СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ РАСТУЩИХ ДЕРЕВЬЕВ ПОСЛЕ РУБОК ПРОРЕЖИВАНИЯ И ПРОХОДНЫХ Российский патент 2004 года по МПК G01N33/46 A01G23/00 

Изобретение относится к лесному хозяйству, в частности к лесоводству, и может быть использовано при оценке качества выполнения рубок ухода в средневозрастных и приспевающих древостоях. Способ может быть также использован для обоснования лесоэкологических требований и выбора рациональных технологических процессов рубок прореживания и проходных в условиях лесхозов и их лесничеств при проведении внутрихозяйственной сертификации качества рубок ухода за лесом. Применительно к экологическому мониторингу изобретение может быть также использовано при экологической сертификации особо охраняемых территорий с лесными массивами, нуждающимися в прореживании и проходных рубках (парки, заповедники, зоны отдыха и туризма, природные памятники и др.).

Известен способ испытания растущих деревьев, в частности после проведения рубок ухода, основанный на оценке жизнеспособности древостоя по различным фитопатологическим показателям (см., например, положительное решение от 26.04.2000 г. по заявке 98114773 от 20.07.1998 г. проф. И.А.Алексеева и проф. Ю.П.Демакова, а также в различных публикациях проф. И.А.Алексеева).

Несомненным достоинством этого фитопатологического способа является то, что он надежно и окончательно устанавливает дальнейшую жизнеспособность древостоя, в котором были проведены какие-то хозяйственные мероприятия, в частности после рубок ухода за лесом. Однако такие выводы и жизнеспособности возможны только через 5-17 лет после выполнения выборочной рубки, когда оставшиеся деревья переживут период стресса и период дистресса роста и развития.

Главным недостатком является невозможность испытания растущих деревьев, оставленных после рубок ухода за лесом, сразу же после проведения самих рубок.

Известен также способ испытания растущих деревьев по стволовой древесине с использованием кернов по патенту №2144185, МКИ G 01 33/46, А 01 G 23/00, включающий взятие кернов, измерение параметров и изучение строения и свойств древесины каждого керна с учетом поправок.

Положительным является то, что по годичным слоям удается оценить качество древесины до и после проведения рубок ухода за лесом, причем независимо от возраста древостоя, по всем видам рубок ухода. Качеством древесины оценивается как качество древостоя, так и экологических условий произрастания леса. Однако этот способ испытания не дает данных по совокупностям самих деревьев, их взаимному расположению и качеству растущих деревьев на данной площади.

Недостатком является отсутствие оценки в целом по древостою, оставшемуся после рубок ухода, в нашем случае рубок прореживания и проходных.

Технический результат - повышение комплексности испытания за счет измерений и анализа как древесины оставленных деревьев, так и их совокупности в древостое.

Этот технический результат достигается тем, что от края лесной дороги в местах вне технологических коридоров размечают параллельно дороге ленты, на которых сосчитывают оставленные после рубок ухода деревья, измеряют расстояния между ними и другие таксационные показатели (диаметр на высоте 1,3 м, полная высота и др.), проводят анализ распределений значений таксационных показателей, а также выполняют визуальный осмотр деревьев для отбора худших учетных деревьев, из которых выполняют взятие кернов и их последующий анализ по уточненным значениям строения и свойств древесины на кернах.

Сущность технического решения заключается в комплексировании свойств распределения оставленных после рубок деревьев со свойствами древесины кернов, взятых из худших по антропогенному воздействию (ошмыг ствола, вырывы кусков, обломы сучьев и вершинок, повреждения корней, листвы и хвои и прочее) и древесиноведческому качеству деревьев. Эти деревья имеют высокую вероятность отпада в будущем, поэтому при достаточно высокой экологической и технической оценке худших деревьев весь изреженный древостой и в дальнейшем будет жить, лучше вынося фитопатологические стрессы и дистрессы. Конечно же, такая оценка менее надежна, чем через 5-17 лет оценивать по преодолению болезней и вредителей древесины.

Однако качество труда работников лесничеств и лесхозов необходимо оценивать сразу же после проведения рубок прореживания и проходных.

Таким образом, приближение испытания растущих деревьев непосредственно к завершению рубок позволяет ввести сквозной контроль качества труда работников лесхозов. Дело в том, что они очень хорошо знают до рубок ухода все лесоводственные правила, но их не выполняют и даже рубки ухода превращают в “рубки дохода” из-за отсутствия достаточно простого способа испытания оставленных деревьев. Ждать 5-17 лет - тогда получается значительный разрыв во времени, и это не позволяет задерживать оплату труда заготовителей древесины.

