Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Исследование ветроустойчивости ельников Среднего Урала в связи с выборочными и постепенными рубками

ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации по теме "Исследование ветроустойчивости ельников Среднего Урала в связи с выборочными и постепенными рубками"

¡6 Ом

') -5 ДПР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

УРАЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

на правах рукописи ---

Шавнин Владимир Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕТРОУСТОЙЧИВОСТИ ЕЛЬНИКОВ СРЕДНЕГО УРАЛА В СВЯЗИ С ВЫБОРОЧНЫМИ И ПОСТЕПЕННЫМИ РУБКАМИ

06.03.03. - Лесоведение и лесоводство;

лесные пожары и борьба с ними

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Екатеринбург, 1994

Работа выполнена в Уральской Государственной лесотехнической академии.

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный деятель науки БФ Н.А.Луганский Официальные оппоненты - доктор биологических наук,

профессор Е.П.Смолоногов кандидат сельскохозяйственных наук, доцент А.Л.Клебанов

Ведущая организация - Свердловское управление лесами

Защита диссертации состоится " 14 " апреля 1994 г. в 10 часов 15 минут на заседании специализированного совета Д 063.35.01 при Уральской Государственной лесотехнической академии по адресу: 620032, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральской Государственной лесотехнической еисадемии.

Автореферат разослан марта 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат сельскохозяйственных наук, доцент С.В.Залесов

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Интенсификация лесопользования в условиях обострения экологического кризиса вызывает необходимость совершенствования форм ведения лесного хозяйства в направлении, повышения природных функций леса и более полного использования природного потенциала насаждений. Одним из центральных вопросов этой проблемы является сохранение ветроустойчивости древостоеь при выборочных и постепенных рубках, проведение которых сопряжено с опасностью ветровала.

Опасность ветровала при выборочных и постепенных рубках в наибольшей мере относится к ельникам, занимающим четвертую часть лесного фонда Среднего Урала. По мере урбанизации региона, ухудшения экологической обстановки, ветровал и сопутствующее ему усыхание древостоев получает распространение в сосняках, составляющих треть лесного фонда региона. В меньшей степени этому явлению подвержены лиственные насаждения, на долю которых приходится около 40 % покрытой лесом площади Среднего Урала. Однако, 55,5 % этих насаждений имеют вторичное происхождение и в них участвуют темнохвойные породы. Для этих насаждений проблема ветроустойчивости также актуальна в связи с проведением в них рубок переформирования.

Таким образом, исследования ветроустойчивости древостоев с целью уменьшения опасности ветровала при выборочных и постепенных рубках, а также рубках переформирования необходимо для всех лесных формаций в регионе. В большей мере эти исследования необходимы для ельников, в которых проведены основные работы.

Цель и программа исследований. Цель исследований зак-. лючалась в установлении закономерностей влияние природных факторов на ветроустойчивость древостоев и использование их при разработке технологических приемов выборочной и

постепенной рубок, в наибольшей степени отвечающих-природе леса.

Программа работ включала следующие вопросы:

1. Искусственный повал деревьев без отделения от корневых систем.

2. Выявление корреляционных связей размеров и густоты стояния деревьев со скоростью ветра, при которой наступает ветровал, с учетом типов леса, глубины почв и продуктивности древостоев.

3. Уточнение объективности показателя относительной полноты в качестве критерия ветроустойчивости древостоев.

4. Моделирование ветроустойчивости ельников посредством шкалы, составленной для еловых древостоев.

5. Проведение экспериментальных рубок на пробных площадях.

6. Совершенствование технологии разработки лесосек при выборочных и постепенных рубках.

7. Разработка и внедрение в практику принципиально новых вариантов выборочных и постепенных рубок.

8. Расчет сравнительной эффективности проведения экспериментальных рубок с другими видами рубок.

Начная новизна. Впервые установлена зависимость скорости ветра, при которой наступает ветровал, от типа леса, продуктивности насаждений, глубины почв, размеров и густоты стояния деревьев. Выявленные зависимости реализованы в шкале ветроустойчивости древостоев, позволяющей моделировать распределение деревьев по ступеням толщины, определять отпускной диаметр, устанавливать ширину пасек при выборочных и постепенных рубках конкретного древостоя для определенных ветровых нагрузок. Изучены аэродинамические свойства древесного полога, с учетом которых получены два варианта рубок: выборочных и постепенных. Вариант постепенных рубок применим татке при рубках переформирования. На способ разработки лесосек 2-приемными постепенными руб-

нами получено авторское свидетельство N 1424765 (СССР).

Практическая ценность. Основная практическая ценность работы заключается в разработанных вариантах рубки. Применение этих рубок обеспечивает непрерывное выполнение насаждением своих природных функций, позволяет формировать устойчивые к ветровалу древостой, природный потенциал которых направлен преимущественно на продуцирование древесины. При этом сокращается срок шра^вания стелой крупномерной древесины, улучшаются условия роста тонкомера и подроста предварительной и последующей генераций.

Моделирование ветроустойчивого древостоя предложенным в работе способом может бить использовано при рубках переформирования, создании защитных полос, противопожарном устройстве лесных массивов и других практических работах, связанных с опасностью ветровала.

Личный_вш1эд. Выбор объекта исследований, с"о характеристика, разработка методики рнбот, полевые исследования и обработка полученных материалом проведены при непосредственном участии автора. Делянки опытно-промышленных рубок разрабатывались в условиях производственных предприятий при авторском надзоре диссертанта. Закладка пробных площадей, искусственный повал модельных деревьев без отделения их от корневых систем осуществлялся автором с участием студентов лесохозяйственного факультета. Программа для обработки данных на ЭВМ составлена автором.

