Suometsien käsittelyn ja puunkorjuun uudet ratkaisut

Transkriptio

1 Suometsien käsittelyn ja puunkorjuun uudet ratkaisut SUM ohjelman loppuseminaari Jori Uusitalo Jari Ala-ilomäki Marika Salomäki Pentti Niemistö Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

2 Turvemaaharvennus sulan maan aikaan? TURVEMAAN KANTAVUUS UUDET METSÄNKÄSITTELYTAVAT PUUNKORJUUOPERAATIOIDEN TOTEUTTAMINEN

3 Aineistot ja menetelmät KANTAVUUS Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

4 Ensiharvennusleimikoiden karakterisointi metsiköiden sisäinen ja metsiköiden välinen vaihtelu

5 Ensiharvennusleimikoiden karakterisointi metsiköiden sisäinen ja metsiköiden välinen vaihtelu pääosin Etelä-Pohjanmaalla (VMI10:n ojitettujen turvemaiden kertakoealat, ehdotettu ensiharvennus 1-5 v.) 40 koealaa puustomittaukset 2007 kantavuusmittaukset touko-kesäkuu 2008 koealan ja mittauslinjojen sijoittuminen: 20 m 40 m ilmiön ymmärtäminen, kantavuuden ennustaminen

6 Kattava otos

7 Turvenäytteen otto ja leikkauslujuus

8 Ja lisää laitteita

9 Juuristonäytteiden käsittelyä

10

11 Pysyvät kantavuuskoealat 3 kpl Häädetjärvellä Parkanon lähellä (20*40 m) 2 männikköä (puusto n. 100 ja 170 m3/ha) 1 koivikko (n. 130 m3/ha) P K P P P K L K L L K L P K P P K P P = pohjavesi, K = kosteus (40 cm), L = lämpötila

12 Ajourapainuman vaikutus puun kasvuun Mitattiin 8 leimikkoa, joissa metsäkeskusinventoinneissa oli havaittu merkittävä määrä ajourapainumia Yhteistyökumppanit Tapio Metsäteho

13 Mustakeitaan puunkorjuukoe

14 Mustakeitaan puunkorjuukoe Koeala 10 m Kahden metrin välein -Kosteus -Leikkauslujuus (siipikaira) -Kimmomoduuli (levykuormituslaite) -Tunkeumavastus (penetrometri)

15 Mittaradat Metsurikohteet H100 -rata

16 Mittaradat H150 H

17 Mittaradat H200 H

18 Mittaukset Penetrometri Levykuormitus Kosteus Siipikaira + pohjaveden pinta

19 Hakkuu John Deere 1270D

20 Ajokokeet John Deere täystelavarustus ProSilva tela-alustainen kuormatraktori

21 Mittaukset Urapainumien mittaus Videointi Ultraäänilaitteisto Moottoritehon tallennus Stm-tallennuus

22 Kestokoealat Mustakeidas (Jämin alue)

23 Älykkäät teknologiat puunkorjuussa Maarit Haavisto Tomi Kaakkurivaara Jori Uusitalo Ilkka Korpela (HY) Ennakkotiedon hyödyntämismahdollisuudet turvemaiden ennakkosuunnittelussa Päädyttiin testaamaan laserkeilauksen käyttökelpoisuutta Vuorijärvensuo Pinta-ala: ~ 4 ha Yhteistyökumppanit Metsähallitus Helsingin yliopisto Puolukkaturvekangas Tilavuus: 138m3/ha Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

24 Pintamalli Tilavuusestimaatit

25 Mittaukset Hakkuun päätyttyä sekä uudestaan ajon jälkeen painumamittaukset GPS-signaalin saaminen ei ollut helppoa, mikä oli nähtävissä myös huomattavissa eroissa ajourien eri mittauksissa

26 Aineistot ja menetelmät METSÄNKÄSITTELY Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

27 Alikasvoskuusikon säilyttäminen uuden Menetelmä1: Kuusia ei varota puusukupolven perustana hieskoivikon päätehakkuun yhteydessä Niemistö, P., Korpunen, H., Lauren, A. and Salomäki, M. & Uusitalo, J. Menetelmä 2: Kuusia varotaan Yhteistyökumppanit Metsähallitus P-P Metsäkeskus UPM

