CC BY
16
УДК 630*81
ВЛИЯНИЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМ ДЕРЕВА НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ
С.Г. Елисеев, В.Н. Ермолин
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
660049 Красноярск, пр. Мира 82; e mail: S-555S@yandex.ru
Проведены исследования влияния морфологической формы (по цвету коры) осины на свойства древесины. Определены показатели прочности различных форм древесины осины. Наибольшую прочность имеет белокорая форма, а наименьшую серокорая. Естественная биостойкость форм осины не имеет существенных различий и сопоставима с заболонью сосны. Исследования показали, что длительный срок службы конструкций из осины в значительной степени обусловлен физическими особенностями древесины, позволяющими создавать экстремальные условия для дереворазрушающей флоры. Установлены различия в свойствах водослойной древесины и расположенной рядом нормальной.
Ключевые слова: морфологические формы, осина, биостойкость, водослой
The researches of influence of the morphological form of aspen (according to its bark colour) on the properties of wood have been carried out. The strength indicators of wood of aspen in different forms have been determined. An aspen with a white-bark form has got the highest strength, while an aspen with a grey-bark form - the lowest one. The natural biostability of aspen forms doesn’t have any significant differences and similar to the sap-wood of pine. The researches have shown that a long life period of aspen structures is generally defined with the physical features of wood, which allow the establishment of extreme conditions for the tree-destroying flora. The differences between the wetwood and the usual (normal) one located close to each other are determined.
Keywords: morphological forms, aspen, biostability, wetwood
ВВЕДЕНИЕ
Большинству древесных пород произрастающих в Сибири характерно формовое разнообразие, что свидетельствует о полиморфизме видов. В пределах одного вида существуют две и более формы с резко выраженными отличительными признаками. Одним из наиболее выраженных полиморфных видов является осина (Рориіш' ґгвшиїа).
Формовое разнообразие осины проявляется в морфологических (цвет и текстура коры, форма листьев, и т.д.) и фенологических (по срокам распускания листьев рано и позднораспускающиеся) различиях деревьев произрастающих в одинаковых условиях. При этом древостои, образованные различными формами осины, существенно отличаются: быстротой роста, степенью очищенности стволов от сучьев, устойчивостью к грибным заболеваниям растущих деревьев и т.д. (Щепотьев,1962; Долгошеев,1969; Дани-лин,1989). Формы осины достаточно детально изучены в лесоводственно-таксационном плане,но их влияние на свойства древесины практически не исследовалось.
При использовании осины в деревообрабатывающей промышленности больший интерес представляют морфологические формы по цвету коры, поскольку их значительно проще учитывать как в процессе заготовки древесины, так и на стадии переработки круглых лесоматериалов.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
С целью определения влияния морфологической формы осины на основные физико-механические свойства древесины были проведены исследования. Для этого подобрали древостои осины возраста спе-
лости с близкими условиями произрастания трех форм по цвету коры: зеленокорая, светлосерокорая, светлокорая. В этих древостоях в соответствии с ГОСТ 16483.0-89, ГОСТ 16483.6-80 отобрали модельные деревья, из которых в соответствии со стандартным методикам изготавливались образцы и проводились испытания. Результаты испытаний представлены на рисунке 1.
Из приведенных результатов следует, что морфологическая форма осины существенно влияет на физико-механические свойства древесины. Достоверность различия полученных данных подтверждается критерием Кохрена. Светлокорая форма по большинству исследованных свойств имеет более высокие показатели в сравнение с другими формами. Светлосерокорая форма по всем показателям уступает зеленокорой и светлокорой. Зеленокорая форма по физико-механических показателям имеет средние значения, между светлосерокорой и светлокорой формами.
При эксплуатации деревянных конструкций важны не только прочностные показатели древесины, но и ее стойкость к разрушающим факторам окружающей среды и в первую очередь к дереворазрушающей флоре. Из приведенной выше литературных данных следует, что форма осины влияет на стойкость растущего дерева к стволовым гнилям, но нет данных о ее влиянии на естественную биостойкость древесины. Для определения естественной стойкости древесины к дереворазрушающим грибам в зависимости от морфологической формы были проведены микологические исследования. Поскольку в литературе (Щепоть-ев,1962; Долгошеев,1969) приводится ряд морфологических форм осины по мере снижения устойчивости к гнилям растущих деревьев, было решено в качестве объектов исследований использовать крайние по устойчивости формы.
