Воздействие лесных машин на многослойный массив почвогрунта тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат наук Язов, Владимир Николаевич

• Язов, Владимир Николаевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Язов, Владимир Николаевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Основные понятия и определения

1.2. Технологии лесозаготовительных производств

1.3. Трелевка лесоматериалов

1.4. Воздействие техники и технологии на лесную среду и пути повышения экологичности проведения основных работ

1.5. Конструктивные особенности и технические решения движителей лесных машин

1.6. Показатели и методы оценки физико-механических свойств грунтов и почв

1.7. Методы определения характеристик прочности и деформируемости грунтов

1.7.1. Метод одноплоскостного среза

1.7.2. Метод компрессионного сжатия

1.8. Моделирование процессов деформации грунтов и почв

1.9. Определение площади лесосеки, подверженной негативному воздействию лесных машин

1.10. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДВИЖИТЕЛЯ МАШИНЫ С МНОГОСЛОЙНЫМ ЛЕСНЫМ ОСНОВАНИЕМ

2.1. Общие замечания

2.2. Исходные зависимости для модели

2.2.1. Алгоритм расчета для определения деформации лесного почвогрунта под воздействием нагрузки со стороны движителя машины

2.3. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, АППАРАТУРА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Общие замечания

3.2. Исследование влияния плотности и влажности лесного почвогрунта на его деформативные свойства

3.2.1 Методика отбора образцов почвогрунта

3.2.1.1 Подготовка образцов к проведению исследований

3.2.2. Аппаратура для проведения экспериментов по исследованию деформативных свойств лесного почвогрунта

3.3. Исследования по определению влияния плотности лесных почвогрунтов на их фильтрационные свойства

3.3.1 Методика отбора образцов почвогрунта

3.3.1.1 Подготовка образцов к проведению исследований

3.3.2. Аппаратура для проведения экспериментов по исследованию фильтрационных свойств лесных почвогрунтов

3.4. Обоснование необходимого числа опытов и наблюдений

3.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Общие замечания

4.2. Результаты исследований по определению влияния влажности и плотности на деформативные свойства лесных почвогрунтов

4.2.1. Результаты опытов

4.3. Результаты исследований по определению фильтрационных свойств лесных

почвогрунтов

4.3.1. Результаты опытов

4.4. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

5. РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ОСВОЕНИЮ ЛЕСОСЕК С УЧЕТОМ ИЗМЕНИЕЯ СВОЙСТВ ПОЧВОГРУНТОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

5.1. Общие замечания

5.2. Нормативные требования к процессам заготовки древесины, направленные на снижение экологического ущерба лесной экосистеме в процессе лесозаготовки

5.3. Рекомендации по снижению негативного воздействия лесозаготовок на лесную экосистему исходя из обеспечения требований по обеспечению плодородия лесных почвогрунтов

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ К РАБОТЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Воздействие лесных машин на многослойный массив почвогрунта»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Развитие лесозаготовительной промышленности произошло после Великой Отечественной войны, т.к. резко возросла потребность в древесине для восстановления разрушенного народного хозяйства. Начали создаваться различные машины для лесной промышленности и никто не обращал внимание на воздействие техники на лес.

В основе лежала проходимость техники в сложных лесных условиях и их производительность. На тот момент это было оправдано. Но по истечении многих лет лесозаготовители начали приходить на выработанные лесные участки, где, казалось бы, лес должен был восстановиться, но этого не произошло. Некоторые делянки оказались заболочены, на других изменился породный состав и скорость лесовосстановления. Это связано с воздействием техники на лесные почвогрунты. Все предопределило актуальность исследований в области воздействия лесных машин на почвогрунты лесосек. Этим вопросом занималась большая плеяда отечественных и зарубежных ученых. Был проведен большой объем исследований, разработано большое количество более или менее работоспособных математических моделей деформации почвогрунта под воздействием движителей лесных машин. Однако в этих исследованиях не учитывалась многослойность почвогрунта, в котором каждый слой играет свою роль в процессах лесовосстановления.

Степень разработанности темы исследования. Диссертация представляет собой законченное научное исследование, включающее в себя изучение состояния проблемы, постановку цели и задач, теоретический анализ процесса деформации слоев почвогрунта под воздействием лесных машин с составлением математической модели, экспериментальное исследование этого процесса, практическую реализацию работы в виде рекомендаций по минимизации экологического ущерба от воздействия лесных машин на почвогрунты.

Целью диссертационной работы является уменьшение экологического ущерба от воздействия лесных машин на почвогрунты лесосек исходя из требований эффективного лесовосстановления.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи исследования:

- Разработать и исследовать математическую модель деформации слоев поч-вогрунта лесосек под воздействием лесных машин в зависимости характеристик каждого слоя почвогрунта.

- Получить зависимости физико-механических свойств слоев лесного почвогрунта от их влажности и плотности.

- Разработать методику экспериментальных исследований и обосновать необходимое число измерений для проведения экспериментальных исследований.

- Экспериментальным путем исследовать деформации слоев лесного почвогрунта лесосек под воздействием лесных машин в зависимости от характеристик почвогрунта.

- Получить данные об адекватности разработанных математических моделей.

- Разработать технологические рекомендации, повышающие экологическую эффективность работы лесных машин.

Научная новизна работы. Разработанная и исследованная математическая модель воздействия лесных машин на почвогрунты лесосек, отличающаяся учетом многослойности и различием физико-механических свойств отдельных слоев почвогрунта, позволяющая определять его деформации, углубляет теорию взаимодействия лесных машин с поверхностью движения.

Теоретическая и практическая значимость работы.

- Разработанная математическая модель позволяет прогнозировать деформации слоев почвогрунта, возникающие под действием лесных машин.

- Получены зависимости модуля деформации, коэффициента фильтрации и угла внутреннего трения частиц слоев лесного почвогрунта в зависимости от их плотности и влажности.

- Разработаны рекомендации для принятия организационно-технологических решений по разработке лесосек исходя из требований минимизации экологического ущерба.