28 VMI- koealojen metsänkäsittely/kasvatussimulointi Koeala 1 Koeala Koeala 2 Koeala

29 VMI- koealojen metsänkäsittely/kasvatussimulointi Koealan puusto jaettiin ojan suuntaisesti 2 m levyisiin vyöhykkeisiin ja edelleen 2-4 osaan: 1. ajouralta poistettava puusto 2. muu harvennuskertymä 3. kasvamaan jätetty simuloitava puusto (ojan ja ajouran väli) 4. kasvamaan jätetty simuloitava puusto (ajouralta saralle päin)

30 Motti -simulaattori

31 VMI- koealojen metsänkäsittely/kasvatussimulointi Simul nro Selite Jäävä ppa 1 PH; ei ajouraa kuten lähtötil 2 motti EH, H+PH; ajoura 18 % nyk. 3 random EH, motti H+PH; ajoura 8-10, nyk. 4 random EH, motti H+PH; ajoura 8-12, nyk. 5 random EH, motti H+PH; ajoura 6-12 nyk. 6 voimakas random EH 0-8 m, kaikkialle motti H+PH; ajoura 8-12 nyk. 7 voimakas EH, motti PH, ajoura 8-12 alle nyk 8 random EH 0-8 m, motti H m, PH, ajoura 8-12 nyk? 9 motti H+PH kaikkialle, ajoura 8-12 (= myöh EH?) kuten lähtötil Ajouran leveydet 2 m kaistale - vastaa 4 m levyistä ajouraa 4 m kaistale - vastaa 6 m 6 m kaistale vastaa 8 m Ajouran sijoittaminen suhteessa ojaan

32 LOCKTRACK-simulaattori Simulaattori sijoittaa puutavaralajit kasoille ajourien varteen muodostaa mahdolliset ajoreitit käyttää nk. damage-kerrointa, jotta simulaattori valitsee aina järkevimmät reitit kuljettaa puutavarat varasto(i)lle Ratkaisusta tulostetaan kasojen sijainnit valitut ajoreitit rasitus kullekin ajourapisteelle kuljettu matka ja kuorman tilavuus työajanmenekit

33 LOGTRACK-simulaattorin tietorakenteet Logtrail-file - ajourat Boundary-file - Leimikon rajat Ditch-file - ojaverkosto

34 LOGTRACK-simulaattorin tietorakenteet Leimikon data-rakenteen muodostaminen(logtrail-, boundary- tai ditch-file) kävelemällä GPS:n kanssa jo hakatulla harvennushakkuulla Hienosäätö ArcGISin avulla Ajourille tai ojille leveys - luokka Konvertointi RASTER- ja ASCII-formattiin ArcGISin avulla (solu 1x1m)

35 LOGTRACK-simulaattorin tietorakenteet Treelist-file: Jokaisesta yksittäisestä puusta Puulaji, D13, H, Puutavaralajien tilavuudet, (harvennus vai ei), x,y -koordinaatti

36 LOGTRACK-proseduuri Simulaattori hakkaa puun ja sijoittaa puutavaran ajoureitistön varteen sopiviksi kourakasoiksi

37 LOGTRACK-proseduuri Simulaattori generoi kaikki mahdolliset ajoreitit varastopaikoille Simulaattori valitsee optimaalisen joukon reittejä, millä kaikki puut tulee kerättyä mutta aiheuttaen mahdollisimman vähän maastovaurioita

38 LOGTRACK-proseduuri Simulaattori visualisoi kaikki kuormatraktorin yksittäiset ajoreitit Tuottavuusluvut ja ajanmenekit jokaiselle työvaiheelle sekä kuljettu matka jokaiselle yksittäiselle kuormalle että koko puutavaralajille yhteensä

39 LOGTRACK-proseduuri Suhteellinen vaurio, jonka hakkuuoperaatio aiheuttaa Raportointi visuaalisesti väriluokituksen avulla tai tarkka taulukointi (excel-file)

40 Optio: Pri-tiedosto hakkuukoneelta jo hakatuista puista Simulaatori kykenee lukemaan puuston myös pri-formaatissa (StandForD-standard) Hakkuukonee taltio hakatusta puusta myös GPS-tiedon ja tallennetaan pritiedostoon Mahdollisuus testata ajoreittin optimointia tai jopa on-line ohjausta

41 LOGTRACK-simuloinnit Voidaanko ajokertojen määrää lisätä, jos ajouran leveyttä nostetaan? Simulointivaihtoehdot Kaikki urat 4 m Pääajourat 6 m ja muut 4 m Kaikki urat 6 m