Отвод лесосек и организационные вопросы при внедрении новой технологии рубок решались автором с привлечением работников производственных предприятий. Расчет экономической эффективности рубок проведен автором по методике кафедры научной организации труда Уральского лесотехнического института

Апробация и внедрение результатов исследований. Результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на областной конференции "Вклад молодых ученых

и специалистов в осуществлении комплексной программы механизации лесосечных и нижнескладских работ" (СНПЛО, 1983), на региональной конференции молодых ученых "Современные проблемы охраны природы, экологического прогнозирования и влияния факторов внешней среды на биосистеыы" (Томск, 1985), на всесоюзном семинаре "Освоение лесов первой группы с применением способов рубок в зависимости от лесорас-тителышх условий" (ВДНХ, 1986), на научной конференции "Продуктивность таежных биогеоценозов" (Красноярск, Институт леса и древесины, 1987), на научных конференциях Уральской Государственной лесотехнической академии (1987, 1989, 1991).

Основные сведения о ведении выборочных и постепенных рубок с использованием модели ветроустойчивости древостоев изложены в "Положениях по организации лесосечных работ в лесах I группы Урала" (1985), во "Временных рекомендациях по ведению дифференцированных рубок в ельниках Урала" (1990).

Варианты выборочных и постепенных рубок с применением модели ветроустойчивого древостоя внедрены в 9 производственных предприятиях. Эти рубки получили положительную оценку на семинарах технических специалистов лесхозов и леспромхозов (Лобвинский КЛПК, 1989; Новолялинский КЛПХ, 1990; ПЛО "Тагиллес, 1993). Внедрение в практику разработанных вариантов рубок продолжается.

Публикация результатов исследований. Полученные в работе результаты опубликованы в 11 научных статьях и тезисах докладов на научно-технических конференциях. Подробное описание выполненных разработок содержится в 7 отчетах по научно-исследовательским темам. В описании авторского свидетельства изложен "Способ разработки лесосек при 2-прием-ных равномерно-постепенных рубках".

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов. Обоснованность и достоверность научных положений и

выводов доказывается полнотой и репрезентативностью фактического материала, положенного в основу исследований. .Кассовым материалом представлены насаждения и древостой, которые имеют продуктивность I - IV классов бонитета. Для каждой однородной группы насаждений выявлена достоверная корреляция связей ветроустойчивости с природными факторами. Коэффициент корреляции ятих связей составил 0,6 и более. Оценка результатов корреляционного анализа подбором эмпирических уравнений подтвердила линейный характер этих зависимостей. Точность выводов и положений основана на вероятности объективного суждения 0,95, соответствующая уровню значимости ошибки 0,05. Косвенным показателем объективности полученных эыьодог; и практических рекомендаций служит положительная оценка результатов рубки при освидетельствовании лесосек.

Объем экспериментального материала. Оактический материал, положенный в основу исследований по теме диссертации, включает 20 опытно-промышленных делянок общей площадью 595,3 га, заложенных в 9 предприятиях. 27 пробных площадей с рубкой и таксацией на них 739 средних модельных деревьев. Выполнен искусственный повал 142 модельных деревьев, заложено 240 круговых площадок для уточнения таксационной характеристики древостоев.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и заключения. Текст работы изложен на страницах, содержит 30 таблиц, 7 рисунков. Список литературы включает 107 наименований, в том числе г, иностранных авторов.

1. ОБЗОР ВЫБОРОЧНЫХ И ПС*:: ТЕ ПЕННЫХ РУБОК К ПРОБЛЕМА ВЕТРОУСТОЙЧИВОСТИ ДРЕВОСТОЕВ

Рубка леса как форма ведения лесного хозяйства представляет собой способ или систему вырубки деревьев или дре-

востоев определенного характера в установленном пространственном размещении и в назначенный период времени. В лесном хозяйстве Российской Федерации нашли применение три системы рубок: сплошнолесосечнач, выборочная и постепенная. Целесообразность такого деления зафиксирована в Основных положениях по проведению рубок главного пользования в лесах СССР (1979, 1994), используемых практикой в качестве нормативов. Отнесение способов рубок к той или иной системе осуществляется с учетом действующих ГОСТов (18.486-73), а так же известных десоводственных разработок (Ткаченко, 1955; Мелехов, 1972; Побединский, 1980; Белов, 1983; и др.).

Наибольший народнохозяйственный эффект достигается при полном соответствии способов рубки природе леса. Для достижения этого соответствия ведутся работы по совершенствованию существующих способов рубок и разработке новых вариантов их проведения. Одним из направлений в решении этой проблемы является повышение ветроустойчивости пройденных рубкой древостоев. Понятие ветроустойчивости Еключает способность деревьев и древостоев противостоять ветровалу и бурелому. Ветровалом принято называть случаи вывала деревьев с корнем, буреломом - поломку стволов ветром обычно ниже кроны (Ткаченко, 1955).

Сохранение ветроустойчивости изреживаемых рубкой древостоев обычно связывают со снижением относительной полноты до среднего уровня, физическим состоянием и мощностью почв. При этом не учитывается, что относительная полнота является функцией средней высоты и суммы площадей сечений деревьев, которая образуется при различном сочетании средних диаметров и густоты стояния деревьев. Таким образом, одно из приоритетных направлений в исследовании ветроустойчивости древостоев при выборочных и постепенных рубках заключается в установлении количественных соотношений между скоростью ветра, при которой наступает ветровал, густо-

той и средним диаметром дрепостое в насаждений, отличающихся типом леса, продуктивностью и характеристикой почв. Ка ветроустойчивость древостоев, включаемых в рубку насаждений, существенное влияние оказывают технологические показатели разработки лесосек: ширина пасек, способ отбора деревьев в рубку, порядок разработки лесосек. Вероятность ветровала от действия этих факторов может быть уменьшена применением оригинальных технологических приемов рубки, позволяющих изменять строение древостоев и формировать их в нужном для хозяйства направлении.

Не охватывая проблемы в целом, выделим в качестве основных направлений исследования ветроустойчивости древостоев при рубках, выявление ведущих факторов, вызывающих явление ветровала, разработку оригинальных технологических приемов, повышающих ветроустойчивость пройденных рубкой древостоев, создание новых вариантов выборочных и постепенных рубок, отвечающих лесоводственным и технологическим требованиям лесозаготовок. Исследования в этих направлениях на примере ельников Среднего Урала приводятся в нижеследующих разделах предлагаемой диссертации.

