Оценка эффективности внедрения рубок ухода высокой интенсивности

Наиболее распространённым видом использования леса в России является заготовка древесины. Согласно стратегии развития лесного комплекса [1], на территории Российской Федерации заключено около 8 тыс. договоров аренды под данный вид деятельности площадью 230 млн га. Заготовка древесины является предпринимательской деятельностью [2], основная цель которой — получение прибыли от реализации древесного сырья. За последние 10 лет объёмы заготовки леса остаются на уровне 180—220 млн м3, но при этом наблюдается дефицит качественной древесины [3]. Одной из причин такой негативной тенденции называют проблематику воспроизводства леса на уже освоенных территориях [4—6]. В связи с этим одним из вариантов восполнения дефицита качественной древесины является внедрение в лесозаготовительное производство элементов лесоводства, связанных с рубками ухода. Ведение правильного лесного хозяйства, т. е. выполнение необходимого количества уходов за лесом с соблюдением лесоводственных принципов, позволяет получить больше качественного сырья на единицу площади и увеличивает возможность повысить прибыль. В итоге в российском лесном сообществе появилось два понятия: «экстенсивное лесное хозяйство» и «интенсивное лесное хозяйство» [7]. Под экстенсивным лесным хозяйством понимают освоение новых лесных территорий с минимальным воздействием на последующее лесовосстановление. При интенсивном лесном хозяйстве практикуется ведение рубок ухода с контролем оптимальной густоты в молодняках и абсолютной полноты в средневозрастных и приспевающих насаждениях. Соблюдая лесоводственные принципы при уходе за лесом, уже в 30—40-летних древостоях можно получать дополнительный объём, и за весь цикл выращивания увеличить продуктивность с единицы площади и получить более качественный лес при достижении спелости древостоя [8—11]. Анализ научных исследований [12—14] показывает, что ведение интенсивного лесного хозяйства увеличивает прирост древостоя в 1,5—3 раза (с 1—2 м3 с гектара при экстенсивной модели до 3—6 м3 при интенсивной модели лесопользования [15]). Но практически во всех работах отражена только лесоводственная эффективность от рубок ухода [16]. Авторами предложен вариант оценки технологической эффективности работы харвестера на проходных рубках (ПРХ) при различных сценариях ведения лесного хозяйства (слабой, умеренной и высокой интенсивности). Проведение харвестером проходных рубок слабой интенсивности позволяет получить деловую древесину и прибыль, но не даёт лесоводственного эффекта, т. к. выборка деревьев осуществляется только с волоков. Но проходная рубка должна быть направлена не только на получение деловой древесины, но и должна дать эффект по приросту в ближайшем будущем (в течение класса возраста). В связи с этим обоснование внедрения рубок ухода высокой интенсивности и оценка их лесоводственной, технологической и экономической эффективности являются актуальным направлением научных исследований.

2.    Материалы и методы

Объектом исследования являются рубки ухода в средневозрастных насаждениях (прореживания и проходные), производительность лесозаготовительных машин на них и экономическая эффектность их внедрения. Для проведения работы был произведён сбор данных по фактически проведённым рубкам ухода (прореживаниям и проходным) за 2022—2023 гг. на территории лесного участка ООО «Шуялес» по таким показателям, как местоположение и год рубки, площадь, тип леса, возраст насаждения, бонитет, запас до и после рубки, интенсивность рубки, породный состав до и после рубки, абсолютная полнота и т. д. Сбор данных по рубкам ухода проводился на основе отчётов по использованию лесов, технологических карт, проектов рубок ухода и материальноденежных оценок лесосек. На основе методов статистической обработки данных были получены различные зависимости (например, влияние интенсивности рубки на вырубаемый объём и т. д.). Для дальнейших расчётов из полученной базы данных по рубкам был подобран репрезентативный участок (сосняк черничный, возраст 55 лет, запасом до рубки 241 м3/га, абсолютная полнота 28 м2/га), наиболее близко характеризующий природнопроизводственные условия для рубок ухода на исследуемой территории. На его основе было проведено моделирование развития древостоя с учётом требований правил ухода за лесом для пилотных районов [17]. Методика моделирования отражена в нормативных документах [17] и других свободных источниках [7], [18]. В первую очередь был подобран графический норматив для выбранного участка (Карельский таёжный район для сосняка черничного), на котором была отмечена точка начала рубки ухода по возрасту и абсолютной полноте. Затем проведена имитация рубки ухода разной интенсивности (слабой, умеренной и высокой), и на основе линий развития древостоя после рубки получены точки абсолютной полноты к возрасту спелости (рубки спелых и перестойных насаждений). Для каждого сценария на основе таблиц роста [19] рассчитаны запасы до и после рубки ухода, запас при возрасте спелости. Полученные данные использовались для расчёта сменной производительности харвестера [20—22]. Экономическая эффективность рубок ухода разной интенсивности была определена через затраты, выручку и прибыль по данным компании и ценам 2024 г.

