Valmet 901.4/350.1 rankapuun hakkuussa ensiharvennuksella Kalle Kärhä 1, Arto Mutikainen 2, Sirkka Keskinen 1 & Aaron Petty 1 1 Metsäteho Oy & 2 TTS Tutkimus 11/2011
Tausta & tavoitteet Joukkokäsittely, yhdistetty eli integroitu puunkorjuu, rankapuuna korjuu ja kuormainvaakamittaus ovat lisääntyneet merkittävästi viime vuosien aikana. Kuitupuukokoisten runkojen joukkohakkuusta ja rankapuun korjuusta on suhteellisen vähän tutkimusaineistoja. Tehokkainta ensiharvennuspuun korjuumenetelmää ei ole vielä löydetty. T&K-työtä hakkuu- ja korjuumenetelmien tehostamiseksi on tehtävä voimakkaasti. Tutkimuksessa tehtiin aikatutkimukset ensiharvennuspuun joukkohakkuusta rankapuun korjuussa yhdessä leimikossa yhdeltä koneelta, jossa oli yksi kuljettaja. 2
Kuusi hakkuumenetelmää Aikatutkimusaineisto kerättiin yhdestä Tornator Oy:n ensiharvennussekametsiköstä Savonlinnassa (Savonranta) joulukuussa 2010. Tutkimuksessa testattiin kuutta hakkuumenetelmää: 1. Kuitupuun hakkuu yksinpuin; puulajipuhtaana (Kuitu YP). 2. Kuitupuun hakkuu joukkohakkuuta hyödyntäen; puulajipuhtaana (Kuitu JH). 3. Kuitu- ja rankapuun integroitu hakkuu joukkohakkuuta hyödyntäen; kuitupuu puulajipuhtaana (Integroitu). 4. Rankapuun hakkuu yksinpuin; kaikki samaan kasaan (Ranka samaan YP). 5. Rankapuun hakkuu joukkohakkuuta hyödyntäen; kaikki samaan kasaan (Ranka samaan JH). 6. Rankapuun hakkuu joukkohakkuuta hyödyntäen; puulajipuhtaana (Ranka erilleen JH). 3
Valmet 901.4/350.1 Kullekin hakkuumenetelmälle perustettiin yksi aikatutkimuskoeala. Työmenetelmiä testattiin kerimäkeläisen Metsäurakointi Behm Oy:n Valmet 901.4 -hakkuukoneella, jossa oli Valmet 350.1 -hakkuulaite ja CRH 15 -nosturi (ulottuvuus: 10 m). Joukkokäsittely hakkuulaitteessa toteutettiin ohjelmallisesti. Hakkuukoneen kuljettajalla oli vankka, 12 vuoden kokemus hakkuukonetyöstä harvennuksilta. Rankapuun hakkuuta kuljettaja oli tehnyt yhteensä 8 kuukautta (noin 150 ha) ennen tutkimusta. Vastaavasti integroitua hakkuuta kuljettaja ei ollut tehnyt lainkaan ennen tutkimusta. 4
Valmet 901.4 & Valmet 350.1 5
Valmet 350.1 Paino: noin 1 000 kg. Max. kaato-/katkaisuläpimitta: 60 cm. Katkaisu: teräketju. Karsinta: 4 karsintaterää. Syöttö: 4 syöttörullaa. Ohjaus- ja tietojärjestelmä: MaxiXplorer. 6
Valmet 350.1 Tutkimuksessa oli käytössä yrittäjän modifioimat MenSe XL -syöttörullat. Modifioinnilla oli pyritty parantamaan runkojen keskittyvyyttä hakkuulaitteessa. 7
Valmet 350.1 8
Ennen hakkuuta Runkopuuhaketta 1 www.metsateho.fi Hakkuun jälkeen Runkopuuhaketta 2 Kärhä, Hautala & Mutikainen 9
Aineistona vajaan 2 000 puun hakkuu Tutkimuksessa hakattiin kaikkiaan 1 875 puuta. Poistumasta puolet (51 %) oli lehtipuuta, lähinnä koivua. Männyn osuus oli 42 % ja kuusen 7 %. Koivun osuus poistumasta vaihteli koealoittain välillä 10 75 %. Männyn osuus oli 18 82 % ja kuusen 4 14 %. Kuitu- ja rankapuu hakattiin seuraavin mitoin: Pituus: Havukuitupuu: 2,7 4,5 m Koivukuitupuu: 2,7 3,0 m Rankapuu: 2,7 5,0 m. Minimilatvaläpimitta: Mäntykuitupuu: 6 cm Kuusikuitupuu: 7 cm Koivukutipuu: 5 cm Rankapuu:. 10