Методика и методы исследования. Теоретической основой исследования явились работы ведущих отечественных и зарубежных ученых по повышению экологической эффективности лесосечных работ. В работе использованы базовые методы научно-технического познания, математического моделирования, измерения и обработки экспериментальных данных.

Автор в своих исследованиях опирался на фундаментальные работы видных ученых в области оптимизации технологических процессов лесосечных работ, систем машин и режимов их работы - Анисимова Г.М., Александрова В.А., Базарова С.М., Большакова Б.М., Герасимова Ю.Ю., Герца Э.Ф., Григорьева И.В., Добрынина Ю.А., Иванова В.А., Иванова H.A., Котикова В.М., Кочегарова В.Г., Коч-нева A.M., Курьянова В.К., Макуева В.А., Меньшикова В.Н., Никифоровой А.И., Патякина В.И., Пошарникова Ф.В., Рябухина П.Б., Сюнева B.C., Шегельмана И.Р., Ширнина Ю.А., и др.

На защиту выносятся следующие положения:

- Математическая модель процесса деформации слоев многослойного неоднородного по физико-механическим свойствам лесного почвогрунта под воздействием лесных машин.

- Зависимость угла внутреннего трения частиц слоев лесного почвогрунта от их плотности и влажности.

- Зависимость коэффициента фильтрации частиц слоев лесного почвогрунта от их плотности и влажности.

- Зависимость модуля деформации слоев лесного почвогрунта от их плотности и влажности.

- Технологические рекомендации, повышающие экологическую эффективность работы лесных машин.

Степень достоверности и апробация результатов обеспечивается применением современных методов исследования, обоснованностью принятых допущений, обоснованностью методов расчета и моделирования, а также подтверждается экспериментальными исследованиями процесса деформации слоев лесного почвогрунта.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: Девятой международной научно-практической Интернет-конференции «Леса России в XXI веке» (СПб, 2012 г.); the III international research and practice conference, Munich, April 25th - 26th, 2013 и ежегодных научно-технических конференциях СПбГЛТУ в 2011 2013 гг.

Часть материалов работы получена при выполнении НИР № 01201255482 «Разработка теоретических основ сквозных технологических процессов и модульных систем машин лесозаготовительного производства». Работа выполнялась в створе Перечня Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники РФ, утвержденного Президентом РФ 07.07.11 г. (пункт «Рациональное природопользование») .

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Основные понятия и определения

Экология - наука о взаимоотношении живых организмов и образуемых ими сообществ между собой и окружающей средой. Существует много определений этого понятия, но часто в зависимости от объектов исследований различают сле-дущие: экология растений, экология животных, экология человека или социальная экология, занимающаяся широким кругом проблем (биологических, социальных, технических, философских), взаимоотношением человеческого общества и природы. Специфика исследований в различных природных средах и комплексах вызвала дифференциацию экологии на экологию водных организмов или гидроэко-биологию, экологию почвенную и т.д. [1, 2]. Прикладное значение экологии выражается в интерпретации известных и установлении новых факторов в лесоводстве, земледелии и других отраслях народного хозяйства, связанных с природопользованием, а также в обобщении этих факторов и наблюдением за ними. Проблема экологии тесно связана с производством. Часто говорят об "экологизации промышленных и технологических процессов". Современная экология не мыслима без системного подхода, поэтому для нее характерно использование системного анализа и математических методов обработки полученных данных. Экономические факторы, факторы среды, совокупность среды влияют на растения, животных и биологическое сообщество в целом. Экологические факторы, определяющие условия существования организмов, например для растений - свет, кислород, вода, углекислота, тепло и др. [1, 2]. Вся живая природа состоит из различных экосистем, а их совокупность образует биосферу земли [3].

В работе [4] при рассмотрении нарушения сложившихся природных экосистем, под воздействием эксплуатации любой отраслью природных ресурсов вве-

дено понятие экологический ущерб.

В СПбГЛТУ, впервые, обоснованы понятие и методика оценки экологической эффективности лесозаготовительного производства [5].

Грунт. Существует несколько определений грунта, причем специалисты различных отраслей зачастую дают определения, исключающие одно другое. Исследователи взаимодействия машин с грунтом выделяют и определяют скальные грунты, песчано-глинистые грунты и почвы [6].

Почва - природное образование, состоящее из генетически связан-ных почвенных горизонтов, формирующихся в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под воздействием воды, воздуха и живых организмов. Почвы обладают плодородием [2]. Почвенное плодородие - способность почвы обеспечивать изменяющиеся на протяжении вегетационного периода потребности растений в доступных им формах азота, элементов минерального питания и воды.

Исследователи взаимодействия машинно-тракторных агрегатов с опорной поверхностью обычно применяют термин почва и почвогрунт [7, 8]. Понятно, что при многократном проходе лесосечной машины движитель воздействует не только на почвенный слой, но и на грунт. Однако исследователи работы трелевочных тракторов рассматривают взаимодействие движителя и древесины с почвой [9]. В лесной энциклопедии не приведено понятие "грунт" и тем более "почвогрунт" [1, 2].

Следовательно, в дальнейшем под термином лесной почвогрунт будем понимать многослойную органическую и минеральную структуру, состоящую из слоев не перегнившей растительной органики, частично перегнившей, слоя органики, пронизанной корневой системой, над грунтовым слоем перегнившей органики и грунта, которые подвержены влиянию движителя.

Методология, у исследователей лесосечных машин, понимается как научно-обоснованная структура, логическая организация, методы и средства выполнения всего комплекса работ [9].

Функционирование лесозаготовительного производства регламентируется лесоводственными требованиями к технологическим процессам лесосечных работ и рубок ухода. В некоторых из лесоводственных требований сформулировано понятие технологический процесс, который есть совокупность технологии, машин и оборудования и организационных мероприятий [10, 11].