460
440
420
400
380
360
465
=;
о
ч
& О
76
74
72
70
68
66
64
62
60
58
8,1
8,0
7,9
7,8
7,7
7,6
7,5
7,4
7,3
7,2
427
397
Зеленокорая _б___________
Серокорая
форма
Белокорая
Зеленокорая
Серокорая
форма
Белокорая
41,3
38,9
35 5
Зеленокорая
Серокорая
форма
Белокорая
74,5
68,6
64,5
Зеленокорая
д
Серокорая
форма
Белокорая
Зеленокорая Серокорая Белокорая
форма
Рисунок 1 - Физико-механические показатели древесины морфологических форм осины
8,0 8,0
7,5
С этой целью заготовили модельные деревья двух форм осины зеленокорой и темносерокорой. Из них на высоте 1,3 метра выпиливались диски, из которых изготавливались образцы для испытаний размером 10^10x5 мм (последний вдоль волокон). Биостойкость древесины определялась по стандартной методике (Беленков, 1991) на культуре домового пленчатого гриба Соторкога свгвЬвПа. Результаты исследований показали, что различия между испытуемыми формами несущественны (рис. 2).
Большую биостойкость в сравнении с темносерокорой имеет зеленокорая форма.Что подтверждается критерием Стьюдента. Древесина осины обеих морфологических форм имеет довольно низкую естественную стойкость близкую к биостойкости контрольной древесины заболони сосны, зеленокорая - 1,05 заболони сосны, серокорая - 0,95.
54,5
51,7
51,7
49,3
Зеленокорая
Темносерокорая
□ Формы осины □ Заболонь сосны Рисунок 2 - Биостойкости древесины зеленокорой и темносерокорой форм осины
В то же время длительный практический опыт использования древесины осины в качестве строительного материала накопленный в нашей стране показывает обратное.
В литературе указывают, что конструкции из осины могут служить от 50 до 300 лет без серьезных разрушений и в некоторых сооружениях ее использование предпочтительнее хвойным породам (Клар,1958; Яблоков,1963; Сторожен-ко,1987).
Из приведенного выше возникает закономерный вопрос - в чем причины различия устойчивости древесины осины к биоразрушению при лабораторных испытаниях и при эксплуатации.
Скорость биологического разрушения древесины зависит от комплекса факторов главным, из которых является ее влажность, оптимальные значения которой составляют в среднем для большинства видов дереворазрушающих грибов от 50 до 70 % (Коперин, 1961; Чулков, 1964; Ри-пачек, 1967). Как известно (Москалева, 1957; Серговский, 1975), есть прямая зависимость базисной плотности древесины и ее влаго- и водо-проводности.
Исходя из этого, мы предположили, что древесина осины, имея низкую базисную плотность,
а
3,0
3,0
Г2-3
12,0
11,7
11,5
11,0
г
а значит и высокую влаго- и водопроводность, при использовании конструкций в атмосферных условиях значительно быстрее увлажняется и высыхает в сравнении с другими древесными породами, что создает неблагоприятные условия для развития дереворазрушителей.
Для подтверждения выдвинутой гипотезы был проведен эксперимент. Из пяти древесных пород (осина, лиственница, пихта, сосна, береза) произрастающих в Красноярском крае были выколоты образцы 10^50x100 мм (последний вдоль волокон) торцы которых тщательно гидроизоли-ровались. Выбор пород основывался на стойкости к дереворазрушителям. Лиственница - как наиболее стойкая древесная порода из хвойных, являющаяся своеобразным эталоном биостойкости.
Пихта - как наименее стойкая из хвойных, сосна - как наиболее близкая порода по естественной стойкости в лабораторных условиях к древесине осины, береза - как наименее стойкая порода из лиственных представленных в Сибири.