2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ И ФОНД ЕЛОВЫХ ЛЕСОВ СРЕДНЕГО УРАЛА

Рельеф региона в его центральной части низкогорный. Высота гор колеблется от 400 до 800 м. На западном склоне в Предуралье преобладают холмы и увачы высотой до 300 м. Грядово-увалистые предгорья Зауралья имеют абсолютные отметки до 200 м с повышением на водоразделах до 380 м. Почвы региона образовались на элювии и делювии различных массивно-кристаллических и иных горных пород. По дачным Е.И.Ивановой (1949), Г.Г.Каменского (1957), В.П.Оирсовой, Г.К.Ржанниковой (1972) и др., наибольшее распространение имеют подзолистые и дерново-подзолистые почвы. Верхние

части склонов и водоразделы покрыты щебнистыми горно-лесными почвами. Для средней и нижней частей склонов характерны бурые горно-лесные подзолистые и дерново-подзолистые почвы, супесчаные и суглинистые по механическому составу. В пониженных местах, на межгорных депрессиях диапазон почв меняется от подзолистых и дерново-подзолистых до подзолис-то-глеевых, торфяно-иловато-глеевых и торфяно-болотных. Мощность почв невысокая. Малая глубина почв и часто излишняя увлажненность их способствуют формированию поверхностной корневой системы у деревьев и проявлению ветровала.

По лесорастительным условиям регион относится к подзоне южной темнохвойной тайги предгорной и горной областей Урала (Колесников, 1969). Типологическое многообразие насаждений объединяется в 10 хозяйственных групп типов леса (Исаева, Луганский, 1980). Наибольшую площадь из них занимают травяно-зеленомошная, липняковая, разнотравная и дол-гомошно-хвощовая группы типов леса. Площадь лесного фонда Среднего Урала составляет 3,3 млн. га. На долю ельников приходится 22 %. Средний бонитет древостоев с преобладанием ели составляет II1,7, с преобладанием пихты - 111,5. Относительная полнота ельников - 0,64, лишь 16-20 % этих насаждений имеют полноту превышавшую среднюю.

Преобладание низко- и среднеполнотных насаждений не высокой продуктивности, произрастающих на мелких почвах, обусловливает повышенную опасность ветроЕала, что свидетельствует о необходимости исследования этого явления при рубках.

3. МЕТОДИКА И МАТЕРИМ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования ветроустойчивости древостоев при выборочных и постепенных рубках проводились на регионально-типологической основе с использованием природной характеристики насаждений и экспериментальных данных. Границы объектов

- 1 1 -

определялись лесорастительными районами. Главным объектом исследования являлся древостой насаждения. Общие закономерности, присущие древостоям насаждений всех типов леса рассматривались по бонитетам.

Основные исследования проведены на делянках .опытно* промышленных рубок, часть работ выполнялась на пробных площадях с учетом необходимой их детализации по условиям эксперимента. На опытных делянках, пробных площадях или з непосредственной близости от места их расположения брались модельные деревья. Модели описывались по форм- бланка таксации отдельного дерева с дополнением сведений, предусмотренных экспериментом. Часть моделей была взята без отделения от корневых систем. Искусственный повал деревьев производился трелевочным трактором с использованием динамометра. Для этих моделей помимо таксационных пэтзпакоз, выявлялись показатели, необходимые для определения опрокидывающего усилия.

Полевые описания делянок и пробных площадей включали дачные о типе леса, типе и мощности почв, рельефе местности. Учитывалось направление господствующих ветров и наклона основной массы деревьев. Проводился учет естественного возобновления. Определялись таксационные показатели дре-востоев.

При определении плотности древостоя по диаметру, а также уточнении таксационной характеристики древостоев закладывались круговые пробные площадки по принципу релас-копических проб В.Биттерлиха.

Общелесоводственная характеристика древостоев пробных площадей и опытно-промышленных делянок устанавливалась приемами и методами перечислительной и угломерно-измерительной таксации (Орлов, 1029; Анучин, 1982). Для выявления скорости ветра, при которой наступает ветровал, использовано уравнение И.Ньютона (Белов, 1983):

рУ2

К - СКБ — Кд 2

где -- равнодействующая опрокидывающей силы ветра, приложенная в центре кроны, т; - коэффициент сопротивления кроны деревьев ветру (для ели - 0,6);

Б - площадь вертикальной проекции кроны дерева, м2;

р - массовая плотность воздуха, взятая при давлении 760 мм ртутного столба, температуре 15°С и ускорении силы тяжести, равной 9,81 м/с;

V - скорость ветра, при которой наступает Еетровал, м/с;

Кд - коэффициент динамичности ветровой нагрузки, равный 1,2.

Шкала ветроустойчивости еловых древостоев строилась с применением регрессионного анализа (Труль, 1966, Плохинс-кий, 1970, Лакин, 1980). Разработка новых вариантов рубки велась с применением узкопасечной технологии лесоразработок (Виногоров, 1976; Гороховский, Калиновский, Лившиц, 1980). Расчеты выполнялись с помощью ЭВМ с применением стандартных программ и программы автора. Экономический эффект от внедрения разработанных вариантов рубок получен с применением Типовой методики определения экономической эффективности капитальных вложений (1980).

4. ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ НА ВЕТРОУСТОЙЧИВОСТЬ ДРЕВОСТОЕВ

Ветроустойчивость древостоев зависит главным образом от лесорастительных условий, типов леса, типа и мощности почв и таксационных показателей древостоев. Ее характеристика находит СЕое отражение во взаимосвязях природных фак-

торов со скоростью ветра, при которой наступает ветровал. В число этих факторов входят продуктивность и группы типов леса, мощность почвенного слоя, таксационное лсазатеги древостоев насаждений. Принять»1 хозяйственные группы тхпог: леса облегчают анализ ветроустойчивости древостоев и последующее практическое использование получаемых разработок, поэтому весь материал группировался по этим группам типов леса. Наибольшее распростри»«!»«*? в регионе имеот ельник/. I - IV классов бонитета. насаждения 1-Ш класза бонитета широко представ,лены ельниками липняковой группы типов леса. Характерными представителями насаждений с продуктивностью древостоев IV класса бонитета являются ельники догломошно-хвощовой группы типов леса. Кроме того больсу» площадь занимает разнотравная и травяно-зеленомошная группы типов леса, представляющие древостой II - IV классов бонитета. Основной анализ ветроустойчивости дречоетоез бил проведен для этих четырех хозяйственных групп т/лов леса.