1.2. Технологии лесозаготовительных производств

Известно, что технология (от греческого 1есЬпе - мастерство, умение, искусство) - совокупность методов обработки, изменения состояния, формы, размеров, свойств, и месторасположения предмета труда в процессе производства продукции. [12, 13, с. 1321]

Технологией лесозаготовительных производств называется система знаний о способах и средствах выполнения на лесосеках, погрузочных пунктах и лесных складах ряда операций от валки леса до отгрузки его потребителю в требуемом виде [14, 16].

Российские ученые внесли значительный вклад в разработку для каждого периода развития прогрессивных технологий лесозаготовок. Следует отметить, что разработка и совершенствование технологий лесозаготовительного производства оказались сложной научно-технической проблемой, прежде всего, из-за разнообразия производственных условий, характеристик древостоя, физико-механических свойств лесных почвогрунтов, рельефа местности и климатических условий. Технологии и оборудование лесозаготовительных производств совершенствуются с учетом различных экологических, энергетических и производственных требований, включая: снижение энергоемкости процессов, сохранение подроста, уменьшение уплотнения и разрушения структуры почвы, транспортного освоения лесного массива, подсортировки древесины на лесосеке и многих других.

На механизацию и машинизацию лесосечных работ большое влияние оказали труды крупного ученого Орлова С.Ф., в том числе созданный под его руководством впервые в мире макетный образец трелевочного трактора. За эту работу Орлов С.Ф. стал лауреатом Государственной премии СССР. В течении нескольких десятилетий Орлов С.Ф. занимал лидирующее положение в разработке машинных технологий с полной механизацией труда на лесозаготовках [15, 17].

Научные исследования технологических процессов в лесозаготови-тельной промышленности можно условно сгруппировать по ряду направлений: исследования, проводимые на микроуровне, то есть поиск рациональных технологических приемов с целью выполнения ряда технологических, технических, производственных, экологических и других требований.

К наиболее значимым работам в области оценки и прогнозирования экологической и эксплуатационной эффективности работы лесных машин и, в частности, трелевочных тракторов, изданных в последние годы, можно отнести работы доктора технических наук A.M. Кочнева [18, 19], а также работы доктора технических наук И.В. Григорьева и его учеников [20-30].

1.3. Трелевка лесоматериалов

Трелевка (от английского глагола to trail - тащить, волочить) - перемещение древесины от места валки до места погрузки на лесовозный транспорт (верхний склад или погрузочный пункт) [31]. Трелевка является самой трудоемкой и энергоемкой операцией лесосечных работ и оказывает наиболее существенное влияние на почвогрунты будущей вырубки.

В зависимости от принятого технологического процесса лесосечных работ древесина может трелеваться в виде деревьев, хлыстов, полухлыстов или сортиментов [32].

По виду применяемого оборудования различают следующие виды трелевки: гужевую, тракторную, канатную и воздушную (вертолетную или аэростатную).

В зависимости от способа закрепления лесоматериалов на трелевочном оборудовании различают трелевку в непогруженном положении, полупогруженном положении, полуподвешенном положении, полностью погруженном положении и полностью подвешенном положении [32].

Наиболее распространенной в настоящее время является тракторная трелевка пачек хлыстов или деревьев в полупогруженном положении, осуществляемая специальными трелевочными тракторами с канатно-чокерным или бесчокерным технологическим оборудованием. Трелевочные тракторы с пачковыми захватами осуществляют трелевку пачек деревьев в полуподвешенном положении. Тракторная трелевка сортиментов осуществляется сортиментовозами (форвардерами) в полностью погруженном положении.

Применение тракторов на трелевке древесины ограничивается в основном рельефом местности и несущей способностью почвогрунтов.

При невозможности применения тракторов (уклоны местности более 22° или сильно заболоченная лесосека) на трелевке древесины применяются различные виды канатных трелевочных установок (КТУ) и реже вертолеты или аэростаты.

Трелевочная техника называется первичным транспортом леса.

Основным показателем является среднее расстояние трелевки.

С достаточной для практических целей точностью (с допущением о равномерном расположении запаса древесины по лесосеке) среднее расстояние трелевки может быть определено как [32]:

1СР={К,В + К2Ь)К0 (1.1)

где: К\ и К2- коэффициенты зависящие от схемы расположения трелевочных волоков, Ко - коэффициент, учитывающий увеличение расстояния трелевки из-за маневрирования трактора К0 =1,1... 1,2; В - ширина лесосеки (протяженность перпендикулярная усу лесовозной дороги); Ь - длина лесосеки.

Трелевочные волоки располагают в зависимости от лесоводственных требований, почвенно-грунтовых и рельефных условий, по одной из типовых схем, которые в каждом конкретном случае дают максимальное сокращение среднего расстояния трелевки. Существует семь основных схем расположения трелевочных волоков (рисунок 1.1).

Трелевочные волоки подразделяются на магистральные и пасечные.

Магистральный волок - это простейший транспортный путь, по которому древесина доставляется на верхний склад или погрузочный пункт.

Пасечный волок - это простейший транспортный путь, по которому древесина заготовленная на одной пасеке транспортируется на верхний склад.

V 1с-V'

__V. _У___ ' /к/ -уУ

V _ 1.

ТИ

в

е ж

Рисунок 1.1. Схемы расположения трелевочных волоков: а - параллельная; б - с широким фронтом отгрузки; в, г - перпендикулярные; с)

диагональная; е - радиальная; ж - веерная.

Параллельная схема - одна из наиболее распространенных, используется при разработке с сохранением подроста.

Схема с широким фронтом отгрузки - характерна отсутствием разделения волоков на пасечные и магистральные, используется при большой ширине лесосеки и значительном запасе леса на гектаре.

Перпендикулярные схемы - используются в основном при заготовке леса многооперационными машинами.

Диагональная - применяется при наличии на лесосеке не эксплуатационных площадей.

Радиальная - применяется на заболоченных лесосеках и лесосеках со слабыми грунтами.

Веерная - применяется при трелевке канатными установками без несущего каната.

