Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 7
1.1. Декоративная древесина наростов и березы карельской 7
1.2. Воспроизводство аномальной декоративной древесины 24
1.3. Использование декоративной древесины 32
1.4. Выводы 36
2. Программа, методика, объекты и объем работ 37
3. Ресурсы декоративной древесины наростов 42
3.1. Характеристика встречаемости деревьев с наростами 42
3.2. Количественная оценка наростов 56
3.3. Выводы 67
4. Анализ распределения деревьев березы карельской в культурах по категориям узорчатости 68
4.1. Распределение деревьев в культурах карельской березы по категориям 68
4.2. Особенности роста деревьев березы карельской разных категорий в культурах 76
4.3. Оценка выхода декоративной древесины, почек, бересты в культурах карельской березы 80
4.4. Определение экономической эффективности воспроизводства карельской березы в культурах 83
4.5. Выводы 88
5. Экспериментальное исследование возможности получения шпона из каповой древесины и оценка его качества 89
5.1. Цели и задачи исследования 89
5.2. Методика проведения экспериментальных исследований 91
5.3. Обработка экспериментальных данных 93
5.4. Выводы 106
Заключение 107
Литература 109
Приложения 124
- Воспроизводство аномальной декоративной древесины
- Программа, методика, объекты и объем работ
- Количественная оценка наростов
- Особенности роста деревьев березы карельской разных категорий в культурах
Введение к работе
Актуальность темы обусловлена необходимостью рационального использования биологических ресурсов, в том числе и ресурсов аномальной декоративной древесины. В настоящее время лесное хозяйство ориентировано на выращивание однородного, равнослойного по текстуре, сырья. Все отклонения в строении древесины от видовой нормы относят к разным видам «пороков». Декоративная древесина наростов, несмотря на длительную историю применения её в сувенирном производстве, при рубках леса идет в отходы сразу на лесосеке, либо выбраковывается на нижнем складе, хотя она может быть использована в производстве особо ценного облицовочного материала. Оценка естественных ресурсов наростов и применение их в деревообрабатывающей промышленности позволит рационально использовать данный ресурс и разнообразить ассортимент декоративного облицовочного материала.
Цель и задачи исследования. Целью исследования являлась оценка ресурсов декоративной древесины наростов в Среднем Поволжье, анализ распределения деревьев березы карельской по категориям узорчатости в культурах, получение шпона из декоративной древесины и выявление закономерностей изменения его толщины и качества.
Для реализации этой цели был поставлен следующий ряд задач:
изучить закономерности встречаемости деревьев с наростами в разных типах лесорастительных условий;
провести количественную оценку деревьев с наростами;
проанализировать распределение деревьев березы карельской по категориям узорчатости в культурах Республики Марий Эл и Ульяновской области;
провести эксперимент по получению шпона из декоративной древесины и оценить его качество.
Научная новизна полученных результатов работы заключается в виде закономерностей встречаемости деревьев с наростами; регрессионных зависимостей размеров наростов от диаметра ствола дерева; закономерностей роста
деревьев березы карельской разных категорий узорчатости в культурах Республики Марий Эл и Ульяновской области; множественных регрессионных моделей для толщины и шероховатости шпона из аномальной декоративной древесины.
Практическое значение работы. На основе полученных научных результатов рекомендованы производству:
методика поиска наростов (капов и сувелей);
технология формирования культур березы карельской с целью повышения в них выхода узорчатой древесины;
- режимы прогревания древесины каповых наростов для получения шпона.
Обоснованность и достоверность результатов работы обеспечиваются
стандартными методами исследования; повторностью экспериментов, позволившей обеспечить воспроизводимость данных; массовостью экспериментальных данных; математической обработкой полевых материалов с разработкой математических моделей и критериев достоверности различий между сравниваемыми вариантами.
Личное участие автора. Автор лично участвовала в составлении программы и методики исследований, изучении литературы по теме, сборе и обработке экспериментального материала, формулировании выводов и предложений, подготовке публикаций.
Положения, выносимые на защиту.
Оценка ресурсов декоративной древесины наростов в Среднем Поволжье.
Анализ распределения деревьев березы карельской по категориям узорчатости в культурах Республики Марий Эл и Ульяновской области.
