Годичные слои на всех разрезах древесины сосны хорошо просматриваются, сердцевинные лучи не видны, сосуды отсутствуют. Ядро розовое или буро-красного цвета, заболонь широкая желтовато-бурая. Древесина сосны прямослойная, смолистая, легкая, достаточно прочная и хорошо поддаётся обработке. Ранняя зона годичного слоя имеет светлый цвет, поздняя - темный цвет.
Сердцевинные лучи на поперечном разрезе древесины хорошо видны. Они выглядят в виде светлых пятнышек на темноокрашенной поздней части годичных колец древесины. На продольных разрезах можно заметить много крупных темных черточек (окраска темнее древесины) - это продольные смолянистые ходы.
Широкая заболонь имеет желтоватую или бледно-розовую окраску. Заболонь только спиленной сосны может быть желтого цвета, а после сушки приобретает буроватый оттенок. У сосны однообразная текстура, которая определяется главным образом шириной годичных колец, различием в окраске древесины поздней и ранней, а также заболони и ядра. Изгибистые линии годичных слоев порой создают уникальный рисунок.
Ранняя и поздняя древесина очень отличаются по своему строению, поэтому у сосны малая равноплотность . Ранняя зона годичного слоя имеет плотность в два-три раза ниже, чем плотность поздней зоны годичного слоя. В годичном слое содержится в среднем 27% поздней древесины . В одном сантиметре содержится от 4 до 14 годичных слоёв. Это характерно для сосны, произрастающей на территории России. В северных районах России сосны имеют больше годичных слоев.
Физические свойства сосны
Влажность в заболони растущей сосны составляет в среднем 111%, а в ядре - 32%. В верхней части дерева влажность больше, влажность же ядра практически не меняется. Однако, отмечаются суточные и сезонные колебания влажности. Самый большой процент влажности отмечается в утреннее время (в среднем примерно на 20-30% выше), к вечеру она может снизиться до минимума, а к утру опять будет повышаться.Зимой влажность древесины сосны имеет максимальное значение (с ноября по февраль), а летом - минимальное (с июля по август). Как уже говорилось выше, это относится только к заболони, ядро у сосны имеет практически постоянную влажность. Средний показатель влажности в свежесрубленной древесине составляет 85%.
Процесс сушки сосны
В России брёвна и срубы используют для строительства домов. Сушка древесины является одним из наиболее важных этапов подготовки древесины к использованию. Процент усушки - это очень важные параметры. Средний процент усушка для древесины сосны в тангенциальном направлении 6,7% - ранняя часть годичных слоев и 7,5% -поздняя часть. Но так как древесина является гигроскопичным материалом, то когда повышается влажность воздуха, древесина начинает поглощать влагу. Можно сказать, что сам процесс сушки и поглощение влаги - это практически взаимно обратимо. Поэтому характеризуют изменение параметров древесины сосны при изменении её влажности коэффициентом разбухания (процент изменения параметров на процент влажности древесины). В среднем коэффициент разбухания для обыкновенной сосны составляет:- Радиальное направление - 0,18;
- Тангенциальное направление - 0,31;
- Объемный - 0,50.
Плотность превышается по направлению от сердцевины к коре, достигая максимального процента на 2/3 радиуса, после чего идёт снижение. Процент плотности уменьшается и по высоте дерева. Разнообразные удобрения, используемые для ускорения роста сосны, и прочие агрохимические мероприятия способствуют снижению плотности древесины на 5-15%.
Древесина сосны имеет высокие значения воздухопроницаемости и влаго-проницаемости, главным образом, в заболони. При высоком давлении 0,1 Мпа (одна сторона образца) воздухопроницаемость в радиальном направлении - 56,2 куб. мм/кв. см/с (заболонь), 2,6 куб. мм/кв. см/с (ядро). Благодаря достаточно высокой влагопроницаемости, возможно использование различных защитных веществ. Заболонь древесины сосны отлично пропитывается защитными веществами, поэтому эта порода дерева называется легкопропитывающаяся , а ядро - среднепропитывающееся . А труднопропитывающимися считаются ель и лиственница.
Тепловые свойства сосны
Древесина разных пород состоит практически из одних и тех же веществ, поэтому процент теплоемкости древесины не зависит от породы дерева. Рост теплопроводности увеличивается с повышением показателей плотности. Выявить тепловое расширение древесины почти невозможно, ведь оно замаскировано усушкой и влагопоглощением. Теплоизоляционные свойства древесины значительно выше по сравнению с алюминием, который применяется для изготовления окон, и немного выше, чем у ПВХ.Об электрических свойствах древесины
Древесина - это диэлектрик. Совершенно сухая древесина сосны имеет удельное объемное сопротивление продольных волокон - 1,861015 Ом/см, а поперечных - 2,361015 Ом/см. Когда влажность древесины увеличивается, то происходит снижение ее удельного сопротивления.О звуковых свойствах
Древесина сосны имеет достаточно низкую звукоизоляцию. К примеру, 30 миллиметровая перегородка способна снизить уровень шума на 12 дб, при этом, по требованию СНиП должно быть 40 дб.Электромагнитные и проникающие излучения
Светопроницаемость: с помощью чувствительных приборов было обнаружено, что световое излучение может проникать через 35 миллиметровые образцы древесины сосны. Кроме этого, было доказано, что структура и прочность древесины практически не меняется при рентгеновском излучении. По этой причине рентген применяется для дефектоскопии сортиментов. Сейчас древесина успешно используется для экранирования нейтронного излучения. Покрытие из сосны, толщина которого составляет 100 мм, вполне может заменить полиэтиленовую защиту, так как обладает большей термостойкостью и долговечностью.Свойства механические
Самые лучшие прочностные свойства имеет древесина сосен, которые произрастают в северных районах России. Сосна, среди хвойных пород по показателям прочности уступает лишь кавказской пихте.Степень прочности: Сосна - это мягкая порода, следовательно, она обладает довольно низкой износостойкостью. Такая древесина плохо держит крепление (гвозди, шурупы). Стоит сказать, что в сравнении - граб имеет этот показатель выше в четыре 4 раза.
Предел прочности
- при статическом изгибе - 70-92 МПа;
- при растяжении вдоль волокон - 100-116 МПа;
- при сжатии вдоль волокон - 40-49 МПа;
- при скалывании вдоль радиальной плоскости - 6,1-7,6 МПа;
- при скалывании вдоль тангенциальной плоскости - 6,6-8,1 МПа; Модуль упругости при статическом изгибе -8,0-13,1 ГПа.
Технологические и эксплуатационные свойства
- ударная вязкость - 28-51 кДж/кв. м;
Твердость
- торцевая - 28-33 Н/кв. мм;
- радиальная - 21-25 Н/кв. мм;
- торцевая - 16-23 Н/кв. мм.
Как и все хвойные породы - сосна плохо гнётся. Однако, благодаря мягкости, она легко поддаётся обработке при помощи режущего инструмента. Для сосны уровень удельной силы резания по сравнению с берёзой приблизительно в 1,7-1,8 раза ниже, а если сравнивать с дубом, то - в 2-2,5 раза ниже. Примерно такое же соотношение в периодах стойкости режущих инструментов (затупление).
