Изменчивость свойств древесины

СВОЙСТВ ДРЕВЕСИНЫ

Даже в пределах одной породы наблюдается изменчивость свойств древесины, обусловленная возрастными изменениями дерева, влиянием окружающей среды и наследственными факторами. Особенности строения отражаются на величине плотности древесины. Чем толще клеточные стенки, длиннее волокна и больше содержание поздней древесины в годичных слоях, тем выше значения плотности древесины в целом.

С другой стороны, плотность тесно связана с большинством физических и механических свойств древесины. Поэтому, рассматривая закономерности изменения плотности, можно получить представление об изменчивости и других свойств.

Изменчивость свойств древесины в отдельном дереве. По радиусу ствола плотность периодически меняется, что особенно заметно у хвойных и кольцесосудистых лиственных. Современные способы исследования плотности древесины, например, с помощью радиоактивных излучений, позволяют проследить закономерности изменения этого свойства как в пределах каждого годичного слоя, так и на протяжении всего радиуса ствола.

На рис. 75 показано изменение плотности древесины, установленное по поглощению β-лучей (источник излучения - углерод-14) в древесине сосны смолистой. Поперечный срез взят из ствола ниже области живой кроны. Как видим, значения плотности в поздних зонах выше, чем в ранних, в 2-3 раза. Плотность ранних зон по мере удаления от сердцевины несколько уменьшается, затем на протяжении значительной доли радиуса остается постоянной и лишь у самой коры возрастает. У поздних зон характер изменения плотности другой - она возрастает в направлении от сердцевины к коре.

Расстояние от сердцевины, мм

Рис. 75. Изменение плотности древесины по радиусу ствола сосны смолистой (Pinus resmosa Ait) Измерено методом поглощения β-лучей [по 88]

1 - ранние зоны; 2 - поздние зоны годичных слоев

В отношении закономерностей изменения усредненных показателей плотности по радиусу ствола различных пород существуют несколько про­тиворечивые мнения. При объединении результатов испытаний образцов, взятых на разных уровнях ствола, было установлено [49], что у хвойных пород (сосна, кедр, лиственница) в возрасте спелости плотность древесины вначале возрастает по направлению от сердцевины к коре, достигает мак­симума примерно на 2/3 радиуса, после чего вновь начинает снижаться. В стволах деревьев ели из древостоев более высоких бонитетов (II бонитета) наблюдается непрерывное увеличение плотности древесины по направле­нию от сердцевины к коре, в стволах деревьев из древостоев III - IV бони­тетов закономерность оказалась такой же, как для сосны. В стволах пихты сибирской происходит увеличение плотности по направлению от сердце­вины к коре. В стволах кольцесосудистых лиственных пород (дуба, ясеня) плотность древесины снижается, а рассеяннососудистых - повышается в указанном направлении.

У дальневосточных пород, как следует из данных ВИАМ, изменение плотности (и прочности) подчиняется общей для всех трех групп (хвой­ных, кольцесосудистых, рассеяннососудистых) пород закономерности: по направлению от сердцевины к коре плотность сначала возрастает, достига­ет максимума, а затем вновь уменьшается.

В отношении сибирских пород исследования ИЛД показали, что плотность у сосны непрерывно увеличивается от сердцевины к коре; у ли­ственницы максимальное значение плотности наблюдается на половине радиуса, а у ели здесь отмечается минимальное значение плотности. У бе­резы плотность по направлению от сердцевины к коре повышается, а у осины снижается

Для сосны, ели, березы и осины, произрастающих на Северо-Западе европейской части страны, получены [50] общие закономерности, свиде­тельствующие об увеличении плотности по мере удаления от сердцевины. Исключение составила лишь древесина осины, у которой в вершинной части ствола была обнаружена обратная зависимость. В качестве иллюст­рации на рис. 76 показано изменение плотности древесины сосны и березы по радиусу ствола на трех уровнях его высоты.

