«Обоснование средощадящих технологий заготовки древесины в лесах криолитозоны»
«Обоснование средощадящих технологий заготовки древесины в лесах криолитозоны»
Республика Саха (Якутия)
Лесные экосистемы на мерзлотных почвогрунтах являются особо ранимыми, а вредное воздействие лесных машин, через уплотнение и деформацию почвогрунтов, на экосистемы лесосек широко известно в России и за рубежом.
Проголосовало:
Поделиться в соц. сетях:

Автор проекта:

ФГБОУ ВО «Арктический государственный агротехнологический университет» (научная школа «Инновационные разработки в области лесозаготовительной промышленности и лесного хозяйства»)

Номинация:

Научное достижение

Наименование проекта:

«Обоснование средощадящих технологий заготовки древесины в лесах криолитозоны»

Описание проекта:

Половину покрытых лесом земель России составляют мерзлотные почвогрунты. Лесные экосистемы на мерзлотных почвогрунтах являются особо ранимыми, а вредное воздействие лесных машин, через уплотнение и деформацию почвогрунтов, на экосистемы лесосек широко известно в России и за рубежом. Причем этот эффект значительно усиливается в условиях мерзлоты, в теплый период года.
Вместе с тем, леса, расположенные на мерзлотных почвогрунтах становятся все более привлекательными для лесозаготовителей, что связано с заметным исчерпанием доступных эксплуатационных лесных массивов в традиционных районах лесозаготовок, таких как: Хабаровский край, Иркутская область, и т.д., и накоплением большого запаса перестойных лесных насаждений в лесах криолитозоны, которые становятся источником пожарной и фитопатологической опасности.
При проведении лесозаготовительных работ в лесах криолитозоны, например, в Республике Саха (Якутия), остро стоит вопрос сохранения лесных экосистем, с учетом их специфических особенностей, одной из которых являются мерзлотные почвогрунты. В целях предотвращения оттаивания мерзлоты, скрытой от солнца кронами древостоя, заготовку древесины следует проводить методом выборочной рубки. При этом степень негативного воздействия лесных машин на почвогрунт сильно отразится на оставляемых на лесосеке деревьях, через воздействие на корневую часть.
Как многокомпонентная среда мерзлотные почвогрунты представляют собой очень сложный объект механики грунтов, поскольку между агрегатами почвогрунта и их отдельными частицами присутствует лед, влияющий на все показатели физико-механических свойств. Более того, сам по себе лесной почвогрунт представляет собой сложную многослойную систему, состоящую из нескольких органических и одного или нескольких минеральных слоев, с которыми движитель машины взаимодействует одновременно.
Специфика почв вечной мерзлоты заключается еще в очень малом количестве микроорганизмов, способных перерабатывать лесной опад в гумусовый горизонт. Вопрос оптимальной плотности лесной почвы для жизнедеятельности этих микроорганизмов до сих пор остается не изученным. С точки зрения экономической эффективности лесопользования важен годичный прирост деревьев, обеспечивающий ежегодное увеличение запасов леса на гектаре лесопокрытой площади. Как показали ранее выполненные экспериментальные исследования в Ленинградской области и Республике Карелия, степень негативного воздействия на лесной почвогрунт практически обратно-пропорционально сказывается и на приросте деревьев. Более того, если корневая система оставленных на доращивание на лесосеке деревьев угнетена, из-за негативного воздействия на почвогрунт, то они не только теряют в приросте, но и ослабевают, и более подвержены поражению вредителями и болезнями леса.
Все это в совокупности показывает, что негативное воздействие лесных машин на почвогрунты способно приводит к деградации лесных экосистем. А лесные экосистемы на вечной мерзлоте являются наиболее ранимыми в этом плане.
Все чаще наблюдаемые в последние годы в Республике Саха (Якутия) высокие положительные температуры в летний период и наблюдаемые в последнее время изменения климатических условий в зоне многолетней мерзлоты усилили тенденцию увеличения глубины зоны оттаивания и обезвоживания верхних слоев грунта. В дополнении к этому уровень действующих давлений на грунт под лесными машинами приводит к усилению процессов фильтрации воды в нижележащие слои и концентрации влаги на границе с зоной мерзлоты. Этот процесс существенно снижает несущую способность грунта, приводит к увеличению зоны разрушения почвогрунта и глубины колеи, что в итоге не только губительно сказывается на лесных экосистемах криолитозоны, но и снижает эффективность и производительность использования машин.
Новизна результатов номинируемой работы заключается в теоретическом и экспериментальном изучении влияния температуры, влажности, состава мерзлых почвогрунтов на их физико-механические свойства и процесс их уплотнения под воздействием движителей машин; разработке технических и технологических решений для снижения отрицательного воздействия лесных машин на почвогрунты криолитозоны; расширении современных представлений о взаимодействии лесных машин с мерзлыми и оттаивающими почвогрунтами в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды; в адекватном моделировании процессов разрушения мерзлых и оттаивающих почв и грунтов, формировании в них колеи допустимой глубины и оценке отрицательного воздействия на них машин в различных климатических и технологических условиях лесов криолитозоны.
Для решения поставленных задач использовались результаты многолетних исследований воздействия колесных и гусеничных лесных машин на почвогрунты лесосек в Ленинградской, Новгородской, Псковской, Иркутской областях, Республиках Коми и Карелия. Разработанные (защищенные патентами РФ) оригинальные приборы и методики для проведения экспериментальных исследований эксплуатационной и экологической эффективности машин и технологических процессов лесосечных работ.
Перспективы развития исследований – дальнейшее развитие НИР планируется в области исследований возможности повышения эффективности проведения лесосечных работ на склонах, с учетом уже выявленной специфики поведения мерзлотных почвогрунтов под нагрузкой от движителей лесных машин.

