353

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

ЛЕСОВОДСТВЕННО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВНЫХ ЛЕСООБРАЗУЮЩИХ ПОРОД

Методические указания к выполнению самостоятельной работы для студентов специальности 260100 (250401) – Лесоинженерное дело

Воронеж 2008

2

УДК 603*272

Беспаленко О. Н. Лесоводственно-биологические свойства основных лесообразующих пород [Текст]: методические указания к выполнению самостоятельной работы для студентов специальности 260100 (250401) - Лесоинженерное дело / О. Н. Беспаленко, Д. Н. Мамонов; Фед.агентство по образованию, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования, Воронеж, гос. лесотехн. акад.- Воронеж, 2008.- 19 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТА

Рецензент канд.с.-х.наук, с.н.с. НИИЛГиС Н. С. Русин

3

“Деревья – это живые мысли Земли. Если на Земле исчезнут леса – она погибнет в муках”

Литовский поэт

ВВЕДЕНИЕ

Древесина является универсальным сырьем, из которого изготавливается продукция более чем 20 тысяч наименований. Каждый человек расходует ха свою жизнь 100 кубических метров древесины. Потребность в древесине возрастает с каждым годом, однако максимальное удовлетворение общества во всех ресурсах и полезностях лесных экосистем не должно снижать экологический потенциал лесов, обеднять их биоразнообразие.

Важнейшей экологической функцией лесных биоценозов считается регулирование состава атмосферы за счет связывания СО2 в процессе фотосинтеза, аккумулирования углерода в древесине и выделение кислорода. В настоящее время к состоянию лесов нашей страны, включая ее северные и восточные регионы, привлечено внимание всего мирового сообщества как к объекту экологической стабилизации на Земле.

Леса России не отличаются значительным видовым разнообразием древесных растений по сравнению с насаждениями тропических широт, однако сибирский кедр и лиственница, дуб из Подворонежья, карельская разновидность березы известны далеко за пределами нашей страны. Лес представляет собой динамическую систему. Периодически происходит смена одних древесных пород другими вследствие изменения климатических условий и хозяйственной деятельности человека.

В настоящее время генофонд основных лесообразующих пород в значительной степени обеднен рубками, затронувшими несколько поколений леса, поэтому технологические приемы лесоразработок должны учитывать особенности биологии древесных пород.

Новые технологии позволяют использовать древесину мягколиственных пород при производстве высокопрочных устойчивых материалов, поэтому в будущем понятие “малоценные древесные породы” вероятно исчезнет.

Настоящие методические указания знакомят студентов лесоинженерной специальности с биологическими особенностями основных лесообразующих древесных пород, освещают область их хозяйственного использования.

4

ОСНОВНЫЕ ЛЕСООБРАЗУЮЩИЕ ДРЕВЕСНЫЕ ПОРОДЫ

Сосна

Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) одна из основных лесообразующих пород России, поэтому в Западной Европе ее часто именуют “Деревом Востока”. Ареал произрастания сосны чрезвычайно широк: от Кольского полуострова до южного Урала. Сосна растет на Кавказе, образует крупные лесные массивы в Западной и Восточной Сибири.

Сосна достигает в высоту 30-40 м и характеризуется стройными, хорошо очищенными стволами с высоко посаженной кроной. Такой вид приобретают деревья, растущие в сомкнутом, достаточно густом насаждении. Если сосна выросла на опушке леса, она имеет низкоопущенную широкую крону. В нижней и средней части ствола кора с глубокими трещинами, в верхней – красновато-желтая и отслаивается тонкими пленками. Глубокая корневая система прочно укрепляет сосну в почве и обеспечивает ей рост даже на скалистых склонах.

Сосна является экологически пластичной породой и способна формировать продуктивные древостои даже в неблагоприятных почвенноклиматических условиях. Так в условиях Центрального Черноземья имеется более полутора миллионов гектаров, песчаных, смытых почв, меловых обнажений, участков, занятых малоценными насаждениями, поэтому сосну обыкновенную, по выражению профессора М. М. Вересина, называют деревом будущего. Различные условия среды в обширном ареале распространения сосны обусловливают обилие ее форм или подвидов.