3.    Результаты

Исследование по обоснованию внедрения рубок ухода высокой интенсивности проведено на примере лесных участков ООО «Шуялес». Компания является одним из ключевых арендаторов в Республике Карелия, которая одна из первых внедрила элементы интенсивной модели лесопользования в производство. Лесные участки ООО «Шуялес» для исследования расположены в Пряжинском центральном лесничестве. На основе данных отчётов по использованию лесов, технологических карт, проектов рубок ухода и материальноденежных оценок лесосек получена база данных за 2022 и 2023 гг. по рубкам ухода, которая включает вид рубки (прореживание и проходная), местоположение (лесничество, квартал, выдел), площадь, возраст насаждения, бонитет, тип леса, запас до и после рубки, породный состав до и после рубки, абсолютная полнота до и после рубки.

Средний возраст рубок ухода составил 53 года, средний бонитет 3, запас до рубки 236 м3/га, абсолютная полнота до рубки 27 м2/га. Запас после рубки при слабой интенсивности (до 20 %) составил 171 м3/га, при умеренной (от 21 до 40 %) — 150 м3/га, при высокой (41—55 %) — 136 м3/га.

При обработке данных была получена зависимость объёма вырубаемой древесины от интенсивности (рисунок 1).

Рисунок 1. Зависимость объёма вырубаемой древесины от интенсивности [рисунок авторов]

• Figure 1.    Dependence of the volume of harvested timber on the intensity

На основе наиболее полноценных групп, выбранных посредством сравнения наибольшего значения коэффициента детерминации R² , был проведён регрессионный анализ с целью определения зависимости объёма вырубки ( Q выр , м³/га) от интенсивности рубки ( i , %). Степень достоверности полученных результатов подтверждается с помощью значения R² . В таблице 1 представлены результаты дисперсионного анализа уравнений регрессий.

Q выр = exp(1,482 + 0,466 ⋅ V x ) .                       (1)

При анализе графика (рисунок 1) была выявлена нелинейная закономерность, которая показывает, что при увеличении интенсивности рубки на 10 % (интенсивность 10—55 %) выбираемый запас может увеличиваться от 10 до 50 м3. На более высоких интенсивностях рубки прирост по выбираемому запасу больше. Например, при увеличении интенсивности с 10 до 20 % вырубаемый запас увеличивается на 12 м3/га, а при увеличении интенсивности с 30 до 40 % вырубаемый запас увеличивается на 27 м3/га. Также было выявлено, что при увеличении интенсивности рубки на 5 % вырубаемый запас увеличивается на 22 %, при увеличении интенсивности рубки на 10 % вырубаемый запас увеличивается на 51 %. Величина достоверности аппроксимации составляет 85,59 %, что является приемлемым результатом в подборе полученной линии тренда.

Таблица 1. Дисперсионный анализ уравнения регрессий

Table 1. Analysis of variance of the regression equation

Источник дисперсии	Сумма квадратов	Степени свободы	Среднеквадратичное значение	Критерий Фишера	P -значение
Модель	14,0368	1	14,0368	302,84	0,0000
Остаток	2,36388	51	0,0463505
Всего	16,4007	52

Коэффициент детерминации R² = 85,59 %.

Стандартная ошибка оценивания = 0,215292.

Средняя абсолютная погрешность = 0,163801.

Анализ данных показал, что наибольшее количество рубок проводилось в сосновых черничных типах леса (рисунок 2).

Рисунок 2. Распределение типов леса на рубках ухода [рисунок авторов]

• Figure 2.    Distribution of forest types in improvement thinning

Исходя из анализа для дальнейших расчётов был выбран наиболее типичный участок для исследуемой территории с характеристиками: тип леса — сосняк черничный, абсолютная полнота 28 м2/га, высота 18 м, бонитет 2,5, возраст 55 лет, запас 241 м3/га. Также определены сценарии для дальнейшего моделирования развития древостоя после проходных рубок слабой интенсивности (до 20 %), умеренной (от 21 до 40 %), высокой (41—55 %).

