книги из ГПНТБ / Полубояринов, О. И. Влияние лесохозяйственных мероприятий на качество древесины учебное пособие для лесотехнических вузов

Следовательно, после проведения мероприятия плотность древесины снизилась в первый период на 5, во второй — на 6 и в третий также на 6%.

Как видно из приведенного примера, данный прием позво­ ляет учесть возрастные изменения плотности древесины, про­ исходящие независимо от проводимого мероприятия.

С отдельными деталями методики отбора образцов для оп­ ределения плотности древесины и ее определения макро- и микрометодом можно познакомиться в ранее опубликованных работах [63, 67].

4. ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ЕЕ КАЧЕСТВО

При проведении тех или иных лесохозяйственных меро­ приятий лесовод оказывает влияние на качество древесины либо изменяя экологическую обстановку в древостое, либо воздействуя на наследственный аппарат деревьев. Непосред­ ственное же воздействие на качество формирующейся древе­ сины чисто механическим путем осуществляется лишь в от­ дельных случаях (например, при обрезке сучков или кольце­ вании деревьев). Поэтому перед рассмотрением вопросов, свя­ занных с анализом влияния лесохозяйственных мероприятий на качество древесины, целесообразно, хотя бы и кратко, об­ судить аспекты формирования древесины, происходящего в природной обстановке без вмешательства человека.

4.1.ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

4.1.1.Классификация экологических факторов

Факторы внешней среды, оказывающие влияние на про­ цесс формирования древесины, можно разделить на первич­ ные, или элементарные, и на вторичные, или комплексные. Первичными экологическими факторами называются такие, которые могут проявляться самостоятельно, хотя в обычных' условиях и действуют совместно с другими факторами. Сюда относятся свет, тепло, влага и др. Под вторичными фактора­ ми следует понимать такие, которые сами по себе определя­ ются одним или несколькими первичными факторами: высота места под уровнем моря, экспозиция, географическое поло­ жение.

Экологические факторы проявляются по-разному в зависи­ мости от таксационной характеристики насаждений. При этом структурные признаки древостоев, а также особенности взаи­ моотношения их компонентов сами по себе могут оказывать

40

сильное влияние на процессы формирования древесины, т. е. выступать как экологические факторы.

Наконец, говоря об экологических факторах, нельзя не упомянуть о типах леса и типах условий местопроизрастания, каждый из которых характеризуется сложным комплексом экологических факторов, оказывающих влияние на качество древесины.

В настоящее время достаточно хорошо разработана клас­ сификация первичных экологических факторов. В табл. 2 при­ ведена классификация, в основу которой положены материа­ лы П. Крамера и Т. Козловского [34] с некоторыми измене­ ниями.

Т а б л и ц а 2

Классификация первичных экологических факторов, оказывающих влияние на процессы формирования древесины

Б и от и чески е ф акт оры

•Грибы Насекомые Животные

41

4.1.2. Первичные экологические факторы

Исследований, посвященных влиянию первичных эколо­ гических факторов на формирование древесины, пока выпол­ нено немного. Главным препятствием для их проведения яв­ ляются трудности методического характера: сложная взаимо­ связанность экологических факторов, часто не позволяющая выделить влияние отдельного фактора, и значительно мед­ ленный по сравнению с травянистыми растениями рост дре­ весных пород, требующий проведения длительных и очень кропотливых наблюдений. Поэтому данные о влиянии от­ дельных экологических факторов на качество древесины до последнего времени в основном базировались на наблюдени­ ях в природе при экстремальных условиях.

Ценность подобных наблюдений очевидна, так как при большой продолжительности жизни дерева очень часты слу­ чаи, когда экологические факторы в их крайнем проявлении оказывают решающее влияние на формирование древесины и ее качество. Примеры таких воздействий будут рассмотрены ниже.

