Suometsien käsittelyn ja puunkorjuun uudet ratkaisut MKL seminaari 25.11.2011 Jori Uusitalo Jari Ala-ilomäki Marika Salomäki Pentti Niemistö Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Turvemaaharvennus sulan maan aikaan? TURVEMAAN KANTAVUUS UUDET METSÄNKÄSITTELYTAVAT PUUNKORJUUOPERAATIOIDEN TOTEUTTAMINEN 30.11.2011 2
Aineistot ja menetelmät KANTAVUUS Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Ensiharvennusleimikoiden karakterisointi metsiköiden sisäinen ja metsiköiden välinen vaihtelu
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 30.11.2011 5
Kattava otos
Turvenäytteen otto ja leikkauslujuus 30.11.2011 7
Ja lisää laitteita... 30.11.2011 8
Juuristonäytteiden käsittelyä 30.11.2011 9
30.11.2011 10
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 30.11.2011 11
Ajourapainuman vaikutus puun kasvuun Mitattiin 8 leimikkoa, joissa metsäkeskusinventoinneissa 2000-2004 oli havaittu merkittävä määrä ajourapainumia Yhteistyökumppanit Tapio Metsäteho 30.11.2011 12
Mustakeitaan puunkorjuukoe 30.11.2011 13
Mustakeitaan puunkorjuukoe Koeala 10 m Kahden metrin välein -Kosteus -Leikkauslujuus (siipikaira) -Kimmomoduuli (levykuormituslaite) -Tunkeumavastus (penetrometri) 30.11.2011 14
Mittaradat Metsurikohteet H100 -rata 30.11.2011 15
Mittaradat H150 H150 30.11.2011 16
Mittaradat H200 H200 30.11.2011 17
Mittaukset Penetrometri Levykuormitus Kosteus Siipikaira + pohjaveden pinta 30.11.2011 18
Hakkuu John Deere 1270D 30.11.2011 19
Ajokokeet John Deere 1210 + täystelavarustus ProSilva tela-alustainen kuormatraktori 30.11.2011 20
Mittaukset Urapainumien mittaus Videointi Ultraäänilaitteisto Moottoritehon tallennus Stm-tallennuus 30.11.2011 21
Kestokoealat Mustakeidas (Jämin alue) 30.11.2011 22
Aineistot ja menetelmät METSÄNKÄSITTELY Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
VMI- koealojen metsänkäsittely/kasvatussimulointi Koeala 1 Koeala 11 25 20 20 15 15 10 10 5 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Koeala 2 Koeala 23 25 25 20 20 15 15 10 10 5 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 30.11.2011 24
VMI- koealojen metsänkäsittely/kasvatussimulointi 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Koeala 28 0 10 20 30 40 4 3 2 2 1 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) 30.11.2011 25
Motti -simulaattori 30.11.2011 26
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 12-20 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 30.11.2011 27
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 30.11.2011 28
LOGTRACK-simulaattorin tietorakenteet Logtrail-file - ajourat Boundary-file - Leimikon rajat Ditch-file - ojaverkosto 30.11.2011 29
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) 30.11.2011 30
LOGTRACK-simulaattorin tietorakenteet Treelist-file: Jokaisesta yksittäisestä puusta Puulaji, D13, H, Puutavaralajien tilavuudet, (harvennus vai ei), x,y -koordinaatti 30.11.2011 31
LOGTRACK-proseduuri Simulaattori hakkaa puun ja sijoittaa puutavaran ajoureitistön varteen sopiviksi kourakasoiksi 30.11.2011 32
LOGTRACK-proseduuri Simulaattori generoi kaikki mahdolliset ajoreitit varastopaikoille Simulaattori valitsee optimaalisen joukon reittejä, millä kaikki puut tulee kerättyä mutta aiheuttaen mahdollisimman vähän maastovaurioita 30.11.2011 33
LOGTRACK-proseduuri Simulaattori visualisoi kaikki kuormatraktorin yksittäiset ajoreitit Tuottavuusluvut ja ajanmenekit jokaiselle työvaiheelle sekä kuljettu matka jokaiselle yksittäiselle kuormalle että koko puutavaralajille yhteensä 30.11.2011 34
LOGTRACK-proseduuri Suhteellinen vaurio, jonka hakkuuoperaatio aiheuttaa Raportointi visuaalisesti väriluokituksen avulla tai tarkka taulukointi (excel-file) 30.11.2011 35
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 30.11.2011 36
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 30.11.2011 37
Turvemaaleimikkoaineistot a. 2,1 ha b. 4,9 ha c. 4,3 ha d. 10,6 ha
Tulokset KANTAVUUS Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
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 30.11.2011 40
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 9 83 15,4 151 61 4,6 0,127 Ptkg II 10 76 14,2 143 80 4,8 0,126 Vatkg 7 96 13,8 100 100 4,9 0,116 Yht. 26 84 14,5 134 79 4,8 0,124 30.11.2011 41
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 30.11.2011 42
Juuristokerroksen määrän arviointi 30.11.2011 43
