Лесохозяйственное производство с использованием новых технологий и технических средств для обработки семян

Основным видом деятельности лесохозяйственного производства являются восстановление лесов и лесоразведение, а также ряд обеспечивающих и сопровождающих технологических процессов.

Технология такого производства достаточно многосложна и включает в себя ряд технологических процессов, связанных:

• — с подготовкой участков для создания и восстановления лесных культур;
• — с подготовкой почвы под посев или посадку;
• — со сбором и обработкой лесных семян;
• — с выращиванием посадочного материала;
• — с посевом и посадкой на лесокультурных площадях;
• — агротехническими уходами за лесными культурами и защитой их от вредителей, болезней и пожаров;
• — с ростом и развитием лесных насаждений;
• — с рубками ухода за молодняками и санитарными рубками;
• — с рубками главного пользования;
• — с полной или частичной переработкой полноценной и мелкотоварной древесины.

Примерная структурная схема лесохозяйственного производства в общем виде представлена на рис. 1.

В структурной схеме лесохозяйственного производства выделены технологические процессы, которые выполняются техническими средствами без воздействия непосредственно на растения, с непосредственным воздействием машины или орудия на растения и с комбинированным воздействием. Среди всех технологических процессов, процесс сбора и обработки лесных семян является одним из важнейших в системе лесохозяйственных предприятий, а семена являются одними из основных средств лесохозяйственного производства. Данная статья посвящена вопросу использования новых технологий и технических средств для обработки семян хвойных пород в лесохозяйственном производстве при лесовосстановлении и лесоразведении.

В последние 20−25 лет воспроизводства лесов происходит естественным путем, то есть путем зарастания вырубленных и уничтоженных пожаром лесов мягколиственными быстрорастущими древесными породами типа осины, тополя, ольхи, березы и других. В результате этого на смену ценным хвойным (сосне, ели и лиственнице), а также лиственным (дуб, ясень, бук, и др.) древесным породам, которые должны создаваться искусственно, появляются малопродуктивные лесные насаждения из мелкотоварной древесины, которая пока мало востребована как в нашей стране, так и за рубежом.

1 — подготовка участка к освоению для создания лесных культур (корчевка пней, удаление камней, кустарника и др., водная мелиорация (осушение), нарезка борозд); 2 — подготовка почвы (вспашка, рыхление); 3 — сбор и обработка семян; 4 — выращивание посадочного материала; 5 — посев или посадка на лесокультурных площадях; 6 — рост и развитие лесных насаждений; 7 — агротехнические уходы за лесными культурами (прополка, рыхление почвы, подкормка); 8 — защита от вредителей и болезней; 9 — рубки ухода за молодняками; 10 — защита от пожаров; 11 — рубки главного пользования; 12 — переработка древесины Такой подход привел к тому, что сотни миллионов гектаров леса сейчас являются заросшими или не восстановленными. И этот процесс происходил под лозунгом: «Лес должен расти сам по себе, и нам нечего вмешиваться в природу…» При таком подходе в России резко изменилось соотношение состава лесных площадей не в пользу хвойного хозяйства и ценных лиственных древесных пород. И, как следствие, по площадям и по объему запасов древесины мягколиственные породы с 5−7% увеличились до 17−20%.

В новом Лесном кодексе, принятом Государственной Думой 8 ноября 2006 года, впервые уделено внимание воспроизводству лесов и лесоразведению, направленным на повышение их продуктивности, устойчивости и неистощительного лесопользования. Наряду с этим, обращено серьезное внимание на лесное семеноводство. И это правильно, так как семена древесных пород являются для лесного хозяйства основными средствами производства, из которых начинает расти лес, а их качество определяет качество и продуктивность будущих лесов.