В качестве общего критерия ветроустойчивости древостоев насаждений различных групп типов леса рассматривалась относительная полнота древостоев. Влияние относительной полноты на ветроустойчивость пройденных рубкой древостоев изучалась на делянке, раьоигой на 4 секции, древостой которых после рубки имел относительные полноты 0,2; 0,2; 0,4; 0,5. Учет ветровала через 5 лет после рубки не выявил закономерных соотношений интенсивности изреживакия древостоя по относительной полноте и количеству ветровальных деревьев. На всех секциях ветровал снизил относительную полноту всего на 0,01 - 0,03. Лимитного уменьшения ветровала со снижением полноты пройденного рубкой древостоя, а также стабилизации ветроустойчивости древостоев по «ере приближения полноты к модальной не наблюдалось. .

Отсутствие надежных соотношений хехду ветроустойчивостью древостоев и относительной полнотой связано с особенностями последней. Величина относительной полноты очень

слабо связана с размерами и густотой стояния деревьев в древостое , влияющих на появление ветровала, и по этой причине не может служить надежным критерием его ветроустойчивости. Учитывая эту особенность относительной полноты, в качестве основного критерия ветроустойчивости древостоя Езята его плотность по диаметру. Последняя представляет отношение среднего диаметра древостоя к среднему расстоянию между деревьями. Ее величина находится в Функциональной зависимости с абсолютной полнотой, может заменять относительную полноту, характеризуя при этом размеры и густоту стояния деревьев (Шавнин, 1987).

Для древостоев одного класса бонитета при глубине почв до 40 и более 40 см выявлена надежная корреляционная зависимость плотности древостоя по диаметру со скоростью ветра, при которой наступает ветровал. Полученные соотношения реализованы в шкале ветроустойчивости древостоев (табл.1). Содержание шкалы отражает общую закономерность ветроустойчивости ельников: с увеличением глубины почв и повышением продуктивности древостоев их ветроустойчивость повышается. Конкретные соотношения включенных в шкалу показателей позволяют моделировать ветроустойчивость древостоев с последующим использованием этих моделей для регулирования интенсивности рубки и снижения опгености ветровала.

5. ПОВЫШЕНИЕ ВЕТРОУСТОЙЧИВОСТИ ДРЕВОСТОЕВ РУБКАМИ

5.1. Снижение опасности ветровала посредством изменения ширины пасек

Применяемая при выборочных и постепенных рубках узкопасечная технология лесоразработок предусматривает деление площади лесосеки на пасеки с трелевочным волоком по их середине. При таком способе разработки лесосек ширина пасек становится фактором, влияющим на возможность появления ветровала.

Таблица 1

Шкала ветроустойчивости еловых древостое»

Плотность! Скорость ветра, при которой наступает ветровал древостоя| в древостоях по классам бонитета, м/с

по д/аме-1-т-------------—-;------------г----

тру, см/м| I i II | III I IV _i_i______i___i__

Глубина почв ДО 40 см

О - о О _ 25 17 - 21 < о — 15

3 - о О 26 17 — 1 12 - 16

4 - О О _ Г\Г1 < 18 _ оо 12 - 17

5 - и 4 - 18 ^ О _ Л 'f ~ 1

6 - 24 - "О ,„ Li 19 — 13 - л,

7 - 25 - 29 19 - 24 13 - А. 0

8 - 2 Fi - 30 20 - !•', - ^ О

9 - 27 - 31 20 - 26 14 - 20

Глубина ПО'! й более 40 см

'¿J 29 - 32 25 - 28 20 - 24 14 - 18

3 31 - 34 26 - 30 20 - 25 14 - 19

4 32 - 36 — 31 21 - 26 14 - 20

5 34 - 38 О О „ 33 22 - 27 15 - 21

6 35 - 39 29 - 35 г>о - 28 15 -

7 37 - 41 30 - 3 г, 24 - 29 16 - ?3

8 39 - 43 31 - 38 25 - 30 IG - 24

9 40 - 45 г> О 39 25 - 31 17 - £5

С целью определения ветроустойчивости древостоев при различной ширине пасек на делянке площадью 30,0 га была проведена равномерно-выборочная рубка средней интенсивности до полноты и плотности соответствующей модальной. Делянка делилась на секции с шириной пасек 25, 30, 35 и 40 м. Через 4 года после рубки произведен учет ветровала, выявивший следующую динамику.

Ширина пасек, м 25 30 35 40

Ветровал по числу деревьев, 1

ель 16,7 8,7 4,0 5,6

пихта 15,0 15,0 4,2 5,6

По мере увеличения ширины пасек и, связанным с этим увеличением, повышением площади волоков, количество ветровала уменьшалось. При ширине пасек 35-40 м доля ветровальных дереЕьеЕ уменьшалась.

Ветроустойчивость древостоев в пределах пасек анализировалась на продольных лентах пасек, удаленных от трелевочного волока на расстояние кратное 5 м. Наименьшее количество ветровальных деревьев определилось по середине пасек шириной 40 м. В долях средней высоты древостоя это расстояние составило 0,7.

Таким образом, в ельниках липняковых, изреженных равномерно-выборочной рубкой до средней полноты и плотности, минимальная ширина пасек, при которой их ветроустойчивость достигает стабильной величины составляет 1,4 средней высоты древостоя. В пределах пасек устойчивое к ветровалу состояние древостоя наступает на удалении 1,2-1,3 его средней высоты от края волока. Выявленные соотношения являются отражением закономерностей формирования устойчивого к ветровалу аэродинамического профиля древостоя.