Valtaosa poistumasta koivua ja mäntyä Osuus hakatuista puista, % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Lehtipuu Kuusi Mänty Kuitu YP Kuitu JH Integroitu Ranka samaan YP Ranka samaan JH Ranka erilleen JH 11
Mittaus kuormainvaa'alla Hakatut puut metsäkuljetettiin koealoittain hakkuun jälkeen tienvarteen Valmet 830.3 -kuormatraktorilla, jossa oli Valmet-kuormainvaaka. Yhteensä tutkimuksessa korjattiin 102 870 kg (= 103 tonnia) puuta. Tuoretonnit muunnettiin kiintokuutiometreiksi Metsäntutkimuslaitoksen määrittämillä tuoretiheysluvuilla (Lindblad ym. 2010, MMMn asetus 2010): Mäntykuitupuu 954 kg/m 3 Kuusikuitupuu 869 kg/m 3 Koivukuitupuu 917 kg/m 3 Havurankapuu 930 kg/m 3 Lehtirankapuu 900 kg/m 3. Kiintokuutiometreinä korjattu puumäärä oli yhteensä 110 m 3. 12
Poistumissa vaihtelua koealoittain Kuitupuun hakkuun koealoilla poistuma oli kooltaan pääosin 9 12 cm. Integroidussa hakkuussa ja rankapuun hakkuussa merkittävä osuus poistumasta oli rinnankorkeusläpimitaltaan 5 6 cm. Poistuman tiheys oli koealoittain 980 3 770 r/ha ollen keskimäärin 1 947 r/ha. Poistuman keskikoko oli tutkimuksessa 61 dm 3 eli 57 kg. Hakkuukertymä nousi koealoittain korkeaksi (73 153 m 3 /ha eli 69 142 ton/ha). 13
Poistuman rinnankorkeusläpimittajakauma 60 Kuitu YP Osuus hakatuista puista, % 50 40 30 20 10 0 1-2 3-4 5-6 7-8 9-10 11-12 13-14 15-16 17-18 >18 Kuitu JH Integroitu Ranka samaan YP Ranka samaan JH Ranka erilleen JH Rinnankorkeusläpimittaluokka, cm 14
Korjuuolot aikatutkimuskoealoittain Hakkuumenetelmä Lähtöpuusto, r/ha Poistuma, r/ha Poistuman keskikoko, dm 3 Hakkuukertymä, m 3 /ha 1 Kuitu YP Kuitu JK Integroitu Ranka samaan YP Ranka samaan JH Ranka erilleen JH 2 420 2 050 2 900 4 560 2 780 2 350 1 420 980 2 050 3 770 1 990 1 480 73 74 58 41 57 64 104 (104 + 0) 73 (73 + 0) 120 (103 + 17) 153 (153 + 0) 113 (113 + 0) 95 (95 + 0) 1 Hakkuukertymä: Kokonaishakkuukertymä (kuitu-/rankapuukertymä + energiapuukertymä). 15
2 4 runkoa yhteen taakkaan Aikatutkimuksessa joukkohakkuuta hyödyntäneissä työmenetelmissä joukkokäsittelyprosentti oli koealoittain 40 74 %. Kun joukkohakkuuta käytettiin, yhteen taakkaan otettiin yleisimmin 2 4 puuta. Joukkokäsittelyä hyödyntäneissä työmenetelmissä taakkakoko oli tutkimuksessa keskimäärin 1,43 puuta/taakka. Isoin keskitaakkakoko (1,92 r/taakka) saavutettiin rankapuun samaan kasaan hakkuussa hyödyntäen joukkokäsittelyä (Ranka samaan JH). 16
Joukkohakattujen puiden osuus koealoittain Joukkokäsittelyprosentti, % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Kuitu YP Kuitu JH Integroitu Ranka samaan YP Ranka samaan JH Ranka erilleen JH 1 Hakkuukoneen kuljettajalle annettiin lupa ottaa yhteen taakkaan 2 3 puuta, kun ne tulivat taakkaan yhdellä kertaan. 17