Интересной почвенной разновидностью сосны обыкновенной является меловая сосна – древний, еще доледниковый обитатель Среднерусской возвышенности. Ранее по правобережью рек Дон, Оскол произрастали, так называемые, меловые боры, но к настоящему времени основная их масса вырублена. У меловой сосны укороченная хвоя, крона имеет зонтиковидную форму.

Сосна обыкновенная – порода светолюбивая, нечувствительна к заморозкам, относится к породам-пионерам (в числе первых заселяет вырубки и гари).

Сосна относится к однодомным древесным породам – женские и мужские генеративные органы образуются на одном и том же дереве, причем первые сосредоточены преимущественно в верхней части кроны. От момента опыления женских семяпочек до вылета семян из шишек проходит около двух лет. Семена имеют различную окраску, крылатые; крылышко охватывает семя сбоку. Семена сосны при хранении их в стеклянных бутылях не теряют всхожесть в течение 10 лет.

5

Искусственные насаждения сосны создаются посевом или посадкой с помощью различных механизмов.

Сосна является быстрорастущей древесной породой, может достигать возраста 300-350 лет, однако, по данным О. Г. Каппера (1954), ранее встречались отдельные деревья более, чем 500-летнего возраста.

Древесина у сосны обыкновенной блестящая, мягкая, смолистая, легко колется. Заболонь (периферическая часть) широкая, желтоватоили красно- вато-белая, ядро буровато-красного цвета. Годичные слои хорошо различимы. Смоляные ходы многочисленные, довольно мелкие, разбросаны поодиночке или попарно.

Физико-механические свойства древесины сосны в значительной степени зависят от почвенно-климатических условий. Центральная лесостепь является зоной оптимума ареала распространения сосны, но наиболее ценная древесина – мелкослоистая и плотная отмечается у деревьев, растущих в более экстремальных условиях. Подробные анализы древесины архангельской сосны, проведенные проф. С. И. Ваниным, Т. А. Баженовым, И. С. Мелеховым выявили высокие технические показатели сосны, произрастающей в северных районах. Весьма ценный по техническим качествам и смолистости является также сосна, произрастающая в южных районах, что установлено проф. Г. Р. Эйтингеном при изучении сосны на Кавказе..

Сосна имеет громадное лесохозяйственное значение и обширное применение. Употребляется на постройки в круглом и пиленом виде, легко подвергается обработке. Дает ряд ценных химических продуктов: живицу, канифоль, скипидар.

Из хвои сосны получают хлорофилло-каротиновую пасту, используемую в медицине; лекарственными свойствами обладают сосновые почки. Мужская пыльца сосны, благодаря высокому содержанию биологически активных веществ является существенным иммуностимулятором.

Ель

В нашей стране наибольшее распространение имеют ель обыкновенная (Picea abies) и ель сибирская (Picea sibirica). Деревья с мутовчатым ветвлением, несущие лишь удлиненные побеги. Ель образует стройную, островерхую, коническую крону, достигает высоты свыше 40 метров. Доживает до 400 и более лет. Ствол покрыт коричневатой чешуйчатой кроной. Хвоя колючая, четырехгранная. Шишки, цилиндрические, висячие, семена созревают осенью в год цветения. Семена яйцевидной формы, одноцветные, легко отделяются от крылышка, оставляя на нем ложкообразное углубление.

Ель теневынослива, образует многоярусные насаждения, в которых совместно произрастают несколько поколений деревьев. У ели небольшие тре-

6

бования к теплу и она распространена вплоть до северной части Кольского полуострова и до альпийской границы в горах. Ель имеет поверхностную корневую систему, ее насаждения отличаются повышенной ветровальностью. Из-за поверхностной корневой системы и сравнительно тонкой коры, ель не переносит низовых пожаров. Предпочитает свежие почвы и влажный воздух. До 40-50 лет растет медленно, затем прирост увеличивается. Всходы требовательны в аэрации почвы, в связи с чем часто появляются по микроповышениям. Ель задерживает кронами до 40 % годовых осадков, увеличивает влажность воздуха, понижает среднюю температуру воздуха и почвы в лесу.

