Обработка низкотоварной древесины на комплексных лесопромышленных предприятиях. Часть 5
Как решить проблему экологической эффективности лесопользования
Основные требования к лесопользованию в настоящее время: обеспечение его неистощительности и способствование расширенному воспроизводству лесных ресурсов - непрерывному увеличению производительности лесных биогеоценозов. Цель этого процесса - получение через оборот рубки двух кубометров древесины там, где раньше был взят один.
Часть 1. Направления диверсификации с использованием инновационных технологий
Часть 2. Известные виды продукции из низкотоварной древесин
Часть 3. Инновационные виды продукции из низкотоварной древесины
Часть 4. Эффективные технологии заготовки и обработки низкотоварной древесины
Часть 6. Производство технологической щепы из низкотоварной древесины
Часть 7. Математическая модель обезвоживания древесины в процессе прессования и сушки
Выращивание мягколиственных пород, продолжительность класса возраста которых в два раза короче, чем хвойных, за период оборота рубки хвойного хозяйства способствует расширенному воспроизводству леса. Но до сих пор нет единого подхода к комплексной оценке экологической эффективности и показателям качества лесопользования.
К проблеме управления качеством лесопользования неоднократно обращались отечественные и зарубежные специалисты. Подавляющее большинство их исследований посвящено экологическим аспектам лесопользования, сохранению биоразнообразия лесной среды, а также количественным оценкам качества лесовозобновления. Широко распространено мнение об отказе от проведения сплошных рубок леса для сохранения биологического разнообразия и максимально возможного сохранения подроста главных пород, для сокращения оборота рубки. Подобную трактовку качества лесозаготовок содержат рекомендации международных природоохранных организаций, таких как WWF и Greenpeace. Рассмотрим, насколько обоснованны эти рекомендации.
Из всех видов лесовозобновления (естественное, искусственное и смешанное) современное лесоводство считает наиболее предпочтительным естественное и иногда смешанное. В настоящее время считается, что из всех мер содействия естественному лесовозобновлению наиболее действенным является сохранение подроста, то есть ставка делается на сохранение результатов предварительного лесовозобновления. Для реализации подобного метода содействия возобновлению лесонасаждений разработаны специальные способы заготовки древесины (костромской способ при механизированной валке, челночный способ при работе валочно-трелевочных машин и др.), которые позволяют сохранять до 65% подроста на пасеках, но при этом снижается производительность основных работ. В научной литературе встречаются сведения, что такой метод содействия лесовосстановлению позволяет сократить оборот рубки главной породы на 10-50 лет. Однако подобный подход далеко не всегда оправдан, так как:
- на большей части покрытых лесом равнинных земель лесного фонда РФ главными породами являются хвойные;
- в лесах, где в качестве главной породы выбраны светолюбивые хвойные (сосна, лиственница), подроста этих пород почти нет из-за их неспособности нормально развиваться под материнским пологом;
- в лесах, образованных теневыносливыми хвойными (елью, пихтой), имеется большое количество подроста, однако, по нашим наблюдениям и по данным других исследователей, большое количество сохраненного при лесозаготовках подроста погибает в первые 5-10 лет после сплошной рубки из-за резкого изменения микроклимата и светового режима после удаления материнского полога (ожог хвои и шейки корня, выжимание корней и пр.). Причем процент отмирающего подроста напрямую зависит от типа вырубки, следовательно от типа леса, в котором проводились рубки;
- отмирающий в течение 1-2 классов возраста подрост захламляет лесосеку, повышая ее пожароопасность и риск поражения леса вредителями и болезнями.
В связи с вышесказанным можно утверждать, что в определенных типах леса отказ от сохранения подроста с обязательным оставлением семенников может дать скорее положительные, нежели отрицательные результаты по следующим причинам:
- технологии лесосечных работ без сохранения подроста более производительны и менее энергоемки, чем технологии с сохранением подроста;
- отказ от строго заданной сети пасечных трелевочных волоков даст возможность трелевочным тракторам проезжать по одному месту не более четырех раз (в зависимости от удаленности от верхнего склада), что позволит улучшить характеристики лесной почвы благодаря ее скарификации и довести ее плотность до оптимальной для развития семян, то есть способствовать улучшению условий для последующего естественного лесовозобновления;
- при очистке лесосек от порубочных остатков появляется возможность использовать высокопроизводительные подборщики грабельного типа;
- отказ от сохранения подроста даст возможность шире использовать технологию трелевки деревьев за комли, что приведет к значительному повышению производительности операции очистки деревьев от сучьев (при использовании мобильных сучкорезных машин), позволит сконцентрировать большую часть порубочных остатков на верхнем складе, значительно облегчить их утилизацию и снизить трудоемкость очистки лесосек.