Таблица 1.1. Значения коэффициентов К\ и К2

Коэф. Вид схемы

а б в 2 д е «УТС

К, 0,5 0,5 0,5 0,5 0,4 0,4 0,25

К2 0,25 0 0 0,25 !п 0,2 0,2 0,25

Практика показывает, что наименьшее расстояние трелевки для всех схем расположения волоков достигается при длине лесосеки равной ее удвоенной ширине (2В=Ь) [32].

Помимо среднего расстояния трелевки к основным показателям работы первичного транспорта леса относятся: грузооборот, грузовая работа, грузонапряженность трелевочных волоков и коэффициент пробега.

Грузооборотом отдельного волока или сети волоков в целом называется объем древесины перевозимой к погрузочным пунктам.

Грузовая работа первичного транспорта леса определяется количеством ку-бокилометров выполняемых по отдельному волоку или всей сети волоков. Грузовую работу принято выражать графически в виде схемы грузопотоков пасечных или магистральных волоков.

Обычно пасеки имеют прямоугольную или треугольную форму.

Максимальный грузооборот волока определяется по формуле:

?п=5п? (1'2)

где: - площадь пасеки, га; д - запас леса на гектаре, м3/га.

Грузовая работа пасечного волока, длиной I, равна:

для прямоугольной пасеки:

Дп=0,5 дп1, (1-3)

для треугольной пасеки:

*п=| Ял1. (1-4)

Грузонапряженность - определяется количеством грузовой работы, приходящейся на 1 км, трелевки леса и характеризует необходимую прочность волоков,

о

(м -км/км)

где: Ьп и Ьм - соответственно длины пасечных и магистральных волоков.

На практике встречаются случаи совмещения нескольких схем расположения трелевочных волоков при разработке лесосеки, в таком случае среднее расстояние трелевки с большой точностью может быть определено по зависимости:

1=п2

2Х+5Х 1Ср = - (1.6)

'М

1=1

где: и Ям -грузовая работа, соответственно пасечных и магистральных волоков; 2м - грузооборот магистральных волоков; щ и п2 - соответственно количество пасечных и магистральных волоков.

В работах [33-37] показано, что основные показатели работы первичного транспорта леса напрямую сказываются на степени повреждения почвогрунтов лесосеки и приросте древостоя.

1.4. Воздействие техники и технологии на лесную среду и пути повышения экологичности проведения основных работ

Древесные растения, влияя в течение своей жизни на многие почвенные процессы (накопление гумуса, выщелачивание, оподзоливание, подкисление и т. п.), создают пестроту почвенного покрова, что обусловливает отличие лесных почв от почв в других биоценозах.

Различные древесные породы по-разному влияют на структуру почвы, ее химизм, аэрацию, водный и тепловой режимы, микрофлору вследствие неодинакового строения корневой системы и других биологических отличий. Лиственные породы обогащают почву мягким гумусом, азотом, зольными элементами; способствуют нейтрализации кислотности почв и тем самым создают благоприятные условия для развития полезной микрофлоры. Чистые хвойные насаждения неблагоприятно влияют на свойства почвы, способствуя накоплению грубого гумуса (модера). При участии хвойных пород, являющихся подзолообразователями, сформировались подзолистые почвы; под влиянием лиственных пород - бурые лесные почвы, деградированные черноземы.

Известна приуроченность древесных пород определенным почвам: сосны -к песчаным, ели - к суглинкам, липы - к глинистым разновидностям, дуба - к серым лесным и черноземам, ольхи - к перегнойным, осины -к полугидроморфным легким почвам и т. п.

Лесные почвы обычно обладают большим естественным плодородием, т.к. зольные элементы и азот хвои и листьев возвращаются в почву, в отличие от почв сельскохозяйственных угодий. В лесу органический опад, накапливается в виде лесной подстилки на поверхности почвы и участвует в образовании гумуса.

В развитии лесных почв большую роль играют лесные пожары, во время которых подстилка часто выгорает до минерального слоя, сгорают или сильно повреждаются поверхностные корневые системы деревьев.

С возрастом насаждений их взаимовлияние с почвами меняется. В первом классе возраста, в почву поступает обильный и плодородный опад. В перестойных насаждениях осины и ели на покровных и опесчаненных суглинках обнару-

живается сильное уплотнение почвы, проявление подзолистого глееватого горизонта.

Для заготовки древесины и ассимиляционного аппарата лес подвергают рубкам, которые подразделяются на рубки главного пользования (возобновительные) и рубки ухода за лесом (воспитательные) [32]. Основной задачей первых, проводимых в спелом лесу, является заготовка древесины, вторых, проводимых в неспелом лесу, - улучшение породного и качественного состава будущего леса.

Заготавливаемая при всех видах рубок древесина является одним из немногих возобновляемых видов природных ресурсов, представляющих ценнейшее сырье для многих видов промышленности и находящих практически неограниченный рынок сбыта, как в нашей стране, так и за рубежом. Последнее обстоятельство позволяет привлекать в Российскую Федерацию необходимые валютные ресурсы, в количествах хотя и меньших, нежели от экспорта нефти и газа, но, при грамотном пользовании лесом, не ограниченных во временной перспективе [32].

Основным требованием, предъявляемым к лесопользованию является его неистощительность, а в перспективе и обязательное способствование расширенному воспроизводству лесных ресурсов - процессу непрерывного расширения производительной способности лесных биогеоценозов, задачей которого является получение через оборот рубки двух кубометров древесины там, где раньше был взят один [38].

То есть, можно обоснованно говорить о том, что эффективность технологического процесса рубок главного пользования лесом заключается не только в сиюминутных экономических выгодах от заготовки и реализации древесины, но и в сокращении оборота рубки хозяйственно ценных древесных пород, а также поддержании прочих ресурсов леса [39].

Сложная, многообразная проблема взаимодействия лесозаготовительной техники и технологии ее работы с лесной средой изучалась большой плеядой отечественных и зарубежных ученых [40-52].