5.2. Модель ветроустойчивого древостоя

Модель ветроустойчивого древостоя строится для назначаемых в рубку насаждений. Ее содержание относится г. дре-востоям одного класса бонитета, произрастающих на почшх глубиной до 40 см и более 40 ем. Основу модели составляет соотношение скорости ветра, при которой наступает ветровал, и плотности древостоя но диаметру. Для определения последней используются данные сплошного перечета дер-зьъоз в переводе на 1 га. Значение плотности вычисляется по Сор-муле

Рс| - 1,13/8

где Ра - плотность по диаметру, см/м;

Б - абсолютная полнота,

При этом учитывается выявленное в работе положение о том, что ветровалу подвержена в большей мере крупномерная часть древостоя, поэтому показатель плотности вычисляемся по ступеням толщины для числа деревьев, взятого нараста<э-щим итогом (табл. 2).

Скорость ветра, при которой наступает ветровал, определяется по шкале ветроустойчивости древостоев для середины кно^рвала значений этого показателя (табл. 1). Предельное значение скорости ветра, при которой наступает ветровал, устанавливается применительно к данным Гидрометслуж-бы. Ступень толщины, соответствующая такой скорости ветра, принимается в качестве отпускного диаметра. В приведенном, примере предельная скорость ветра поднята 25 у/с, а соответствующий ей отпускной диаметр - 32 см. Деревья, не достигшие размеров отпускного диаметра образуют древостой, способный противостоять ветровалу при менее высоких скоростях ветра.

Таблица 2

Модель ветроустойчивости елового древостоя II класса

бонитета, произрастающего на почвах глубиной более 40 см --,—■-

| Распределение показателей по ступеням толщины Показатель |-

|1б 20 24 28 32 36 40 44 48 итого _1_

Число деревьев на

1 га, шт. 23 38 60 91 78 52 28 14 5 389

Абсолютная

полкота,

м2/га 0,5 1,7 4,4 10,0 16,3 21,6 25,1 27,2 28,1 28,1

Плотность

древостоя,

CM/M 0,8 1,5 2,4 3,6 4,6 5,3 5,7 5,9 6,0 6,0

Скорость ветра, вызывающая ветровая,

М/с 21 22 23 24 25 25 26 26 26 25

Значения показателя "Абсолютная полнота" приведены нарастающим итогом.

Содертние модели определяет ширину пасек. Для модели, приведенной в табл. 2, при отпускном диаметре 32 см ширина пасек равна 40 м.

5.3. Формирование аэродинамического профиля древостоя, снижающего опасность ветровала

Аэродинамические свойства изреживаемых рубкой древостоев определяются вертикальным профилем древесного полога.

Закономерный характер изменения скорости ветра по вертикальному профилю древостой опи<";ч г, работах Ц.С.Нестерова (1908), Бэйтса (За'es, 1923), Р.Гейгера (1931), Оонса (Fons, 1940), С.Л.Сапожниковой (1950), Л.Р.Константинова (1952), фразера (Fraser, 1352b). Ю.Л.Рауиера (1958), Э.И.Еалендкка (1968), С.В.Белова (;~83) и других авторов. Снижение скорости ветра в древостое вызывается трение?/ потока воздуха о кроны и стволы деревьев, а также шероховатый слой других компонентов насаждений (Ваяендкк, 1068). Наименьшая скорость ветра, близкая к нулю, наблюдается на поверхности почвы, по которой проходит нижняя граница слоя шероховатости. Верхняя граница ;чтого слоя проходит по древесному пологу. По мере удгаеиия от поверхности слоя шероховатости, скорость ветра нарастает. Интенсивность такого нарастания над древостоем и на открытой местности одинакова (Лахтман, 1944). Изменение скорости ветра в пределах слоя шероховатости определяется морфологическим строением древостоя и других компонентов насаждения. Толщин? слоя шероховатости находится в прямой зависимости со скоростью Петра на его поверхности. Деревья, образующие верхнюю границу слоя шероховатости, оудут испытывать более сильное воздействие ветровых нагрузок и в большей мере подвержены ветровалу. В то же время снижение верхней границы слоя шероховатости поникает воздействие ветра на деревья, Формирующие верхнюю часть этого слоя. Поэтому, регулируя размеры и густоту стояния деревьев посредством рубки, можно менять толщину слоя шероховатости •/ целенаправленно влиять на ветроустойчивость древостоев. При выполнении работы был получек способ разработки лесосек, позволяющий повышать ветроустойчивость древостоев (а.с. N 1424765). разработка выполнена применительно к узкопасечной технологии разработки лесосек, предусматривающей освоение делянки пасекауи с трелевочным волоком по их середине и повалом деревьев на волок в направлении последующей трелевки. Для того, чтобы

срубленное дерево упало вершиной на волок под углом до 45° к его оси, как того требует технология трелевки, оно должно быть удалено от волока на расстояние, не превышающее 0,7 высоты дерева. Деревья, уд,зленные от Еолока на большее расстояние, останутся не срубленными. По мере удаления от волока, высота вырубаемых деревьев увеличивается, их количество, определяющее интенсивность рубки на пасеках, уменьшается, а связанная с этим снижением ветроустойчивость древостоев, возрастает. На расстоянии от середины волока, равном 0,7 максимальной высоты деревьев, интенсивность рубки близка к нулю, а ветроустойчивость древостоя соответствует его состоянию до рубки. Это расстояние, увеличенное в 4 раза, составит минимальную ширину пасек 1-го приема рубки при 2-приемной постепенной рубке. При 3-при-емной рубке минимальная ширина пасек увеличивается в два раза, - до 6 максимальных высот деревьев в древостое. Формируемый посредством рубки древостой получает овальную форму древесного полога, аэродинамические сзойства которого в большей мере отвечают ветроустойчивости пройденного рубкой древостоя по сравнению с равномерным его изре;кива-нием (см. рис.).

Формирование аэродинамического профиля древостоя является составной частью разработки нового варианта постепенных рубок.