Технологические аспекты повышения качества шпона из декоративной древесины.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены на Международной конференции молодых ученых «Леса Евразии в третьем тысячелетии» (Москва, 2001), Международной конференции «Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений» (Красноярск,
2001, 2002), Международной конференции «Растительные ресурсы для здоровья человека (возделывание, переработка, маркетинг)» (Москва - Сергиев-Посад, 2002), Всероссийской конференции «Таксация леса на рубеже веков: состояние и перспективы развития» (Санкт Петербург, 2001), III Всероссийской научно-практической конференции Экология и ресурсо - и энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства (промышленность, транспорт, сельское хозяйство) (Пенза, 2003), ежегодных научных конференций профессорско-преподавательского состава Марийского государственного технического университета (Йошкар-Ола, 2001, 2002, 2003).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 7 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 193 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 169 названий, из них 14 на иностранных языках, включает 19 таблиц, 28 рисунков, 10 приложений.
Воспроизводство аномальной декоративной древесины
Высокая стоимость и растущий спрос на декоративную древесину привели к сокращению её запасов. В настоящее время предлагается несколько направлений разведения лесных пород, образующих декоративную древесину: 1) создание культур, с использованием семян ценных форм генофонда местных популяций, при сохранении диких лесных условий выращивания с ограниченными уходами и селекционными рубками на определенных возрастных этапах; 2) создание промышленных плантаций путем размножения ценных форм и сортов с декоративной древесиной на высоком агрофоне с сокращенным оборотом рубки в период промышленной спелости; 3) формирование естественных насаждений по плантационному типу, с преобладанием в них наиболее ценных форм. В этом случае в насаждении проводят селекционные рубки с удалением угнетенных и малоперспективных деревьев. В результате селекционного изреживаний деревьев в насажде- ниях увеличиваются размерные показатели стволов и улучшаются их качественные характеристики (Любавская, 1996; Коновалов, 2002). Наиболее перспективным методом разведения древесных растений с декоративной древесиной считают создание плантационных культур. Они представляют собой посадки специализированного назначения, выращиваемые на высоком агрофоне с использованием отселектированного посадочного материала (Любавская, 1978; Евдокимов, 1989; Коновалов, 2002). Опыт по созданию культур, в том числе и плантационных, различных древесных видов описан в работах ряда ученых (Краснобаева, 1974,1992; Попивший, Яскин, 1989; Писаренко, Мерзленко, 1990; Родин, Найбич, Калинин, 1991; Любавская, 1997; Пчелин, 2000, 2001; Царев, Погиба, Тренин, 2001). Требования по закладке плантационных культур отражены в соответствующем отраслевом стандарте (ОСТ 56-90-86). «Культуры плантационные лесные и площади для их закладки. Оценка качества» и нормативно-справочном издании (Лесные плантации ..., 1984). Примером плантационного разведения могут служить культуры березы карельской в Московской области, Латвии, Карелии, и других регионах страны (Соколов, 1950; Любавская, 1966, 1978; Сакс, Бандер, 1970; Ермаков, 19706, 1986; Яскина, 1971, 1977; Багаев, 1977; Погиба, 1986; Евдокимов, 1989; Курсонов, 1991, 1998). Первые - опытно производственные культуры карельской березы были заложены посевом семян, при норме 6 кг на 400 м 2 в 1934 году под руководством Н.О. Соколова в Петрозаводском лесхозе. С 1958 года при создании культур карельской березы начинают практиковать посадку (Сбоева, 1961). В настоящее время считают, что посев как метод производства культур не соответствует биологическим особенностям березы карельской. Так как при посеве по площадкам формируются биогруппы, в которых из-за высокой сомкнутости возникает острая конкуренция между сеянцами сразу после смыкания.