В зависимости от влажности и твердости древесины, уширение на сторону может быть разным. Например, для влажной древесины максимальное уширение на сторону - 0,7-0,85 мм, а минимальное для древесины высушенной и твёрдой - 0,4-0,5 мм. Углы заточки зубьев для ленточных и дисковых пил, а так же показатель значения их уширения одинаковый, как для хвойных, так и для лиственных пород деревьев.
Сосна прекрасно поддаётся шлифовке. Микронеровности могут иметь высоту 8- 60 мкм, в то время, как дуб, ясень и клён - до 200 мкм. Как уже было сказано выше, древесина сосны хорошо пропитывается различными защитными веществами, однако в её высокой степени влаго-проницаемости есть и отрицательная сторона - это большой расход материалов для отделочных работ. Помимо этого, перед тем, как наносить лакокрасочное покрытие, требуется обессмоливание, так как древесина сосны содержит довольно много смолы. Для обессмоливание используют растворяющие или обмыливающие смолу вещества, то есть древесина обрабатывается бензином, ацетоном, спиртом и специальными щелочными растворами.
Древесина сосны устойчива к биологическим воздействиям , иначе говоря, она не подвержена поражению грибами. В качестве сравнения стоит сказать, что ель, к примеру, относится к группе среднестойких, а древесина берёзы - к группе слабостойких. Степень биостойкости увеличивается с возрастом дерева. Нижняя часть ствола обладает максимальной стойкостью. Древесина дерева, срубленного в период вегетации, больше подвержена к гниению.
В принципе на механические и эксплуатационно-технологические свойства сосновой древесины не оказывает влияние время рубки деревьев. Процент этих показателей после сушки при помощи высоких температур, существенно понижается. При сушке используются токи СВЧ, которые не причиняют никакого вреда свойствам древесины.
В течение пятнадцати суток прочность совершенно сухой древесины при высокой температуре (80-100 °С) снижается на 5-15 процентов, а за полчаса - на 10-30 процентов. Максимальная прочность мороженой древесины во время сжатия и статического сгибания увеличивается на 35%, при скалывании - на 75%. Но ударная вязкость при этом понижается практически вдвое. Прочность заболони сосны снижается на 10-15% после пребывания её в течение 30 суток в морской воде, при этом, ядро в таких же условиях свои прочностные свойства не меняет. Сосновая древесина обладает такими характерными пороками:
- Образуются гладкие наросты, которые имеют большой процент (по отношению к главной древесине) плотности, усушки, а так же низкий процент прочности.
- Участки древесины, пропитанные смолой - засмолки, появляются из-за повреждения ствола. Засмолки можно заметить на круглых сортиментах по повреждениям на стволе или большому количеству смолы. Они имеют более темный цвет, чем основная древесина, и просвечиваются на сортиментах малой толщины. Иногда можно заметить, так называемые, смоляные кармашки, хотя они встречаются реже, чем у ели.
Использование сосновой древесины
Древесина сосны может использоваться в самых разных отраслях. В строительстве древесину используют в качестве материалов для конструкций и отделки. Кроме этого, без древесины сосны не обходится машиностроение, мебельное производство, железнодорожный транспорт и др. Живица добывается из сосны. Хвоя сосны используется для производства биологически активных веществ.В производстве мебели сосна не очень популярна. Обычно, её смолистую и мягкую древесину используют, для изготовлении корпусной мебели. При этом для облицовки соснового каркаса используют толстый шпон более благородных пород (например, красное дерево).
Чаще всего сосну применяют в строительстве саун и лестниц . Но сначала древесину обрабатывают для удаления из неё избытка смолы и уплотнения. Светлые панели из сосны не только очень красивы, но и приятно пахнут. Кроме этого, сосновая древесина недорогая, поэтому производители саун, категории эконом-класса используют именно эту древесину. Для более простых саун, как правило, используют обычную сосну, а для саун элит-класса - канадскую сосну (тсугу).
Муниципальное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования детей «Дом детского творчества» муниципального района Учалинский район Республики Башкортостан
Учебно – исследовательская работа на тему: «Болезни древесных пород и оценка экологического состояния леса»
Выполнила: воспитанник детского объединения: «В мире дикой природы» Шихова Ксения Андреевна, 6 класс.
Руководитель педагог: МБОУ ДОД ДДТ Закирова Зугра Гирфановна.
Учалы 2014
Введение. 1 стр.
Обзор литературы:
а) классификация болезней. 2 стр
б) характеристика основных типов болезней. 3 стр
в) Болезни, связанные с химическими воздействиями. 4 стр
г) Влияние сернистого газа на деревья. 5 стр
Оценка экологического состояния леса 6 стр
Методика и результаты исследований 7 – 9 стр
Список литературы 11 стр
Приложение.
Введение
Мы, юннаты дома детского творчества, систематически ходим на экскурсии в близлежащие леса города Учалы. На своём пути мы часто встречаемся с различными патологиями деревьев. Это различные механические повреждения, ожоги коры, образования в виде плодовых тел грибов, увядания и засыхания хвои и листьев. Так же мы сталкиваемся с явлениями небрежного отношением человека к природе. Лес засорен бытовым мусором: консервными банками, бутылками, полиэтиленовыми пакетами и т. д. На стволе деревьев многочисленные надрезы, нанесённые человеком острыми предметами, следы ожогов. Такое состояние леса не может нас оставить равнодушными. Оценив ситуацию, мы решили провести обследование, установить причины и характер болезней деревьев и дать объективную оценку экологического состояния леса и выработать рекомендации по его улучшению.
Цель: Изучить характер болезней и виды повреждений древесных пород растений, дать оценку экологическому состоянию леса.
Задачи:
Определить объект исследования.
Разработать методы исследования.
Провести качественный и количественный учет заражённых болезнями, а так же повреждённых механически деревьев.
Установить причины, приводящие к патологическим изменениям деревьев.
Классификация болезней
Все болезни растений в зависимости от причины их возникновения и хода развития патологического процесса разделяют на инфекционные и неинфекционные.
Инфекционные болезни возникают в результате поражения растений чуждыми им патогенными организмами. В зависимости от возбудителя инфекционные болезни разделяются на следующие группы: грибные, бактериальные, вирусные и таллофитозы, вызываемые лишайниками.
Неинфекционные болезни возникают в результате неблагоприятных воздействий различных абиотических факторов: температура, влажность, воздействия ядовитых веществ. Неинфекционные болезни делятся на следующие основные группы: болезни, вызываемые несоответствующими условиями роста; болезни, вызываемые неблагоприятными воздействиями метеорологических явлений, высокой или низкой температуры и т. д; болезни, вызываемые механическими воздействиями; болезни, вызываемые вредными примесями в воздухе.
Болезнь растения сопровождается биохимическими, физиологическими и анатомическими изменениями. В результате поражения растений болезнями различного происхождения у больных растений возникают всевозможные патологические изменения: пожелтения хвои и листьев, побурение, засыхание ветвей, мозаика листьев, ведьмины метлы, опухоли, раковые язвы, гнили.
Характеристика основных типов болезней
Пожелтение хвои и листьев. Характеризуется изменением нормального зелёного цвета на жёлтый с зеленоватым оттенком различной интенсивности. Заболевание наблюдается при остром недостатке света, железа и при других нарушениям питания. При лечении или изменении условий роста и питания зеленый цвет листьев и хвои восстанавливается.