Для моделирования условий возникающих в процессе эксплуатации образцы подвергались циклическим воздействиям: в течение 24 часов вымачивали в воде при комнатной температуре, затем их помещали в сушильную камеру, где при температуре 25 °С и скорости воздушного потока 4 м/с сушили в течение 24 часов. Циклы увлажнения - высыхания повторяли 5 раз. По окончании эксперимента были рассчитаны средние значения изменения влажности образцов по всем циклам. Полученные данные приведены на рисунке 3.
Рисунок 3 - Динамика изменения влажности образцов древесины при циклических воздействиях
Влажность древесины лиственницы, при увлажнении за 24 часа увеличилась до 39,9 %, так и не достигнув оптимального значения влажности для развития дереворазрушающих грибов. При увлажнении и сушке образцы осины в зоне оптимальной влажности для дереворазрушителей находились около 9 часов, в то время как образцы сосны и пихты в течении 15 часов, а березы -15,5 часов. Из полученных результатов видно, что в древесине осины создаются экстремальные условия для дереворазрушителей за счет высокой скорости поглощения влаги и ее отдачи, что и является одним из факторов обуславливающих длительный срок эксплуатации конструкций из
осины. При заготовке материала для исследований у значительного числа модельных деревьев мы наблюдали водослой, который встречался у всех исследуемых форм в зоне спелой древесины в виде ядра, или отдельных пятен.
Исследования проведенные (^11^,1961; Rossell,1973; Sachs,1974; Zeikus,1974) показали, что у американских видов тополей и ильмов во-дослой вызван деятельностью бактерий. Но в России бактериальная природа водослоя не подтверждена и выдвинуты гипотезы, что причиной водослоя является деятельность грибов (Полу-бояринов,1963), всасыванием чрезмерного количества воды корнями (Дышлова,1971; Поцелуй-ко,1971), проникновение внутрь ствола дождевой воды через не заросшие сучки (Etheridre,1962; Костылев,1973).
Поскольку данный порок у осины встречается часто и свойства пораженной древесины мало изучены, это предопределило необходимость подробнее исследовать влияние данный порок. По стандартным методикам были проведены физико-механические испытания водослойной и расположенной рядом нормальной древесины. Полученные результаты приведены на рисунке 4. Абсолютная влажность свежесрубленной древесины водослоя на 111 % выше, чем нормальной. Усушка водослоя (рис. 4б) также значительно выше, чем у нормальной древесины: тангентальная на 114 %; радиальная на 133 %; объемная на 105 %. Кроме того при высыхание водослоя происходят сильные деформации образцов, образуются отлупные трещины и трещины усушки (рис. 5).
По механическим показателям водослой уступает нормальной древесине, особенно при скалывании вдоль волокон. Различие составляет 36 % (рис. 4д).
Из приведенного можно сделать следующие выводы: водослойная древесина значительно отличается по физико-механическим свойствам от нормальной древесины в сторону ухудшения физических и механических свойств.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
Морфологические форм осины (по цвету коры) существенно отличаются по физико -механическим свойствам древесины. Наиболее высокие показатели у светлокорой формы, наименьшие у светлосерокорой.
Различия в естественной биостойкости морфологических форм осины незначимы.
Высокая эксплуатационная стойкость конструкций из осины в значительной степени обусловлена физическими особенностями древесины, позволяющими за счет высокой скорости увлажнения и высыхания создавать экстремальные условия для дереворазрушающей флоры.
Водослойная древесина по сравнению с рядом расположенной нормальной, имеет существенно большую влажность, усушку и меньшую прочность при скалывании вдоль волокон.
250
150
= 100 2
226,4
107,3
Э
>
О 10
Нормальная
Водослойная
Тангенциальная Радиальная Объемная
в □ Нормальная □ Водослойная
г
36
34
33,5
33
Нормальная
Водослой
=;
о
ц
4,2
Нормальная
Водослой
Рисунок 4 - Физико-механических свойств нормальной и водослойной древесины
Рисунок 5 - Образец древесины после сушки: участок
водослоя деформированный с отлупными трещинами,
участок нормальной без деформаций
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Вероятностный метод исследования антисептиков для древесины: учеб. пособие для вузов / Д.А. Беленков - Свердловск: Уральский университет, 1991. -180 с.
