Integroitu aines- ja energiapuun korjuu turv la korjuujälki ja ravinnetalous

Transkriptio

1 Integroitu aines- ja energiapuun korjuu turv la korjuujälki ja ravinnetalous Matti Sirén, Jyrki Hytönen, Jari Ala-Ilomäki, Tero Takalo, Tuomo Neuvonen, Hannu Aaltio, Erkki Salo ja Mika Lehtonen Metsäntutkimuslaitos Jouni Karjalainen ja Markku Eklund Metsähallitus 1

2 Tutkimuksen tausta ja tavoitteet Lähes neljännes metsiemme vuotuisesta kasvusta on suometsissä Suometsien hakkuupotentiaalin hyödyntäminen edellyttää korjuulta nykyistä enemmän ympärivuotisuutta Metsähallitus ja Metsäntutkimuslaitos käynnistivät 2011 Finnish Bioeconomy Clusterin (FIBIC) EffFibre-ohjelmassa hankekokonaisuuden Turvemaiden kesäkorjuu liikkeelle. Kehittämiskohteiksi valikoituivat aines- ja energiapuun integroidun korjuun mahdollisuudet sulan maan aikana ja laserkeilauksen soveltuvuus turvemaakohteiden korjuukelpoisuuden määrittämisessä ja suunnittelussa Energiapuun käyttö on lisääntymässä. Energiapuun korjuu suometsistä voi parantaa harvennusten kannattavuutta ja auttaa osaltaan metsäenergian käyttötavoitteiden saavuttamisessa. Syitä suometsien energiapuun toistaiseksi vähäiseen hyödyntämiseen ovat huoli korjuujäljestä ja ravinteiden riittävyydestä. Suometsissä erityisesti kalium ja boori saattavat olla minimiravinteita Tämä tuloskalvosarja koostaa keskeiset tulokset kokeesta, jossa selvitettiin sulan maan aikaisen integroidun korjuun korjuujälkeä ja ravinnevaikutuksia Tutkimuksesta myös Metlan työraportti 256: 2

3 Vertailtavat menetelmät 1. Ainespuu yksinpuin, energiapuu kokopuuna joukkohakkuu (minimirunko aines 11 cm, energia 5 cm). YPH + kokop. 2. Ainespuu joukkohakkuu (minimirunko 7 cm). JH 3. Ainespuu yksinpuinhakkuu (minimirunko 7 cm). YPH 4. Ainespuu yksinpuin, energiapuu rankana joukkohakkuu (minimirunko aines 11 cm, ranka 5 cm). Int Ainespuu joukkohakkuu, energiapuu rankana joukkohakkuu (minimirunko aines 7 cm, ranka 5 cm). Int. JH Ainespuun minimiläpimitat: mänty 6 cm, kuusi 7 cm, koivu 5 cm 3

4 Koealat ja mittaukset Koeala-asetelma Kullakin menetelmällä kolme peräkkäistä 50 m x 20 m koealaa Puusto ja hakkuutähdekoealat Urille sijoitettiin raiteenmuodostuksen mittauspisteet 15 m välein. Niiltä mitattiin kivisyysrassin painuma, leikkausmoduli piikkisiipikairalla sekä havutuksen paksuus hakkuukoneen kummastakin raiteesta. Raiteen syvyys ja ylimennyt massa (kone + kuorma) mitattiin jokaisen ylityksen jälkeen 4

5 Piikkisiipikaira yhdistää maaperän ja juuriston kantavuusvaikutuksen Leikkausmoduli G: leikkausjännitys jaettuna kiertokulman tangentilla Kalvo: Jari Ala-Ilomäki

6 Puuston ja hakkuutähteiden mittaus Puustokoealoilta (10 m x 20 m) mitattiin puusto (> 4 cm puut ) ennen hakkuuta ja hakkuun jälkeen sekä inventoitiin puustovauriot. Hakkuutähteiden määrä mitattiin perustamalla mittauslinjoille suorakaiteen muotoisia 3 m x 1 m koealoja eri etäisyyksille urista Hakkuutähdekoealoja oli kpl/50 m x 20 m koeala (keskiarvo 13,5 kpl) Hakkuutähteet punnittiin ja niistä otettiin kosteusnäytteet ja näytteet ravinneanalyysiä varten Mitattua hakkuutähteiden määrää (kg/ha) verrattiin myös laskennalliseen, puustokoealoilta mitattuun poistumaan perustuvaan määrään Hakkuutähteiden osat jaettiin eri kokoluokkiin ja määriteltiin hakkuutähteiden ravinnemäärät kg/ha 6