В ходе проведения рубок ухода сами работники лесхозов нарушают установленные правила, так как знают, что нет действенного контроля. А закономерности распределения численности оставленных деревьев по лентам вдоль лесной дороги достаточно убедительно показывают качество проведения рубок: у нерадивого лесохозяйственника чуть подальше от края лесной дороги (чтобы было незаметно с автомобиля начальниками) вырублены лучшие деревья и оставлены одни худшие при рубках прореживания и проходных, а в молодняках все, наоборот, от дороги на несколько метров выполнена прочистка или осветление леса, а далее снова чаща. Поэтому ленточный учет таксационных показателей вдоль лесной дороги позволяет узнать качество проведения рубок непосредственно после завершения, то есть до оплаты за рубку, с взятием кернов древесины через 1-2 месяца после рубок для полной сертификации всего обработанного участка леса.

Анализ различных типов опытных площадок показал, что для оценки таксационных показателей оставленных деревьев достаточна лента длиной 20 м. Для статического моделирования закономерностей распределения таксационных показателей вглубь участка достаточно 5-6 точек, то есть при ширине ленты 10 м это составляет 50-60 м. Эксперименты нами проводились на лентах 10×20 м при размерах опытной площадки 20×60 м (шесть лент). Такую площадку вполне возможно подобрать между технологическими коридорами и прогалинами.

Сочетание существенных признаков растущих деревьев как множества в древостое и свойств древесины худших из них позволяет быстро и эффективно сертифицировать не только обработанный рубками прореживания и проходных участок леса, но и установить уровень технологической дисциплины персонала и качество технологического процесса рубки. Таким образом, способ позволяет организовать комплексное испытание растущих деревьев и одновременно работников лесничества с их техническим оснащением для рубок прореживания и проходных.

Совокупность отличительных признаков обладает новизной и положительным эффектом, а также простотой реализации в условиях лесхозов.

В научно-технической и патентной литературе материалов, порочащих новизну технического решения, не обнаружено.

На фиг.1 показана схема опытной площадки; на фиг.2 - схема измерения расстояний между деревьями; на фиг.3 - графики изменения важнейших таксационных показателей.

Способ испытания растущих деревьев после рубок прореживания и проходных содержит, например, следующие действия.

На участке леса, пройденном рубками прореживания и проходными, размечают около лесной дороги (магистрального волока, технологического коридора) площадку размерами 20×60 м так, чтобы короткая сторона была параллельна кромке 1 лесной дороги 2. Разметка выполняется с помощью мерной ленты, например, длиной 20 м и включает в себя забивку колышек по углам площадки и лент 3.

Затем относительно коротких 4 и 5, а также длинных сторон 6 и 7, измеряют расстояния 8 до ближайших деревьев. Расстояния между деревьями 9 N 1, N и т.д. измеряют по их вертикальным осям с помощью мерной ленты так, чтобы образовалась геодезическая триангуляционная сеть между всеми деревьями на площадке 20×60 м. Эти расстояния l_ij, a также измеренные у деревьев мерной вилкой диаметры D_1,3 на высоте 1,3 м и эклиметром высоты Н до верхушки в дальнейшем подвергают статистической обработке и моделированию в зависимости от изменения расстояний L от кромки дороги в 5, 15, 25, 35, 45 и 55 м. Число находящихся на ленте деревьев также изменяется по вполне определенной закономерности.

Например, многие экспериментальные данные позволяют получить характер зависимостей, показанных на фиг.3, и общий закон изменения таксационных показателей древостоя после проходных рубок имеет вид

где у₀ исходное значение таксационного показателя около края древостоя (края лесной дороги);

a₁...а₅ - параметры математической модели (1).

Число деревьев на полосах, параллельных лесной дороге, например по нашим экспериментам, изменяется по формуле (табл.1)

Z=22,40exp(-0,007566L^1,6843)+

+0,00001184L^5,2306exp(-0,1405L). (2)

В табл. 1 приведены следующие условные обозначения: - фактические значения числа (точечной густоты) деревьев на полосе, ε - остаток между фактическими и теоретическими значениями показателя, равный ε= - у, Δ - относительная погрешность, вычисляемая по формуле Δ=100ε/. Значение максимальной относительной погрешности Δ_max в табл. 1 подчеркнуто. Доверительная вероятность математической модели после идентификации по статистическим данным оценивается соотношением 100-Δ_max. Таким образом, формула (2) достоверна с доверительной вероятностью не ниже 92,5%.

