Возрастные изменения качественных характеристик древесины сосны в культурах
На правах рукописи
ЧАЛЫХ Денис Евгеньевич
ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДРЕВЕСИНЫ СОСНЫ В КУЛЬТУРАХ
06.03.01 – Лесные культуры, селекция, семеноводство
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Архангельск – 2010
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Архангельский государственный технический университет»
Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Бабич Николай Алексеевич;
доктор технических наук, профессор
Мелехов Владимир Иванович
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, старший
научный сотрудник
Тараканов Анатолий Михайлович;
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Евдокимов Игорь Владимирович
Ведущая организация: ГОУ ВПО «Поморский государственный университет им. М. В. Ломоносова»
Защита диссертации состоится 25 июня 2010 г. в 1300 на заседании диссертационного совета Д 212.008.03 при ГОУ ВПО «Архангельский государственный технический университет» по адресу: 163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17, главный корпус, ауд. 1228; e-mail: [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Архангельского государственного технического университета
Автореферат разослан «___» мая 2010 г.
Учёный секретарь
диссертационного совета Клевцов Д. Н.
ВВЕДЕНИЕ
Древесина хвойных лесов с большим запасом и высоким классом товарности пользуется повышенным спросом потребителя, однако её ресурсная база уменьшается. В тоже время древесина как техническое сырьё используется недостаточно эффективно. Доля хвойных пород в новой генерации леса уменьшается, снижаются объёмы заготовки древесины, увеличивается стоимость древесного сырья. В этих условиях повышается значимость лесных культур, в которых возможно формировать продуктивные древостои, а промежуточное пользование лесом на разных фазах роста древостоя позволяет получать значительное количество товарной древесины.
Процесс формирования древесины в разные возрастные периоды неоднозначен, поэтому происходит неодинаково, соответственно качество древесины в насаждениях разного возраста изменяется под воздействием многих факторов. В то же время эти проявления изучены недостаточно, отсутствует научно-обоснованная оценка взаимосвязей качественных характеристик с возрастными факторами и условиями произрастания. В связи с вышесказанным можно заключить, что направление исследований, определённое в работе, актуально.
Цель диссертационной работы – установление возрастных изменений качественных характеристик древесины сосны в культурах в различных условиях местопроизрастания, выявление взаимосвязи между качественными характеристиками.
Для достижения цели исследований поставлены задачи:
- изучить состояние вопроса на основании анализа литературных источников;
- создать и проанализировать интерелическую модель классификации качественных характеристик древесины, механические модели расположения трахеид в годичном слое;
- изучить природные условия района исследований;
- исследовать влияние возраста на качество древесины сосны в культурах;
- выявить зависимость биометрических показателей древесины и её физико-механических свойств от условий местопроизрастания;
- выявить особенности взаимосвязей качественных характеристик древесины;
- изучить возрастные изменения качественных характеристик древесины культур сосны в направлениях север и юг.
Научная новизна. Предложена интерелическая модель классификации качественных характеристик древесины, изучены их возрастные изменения. Разработана теоретическая модель расположения трахеид в годичном слое. Выполнен анализ изменения качественных характеристик древесины в направлениях север и юг.
Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы при оценке качества насаждений разного возраста и определении наиболее продуктивных типов леса, что позволит выращивать лесные культуры с древесиной нужных свойств. Разработанная модель расположения трахеид может быть использована для объяснения влияния особенностей анатомического строения на физико-механические свойства древесины. Оценка качества древесины в направлениях север и юг может быть учтена при выборе сортиментов.
Достоверность результатов и обоснованность выводов подтверждаются достаточным объёмом экспериментального материала обработанного с применением современных методов статистического, корреляционного и регрессионного анализов и современного программного обеспечения.
Личное участие автора. Выполнен аналитический обзор проблемы, подобраны объекты, разработана методика исследований, проведены экспериментальные исследования, обработаны результаты наблюдений, сформулированы выводы.
Апробация работы и научные публикации. Результаты исследований доложены на ежегодных конференциях Архангельского государственного технического университета (АГТУ) (2005-2007). По результатам исследований опубликовано 4 статьи, в том числе две в изданиях по перечню ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация представлена на 133 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов и рекомендаций, включает 63 рисунка и 3 таблицы. Список использованной литературы представлен 217 наименованиями.