При широкомасштабных исследованиях, проведенных в лесах Западной и Средней Сибири, установлено, что на вырубках погибает от 15 до 95%, а иногда и 100% сохраненного жизнеспособного подроста хвойных пород. Подобные данные получены на некоторых типах вырубок для условий Северо-Западного региона РФ, в частности, установлено, что отпад подроста ели (20-летнего возраста в момент рубки) за пятилетний период после сплошной рубки (Крестецкий ЛПХ) в формирующемся разнотравно-ситниковом, ситниково-вейниковом и ситниковом типах вырубок составил 18,5, 57,3 и 100% соответственно.
В целом по Северо-Западному региону площадь лесонасаждений с достаточным для устойчивого лесовозобновления количеством подроста главных пород не превышает 49,2% общей площади лесов, причем для некоторых областей она не превышает 10% (в Новгородской - 9,0%, в Псковской - 5,9%). Вероятно, именно этот аспект был учтен разработчиками действующих Правил заготовки древесины (утверждены приказом Рослесхоза от 1 августа 2011 года № 337), в тексте п. 56 которого сказано: «В равнинных лесах при сплошных рубках без сохранения подроста в условиях типов леса, где минерализация поверхности почвы имеет положительное значение для лесовосстановления, площадь волоков не ограничивается».
На основании вышесказанного можно заключить, что на значительных лесных площадях сохранение подроста невыгодно в связи с плохими перспективами развития или с его недостаточным количеством. В этом случае на первый план выходит последующее естественное лесовосстановление, основанное на таких мерах содействия, как обязательное сохранение семенников, подготовка почвы, очистка лесосек и пр. С точки зрения последующего естественного лесовосстановления (прорастания попавших в почву семян) оптимальное состояние почвы (по плотности и порозности) - один из первоочередных факторов, влияющих на успешность этого процесса. Следовательно, показатель сохраненного при проведении лесосечных работ подроста не может служить безусловным критерием качества их проведения.
Отечественные и зарубежные биологи и экологи сходятся во мнении, что сплошные рубки в условиях бореальных лесов, которые составляют большую часть лесов РФ, не препятствуют сохранению биологического разнообразия лесной среды. В настоящее время эти леса на обширных площадях могут быть уничтожены, например, пожарами, бурями, засухой, снеголомом, насекомыми-вредителями, рубками. Однако катастрофическое нарушение бореальных лесных экосистем - начало новой сукцессии, которая постепенно приводит к развитию лесных насаждений, подобных тем, какие существовали до уничтожения вследствие перечисленных выше факторов. Если лесные участки зарастают без вмешательства человека, на них часто растут одновозрастные насаждения семенного происхождения, во многом идентичные исходным насаждениям.
Понятно, что с развитием насаждений от молодого леса до старовозрастного число биотопов и биологических видов, их занимающих, будет меняться, каким бы ни было антропогенное воздействие. Например, отмечено, что молодые и старовозрастные леса обеспечивают намного большее количество местообитаний для позвоночных, нежели спелые и приспевающие. А в работах финских и шведских ученых отмечается, что несмотря на наличие видов, находящих на грани исчезновения, их общее число составляет всего 5% общего числа лесных видов. Этот факт позволил авторам сделать следующий вывод: принимая во внимание большие масштабы вырубок и другие приемы ведения лесного хозяйства, 5% представляются весьма незначительной величиной. Таким образом, можно сделать вывод: сплошные рубки леса не оказывают существенного влияния на естественную сукцессию бореальных лесов. Кроме того, многие авторы исследований считают, что сплошные рубки наносят меньший вред сохранению биоразнообразия лесной среды, чем осушение лесных болот. Применив в своей практике результаты исследований ученых лесоинженерного факультета СПбГЛТУ, лесопользователи смогут эффективно сохранять ключевые биотопы и при сплошных рубках леса.
Итак, отказ от проведения сплошных рубок также не может служить показателем качества лесопользования. Кроме того, устойчивое или расширенное лесовозобновление и сохранение биологического разнообразия лесной среды, поддержание и сохранение всех экологических функций лесов хотя и являются важной задачей лесопользования, не исчерпывают все требования, предъявляемые к этому процессу.