Важнейшим свойством почвы для биосферы всей планеты является ее плодородие - совокупность свойств почвы (содержание гумуса, доступных для растений питательных веществ, влаги и др.) обеспечивающая рост и развитие растений. Различают потенциальное (естественное) и искусственное плодородие (приобретенное после воздействия человека) [53, с. 1011].

Одним из основных факторов, влияющих на почвенное плодородие, являются физические свойства почвы [52]. Физические свойства почвы разделяются на основные и функциональные. Плотность, пористость, пластичность, липкость, связность, твердость, спелость относятся к основным физическим свойствам, а к функциональным - водные, воздушные и тепловые. Это, прежде всего, способность поглощать (впитывать) выпадающие осадки или оросительную воду, пропускать, сохранять или удерживать ее, подавать из глубоких горизонтов к поверхности, снабжать ею растения и т.д. Вода значительно изменяет физические, химические, тепловые и воздушные свойства почвы.

Исследованиями установлено и многократно подтверждено, что после сплошной рубки леса происходят три различных вида уплотнений: физическое, вторичное и экологическое. Первые два вида уплотнения почвы происходят в колее. Физическое уплотнение - одномоментное, происходит во время непосредственного воздействия машин. Существенное влияние распространяется на глубину до 40-50 см и в стороны от волока до 20-40 см [52].

Вторичное уплотнение происходит в колее в течение длительного (14-16 лет) периода, а естественное разуплотнение почв в колее длиться около 50 лет. Экологическое уплотнение происходит в пасеке. Оно связано с удалением лесного полога, и не зависит от технологии заготовки и машин. Период разуплотнения почв в пасеке длится 25-30 лет [54].

Помимо параметров техники на состояние почвы лесосеки после проведения основных работ огромное влияние оказывает и технология рубок главного пользования. Причем для условий РФ в настоящее время и в ближайшем будущем это будут именно сплошные рубки [52].

Суммарный объем пор между частицами твердой фазы (объем всех промежутков), выраженный отношением объема пор к объему почвы называется пористостью, или скважностью. В отличии от пористого сложения почвы или от пористости горных пород или других тел, скважность почвы нередко называют по-розностью. Размер пор, форма и сочетание их весьма разнообразны, так как они являются производными от случайного расположения полидисперсных частиц механического состава - элементарных почвенных частиц, микроагрегатов и структурных отдельностей, различных по размерам, форме и характеру их поверхностей. Эти промежутки по форме и размерам изменяются во времени в зависимости от происходящих в почве физико-механических и биологических процессов, вследствие частичной или полной закупорки некоторые поры исчезают, другие возникают вновь. В почвах возможна уплотненная укладка, если промежутки первого порядка будут заняты частицами или агрегатами, диаметр которых отвечает размерам пор. Эта уплотненная укладка (рисунок 1.2), как и разуплотнение, происходят, в том числе, и под влиянием движителей лесных машин.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Язов, Владимир Николаевич, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Лесная энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, Т.1, 1985. - 564 с.

2. Лесная энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, Т.1, 1986. - 632 с.

3. Вомперский С.Э. Экологизация лесного и сельского хозяйства в связи с задачами устойчивого развития. // Лесное хозяйство. 1999, № С. -24.

4. Петров А.П. Экологические факторы и эффективность лесозаготовок. // Лесная промышленность. 1988, № 4. С. 24-26.

5. Тоболин В.В., Сереженкин A.M. Международный симпозиум «Газовое топливо - топливо будущего» // Автомобильная промышленность. - 1992. - № 6. С. 28-29.

6. Зеленин А.Н., Баловнев В.И., Керов И.П. Машины для земляных работ. М.: Машиностроение. 1975. 422 с.

7. Ксеневич И.П., Скотников В.А., Ляско М.И. Ходовая система - почва - урожай. М.: Агропромиздат, 1985. 306 с

8. Русанов В.А. Проблемы переуплотнения почв движителями и эффективные пути ее решения. - М.: Изд-во ВИМ. 1998 - 360 с.

9. Анисимов Г.М., Большаков Б.М. Основы минимизации уплотнения почвы трелевочными системами. - СПб.: ЛТА, 1998. - 108 с.

10. Григорьев И.В., Григорьева О.И. Комментарии к правилам заготовки древесины // Леспроминформ, - 2012. № 3 (85). С. 14-23.

11. Правила ухода за лесами. Приказ Министерства природных ресурсов РФ №185 от 16 июля 2007 г. Электронный ресурс (http ://w w w .rosleshoz. gov. ru/docs/ministry/15)

12. Большая советская энциклопедия. Том № 42. М.: Изд-во «Большая советская энциклопедия». 1956. 670 с.

13. Советский энциклопедический словарь. Под ред. A.M. Прохорова. М.: Изд-во «Советская энциклопедия». 1983. 1600 с.

14. Кочегаров В.Г., Бит Ю.А., Меньшиков В.Н. Технология и машин лесосечных работ. - М.: Лесная промышленность. 1990 г. 387 с.

15. Орлов С.Ф. Теория и применение агрегатных машин на лесозаготовках. - М.: Гослесбумиздат, 1963. - 271 с.

16. Кочегаров В.Г. Технология и машины лесосечных работ. - Л.: ЛТА, 1979. - 82 с.

17. Орлов С.Ф., Кочегаров В.Г. Лесосечные работы без ручного труда. - М.: Лесная промышленность. 1973. - 158 с.

18. Кочнев A.M. Теория движения колесных трелевочных систем: -СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2007. -612 с.

19. Кочнев A.M. Рабочие режимы отечественных колесных трелевочных тракторов: -Санкт-Петербург.: Изд-во Политехи, ун-та, 2008. -520 с.

20. Григорьев И.В. Снижение отрицательного воздействия на почву колесных трелевочных тракторов обоснованием режимов их движения и технологического оборудования. С-Пб.: Издательство ЛТА. 2006 г. 236 с.