Kantavuuden ennustaminen Turpeen kantavuutta voidaan ennustaa luotettavimmin puuston tilavuuden ja leikkauslujuuden avulla Fixed Dependent variable/ Model parameter 30.11.2011 44 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
Painuma, cm Sinkage, m3 Kantavuuden ennustaminen Turpeen kantavuutta voidaan ennustaa luotettavimmin puuston tilavuuden ja leikkauslujuuden avulla Kuormatraktorin painuma kahden ajokerran jälkeen 25 Prosilva (havut) eri leikkausmoduuleilla (G, kpa) 35 Prosilva/Deere, leikkausmoduuli G= 40 kpa 30 20 25 15 10 5 60 50 20 Leikkaus moduuli (kpa) 40 30 20 15 10 5 John Deere havut=0 Prosilva havut=0 John Deere havut=1 Prosilva havut=1 0 80 100 120 140 160 180 200 0 60 80 100 120 140 160 180 200 220 m3/ha m3/ha 30.11.2011 45
lämpötila, o C Kantavuuden vuodenaikainen vaihtelu 14 Turpeen lämpötila eri syvyyksillä (koeala mä 3) vuosina 2008-2010 12 10 8 6 4 2 0 cm 10 cm 20 cm 40 cm 0-2 -4 40 44 48 52 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 3 7 11 15 19 viikko 30.11.2011 46
Kantavuuden vuodenaikainen vaihtelu Vedenpinnan syvyys mittausajankohdan mukaan 0 10 20 syvyys, cm 30 40 mä1 ko2 50 mä3 60 70 30.11.2011 47
kosteus % Kantavuuden vuodenaikainen vaihtelu 70,00 Turpeen kosteus 0-20 cm 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 mä1 ko2 mä3 yht 10,00 0,00 30.11.2011 48
syvyys, cm Kantavuuden vuodenaikainen vaihtelu Vedenpinnan syvyys mittausajankohdan ja etäisyyden ojasta mukaan 100 m3/ha Koeala mä1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 170 m3/ha Koeala mä3 3 m 8 m 13 m 18 m 30.11.2011 49
E, kpa Kantavuuden vuodenaikainen vaihtelu Kimmokerroin vs. vedenpinnan syvyys k_a 180 160 y = 0,7521x + 112,13 140 120 y = 0,7325x + 108,58 100 80 y = 0,5932x + 72,49 Mä1 Ko2 Mä3 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Vedenpinnan syvyys, cm 30.11.2011 50
Malli ajouran kasvuvaikutukselle P. Niemistö kasvu 2 Mallin muoto: kasvu = a - b*ln(urasyvyys)/etäisyys**2 - c*etäisyys 1,5 1 Urapainuma, cm 1 5 10 20 30 50 0,5 0 0 2 4 6 8 10 12 Etäisyys ajourasta, m 30.11.2011 51
Tulokset METSÄNKÄSITTELY Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Ainespuun kertymä, hakkuutulot ja päätehakkuun tukkiprosentti eri simuloinneissa 350,0 300,0 58,4 % 67,3 % 67,4 % 66,8 % 62,9 % 67,6 % 64,8 % 64,5 % 3000,0 2500,0 250,0 2000,0 m3/ha 200,0 1500,0 (3%) 150,0 100,0 1000,0 50,0 500,0 0,0 0,0 kasvatusaika m3/ha ensiharv m3/ha hakkuutulot (3%) päätehakkuu tukki% 30.11.2011 53
Hankkeen päätuloksia Ajourien leventäminen ainakin osalla ajouraverkostoa on hyvin lupaava apukeino korjuuoperaation toteuttamiseksi sulan maan aikana 30.11.2011 54
LOGTRACK-Tuloksia/ Jokihaara Kuitupuukertymäkertymä 116 m 3 Hehtaarikohtainen kertymä 26,1 m 3. 30.11.2011 55 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 <120 4 8 8 ei onnistu onnistuu onnistuu TELA_H + TELA_K 120-170 6 12 12 onnistuu onnistuu onnistuu TELA_H + TELA_K 170-200 6 12 12 onnistuu onnistuu onnistuu TELA_H + TELA_K >200 6 12 12 onnistuu onnistuu onnistuu PYÖRÄ_H + TELA_K <120 2 4 4 ei onnistu ei onnistu ei onnistu PYÖRÄ_H + TELA_K 120-170 3 6 6 ei onnistu onnistuu onnistuu PYÖRÄ_H + TELA_K 170-200 3 6 6 ei onnistu onnistuu onnistuu PYÖRÄ_H + TELA_K >200 3 6 6 ei onnistu onnistuu onnistuu PYÖRÄ_H + PYÖRÄ_K <120 1 3 3 ei onnistu ei onnistu ei onnistu PYÖRÄ_H + PYÖRÄ_K 120-170 2 4 4 ei onnistu ei onnistu ei onnistu PYÖRÄ_H + PYÖRÄ_K 170-200 2 6 6 ei onnistu onnistuu onnistuu PYÖRÄ_H + PYÖRÄ_K >200 2 6 6 ei onnistu onnistuu onnistuu
Johtopäätökset SOVELTAMINEN KÄYTÄNTÖÖN Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
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 www.metla.fi
Hakkuukertymä (m 3 ), joka voidaan tuoda yhdelle varastouralle Kenttäkerros/ Aluskasvillisuusluokka/ Leikkausmoduuli m 3 /ha 1 2 3 Niukasti tai ei ollenkaan varpukasvillisuutta tai alikasvosta/ leikkausmoduuli 20-30 kpa Kohtalaisesti varpukasvillisuutta ja/tai alikasvosta/ leikkausmoduuli 30-40 kpa Normaali kalusto varustettuna suoajovarustuksella Runsaasti varpukasvillisuutta ja/tai alikasvosta/ leikkausmoduuli 50-60 kpa 1 120-150 20 30 40 2 150-180 30 40 50 3 180-220 40 50 60 Täystela-erikoiskonehakkuussa ja lähikuljetuksessa 1 120-150 40 60 80 2 150-180 60 80 100 3 180-220 80 100 120 = vaatii sekä kokooja- että varastourien leventämisen
Tuloksista käytäntöön Turvemaan uusi korjuujälkikriteeristö Keskimääräinen ajouraleveys 40-50 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 30.11.2011 59