Побурение хвои и листьев . Характеризуется изменением зелёного цвета на бурый, красновато-бурый и другие оттенки.
Засыхание ветвей . Может быть следствием инфекционных и неинфекционных болезней, а так же результатом повреждений непосредственно ветвей, а так же в результате гниль корней.
Ведьмины метлы . Характеризуется скученностью побегов, в результате чего возникают шаровидные или яйцевидные образования состоящие их укороченных побегов, внешне напоминающие метлы. Вызываются грибами, вирусами, механическими повреждениями.
Опухоли . Характеризуется местным утолщением ветвей и корней. По форме опухолей их называют: полушаровидные – наростами, наплывами; шаровидные – вздутиями, шишками и утолщениями.
Раковые язвы. Характеризуются образованием незаживающих ран, окружённых наплывами. Причины вызывающие образования раковых язв различны: инфекционные поражения и постоянные повреждения морозом.
Гниль . При заболевании разрушаются и размягчаются отдельные участки и органы растений. Вызываются грибами и бактериями.
Болезни, связанные с химическими воздействиями
Эти болезни деревьев наблюдаются в случаях, когда находящийся в контакте с растением воздух, почва, жидкость или материалы содержат ядовитые соединения, вызывающие отравление. Если отравление приводит к очень быстрому отмиранию дерева, то его можно отнести к повреждению ядовитыми веществами, но в тех случаях, когда растения длительное время испытывают отравляющие действия этих веществ и не отмирает, возникает патологический процесс, который может закончиться в один случаях выздоровлением растения, в других отмиранием его.
Отравление через воздух. Эти случаи включают отравление дымом ядовитыми газами различными испарениями. Дым в зависимости от состава и не полного сгорания топлива содержит различные ядовитые газообразные продукты (углекислота, окись углерода, серный и сернистый ангидриды, соляная кислота) Все эти ядовитые составы и вещества вызывают неинфекционные заболевания растения как в острой так и в хронической формах. В первом случаи у растения повреждаются отдельные части особенно листья и хвоя, на которых образуются некрозные пятна. Во втором случае жизненные функции деревьев нарушаются постепенно. Газ проникает через устьица и вызывает уменьшение энергии ассимиляции, повреждённые клетки отмирают признаком острого заболевания хвойных пород, повреждённых газами, является винно-красная окраска хвои у вершинок или всей хвои и опадение в дальнейшем. У лиственных пород на листьях появляются красно-бурые пятна, расположенные между жилками. При длительном действии фабричного дыма у деревьев уменьшается прирост, отмирают вершины и ветви. Рассматриваемые ядовитые вещества могут попадать в почву и отравлять корни. Так сернистый газ быстро окисляется во влажном воздухе и доходит до почвы в виде серной кислоты.
Влияние сернистого газа на деревья
Так как, на территории нашего города находится УГОК, в промышленных выбросах которого может содержаться сернистый газ, мы решили изучить его влияние на лес.
Лес и сернистый газ . Сернистый газ (SO2) попадает в атмосферу при сгорании веществ, содержащих серу. Он образуется, в частности, при выплавке меди (когда сырьем служит медный колчедан), при сжигании каменного угля, нефти, имеющих примесь серы (в нефти, например, эта примесь может достигать 4% и более). Подсчитано, что в воздушную оболочку нашей планеты ежегодно попадает более 130 млн. т этого вредного вещества. Практически весь сернистый газ выделяется в результате производственной деятельности человека. Это вещество почти исключительно антропогенного происхождения, так сказать спутник цивилизации. В природе, не затронутой человеком, нет таких процессов, которые приводили бы к выделению больших количеств сернистого газа. Немного его попадает в атмосферу только при извержениях вулканов. А извержения, как известно, бывают достаточно редко.
Сернистый газ - вещество необычайно ядовитое для растений. Его вредное действие проявляется при ничтожно малом содержании в воздухе - 1:1 000 000 и даже менее. Именно при такой концентрации уже отмечаются значительные повреждения растений.
Особенно губителен сернистый газ для наших вечнозеленых хвойных деревьев, прежде всего сосны. Огромные массивы сосновых лесов в зоне интенсивного действия промышленного дыма страдают от отравления этим веществом. Признаки поражения деревьев хорошо заметны. Такие деревья резко отличаются по внешнему виду от здоровых. Кроны их сильно изрежены, хвои мало, часть крупных сучьев засохла. Иногда засыхает и вершина. Поражение сернистым газом сказывается также на длине хвоинок: они становятся значительно короче. Отравленные деревья, в конце концов, полностью засыхают, погибают.
Лиственные деревья гораздо более устойчивы к сернистому газу. Они не погибают так быстро, как сосна, но все же более или менее сильно страдают. Листья их покрываются пятнами газовых ожогов. Пораженные участки листа со временем отмирают, вываливаются, и листовая пластинка оказывается продырявленной. Тем не менее, лист не погибает, если только площадь «дыр» не слишком велика (не более 10-20%)
Оценка экологического состояния леса
Лес находится в очень запущенном состоянии. Он завален старыми и гнилыми деревьями, засорён бытовыми отходами. В результате часто возникающих пожаров огромное количество деревьев полностью уничтожено, на их месте остались обгоревшие пни. Кора на стволе деревьев обожжена. Деревья так же подвергнуты механическим повреждениям. Это привело к обнажению древесины. Результаты исследований показали, что огромная часть деревьев поражена различными видами инфекционных болезней. Нами были выявлены следующие виды болезней: опухоли, раковые язвы, 4 вида грибов, пожелтение листьев и хвои, ведьмины метлы.
Кроны хвойных деревьев сильно изрежены, хвои мало, часть крупных сучьев засохла. Всё это свидетельствует об отравлении их сернистым газом.
Результаты исследования леса: больных 31%, здоровых 49%, поврежденных 20%.
Методика и результаты исследований
Объект исследования – смешанный лес, расположенный на восточном склоне гор Таштбиик и Олатау. Нами произвольно были выбранные три участка с равным количеством деревьев (50 шт.). Провели визуальное обследование каждого дерева на отдельно взятых участках. Осмотр проводился тщательнейшим образом, обследовали кору деревьев на наличие механических повреждений, плодовых тел грибов, состояние листьев и хвои. Повреждения и патологии были сфотографированы. Был проведён количественный учет больных и здоровых деревьев, с помощью определителя установлены виды болезней и характер повреждений, в дальнейшем результаты исследований занесены в таблицу и составлена круговая диаграмма, отражающая экологическое состояние леса.
Исследуемые
участки
Виды болезней
Механиче-
ские
п-я
поражения
опухоли
Раковые
язвы
Плодовые тела грибов
Ведьмины метлы
Смоло-
течение
Пожелтение
хвои и листьев
1 участок
(берёзы)
1
Лес испытывает сильнейший стресс из-за различных экологических проблем, связанных с влиянием человека.
Большой урон нашим лесам наносят пожары, механические повреждения, выбросы промышленных предприятий.
Исследования показали, что большая часть деревьев на обследованном участке поражена болезнями и подвержена механическим повреждениям.