5.4. Результаты экспериментальных рубок

Закономерные соотношения, выявленные в разделах 5.1 -5.3 диссертации, использованы для разработки усовершенствованных вариантов выборочных и постепенных рубок. Вариант выборочных рубок предназначен для формирования сложных разновозрастных древостоев, обеспечивающих непрерывное выполнение насаждением своих природных функций. В рубку назначается спелые и перестойные древостой различного воз-

- -

ïïenBHP roseM jTBvxîTrwe.vfp.'X pocTftFSHrrr/x rrrtoif

ÎIUÀ a

\ .! ;• M / À /. A

% l^h t ? '} 4 £, h ? n ? t r v ï * îw a ?

3 k

MO*

Brotiofl rrrev îBvxnfRftMHiix rocrereHRvx "v^oif

, ris aAA,x *

i ÀU) <ï A A

a t fW V 4 À x aa^X A A ^

^ l 1T ' ^ A A ^ ^/S />Â 4 A A A A /s

IShm-x

ÏÏCT®HR irctîeM •¡'TMîXTrtSfteMmjx rocTeneHHNX T-T^OR

îtîbc ri à a aâ a A â^a a aa| -r^tti

6

k /ff/>Ava-a

BtOPOÎÎ itp30m ttsoxtttfcwhux rtoctsirenittix w*oîi

'À A A

rk

n~r

A AAA /A AT

y. /\

i 3/fmax

Tpe?!iî1 ironem rpexnpîicwhhx nocteneshur. tw<5ok

Qm mf №№ ^

A^A A A A

A, A

/ /.y.

/> f t

AsponsH.iMrîiecKr!" PT»O«?BK® 3DeBoc?oeB npn nocTeniîîKux pyrtrax

A A a

/VvT A

растного строения, имеющие суммарную для всех пород плотность, достаточную для сохранения их ветроустойчивости при высоких скоростях ветра. Рубка ведется с отпускного диаметра, величина которого устанавливается посредством модели ветроустойчивого древостоя. Лесосеки разрабатываются по узкопасечной технологии способом узких лент с применением бензиномоторных пил и тракторов с чокерной оснасткой для трелевки хлыстов за вершину. !Пирина пасек составляет 1,5 максимальных высоты деревьев в древостое.

Выборочная рубка крупномерной в своем большинстве спелой и перестойной частей древостоя, создает условия для образования древостоев более молодых поколений. Период их формирования не имеет строгого ограничения по времени. Переход оставшихся при рубке деревьев в категорию спелых занимает один, а возрастная амплитуда спелых - два класса возраста. Поэтому повторяемость рубки может достигать 50-60 лет. Назначение очередного приема рубки обусловливается формированием спелой части древостоя и степенью его ветроустойчивости. Если плотность древостоя не обеспечивает его ветроустойчивости при еысоких скоростях ветра, то выборочная рубка носит характер санитарной.

Усовершенствованный вариант постепенных рубок позволяет формировать древостой более простого - элементарного строения и таким путем использовать природный потенциал насаждений преимущественно на продуцирование наличной части древостоя, составляющей основу главного пользования лесом. При этом сокращается срок выращивания спелой крупномерной древесины за счет сохраненного при рубке тонкомера и подроста предварительной генерации, обеспечивается непрерывное выполнение насаждением своих природных функций (Шавнин, 1983).

Лесосека разрабатывается в 2 или 3 приема, способом, излаженным в а.с. N 1424765. В древостоях, у которых не достигшие спелости ель и пихта образуют второй ярус, про-

водится 2 приема рубки. При неудовлетворительном возобновлении и в одноярусных дреьостоях с элементарным строением древесного полога ведутся 3-приемные рубки. Оставляемый после рубки древостой должен иметь плотность, обеспечивающую его ветроустойчивость при высоких скоростях ветра. Это достигается рубкой деревьев с отпускного диаметра, величина которого находится посредством модели ветроустойчивого древостоя.

В отличие от выборочной рубки, при которой деревья, достигшие размеров отпускного диаметра вырубаются по всей площади пасек, при варианте постепенных рубок на удалении от середины волока более чем на 0,7 высоты таклх деревьев вырубаются лишь крупномерные, превышающие размеры отпускного диаметра. Технология второго и третьего приемов постепенной рубки включает устройство трелевочных волоков на границе смежных пасек. Площадь пасек в этом случае ограничивается волоками предыдущего приема рубки. Расположение трелевочных волоков обусловливается направлением господствующих ветров и наклоном крон основной массы деревьев. Преобладающее направление волоков не должно совпадать с направлением господствующих ветров. Выход пасечных волоков на магистральные сдвигается на половину ширины пасек. Интервал между приемами постепенной рубки составляет 5-7 лет. Этот период необходим для последующего после рубки возобновления и адаптации древостоя .к изменившимся при этом условиям. Оборот рубки определяется формированием спелого древостоя. Подобно периоду повторяемости выборочных рубок его величина может составлять 2-3 класса возраста.

Предлагаемые варианты рубок мо;ут быть использованы при рубках переформирования. Опыт такого использования описан в работах Н.А.Луганского, В.А.Шавнина (1991), Г.М.Гирева, В.А.Шавнина (1991). В.А.'Лавнина (1991). Более глубокое и подробное рассмотрение этих рубок составляет перспективу данного направления исследований.

6. ЛЕСОВОДСТВЕННЛЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОПЫТНО-ПРОМЫШ1ЕННЫХ РУБОК

Разработанные варианты выборочных и постепенных рубок, а также рубок переформирования проходят опытно-промышленную проверку в предприятиях лесного хозяйства и лесной промышленности региона. Объем работ, выполненных ко времени написания диссертационной работы приводится в табл. 3.

Таблица 3 Объем опытно-промышленных рубок

Район проведения Количество Площадь,

рубок лесосек,

шт. га

Выборочные рубки

Свердловская область б 146,3

Пермская область 1 35,9

Постепенные рубки

Свердловская область 7 303,4

Пермская область 1 20,0

Рубки переформирования

Свердловская область 5 89,7

Итого 20 595,3

К числу показателей, характеризующих лесоводственные и технологические параметры предлагаемых вариантов рубок, включены: скорость ветра, при которой наступает ветровал; интенсивность рубки; отпускной диаметр; ширина насек. Основным лесоводственно-технологическим показателем внедряемых вариантов рубки является ветроустойчивость пройденных рубкой древостоев. При выборочных рубках скорость ветра,

при которой наступает ветровал, составила 22-25, после первого приема постепшшх рубок - 22-24, при рубках переформирования - 24-26 м/с. С корректировкой на горный рельеф местности, снижающий ветровые нагрузки, эти значения не превышали среднюю величину максимальной скорости ветра в регионе за последние 50 лет.