Для моделирования развития древостоя после рубки ухода разной интенсивности использовались графические нормативы правил ухода для Республики Карелии, внедрённые в пилотных проектах. Так как лесные участки исследования расположены в Пряжинском районе (Карельский таёжный район), а преобладающими типами леса, где проводились рубки ухода, являются сосняки черничные, то был выбран соответствующий норматив (рисунок 3).

Рисунок 3. Норматив и моделирование программы рубок ухода по сценариям [рисунок авторов]

• Figure 3.    Standard and modelling of thinning program according to scenarios

На графике были нанесены начальные параметры модельной лесосеки (возраст и абсолютная полнота). Затем определены абсолютные полноты после рубок для соответствующего сценария в зависимости от интенсивности. Далее по выбранному графическому нормативу было произведено моделирование развития древостоя до возраста рубки спелых и перестойных насаждений и была проведена сплошная рубка (см. рисунок 3, линия «СПР»). При слабой интенсивности развитие древостоя идёт ближе к линии естественного роста (см. рисунок 3, красная линия, точки 1—1.1), т. к. выборка леса идёт только с волоков и ухода в пасеках нет, то лесоводственный эффект по приросту минимальный. При умеренной интенсивности развитие древостоя идёт ближе к линии хода древостоя после рубки ухода, т. к. часть древостоя вырубается также с пасеки, но недостаточно для полного лесоводственного эффекта (см. рисунок 3, синяя линия, точки 2—2.1). При высокой интенсивности развитие древостоя идёт по линии хода древостоя после рубки ухода, запас успел восстановиться (см. рисунок 3, зелёная линия, точки 3—3.1).

Запас до и после рубки ухода и для сплошной рубки определялся по таблицам папки таксатора и справочнику [19], сводная ведомость по моделированию представлена в таблице 2.

Таблица 2. Результаты моделирования по различным сценариям развития древостоя

Table 2. Results of modeling for different scenarios of forest stand development

Сценарий (интенсивность, %)	Запас, м3/га / абсолютная полнота до рубки, м2/га	Запас, м3/га / абсолютная полнота после рубки, м2/га	Объём вырубаемой древесины по МДО, м3/га	Объем вырубаемой древесины по графику, м3/га
Первый сценарий, ПРХ (15—20 %)	241 / 28	192—204 23—24	30—45	41
Второй сценарий, ПРХ (21—40 %)	241 / 28	144—190 18—23	45—85	81
Третий сценарий, ПРХ (41—55 %)	241 / 28	120—142 14—17	80—120	101
СПР после первого сценария	260 / 31	0 / 0	250—300	260
СПР после второго сценария	270 / 32	0 / 0	250—300	270
СПР после третьего сценария	260 / 31	0 / 0	250—300	260

Для проверки адекватности полученных данных моделирования были выбраны идентичные лесосеки на основе их материально-денежной оценки и проведено сравнение (таблица 2). В выборку попали лесосеки в сосняках черничных в Пряжинском лесничестве слабой интенсивности (3 лесосеки), умеренной (8 лесосек), высокой (9 лесосек) и сплошной рубки (8 лесосек). При сравнении данных материально-денежных оценок и данных с графика моделирования было выявлено, что объёмы вырубаемой древесины попадают в пределы реальных условий. Для дальнейших расчётов используются данные моделирования.

Для оценки технологической эффективности лесозаготовительных машин при проведении рубок ухода выбран харвестер John Deere 1270G. Производительность определялась на основе методик расчёта, представленных в работах [23—26]. Работа харвестера на рубках ухода разной интенсивности и на сплошной рубке регулировалась количеством оставляемых и вырубаемых деревьев и их характеристиками (диаметр, высота и средний объём хлыста). В итоге были рассчитаны сменные производительности при слабой, умеренной и высокой интенсивности (таблица 3, рисунок 4).