Особи, стремясь обеспечить себе, господствующее положение в фитоценозе, формируют прирост по высоте, при этом слабый рост древесины в радиальном направлении, затягивает образование узорчатой древесины (Евдокимов, 1989). Рекомендуют размножение березы карельской из семян от контролируемого опыления, проводимое по особой технологии, характерной особенностью которой является выращивание сеянцев в условиях, с высокой грунтовой всхожестью и сохранностью всходов, пикировка однолетних сеянцев и раздельная посадка медленно и быстро растущих саженцев в промышленной плантации. Ослабление конкурентных отношений при выращивании гибридного семенного потомства резко увеличивает выход декоративных древесных форм. Л раздельная посадка саженцев разной величины, основанная на ранней диагностике узорчатых особей по габитусу и быстроте роста, обеспечивает относительную однородность древесины будущих культур (Любавская, 1966, 1978, 1997; Багаев, 1987; Погиба, 1988; Рекомендации по селекции и разведению березы карельской..., 1997; Коновалов, 2003). Альтернативным направлением является производство посадочного материала с закрытой корневой системой. Данная технология позволит выращивать саженцы с высокой сохранностью, производить посадку в течение всего вегетационного периода избежать после посадочного ослабления роста культур (Евдокимов, 1989). Из-за расщепления деревьев в потомстве при семенном размножении на безузорчатые и узорчатые (у последних, кроме того, еще и выделяется несколько форм роста) культуры карельской березы никогда не бывают чистыми, однородными. У узорчатых особей вертикальный прирост снижен из-за формирования декоративной древесины. Поэтому в культурах, к стадии жердняка в благоприятных лесорастительных условиях в 1 ярусе располагаются особи без признаков узорчатой древесины; а карельская береза, составляет, как правило, второй ярус насаждения. Короткоствольная её форма по мере развития древостоя переходит в ярус подлеска. Отпад в древостое со стадии жердняка происходит именно за счет этих стволов сильно угнетенных и отставших в росте (Евдокимов, 1989). О. Heikinheimo (1951) считает, что культуры карельской березы следует создавать с высокой первоначальной густотой, это способствует формированию высокоствольных узкокронных деревьев, повышает производительность культур. Другие рекомендуют создавать редкие культуры, или культуры с относительно высокой первоначальной густотой и с обязательным проведением ле-соводственных уходов уже и на первых стадиях формирования древостоя (Любавская, 1966, 1978, 1997; Багаев, 1987; Погиба, 1988; Евдокимов, 1989; Коновалов, 2003).
Программа, методика, объекты и объем работ
В программу исследований вошли следующие вопросы: 1. Оценка ресурсов декоративной древесины наростов в Среднем Поволжье. 2. Анализ распределения деревьев березы карельской по категориям узорчатости в культурах Республики Марий Эл и Ульяновской области. 3. Технологические аспекты повышения качества шпона из декоративной древесины. Для решения первого программного вопроса - оценки наличия наростов с декоративной древесиной и их количественной характеристики был сделан учет деревьев с наростами. Во время которого отмечали: - дату наблюдений; - местонахождение деревьев с наростами; - тип наростов; - диаметр деревьев с наростами; - размеры наростов; - количество наростов и место их размещения на поверхности ствола. Типы лесорастительиых условий приняты по П.С. Погребняку (1955), тип леса - по В.Н. Сукачеву (1972). Диаметр деревьев измерялся инструментально. Если на дереве было несколько наростов, то размеры замеряли у среднего экземпляра, выбранного на высоте до 2 м от поверхности земли. Согласно ГОСТ 2140-81 «Пороки древесины. Классификация, термины и определения, способы измерения» у наростов измеряли длину «в» см, толщину «с» см, и дополнительно ширину «а» см (рис. 2.1.). Исследование частоты встречаемости деревьев с наростами проведено на маршрутных ходах протяженностью 90,2 км, проложенных по территории Учебно-опытного лесхоза МарГТУ. Деревья с наростами изучались также в других лесхозах республик Марий Эл, Чувашии и Ульяновской области, на улицах населенных пунктов, а именно: в городах Йошкар-Ола, Волжск, Нижний Новгород и поселке Кузо-ватово Ульяновской области. В наблюдения были включены 4 вида: береза повислая (Betula pendula Roth.), липа мелколистная (Tilia cordata Mill.), ольха черная (Alnus glutinosa Gaertn.), клен ясенелистный (Aser negundo L.). Данный круг пород обусловлен наибольшей частотой встречаемости на них наростов. Всего было обследовано 663 дерева с наростами. Для разработки второго вопроса программы летом 2001 года изучались культуры карельской березы на декоративность древесины. На участках с культурами проведен сплошной перечет деревьев, у которых оценивали неровности на поверхности ствола методом «пальпации» (Евдокимов, 1989).