Сохранение ветроустойчивости древостоев в предложенных вариантах рубок обеспечивается при определенной интенсивности их проведения. Для выборочных рубок размер выборки по запасу составил ЗЬ-ЬО, для первого приема постепенных -30-45 %. Благоприятное сочетание этих показателей дополняется успешным сохранением при руоке подроста. Полученные в работе результаты подтверждают изложенные в работах П.И.Чудникова (1931), В.Н.Данилина (1968), Б.П.Колесникова (1969), Н.Л.Коновалова (1970), Н.Л.Луганского (1974), Р.П.Исаевой, Н.А.Луганского (1975 а,б), П.А.Луганского, Л.А.Лысова (1991) и других авторов общие закономерности хода естественного возобновления насаждений, пройденных выборочными и постепенными рубками, а также насаждений, требующих рубок переформирования. Эти закономерности иллюстрируются представленными данными. При выборочных рубках с шириной пасек 35-40 м сохранность подроста составила 72-00 На лесосеках постепенных рубок сохранность подроста связана с расстоянием до трелевочного волока. Общий характер этой зависимости привидится на примере делянки площадью 10 га, заложенной в ельнике липнякоьом Красноу-фимского лесхоза (табл. 4). Аналогичные сведения приводятся в диссертации для Еисертского ЛПХ.

Успешному восстановлению лесосек постепенных рубок способствует формирование при их проведении волнообразного древесного полога. Образование такого полога сопровождается постепенным изменением экологического ресурса формируемых поколений, сшиащим возможность солнечных окегов хвои деревьев.

- ¿и "

Таблица 4

Сохранность подроста после первого приема постепенной рубки

Удаление¡Интенсивность рубки,Сохранность подроста,шт./га

от воло-1--1-1--1--1--

ка, |по запасу | по числу | ель | пихта | итого м | | деревьев | | |

_I_I_I_I_I_

До 10 80 50 439 424 863

11-15 36 30 545 333 878

Более 15 3,2 1,5 860 934 1794

Лесоводственная эффективность предлагаемых вариантов рубок заключается также в создании условий для формирования древостоев в наибольшей мере отвечающих условиям ведения лесного хозяйства. Применение вырианта выборочных рубок обеспечивает решение экологических задач сохранения и улучшения природной среды жизнеобитания человека. Ведение постепенных рубок, помимо решения экологических задач, создает условия для интенсификации лесопользования путем более полного использования природного потенциала насаждений.

7. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ ПРИМЕНЕНИЯ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ РУБОК

Экономическая эффективность предложенных вариантов рубок оценивалась путем сравнения производительности труда, затрат денежных средств на проведение лесосечных работ и себестоимости древесины, заготовленной этими и другими видами рубок, применяемыми в районе исследований. При сравнении использованы показатели основных видов работ: валки леса, обрубки сучьев и трелевки древесины. Денежные затра-

ты на эти виды раоот сравнивались в относительных показателях по видам рубок (табл. 5).

Таблица Б

Эксплуатационные затраты на проведение рубок

| Затраты на 1 м'4, при расстоянии трелевки, м

Вид рубок

| 101 200 I 301 ' 400

_1___________ I________

Олытно-лро-

мышленные 04,7 00,2

Сплошные (производственные) 100 100

Увеличение затрат на 33,0-315,3 % вызвано увеличением объема хлыста. В то же время себестоимость 1 м'-1 древесины, заготовленной при опытных рубках, оказалась на 26,9 X выше чем при сплошных. Таким образом, разработанные Еарианты рубок, подобно другим способам несплошных рубок, дают более дорогую древесину по сравнению со сплошными рубками. На повышение себестоимости древесины, заготовленной при опытных рубках, влияет степень изреживания древостоев. При интенсивности рубки 25-30 % цены на заготовленную древесину увеличиваются на 2-4 а при выборке 40-45 X - на 1,5-2,0 % по сравнению со сплошными рубками, разработанный вариант выборочных рубок имеет интесивность до 30, а постепенных - до 45 %. Поэтому постепенные рубки экономически выгоднее выборочных. Увеличение себестоимости древесины, полученной от выборочных и постепенных рубок, по сравнению со сплошными, связано также с трудоемкостью работ по отводу, технологической подготовке и таксации лесосек. Проведение этих работ нуждается в их совершенствовании.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Сохранение ветроустойчивости древостоев при выборочных и постепенных рубках составляет одну из проблем рационального ведения лесного хозяйства. В наибольшей мере эта проблема относится к еловым и елово-пихтовым насаждениям. в число которых входят ельники, составляющие объект данного исследования.

2. Исследования ветроустойчивости древостоев целесообразно проводить на основе хозяйственных групп типов леса, облегчающих усовершенствование выборочных и постепенных рубок ь «лышках Среднего Урала. К числу ведущих факторов, ьыььшающих опасность ветровала, относятся класс бонитета, тип и мощность почв, отношение среднего диаметра к среднему расстоянию между деревьями, составляющее плотность древостоя по диаметру.

3. Соотношение природных факторов со скоростью ветра, при которой наступает ветровал, реализовано в форме шкалы ветроустойчивости древостоев. Шкала предлагается для моделирования древостоя включаемого в рубку насаждения, способного противостоять ветровалу при конкретном значении скорости ветра.

4. Ветроустойчивость иареживаемых рубкой древостоев может быть повышена технологическими приемами разработки лесосек. Эти приемы основаны на использовании отпускного диаметра, определяемого посредством модели ветроустойчивости древостоя при различной ширине пасек. Формируемый рубкой древостой имеет волнообразное строение древостоя по густоте и форме древесного полога. Изобретенный способ (а.с. N 1424765) предлагается для практического использования .