42 Turvemaaleimikkoaineistot a. 2,1 ha b. 4,9 ha c. 4,3 ha d. 10,6 ha

43 Tulokset KANTAVUUS Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

44 Turvemaan kantavuuden ennustaminen Turvemaan kantavuuskomponentti jakautuu karkeasti kahteen osaan Puiden, aluskasvillisuuden ja kenttäkerroksen muodostama juuristoverkko Varsinainen turvekerros Kummankin komponentin ominaisuuksilla on merkitystä turvemaan kokonaiskantavuuden muodostamisessa

45 Juuristokerroksen määrä Turvemaiden puut tarvitsevat kivennäismaita enemmän juuristoa puuston kokonaistilavuutta kohden (Laiho & Finer 1996) Mitä karumpi kasvupaikka, sitä suuremman määrän puu tarvitsee ravinteiden ottoa varten (ja uloimmat juuret ulottuvat pitemmälle puusta)- (Finer & Laine 1998, 2000). Empiiriset tuloksemme ( 26 VMI rämettä, 2007 aineisto) vahvistavat tämän teorian Kasvupaikka N Mänty % D1.3 cm M3/ha Turpeen paksuus cm Juurten määrä g/näyte Tiheys g/cm3 Ptkg I , ,6 0,127 Ptkg II , ,8 0,126 Vatkg , ,9 0,116 Yht , ,8 0,

46 Juuristokerroksen määrän arviointi Juuristokerroksen määrää voidaan arvioida siipikairan (tai levykuormituslaitteen ) avulla Juurten määrällä ja leikkauslujuudella, jota voidaan mitata siipikairan avulla, on selkeä positiivinen korrelaatio (0.599, N=17, p=0,011) VMI-aineistossa

47 Juuristokerroksen määrän arviointi

48 Perinteinen siipikaira Maatuneen turpeen leikkauslujuuden mittaukseen t t t Leikkautuva näyte sylinterin muotoinen Pintakerroksesta mitattaessa levyt katkaisevat kantavuutta ajatellen oleelliset juuret

49 Uudentyyppinen piikkisiipikaira Uusi kenttätyökalu nimen omaan tärkeän pintakerroksen lujuuden mittaamiseen Levyjen tilalla alapäästä suippenevat piikit, jotka on ylhäältä kiinnitetty pyöreään levyyn Toimii kuten levymallinen siipikaira Kaira asetetaan turvemaahan niin, että yläosan levy puristaa löyhän pintakerroksen kasaan Piikit asettuvat juurten lomaan ja vahingoittavat niitä ennen mittausta mahdollisimman vähän

50 t t Mahdollisuus mitata perinteiseen tapaan leikkauslujuus kiertämällä kairaa 360 astetta leikkausmoduuli kiertämällä kairaa rikkomatta turpeen pintaa noin astetta Leikkausmoduuli kuvaa jännityksen ja sen aiheuttaman muodonmuutoksen suhdetta: kiertokulma ja vastaava vääntömomentti rekisteröidään Etuja helppo mitata: ei tulkintaa mittaustilanteessa, kiertokulma ei kriittinen, hyvä toistettavuus, edelleen käsityökalu nopea mitata: näyte ei tartu kairaan

51 Piikkisiipikaira

52 Kantavuuden ennustaminen Turpeen kantavuutta voidaan ennustaa luotettavimmin puuston tilavuuden ja leikkauslujuuden avulla Fixed Dependent variable/ Model parameter Painuma hakkuukoneen jälkeen, cm Painuma hakkuukoneen ja kahden ajokerran jälkeen, cm b 0 68,7 (0,000) 124 (0,000) Ln_SiipikairaG_koealan_keskiarvo -6,93 (0.009) -15,4 (0,000) Ln_m3ha -6,97 (0.014) -10,3 (0,003) [Havut=0] 7,51 (0,000) [Havut=1] 0 [Havut=0]* [Ajokone=Deere] 6,80 (0,003) [Havut=0]* [Ajokone=ProSilva] -0,987 (0,566) [Havut=1]* [Ajokone=Deere] -0,269 (0,916) [Havut=1]* [Ajokone=ProSilva] 0 Random var(u l ) 0.00 var(e jkl ) 43.1

53 Kantavuuden ennustaminen Turpeen kantavuutta voidaan ennustaa luotettavimmin puuston tilavuuden ja leikkauslujuuden avulla Kuormatraktorin painuma kahden ajokerran jälkeen Prosilva (havut) eri leikkausmoduuleilla (G, kpa) Prosilva/Deere, leikkausmoduuli G= 40 kpa