7 Kohteen puusto ja poistuma (mukana yli 4 cm puut) YPH + kokop. Menetelmä JH YPH Int. 10 Int. JH k-a Runkoluku ennen hakkuuta, puita/ha Runkoluku hakkuun jälkeen, puita/ha Tilavuus ennen hakkuuta, m 3 /ha ,1 126,1 124,3 131,5 126,8 130,4 Tilavuus hakkuun jälkeen, m 3 /ha 79,6 70,4 76,8 66,2 58,9 70,4 Poistuma, m 3 /ha 63,6 55,7 47,5 65,3 67,9 60,0 Poistettujen runkojen 59,6 61,8 53,8 70,0 59,0 60,8 keskikoko, dm 3 Poistuman runkoluvusta mäntyä 51,2 %, kuusta 33,8 % ja lehtipuuta 15,0 % Poistuman tilavuudesta mäntyä 70,6 %, kuusta 24,6 % ja lehtipuuta 4,8 % 7

8 Tutkimuskohde Metsähallituksen luokituksen (Högnäs ym. 2011, liite 1) mukainen kesäkorjuukohde, korjuu pehmeiden maiden koneketjulla Hakkuukone Ponsse FOX: takana superkantavat telat, edessä yksi ketjupari. Ajokone Valmet 830: superkantavat telat edessä ja takana. Molempien koneiden kuljettajat kokeneita ja taitavia. Korjuu lokakuun alussa vuonna Syyskuun sademäärä ( 94 mm) tutkimusalueella oli ollut lähes kaksinkertainen pitkän aikavälin keskiarvoon (57 mm) verrattuna. Kantavuusolot olivat suuren sademäärän takia erittäin haasteelliset. Suuren sademäärän takia korjuuta ei olisi käytännössä toteutettu kokeen ajankohtana. 8

9 Maaperän kantavuus ja havutus Menetelmä Leikkausmoduli G, kpa Kivisyysrassin painuma, cm Havutuksen paksuus hakkuukoneen raiteessa, cm YPH + kokop. 60,36 44,55 1,20 JH 23,38 54,08 8,55 YPH 36,14 57,50 7,45 Int ,77 56,13 5,25 Int. JH 42,86 38,58 3,90 Keskiarvo 41,90 50,17 5,27 Hakkuumenetelmällä YPH + kokop. paras maaperän kantavuus (suurin leikkausmodulin arvo, toiseksi pienin kivisyysrassin painuma) > hyvä kantavuus tasannut jossakin määrin havutuksen vähäisyyttä. Parhaimmillaankin havutuksen määrä jäi vähäiseksi > rajallinen vaikutus raiteenmuodostukseen 9

10 Mitattu raiteenmuodostus suhteessa ylimenneeseen massaan (koneet ja kuormat) 10

11 Raiteen syvyyttä ja menetelmien eroja kuvaava regressiomalli. Perustaso menetelmä YPH (malli 1) Raiteen syvyys (cm) = -0, , x ylimennyt massa (kg) 0,030 x leikkausmoduli (Kpa) + 0,0638 x kivisyysrassin painuma (cm) - 0,2461 x havutuksen paksuus (cm) Ero perustasoon (YPH): YPH + kokopuu: + 5,1 cm JH: + 1,8 cm Int. 10: + 4,0 cm Int. JH: + 4,8 cm R 2 = 0,782 Raidesyvyyttä selittävä malli havutuksen, kivisyysrassin painuman ja leikkausmodulin vaikutus (malli 2) Raiteen syvyys (cm) = 2, ,0001 x ylimennyt massa (kg) 0,014 x leikkausmoduli (kpa) + 0,058 x kivisyysrassin painuma (cm) - 0,391 x havutuksen paksuus (cm) R 2 = 0,716 11

12 Raidemallin (malli 2) antama tulos havutuksen vaikutuksesta raiteenmuodostukseen kohteen keskimääräisissä kantavuusoloissa (leikkausmoduli 45 kpa, kivisyysrassin painuma 50 cm) 12

13 Harvesteri metsäkuljetuksen raiteenmuodostuksen ennustajana Kokeessa raiteen syvyys metsäkuljetuksessa (cm) = -1, ,00011 x ylimennyt massa (kg) + 1,013 x harvesterin raiteen syvyys (cm) R 2 = 0,770 Metla tutkii mahdollisuuksia käyttää hakkuukonetta raiteenmuodostuksen mittauksessa. Mahdollisuudet näyttävät lupaavilta. Tällöin harvesteri voisi laatia urastolle kulkukelpoisuuskartan. Huonosti kantaville urille voitaisiin ehdottaa ajokertarajoitteita Metsänhoitosuosituksissa rämeillä yli 10 cm:n syvyistä raidetta saa olla enintään 4 % uraston kokonaispituudesta. Tutkimuskohteella harvesterin raiteen syvyys oli keskimäärin 4,5 cm. Tällöin 10 cm raiteen syvyys sallii ainoastaan noin 60 tonnin kokonaiskuormituksen (koneiden + kuormien massat). Jos harvesterin raiteen syvyys on 2 cm, 10 cm raiteen syvyys saavutetaan noin 90 tonnin kokonaismassalla Voimakkaasti kuormitetuilla kokoojaurilla 10 cm raiteilta on tutkimuskohteen kaltaisissa kantavuusoloissa hyvin vaikeaa välttyä 13