Произошедшие в последние годы значительные усовершен­ ствования методов измерения сезонного и годичного прироста дерева с помощью самописцев-дендрографов, использование методов дендрохронологии и более совершенного математи­ ческого аппарата позволяют выявить количественную зависи­ мость между приростом деревьев в насаждениях и различны­ ми метеорологическими и почвенными условиями.

Существенным дополнением к проводимым в природе ис­ следованиям процессов формирования древесины являются вегетационные опыты, где возможно точное количественное дозирование изучаемых экологических факторов.

В работах В. Нечесаны и его сотрудников [146, 148, 149, 150] исследовано влияние длительности освещенности, или фотопериода, температуры воздуха и влажности почвы на различные элементы клеточной структуры древесины: толщи­ ну микрофибрилл первичной стенки клетки, ориентацию ми­ крофибрилл вторичной оболочки, толщину клеточной стенки, длину древесных волокон и поперечные размеры клеток.

Установлено [147] достоверное влияние фотопериода на тол­ щину микрофибрилл и их ориентацию, а также на толщину клеточной стенки и длину древесных волокон. Наибольшие значения измеряемых признаков были достигнуты при равно­ мерном (продолжительностью 12 часов) чередовании осве­ щенности и затемнения.

В этих же опытах было установлено, что наибольшая тол­ щина клеточных микрофибрилл образуется при крайних ис­ следованных температурах воздуха (15 и 35° С), в то время

42

как толщина клеточной оболочки и длина древесных волокон, образующихся при крайних температурах, были наимень­ шими.

Столь же противоречивым было влияние влажности поч­ вы: наибольшее значение толщины микрофибрилл было полу­ чено при средней влажности почвы (35%). а толщина клеточ­ ной оболочки и длина древесного волокна увеличивались по мере увеличения влажности почвы (до 80%).

Вдругой работе В. Нечесаны [146] показано, что недоста­ ток света сдерживает одревеснение клеточных оболочек, а также развитие проводящих тканей.

Вработе [144] исследована анатомия и физические свой­ ства древесины двухлетних сеянцев лиственницы западной Larix occidentalis (Mutt.), выращенных на питательных раст­ ворах при недостатке минеральных элементов. Установлено, что недостаток Са, Mg и Р резко ограничивает активность меристем, снижает прочность и качество древесины в целом.

Вотличие от вегетационных опытов в природе естественно наблюдаются более сложные взаимосвязи экологических факторов. Установление их влияния на процессы формирова­ ния древесины возможно лишь при условии применения тща­ тельно продуманной методики.

Вработе В. А. Алексеева и II. В. Ловелиуса [2] была сде­ лана попытка установить связь фотосинтетически активной радиации (ФАР) с приростом древесины сосны и ели в южно­ таежных древостоях. Установленный авторами коэффициент вариации ФАР оказался несоизмеримым с коэффициентом ва­

риации прироста. Из этого фактора авторы делают вывод о том, что влияние ФАР на прирост древесины перекрывается мощным воздействием на фотосинтез и дыхание других, неза­ висимо или сопряженно с радиацией меняющихся факторов среды — осадков и температуры. В результате исследований делается важный для практики вывод: в нерегулируемых ус­ ловиях среды южнотаежных древостоев лучистая энергия не является фактором, находящимся в минимуме, и не лимити­ рует лесохозяйственный урожай. Результаты данных исследо­ ваний подтверждаются опытами, проведенными в Австралии

иФРГ.

Вработе [138] было показано, что вариация плотности дре­ весины внутри годичного слоя Pinus radiata Don. тесно корре­ лировала с наличием доступной в течение главного периода роста влажности почвы. Другие факторы — длина дня, интен­

сивность солнечной радиации и температура — влияли на формирование древесины в большей qTeneHH в начале и кон­ це периода роста. Тог факт, что температура, по-видимому, является одним из наиболее существенных факторов для ро­

43

ста деревьев весной, подтверждается в ряде других исследова­

ний [48, 97].