Рис 76. Изменение плотности древеси­ны сосны и березы по радиусу ствола [по 50]:а - вершинная часть ствола, б - средняя, в - комлевая

По данным зарубежных ис­следователей, обобщенным в ра­боте [88], для хвойных пород ха­рактерно увеличение плотности по направлению к коре либо на­чиная от самой сердцевины, либо несколько отступя от нее. Для бе­резы и тополя также отмечается повышение плотности в направ­лении от сердцевины к коре, а для дуба и бука - уменьшение плот­ности в указанном направлении.

По последним данным, полученным Н.Е. Косиченко для хвойных по­род, произрастающих в Европейской части России, ширина поздней зоны годичных слоев во время роста дерева изменяется мало, тогда как ширина ранней зоны уменьшается. Поэтому плотность древесины хвойных пород увеличивается по радиусу ствола. У кольцесосудистых пород, наоборот, сокращается ширина поздней зоны и плотность древесины при удалении от сердцевины падает.

Следует отметить, что у хвойных пород, особенно у сосны, выделя­ется примыкающая к сердцевине зона так называемой ювенильной (незрелой) древесины. Формирование ювенильной древесины происходит в первые 5-20 лет жизни дерева и связано с деятельностью апикальной мерисистемы (верхушечной образовательной ткани). У ювенильной древеси­ны тонкие клеточные стенки и низкая плотность поздних зон годичных слоев. Ювенильная древесина отличается от зрелой меньшим содержанием целлюлозы, большой продольной усушкой и другими особенностями. Свойства ювенильной древесины наших пород изучены недостаточно. Размеры этой зоны оказывают влияние на характер распределения плотно­сти по радиусу ствола. Различия в плотности древесины по радиусу ствола у разных пород колеблются в пределах 5-20 %

По высоте ствола также наблюдается изменение плотности. Ранее полагали [49], что для всех пород характерно уменьшение плотности от комля к вершине и лишь у некоторых пород плотность незначительно повышается в зоне живой кроны.

По данным ИЛД для сибирских пород: сосны, лиственницы, березы и осины плотность действительно уменьшается по высоте ствола, но у ели она увеличивается. Отмечается большая изменчивость плотности по высо­те ствола, чем по радиусу.

Зависимости, показанные на рис, 77, дают представление об измене­нии плотности древесных пород, произрастающих в северо-западных рай­онах европейской части страны. Общность характера изменения плотности у ели и осины объясняется тем, что деревья этих пород (в отличие от сосны и березы) имеют низкоопущенную крону.

Изменчивость свойств древе­сины в пределах породы. Влиянию различных лесоводственных факторов на физико-механические свойства дре­весины в пределах породы посвящено много работ, результаты которых были обобщены Л.М. Перелыгиным [49]. Этим вопросам посвящены работы В.Е. Вихрова, М.Д. Данилова, А.Б. Жукова, А.И. Калниньша, И.С. Мелехова и др. Однако пока еще очень трудно выделить наиболее общие закономерности изменчивости свойств в зави­симости от влияния многих взаимодействующих факторов.

В работе [50] рассмотрено влияние ряда факторов на изменчивость средней плотности древесины ствола в пределах породы. Изменчивость плотности древесины наблюдается в одновозрастных насаждениях. Так, коэффициент изменчивости базисной плотности деревьев 90-100 летних одновозрастных древостоев ели (Ленинградская обл.) для двух типов ле­са - ельника-кисличника и ельника-черничника составлял соответственно 5-8 и 10-11%. Значительно больше изменчивость в разновозрастных наса­ждениях. Например, для типа леса ельник сфагновый базисная плотность деревьев колебалась в пределах 350-475 кг/м³.

