Результат интеллектуальной деятельности: Способ восстановления леса

Изобретение относится к лесному хозяйству при проведении искусственного лесовосстановления и содействия естественному лесовозобновлению, в частности к способам, обеспечивающим восстановление леса на площадях, трудно восстанавливаемых или недоступных для наземных средств механизации и человека.

Под трудно восстанавливаемыми подразумеваются площади:

- освободившиеся в результате вырубок, в том числе паловых, неэффективные для операционной технологии наземного высева или посадки;

- освободившиеся в результате гарей, неэффективные для операционной технологии наземного высева или посадки;

- недоступные для наземных средств механизации по климатическим и геоморфологическим причинам;

- недоступные для людей ввиду осложненности радиационным фоном и (или) после техногенных катастроф.

Известен способ восстановления леса на вырубках (А.с. SU №1501975; МПК A01G 23/00; опубл. 23.08.1989), включающий полосную подготовку площади и посадку лесных культур.

Известен способ лесовосстановления (пат. RU №2138947; МПК A01G 23/00; опубл. 10.10.1999), включающий подготовку площади (вырубку деревьев и кустарников, почвообработку, культивацию центральной части ряда), посадку лесных культур, осуществляющий одновременно с постепенной рубкой минерализацию сухих песчаных почв и обеспечивающий за счет этого появление подроста и возобновление леса без затрат на создание культур.

Известен способ лесовосстановления (пат. RU №2238634; МПК A01G 23/00; опубл. 27.10.2004), включающий подготовку площади (вырубку, разметку проходов машинного агрегата, насечку поверхности пней в пределах ширины трактора, нанесение спор из плодовых тел и мицелия грибов для полуразрушения или полного разрушения пней в течение 3-5 лет, 1-2-кратный проход по размеченной для посадки полосе орудий типа ножевых катков) и посадку лесных культур.

Недостатками данных способов являются высокие энергоемкость, материалоемкость и трудоемкость, а также низкая приживаемость лесных культур вследствие повреждаемости корневой системы при двойной пересадке.

Известен способ лесоразведения и лесовосстановления в больших масштабах с использованием летательных аппаратов (пат. WO №2007/033446; МПК A01G 23/00, А01С 11/00; опубл. 29.03.2007), включающий подготовку площади к посадке в виде орошения каплями с регулируемым размером (вода и гербициды), посадку сеянцев с вертолета или планера в одноразовых коконах стреловидной формы.

Недостатками данного способа являются высокие энергоемкость, материалоемкость и трудоемкость, низкие приживаемость культур вследствие повреждаемости корневой системы и точность посадки.

Известен способ лесовосстановления на горных склонах (пат. RU №2643245; МПК A01G 23/00; опубл. 31.01.2018), включающий подготовку площади, посадку сеянцев, причем лесовосстановление осуществляют на горных склонах поэтапно: на первом этапе определяют горные участки для лесовосстановления с учетом наличия дичков-сеянцев на соседних участках в низине, вблизи дороги, карьеров или оврагов, на втором этапе производят выкопку двух-трехлетних дичков-сеянцев и пересадку их на места на выбранных участках с последующим поливом, образуя куртины для создания условий семенам выросших деревьев куртин в 20-30-летнем возрасте в осенне-весенний периоды переноситься ветровыми потоками на остальную часть выбранного участка.

Недостатками данного способа являются возможное повреждение корневой системы у пересаживаемых двух-трехлетних деревьев, высокие затраты на проведение пересадки деревьев, возрастающие при проведении пересадки вручную, а также значительно растянутый во времени процесс лесовосстановления.

Наиболее близким по технологии реализации к предлагаемому способу является способ лесовосстановления (пат. US №5406898; МПК A01G 23/02; опубл. 18.04.1995), включающий подготовку площади (вырубку деревьев и кустарников, транспортировку хлыстов), подготовку лесного репродуктивного материала (измельчение на месте порубочных остатков, включающих шишки, и получение из них семян разных хвойных культур), высев вразброс на восстанавливаемой площади.

Недостатками данного способа являются абсолютная сезонность осуществления данного способа, поскольку урожайность семян в шишках обеспечивается только в определенный период один раз в три-четыре года, высокая повреждаемость и низкая жизнеспособность репродуктивного материала.

Заявленное изобретение предназначено для лесовосстановления и направлено на решение задачи повышения качества, скорости механизированных лесовосстановительных работ с учетом повышения приживаемости и сохранности лесного репродуктивного материала.

Поставленная задача возникает в лесном хозяйстве при необходимости искусственного лесовосстановления или содействия естественному лесовозобновлению.