Немецкие исследователи [14!] с помощью регрессионного анализа показали, что 80% вариаций среднего годичного при­ роста 80—100-летних ельников объясняются двумя региональ­ ными (количеством осадков за лето и продолжительностью периода роста) и тремя локальными переменными (водным режимом почвы и ее аэрацией, типом почвы и степенью де­ градации верхнего горизонта почв).

Оценивая в целом содержание исследований, касающихся процессов формирования древесины, необходимо отметить их безусловное научное значение. Вместе с тем следует подчерк­ нуть, что данные исследования в большинстве своем имели целью охарактеризовать влияние экологических факторов на процесс формирования древесины с количественной стороны. С точки зрения оценки качества древесины ширина годичного слоя, соотношение зон ранней и поздней древесины и даже ее плотность являются лишь отдельными элементами качества, и поэтому требуется большая доля осторожности в обобщаю­ щих выводах относительно влияния тех или иных экологи­ ческих факторов на качество древесины, когда само качество оценивается по одному, хотя и важному показателю. В этом отношении весьма примечательна работа австралийского уче­ ного Дж. Николлса (151), в которой автор, на основе тща­ тельно разработанной методики, установил существенное вли­ яние водного режима почвы на анатомическое строение Pituts radiata Don., но воздержался от категорических выводов от­ носительно хозяйственного значения полученных результатов.

К сожалению, работ, посвященных исследованию влияния первичных экологических факторов па основные качественные показатели древесины (такие, как сучковатость и физико-ме­ ханические свойства древесины) выполнено мало. Часть из них обобщены в известных лесоводственных учебниках и мо­ нографиях [34, 80], а также в других работах обобщающего характера [5, 61].

Выше уже отмечалось то большое влияние, которое оказы­ вают первичные экологические факторы на качество древеси­ ны в их экстремальном проявлении. Широко известные явле­ ния — морозобойные трещины, температурные ожоги коры, трещины, возникающие от удара молний, повреждения древе­ сины от зимнего обезвоживания, резкое снижение прироста от летних засух — оказывают непосредственное и очевидное вли­ яние на качество древесины. Не менее серьезны скрытые по­ следствия климатических экстремумов, примером которых мо­ жет быть морозное ядро карпатского бука. Установлено, что возникновению этого порока способствовала исключительно морозная зима 1928-29 года.[6, 145].

44

Из других климатических факторов особая роль в форми­ ровании древесины принадлежит ветру.

Ветер свойственен любой окружающей древостой среде. Это повсеместно распространенное явление представляет со­ бой возможно самый важный, хотя и наименее изученный фактор, влияющий на развитие формы ствола дерева. Ветер влияет на устойчивость ствола, а степень реакции дерева на действие ветра изменяется в зависимости от сложного соотно­ шения между стволом и кроной, а также от многих условий, связанных с воздействием ветра. Мноше наблюдения ясно "по­ казывают, что конечным результатом воздействия ветра на форму ствола является ускорение прироста нижней (комле­ вой) части ствола за счет снижения темпов развития его вер­ шинной части, в результате чего увеличивается конусность ствола.

Реакция дерева на действие однонаправленного ветра про­ является в эксцентричности ствола, причем части ствола, ис­ пытывающие действие ветра, образуют так называемую реак­ тивную (креневую) древесину. Однако повышенный прирост нижней части ствола деревьев, испытывающих действие раз­ нонаправленных ветров, происходит, как правило, за счет дре­ весины, имеющей нормальную структуру.

Обобщая, можно сказать, что та, характерная для каждой древесной породы картина распределения плотности древеси­ ны вдоль ствола, в значительной степени определяется дей­ ствием ветра [63, 65].

Математико-биологическое истолкование влияния ветра на форму ствола дерева дано в работе С. В. Белова [4].

Б и о т и ч е с к й е ф а к т о р ы (грибы, насекомые, живот­ ные) могут также оказывать непосредственное влияние на ка­

проявляются в возникновении широко известных пороков дре­ весины. Менее изучено влияние на качество древесины копыт­ ных лесных животных.