Работа выполнена в процессе обучения соискателя в аспирантуре очной формы (2006 – 2009 гг.).
- СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
Влияние возраста на физико-механические свойства древесины изучали О. И. Полубояринов (1976), Н. Л. Леонтьев (1963),Р. В. Щекалёв (2006) и др. Исследования в этом направлении многочисленны, однако не позволяют получить полную характеристику возрастных изменений физико-механических свойств древесины, а подобные исследования древесины в лесных культурах северных регионов изучены недостаточно.
Вопросы изучения качественных характеристик древесины, их изменение по типам леса раскрыты И. А. Яхонтовым (1913), С. А. Богословским (1915), А. Н. Шатерниковой (1929), С. Л. Егоренко (1933), Л. М. Прелыгиным (1933, 1934, 1938), Н. А. Курбатовым и А. И. Петровым (1934), Н. А. Говоровым (1935), Б. Д. Жилкиным (1936), А. А. Качаловым и И. С. Мелеховым (1936), Н. И. Леонтьевым (1940), М. И. Сахаровым (1940), А. В. Давыдовым и И. А. Беляевым (1940), А. В. Савиной (1941, 1961), Н. И. Стрекаловским (1946, 1949), А. А. Яценко-Хмелевским (1948), А. И. Калниншем (1949), А. А. Солнцевым (1949), В. Е. Вихровым (1949, 1954, 1959), В. В. Памфилов (1951), Л. Синькевичем (1953), Т. А. Мелеховой (1954), Ф. И. Копериным (1955), В. Д. Надуткиным (1955), А. К. Лобасенком (1955, 1958, 1962), Н. И. Фёдоровым (1957, 1960), А. К. Петрушей (1959), В. И. Мелеховым, Н. А. Бабичем, С. А. Корчаговым (2003), Р. В. Щекалёвым, С. Н. Тархановым (2006), А. М. Антоновым (2007), Коноваловым (2007) и др. Накопленный материал в большинстве своём не содержит данных об анатомических изменениях древесины под влиянием условий роста, что не отражает истинную причину изменения физико-механических свойств, и не даёт полного представления о формировании древесины в разных типах леса.
Изучением природы клеточных стенок и их влияния на физико-механические свойства древесины занимались многие исследователи (Уголев, 1986; Чавчавадзе, 1979; Риттер, 1925; Москалёва, 1941, 1957; Никитин, 1951; Иванов, 1935; Жеребов, 1946; Клерк, 1933, 1936, 1939, 1940; Вихров, 1947, 1949; Гартман, 1930; Мелехова, 1934, 1947), однако данный вопрос изучен недостаточно и требует применения тонких методов анализа.
Зависимость физико-механических свойств древесины от структуры годичного слоя изучали В. Е. Вихров (1947, 1949, 1953), Т. А. Мелехова (1947), В. Е. Москалёва (1941), Б. Н. Уголев (1986), И. С. Мелехов (1934), О. И. Полубояринов, (1976). Исследования в этом направлении имеют противоречивый характер, а макроструктурные показатели древесины оказывают неоднозначное влияние на её физико-механические свойства.
Анализ литературных источников позволил отметить, что несмотря на обширные результаты древесиноведческих исследований, данные о взаимосвязи качественных характеристик древесины и их влиянии на физико-механические свойства для культур сосны Вологодской области недостаточны, в то же время данные о возрастных изменениях качественных характеристик древесины культур сосны для этого региона отсутствуют.
Исследования, проведённые впервые в институте лесоведения РАН (Романовский, 2008) в дубравах показали, что сезонная динамика формирования годичного слоя древесины имеет несколько этапов. На основании анализа результатов этих исследований можно предположить, что возрастные изменения качественных характеристик древесины сосны могут также иметь характер цикличности с периодом в несколько лет. Для древесины культур сосны такие данные отсутствуют, в связи с чем возникла необходимость изучить возрастные изменения качественных характеристик древесины сосны в культурах, выявить связи между качественными характеристиками.
- ХАРАКТЕРИСТИКА ЕСТЕСТВЕННО-ИСТОРИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ
В главе дана физико-географическая характеристика Вологодской области, рассмотрены её климатические особенности, рельеф, гидрология, изучен почвенный состав. Приведена характеристика лесного фонда.