Таблица 3. Сменная производительность ( П см ) харвестера John Deere 1270G при различных сценариях

Table 3. Shift productivity of the John Deere 1270G harvester under different scenarios

Сценарий	П см при ПРХ (min %), м3/см	П см при ПРХ (maх %), м3/см	П см при СПР, м3/см
Первый (15—20 %)	131,42	153,88	270,44
Второй (21—40 %)	119,27	131,77	336,77
Третий (41—55 %)	124,80	128,51	366,69

Рисунок 4. Зависимость П см харвестера John Deere 1270G от интенсивности рубок [рисунок авторов]

Figure 4. Dependence of the John Deere 1270G harvester shift productivity on the logging intensity [drawing by the authors]

Полученные результаты расчётов коррелируются с данными, представленными в работах [27], [28]. Данные расчётов показывают, что на проходных рубках высокой интенсивности (41—55 %) сменная производительность харвестера ниже, чем при слабой (15—20 %), в 1,05—1,2 раза. При умеренной интенсивности (21—40 %) меньше, соответственно, в 1,1—1,16 раза. Это связано с тем, что при первом сценарии интенсивности хватает только на прорубку волоков, где попадаются деревья всех диаметров. А при высокой интенсивности дополнительно выбираются деревья с пасек, но преимущественно диаметром ниже среднего.

Также больше времени уходит на перемещение манипулятора при выборе подходящего дерева в пасеке, увеличивается время на принятие решения по выбору дерева и контролю, чтобы не превысить интенсивность рубки. Производительность харвестера при умеренной и высокой интенсивности рубок ухода изменяется в небольших пределах. При работе харвестера больше деревьев убирается с пасек и, следовательно, выше площадь обрабатываемого лесного участка, также больше времени затрачивается на перемещение харвестерной головки на максимальный вылет.

Выбранная интенсивность при рубке ухода влияет и на производительность машины в будущем. К моменту возраста спелости на сплошной рубке после проходной рубки слабой интенсивности производительность падает, в сравнении с СПР после ПРХ большей интенсивности, т. к. на пасеках остаётся большое количество деревьев и с большим разбросом по диаметрам. На сплошной рубке после проходной рубки умеренной и высокой интенсивности производительность больше соответственно в 1,25 раза и 1,36 раза, т. к. количество деревьев меньше, и за время роста в них сосредоточился весь прирост и средний объём хлыста выше. Производительность харвестера на СПР после ПРХ умеренной и высокой интенсивности изменяется в небольшом диапазоне (в 1,09 раза).

На основе полученных данных по производительности харвестера произведена экспресс-оценка экономического эффекта по каждому сценарию с момента проведения проходной рубки до сплошной. Для учёта времени проведения проходной и сплошной рубок было использовано допущение, что рубки проводят в один год, но территориально лесосеки расположены в разных местах. Усреднённые затраты были приняты по калькуляции себестоимости продукции компании на 1 м3, которые включали фонд оплаты труда, запчасти, ГСМ, арендные платежи, транспортные услуги, амортизацию, страховые взносы, прочие налоги и др. Выход сортиментов определялся по товарным таблицам [29] и материально-денежной оценке лесосек. Выручка оценивалась по ключевым сортиментам (пиловочник, баланс, дрова) компании и ценам 2024 г. Прибыль определялась по разнице между выручкой и затратами с вычетом налогов. Результаты расчётов представлены в таблице 4.

Таблица 4. Результаты экспресс-оценки экономического эффекта от рубок ухода высокой интенсивности

Table 4. Results of the economic effect express assessment of high-intensity thinning

Сценарий	Прибыль, руб./га	Прибыль, руб./м3
Первый (ПРХ 15—20 % и СПР)	178 484	892
Второй (ПРХ 21—40 % и СПР)	243 432	1008
Третий (ПРХ 41—55 % и СПР)	280 552	1172

В итоге упрощённые расчёты показали, что наибольший экономический эффект (прибыль) достигается при проходных рубках высокой интенсивности. По отношению к первому сценарию (интенсивность 15—20 %) прибыль с 1 м3 во втором сценарии (интенсивность 21—40 %) повышается на 13 %, в третьем сценарии (интенсивность 41—55 %) — на 31 %. Эффект достигается за счёт выращивания более качественных сортиментов к моменту сплошной рубки. В пересчёте на гектар прибыль во втором сценарии повышается на 36 %, в третьем сценарии — на 57 %. Эффект достигается за счёт заготовки большего объёма с единицы площади и выращивания более качественных сортиментов к моменту сплошной рубки.