Древесина у ели безъядровая, однородного белого цвета, иногда со слабым желтоватым или розоватым оттенком, имеет мелкие малочисленные смоляные ходы. По физико-механическим свойствам и стойкости против гниения древесина ели в среднем несколько уступает сосне. Древесина ели строгается труднее древесины сосны вследствие большей сучковатости и повышенной твердости ее сучков. Наряду с этим древесина ели обладает и определенными достоинствами, к которым надо отнести однородность строения, белый цвет, сохраняющийся долгое время без изменения, малую смолистость. Ель, как и сосна, имеет широкое и разнообразное применение. Белый цвет и малая смолистость в связи с достаточной длиной волокон делают древесину ели особенно пригодной для целлюлозно-бумажной промышленности; однородность же строения и связанная с этим высокая способность резонировать обусловливает применение ее при изготовлении музыкальных инструментов.

Цена 1 м3 древесины резонансной ели составляет 1-1,5 тыс. дол., а сертифицированных сортиментов (заготовок для дек) сегодня превышает 10 тыс.дол. На мировом рынке они реализуются, как правило, поштучно или по массе с точностью до грамма. Резонансная древесина встречается в 120летних насаждениях, высококачественная – в 140-летних, а особо качественная (для изготовления заказных инструментов) – лишь в девственных лесах, где возраст ели достигает 180-250 лет и даже более. В России пока нет общегосударственной программы не только целевого выращивания, но и рационального использования резонансной древесины.

В Марийском ГТУ создана специализированная лаборатория резонансной древесины. Здесь разработаны и изготовлены новые приборы для экспрессдиагностики и неразрушающего отбора резонансной древесины на корню, т. е. без спиливания дерева.

Ель используется для изготовления рудничной стойки – тонких бревен, используемых для крепления подземных выработок; при подвижке горных слоев еловые стойки издают предупреждающий об опасности обвала треск.

Кора ели используется для дубления в кожевенном производстве.

7

Пихта

Пихта сибирская (Abies sibirica) встречается на северо-востоке европейской части РФ и в большей части лесной зоны Сибири. В горных районах пихта сибирская поднимается до 2000 м над уровнем моря. Кора гладкая, темно-серая, на поверхности имеет много желваков с ароматной смолой (живицей). Хвоя длиной 10-20 мм, узкая, концы хвоинок выемчатые или закругленные. На нижней стороне видны две устьичные полоски, состоящие из 5-6 рядов устьиц каждая. На дереве хвоя сохраняется 7-10 лет. Возраст возмужалости при одиночном стоянии около 20 лет, в насаждении 40-50 лет. Шишки длиной 5-8 см, шириной 2-4 см, бурого цвета, смолистые. Семена длиной 6-7 мм, с крылышком длиной до 1- мм и шириной 7-8 мм.

Корневая система у пихты сибирской поверхностная отличается пластичностью в зависимости от условий местопроизрастания. Встречается срастание корней отдельных деревьев, вследствие чего иногда на срубленных пнях наблюдается образование новых годичных колец.

Пихта – теневыносливая порода и поэтому плохо очищается от сучьев. Требовательна к минеральному составу почвы и ее влажности. Растет и на почвах первой стадии заболачивания. На богатых перегнойных почвах является господствующей породой, на подзолистых суглинках становится второстепенной. Чем плодороднее почвы, тем больше примесь пихты к ели. При повышении плодородия почвы наблюдается не только хороший рост насаждений, но и появляется естественное возобновление. Пихта сибирская достигает высоты 35-40 м; максимальный возраст этой древесной породы составляет 150-200 лет.

Древесина пихты сибирской белая с легким желтовато-бурым оттенком; масса летней древесины составляет около 12 %. Поздняя древесина годичного слоя развита слабее ранней и переход между ними постепенный. Смоляных ходов древесина не имеет. Древесина пихты сибирской отличается высокими резонансными свойствами и звукопроводностью. Имеет большой процент сердцевинной гнили. Древесина пихты обычно употребляется для тех же целей, что и древесина ели. В семенах содержится до 30 % жирного масла, пригодного для лакового производства.