14 Esimerkki harvesterista mitattujen tunnusten ja suon pinnan lujuuden riippuvuudesta (kalvo: Jari Ala-Ilomäki) Sovellus: leimikon puutavaran maastokuljetuksen optimointi kulkukelpoisuuden mukaan # # # Kasvatusmetsien korjuujäljen

15 Kuormausajon määrää minimoiva ajotekniikka (laskennallinen, kuljettajalta mitatuilla ajanmenekeillä laskettu). Periaate: sekakuormia perustasoa enemmän, peruuttaessa vähemmistöpuulajeja kyytiin, kuitenkin kerroksittain) 4. kuorma 3. kuorma 1. kuorma 2. kuorma B. A. C. D. Kasvatusmetsien korjuujäljen

16 Korjuuvauriot Menetelmä YPH + kokop JH YPH Int. 10 Int. JH Runkovaurio-% 5,9 0,0 0,0 2,8 6,1 Juurivaurio-% 0,0 6,3 7,7 2,8 6,1 Vaurio-% 5,9 6,3 7,7 5,6 12,12 Juurivauriot olivat pääosin katkovaurioita alle metrin etäisyydellä juurenniskasta > suometsissä ajourat syytä avata riittävän leveinä Runkovauriot kaikki pintavaurioita. Runkovaurioista 80 % syntyi hakkuussa. Runkovauriot keskittyivät urien läheisyyteen 16

17 Hakkuumenetelmien laskennallinen leimikkotason poistumavertailu Hakkuumenetelmien poistumia verrattiin Metsäntutkimuslaitoksessa kehitetyllä MOTTIsimulaattorilla pölkyttämällä kaikkien mittauskoealojen (yhteensä viisitoista koealaa) toteutunut poistuma eri menetelmille. Poistumat olisivat seuraavat, jos hakkuu tehtäisiin täysin menetelmäohjeistuksen mukaan: 17

18 Metsään jääneen hakkuutähteen määrä koealoilta punnittu vs. poistuman perusteella laskennallisesti arvioitu Metsään jääneen hakkuutähteen kuivamassat ja niiden keskihajonnat (hakaset pylväiden päällä). Prosentit kertovat eron punnittujen ja laskennallisesti arvioitujen hakkuutähdemäärän välillä. Valtaosa hakkuutähteistä (keskimäärin yli 70 %) oli ajourilla tai ajourien välittömässä läheisyydessä. Menetelmissä YPH + kokop. ja Int. 10 neulaskarikkeen suhteellinen osuus oli pienin 18

19 Hakkuutähteiden ravinnemäärät Hakkuutähteissä koealoille jääneet ravinteet kg/ha Menetelmä N P K Ca Mg B YPH + kokop 39,1 4,5 13,4 27,7 4,2 0,007 JH 67,1 10,8 30,7 53,3 7,6 0,010 YPH 64,5 7,9 24,1 42,9 6,4 0,010 Int ,4 4,4 13,6 25,0 4,1 0,003 Int. JH 41,2 5,1 17,8 28,3 4,7 0,007 Hakkuutähteen kaliumista jäi energiapuukorjuun jälkeen % kasvupaikalle

20 Päätelmät Työn tuottavuuden osalta tulokset ainoastaan suuntaa antavia Puustovaurioiden määrä kohtuullisella tasolla. Juurivaurioriskin takia ajourat kannattaa avata riittävän leveinä Vaikka koe tehtiin kantavuuden kannalta huonona aikana (sateinen myöhäissyksy), puut saatiin kaikilla menetelmillä ajettua ilman suurempaa uppoamisvaaraa Havutuksen määrä kaikissa menetelmissä jäi verraten pieneksi. 10 cm havutus pienentää raiteen syvyyttä vajaat 5 cm täysin havuttomaan kohtaan verrattuna Menetelmissä JH ja YPH, joissa oksat ja latvukset jäävät metsään, on mahdollista pysyä alle 10 cm raiteen syvyydessä 100 tonnin kuormituksella. Tämä merkitsee 2-3 ajokoneen kuormaa. Raskaasti kuormitetuilla kokoojaurilla raiteen syvyys nousee suuremmaksi Kuivempana aikana kohteen korjuu olisi todennäköisesti onnistunut varsin kohtuullisella korjuujäljellä kaikilla vertailumenetelmillä Kaikissa menetelmissä suositusten tavoite metsään jäävän hakkuutähteen määrästä (30 %) toteutui. Hakkuutähteet keskittyivät ajourille Ravinnepoistumat olivat ennakoitua pienemmät. Ravinteiden poisviennin vaikutusten arviointi edellyttäisi pitkäaikaista seurantaa Energiapuun talteenottoa kannattaa välttää kaliumpuutoksen riskialueilla. Ravinnemenetyksiä voidaan korvata PK- tai tuhkalannoituksella Suometsien energianpuun talteenotossa menetelmä Int. JH vaikuttaa parhaalta, kun korjuujälki, ravinnetalous ja kertymät otetaan huomioon 20

21 Liite 1. Turvemaaharvennusten korjuukelpoisuusluokitus (Högnäs ym. 2011) Kuvalähde: Metsäteho Oy 21