Леса Вологодской области, их восстановление и продуктивность изучали многие исследователи (Васневский, 1920; Шиманюк, 1931; Бобровский, 1957; Лиогенький, 1964; Мелехов, Чертовской, Моисеев, 1966; Чертовской, Нилов, Ипатов, 1968; Васюнин, Беляев, Моисеев, и др., 1971; Нилов, 1967, 1971; Ипатов, 1967, 1974; Анишин, 1977, 1984; Гусев, 1978; Львов, Ипатов, Плохое, 1980;Чупров, 1981, 1982; Чибисов, 1983; Тюрин, Нефедов, Серый, 1984; Тюрин, 1987, 1990; Корякин, 1992; Дружинин, Неволин, 2001; Дружинин, 2005; Дружинин, 2006; Бабич, Евдокимов, Неволин, 2008; Клевцов, 2008 и другие).
Установлено, что физико-географические условия Вологодской области в целом благоприятны для ведения лесного хозяйства, однако уровень рационального использования земель лесного фонда имеет тенденцию к снижению. Изучение истории создания культур сосны Вологодской области позволило проследить динамику объёмов производства искусственных древостоев в этом регионе и определить долю выращивания сосновых насаждений.
- МЕТОДИКА, ОБЪЕКТЫ И ОБЪЁМ ИССЛЕДОВАНИЙ
Изучение лесных культур проводили путём закладки и таксации пробных площадей при использовании статико-динамического метода (Кобранов, 1973). Исследования проводили на временных пробных площадях, заложенных в соответствии с требованиями ГОСТ 16483.6-80, ОСТ 56-69-83, а также с учётом методических рекомендаций В.В. Огиевского, А.А. Хирова (1967), Н.П. Кобранова (1973), Н.Н. Соколова (1978), А.Р. Родина, М.Д. Мерзленко (1983). Изучение лесовосстановительных процессов под пологом древостоя проводили в соответствии с рекомендациями И.С. Мелехова (1954), А.В. Побединского (1962), П.Н. Львова, Д.А. Усова (1978), В.Ф. Цветкова (2003) и др. Описание ботанического состава живого напочвенного покрова выполнено в соответствии с методиками, предложенными Л.Г. Раменским (1937), Л.Е. Астрологовой, Г.Б. Гортинским (1980). Морфологическое описание почв выполнено с учётом ОСТ 56-81-84, а также в соответствии с рекомендациями Г.А. Склярова, А.С. Шаровой (1972), А.Л. Паршевникова (1974), Е.Н. Наквасиной, Е.В. Шавриной (1998).
За пределами пробных площадей заготавливались керны и кряжи. Взятие кернов осуществлялось путём их высверливания с помощью возрастного бурава на высоте 1,3 м от корневой шейки в строго ориентированном по сторонам света направлении север – юг. Кряжи заготовляли длиной 300 мм на высоте 1,0-1,3 м от шейки корня из числа средних для насаждения модельных деревьев в соответствии с ГОСТ 16483.6-80 и рекомендаций Н.И. Стрекаловского (1949); Ф.И. Коперина (1955); Б.Н. Уголева (1965, 2002); Н.Л. Леонтьева (1970). Кряжи маркировались. Марка содержала номер пробной площади, модельного дерева, также отмечалось направление на север. Изготовление из кряжей малых чистых образцов древесины выполнялось в соответствии с ГОСТ 16483.0-89.
Определение показателей макроструктуры древесины выполнено при помощи оптико-дигитальной установки с применением программы «Иzмеритель». Влажность в момент испытаний вычисляли в соответствии с ГОСТ 16483.7-71. Плотность древесины при влажности в момент испытания определена на малых чистых образцах древесины согласно ГОСТ 16483.1-84. Определение предела прочности древесины при сжатии вдоль волокон проводили на универсальной испытательной машине Р-5 в соответствии с ГОСТ 16483.10-73.
Полученные результаты обработаны с применением методов вариационной статистики в соответствии с ГОСТ 16483.0-89, с учётом рекомендаций Н.Л. Леонтьева (1966), методических указаний И.И. Гусева (1970) и др. Обработка экспериментальных данных проводилась при помощи программ Microsoft Excel, STAT, REGRES, KKORREL, «Иzмеритель».