В связи с этим мы предлагаем проводить среди населения пропагандистскую работу по повышению уровня культуры поведения в лесу, распространение идей о важности бережного отношения к природе родного края.
Проводить периодические фитопатологические обследования деревьев.
Разработать и проводить конкретные меры по лечению больных деревьев.
Ежегодно проводить санитарные рубки.
Литература
1. Гойман Э.С. Инфекционные болезни растений. – М.: Иностранная литература, 1988.
2. Журавлев И.И. Лесная фитология. - М.: Лесная промышленность, 1990.
3. Болезни лесных деревьев и кустарников./ Журавлев И.И., Крангауз И.И., Яковлев Р.А. – М.: Лесная промышленность, 1974.
4. Словарь-справочник фитопатолога. – Л.: Колос, 1995.
5. Интернет-ресурсы.
На древесину в процессе эксплуатации воздействует целый ряд факторов окружающей среды, приводя к ее старению и разрушению. Среди них: климатические (УФ - излучение, влажность, ветровые нагрузки, кислород воздуха) и биологические (грибные поражения, поражения насекомыми, бактериями, водорослями).
Процесс деструкции заложен самой природой для поддержания экологического равновесия, поэтому в естественных условиях древесина, с течением времени, разрушается до углекислого газа и воды - самых простых химических соединений
Изменение свойств древесины под
воздействием внешних факторов
Влияние сушки
В процессе сушки на сырую древесину происходит воздействие пара, нагретого сухого и влажного воздуха, токов высокой частоты других факторов, приводящих в конечном результате к снижению содержания свободной и связанной влаги.
Правильно проведенная камерная сушка древесины дает материал, вполне равноценный получаемому в результате атмосферной сушки. Но если высушивать древесину в камерах слишком быстро и при высокой температуре, то это не только может привести к растрескиванию и значительным остаточным напряжениям, но и оказать влияние на механические свойства древесины.
Согласно исследованиям, при высокотемпературной сушке с конечной температурой в камере 105-110°С продолжительность сушки сокращается в 1,5-2 раза по сравнению с продолжительностью атмосферной сушки, но прочность древесины сосны (в досках толщиной 30-60мм) снижается при сжатии вдоль волокон на 0,8-8,7%, радиальном скалывании на 1-12%. Ударная вязкость снижается на 5-10,5%.
Влияние высокотемпературной сушки изучалось многими исследователями. Несмотря на противоречивость выводов, вызванную разным подходом к истолкованию результатов исследований, эти работы показали, что высокотемпературная сушка приводит к ухудшению механических свойств древесины.
Продолжительность сушки резко сокращается при использовании электромагнитных колебаний СВЧ. Однако степень специфического влияния этого фактора на свойства древесины изучена не до конца.
Влияние повышенных температур
Повышение температуры вызывает снижение показателей прочности и других физико-механических свойств древесины. При сравнительно непродолжительном воздействии температуры до 100°С эти изменения обычно обратимы, т.е. они исчезают при возвращении к начальной температуре древесины.
Данные ЦНИИМОД показывают, что прочность при сжатии вдоль и поперек волокон понижается как с повышением температуры, так и с повышением влажности древесины. Одновременное действие обоих факторов вызывает бо льшее снижение прочности по сравнению с суммарным эффектом от их изолированного воздействия.
При достаточно длительном воздействии повышенной температуры (более 50°С) в древесине происходят необратимые остаточные изменения, которые зависят не только от уровня температуры, но и от влажности.
Исследования, проведенные на древесине показали, что под действием температуры 80-100°С в течении 16 суток предел прочности при сжатии вдоль волокон снижается на 5-10%, а ударная вязкость на 15-30% (наибольшее снижение обнаружилось для дуба, наименьшее - для сосны). Снижение происходит главным образом в течение первых 2-4 суток.
Исследование последствий воздействия высоких температур в диапазоне 80-140°С на механические свойства древесины показали, что механические свойства снижаются с увеличением температуры, продолжительности ее воздействия и влажности древесины.
Влияние низких температур
Низкие температуры оказывают обратное влияние на прочность древесины: прочность замороженной древесины заметно повышается. Лед обеспечивает повышение устойчивости стенок клеток. Этим объясняется рост значений пределов прочности на изгиб, сжатие и раскалывание.
Влияние ионизирующих излучений
Ионизирующие излучения снижают прочностные характеристики древесины. Объясняется это радиолизом (разложением) ее органических составляющих. Однако использование радиоизотопов в процессе неразрушающего контроля деталей из древесины и их лучевая стерилизация (смертельная доза для грибов и насекомых составляет примерно 1Мрад) не ведет к снижению механических свойств материала, потому что доза облучения ниже той, которая вызывает заметные разрушения в веществе древесины.
Влияние агрессивных жидкостей и газов
Под действием кислот и щелочей происходит изменение цвета и разрушение древесины. Смолистые вещества, содержащиеся в хвойной древесине, заметно ослабляют негативное воздействие агрессивных сред, поэтому от их воздействия меньше страдают изделия из лиственницы и больше (в два-три раза) - лиственные породы, особенно мягкие. Древесина, пораженная синевой, подвержена разрушению в большей степени, чем здоровая. Само собой разумеется, что разрушение древесины под действием кислот и щелочей приводит к снижению ее прочности.
Влияние морской и речной воды
Испытания показали, что после пребывания в речной воде в течение 10-30 лет прочность древесины практически не изменилась. При более длительном воздействии речной воды поверхностный слой (толщиной 10-15мм) постепенно теряет прочность и начинает разрушаться. В то же время за этим поверхностным слоем прочность остается в пределах нормы, определенной для здоровой древесины.
Если древесина находится в воде несколько сотен лет, ее свойства сильно меняются. Количественные и качественные показатели этих изменений зависят от породы древесины. Наиболее известны результаты воздействия речной воды на древесину дуба. Мореный дуб меняет свою окраску до зеленовато-черного или угольно-черного, что происходит в результате соединения дубильных веществ с солями железа. В насыщенном водой состоянии древесина мореного дуба сохраняет пластичность, но после высушивания становится более твердой и хрупкой по сравнению с обычным состоянием. Усушка мореного дуба в 1,5 раза больше, чем обычного, что объясняют сморщиванием (коллапсом) клеток с уменьшенной толщиной стенок, поэтому и растрескивается древесина мореного дуба при сушке больше обычного. Прочность мореного дуба при сжатии и статическом изгибе снижается в 1,5 раза.
Длительное воздействие морской воды приводит к заметному повышению твердости лиственницы. При строительстве Венеции около 400 тыс. штук лиственничных свай было забито для укрепления оснований различных сооружений. Позже часть свай была обследована. В заключении об их прочности сказано, что сваи из лиственничного леса, на которых основана подводная часть города, как будто окаменели. Дерево сделалось до того твердым, что и топор, и пила едва берет его.
Обследование же сосновых свай, взятых из портовых сооружений, показало, что за 30 лет эксплуатации они на 40-70% снизили свои прочностные свойства.
Биологические факторы разрушения
Механизм биодеструкции древесины
Так как древесина является естественным продуктом органического происхождения, то при определенных значениях температуры и влажности подвергается биологическому поражению.