Доказано [163], что скусывание дикими животными побегов подроста и молодых деревцев бука влечет за собой кусти­ стость и в последующем замедленное очищение стволов от сучьев. Еще более серьезный вред, сопряженный с появлением патологических окрасок и гнилей, наносится буку при обгла­ дывании коры. Отрицательные последствия (в смысле влия­ ния на качество древесины) повреждения коры деревьев сос­ ны подробно проанализированы в работах Э. Вагенкнехта [176, 177]. В работе [140] изучены динамика зарастания ран и особенности анатомического строения раневой древесины сосны, поврежденной оленем, лосем и косулей.

45

то время как падение плотности ели с увеличением высоты на 900 м составляет 21,6%, а сосны с увеличением высоты на 500 м — 11,1%, плотность древесины бука с увеличением вы­ соты на 750 м падает всего на 2,3%. Однако А. Л. Синькевич установил [74] значительные отличия в статической твердости древесины бука, произрастающего в Карпатах на высоте 1030 и 495 м: они составили по его данным 15—22%.

По данным того же автора, статическая твердость древеси­ ны бука на северном склоне была выше, чем на южном, на 13—15%. Худшее качество древесины кавказских древесных пород, произрастающих на склонах южной экспозиции, уста­ новил и Э. Д. Лобжанидзе [40].

При исследовании анатомического строения древесины бу­ ка, произрастающего в Сицилии на высотах 1200, 1500 и 1800 м над уровнем моря, было установлено [135], что опти­ мальный прирост и наибольшее количество сосудов характер­ ны для древесины средней зоны, а наиболее короткие древес­ ные волокна — для древесины нижней зоны.

Влияние высоты произрастания над уровнем моря на хи­ мический состав древесины карпатских древесных пород ска­ залось в повышении с увеличением высоты произрастания со­ держания целлюлозы при одновременном понижении содер­ жания лигнина [81].

Из приведенных данных следует, что топографические фак­ торы оказывают существенное влияние как на строение и хи­ мический состав древесины,’так и на ее физические свойства.

С сожалением опять-таки приходится констатировать от­ сутствие и в данной области исследования древесины работ, в которых было бы прослежено влияние топографических факторов на весь комплекс качественных показателей древе­ сины.

4.1.4. Структура насаждений

Структура насаждений характеризуется таксационными характеристиками. В числе прочих к таксационным показате­ лям насаждений относят происхождение (естественное или ис­ кусственное, семенное или порослевое), их форму (одноярус­ ные или многоярусные), состав (соотношение пород, образую­ щих насаждение), возраст (одновозрастные или разновозраст­ ные), полноту (степень густоты или полноты стояния деревь­ ев, образующих насаждение).

Изучение влияния структуры насаждений на качество дре­ весины представляет исключительный интерес, так как, изме­ няя таксационные показатели древостоя, лесоводы могут це­ ленаправленно регулировать воздействие первичных экологи­

47

ческих факторов на процессы формирования древесины и та­ ким образом получить древесное сырье с требуемыми качест­ венными показателями.

К сожалению, работ, специально посвященных влиянию структуры насаждений на качество древесины, не имеется. Однако во многих лесоводственно-таксационных и древеси­ новодческих исследованиях приводятся отдельные весьма цен­ ные дааные о зависимости качества древесины от структурных особенностей древостоев. Эти данные в основном касаются влияния таксационных характеристик древостоев на распро­ страненность пороков древесины и в меньшей степени распро­ страняются на другие показатели качества древесного сырья.

Настоящая работа также не претендует на достаточную полноту изложения сложной проблемы взаимозависимости структуры древостоев и качества древесины. Однако в ней делается попытка определить некоторые новые пути в реше­ нии данного вопроса на основе последних достижений лесоводственной и древесиноведческой науки.