По внешнему проявлению неровностей на поверхности ствола в культурах было выделено 6 категорий деревьев. У деревьев каждой категории были взяты модели на ход роста, по которым изучали также, наличие декоративной древесины, её долю от объема ствола. Объем древесины определяли кси-лометрическим методом. Участки с культурами карельской березы расположены на территории Республики Марий Эл и Ульяновской области: Участок №1: расположен в Учебно-опытном лесхозе МарГТУ; почвы супесчаные; тип лесорастительных условий - Сг , схема посадки-1,0 х 1,5 м; площадь питания-1,5 м ; количество посадочных мест-6660 шт/га; возраст культур-16 лет, биологический возраст растений 18 лет. Нср=8,6±0,20; dcp=6,3±0,17. Культуры созданы Лебедевой Э.П. Участок №2: расположен в Кузоватовском лесхозе Ульяновской области; почвы темно-серые лесные, легкосуглинистые; тип лесорастительных условий - Сг\ схема посадки по 3 шт в площадке, размещение площадок 6,0 х 3,0 м; площадь питания-6,0 м ; количество посадочных мест-1666 шт/га; возраст культур-16 лет. Нср=7,0±0,27; dcp=10,9±l,04. Культуры созданы работниками Кузоватовского лесхоза. Участок №3: расположен в Ботаническом саду МарГТУ; почвы тяжелосуглинистые; тип лесорастительных условий - Сг , схема посадки-2,5 х 4,0 м; площадь питания-10,0 м ; количество посадочных мест-1000 шт/га; возраст культур-24 года. Нср=13,7±0,90; dcp=12,2±l,20. Культуры созданы Котовой Л.И. Участок №4: расположен в Мушмаринском питомнике Национального парка «Марий Чодра» Республики Марий Эл; почвы песчаные; тип лесорастительных условий - \г\ схема посадки-1,0 х 1,0 м; площадь питания-1,0 м2; количество посадочных мест-10000 шт/га; возраст культур-24 года. Нср=6,8±0,38; dcp=5,9±0,75. Культуры созданы работниками Мушмаринского питомника. Участок №5: расположен в Яльчинском лесничестве Национального парка «Марий Чодра» Республики Марий Эл; почвы супесчаные; тип лесорасти-тельных условий -Вг; схема посадки-1,0 х 1,5 м; площадь питания-1,5 м ; количество посадочных мест-6660 шт/га; возраст культур-24 года. Нср=7,4±0,20; dcp=8,0±0,38. Культуры созданы работниками Яльчинского лесничества. Всего было изучено 1945 деревьев березы карельской. В основу решения третьего вопроса программы заложен 3-факторный управляемый эксперимент, целью которого было выявление закономерностей изменения толщины и качества шпона, полученного из каповой древесины. Был изготовлен суппорт, несущий нож и прижимную линейку и установлен на действующий строгальный станок, на котором и проводили эксперимент. Образцы из древесины капов липы мелколистной, ольхи черной, клена ясенелистного и березы карельской, размером 50 х 50 х 40 см, подвергали различным режимам гидротермической обработки, а затем строгали при разной скорости резания. У полученного шпона оценивали толщину, шероховатость, цельность.