Биологические факторы, или агенты биоразрушения древесины - это живые организмы, способные оказывать на древесину разрушающее воздействие, среди них:
- грибы
- насекомые
- бактерии
- водоросли
- моллюски и ракообразные
Грибы являются самыми безжалостными истребителями древесины в природе.
Споры грибов находятся повсеместно в окружающей нас среде. Заразить древесину споры могут еще в лесу, при распиловке, транспортировке незащищенной древесины, а также при эксплуатации в строениях. В период зрелости гриб вырабатывает миллионы спор в сутки, и хотя много их погибает, но и достаточно переносится животными, насекомыми и ветром, приводя к заражению незащищенной древесины. Заражение может произойти и через грибницу, если зараженная часть соприкасается со здоровой древесиной. Стоит спорам грибов попасть в благоприятные условия, как они начинают бурно развиваться и портить древесину.
Одна из распространенных ситуаций - стройматериалы заготовлены зимой («зимний лес» считается наиболее здоровым), а его использование начинается только летом. Для хранения древесину сложили в штабель и накрыли полиэтиленом. Вроде бы все правильно. Вот только не учли парникового эффекта. А этот эффект - просто благодать для плесени. Тепло и влага - этого достаточно, чтобы грибы размножились и окрасили древесину.
Развитию грибных поражений древесины способствуют теплые (5-30°С) и влажные условия (W более 22%) окружающей среды, отсутствие воздухообмена.
Грибы, поражающие древесину, отличаются большим разнообразием - от плесени, окрашивающей древесину поверхностно до дереворазрушающих грибов, проникающих в толщу древесины, и разрушающих ее практически полностью.
Сплетение очень тонких грибных нитей (гиф) образует плодовое тело (грибницу, или мицелий). Споры зреют в специальных носителях - конидиях (такие грибы называются деревоокрашивающими и плесневыми), или в плодовых телах - такие грибы называются дереворазрушающими.
Грибы представляют большую и своеобразную группу одноклеточных и многоклеточных микроорганизмов. Общее число их видов, описанное к настоящему времени, составляет, по мнению различных авторов, от 10 до 250тыс. Они широко распространенны в природе во всех районах земного шара. Из очагов поражения материалов выделяют мицелиальные грибы самых различных родов, но чаще других порчу материалов вызывают представители двух родов: Aspergillus и Penicillium. Грибы имеют вегетативное тело мицелиального строения. Оно представляет собой систему разветвленных нитей - гиф, толщина которых колеблется от 2 до 30мкм. Гифы растут только в длину, и рост их практически не ограничен. Скорость роста колеблется от 0,1 до 6мм/час и зависит от скорости поступления питательных веществ. Мицелий начинает свое развитие из спор, прорастающих при определенной температуре и влажности. Сначала спора набухает, поглощая влагу из окружающей среды, затем оболочка ее разрывается, и появляется одна или несколько ростовых трубок, являющиеся началом нового мицелия. Первое время развитие гиф идет за счет запасных веществ споры, в дальнейшем - путем адсорбции питательных веществ из материала, подверженного биоповреждению.
В зависимости от характера роста различают субстратный и воздушный мицелий. Субстратный мицелий располагается на поверхности материала или пронизывает его вглубь. В этом случае повреждение имеет вид концентрического, прижатого к субстрату образования. Воздушный мицелий свободно поднимается над субстратом, соприкасаясь с ним только в отдельных точках. На нем обычно образуются органы размножения. В этом случае поврежденное место напоминает вату. Характер роста одного и того же гриба может меняться в зависимости от условий среды (состав питательных веществ, влажность и др.). Грибы размножаются либо частью мицелия, которая дает начало новому организму, либо спорами, образующимися на специальных гифах мицелия. Грибы образуют очень большое число спор.
Грибы, развивающиеся на древесине (ксилофилы, ксилотрофы), практически все принадлежат к трем классам высших грибов, имеющих разделенные на клетки (септированные) гифы. Это аскомицеты (Ascomycetes, сумчатые грибы), дейтеромицеты или несовершенные грибы (Deuteromycetes, Fungi imperfecti), и базидиомицеты (Basidiomycetes) - наиболее сильные разрушители.
На первой стадии при поражении, на древесине появляются грибы, питающиеся соками живого дерева. Такие как плесневые грибы Penicillium, Aspergillus, живущие на поверхности древесины. Затем в подготовленных плесневыми грибами оптимальных условиях начинают размножаться деревоокрашивающие грибы. Завершают разрушение древесины складские и дереворазрушающие грибы. Они вызывают сильное гниение древесины, приводящее к появлению продольных и поперечных трещин, а затем и минерализации древесины.
У плесневых грибов поверхностная часть грибницы развивается на поверхности древесины и образует на ней налет в виде скопления окрашенных спор, мицелия и органов спороношения. Под плесневым налетом древесина обычно не меняет цвета, хотя и пронизана гифами этих грибов. Отсутствие краски обусловлено тем, что находящиеся в древесине гифы бесцветны и не выделяют пигмента. На древесине обычно встречается плесень зеленоватая и белая, но иногда розовая, желтая или темная. Оптимальная влажность для развития плесневых грибов - 60-100%, при влажности 40% их рост замедляется. Плесневые грибы развиваются в температурном диапазоне 24-30°С. При температуре выше 80°С и ниже -10°С гибнут грибы, находящиеся в вегетативной стадии развития. Скорость развития плесени зависит от водопоглощения покрытия и влажности воздуха. Питательные вещества поступают в клетку в растворенном виде, поэтому для нормального развития грибов окружающая среда должна содержать большой процент воды. Плесневые грибы являются возбудителями окислительного брожения. В качестве промежуточных продуктов этого биохимического процесса образуются органические кислоты, такие как глюконовая, фумаровая, винная, яблочная, щавелевая, янтарная и лимонная. Эти кислоты разъедают органические материалы, т.е. древесину. Плесневение материалов сопровождается ухудшением внешнего вида древесины, снижающего сортность и стоимость пиломатериалов. Основные виды плесневых грибов: Sporotrichum, Trichoderma, Penicillium, Mucor, Thamnidiu, Cladosporium.
Рис.
A) Колонии
B) Под микроскопом
C) На древесине
Деревоокрашивающие грибы вызывают специфическую синевато-серую окраску заболони, называемую «синевой». Согласно общемировой практике, скидка за древесину пораженную синевой составляет от 20 до 50%. В России же нередко можно встретить ситуацию, когда древесину с дефектами синевы продают фактически по цене дров.
В зависимости от вида плесневого гриба, характера и условий заражения и распространения гиф грибов в древесине различают окраску поверхности и глубокую окраску.
Макроскопические признаки поражения древесины этими грибами в виде окраски обычно проявляются уже на 2-3 сутки после инфицирования. Это обусловлено тем, что молодой мицелий бесцветен и начинает выделять типичный пигмент не сразу. На поверхности древесины может развиваться воздушный мицелий и органы спороношения в виде пушистого или порошкообразного окрашенного налета. В зависимости от характера заражения и распространения в древесине гиф грибов различают поверхностную и глубокую синеву. Поверхностное окрашивание проникает в глубь древесины не более чем на 2мм. Оно часто имеет вид мелких пятен диаметром 10-20мм - округлых или овальных. Слегка вытянутая форма обусловлена более быстрым ростом грибов вдоль волокон. Ограниченное распространение грибов в глубь древесины связано с задержкой их роста в результате подсыхания древесины или действия каких-либо других неблагоприятных факторов. Реже - в результате особенностей развития самих грибов.