21. Жукова А.И. Совершенствование технологии сплошных рубок леса путем обоснования трасс и режимов работы трелевочных тракторов. Автореферат дисс. канд. техн. наук. СПб.: ЛТА. 2006. - 20 с.

22. Шкрум В.Д. Уменьшение экологического ущерба от воздействия колесных трелевочных систем на лесную почву. Автореферат дисс. канд. техн. наук. СПб.: ЛТА. 2006.-20 с.

23. Григорьев И.В., Жукова А.И., Григорьева О.И., Иванов A.B. Средощадящие технологии разработки лесосек в условиях Северо-Западного региона Российской Федерации. СПб.: Издательство ЛТА, 2008. 176 с.

24. Лисов В.Ю. Влияние колееобразования на эксплуатационную эффективность трелёвочного трактора / Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса: материалы международной научно-технической

конференции, посвящённой 50-летию кафедры механической технологии древесины ФГБОУ ВПО КГТУ / отв. ред. С.А. Угрюмов, Т.Н. Вахнина, A.A. Ти-тунин. — Кострома: Изд-во КГТУ, 2012. С. 153-155.

25. Жукова А.И., Григорьев И.В. Совершенствование технологии сплошных рубок леса путем обоснования трасс и режимов работы трелевочных ров. - Saarbrucken, Germany .:LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG ,2011. -134 c.

26. Жукова А.И., Цыгарова M.B., Лепилин Д.В., Свойкин Ф.В. Математическая модель деформации почвы при повороте трактора // Известия СПбГЛТА. 2011. № 195, С. 120-128

27. Лепилин Д.В. Оценка влияния поворотов трелевочного трактора на уплотнение почвогрунтов лесосеки. Автореферат дисс. канд. техн. наук. - Петрозаводск: ПетрГУ. 2011. - 20 с.

28. Киселев Д.С. Уменьшение колееобразования при работе лесных машин на переувлажненных почвогрунтах / Материалы тематических конференций Политехнического фестиваля молодых ученых и специалистов. СПб.: СПбГПУ, 2012. С. 204-207.

29. Барашков И.А. Повышение эффективности эксплуатации колесных лесозаготовительных машин на переувлажненных почвогрунтах. Автореферат дисс. канд. техн. наук. - СПб.: СПбГЛТУ. 2012. - 20 с.

30. Рудов С.Е. Исследования воздействия лесозаготовительных машин на почву при несплошных рубках / Материалы первой международной научно-практической Интернет конференции «Леса России в XXI веке». СПб.: ЛТА, 2009. С. 160-164.

31. Григорьев И.В., Редькин А.К., Валяжонков В.Д., Матросов A.B. Технология и оборудование лесопромышленных производств. Технология и машины лесосечных работ. Учебное пособие. - СПб: Издательство ЛТА, 2010. - 330 с.

32. Григорьев И.В., Валяжоиков В.Д. Современные машины и технологические процессы лесосечных работ. Учебное пособие. - СПб: Издательство ЛТА, 2009. - 288 с.

33. Побединский А.В. Рубки и возобновление в таежных лесах СССР. - М.: Лесная промышленность. 1973. - 200 с.

34. Данилюк В.Н. Влияние техники и технологии лесозаготовок на водоохранно-защитную роль леса // Лесное хозяйство. - 1979. № 1. - С. 24-26.

35. Рогожин Л.Н., Григорьев М.Н. Лесоводственная оценка машины ВТМ-4// Лесная промышленность. - 1972. № 6. - С. 17-18.

36. Лямеборшай С.Х. Оценка экологического состояния лесной среды при лесопользовании в равнинных условиях. // Лесное хозяйство. - 1995. № 5. - С. 19-21.

37. Цикалов А.Г., Гудкова А.А., Бондарев Т.А. и др. Экологическое нормирование воздействия лесозаготовительной техники на лесные экосистемы. // Лесное хозяйство. - 2002. № 5. - С. 22-24

38. Кожухов Н. И. Экономика воспроизводства лесных ресурсов. М., Лесная промышленность, 1988, с. 262.

39. Григорьев И.В., Никифорова А.И., Григорьева О.И., Куницкая О.А. Обоснование методики оценки экологической эффективности лесопользования // Вестник КрасГАУ, 2012. № 6. С. 72-77.

40. Alameda, D. &Villar, R. (2009). Moderate soil compaction: implications on growth and architecture of 17 woody plant seedlings. Soil Till Res 103:325-331.

41. Cochrad, P.H. & Brock, T. (1985). Soil compaction and initial height growth of planted ponderosa pine. USDA For Serv Res Note PNW-434.

42. Défossez, P. & Richard, G. 2002. Models of soil compaction due to traffic and their evaluation. Soil and Tillage Research 67, 41-64.

43. Erler, J., Griill, M. 2008. Standortgerechte Holzernteverfahren - ein Beitrag zur Harmonisierung von biologischer und technischer Produktion. Forsttechnische Informationen 58 (3,4), 36-40.

44. Froehlich, H.A. (1976). The effect of soil compaction by logging on forest productivity, part 1. USDI Bureau of Land Management. Final Report, Contract No. 53500-CT4-5(N).

45. Froehlich, H.A., Miles, D.W.R., Robbins, R.W., 1985. Soil bulk density recovery on compacted skid trails in Central Idaho. Soil Sci. Soc. Am. J. 42, 1015-1017.

46. Gebauer, R. &Martinkova, M. (2005): Effects of pressure on the root systems of Norway spruce plants (Piceaabies [L.] Karst.).Journal of Forest Science 51:268-275.

47. Анисимов Г.М., Большаков Б.М. Новые концепции теории лесосечных машин. -СПб.: ЛТА, 1998. - 114 с.

48. Gomez, G.A.; Powers, R.F.; Singer, M.J. &Horwath, W.R. (2002). Soil compaction effects on growth of young ponderosa pine following litter removal in California's Sierra Nevada. Soil SciSoc Am J 66:1334-1343.