Количественная оценка наростов
На одном дереве может быть один или несколько наростов. Если наростов несколько, то у основания ствола расположены обычно более крупные экземпляры, вверх по стволу их размеры уменьшаются. В этом случае для оценки размеров брался средний нарост на высоте до 2 м от поверхности земли. У наростов измеряли длину «в» см, толщину «с» см, и ширину «а» см. Схема измерения указанных размеров показаны на рис. 2.1. Размеры наростов варьируют в широких пределах. В табл. 3.8 приведены размеры минимальных и максимальных наростов по видам. По представленным данным можно судить о величине максимальных наростов у каждого вида. Самые большие стволовые капы обнаружены у липы мелколистной (d=40 см 50 х 42 х 13 см) и клена ясенелистного (d=60 см 86 х 33 х 13 см), последний имел одновременно капы и капокорень. Самые большие капокорни найдены у клена ясенелистного (d=60 см 180 х 40 х 40 см) при росте на нем капов и капокорней одновременно, а самый большой сувель (94 х 80 х 30 см) имело дерево березы повислой с диаметром ствола 80 см. В табл. 3.9-3.10 приведены максимальные, минимальные и средние размеры наростов по видам. На рис. 3.9- 3.11 представлены гистограммы частоты встречаемости стволовых капов, капокорней и сувелей с разным объемом. Они свидетельствуют о выраженной положительной асимметрии. У деревьев березы повислой более 90% капов имеют объем от 0,1 дм3 до 3,5 дм , оставшаяся часть - от 3,6 дм до 8,0 дм . Можно предположить, что капы у березы повислой либо возникают в более позднем возрасте, либо медленнее растут, чем у других видов. У липы мелколистной капы с объёмом от 0,1 дм3 до 3,5 дм3 составляют 76,7 %, а 23,3% капов имеет объем от 3,6 дм до 27,0 дм . У ольхи черной объемы капов варьируют в тех же пределах, их доля в обеих группах практически одинаковая.
Самые большие стволовые капы (45 дм3) найдены на деревьях клена ясенелистного. Объем капокорней изученных древесных пород меняется от 0,1дм3 до 362,0 дм3. Наибольшую часть составляют капокорни с объёмом от 3,6 дм3 до 27,0 дм3. Чаще всего крупные капокорни встречаются у клена ясенелистного. Количество сувелей достаточное для построения гистограммы было толь-ко у деревьев березы повислой. Их объем менялся от 0,1 дм до 226 дм , с его ростом частота встречаемости сувелей падает. На рис. 3.12-3.15 представлены графики зависимости размеров наростов от диаметра ствола дерева и аппроксимирующие их уравнения. На всех графиках видно, что размеры наростов связаны, в первую очередь, с диаметром деревьев. Наросты растут быстрее в ширину, чем в длину, и медленнее всего в - толщину. 1. У деревьев с наростами лиственных пород в Среднем Поволжье четко выражена приуроченность к типам леса Сг и Сз. Ресурсы декоративной древесины наростов сосредоточены в спелых и приспевающих насаждениях.
Наибольшая частота встречаемости деревьев с наростами в ТЛУ d -1,19 шт/га. 2. Размеры наростов варьируют в широких пределах, но в целом увеличиваются с ростом диаметра дерева. Наросты быстрее увеличиваются в ширину, чем в длину и медленнее всего в толщину. Карельская береза как форма березы повислой известна широкому кругу специалистов в качестве источника декоративной древесины, которая реализуется не по объемным показателям, а по массе и используется для облицовки особо ценной мебели. Спрос на древесину березы карельской растет (Евдокимов, 1989; Любавская, 1997). Естественные ресурсы этой формы березы истощены (Евдокимов, 1989). Поэтому уже несколько десятилетий её выращивают в культурах. За это время в России накоплен экспериментальный и производственный опыт создания культур карельской березы (Любавская, 1966, 1978; Ермаков, 1970, 1985; Соколов, 1967; Багаев, 1974, 1987; Погиба, 1988, 1997; Евдокимов, 1989; Курносов, 19976; Рекомендации по селекции и разведению березы карельской..., 1997; Шапкин, Казанцева, 1997). Разработана агротехника создания культур карельской березы (Любавская, 1978; Евдокимов, 1989). В 1976 и 1985 годах на территории Республики Марий Эл и Ульяновской области были заложены экспериментальные культуры карельской березы. Нами проведен анализ этих культур на декоративность древесины. Изучалось пять участков с культурами березы карельской, созданных посадкой двух летних сеянцев. Характеристика участков приведена в главе 2. На участках был сделан сплошной перечет деревьев. У каждого дерева изучались неровности на поверхности ствола методом «пальпации» (Евдокимов, 1989). Известно, что неровности на поверхности ствола березы карельской тесно коррелируют с текстурой древесины (Соколов, 1950; Ruden, 1954; Любав екая, 1966; Saarnio, 1976; Евдокимов, 1978, 1989). Их легко обнаружить при ощупывании поверхности дерева, именно на этом свойстве основан метод «пальпации». В отличие от существующих классификаций деревьев карельской березы по неровностям на поверхности ствола у R. Saarnio (1976) и А.