Пихтовое масло, получаемое из хвои употребляется в парфюмерном, мыловаренном, ликерно-водочном производствах, оно является исходным сырьем для производства синтетической камфары.

Живица, накапливающаяся в желваках под корой, используется для склеивания стекол при изготовлении оптических приборов.

8

Лиственница

Лиственница сибирская (Larix sibirica) представляет собой высокоствольное дерево с опадающей на зиму хвоей. Крона конусовидная, но форма ее изменяется под действием ветра. Расположение побегов рассеянное, поэтому правильного мутовчатого ветвления, как у сосны, нет. Побеги у лиственницы образуются удлиненные и укороченные. На удлиненных хвоя располагается спирально, на укороченных – пучками по 20-40 хвоинок.

Лиственница требовательна к свету, устойчива к весенним заморозкам, хорошо переносит низкие зимние температуры от 42-49 до 62°С, т. е. такие температуры, при которых замерзает ртуть. Быстрорастущая порода.

Кора у лиственницы толстая, глубокобороздчатая, серо-коричневого цвета, сильно трещиноватая.

Шишки длиной 2,5-4, иногда 5 см, шириной 2-3 см, созревают в октябре. Семена длиной 4-6 см, вместе с крылышком 11-14 мм и шириной 2-4 мм. С нижней стороны они лиловые, серовато-желтые, сверху светло-коричневые или желтые.

Корневая система у лиственницы сибирской глубоко укореняется в почве – до 1,5 м и больше. Ветровальности ее на свежих и глубоких почвах не наблюдается. Поверхностную корневую систему она развивает лишь на влажных местах и почвах с близким залеганием горизонта вечной мерзлоты. При заболачивании почвы лиственница образует придаточные корни.

Лиственница – порода ядровая, с мелкими немногочисленными смоляными ходами; имеет узкую заболонь белого цвета с легким буроватым оттенком; ядро красновато-бурое, резко отличается от заболони.

Древесина лиственницы обладает высокими физико-механическими свойствами и в этом отношении стоит на первом месте среди наших хвойных пород; по плотности и прочности она примерно на 25-30 % превосходит сосну. Древесина лиственницы отличается стойкостью против гниения и представляет собой прекрасный материал для высокопрочных сооружений: гидротехнических свай, столбов связи, балок, наружных лестниц и др. Благодаря резкой разнице между ранней и поздней древесиной годичного слоя обладает хорошим рисунком на радиальном и тангенциальном разрезах, что дает возможность использовать это дерево для изготовления красивой мебели. Из древесины получают этиловый спирт как побочный продукт при получении бумаги. Из 1 т древесины можно получить 160-200 л спирта.

Живица лиственницы более жидкая, чем у сосны и может применяться без всякой обработки как высококачественное лаковое покрытие для деревянных изделий.

9

Кедр

Кедр сибирский (Pinus sibirica) распространен на северо-востоке европейской части РФ, на Урале и в Сибири. Дерево достигает 35-40 м высоты и 2 м в диаметре, доживая до возраста 500-850 лет.

Кора буровато-серая, с отделяющейся в виде пластинок коркой. Хвоя длиной 50-130 мм, шириной 0,8-1,2 мм, трехгранная, по краям слегка зазубренная, сидит по 5 шт. в пучке.

Шишки светлобурые, прямо стоящие, нераскрывающиеся, яйцевидные, длиной 5-13 см, шириной 3-8 см. Зрелые шишки опадают вместе с семенами.

Семена (орешки) коричневого цвета, длиной 8-14 мм, шириной 6-9 мм, с толстой деревянистой кожурой, тонкой внутренней оболочкой и маслянистым ядром. Возмужалость у отдельно стоящих деревьев кедра сибирского наступает в возрасте 20-25 лет, а в насаждении – 40-70 лет. Усиленное семеношение в различных лесорастительных условиях наблюдается в течение 40100 лет, с 80-130-летнего возраста.