49. Анисимов Г.М., Семенов М.Ф. Управление качеством лесных гусеничных и колесных машин в эксплуатации. - СПб.: ЛТА, 1997. - 106 с.

50. Heninger, R.; Scott, W.; Dobkowski, A.; Miller, R.; Anderson, H. & Duke, S. (2002). Soil disturbance and 10-year growth response of coast Douglas-fir on non-tilled and tilled skid trails in the Oregon Cascades. Can J For Res 32:233-246.

51. Horn, R., Vossbrink, J., Peth, S., Becker, S., 2007. Impact of modern forest vehicles on soil physical properties. ForestEcologyandManagement, 248, 56-63.

52. Анисимов Г.М., Григорьев И.В., Жукова А.И. Экологическая эффективность трелевочных тракторов. - СПб.: Издательство СПб ГЛТА, 2006 г. - 352 с

53. Советский энциклопедический словарь. Под ред. A.M. Прохорова. М.: Изд-во «Советская энциклопедия». 1983. 1600 с.

54. Хахина A.M. Гипопластическая модель почвогрунта / Технология и оборудование лесопромышленного комплекса: сборник научных трудов. Выпуск 6 / Под ред. В.И. Патякина.. - СПб: СПбГЛТУ, 2013. С. 201-208.

55. Рудов С.Е., Лепилин Д.В., Киселев Д.С. Сравнительный анализ сплошных и выборочных рубок / Молодая мысль: Наука. Технологии. Инновации: Матери-

алы Межвузовской научной конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2009. - С. 83-88.

56. Коробов В.В. Многооперационные машины и окружающая среда // Лесная промышленность. - 1993. № 5-6. - С. 13-14.

57. Котиков В.М. Воздействие лесозаготовительных машин на лесные почвы: Диссертация доктора технических наук. - М.: МЛТИ, 1995. - 214 с.

58. Котиков В.М., Сладкевич Я.В. Ходовые свойства машин и экология // Лесная промышленность. - 1990. № 12. - С.5.

59. Ильин А. М. Обоснование технологии трелевки древесины с учетом снижения воздействия движителя трактора на почву: Автореферат дис. ... канд. техн. наук - СПб.: ЛТА, 2004. -19 с.

60. Барашков И.А. Повышение эффективности эксплуатации колесных лесозаготовительных машин на переувлажненных почвогрунтах. Дисс. канд. техн. наук. - СПб.: СПбГЛТУ. 2012. - 173 с.

61. Гуревич A.M., и др. Конструкция тракторов и автомобилей. - М.: Агропромиз-дат, 1989. - 170 с.

62. Родичев В.А. Тракторы и автомобили. - М.: Колос, 1998. - 210 с.

63. Волчек Л.Я. Тракторы. - Минск: «Вышэйшая школа», 1977. - 320 с.

64. Роговцев В.Л. Автомобили и тракторы (конструкция и теория). - М.: «Транспорт», 1977. - 270 с.

65. Валяжонков В.Д., Добрынин Ю.А., Провоторов Ю.И., Редькин А.К., и др. Зарубежные машины и оборудование для лесозаготовок и лесовосстановления: Учебник,- М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2006,- 238 с.

66. Морозов B.C. Об определении модуля упругости мерзлого торфа // Известия вузов. Лесной журнал. - 1997. - N 5. - С. 140 - 145.

67. Вырко Н.П. дорожное грунтоведение с основами механики грунтов /Н.П. Вырко, И.И.Леонович - Минск: Вышейш. Шк., 2004. -222с.

68. Грунтоведение : учебник / [В.Т. Трофимов, В.А. Королев, Е.А. Вознесенский и др.]; под ред. В.Т. Трофимова. - 6-е издание., перераб. И доп. -М: Издательство МГУ, 2005. - 1024с.

69. Попов JI.H. Лабораторные работы по дисциплине «Строительные материалы и изделия»: учеб. Пособие / Л.Н.Попов, НЛ. Попов. -М: ИНФРА -М, 2005. -219с.

70. Тер-Мартиросян З.Г. Механика грунтов: учеб. Пособие / З.Г. Тер-Мартиросян. -М: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2005. - 352с.

71. Тюрин H.A. Сухопутный транспорт леса: Дорожно-строительные материалы : учебное пособие/ Н.А.Тюрин. - СПб.: Изд-во СПбГЛТА, 1998. -140с.

72. Бабков В. Ф., Андреев О. В. проектирование автомобильных дорог: Ч. 1 и Ч. 2. - М.: Транспорт, 1987. - 368 и 415 с.

73. Вериго М. Ф., Коган А. Я. Взаимодействие пути и подвижного состава. - М.: Транспорт, 1986. - 556 с.

74. Зеленин А.Н., Баловнев В.И., Керов И.П. Машины для земляных работ. М.: Машиностроение. 1975. 422 с.

75. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. М.: Высшая школа. 1979. 118 с.

76. Гурьев Т..А. Строительство автомобильных дорог. Часть 1. Земляное полотно. Архангельск: Изд - во АГТУ. 1997. - 299 с.

77. Хархута Н.Я., Васильев Ю.М. Прочность, устойчивость и уплотнение земляного полотна автомобильных дорог. М.: Транспорт. 1975. 228 с.

78. Беккер М.Г. Введение в теорию систем местность - машина. М.: Машиностроение, 1973. 520 с.

79. Григорьев И.В. Влияние способа трелевки на эксплуатационную эффективность трелевочного трактора. Автореферат дисс. канд. техн. Наук. СПб.: СПбГЛТА, 2000. 20 с.

80. Анисимов Г.М., Григорьев И.В. Обоснование методики оценки и показателей экологической эффективности работы трелевочного трактора. / Сборник науч-

ных трудов «Безопасность жизнедеятельности» СПб.: МАНЭБ, вып. № 10. 2005 С. 3-17.