Средний диаметр деревьев на полосе описывается формулой (табл. 2)

_1.3=14,5884exp(+0,002889L^1,3896)+

+0,0006000L^7,1247exp(-0,6344L). (3)

Формула (3) имеет доверительную вероятность не менее 95,8%. Доля сосны изменяется по формуле (табл. 3)

=0/76exp(-0,00009201L^3,2785)+

+0,01019L^l,3316exp(-0,02215L). (4)

Формула (4) достаточна адекватна, чтобы сделать оценку динамики рубки в зависимости от расстояния от края лесной дороги. Закон (1) доказан. При этом возможны следующие объяснения мотивов поведения лесозаготовителей (по полученным формулам).

На краю выдела около дороги оставляется максимальная густота деревьев, чтобы при осмотре проверяющих с автомашины создавалось впечатление высокого качества выполнения проходных рубок. Аналогичны мотивы по доле сосны в составе пород, то есть на краю дороги больше всего находится сосен.

Первая составляющая формул густоты и доли сосны характеризует закон гибели в экспоненциальной форме, то есть эта закономерность не природная, а чисто антропогенная. Лесозаготовители, из-за личных интересов в экономической прибыли, по мере удаления от дороги вырубают большее количество деревьев, причем доля вырубаемых сосен также нарастает. Расстояния между оставляемыми на доращивание деревьями также возрастает. При этом следует также учесть, что часть сосен подальше от дороги подсочены, поэтому имеют худшую древесину. Доля сосны начинает после 25 м от дороги колебаться около теоретического значения 0,61.

Первая составляющая формулы (3) изменения диаметра деревьев характеризуется законом экспоненциального роста, что относится к естественному процессу, так как около дороги условия местообитания наихудшие. Однако на полосах 25 и 35 м вырубались самые крупные деревья. Таким образом, психология лесозаготовителей вполне здесь понятна: они рубят самое лучшее на некотором расстоянии от края лесной дороги. По сути это обман не только природе, но и самому лесничеству, так как качество оставляемого после проходной рубки древостоя не соответствует той картине расположения деревьев, которая оставлена на краю выдела.

Во всех трех уравнениях таксационных показателей вторая составляющая закона (1) аналогична и соответствует биотехническому закону, подробно описанному в книге П.М.Мазуркина. Это своеобразное стрессовое возмущение: со стороны заготовителей древесины боязнь дальнейшего увеличения активности рубки (так как будет хорошо заметно с дороги проезжающим); со стороны самого леса - попытка стабилизации собственных жизненных сил образования лесной среды. Однако возможности этого выдела слишком слабы, так как густота деревьев резко уменьшается по закону гибели также из-за того, что через 40-50 м начинается низкокачественный лес и оттуда могли быть выполнены частичные рубки деревьев.

На основе анализа этих закономерностей делают выводы о качестве распределения деревьев на лентах, на всей опытной площадке, а с учетом изъятой территории под склады и волоки - и о качестве технологических маршрутов, реализованных лесозаготовительной бригадой.

После перечета и измерения таксационных параметров осматривают деревья с регистрацией их естественных внешних пороков и искусственных повреждений (обломы, ошмыги, задиры и прочее). По этим внешним характеристикам на каждой ленте 3 выбирают по 1-2 наихудшие растущие деревья. Одновременно осматривают пни, которые оставляют достаточно информации о способе и качестве валки, а также о качестве бывших деревьев.

На отобранных худших по качеству деревьях выбирают место на стволе с северной стороны около высоты 1,3 м. Взятие и последующий анализ кернов древесины выполняют по прототипу. На основе этих данных получается минимальная оценка по результатам испытания растущих деревьев, оставленных после выполнения рубок прореживания и проходных. Максимальная оценка и не нужна, так как все деревья после рубки впадают в сильнейший стресс с отпадом части из них или даже всех деревьев участка.

По результатам анализа распределения числа деревьев и значений других таксационных показателей, дополненных данными о качестве древесины худших деревьев, выполняется сопоставление с минимально допустимой границей уровня качества, выше которого вероятность выживания всего древостоя повышается, а ниже этого уровня возможна гибель всей популяции оставляемых деревьев.

Минимальный уровень качества выявляется экспериментальным путем, в частности на основе обследования участков леса, пройденных рубками прореживания и проходными в разное время в прошлом (1...20 лет), в том числе и получивших устойчивый рост и развитие после фито-патологической оценки по аналогу.

Этот минимальный уровень качества используемых растущих деревьев после проведения рубок прореживания и проходных зависит от технологической дисциплины, персонала, принятых способов рубок, имеющихся комплексов машин и оборудования, а также от лесотипологической характеристики таксационных выделов. По существу статистический минимальный уровень качества совокупности оставленных на доращивание деревьев является интегральной характеристикой лесничества и лесхоза в целом.