География проекта:

Республика Саха (Якутия), Хабаровский край, Иркутская область, Республика Коми

Цели и задачи:

Цель исследования: повышение экологической и экономической эффективности лесопользования в лесах на вечной мерзлоте
Задачи исследования:
• адекватное моделирование процессов разрушения мерзлых и оттаивающих почв и грунтов, формирования в них колеи допустимой глубины и оценке отрицательного воздействия на них машин в различных климатических и технологических условиях лесов криолитозоны;
• обоснование оптимальных систем машин и технологических процессов при заготовке древесины в лесах криолитозоны;
• обоснование оптимальных методов лесовосстановления в криолитозоне;
• обосновании оптимальных параметров рубок леса в криолитозоне.
• повышение качества и продуктивности лесов криолитозоны.
Достижение цели исследования дает значительный вклад в развитие экономики северных регионов с большими запасами леса, например, Республики Саха (Якутия), способствуют созданию рабочих мест в малонаселенных районах, и, в целом, повышает эффективность лесопользования. Кроме этого, результаты исследования позволяют обосновать приемлемые уровни воздействия лесопользования на леса криолитозоны, повышают его эффективность.

Итоги реализации:

Научно-технические результаты – разработаны и исследованы математические модели воздействия колесных движителей лесных машин на мерзлотные почвогрунты, учитывающие специфику их физико-механических свойств, позволяющие давать удовлетворительно точные прогнозы результатов взаимодействия движителей лесных машин с почвогрунтами лесосек криолитозоны, и на их основе принимать организационно-технические решения по снижению экологического ущерба для лесной среды при проведении заготовки древесины современными машинными комплексами.
Практическая значимость – результаты НИР позволяют повысить эффективность лесозаготовительного производства в условиях вечной мерзлоты, в теплый период года, за счет оптимизации затрат на проведение подготовительных работ (в части проектирования транспортного освоения лесосек), основных работ (в части снижения энергоемкости процесса трелевки), а также лесовосстановительных работ (за счет минимизации отрицательных экологических последствий проведения лесосечных работ для экосистемы лесов криолитозоны).
Результаты работы используются при разработке технологических карт на разработку лесосек в ГАУ РС(Я) Сангарском лесничестве, начиная с июля 2019 г., а также используются в ООО «Терра Проект» при инженерно-техническом проектировании объектов строительства, с октября 2019 г.
По результатам исследований опубликовано более 60-ти статей, включая статьи в ведущих зарубежных (WoS, Scopus) и отечественных научных журналах (ВАК, Ядро РИНЦ, RSCI). Издано учебное пособие.

Сроки реализации:

Основные теоретические и экспериментальные исследования, а также апробация полученных результатов проводилась в 2017-2020 гг. Исследования по работе лесных машин на склонах начаты в 2021 г.