4.    Обсуждение и заключение

В работе представлена методика по комплексной оценке лесоводственной, технологической и экономической эффективности внедрения в лесозаготовительное производство рубок ухода высокой интенсивности. Результаты апробации методики на примере природно-производственных условий компании ООО «Шуялес» показали, что эффект от внедрения рубок ухода высокой интенсивности достигается за счёт увеличения объёма заготовки с единицы площади за цикл выращивания и получения более качественных сортиментов к моменту сплошной рубки. За счёт лесоводственного эффекта объём заготовки с единицы площади увеличился на 17—20 %. Анализ технологической эффективности работы харвестера показал, что на рубках ухода высокой интенсивности производительность харвестера падает на 5—16,5 % в сравнении с рубкой слабой интенсивности, но к моменту сплошной рубки за счёт увеличения среднего объёма хлыста производительность увеличивается на 26,3 %. Прибыль (экономическая эффективность) в данных условиях может повыситься на 13—30 % с 1 м3 заготовки и на 30—50 % с гектара площади.

Оценка результатов моделирования развития древостоя после рубки ухода разной интенсивности позволила выделить факторы, которые влияют на полученные данные. Наиболее значимыми из них являются начальные исходные данные природнопроизводственных условий, заложенные в графики модели развития древостоя, и выход сортиментов на сплошной рубке и рубке ухода. Расчёты были сделаны для продуктивных насаждений (черничный тип леса, 2—3-й бонитет), и на других типах леса показатели эффективности будут ниже. На точность влияет наличие предыдущих уходов за лесом. При расчётах сделано допущение, что были проведены оптимальные рубки ухода в молодняках, и моделирование осуществлялось для чистых древостоев. Для смешанных лесов сложнее прогнозировать запасы к сплошной рубке и выход сортиментов. Также сложно прогнозировать рост древостоя на рубках ухода, где прорубали только волока. Деревья, расположенные вдоль волока, будут давать больше прирост, чем остальные деревья, размещённые в глубине полупасек. Поэтому интерполяция, проведённая в работе для рубки ухода слабой интенсивности, имеет погрешность. Выход сортиментов на сплошной рубке и рубке ухода был выбран по сортиментным таблицам и материально-денежным оценкам, но фактически распределение сортиментов будет во многом зависеть от оператора и требований заказчика.

Для более точных прогнозов в компаниях необходимо проводить долгосрочные наблюдения за рубками ухода и их влиянием на изменение характеристик древостоя, желательно с привлечением научного сообщества. Для повышения эффективности работ на сплошных рубках необходимо отказываться от практики проведения рубок ухода с прорубкой только волоков. С пасек обязательно должны убираться нежелательные деревья и деревья малых диаметров. В то же время рекомендуется убирать несколько деревьев из самых высоких ступеней толщины. Чаще всего прирост таких деревьев замедляется, и их оставление не даёт лесоводственного эффекта. Но при наличии деревьев-ветеранов, значительно превышающих средний возраст древостоя (2—3-й класс возраста, деревья от материнского полога, семенники со сплошной рубки, сохранившиеся деревья после пожара), необходимо их оставить в количестве 3—5 шт. на гектаре для биоразнообразия. Выборка самых крупных деревьев позволит, с одной стороны, повысить экономику проходной рубки, с другой — упростить форму древостоя (уменьшить разброс деревьев по диаметрам и высотам), что будет способствовать увеличению производительности харвестера на будущей сплошной рубке. Но при этом необходимо контролировать средний диаметр, он не должен снижаться после рубки по целевым породам.

Проектирование рубок ухода и контроль над ними должны проводиться на основе прямых показателей оценки (абсолютная полнота, густота насаждения, средний диаметр), т. е. необходимо отказываться от относительной полноты, сомкнутости крон. Прямые показатели более удобны как для исполнителя работ, так и для заказчика и являются проверяемыми. Также проектирование рубок ухода необходимо осуществлять на основе фактических данных таксации лесосек, а не по материалам лесоустройства. Очень часто таксационное описание неактуальное (например, устаревшее) и неточное (расхождение запаса по лесоустройству от фактической таксации может достигать 30 %).

Важным мероприятием при внедрении рубок ухода высокой интенсивности в лесозаготовительный процесс компаний является обучение сотрудников, исполнителей работ и контролирующей стороны (персонала лесничества и заказчика). Ключевыми темами обучения должны быть выборка деревьев, которая не должна превышать критических показателей для древостоя, и оценка контрольных параметров древостоя до и после рубки (например, абсолютная полнота, количество стволов).

Авторы выражают огромную благодарность руководству и сотрудникам компании ООО «Шуялес» за предоставленную информацию и консультации в вопросах интенсивного лесопользования.