Технический результат достигается тем, что способ восстановления леса, включающий группы операций подготовки площади, подготовки лесного репродуктивного материала, высева семян или посадки сеянцев на площади, согласно изобретению, дополнительно включает группу операций мониторинга: операции предварительной многокритериальной оценки площади лесовосстановления с целью определения необходимости и эффективности выполнения энергозатратных и трудоемких операций по их подготовке, одновременного контроля качества высева семян или посадки сеянцев и последующего контроля приживаемости и сохранности лесных культур, реализованные на базе беспилотного летательного аппарата вертолетного, самолетного или гибридного типов; в группу операций подготовки лесного репродуктивного материала дополнительно введены: альтернативная операция экспресс-анализа геометрических и спектрометрических характеристик семян, осуществляемого в полевых условиях с применением мобильных технических средств - экспресс-анализаторов, выделяющих на самой ранней стадии обработки жизнеспособные цветосеменные расы в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн, являющиеся основой для получения лесного репродуктивного материала с заданными качественными признаками, альтернативная операция капсулирования лесного репродуктивного материала, осуществляемая в полевых условиях с применением мобильных технических средств, формирующих капсулы определенной аэродинамической формы, массы и прочности, с необходимым запасом питательных, фунгицидных и противохищнических веществ, обеспечивающие оптимальные показатели семян при высеве и сеянцев при посадке, в том числе с воздуха, и защитные функции для сеянцев на ювенильной стадии онтогенеза; в группу операций высева семян или посадки сеянцев на площади дополнительно введена альтернативная операция точечного высева семян или посадки сеянцев с воздуха, осуществляемая с применением беспилотных летательных аппаратов вертолетного, самолетного или гибридного типов, оснащенных с учетом их взлетной массы навигационным оборудованием на основе тесноинтегрированной инерциально-спутниковой системы, обеспечивающей при пропадании спутниковых измерений определение всех параметров движения по автономному алгоритму на длительных интервалах времени, оборудованием для одновременного хранения высеваемых семян или высаживаемых сеянцев, контроля заданной нормы высева семян или посадки сеянцев по количественному или массовому признаку и точного высева семян или посадки сеянцев в зависимости от заданной схемы размещения лесных культур и скорости беспилотного летательного аппарата, энергоаккумулирующим оборудованием для создания запаса энергии с целью направленного перемещения лесосеменных капсул или капсул с сеянцами на восстанавливаемую площадь, обеспечивающим заданную глубину высева семян или посадки сеянцев в зависимости от высоты летного коридора и агротехнического состояния площади.

На фиг. представлена структурная схема осуществления способа восстановления леса, включающая группы операций: мониторинга площади 1₁, 1₂, …, 1_K; подготовки площади 2₁, 2₂, …, 2_K; подготовки лесного репродуктивного материала 3₁, 3₂, …, 3_K; высева семян или посадки сеянцев на площади 4₁, 4₂, …, 4_K.

Реализация способа восстановления леса осуществляется в следующем порядке.

1. Проводят группу операций мониторинга площади 1₁, 1₂, …, 1_K, включающую операции предварительной многокритериальной оценки площади лесовосстановления, реализованные на базе беспилотного летательного аппарата вертолетного, самолетного или гибридного типов.

2. Проводят оценку степени необходимости и эффективности выполнения энергозатратных и трудоемких операций в группах операций подготовки площади, подготовки лесного репродуктивного материала, высева семян или посадки сеянцев на площади, реализованную на базе алгоритмов нечеткой логики.

3. Определяют необходимое число операций в каждой из групп и число оборудования для их выполнения.

4. Проводят при необходимости, которую определяют в п. 2, группу операций подготовки площади 2₁, 2₂, …, 2_K;

5. Проводят группу операций подготовки лесного репродуктивного материала 3₁, 3₂, …, 3_K, включающую: альтернативную операцию экспресс-анализа геометрических и спектрометрических характеристик семян, осуществляемую в полевых условиях с применением мобильных технических средств - экспресс-анализаторов, например, по пат. RU №2675056 или №2682854, выделяющих на самой ранней стадии обработки жизнеспособные цветосеменные расы в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн, являющиеся основой для получения лесного репродуктивного материала с заданными качественными признаками; альтернативную операцию капсулирования, осуществляемую в полевых условиях с применением мобильных технических средств, формирующих капсулы определенной аэродинамической формы, массы и прочности, с необходимым запасом питательных, фунгицидных и противохищнических веществ, обеспечивающие оптимальные показатели семян при высеве и сеянцев при посадке, в том числе с воздуха, и защитные функции для сеянцев на ювенильной стадии онтогенеза.

6. Проводят группу операций высева семян или посадки сеянцев на площади 4₁, 4₂, …, 4_K, включающую альтернативную операцию точечного высева или посадки с воздуха, осуществляемую с применением беспилотных летательных аппаратов вертолетного, самолетного или гибридного типов, оснащенных с учетом их взлетной массы навигационным оборудованием на основе тесноинтегрированной инерциально-спутниковой системы, обеспечивающей при пропадании спутниковых измерений (например, под пологом леса) определение всех параметров движения по автономному алгоритму на длительных интервалах времени, оборудованием для одновременного хранения высеваемых семян или высаживаемых сеянцев, контроля заданной нормы высева семян или посадки сеянцев по количественному или массовому признаку и точного высева семян или посадки сеянцев в зависимости от заданной схемы размещения лесных культур и скорости беспилотного летательного аппарата, энергоаккумулирующим оборудованием для создания запаса энергии с целью направленного перемещения лесосеменных капсул или капсул с сеянцами на восстанавливаемую площадь, обеспечивающим заданную глубину высева семян или посадки сеянцев в зависимости от высоты летного коридора и агротехнического состояния площади.

7. Одновременно с высевом семян или посадкой сеянцев на площади проводят контроль качества, выполняемый с помощью группы операций мониторинга площади 1₁, 1₂, …, 1_K, реализованных на базе беспилотного летательного аппарата вертолетного, самолетного или гибридного типов.

8. На последующих стадиях онтогенеза проводят контроль приживаемости и сохранности лесных культур, выполняемый с помощью группы операций мониторинга площади 1₁, 1₂, …, 1_K, реализованных на базе беспилотного летательного аппарата вертолетного, самолетного или гибридного типов.

Преимуществами заявляемого способа восстановления леса являются ускорение процесса лесовосстановления и повышение экологической безопасности для окружающей среды за счет сокращения количества операций, нарушающих лесную экосистему, использования экологически чистых источников энергии в беспилотных летательных аппаратах, оборудовании и устройствах, используемых во всех группах операций, повышение экологической безопасности для человека за счет возможности реализации способа без присутствия оператора непосредственно в месте проведения групп операций мониторинга и высева или посадки, снижение затрат на выполнение энергоемких и трудоемких операций подготовки площади, транспортировки лесного репродуктивного материала до места предварительной подготовки и обратно.