Корневая система у кедра сильно развитая. В молодости развивается преимущественно стержневой корень, а с 20-25-летнего возраста начинают усиленно развиваться боковые корни. В горах образуется поверхностная корневая система с хорошо укореняющимися боковыми корнями.

Кедр является наиболее приспособленной к континентальному климату породой. Он нетребователен к теплу, но влажность воздуха и почвы способствует его успешному развитию.

Кедр сибирский – теневыносливая древесная порода. Выносит боковые отенение, в молодости может расти и под пологом насаждения. Очищение ствола от сучьев идет медленно.

Кедр может расти в различных условиях, но наивысшую продуктивность имеет на свежих супесчаных и суглинистых почвах. Проф. М. Е. Ткаченко отмечает, что на глубоких сфагновых болотах он растет лучше чем сосна.

Кедр сибирский в молодости является медленнорастущей породой. С 60-летнего возраста прирост по высоте начинает увеличиваться и продолжается до глубокой старости (300-500 лет). Вследствие бурь, навала снега и льда в горах кедр часто имеет многовершинную крону. Кедр, растущий в горах Алтая, Саян и Забайкалья отличается от равнинного меньшей высотой и более мелкими шишками.

Естественное возобновление в кедровых лесах губят пожары. Кедровые леса мало устойчивы против пожара, и при сильном огне сгорает не только само дерево, но и почвенный слой, на котором оно растет. На обнаженных вследствие пожара склонах почва смывается дождями до материнской породы.

10

Распространению кедра способствует кедровка (ореховка) которая прячет орешки в местах, часто подходящих для жизни кедра.

Кедр – порода ядровая, с широкой розовато-белой заболонью, не резко ограниченной от буровато-розового ядра. Имеет самые крупные смоляные ходы. Древесина кедра мягкая, легкая, хорошо обрабатывается. По физикомеханическими свойствам занимает промежуточное положение между елью и пихтой, превышая, однако, обе эти породы по стойкости против гниения.

Благодаря однородности строения и малой разнице между ранней и поздней зонами годичных слоев древесина кедра легко и гладко режется во всех направлениях, что делает ее пригодной для производства карандашей (оболочки). Древесина кедра имеет красивый внешний вид (цвет и текстура) и широко используется в столярно-мебельном производстве. В XIX веке в бочках и ящиках из кедра экспортировалось в Западную Европу сливочное масло, заготовленное в Сибири. Оно долгое время сохраняло высокую пищевую ценность, благодаря бактерицидным свойствам кедровой древесины.

Высоко ценятся орешки кедра. Содержание в них жира доходит до 5675 %. В ядрах орехов содержатся белки, витамины, биологически активные вещества.

Дуб

Дуб летний, или черешчатый (Quercus robur) – зимостойкое и засухоустойчивое дерево высотой до 40 м. Ствол в условиях сомкнутого насаждения хорошо очищающийся, несущий компактную крону. При одиночном росте на открытом пространстве образует низкий толстый ствол с толстыми изогнутыми нижними ветвями, отходящими под прямым углом; крона мощная, шаровидная. Листья на коротких черешках, с ушками у основания, собраны в пучок на концах укороченных побегов. Желуди на длинных плодоножках, буро-коричневые, с продольными полосами; плюска бокалоили полушаровидная. Различают рано- и позднораспускающиеся фенологические разновидности с разницей начала вегетации в 2-4 недели. Подзнораспускающаяся форма, по сравнению с ранораспускающейся быстрее растет, меньше повреждается морозами, более устойчива к повреждениям насекомыми весной, древесина ее значительно плотнее.

Дуб черешчатый – главный эдификатор широколиственных лесов Русской равнины; заходит на север в подзону южной тайги, растет в предгорьях Крыма и Кавказа.

При селекционной работе с дубом черешчатым выявлены формы с различным строением коры. Установлено, что форма с глубокопродольнотрещиноватой корой более быстрорастущая, с прямым стволом, хорошо очищенным от сучьев и ажурной кроной. Деревья с такой корой –