Данилин, М.А. Осиновые леса Сибири / М.А. Данилин.
- Красноярск: Красноярский университет, 1989. -184 с.
Долгошеев В.М. Научное обоснование рубок ухода в осинниках приуралья с использованием селекции: автореф. дис. ... к.с-х.н. / В.М. Долгошеев. -Свердловск, 1969. - 30 с.
Дышлова, В.Д. Водослой в древесине / В.Д. Дышлова, А.П. Поцелуйко // Научные труды ЦНИИМОД: сб. трудов. - Архангельск, 1971. - вып. - 26. - с. 129 - 133.
Клар, Г.В. Осина как строительный и поделочный материал / Г.В. Клар // Бюллетень научно -технической информации. - М.: Издательство МСХ СССР, 1958. - с. 24-27.
Коперин, Ф.И. Защита древесины от гниения / Ф.И. Коперин. - Архангельск: Архангельское книжное издательство, 1961. - 192 с.
Костылев, А.С. Организация хозяйств и лесоводствен-но-технические мероприятия по выращиванию высокотоварной осины из естественных молодняков /
A.С. Костылев. - Л.: Издательство ЛенНИИЛХ, 1973. - 42 с.
Москалева, В.Е. Строение древесины и его изменение при физических и механических воздействиях /
B.Е. Москолева. - М.: Издательство Академии наук СССР, 1957. - 168 с.
Полубояринов, О.И. О природе и некоторых свойствах серого (водослойного) ядра осины // Научные труды ЛТА: сб. трудов. - Л., 1963 - № 102. - с. 37-44.
Поцелуйко, А.П. Свойства водослойной древесины сосны и ели / А.П. Поцелуйко // Научные труды ЦНИИМОД: сб. трудов. - Архангельск, 1971. - вып. - 26. - с. 134 -137.
Рипачек, В. Биология дереворазрушающих грибов / В. Рипачек. - М.: Лесная промышленность, 1967. - 237 с.
Серговский, П.С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины / П.С. Серговский. - М.: Лесная промышленность, 1975. - 400 с.
Стороженко, В.Г. Ведение хозяйства в осинниках / В.Г. Стороженко, Л.Е. Михайлов, С.Н. Багаев. - М.: Агропромиздат, 1987. - 144 с.
Чулков, В.Д. Защита древесины от гниения и возгорания / В.Д. Чулков. - М.: Лесная промышленность, 1964. - 108 с.
Щепотьев, Ф.Л. Быстрорастущие древесные породы / Ф.Л. Щепотьев, Ф.А. Павленко. - М.: Издательст-
а
200
50
0
21,1
б
20
137
15
9,7
6,4
3,6
5
0
35,5
35,5
35
34,1
во сельскохозяйственной литературы, журналов и плакатов, 1962. - 430 с.
Яблоков, А.С. Воспитание и разведение здоровой осины / А.С. Яблоков. - М.: Гослесбумиздат, 1963. -441 с.
Etheridre, D.E. Wetwood formation in balsam fir / D.E. Ehteridre, L.A. Morin // Canadian Journal of Botany.
- 1962. - vol. - 40. - p. 1335-1345.
Hartley, C. Wetwood, bacteria, and increased pH in trees /
C. Hartley, R.W. Devidson, B.S. Crandall // U.S. Forest Products Laboratory. - 1961. - n. 2215. - p. 35.
Rossell, S.E. Bacteria and wood. A review of the literature
relating to the presence, action, and interaction of bacteria in Wood / S.E. Rossel, E.G.M. Aboot, J.F. Levy // Journal Institute Wood Science, 1973. - vol. -6/2/. - no. - 32. - p. 28-36.
Sachs, I.B., Ward J.C., Kinney R.E. Scanning electron microscopy of bacterial wetwood and normal heart-wood in poplar trees / I.B. Sachs, J.C. Ward, R.E. Kinney // Scanning electron microscopy. - 1974. -part - 2. - p. 453 - 728.
Zeikus, J.G. Methane formation in living trees: a microbial origin / J.G. Zeikus, J.C. Ward. - Science, 1974. -184 p.
Поступила в редакцию 24 января 2009 г. Принята к печати 8 июня 2009 г.