Искусственное воспроизводство лесов и лесоразведение в настоящее время проводится по традиционной технологии, при реализации которой производят посев семенного материала (60−70 кг на 1 га лесопитомниковой площади) без предварительного его разделения на фракции, то есть высевают семенную смесь, состоящую из мелких, средних и крупных семян. В школьном отделении сеянцы растут в течение 2−3 лет, где за ними осуществляют у ход (полив, прополку, уничтожение сорной растительности и т. д.). Затем проводят выкопку сеянцев и их пересадку из школьного отделения в лесное отделение питомника, то есть производят перешколивание. Здесь сеянцы доращивают в течение 2−4 лет (в зависимости от породы) и получают посадочный материал в виде саженцев для производства лесных культур. На этапах выращивания посадочного материала происходит потеря 25−40% сеянцев и саженцев, не соответствующих требованиям государственного стандарта, путем выбраковки. Такие потери в денежном выражении при стоимости I кг семян 15−30 тыс. руб., например, сосны обыкновенной, оцениваются убытками для лесохозяйственного предприятия, составляющими 700−900 тыс. руб. на 1 га лесопитомниковой площади. Кроме того, данная технология не только приводит к значительным материальным убыткам, но и удлинению времени получения стандартного посадочного материала, необходимого для воспроизводства лесов и лесоразведения. Следует отметить и еще очень важное обстоятельство, заключающееся в том, что предварительная обработка семян ценных хвойных пород сейчас осуществляется на технически устаревших и малоэффективных семяочистительных машинах типа МОС-1 или МОС-1А, которые не выпускаются отечественной промышленностью, но имеются в лесохозяйственных предприятиях. Для повышения качества обработки семян (увеличения полноты отделения крылаток, которая при норме 98−99% составляет после первого пропуска через машину всего лишь 68%) их пропускают через машину три раза. Это приводит к снижению производительности машины в 2,5−3,0 раза, повышенному механическому травмированию семян (до 7%) и потерям семян в отходы до 13%. Эти потери очень значительны и в денежном выражении составляют от 300 до 600 тыс. руб.на 100 кг (3−6 тыс. руб. на 1 кг) обработанных семян.

В настоящее время только для восстановления лесов ежегодно требуется 10−12 тыс. т. семян древесно-кустарниковых пород, в том числе 500−700 т. основных лесообразующих хвойных пород (сосна, ель, лиственница, пихта и др.) [20]. В 2006 году было использовано около 700 т. лесных семян и выращено 1300 млн. шт. сеянцев и саженцев [4]. В 2008 году Рослесхозом было намечено увеличить площади закладки лесных культур в 1,5−1,7 раза и довести их до 250 тыс. гектаров [21]. К 2015;2020 г. г. запланировано увеличение объема искусственного восстановления лесов более чем 700 тыс. га.

В Воронежской государственной лесотехнической академии (ВГЛТА) совместно с ВНИИЛМ создана высокая технология выращивания укрупненного посадочного материала в питомниках без перешколивания, согласно которой для высева в питомниках необходимо применять только высококондиционные семена, разделенные на фракции по плотности и размерам.

Получение высококондиционных семян возможно только при использовании новой технологии для обработки лесосеменного материала ценных хвойных пород, которая разработана в ВГЛТА и позволяет осуществить полный цикл выполнения необходимых технологических операций (рис. 2) [14].

Для выполнения технологических операций созданы новые технические средства, обеспечивающие первичную и вторичную обработку семян. Они объединены в технологический комплекс (рис. 3), который включает универсальную семяочистительную машину (СММ), пневмосепаратор лесных семян (ПЛС-5М), решетную установку (РУ-10), сепараторы вальцового (СВТ) и дискового (СДТ) типов [1, 3, 5, 11, 13, 15, 16, 17].

Рисунок 2 — Технология обработки лесосеменного материала хвойных пород.

Рисунок 3 — Структурная схема технологического комплекса технических средств для обработки семян.

Первичную обработку семян проводят на машине СММ [6, 10. 11], в которой процесс осуществляется по непрерывной схеме при двухстадийном воздействии рабочих органов на семена. На первой стадии обработка происходит в загрузочном бункере («мягкий» режим) и на второй стадии — непосредственно в обескрыливателе (оптимальный режим) [2, 3]. Предварительная очистка семян осуществляется в воздушной системе, состоящей из вертикального аспирационного канала, осадочной камеры и вентилятора, а сортирование — на решетном стане.