Способ испытания растущих деревьев после рубок прореживания и проходных реализуется, например, следующим образом.

В большинстве практических случаев испытания следует проводить непосредственно после завершения рубок прореживания и проходных. Это позволяет: во-первых, быстро дать оценку качества труда лесозаготовительной бригады и повлиять на стимулирование результатов по оставлению качественной древесины (а не по качеству заготовленной древесины) - премирование как положительный стимул и штрафы за негативные результаты; во-вторых, проводить и в дальнейшем мониторинг этого участка с целью решения различных задач управления лесами и, в последующем через 15-20 лет, сопоставление с данными фитопатологического испытания растущих деревьев. Этот статистический материал через 20-25 лет (к 20-30 году) позволит в России наладить действенную физико-технологическую методологию управления лесами, прежде всего их лесоводственно-экологическим качеством; в-третьих, наладить позитивную подготовку дипломированных специалистов экологически ответственного лесного хозяйства, так как ныне лесников и инженеров лесного хозяйства учат на негативе, то есть на том, что не надо делать (иного пока нет), что только приучает будущих руководителей лесничеств и лесхозов к еще большему обману и хищничеству.

Непосредственно после проведения рубок от края 1 лесной дороги 2 в местах вне технологических коридоров, образованных лесохозяйственными и лесозаготовительными машинами, размечают параллельно краю дороги ленты 3. На каждой ленте сосчитывают оставленные после рубок ухода деревья 9, измеряют расстояния между ними и другие таксационные показатели.

Затем выполняют визуальный осмотр всех деревьев и выбирают наихудшие по внешним признакам (пороки и др.) деревья. Они становятся учетными для последующего лесоводственного мониторинга. Из учетных деревьев с северной стороны, что необходимо для оценки технического качества древесины (так как цель рубок ухода - стремление все же получить большее количество качественной древесины), берут керны древесины.

В ходе лесоводственного мониторинга повторяют замеры таксационных показателей, отмечают изменения в растительном сообществе, а также повторно извлекают керны древесины из учетных деревьев. Для достоверного мониторинга качества древостоя достаточно взять керны из учетных деревьев 5-7 раз за последующие 20 лет, что позволяет идентифицировать устойчивые математически описываемые закономерности и сравнить с окончательным фитопатологическим испытанием.

Предлагаемый способ позволяет в динамичном режиме испытывать растущие деревья на изменение последствий рубок прореживания и проходных в различных типах лесов.

Изобретение относится к лесоводству и может быть использовано при оценке качества выполнения рубок ухода в средневозрастных и приспевающих древостоях. От края лесной дороги в местах вне технологических коридоров размечают параллельные лесной дороге ленты. На лентах сосчитывают оставленные после рубок ухода деревья. Измеряют расстояния между ними и другие таксационные показатели, проводят анализ распределения значений таксационных показателей по лентам, начиная от края лесной дороги. Выполняют визуальный осмотр деревьев для отбора худших по качеству учетных деревьев, из которых выполняют взятие кернов древесины и последующий их анализ по уточненным значениям строения и свойств древесины. Изобретение повышает комплектность испытания за счет измерений и анализа как древесины оставленных деревьев, так и их совокупности в древостое. 1 з.п.ф-лы, 3 ил., 3 табл.

1. Способ испытания растущих деревьев после рубок прореживания и проходных, включающий визуальный осмотр деревьев, взятие кернов, измерение параметров, анализ значений и изучения строения и свойств древесины каждого керна с учетом поправок, отличающийся тем, что закладку пробной площади шириной не менее 20 м выполняют от края лесной дороги, на пробной площади размечают параллельные лесной дороге ленты шириной не менее 10 м и количеством не менее 5 шт., на которых сосчитывают оставленные после рубок ухода деревья и пни, измеряют расстояния между ними и другие таксационные показатели у деревьев, затем проводят анализ распределения значений таксационных показателей деревьев выявлением эмпирических зависимостей по лентам, начиная от края лесной дороги, а из худших по качеству деревьев выполняют взятие кернов древесины.2. Способ испытания растущих деревьев после рубок прореживания и проходных по п.1, отличающийся тем, что керны древесины извлекают из худших деревьев в зоне ориентировочно на высоте 1,3 м, причем для лесоводственного мониторинга проводят повторные 5-7 испытаний худших деревьев в течение 20 лет, причем не меньше периода последней фитопатологической оценки жизнеспособности древостоя.