П. Евдокимова (1989), выделивших по четыре типа деревьев, нами все разнообразие растений в культурах объединено в шесть категорий. О-типичные деревья березы повислой. Поверхность ствола без бугров (рис.4.1а). Древесина безузорчатая (рис. 4.2). 1-деревья, у которых на поверхности ствола имеются отдельные мелкие бугорки (рис. 4.16). Древесина слабоузорчатая (рис. 4.3); 2-деревья, у которых по всей поверхности ствола имеются впадины и бугорки, постепенно переходящие друг в друга (рис. 4.1 в). Древесина узорчатая (рис. 4.4);
Особенности роста деревьев березы карельской разных категорий в культурах
Если принять средние высоты и диаметры типичных безузорчатых растений (категория 0) за 100%, то средняя высота узорчатых растений составляет 73,2%, а средний диаметр 58,4 %. Чем сильнее выражены неровности, тем меньше средние диаметр и высота деревьев. Встречались растения с груботрещиноватой черной корой в нижней части ствола (на высоте 0,3-0,8 м от основания). Такие деревья превышали типичные безузорчатые растения по высоте на 5,5%, а по диаметру на 13,2%. Для каждой категории деревьев в разных культурах были построены графики зависимости диаметра деревьев от высоты. Они представлены в приложении 7. По графикам видно, что в первые годы роста диаметр узорчатых растений больше чем у безузорчатых. Но затем узорчатые особи начинают сильно отставать в росте от безузорчатых. На участке №1, в культурах Учебно-опытного лесхоза МарГТУ, у деревьев каждой категории были взяты модели на ход роста. Всего было спилено 6 деревьев. Каждое модельное дерево распилили на отрезки длиной 1 м, на торцевых срезах которых подсчитывали годичные слои. Аппроксимирующие уравнения хода роста в высоту для деревьев березы карельской каждой категории являются параболами второго порядка (рис.4.9). Дифференциация деревьев разных категорий по скорости роста начинается уже с трехлетнего возраста. Лидирующее положение занимают деревья 5 категории. Самыми низкорослыми оказываются деревья 4 категории.
Остальные занимают промежуточное положение. Различия по высоте между растениями 5 и 4 категорий нарастают с возрастом в 3 года - 60 см (табл. 4.3), к 10 годам - 2,6 м, а к 18-6,5 м. Различия между деревьями 5 категории и деревьями 1 и 2 категорий меньше, но с возрастом также динамично нарастают. В 3 года они составляют соответственно 0,6 и 0,4 м; в 10 лет-2,3 и 1,8 м; в 18 лет-5,5 и 5,9 м. Различия между деревьями 3 и 5 категорий до 8 лет выражены не существенно (30-50 см), начиная с 9 лет и далее различия быстро нарастают от 0,9 м в 10 лет до 4,6 м в 18 лет. По ходу роста деревья 5 и 0 категорий близки друг к другу, поэтому возрастная динамика различий между деревьями 0 и других категорий аналогична возрастной динамике между деревьями 5 и других категорий (табл. 4.3). В связи с этим, в изученных культурах необходимо рекомендовать удаление всех деревьев 0 и 5 категорий. Это составит на разных участках от 31,8 до 62,6% В пересчете на 1 га количество деревьев с 1 по 4 категорию составит по участкам соответственно 3156, 780, 682, 3740, 2508, а после изъятия растений 3 категории -1518,337, 381, 810, 1490. Судя по динамике превышения высот деревьев 0 и 5 категорий над высотами деревьев других категорий (табл. 4.3), подобного отставания с удалением безузорчатых особей при формировании культур карельской березы можно было и не допускать.
Первый прием ухода целесообразно проводить в возрасте 5-6 лет, удаляя все особи заметно превышающие по высоте основную массу растений. Второй прием, целесообразен в возрасте 9-11 лет, когда растения можно четко дифференцировать по категориям узорчатости. При этом мы не исключаем вариант возможного оставления в культурах части деревьев 5 категории, переводя их в иизкоштамбовую форму, позволяющую при торможении роста посредством обезвершинивания усилить радиальный прирост в при-комлевой части ствола, где формируется декоративная древесина.