54 Kantavuuden vuodenaikainen vaihtelu

55 Kantavuuden vuodenaikainen vaihtelu

56 Kantavuuden vuodenaikainen vaihtelu

57 Kantavuuden vuodenaikainen vaihtelu

58 Kantavuuden vuodenaikainen vaihtelu

59 Kantavuuden vuodenaikainen vaihtelu Vedenpinnan syvyys mittausajankohdan ja etäisyyden ojasta mukaan

60 Kantavuuden vuodenaikainen vaihtelu

61 Kantavuuden vuodenaikainen vaihtelu

62 Malli ajouran kasvuvaikutukselle P. Niemistö kasvu 2 Mallin muoto: kasvu = a - b*ln(urasyvyys)/etäisyys**2 - c*etäisyys 1,5 1 Urapainuma, cm , Etäisyys ajourasta, m

63 Tulokset METSÄNKÄSITTELY Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

64

65 Hankkeen päätuloksia Ajourien leventäminen ainakin osalla ajouraverkostoa on hyvin lupaava apukeino korjuuoperaation toteuttamiseksi sulan maan aikana

66 LOGTRACK-Tuloksia/ Jokihaara Kuitupuukertymäkertymä 116 m 3 Hehtaarikohtainen kertymä 26,1 m Jokihaara2 norm. ajourat Jokihaara2 2x ajorajoitteet Jokihaara muokatut ajouraluokat 1/2 Puusto Täydet Puolikkaat Tyhjät Konetyyppi m 3 /ha kuormat kuormat kuormat TELA_H + TELA_K < ei onnistu onnistuu onnistuu TELA_H + TELA_K onnistuu onnistuu onnistuu TELA_H + TELA_K onnistuu onnistuu onnistuu TELA_H + TELA_K > onnistuu onnistuu onnistuu PYÖRÄ_H + TELA_K < ei onnistu ei onnistu ei onnistu PYÖRÄ_H + TELA_K ei onnistu onnistuu onnistuu PYÖRÄ_H + TELA_K ei onnistu onnistuu onnistuu PYÖRÄ_H + TELA_K > ei onnistu onnistuu onnistuu PYÖRÄ_H + PYÖRÄ_K < ei onnistu ei onnistu ei onnistu PYÖRÄ_H + PYÖRÄ_K ei onnistu ei onnistu ei onnistu PYÖRÄ_H + PYÖRÄ_K ei onnistu onnistuu onnistuu PYÖRÄ_H + PYÖRÄ_K > ei onnistu onnistuu onnistuu

67 Ennakkosuunnittelun merkitys! Laserkeilauksessa on potentiaalia korjuun ennakkosuunnittelussa Puuston määrä (PPA parempi kuin m3) Muu kasvillisuus? Ojien tarkka sijainti Ojapenkat ja kivennäismaasaarekkeet Erityisen tärkeää ajourareitistön ennakkosuunnittelu Ajokertojen määrä/varasto Varastouran ja kokoojauran sijoittaminen

68 Johtopäätökset SOVELTAMINEN KÄYTÄNTÖÖN Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

69 Kriteerit sulanmaanaikaiselle puunkorjuulle Yleisiä ohjeita: Edullisin korjuuajankohta kesäkuu elokuu Maksimi kuorman koko 10 m 3 ylisuuri hetkellinen pintapaine rikkoo juuristokerroksen Vajaakuormilla voidaan estää pintakerroksen rikkoutuminen Havutus on käytettävä maksimimääräisesti hyväksi Mutkat rakennettava loiviksi, alle 45 astetta Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

70 Hakkuukertymä (m 3 ), joka voidaan tuoda yhdelle varastouralle Kenttäkerros/ Aluskasvillisuusluokka/ Leikkausmoduuli m 3 /ha Niukasti tai ei ollenkaan varpukasvillisuutta tai alikasvosta/ leikkausmoduuli kpa Kohtalaisesti varpukasvillisuutta ja/tai alikasvosta/ leikkausmoduuli kpa Normaali kalusto varustettuna suoajovarustuksella Runsaasti varpukasvillisuutta ja/tai alikasvosta/ leikkausmoduuli kpa Täystela-erikoiskonehakkuussa ja lähikuljetuksessa = vaatii sekä kokooja- että varastourien leventämisen

71 Tuloksista käytäntöön Turvemaan uusi korjuujälkikriteeristö Keskimääräinen ajouraleveys dm Ajourapainuman vaikutus puun kasvuun kriteeriksi asetettiin max. 10 % leikkaantunutta väh. 10 cm syvyistä ajouraa Ajourien sijoittelu - > kaikkiin puihin ei välttämättä ole tarpeen yltää harvennuksessa