Глубокие окрасы проникают в древесину более чем на 2мм. Среди них различают сплошные, охватывающие всю заболонь (глубокая синева) и пятнистые, поражающие отдельные участки заболони.
Очень коварна подслойная синева, она образуется во внутренних слоях древесины, и не видна на поверхности. Обычно она возникает в том случае, если грибы прекращают своё развитие в наружных слоях древесины до появления окраски, но продолжают развиваться внутри древесины.
Глубина залегания окраски при подслойной синеве зависит от вида гриба, размера свойственной ему зоны бесцветного молодого мицелия (зоны скрытой синевы), ширина которой колеблется от 5 до 12мм.
Прокладочная синева возникает при укладке пиломатериалов на прокладку из неантисептированного сортамента или на сырые и зараженные рейки. Эти поражения ограничиваются местами соприкосновения пиломатериалов с прокладками, и в зависимости от условий и вида гриба могут быть глубокими и поверхностными. Грибы-возбудители синевы, попавшие из воздуха на поверхность свежеспиленной древесины в виде спор, при проникновении в глубь не дают окраски в течение двух и более недель (период бесцветной, скрытой синевы), а при благоприятной температуре воздуха и влажности древесины окрашивают её на третий-четвертый день.
Деревоокрашивающие грибы оптимально развиваются в диапазоне влажности 50-90%. В древесине, насыщенной водой, деревоокрашивающие грибы не способны развиваться из-за отсутствия кислорода. Для прорастания грибов этой группы необходима высокая влажность и аэрация.
Основными возбудителями синевы на хвойных породах являются грибы из класса Ascomycetes: Ophistoma coerulea, O. piceae, O. pini, Endoconidiophora sp. и из класса Deuteromycetes: Hormonema dematiodes, Trichosporium tingens, Claosporium herbarum, а так же грибы следующих групп: Stemphulium, Cladosporium, Alternaria, Sporodesmium, Phialophora, Aposhaeria, Discula, Burgoa, Leptographium, Sortaria, Verticillium, Fusarium, Aspergillius, Penicillium, Paecilomyces, Trichoderma, Chaetomium, Trichosporium, Pullularia. Эти грибы вызывают разрушения древесины по типу «умеренной гнили». Причем разные грибы, вызывая разрушения анатомически различного характера, в разной степени снижают механические свойства древесины. Глубина поражения этими грибами составляет 0,5-3мм. Особые деструктирующие гифы способны поражать стенки паренхимных клеток серцевинных лучей и смоляных ходов, что приводит к увеличению скорости водо- и влагопоглощения древесины. Вследствие чего понижается сопротивление ее к ударному изгибу.
A) Колонии
B) Под микроскопом
C) На древесине
Деревоокрашивающие грибы в различной степени способны изменять свойства древесины.
Грибы плесени и синевы портят внешний вид, снижают сортность древесины, увеличивают водопоглощение и продуцируют миллионы спор, которые могут вызвать аллергические заболевания человека.
После одномесячного воздействия грибов синевы на древесину скорость водопоглощения сосны может возрасти в 1,5 раза. При дальнейшем развитии грибов многие из них способны разрушать стенки сердцевидных лучей и вторичных слоёв клеточных стенок по типу, близкому к умеренной гнили.
Деревоокрашивающие грибы - это только начало процесса, способного привести к тотальному поражению древесины более страшными врагами - дереворазрушающими грибами, представляющими реальную опасность для деревянной конструкций.
Состругивание синевы с поверхности пиломатериалов может не обеспечить полного удаления скрытой синевы, Наиболее эффективным мероприятием по предохранению древесины от порашения синевой при воздушной сушке является антисептирование.
Дереворазрушающие грибы
Некоторые классы грибов могут разрушать клеточные стенки древесины и существенно изменять ее физико-механические свойства. Такой процесс называется гниением древесины, а вызывающие его грибы - дереворазрушающими. Гниение является основной причиной разрушения древесины.
Существует множество дереворазрушающих грибов. Они различаются между собой по форме, строению и окраске грибницы, шнуров, плодовых тел и спор, а также по скорости и силе разрушения древесины.
Наиболее сильными разрушителями являются грибы, относящиеся к классу базидиомицетов. Ксилотрофные базидиомицеты - это грибы, образующие крупные плодовые тела (карпофоры), спорообразующий слой которых называют гименофором. На поверхности древесины они помимо воздушного мицелия образуют и другие вегетативные мицелиальные структуры.
Дереворазрушающие грибы способны увлажнять древесину в процессе освоения за счет воды, образующейся при разложении целлюлозы. Возбудители биоповреждений древесины, относятся в основном к следующим группам грибов: Coniophora, Tyromyces, Zentinus, Serpula, Gloeophyllum, Trametes, Pleurotus, Schizophyllum.
А) Так они портят древесину
Б) Колонии Serpula lacrimans
Характер гниения зависит от того, какими ферментами гриб воздействует на древесину, какие компоненты клеточных оболочек и в какой последовательности он разрушает.
В начале деятельности дереворазрушающих грибов внешний вид древесины не изменяется, и присутствие грибных нитей в ней можно обнаружить только под микроскопом, в тонком срезе. В дальнейшем древесина изменяет свой естественный цвет, становится желтой или красноватой, а затем бурой и коричневой. Плотность и прочность древесины постепенно снижаются, она становится лёгкой, мягкой, теряет вязкость.
Гниль такого типа называют деструктивной. Она характерна главным образом для грибов, разрушающих деревянные части построек, так называемых домовых грибов.
Домовые грибы представляют собой группу дереворазрушающих микроорганизмов, приспособившихся к условиям среды в зданиях и сооружениях. При своем развитии эти грибы образуют на поверхности древесины видимые глазом нити, которые называют грибницей. Грибница, уплотняясь, превращается в пленки, шнуры и плодовые тела, на которых образуются споры. Ярким представителям класса дереворазрушающих грибов является Coriolus sinuosus - белый домовой гриб.
Некоторые грибы, поражающие растущие деревья, вызывают гниль другого типа - коррозионную, при которой вначале появляются небольшие светлые пятна и ямки, а затем древесина расщепляется на отдельные волокна. Эта группа грибов использует в первую очередь лигнин древесины, оставляя нетронутой целлюлозу, белые пятна и выцветы которой видны на поверхности среза. К коррозионной гнили также относятся сердцевинные гнили: пестрая, ямчатая, ситовая.
При развитии умеренной (Softrot) гнили поверхностные слои древесины теряют свою структуру и превращаются в мягкую темную грязеподобную массу. После подсушивания древесины в пораженном слое наблюдается сильное усыхание и появление мелких продольных и поперечных трещин. Возбудителями умеренной гнили являются комплексы из некоторых несовершенных грибов, бактерий, водорослей.
По типу образующейся гнили вид гниения древесины можно охарактеризовать и следующим образом:
Белая гниль разрушает все структурные компоненты древесины, приводя к появлению характерного волокнообразного и бледного внешнего вида. Это основной вид гнилостных грибов, приводящих к гниению лиственных пород, не имеющих контакта с землей.