Исследования проведены в течение 2007-2008 гг. в южной подзоне тайги на территории Бабаевского лесхоза Вологодской области в культурах сосны 20-60-летнего возраста, созданных посевом семян. В результате проведения почвенных исследований заложено 16 почвенных разрезов с описанием 94 генетических горизонтов, что позволило более детально уточнить тип условий местопроизрастания культур. Было заложено 27 пробных площадей с выполнением на них комплекса лесоводственно-таксационных исследований. Измерено 5670 диаметров и 520 высот деревьев. Из 135 модельных деревьев заготовлены кряжи, из которых изготовлено 2000 малых чистых образцов древесины, 1335 из них подверглись испытаниям. Взято 630 кернов.
- ВЛИЯНИЕ ВОЗРАСТА И УСЛОВИЙ МЕСТОПРОИЗРАСТАНИЯ НА КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДРЕВЕСИНЫ И ИХ ВЗАИМОСВЯЗЬ
В главе приведена предлагаемая классификация качественных характеристик древесины (особенности анатомического строения, биометрические показатели, физико-механические свойства), которая определила направление исследований; механические модели расположения поздних трахеид в годичном слое, позволяющие уточнить характер взаимосвязи плотности и прочности древесины.
Таблица 1. Возрастные изменения качественных характеристик древесины в различных типах условий местопроизрастания
| Биометрические показатели | Типы условий местопроизрастания и возраст насаждений | |||||||||||
| лишайниковый | брусничный | черничный | ||||||||||
| 30* | 40 | 50 | 60 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 20 | 30 | 40 | |
| Содержание поздней древесины, % | 22,52± 1,00 | 23,29± 0,53 | 25,87± 1,00 | 24,85± 1,21 | 24,00± 0,98 | 22,28± 0,55 | 22,72± 0,44 | 26,03± 0,50 | 24,89± 0,55 | 24,1± 1,08 | 20,79± 0,53 | 29,84± 1,15 |
| Ширина годичного слоя, мм | 0,99± 0,10 | 1,03± 0,03 | 0,79± 0,04 | 1,06± 0,04 | 1,83± 0,09 | 1,24± 0,05 | 1,35± 0,03 | 0,97± 0,03 | 1,00± 0,04 | 2,13± 0,11 | 2,00± 0,07 | 1,72± 0,07 |
| Количество слоёв в 1 см, шт. | 11,20± 0,52 | 10,00± 0,21 | 13,37± 0,28 | 9,89± 0,25 | 5,83± 0,26 | 8,15± 0,21 | 7,43± 0,09 | 10,39± 0,13 | 10,18± 0,21 | 4,73± 0,13 | 5,16± 0,13 | 6,00± 0,15 |
| Плотность, г/см3 (при влажности 12%) | - | 0, 555± 0,02 | 0,585± 0,01 | 0,570± 0,03 | - | 0,49± 0,01 | 0,525± 0,01 | 0,62± 0,01 | 0,61± 0,03 | 0,47± 0,01 | 0,49± 0,01 | 0,495± 0,01 |
| Предел прочности при сжатии вдоль волокон, МПа (при влажности 12%) | - | 55,0± 5,18 | 61,0± 1,2 | 60,7± 3,8 | - | 43,3± 1,65 | 50,0± 2,61 | 68,6± 3,21 | 68,0± 4,55 | 42,9± 0,1 | 44,7± 1,2 | 45,2± 2,05 |
* - возраст насаждений, лет
Изучение возрастных изменений качественных характеристик древесины и влияние на них условий местопроизрастания проводилось в лишайниковом, брусничном и черничном типах условий местопроизрастания с одинаковыми почвенно-грунтовыми условиями в типах леса (табл. 1).
Установлено, что возрастные изменения биометрических показателей древесины связаны с условиями местопроизрастания и имеют характер цикличности (рис. 1-3). Наличие данных по черничному типу условий местопроизрастания позволило выявить такую закономерность только для одного показателя – содержания поздней древесины в годичном слое.
Выявлен синусоидальный характер возрастных изменений содержания поздней древесины для культур сосны. Полученная закономерность достоверно прослеживается в брусничном типе условий местопроизрастания (r = 0,57). Наличие данных по лишайниковому (r = 0,82) и черничному (r = 0,63) типам леса позволяет частично наблюдать ход изменений.
