., Сюнев В.С. Экологическая оптимизация технологических процессов и машин для лесозаготовок. - Изд-во университета Йоэнсуу, 1998. - 178 с.