Taakkakokojakauma Osuus hakatuista puista, % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 6 r/taakka 5 r/taakka 4 r/taakka 3 r/taakka 2 r/taakka 1 r/taakka Kuitu YP Kuitu JH Integroitu Ranka samaan YP Ranka samaan JH Ranka erilleen JH 1 Hakkuukoneen kuljettajalle annettiin lupa ottaa yhteen taakkaan 2 3 puuta, kun ne tulivat taakkaan yhdellä kertaan. 18
Taakkakoko poistuman koon suhteen 3,0 2,8 Kuitu YP Taakkakoko, r/taakka 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 Kuitu JH Integroitu Ranka samaan YP Ranka samaan JH 1,2 1,0 1-2 3-4 5-6 7-8 9-10 11-12 13-14 15-16 17-18 >18 Ranka erilleen JH Rinnankorkeusläpimittaluokka, cm 19
Hakkuun tehotuntituottavuus Hakkuun tehotuntituottavuus oli tutkimuksessa keskimäärin: 11,5 m 3 /h (vaihteluväli koealoittain 9,1 14,7 m 3 /h) 195 runkoa/h (148 259 r/h). 20
Hakkuun tehotuntituottavuus (m 3 /h) koealoittain 16 Tuottavuus, m 3 /tehotunti 14 12 10 8 6 4 2 0 Kuitu YP Kuitu JH Integroitu Ranka samaan YP Ranka samaan JH Ranka erilleen JH 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Poistuman keskijäreys, dm 3 21
Hakkuun tehotuntituottavuus (runkoa/h) koealoittain 300 Tuottavuus, r/tehotunti 250 200 150 100 50 0 Kuitu YP Kuitu JH Integroitu Ranka samaan YP Ranka samaan JH Ranka erilleen JH 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Poistuman keskijäreys, dm 3 22
Hakkuun ajanmenekki Kun hakattiin rinnankorkeusläpimitaltaan 7 15 cm:n puita, rungon käsittelyn ajanmenekki (s/r) oli: Kuitupuun yksinpuin hakkuussa (Kuitu YP) 8 23 % korkeampi kuin kuitupuun joukkohakkuussa (Kuitu JK). Rankapuun yksinpuin hakkuussa (Ranka samaan YP) 4 26 % korkeampi kuin rankapuun joukkohakkuussa (Ranka samaan JK). Rankapuun hakkuussa, jossa hakattiin puulajipuhtaaksi (Ranka erilleen JH), 9 21 % korkeampi kuin samaan kasaan hakattaessa (Ranka samaan JH). Integroidussa hakkuussa ajanmenekki nousi muita tutkittuja työmenetelmiä korkeammaksi. 23
Rungon käsittelyaika Rungon käsittelyaika, s/r 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Kuitu YP Kuitu JH Integroitu Ranka samaan YP Ranka samaan JH Ranka erilleen JH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Rinnankorkeusläpimitta, cm 24
Hakkuun tuottavuus Kun hakattiin rinnankorkeusläpimitaltaan 7 15 cm:n puita, hakkuutyön tuottavuus oli: Kuitupuun joukkohakkuussa (Kuitu JH) 8 16 % korkeampi kuin kuitupuun yksinpuin hakkuussa (Kuitu YP). Rankapuun joukkohakkuussa (Ranka samaan JH) 5 19 % korkeampi kuin rankapuun yksinpuin hakkuussa (Ranka samaan YP). Rankapuun hakkuussa, jossa hakattiin samaan kasaan (Ranka samaan JH), 3 28 % korkeampi kuin hakattaessa puulajipuhtaaksi (Ranka erilleen JH). Integroidussa hakkuussa selvästi matalampi kuin rankapuun hakkuussa. 25