В брусничном типе условий местопроизрастания на общем фоне снижения ширины годичного слоя установлено два максимума значений – в 20-летнем и 40-летнем возрастах. Аналогичная закономерность наблюдается в лишайниковом типе леса (с 30-летнего возраста).
Ширина годичного слоя в черничном типе леса убывает на протяжении всего возрастного интервала (20-40 лет). Теснота связи между возрастом культур и шириной годичного слоя древесины прослеживается в брусничном (r = -0,88) и черничном (r = -0,98) типах леса и характеризуется как высокая и очень высокая. Данные для лишайникового типа леса не позволили выявить достоверной связи.
Рисунок 1. Возрастные изменения содержания поздней древесины по типам леса
Рисунок 2. Возрастные изменения ширины годичного слоя по типам леса
Рисунок 3. Возрастные изменения количества годичных слоёв в 1 см по типам леса
В брусничном и лишайниковом типах условий местопроизрастания наблюдается циклический характер возрастных изменений количества годичных слоёв в 1 см. В черничном типе леса выявлено увеличение данного показателя на протяжении всего возрастного интервала (20-40 лет). Корреляционный анализ позволил установить высокую и очень высокую тесноту связи между возрастом культур и величиной радиального прироста в брусничном (r = 0,9) и черничном (r = 0,98) типах леса. Значимая связь для лишайникового типа леса не установлена.
В 30-летнем возрасте наибольший процент поздней древесины установлен в лишайниковом типе условий местопроизрастания (22,52%), а в 40-летнем возрасте – в черничном типе (29,84%). Достоверность значений в 40-летнем возрасте доказывается для сосняка черничного и сосняка брусничного, сосняка черничного и сосняка лишайникового (t = 5,2 – 5,8). Достоверность различия (t = 0,03 – 0,14) по типам леса в 20, 30, 50, 60-летних культурах не существенная (не достоверна).
Максимальное содержание поздней древесины в исследуемом возрастном интервале наблюдается в черничном типе условий местопроизрастания в 40-летнем возрасте (29,84 %), что находит подтверждение в исследованиях Д. Ю. Коновалова (2007) для данного типа леса в южной подзоне тайги.
Наибольшая ширина годичного слоя в возрастном интервале 20-40 лет наблюдается в сосняке черничном, наименьшая – в сосняке лишайниковом. В 60-летнем возрасте древостоя ширина годичного слоя в лишайниковом типе леса незначительно выше, чем в брусничном (1,00 мм и 1,06 мм), но различие между ними не достоверно (t = 1,2).
На формирование широкослойной древесины в черничном типе леса указывают исследования М. И. Сахарова (1940) для Брянской области, В. Д. Надуткина (1955) для Республики Коми, В. И. Мелехова, Н. А. Бабича, С. А. Корчагова (2003) для Архангельской области. В нашем случае наиболее широкослойная древесина формируется в сосняке черничном 20-летнего возраста (2,13 мм), однако различие по типам леса в этом возрасте не существенно (t = 2,1). Достоверность различий в 30, 40, 50-летних возрастах для всех типов леса (t = 3,6 – 8,6) достоверна.
Во всех исследуемых типах леса и возрастах установлено количество слоёв в 1 см от 4,73 до 13,37 шт. Наибольшее количество годичных слоёв в 1 см наблюдается в сосняке лишайниковом 30-50-летнего возраста, наименьшее – в черничном типе условий местопроизрастания во всех исследуемых возрастах. Статистическая обработка данных позволила доказать достоверность полученных результатов и существенность различий между ними для всех типов леса в исследуемых возрастах (t = 3,8 – 15,4), кроме сосняков брусничного и лишайникового 60-летнего возраста (t = 0,6).
Связь между содержанием поздней древесины и шириной годичного слоя для всех типов леса имеет схожий характер (рис. 4-6). По результатам корреляционного анализа определена теснота связи этих показателей как высокая (r = -0,71-0,85).
Рисунок 4. Зависимость содержания поздней древесины от ширины годичного слоя в лишайниковом типе условий местопроизрастания
Рисунок 5. Зависимость содержания поздней древесины от ширины годичного слоя в брусничном типе условий местопроизрастания
Рисунок 6. Зависимость содержания поздней древесины от ширины годичного слоя в черничном типе условий местопроизрастания
Увеличение показателей физико-механических свойств древесины наблюдается до 50-летнего возраста в лишайниковом и брусничном типах леса, причём в сосняке брусничном отмечен наиболее качественный скачок. В 50-летнем возрасте отмечены максимальные значения этих показателей, далее происходит их снижение (рис. 7-8). Аналогичную закономерность можно предположить в черничном типе условий местопроизрастания. Статистическая обработка результатов позволила выявить достоверность различий только между сосняками лишайниковым и черничным 40-летнего возраста (t 3).