5. Природные закономерности, определяющие ветроустойчивость древостоев, использованы при разработке двух вариантов рубок: выборочных и постепенных. Применение зтой технологии возможно также при рубках переформирования.

6. Эксплуатационные затраты на проведение опытных рубок подобно другим видам неснлошных рубок примерно на 1/3, а себестоимость 1 м'1 древесины па 1/4 нише ч«м сплошных. Цены на древесину, заготовленную по варианту постепенных рубок на 1,5-2,0 а по варианту выборочных - на 3,0 -4,0 % выше чем при сплошных.

7. Лесоводстьенный эффект от применения разработанных вариантов рубок заключается в снижении опасности Еетрова-ла, интенсификации лесопользования, сохранении окружающей среды, более полном использовании природного потенциала насаждений. Экологические, лееоводственные и технико-экономические достоинства таких рубок дают основание для их практического применения.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Формирование ветроустойчивых древостоев при дифференцированных рубках//Отчет о НИР. - Исследование и разработка технологии лесозаготовок при рубках глинного пользования в лесах I группы Урала/Уральский ЛТИ. - Свердловск, 1981.- N ГР 70024539. С.52-00 (соавт. А.Г.Шавнин).

2. Формирование ветроустойчивых древостоев при дифференцированных рубках//Отчет о НИР. - Исследование и разработка технологии несплошных рубок главного пользования в лесах I группы Урала/Уральский ЛТИ. - Свердловск, 1982. -N ГР 0182.9033154. С.65-72 (соавт. А.Г.Шавнин).

3. О моделировании ветроустойчивых древостоев при дифференцированных рубках//Пути повышения продуктивности лесов Уральского учебно-опытного лесхоза/Свердловск, Уральский ЛТИ, 1982.С.139-145. Деи. в ЦБНТИлесхоз 14 июня 1983, N 232лх - Д83 (соавт. А.Г.Шавнин,).

4. Формирование ветроустойчивых древостоев посредством дифференцированных рубок//Отчет о КИР. - Исследование и разработка технологии несплошных рубок главного пользова-

пп

- ¿¡и -

нин в лесах I группы Урала/Уральский ЛТИ. - Свердловск, 1983. - N ГР 0182.9033154. С.54-60 (соавт. А.Г.Шашшн).

5. Ветроустойчивость пройденных рубкой ельников в зависимости от полноты и ширины пасек. Свердловск. Ин-форм.листок ЦНТИ N 156-84.

6. Сохранение ветроустойчивости древостоев при длительно-постепенной рубке леса// Материалы научн. конференции/Современные проблемы охраны природы, экологического прогнозирования и влияние факторов внешней среды на биосистемы и биообъекты. Томск, Гос. университет, 1985. С.29-30.

7. Формирование ветроустойчивых древостоев//0тчет о НИР. - Исследование и разработка технологии несплошных рубок главного пользования в лесах I группы Урала/Уральский ЛТИ. - Свердловск, 1985. - N ГР 0182.9033154.С..23-29 (соавт. А.Г.Шавнин).

8. Дифференцированные постепенные рубки//0тчет о НИР. - Исследование и разработка технологии несплошных рубок главного пользования в лесах I группы Урала/Уральский ЛТИ. Свердловск, 1986. N ГР 01.86.0053579.С.25-31 (соавт А.Г.Шавнин).

9. Регулирование продуктивности насаждений изменением строения древостоев//Материалы краевой научн. конференции/Продуктивность таежных биогеоценозов. - Красноярск, 1986. С.167.

10. Формирование елово-пихтовых древостоев, пройденных первым приемом дифференцированных рубок. Разработка шкалы ветроустойчивости ельников//Отчет о НИР. - Создать и отработать перспективный технологический процесс несплошных рубок главного пользования в опытно-промышленных условиях/Уральский ЛТИ. Свердловск, 1987. N ГР 01.86.0053579. С. 45-63 (соавт. А.Г.Шавнин).

И. Шкала ветроустойчивости ельников//Повышение продуктивности лесов Урала/Уральский ЛТИ. Депонирована в ЦВНТИ-лесхоз 10.09.87, N 630-лх 87. Свердловск, 1987.С.124-131 (соавт. А.Г.Шавнин).

12. Формирование ветроустойчивых древостоев при постепенных рубках//Материалы научно-технич. конференции/Ученые института - народному хозяйству. Свердловск, 1987.С.10-12.

13. Способ разработки лесосеки при двухприемной равномерно-постепенной рубке. Авторское свидетельство N 1424765. Кл. А01 623/03. 1988 (соавт. А.Г.Шавнин. Е.В.Полковников) .

14. Опытно-производственные рубки в нерестовых зонах Среднего Урала//Отчет о НИР. - Разработка и внедрение мероприятий по обеспечению проведения несплошных рубок в лесах Урала / Уральский ЛТИ. Свердловск, 1989. N ГР 018900013338. С.51-65 (соавт. А.Г.Шавнин).

15. Динамическая шкала типов строения древостоев//Ма-иериалы республиканской научно-практич. конференции/ Проблемы использования, воспроизводства и охраны лесных ресурсов. Йошкар-Ола, Марийский политехи, ин-т, 1989. - Кн. 1. С.148-150.

16. Постепенные рубки в бассейне р.Сосьвы//Материалы всесоюзного научно-технич. совещания/Йошкар-Ола, Минлес-Х03, 1990. С.28-29.

17. О рубках реконструкции в ельниках Урала//Материалы всесоюзного научно-технич. совещания/Лесопользование в лесах различных категорий защитности.- Москва, МЛТИ, ВЛНТО. 1991. С.44-45 (соавт. Н.А.Луганский).

18. Опыт проведения постепенных рубок реконструкции в бассейне р.Лобвы//Материалы областной научно-технич. конференции/Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса. Свердловск, Уральский ЛТИ, 1991. С.119-120.

19. Рубки реконструкции во вторичных еловых насаждениях Урала//Материалы областной научно-технич. конференции /Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса. Свердловск, Уральский ЛТИ, 1991. С.108-109 (соавт. Г.М.Гирев).