Hakkuun tehotuntituottavuus (m 3 /h) Tuottavuus, m 3 /tehotunti 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Kuitu YP Kuitu JH Integroitu Ranka samaan YP Ranka samaan JH Ranka erilleen JH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Rinnankorkeusläpimitta, cm 26
Hakkuun suhteellinen tuottavuus Suhteellinen tehotuntituottavuus, % 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 Kuitu YP Kuitu JH Integroitu Ranka samaan YP Ranka samaan JH Ranka erilleen JH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Rinnankorkeusläpimitta, cm 27
Hakkuun tehotuntituottavuus (runkoa/h) 350 Tuottavuus, r/tehotunti 300 250 200 150 100 50 0 Kuitu YP Kuitu JH Integroitu Ranka samaan YP Ranka samaan JH Ranka erilleen JH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Rinnankorkeusläpimitta, cm 28
Tarkastelu I Harvennuspuun korjuussa on tapahtunut merkittävä kehityshyppäys kuluneen parin, kolmen vuoden aikana. Joukkohakkuuta on alettu hyödyntää ns. Kemera-leimikoiden lisäksi ensiharvennusleimikoissa. Merkittäviä määriä energiapuuta korjataan integroidusti kuitupuuleimikoista. Korjattu energia- ja ainespuu mitataan kuormainvaa alla tuoretonneissa (vrt. Melkas 2011). Nykyisin arviolta reilusti yli puolessa kuormatraktoreista on kuormainvaaka (vrt. Melkas 2010). Kehityshyppäyksellä on pyritty tehostamaan puunkorjuuta ja tuomaan joustavuutta puunhankintaan. Kehityshyppäystä ei ole vielä suoritettu loppuun. Kehityshyppäyksen hyötyjen maksimointi edellyttää tehostamiskeinojen entistä parempaa soveltamista käytäntöön sekä kehityksen tukemista ja seuraamista. 29
www.metsateho.fi Puunkorjuun tehostamiskeinojen KolmiYhteys Joukkohakkuu Kuitu- ja energiapuun integroitu korjuu 11/2011 Kuormainvaakamittaus 16.8.2011 30
Tarkastelu II 2000-luvulla on tehty joitakin joukkohakkuututkimuksia. Kalustona on ollut monesti keskiraskas harvennushakkuukone ja harvennuksille sopiva hakkuulaite joukkokäsittelykäpälillä. Leimikkoina ovat olleet pääosin ensiharvennusmänniköt. Tehdyssä tutkimuksessa: Joukkohakkuuta haluttiin viedä järeämmän puun hakkuuseen. Edellyttää tavanomaista harvennuskonetta järeämpää kalustoa. Ja selvittää ohjelmallisen joukkohakkuun toimivuutta ja mahdollisuuksia. Tehty tutkimus osoitti, että: Järeä hakkuulaite ja peruskone mahdollistavat isokokoistenkin kuitupuurunkojen joukkokäsittelyn. Ohjelmallinen joukkokäsittely toimii hyvin. 31
Tarkastelu III Tutkimuksessa saavutetut hakkuun tuottavuustasot olivat korkeita. Tutkimuksessa ollut hakkuukoneen kuljettaja oli hyvin kokenut ja taitava. Kuitupuun ja rankapuun joukkohakkuun (Kuitu JH & Ranka samaan JH) tuottavuus oli 5 19 % korkeampi kuin yksinpuin hakkuussa (Kuitu YP & Ranka samaan YP). Jatkossa joukkohakkuuta tullaan hyödyntämään ensiharvennusten lisäksi myöhemmillä harvennuksilla ja pienirunkoisilla päätehakkuilla kuitu- ja rankapuun hakkuussa. Se, miten järeiden puiden hakkuussa joukkokäsittelyn hyödyntäminen kannattaa, riippuu: Kuinka järeää hakkuukonetta ja hakkuulaitetta käytetään? Kuinka tottunut hakkuukoneen kuljettaja on joukkohakkuuseen? Minkälainen poistuma on rakenteeltaan leimikossa? 32