Влияние возраста сказывается в повышении плотности древеси­ны у наиболее старых деревьев. У хвойных пород для деревьев одного воз­раста наблюдается обратная связь между диаметром ствола и плотностью древесины. Плотность древесины стволов зависит от их формы. У со­сны, ели, березы с увеличением сбежистости ствола средняя плотность уменьшается. На плотность древесины, по-видимому, оказывает влияние характер развития кроны дерева. У хвойных пород деревья, произрастаю­щие в более густом древостое, имеют более высокую плотность.

В отношении влияния положения дерева в древостое нет единого мнения. Как уже отмечалось, обычно принято различать пять классов роста деревьев (к первому классу относятся наиболее развитые, господствующие экземпляры). Однако для практических целей можно вы­делять лишь три категории деревьев: крупные (господствующие), средние (согосподствующие) и мелкие (слабо развитые или угнетенные). В табли­це 48 представлены данные о зависимости плотности древесины ели от указанных трех категорий [50]. Как видно, наиболее плотная древесина оказалась у менее развитых деревьев. В ряде работ также наблюдалась ука­занная закономерность, однако в других работах было обнаружено, что хвойные деревья средних классов роста имеют наиболее высокую плот­ность древесины. У лиственных пород плотность наиболее крупных де­ревьев выше, чем отставших в росте [49]. С увеличением густоты насажде­ния средняя плотность древесины, как следует из табл. 48, увеличивается.

48. Влияние категории деревьев и густоты насаждения на

плотность древесины ели

Насаждение	Средняя базисная плотность древесины, кг/м ^3, по категориям деревьев
господствующим	согосподствующим	угнетенным
Редкое Густое

Широкий комплекс факторов, характеризующих влияние внешней среды, входит в понятие условия произрастания. Эти условия включают качество и состояние почвы, климатические особенности, тип леса, высоту над уровнем моря, географическое положение древостоя и др. Существенную роль играют и условия роста каждого дерева. Проводив­шиеся исследования были преимущественно направлены на выяснение связей между условиями произрастания и продуктивностью лесных наса­ждений, выражающейся в объеме выращенной древесины. Более сложно установить влияние многообразных и взаимосвязанных условий произра­стания на качество и, в частности, на плотность древесины. Поэтому сте­пень влияния каждого фактора в отдельности на плотность древесины до конца не выяснена и имеющиеся данные противоречивы. По мнению большинства исследователей у хвойных пород при худших условиях про­израстания образуется более плотная древесина. Для лиственных пород (березы, осины) на Северо-Западе европейской части страны наблюдается тенденция к увеличению плотности с улучшением почвенных условий.

Географическое положение насаждения находит отражение в различии почвенных условий, количестве осадков, продолжи­тельности сезона вегетации и т. д., что, в свою очередь, влияет на плот­ность древесины. Многочисленные данные о плотности чистой древесины из разных районов произрастания сосредоточены в РТМ [26]. В СПбЛТА (О.И. Полубояринов, В.Н. Крылов) проведены обширные исследования плот­ности древесины как сырья для целлюлозно-бумажной промышленности.

Лесохозяйственные мероприятия (рубки ухода, осу­шение, удобрение и т. д.) также оказывают влияние на плотность древеси­ны. Так,по данным Института леса КНЦ РАН и др., при внесении удобре­ний в почву происходит увеличение прироста древесины, но снижается плотность древесины для сосны примерно на 15 %.

По другим данным у сосны и ели в северной части Европы после внесения удобрений плотность снижается на 5 %. Следует полагать, что и другие лесохозяйственные мероприятия, направленные на получение мак­симального прироста, будут вызывать некоторое снижение плотности, а также увеличение неоднородности древесины.

Влияние времени рубки на плотность и другие физико-механические свойства древесины экспериментально не было обнаружено. Необходимо иметь лишь в виду, что древесина, срубленная в течение веге­тационного периода, имеет тенденцию к снижению стойкости против гниения.

Окорение на корню и подсочка, как следует из доволь­но противоречивых экспериментальных данных, не оказывает существен­ного влияния на плотность.

Дата добавления: 2015-04-30