Коэффициенты корреляции между физико-механическими свойствами (плотность и прочность) и возрастом древесины равны для сосняка лишайникового 0,5 и 0,84, для сосняка брусничного 0,92 и 0,94, для сосняка черничного 0,94 и 0,95. Интересно заметить, что наибольшую тесноту связи с возрастом имеет сопротивление древесины.
Рисунок 7. Возрастные изменения плотности древесины по типам леса
Рисунок 8. Возрастные изменения механических свойств древесины по типам леса
Изменчивость физико-механических свойств древесины с изменением величины радиального прироста в культурах сосны имеет обратный характер связи для всех типов леса (r = -0,72 – 0,94), что находит подтверждение в исследованиях Г. А. Чибисова (2005). Полученные нами данные не позволили выявить оптимального значения ширины годичного слоя. При этом следует отметить, что в лишайниковом и брусничном типах леса зафиксирована более тесная связь между радиальным приростом и плотностью древесины (-0,85 и -0,72; -0,94 и -0,92) тогда как в черничном типе леса между радиальным приростом и величиной сжатия (-0,89 и -0,94) (рис. 9-10).
Рисунок 9. Зависимость плотности древесины от величины радиального прироста
Рисунок 10. Зависимость механических свойств древесины от величины радиального прироста
Связь физико-механических свойств древесины и содержания поздней древесины для лишайникового и брусничного типов леса имеет схожий характер. Установлено повышение плотности и прочности с увеличением содержания поздней древесины, что подтверждается результатами исследований О. И. Полубояринова (1976), Р. В. Щекалёвым (2006). Зависимость физико-механических свойств от содержания поздней древесины в сосняке черничном противоположная (табл. 2-3).
Таблица 2. Зависимость плотности древесины (y) от содержания поздней древесины (x)
| Тип леса | Уравнение | Ошибка уравнения | Коэффициент корреляции |
| сосняк лишайниковый | y = 12,73585(3,36207)x | 0,44182 | 0,91 |
| сосняк брусничный | y = 13,63838(2,72476)x | 0,88013 | 0,88 |
| сосняк черничный | y = 10137x2 - 10009x + 2490 | 2,18696 | -0,66 |
Таблица 3. Зависимость сопротивления древесины сжатию вдоль волокон (y) от содержания поздней древесины (x)
| Тип леса | Уравнение | Ошибка уравнения | Коэффициент корреляции |
| сосняк лишайниковый | y = 170,92813-5,41035x + 0,04963x2 | 0,35351 | 0,92 |
| сосняк брусничный | y = 17,82797(1,00515)x | 0,06745 | 0,86 |
| сосняк черничный | y = 1538181,29840x(-2,92897) | 2,52272 | -0,68 |
Установлено увеличение сопротивления древесины сжатию вдоль волокон при возрастании плотности для всех исследуемых типов леса (рис. 11). Теснота связи этих показателей высокая для сосняка лишайникового (r = 0,87), очень высокая для сосняков брусничного (r = 0,93) и черничного (r = 0,97), что находит подтверждение в исследованиях Д. Ю. Коновалова (2007).
Рисунок 11. Зависимость сопротивления древесины сжатию вдоль волокон и плотности в культурах сосны
- КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДРЕВЕСИНЫ КУЛЬТУР СОСНЫ В НАПРАВЛЕНИЯХ СЕВЕР И ЮГ
Годичные слои на противоположных сторонах ствола имеют различную ширину, что определяет эксцентричное его строение. Причиной этого часто является неравномерное развитие кроны, корневой системы, или действие ветра, вызывающее изгиб ствола. Действие этих факторов определяют метеорологические и климатические условия. Изменение величины радиального прироста обуславливает различие значений показателей качества древесины.