Tarkastelu IV Tutkimuksessa rankapuuna korjuu / integroitu korjuu nosti hakkuukertymää (ja hakkuun tuottavuutta) verrattuna pelkän kuitupuun korjuuseen. Jatkossa rankapuun (erillis)korjuu sekä kuitu- ja rankapuun integroitu korjuu tulevat yleistymään. Kuitu- ja energiapuumarkkinat määräävät tahdin. Tutkimuksessa integroidun hakkuun tuottavuus jäi selvästi pienemmäksi kuin muissa testatuissa työmenetelmissä (vrt. Kärhä ym. 2010, 2011). Tulosta selittää se, ettei kuljettaja ollut tehnyt ennen tutkimusta lainkaan integroitua hakkuuta kahden kasan menetelmällä. Tehokkaiden hakkuumenetelmien parhaiden käytäntöjen tunnetuksi tekoa tarvitaan edelleen (esim. Kärhä ym. 2009, Kärhä & Mutikainen 2010). 33
Kuitu- ja energiapuumarkkinat + Energiapuun erilliskorjuu Kuitu- ja energiapuun integroitu korjuu Kuitupuun kysyntä + Energiapuun kysyntä Kuitupuun erilliskorjuu 34
ja korjuuolot määrittävät korjuumenetelmän Kun korjuukohde pienirunkoinen. Kun sekä kuitu- että rankapuukertymät hyvät. Kun energiapuuta vain vähän saatavilla tai korjuukohde heikosti kantava. Rankapuun erilliskorjuu Kokopuun erilliskorjuu Kuitu- ja ranka- puun integroitu korjuu Ainespuun erilliskorjuu Poistuman keskijäreys 35
Tarkastelu V Tutkimuksessa tarkasteltiin myös rankapuun samaan kasaan hakkuun (Ranka samaan JH) ja puulajipuhtaaksi hakkuun (Ranka erilleen JH) ajanmenekkejä. Rankapuun samaan kasaan hakkuun tuottavuus oli korkeampi kuin puulajipuhtaaksi hakkuussa (vrt. Kärhä ym. 2011). Hakkuutyön rationalisoinnilla on merkittävä potentiaali. Puutavaralajien määrä on minimoitava, mikäli mahdollista; tällä on kustannusvaikutuksia sekä hakkuuseen että myös metsäkuljetukseen. 36
Viitekirjallisuus Kärhä, K. & Mutikainen, A. 2010. Kohti kustannustehokkaampaa puunhankintaa nuorista metsistä. Teho 1/2010: 8 11. Kärhä, K., Högnäs, T., Kumpare, T., Kovettu, A. & Mutikainen, A. 2009. Ponsse H53e ensiharvennusmännikön integroidussa hakkuussa. Metsätehon tuloskalvosarja 5/2009. Kärhä, K., Mutikainen, A., Keskinen, S. & Petty, A. 2010. Integroidusti vai erilliskorjuuna koko- vai rankapuuna? 2/2010. Kärhä, K., Kumpare, T., Keskinen, S. & Petty, A. 2011. Ponsse Ergo/H7 rankapuun hakkuussa ensiharvennuksella. 1/2011. Lindblad, J., Äijälä, O. & Koistinen, A. 2010. Energiapuun mittaus. Tapio & Metla, 27.9.2010. Maa- ja metsätalousministeriön asetus kuormainvaa an käytöstä puutavaran mittauksessa ja erien erillään pidosta annetun maa- ja metsätalousministeriön asetuksen muuttamisesta. 2010. (Dnro 666/14/2010, Nro 8/10). Melkas, T. 2010. Markkinoilla olevat kuormainvaa at ja niiden ominaisuudet. 4/2010. Melkas, T. 2011. Puutavaran mittausmenetelmien osuudet vuonna 2010. 8a/2011. 37