В малогабаритной машине загрузочный бункер и обескрыливатель объединены в единый блок, называемый загрузочно-обескрыливающим устройством непрерывного действия (ЗОУ НД), в котором происходит последовательная сепарация семян через сетки с мелкой, средней и крупной ячейками [3]. Основа вторичной обработки семян хвойных растений заключается в пневмосортировании — разделении в воздушном потоке по массе (плотности) на легкую и тяжелую фракции. Технология пневмосортирования отличается совмещением пневмоканала с осадочной камерой (пат. РФ № 2 150 338). В пневмосепараторе вентилятор установлен над осадочной камерой, а бункер для засыпки семян размещен в нижней части пневмоканала. Данное техническое средство снабжено дозирующим устройством, герметично совмещенным с воздуховодом, что позволяет упростить конструкцию, удешевить ее производство, повысить производительность и качество разделения семян на фракции.

Сортирование тяжелой фракции по размерам происходит с использованием решетного и безрешетных сепараторов. Здесь выделяются трудноотделимые примеси (хвоя, мелкие примеси и отходы). В технологию решетного сортирования семян, являющуюся классической в теории сепарирования, внесены принципиально новые элементы, основанные на использовании технологического принципа негармонических колебаний решетного стана с возможностью изменения длины и амплитуды колебаний решет (пат. РФ на полезн. модель № 46 685) [12]. Наряду с этим в решетном сепараторе разработаны новые элементы технологии дозирования: установка в зоне выпускной щели загрузочного бункера гребенчатой регулировочной заслонки и отсечение питателя от семенной массы специальной наклонной перегородкой (пат. РФ 2 167 725) [8]. Указанные особенности позволяют повысить качество очистки на 6−8%, а производительность — на 8−13%. Следует отметить, что технические средства имеют один недостаток — происходит застревание семян в отверстиях пробивных полотен, которые очень трудно извлечь, так как толщина полотна соизмерима с толщиной мелких семян хвойных растении, поэтому требуются специальные очистительные устройства для устранения этих недостатков.

Более перспективной является технология безрешетного сортирования семян, в основе которой лежит технологический принцип перемещения сортируемых по толщине семян в узком пространстве между двумя наклонными цилиндрическими вальцами (или дисковыми рабочими органами) с величиной щели от минимального размера в зоне подачи (начало разделения) к увеличивающемуся размеру в зоне их окончательного разделения. В ВГЛТА разработан ряд сепараторов безрешетного типа — вальцовые (пат. РФ № 2 111 068, № 2 160 147) [6, 7] и дисковый (пат. РФ № 2 179 079) [9], обеспечивающих вторичную очистку и сортирование семян.

Новизна технологии заключается в использовании в качестве рабочих органов сепараторов гладких вальцов, вращающихся в противоположные стороны, или ступенчатых, расположенных попарно, с питателем, выполненным в виде пары наклонных, вращающихся в противоположные стороны гладких вальцов, установленных в начале сортирования (пат. РФ № 2 160 147) [7], или дисков различного диаметра, насаженных на вал, которые образуют между собой кольцевые щели прямоугольного сечения с величиной щели от минимального в зоне подачи (начало разделения) к увеличивающемуся размеру в зоне их окончательного разделения. Исследования показали [14], что семена хвойных пород, предназначенные для высева в питомниках, целесообразно разделять на четыре фракции с толщиной, равной в первой фракции 1,0−1,25 мм, второй — 1,25−1,5 мм, третьей — 1,5−1,75 мм и четвертой — 1,75−2,0 мм. При этом во фракциях образуется выровненный посевной материал с отличием по массе 1000 шт. семян в среднем на 15%, что важно для последующего раздельного высева.

Предлагаемая технология с применением новых технических средств для обработки лесных семян позволяет ускорить процесс воспроизводства лесов и лесоразведения, а также снизить расход ценного семенного материала более чем в два раза, а при обработке семян на них — уменьшить травмирование (до 7%) и потери последних в отходы (на 10%), получив в совокупности экономический эффект в размере 300−500 тыс. руб. на 1 га лесопитомника. Предлагаемые новые технологии и технические средства для обработки семян хвойных пород демонстрировались на выставках различного уровня и удостоены дипломов, а на VII-м Международном салоне инноваций и инвестиций награждены серебряной медалью.