Бурая гниль «раскалывает» целлюлозу, что вызывает расщепление древесины. Участок дерева, пораженный такой гнилью, становится коричневым. Дерево темнеет, трескается и рассыпается. Гриб разрастается катастрофически быстро, особенно в постройках из мягкого дерева; древесина сосны и дуба повреждается домовым грибом меньше. Поражение такими грибами деревянных сооружений наносит существенный вред несущим конструкциям, не говоря уже об эстетических характеристиках дома.
Мягкая гниль . Гниение здесь в основном затрагивает древесину, контактирующую с почвой и находящуюся в морской среде. Сильнее всего поражает древесину с высоким содержанием влаги.
Другие агенты биоповреждений
Насекомые древоточцы
Древесину повреждают различные насекомые - жуки (усачи, златки, короеды, долгоносики, дровосеки, точильщики), рогохвосты, термиты, муравьи и другие. Некоторые из них проделывают ходы только в коре, а многие углубляются в древесину.
Личинки насекомых проделывают в древесине ходы и отверстия - червоточины. Находясь в древесине, древоточцы способны прогрызать ходы до 40 метров в длину.
Поражения насекомыми бывают настолько значительными, что части дерева теряют свою прочность. Часто при незначительном числе наружных отверстий древесина бывает полностью разрушена внутри.
Отдельной проблемой, связанной с международной торговлей древесиной, является импорт тропических сортов, уже пораженных насекомыми.
Рис.
Из вредителей наиболее опасен мебельный точильщик. Он проделывает в древесине многочисленные ходы диаметром до 2 миллиметров, разрушая мебель, а также конструктивные элементы и части зданий и сооружений, превращая древесину в пылеобразную массу под сохранившимся тонким наружным слоем.
Бактерии
Бактерии разрушают древесину ограниченно, они, размножаясь делением клеток, не могут продвигаться в древесине, за исключением той, которая находится под водой. Бактерии имеют тенденцию создавать колонии в клетках древесины, используя белки в качестве источников питания. Бактерии способны разрушать полисахариды и лигнин. Воздействие бактерий ограничивается заболонной древесиной, компоненты ядровой древесины устойчивы к этому воздействию.
Водоросли
Водоросли обычно выглядят как зеленые наросты, в особенности на северной стороне деревянных фасадов. Их рост является следствием слишком высокого содержания поверхностной влаги.
Сами по себе водоросли не вызывают гниения, но являются показателем повышенного содержания влаги в древесине, с чем связывается риск повреждения грибами.
Ракообразные и моллюски
Ракообразные и моллюски поражают древесину, находящуюся в морской воде. Взрослые особи и их личинки разрушают древесину вследствие механического процесса сверления и поедают ее. Ходы корабельного червя сначала идут перпендикулярно поверхности на глубину 10-30мм, затем поворачивают и идут по годичным слоям вверх и вниз, при этом отдельные ходы никогда не пересекаются и не сливаются. Повреждения портовых сооружений и судов морскими древоточцами-моллюсками и ракообразными относят к трухлявой червоточине.
Климатические факторы разрушения
При эксплуатации в постройках древесина испытывает на себе постоянное влияние природных факторов, которые в совокупности с агентами биоразрушения приводят к ухудшению внешнего вида, старению и разрушению древесины.
Ветер, пыль, осадки, перепады температур, приводят к усушке, набуханию, образованию трещин, короблению, накоплению влаги, увеличению риска биологического поражения древесины.
Солнечная радиация приводит к химическому изменению целлюлозы, разрушению лигнина, древесина приобретает сероватый оттенок и ворсистость.
Наибольший вред древесине приносит изменение влажности и солнечное излучение.
При постоянно меняющихся погодных условиях содержание влаги в древесине будет изменяться, что ведет к усушке, или разбуханию. Со временем в древесине образуются трещины, она коробится, что, в свою очередь, повышает риск попадания дождевой воды в древесину. Поскольку вода, находящаяся в жидком состоянии, может уйти из древесины только посредством (медленного) испарения, со временем повышается риск накопления влаги. Если содержание влаги превышает 20%, опасность поражения грибами повышается. Чем дольше период, в течение которого уровень влаги держится на отметке выше 20%, тем выше риск развития грибов. Многие виды древесины содержат цветные водорастворимые соединения, которые подвергаются выщелачиванию водой, что приводит к изменению цвета поверхности древесины.
Солнечный свет и тепло
Солнечный свет неоднороден по своей природе, он состоит из изучений разных длин волн, каждое из которых имеет свою особенность воздействия на древесину.
ИК-составляющая спектра, с длиной волны более 720нм, при взаимодействии с древесиной нагревает ее. Поскольку древесина является хорошим изолирующим материалом, нагревается только внешняя поверхность. Это означает, что на поверхности, вследствие усушки, вызванной повышенными температурами, могут образовываться трещины.
Повышенные температуры также вызывают смолотечение из сучков и отложения смолы в древесине хвойных пород, а это ведет к проблемам при обновлении покрытий поверхности.
Видимый свет (длина волны 380-720нм) не оказывает вредного влияния на древесину.
УФ-составляющая спектра с длиной волны менее 380нм, вызывает разрушение древесины на молекулярном уровне - деструкцию лигнина. В итоге, древесина быстро темнеет, и волокна отслаиваются и поднимаются.
Древесина приобретает серый цвет и становится ворсистой. Для сохранение первоначального цвета древесины ее необходимо защищать пленкообразующими зищитно-декоративными покрытиями содержащими УФ-фильтр. К таким покрытиям относится тонирующий антисептик «СЕНЕЖ АКВАДЕКОР ».
Древесина, как строительный материал:
- Часть IV: Факторы разрушения древесины
Самым распространенным деревом во всем мире является сосна. Ее можно встретить в разных странах и климатических зонах. Всего насчитывают около 120 видов, и более 50 пород произрастает в России, но чаще всего можно встретить сосну обыкновенную. Сосновые деревья достигают в высоту 20-40 м, в диаметре - 40-60 см, иногда метр, а их возраст составляет 300-500 лет. Исключением является американская сосна-долгожитель, произрастающая в Неваде, которая растет уже около 4700 лет.
Как правило, рубку сосновых деревьев производят в возрасте 100-120 лет. Их преимуществом является быстрый рост, который зависит от температуры воздуха и количества осадков. При благоприятных условиях годовой прирост составляет до метра в высоту. Самым лучшим для строительной сосны считается климат северной полосы. У деревьев, произрастающих в этой зоне, небольшое межкольцевое расстояние и, соответственно, меньшая рыхлость и склонность к растрескиванию. Поэтому ценными считаются архангельская, карельская и ангарская сосны.
Годичные слои хорошо видны на сосновой древесине. Их ширина в среднем составляет 3 мм, однако может варьироваться от 1 до 10 мм. Граница между разными слоями очень четкая, при этом сердцевидные лучи выражены слабо, сосудов нет. Благодаря разному цвету ядра (от светло-розового до красновато-коричневого) и заболони (желтый или розоватый), их легко отличить друг от друга. Будучи хвойным деревом, сосна имеет смолу, поэтому на поздней древесине видно много крупных смоляных ходов.