Исследования древесины противоположных сторон ствола в культурах сосны недостаточны. Нами были изучены качественные
Таблица 4. Возрастные изменения качественных характеристик древесины в направлении север и юг
| Биометрические показатели | Типы условий местопроизрастания и возраст насаждений | |||||||||||
| лишайниковый | брусничный | черничный | ||||||||||
| 30* | 40 | 50 | 60 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 20 | 30 | 40 | |
| Содержание поздней древесины, % | 22,61±1,0** 22,43±1,1 | 23,09±1,44 23,51±0,76 | 23,7±1,00 28,04±0,15 | 22,58±0,56 27,15±1,9 | 24,05±2,78 24,0±3,35 | 21,91±0,48 21,63±1,6 | 21,94±0,32 23,5±0,48 | 25,37±0,48 26,67±0,21 | 23,91±0,14 25,86±1,0 | 24,17±1,23 24,03±0,98 | 20,67±0,56 20,92±0,13 | 30,26±0,82 29,41±3,14 |
| Ширина годичного слоя, мм | 0,95±0,11 1,04±0,1 | 1,09±0,03 0,96±0,04 | 0,8±0,04 0,77±0,01 | 1,12±0,12 1,01±0,07 | 1,82±0,34 1,83±0,15 | 1,27±0,07 1,21±0,04 | 1,43±0,04 1,28±0,03 | 1,01±0,02 0,93±0,02 | 1,05±0,11 0,96±0,11 | 2,21±0,15 2,06±0,1 | 2,05±0,15 1,95±0,12 | 1,69±0,2 1,75±0,18 |
| Количество слоёв в 1 см, шт. | 12,12±0,8 10,27±0,1 | 9,79±0,16 10,21±0,17 | 11,3±1,4 13,57±0,28 | 9,51±0,78 10,26±0,71 | 5,91±1,19 5,75±0,85 | 8,03±0,54 8,26±0,39 | 7,26±0,18 7,64±0,11 | 10,18±0,06 10,6±0,13 | 9,75±0,84 10,26±0,88 | 4,65±0,13 4,81±0,1 | 5,06±0,42 5,26±0,19 | 6,08±0,56 5,92±0,5 |
| Плотность, г/см3 (при влажности 12%) | - | 0,55±0,02 0,56±0,01 | 0,59±0,01 0,58±0,01 | 0,575±0,03 0,565±0,02 | - | 0,48±0,01 0,50±0,02 | 0,525±0,01 0,520±0,01 | 0,625±0,02 0,615±0,01 | 0,62±0,04 0,60±0,02 | 0,475±0,01 0,465±0,01 | 0,495±0,01 0,49±0,01 | 0,49±0,01 0,495±0,01 |
| Предел прочности при сжатии вдоль волокон, МПа (при влажности 12%) | - | 55,2±4,98 54,7±5,28 | 61,8±1,2 60,2±1,2 | 61,8±4,92 59,2±2,74 | - | 43,1±0,05 43,4±3,4 | 50,2±1,87 49,9±3,26 | 69,7±3,5 67,4±2,98 | 69,5±5,6 66,6±3,5 | 44,0±1,0 41,8±1,1 | 46,5±0,95 42,9±0,7 | 45,3±1,95 45,0±2,2 |
*- возраст насаждений
**- в числителе приведены значения для направления север, в знаменателе – для направления юг
характеристики древесины в направлениях север и юг, от сердцевины ствола дерева.
Главным объектом исследования выбраны посевы сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) 20-60-летного возраста, произрастающие в лишайниковом, брусничном и черничном типах условий местопроизрастания.
Соотношение значений качественных характеристик древесины в направлениях север и юг в разновозрастных древостоях и в разных типах леса имеет неоднозначный характер изменения (табл. 4).
Установлено, что для культур сосны лишайникового и брусничного типов леса наибольшее содержание поздней древесины в древостоях до 40-летнего возраста наблюдается в направлении север. В возрастном интервале 40-60 лет содержание поздней древесины больше в направлении юг.
Для сосняка черничного характер соотношения содержания поздней древесины между древесиной направлений север и юг противоположный. Достоверность различий между направлениями «север» и «юг» доказывается для лишайникового типа леса 50-летнего возраста (t = 4,3), для других возрастов и типов леса достоверность не установлена (t = 0,01-2,7).
Следует отметить, что с увеличением возраста древостоя в культурах сосны происходит увеличение разницы показателей содержания поздней древесины между направлениями север и юг во всех типах леса.