лес воспроизводство семенной хвойный.

• 1. А.с. 1 628 958. 1991. МКИ A 01 G 23/00. Машина для обескрыливания лесных семян.
• 2. Гомзяков, Н. Д. Обоснование основных параметров обескрыливателей непрерывного действия лесных семяочистительных машин // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. Саратов: СарГАУ, 2006. № 4. С. 17−20.
• 3. Гомзяков, Н. Д. Совершенствование технологического процесса обработки лесных семян малогабаритной машиной: дисс… канд. техн. наук. Воронеж, 2004. 246 с.
• 4. Медведева А. «Легкие восстановлены». Рос. Лес. Газета. 2006. № 29−30 (159−160).
• 5. Пат. 2 089 055 РФ. 1997. МКИ, А 01 С 1/00, А 01 G 1/00, 23/00. Способ обескрыливания лесных семян хвойных пород.
• 6. Пат. 2 111 068 РФ. 1998. Устройство для очистки и калибрования лесных семян хвойных пород.
• 7. Пат. 2 160 147 РФ. 2001. МКИ 7 В 07 В 1/28, 1/46. Устройство для очистки и калибрования лесных семян хвойных пород.
• 8. Пат. 2 167 725 РФ. 2001. МКИ 7 В 07 В 1/28, 1/46. Машина для очистки и калибровки семян.
• 9. Пат. 2 179 079 РФ. 2002. МКИ 7 В 07 В 1/28, 1/46. Устройство для очистки и сортирования лесных семян хвойных пород.
• 10. Пат. 2 187 926 РФ. 2002. МКИ 7 А 01 G 23/00.Машина для обескрыливания лесных семян.
• 11. Пат. 2 235 450 РФ. 2004. МПК 7 07 В 1/28, 1/46. Малогабаритная машина для обескрыливания, очистки и сортирования лесных семян.
• 12. Пат. на полезную модель № 46 685 РФ. 2005. МПК, А 01 В 1/28. Машина для очистки и калибровки семян.
• 13. Свиридов, Л. Т. Перспективы использования семяобрабатывающей лесохозяйственной техники в АПК // Вестник Воронеж. гос. агр. университета. Воронеж: ВГАУ, 2011. Вып. 3 (30). С. 42−45.
• 14. Свиридов, Л.Т. К обоснованию числа фракций при сортировании семян хвойных пород // Лес. хоз-во Поволжья: сборник научных трудов Сарат. гос. агр. унив. им. Н. И. Вавилова. Саратов, 1996. С. 148−156.
• 15. Свиридов, Л.Т. О новом перспективном технологическом комплексе машин и оборудования для обработки лесных семян // Известия высших учебных заведений. Лесн. журнал. 2009. № 5. С. 31−37.
• 16. Свиридов, Л. Т. Новые технологии и комплекс машин для обработки семян в лесхозах и на семяочистительных предприятиях // Проблемы лесоведения и лесоводства: сборник научных трудов / ИЛ НАН Б. Гомель; 2001. С. 280−285.
• 17. Свиридов, Л. Т. Обоснование параметров и конструкций машин поточной линии для обработки семян хвойных пород // Науч.-техн. прогресс в лес. отрасли Централ. Черноземья: сборник научных работ. Воронеж, 1990. С. 123−125.
• 18. Свиридов, Л. Т. Повышение эффективности механизированных процессов обработки семян хвойных пород: дисс… докт. техн. наук. М., 1992. 576 с.
• 19. Свиридов, Л. Т. Кинематика движения семян в период взлета при подбрасывании на полотне решета // Вестник Красноярского гос. агр. университета. Красноярск: КрасГАУ. 2010. № 8. С. 104−109.
• 20. Свиридов, Л. Т. Состояние и совершенствование технологии и средств механизации для обработки лесных семян // Лесотехнически ун-т: юбилейн сб. науч. докл. 75-години высш. лесотехн, образ, в Болгарии. София, 2000. С. 105−108.
• 21. Якубов, И. Семя будущего // Рос. лесн. газета. 2005. № 31(109).