Известно, что лес является самым производительным из всех типов растительного покрова. И, как наиболее производительная система, он должен максимально обеспечивать удовлетворение потребностей местного населения и населения Земли в целом при соблюдении всех вышеперечисленных экологических требований.
Так в чем же состоит способность леса как биогеоценоза удовлетворять потребности людей? Воспользуемся определением: «Лес - это элемент географического ландшафта, состоящий из древесных, кустарниковых и травянистых растений, элементов животного мира и микроорганизмов, в своем биологическом развитии взаимосвязанных и оказывающих влияние друг на друга и на окружающую среду». А также перечнем видов пользования лесом (содержащимся в ст. 80 Лесного кодекса РФ, принятого в 1997 году): «В лесном фонде могут осуществляться следующие виды лесопользования: 1) заготовка древесины; 2) заготовка живицы; 3) заготовка второстепенных лесных ресурсов (пней, коры, бересты, пихтовых, сосновых, еловых лап, новогодних елок и др.); 4) побочное лесопользование (сенокошение, пастьба скота, размещение ульев и пасек, заготовка древесных соков, заготовка и сбор дикорастущих плодов, ягод, орехов, грибов, других пищевых лесных ресурсов, лекарственных растений и технического сырья, сбор мха, лесной подстилки и опавших листьев, камыша и другие виды побочного лесопользования, перечень которых утверждается федеральным органом управления лесным хозяйством); 5) пользование участками лесного фонда для нужд охотничьего хозяйства; 6) пользование участками лесного фонда для научно-исследовательских целей; 7) пользование участками лесного фонда для культурно-оздоровительных, туристических и спортивных целей».
Рассмотрим подробнее первые четыре вида пользования. Лесопользование существенно отличается от сельскохозяйственного производства, которое в подавляющем большинстве случаев рассчитано на выращивание монокультур на определенных площадях: одни площади отводятся для животноводства, другие - для однолетних монокультур, третьи - для многолетних, и сбор продукции ведется, как правило, в определенное время - время спелости урожая. Основное отличие леса от сельского хозяйства состоит в том, что на одной площади в разные периоды (например, за оборот рубки) может быть получен широкий ассортимент полезной продукции, процессы «производства» которой идут параллельно, не мешая друг другу. Это свойство леса известно человечеству издавна: например, весной ведется сбор древесных соков, летом и осенью - грибов, орехов и ягод и т. д. Как же можно количественно оценить эффективность (качество) такого многоцелевого пользования единицей лесной площади?
Таким образом, процесс промышленного производства сельхозпродукции цикличен, цикл заканчивается появлением определенного количества того или иного продукта. В лесном биогеоценозе, как и в большинстве других биологических сообществ, процесс «производства» непрерывен, поэтому продукцию необходимо относить к выбранной единице времени.
Понятно, что для оценки качества процесса лесопользования на определенной лесной площади могут и должны использоваться экономические показатели, однако они в значительной степени будут зависеть от месторасположения лесного участка: удаленности от потребителей и развитости дорожной сети. Поэтому экономическая оценка тоже не может служить универсальным показателем рациональности рассматриваемого процесса.
Такие распространенные сравнительные характеристики, как съем древесины (в кубических метрах на один гектар лесной площади) и оборот рубки (лет) тоже не могут соответствовать требованиям универсальности, поскольку не учитывают наличие недревесной и прижизненной продукции леса, а также различия таксационных характеристик.
На наш взгляд, универсальный показатель качества лесопользования, учитывающий все различия в природно-производственных условиях месторасположения лесных участков, может быть найден при помощи понятий «экологическая эффективность» и «качество энергии».
Эксплуатируемые леса, хотя и в значительно меньшей степени, чем сельскохозяйственные угодья, относятся к экосистемам, движимым Солнцем с естественными и искусственными энергетическими субсидиями. Как и в сельском хозяйстве, дополнительные энергетические субсидии тратятся на выращивание и сбор урожая, это разные виды ухода за лесом, проведение работ по лесопользованию и доставка продукции потребителям. Сюда же следует включить затраты энергии на проведение всех видов подготовительных работ, особенно на строительство путей транспортировки.