Разница значений ширины годичного слоя в лишайниковом и брусничном типах леса имеет колебания волнообразного характера, с периодом в десять лет для сосняка лишайникового. В этих типах условий местопроизрастания максимальное различие показателей наблюдается в 40-летнем возрасте, однако достоверность различий удалось доказать только для сосняка брусничного 40-летнего возраста (t = 3,1).
Заключение
На основании проведённых исследований можно сделать следующие выводы:
- Установлены возрастные изменения качественных характеристик древесины сосны в культурах в северной части южной подзоны тайги, выявлены взаимосвязи между качественными характеристиками.
- Результаты исследований подтверждают адекватность разработанных механических моделей расположения трахеид в годичном слое древесины.
- Разработанная модель классификации качественных характеристик древесины отражает их взаимосвязь, что позволяет оценить их влияние на качество древесного сырья.
- Возрастные изменения качественных характеристик древесины культур сосны связаны с условиями местопроизрастания и имеют характер цикличности. Это определяет величину радиального прироста, как основного фактора изменения качества древесины.
- Древесина сосны, характеризующаяся высокими показателями физико-механических свойств, формируется в 30-летних культурах в черничном типе леса, в 40-летних культурах в лишайниковом типе леса, в 50- и 60-летних культурах в брусничном типе леса. Полученные показатели могут быть учтены при промежуточном пользовании лесом.
- В культурах сосны для исследуемых типов леса установлено увеличение содержания поздней древесины с уменьшением величины радиального прироста, что не позволило выявить оптимального значения ширины годичного слоя.
- Взаимосвязь между содержанием поздней древесины и шириной годичного слоя, плотностью и пределом прочности при сжатии вдоль волокон выражается прямопропорциональной зависимостью с высокой степенью корреляции во всех типах леса.
- Отношение содержания поздней древесины и физико-механических свойств для культур сосны лишайникового и брусничного типов леса выражается прямолинейной зависимостью, для культур черничного типа леса данное отношение имеет обратную связь. Корреляционные признаки для лишайникового и брусничного типов леса характеризуются высокой теснотой связи (r = 0,88-0,91), для черничного типа условий местопроизрастания степень корреляции значительна (r = -0,66).
- С увеличением возраста культур наблюдается рост разницы показателей содержания поздней древесины, предела прочности при сжатии вдоль волокон между древесиной направлений север и юг во всех типах леса. Можно предположить, что увеличение поздней древесины в основном происходит за счёт древесины направления север.
- Древесина в направлении север для культур сосны характеризуется более высокими прочностными свойствами во всех исследуемых типах леса. Поэтому в отдельных случаях применения древесины с полученными характеристиками и при дальнейшей механической обработке следует принимать во внимание эти признаки и предварительно сортировать заготовки в процессе раскроя с учётом особенностей строения древесины.
Список публикаций автора
в изданиях по перечню ВАК:
- Чалых, Д. Е. О цикличности формирования годичного слоя древесины культур сосны [Текст] / Д. Е. Чалых, А. В. Оводов, Е. Д. Гельфанд // Лесной журнал. – 2009. - № 6. – С. 139-141. - (Изв. высш. учеб. заведений).
- Антонов А. М. О взаимосвязи влияния топографии анатомических элементов на показатели плотности и прочности древесины [Текст] / А. М. Антонов, Д. Ю. Коновалов, С. А. Корчагов, Д. Е. Чалых // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. – 2010. - № 190. – С. 25-33.
в прочих:
- Бабич, Н. А. Влияние изменчивости анатомических элементов на плотность и прочность древесины сосны в культурах [Текст] / Н. А. Бабич, В. И. Мелехов, А. М. Антонов, Д. Ю. Коновалов, С. А. Корчагов, Д. Е. Чалых // Современные проблемы теории и практики лесного хозяйства: сб. статей. – Йошкар-Ола, 2008. – С. 188-191.
- Чалых, Д. Е. Возрастные изменения физико-механических свойств древесины культур сосны [Текст] / Д. Е. Чалых // Экологические проблемы Севера: Межвузовский сб. научных трудов. – Архангельск, 2009. – Вып. 12. – С. 96-98.
Просим Ваши отзывы на автореферат, заверенные подписями, в 2-х экземплярах присылать по адресу: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, Архангельский государственный технический университет. Учёному секретарю диссертационного совета.