81. Григорьев И.В., Шкрум В.Д. Влияние работы колесных движителей на лесные почвогрунты. / Материалы межвузовской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы лесного комплекса», Воронеж 26-27 мая. 2005 г. Т. 1,С. 103-107.

82. Григорьев И.В., Жукова А.И., Лавришин В.Д. Оптимизация работы первичного транспорта леса на лесосеках четвертой категории почвенно-грунтовых условий. // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Вып. № 172. СПб.: ЛТА. 2005. С. 48-54.

83. Lisov V.Yu, Yazov V.N. Determination maximum density of forest soil / Science and Education [Text]: Materials of the III international research and practice conference, Vol. I, Munich, April 25th - 26th, 2013 / publishing office Vela Verlag Waldkraiburg - Munich - Germany, 2013. P 129-133.

84. Lisov V.Yu. Grigorev I. Determination coefficient fil tration of forest soil / International Conference on European Science and Technology-Munich, Germany ,:Vela Verlag Waldkraiburg, 2013. № 1, P. 268-274.

85. Минаев A.H., Никифорова А.И., Пелымский A.A., Киселев Д.С., Андронов В.А., Язов В.Н. Математическая модель процесса образования колеи под воздействием колесных лесных машин//Лесной журнал, 2013. № 5, С. 68-77.

86. Вараксин Ф.Д., Ступнев Г.К. Основные направления технического прогресса лесной и деревообрабатывающей промышленности. М.: Лесная промышленность, 1974. 400 с.

87. Карпачевский Л.О. Лес и лесные почвы. М.: Лесная промышленность. 1981. 262 с.

88. Рубцов М.В., Дерпогин А.А., Гурцев В.И. Влияние лесозаготовительной техники на почву и сохраняемость подлеска // Лесное хозяйство. 1985. № 6. С. 3638.

89. Ермольев В.П., Виногоров Г.К. Механика воздействия машин на лесные почвы // Лесная промышленность. - 1995. №3. - С. 27.

90. Вороницин К.И. Гугелев С.М. Лесотехническая оценка лесосечных машин // Лесная промышленность. 1988. № 4. С. 9-11.

91. Григорьев И.В., Жукова А.И. Технологические аспекты сохранения биоразнообразия леса при проведении сплошных рубок. // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Вып. № 173. СПб.: ЛТА. 2005. С. 52-58.

92. Григорьев И.В., Каляшов В.А. Современные тенденции развития техники и технологии лесосечных работ. // Леспроминновации, № 1. 2005. С. 6-8.

93. Анисимов Г.М., Григорьев И.В., Шкрум В.Д. Определение площади поч-вогрунта лесосеки, уплотняемой трелевочными системами. // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Вып. № 177. СПб.: ЛТА. 2006. С. 36-42.

94. Ксеневич И.П., Скотников В.А., Ляско М.И. Ходовая система - почва - урожай. М.: Агропромиздат, 1985. 306 с.

95. Рогалюк Л.А., Андрюшин М.И., Козлов H.H. Как оценивать воздействие движителей на лесные почво-грунты // Лесная промышленность. - 1993. № 4. - С. 23.

96. Рыснин Ю.Е., Андрюшин М.И. Воздействие колесных тракторов на грунт. // Лесная промышленность. 1992. № 3. - С. 20.

97. Бит Ю.А., Григорьев И.В., Григорьева О.И. К вопросу о колееобразовании и уплотнении трелевочного волока. / Лесосечные, лесоскладские работы и транспорт леса. Межвузовский сборник науч. тр. СПб ГЛТА, 2002 г. С 38 - 45.

98. Инструкция по эксплуатации колесных лесопромышленных тракторов ОТЗ. Петрозаводск: ОТЗ. 1997. 145 с.

99. Русанов В.А. Проблемы переуплотнения почв движителями и эффективные пути ее решения. - М.: Изд-во ВИМ. 1998 - 360 с.

(9/

100. Типизация природно-производственных условий лесозаготовительных районов. - Химки. Изд-во ЦНИИМЭ. 1986. 24 с.

101. Серый B.C., Засухин Д.П. Вялых Н.У. Влияние нарушений почвенного покрова при сплошных рубках на последующее возобновление и рост молодняка. // Лесное хозяйство. 1991. № 3. С. 27-28.

102. Ильин Б.А. Теоретические основы эксплуатации лесовозно-лесохозяйственных дорог: Учебное пособие. Изд - во СПб.: ЛТА, 1994. 160 с.

103. Цыгарова М.В. Повышение эффективности освоения лесосек с переувлажненными грунтами путем обоснования рациональной технологии (в условиях Республики Коми). Автореферат Дисс. на соискание ученой степени кандидата технических наук. Спб.: ЛТА. 1998. 21 с.

104. Агейкин Я. С. Вездеходные колесные и комбинированные движители. М: Машиностроение, 1972. 184 с.

105. Агейкин Я. С. Проходимость автомобилей. М: Машиностроение, 1981. 232 с.

106. Лепилин Д.В. Оценка влияния поворотов трелевочного трактора на уплотнение почвогрунтов лесосеки: авторефрат дисс. канд. техн. наук. Петрозаводск: ПетрГУ, 2011.20 с.

107. Григорьев И.В. Снижение отрицательного воздействия на почву колесных трелевочных тракторов обоснованием режимов их движения и технологического оборудования: дисс. докт. техн. наук. СПб: СПбГЛТА, 2006. 333 с.

108. Боровков A.A. Математическая статистика. М.: Наука, 1984.

109. Анисимов Г.М., Кочнев A.M. Основы научных исследований (с основами моделирования). СПб: СПб Г ЛТА, 2007. 492 с.

110. Козлова A.A. Учебная практика по физике почв: учеб. — метод. пособие/А.А. Козлова. - Иркутск: Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2009. - 81 с.

111. Невзоров А.Л. Инженерная геология и механика грунтов: Учебное пособие. 2-е изд., испр. и доп. — Архангельск: Изд-во ЛГТУ, 1998. 116 с.