Следовательно, как и в сельском хозяйстве, где хлеб, рис, кукуруза и картофель, которые человечество использует в пищу, частично «сделаны из нефти» (затраты на горючее для сельхозмашин), так и продукты лесопользования могут быть оценены по энергоемкости их получения. Для этой оценки следует использовать методику оценки энергоемкости лесозаготовительных работ, разработанную учеными лесоинженерного факультета СПбГЛТУ.
Как методика оценки энергетической себестоимости, так и оценка энергетической стоимости получаемых продуктов лесопользования давно известны. Разность между энергетической себестоимостью (энергозатратами на все фазы получения продуктов лесопользования) и энергетической стоимостью (энергоемкостью) этих продуктов и будет показателем абсолютного экологического эффекта процесса (его оптимальности):
где: Wпр - энергоемкость продуктов лесопользования; Wзатр - затраты на все фазы получения продуктов лесопользования; Wэф - энергетический эффект процесса лесопользования.
Другое требование универсального показателя качества процесса лесопользования:
энергоемкости продукции лесопользования (на примере стволовой
древесины) в зависимости от возраста древостоя и бонитета
Однако при оценке качества лесопользования по предлагаемому критерию необходимо привести показатели энергоемкости продуктов лесопользования и затраты на все фазы получения продуктов лесопользования к единому знаменателю, исходя из принципа повышения качества и понижения количества энергии в цепях ее переноса.
Следовательно, количество сохраненного при лесозаготовках подроста главных пород, экономические показатели, съем древесины с 1 га лесной площади и оборот рубки не могут служить универсальными показателями качества лесопользования, поскольку не учитывают различия природно-производственных условий месторасположения лесных участков. Универсальным показателем качества рассматриваемого процесса является энергетическая эффективность, которая определяется как разность энергоемкости продуктов лесопользования и затрат на все фазы получения продуктов лесопользования.
Для прогнозирования и анализа динамики энергоемкости продуктов лесопользования в виде стволовой древесины в рамках разработки методики оценки эффективности лесопользования по энергетическому эффекту был выполнен сравнительный расчет, характеризующий энергоемкость хвойных и мягколиственных насаждений. Сведения о связи возраста древостоя, средней высоты дерева, диаметра ствола и числа деревьев на одном гектаре (одновозрастные ненарушенные насаждения) в зависимости от бонитета насаждения были использованы для получения приближенных формул определения запаса древесины на 1 га лесопокрытой площади в зависимости от возраста древостоя.
Формула для определения энергетической стоимости стволовой древесины на 1 га площади, полученная с использованием сведений о связи теплотворной способности единицы массы древесины с ее влажностью в зависимости от породы (ГДж/га):
Рис. 1. Накопления энергетической стоимости стволовой
древесины на 1 га площади (на примере II класса
бонитета для осины и березы и I класса бонитета для
сосны и ели)
Коэффициенты, входящие в формулу для определения энергетической стоимости разных пород, представлены в таблице.
По формуле (3) с использованием коэффициентов из таблицы построены графики (рис. 1), которые отражают динамику накопления энергетической стоимости стволовой древесины на 1 га (на примере II класса бонитета для осины и березы и I класса бонитета для сосны и ели).
На графиках видно, что к возрасту спелости (60 лет) лиственные древесные породы (особенно ива) накапливают бóльший запас энергии, нежели хвойные, возраст спелости которых существенно больше. В дальнейшем запас энергии мягколиственных снижается из-за их перехода в разряд перестойных и роста интенсивности отпада.
С учетом того, что на восстановление хвойных насаждений после окончательной рубки и на подготовку почвы и получение посадочного материала при искусственном лесовосстановлении требуются значительные энергетические затраты, а у мягколиственных пород оборот рубки в два раза меньше, чем у хвойных, очевидно, что с точки зрения экологической (энергетической) эффективности лесопользования предпочтительно выполнять севооборот, чередуя по времени хвойные насаждения и мягколиственные.
Нельзя игнорировать и вторичную производственную цепочку - производство готовой продукции из заготовленного сырья. Необходимо учитывать и по возможности снижать энергоемкость производства готовой продукции на основе древесины путем разработки новых технических и технологических решений, способствующих повышению энергетической эффективности производства и качества готовой продукции.
Итак, с точки зрения экологической эффективности лесозаготовительного производства применение эффективных способов заготовки и переработки низкотоварной древесины в полуфабрикаты или готовую продукцию позволит существенно повысить качество лесопользования.
Ольга КУНИЦКАЯ, д-р техн. наук, доцент СПбГЛТУ