Несмотря на все многообразие переменных, характеризую­ щих структуру насаждений, всегда присутствует фактор, ко­ торый при ближайшем рассмотрении оказывает решающее влияние на процессы формирования древесины и ее качества. Таким фактором является крона дерева, ее размеры и физио­ логическое состояние. Поэтому можно сказать, что все внеш­ ние факторы, включая структурные показатели древостоев, оказывают непосредственное влияние на развитие кроны, ко­ торая в свою очередь определяет процессы комбиальной де­ ятельности и дифференциации древесины. Крону дерева мож­ но, таким образом, уподобить некоторому модулю, с помощью которого можно сравнивать самые разнообразные по струк­ турным особенностям древостой.

Внастоящее время получены данные, свидетельствующие

отом, что крона дерева является не только источником, но и регулирующим центром, ответственным за рост древесины. Распускание почек весной кладет начало активности камбия [169], вегетационный период определяет как образование го­ дичного кольца древесины в целом, так и переходы от ранней

древесины к поздней [133]; наконец, прекращение активной деятельности камбия побуждается механизмом, определяе­ мым состоянием кроны [162]. Хаким образом, можно сказать, что весь процесс образования древесины контролируется кро­ ной дерева. У хвойных крона дерева при этом определяет: 1) постепенное уменьшение процента поздней древесины од­ ного и того же годичного кольца в направлении от комля де­ рева к его вершине и 2) время перехода от образования ран­ ней древесины к поздней.

48

Близость кроны, как показывают наблюдения, обеспечи­ вает большее образование ранней древесины годичного слоя. Молодые деревья, имеющие низко опущенные кроны, образу­ ют почти исключительно так называемую ювенильную (моло­ дую) древесину (см. раздел 5.10) в течение первых лет роста, если только этот рост не нарушается какими-либо неблаго­ приятными внешними условиями. По мере сокращения про­ порции живой кроны зона ювенильной древесины также от­ ступает кверху и, как правило, остается в общих границах кроны. В пределах годичного кольца зрелой древесины шири­ на зоны ранней древесины увеличивается кверху, в то время как зона поздней древесины в этом направлении суживается часто почти до полного исчезновения.

Описанная закономерность формирования годичного слоя древесины очень характерна для древесных пород с активно протекающим процессом очищения ствола от сучьев. У пород, характеризующихся замедленным течением этого процесса и более сильно развитыми ' кронами [61], наблюдается как бы вторичное увеличение плотности древесины в вершинной ча­ сти, что объясняется необходимостью придания этой зоне ствола необходимой (повышенной) прочности [63].

Время в течение вегетационного периода, когда осуществ­ ляется переход к образованию поздней древесины, приблизи­ тельно совпадает с прекращением роста дерева в высоту и за­ ложением новых почек [34]. Появление поздней древесины обычно происходит у основания ствола; постепенно она появ­ ляется на все более высоких точках дерева.

Из сказанного следует, что размер и общий характер раз­ вития кроны управляют закономерностями формирования и соотношения зон ранней и поздней древесины годичного слоя, а следовательно, и характером распределения плотности дре­ весины внутри ствола. Эти закономерности могут быть хоро­ шо проиллюстрированы путем сравнения качества древесины деревьев, растущих на открытой местности и в насаждении.

Низко опущенные кроны открыто растущих деревьев спо­ собствуют формированию годичного слоя древесины, имею­ щего примерно одинаковую ширину по всей длине дерева. Вследствие этого ствол делается исключительно сбежистым, подобно вершинной части деревьев, растущих в древостое и несущих живую крону. Распределение плотности древесины вдоль ствола открыто растущих деревьев более равномерное, чем у деревьев, произрастающих в древостое. Однако общее качество древесины открыто растущих деревьев намного ниже.

В густых насаждениях уменьшение протяженности живой кроны начинается рано, а ограниченное ее развитие опреде­ ляет сравнительно невысокую пропорцию ранней древесины