Свойства сосны
Целебные свойства сосны были известны еще в древние времена, поэтому врачи использовали ее для борьбы с легочными заболеваниями - бронхит, пневмония, туберкулез, применяя хвою и смолы для лекарств, а также создавая лечебные санатории в борах. Физико-механические характеристики сосновой древесины способствуют ее использованию для строительства, производства декора и мебели.
Влажность ядра достигает 33% и не меняется по всей длине, а средние показатели наличия ваги в заболони составляют 112% и увеличиваются к вершине.
Плотность считается низкой. При стандартной влажности ее средний показатель составляет 505 кг/куб. м, а плотность полностью высушенной древесины - 480 кг/куб. м.
Усушка колеблется в зависимости от годичных слоев от 6.7% до 7.5%. Увеличение влажности воздуха влияет на коэффициенты разбухания: тангенциальный - 0.31, объемный - 0.5, радиальный - 0.18.
Влаго- и воздухопроницаемость древесины высокая, что позволяет хорошо обработать материал защитными и пропитками.
Теплоизоляция и термостойкость сосны очень высокие, поэтому она хорошо подходит для строительства домов и производства оконных рам. Например, ПВХ и алюминий, используемые для металлопластиковых окон, имеют более низкие теплоизоляционные показатели.
Электрическая проводимость отсутствует, так как сосна является диэлектриком.
Звукоизоляция древесины низкая. При строительстве деревянного дома для обеспечения требований СНиП необходимо делать перегородку от 10 см.
Восприимчивость к излучениям : рентгеновское не имеет воздействия, световое - до 3,5 см, нейтронное - до 10 см.
Несмотря на высокую прочность древесины, сосна считается мягким деревом, которое легко обрабатывается инструментами. Поэтому ее полюбили мастера, создающие мебель и декор. Еще одним плюсом является высокая стойкость к болезнетворным процессам - грибки, плесень, насекомые. Однако высокая влагопроницаемость сосны требует большего количества пропитки. К тому же перед нанесением сосновую древесину нужно обрабатывать щелочным раствором или бензином или спиртом из-за присутствия в ней смолы.
Области применения сосны
Это дерево является очень востребованным в разных сферах благодаря его качествам. Из него изготавливают профилированные и пиленые брусы, оцилиндрованные бревна, обрезные и необрезные доски для строительства. Блок-хаус, фальш-брус и вагонку применяют в качестве отделочных материалов. Например, сосна прекрасно подходит для отделки саун, поскольку помимо красивого внешнего вида источает приятный аромат и лечебные ферменты. Древесина используется для химической переработки, в машиностроении, железнодорожной сфере, горнодобывающей промышленности. Также она применяется для производства тары, а хвоя - биологически активных веществ.
Мебельные предприятия задействуют сосновую древесину в своей работе как основной материал, так и в качестве каркаса, который шпонируют другими породами. На ней легко создавать резные и мозаичные узоры. Она хорошо тонируется, поэтому ей можно придать любой цвет. Мебель из сосны является экологичной, надежной и красивой.
Сосна(Pinus) . Род хвойных вечнозеленых деревьев, реже стелющихся кустарников семейства сосновых. Хвоя узкая, мягкая или игольчатая, в пучках (по 2,3,5 хвоинок), расположенных на концах укороченных побегов. Зрелые шишки обычно длиной 3-10 см. Семена орешковидные, большей частью с крылом. Корневая система мощная и глубокая. Сосны светолюбивы. Часто формируют чистые насаждения на песчаных почвах (боры).Растет дерево и на сухих кварцевых, лишенных плодородной почвы песках, и на торфянистых почвах, и даже на сфагновых болотах. Приспособленность к различным видам почвы обуславливается высокой пластичностью корневой системы, интенсивным ростом корней, способностью охватывать ими более или менее значительную часть почвенной толщи, проникать в глубокие слои почвогрунта, преодолевать неблагоприятные по своим свойствам горизонты.
При низкой концентрации питательных веществ в почве сосна способна накапливать больше органических веществ, чем ель и береза. Небольшое содержание в почве подвижных форм минеральных веществ приводит к резкому падению прироста сосны. Наличие в почве карбонатов улучшает лесорастительные условия. На солонцеватых почвах и солонцах сосна растет значительно лучше, чем другие хвойные породы.
Живут сосны, как правило, до 150-500 лет, но среди них есть и долгожители(например, североамериканская сосна долговечная и живет до 5000 лет, являясь наиболее долгоживущей древесной породой мира).
Сосна обыкновенная всегда была и остается для человека наиболее верным и заботливым его спутником. Нас восхищает быстрый рост дерева, его морозоустойчивость, высота до 50 м, хорошо очищенный ствол.
Благодаря своеобразной золотисто-коричневой окраске ствола и вечнозеленой хвое сосна широко используется при создании парков и лесопарков.
Род включает в себя более 100 видов. Распространена сосна в Европе и Азии - от Пиренеев на западе до Охотского моря на востоке и от Кольского полуострова на севере до берегов Средиземного и Черного морей на юге. В России выделяют 8 видов, из которых наибольшие площади заняты двухвойной сосной обыкновенной (Pinus silvestris) - ареал от Кольского полуострова и Белого моря до берегов Тихого океана, и пятихвойной (кедровой) сосной сибирской, дающей съедобные семена, называемые кедровыми орехами. Ареал последней охватывает районы севера-востока Европейской части России, Урала и Сибири. В группу кедровых сосен входят также Сосна корейская, или маньчжурская, произрастающая в нашей стране в Хабаровском и Приморском краях, и Кедровый стланик(стелющийся кустарник высотой 40-50 см, с длиной ствола 1.5-2.5 м), образующий густые заросли в Сибири (от Забайкалья), на побережье Охотского моря, Камчатке, Сахалине и Курильских островах.
Сосна - ценная лесообразующая порода. В России леса, в насаждениях которых преобладают двухвойные сосны(например, обыкновенная, меловая, крючковатая), принято называть сосновыми, или сосняками, а с преобладанием пятихвойных кедровых сосен - кедровыми, или кедровниками, или кедрачами.
Среди раскинувшегося зеленого океана сосны обыкновенной появляются также интересные видовые и формовые ее отклонения, с которыми время от времени встречаются российские и зарубежные лесоводы.
Подвиды сосны
В пределах своего современного ареала обитания сосна обыкновенная отличается большой изменчивостью основных признаков. Выделяют 5 подвидов, или географических рас, сосны обыкновенной.
Сосна обыкновенная лесная - произрастает в европейской части нашей страны. К возрасту спелости достигает высоты 40м и диаметра на высоте груди 1-1.5 м. В молодости крона конусовидная, а в более зрелом возрасте приобретает шаровидную форму. Различают широко- и узкокронные формы. Побеги светло-коричневые или желтые, ветви и ствол покрыты коричнево-красной отслаивающейся коркой. Хвоя длиной 4-6 см, сохраняется на дереве 2-3 года, иногда 4-5 лет.
Облик сосны обыкновенной лесной, произрастающей в различных условиях местообитания, послужил основанием для выделения двух почвенных экотипов рассматриваемого подвида: сосны меловой и сосны болотной. Сосна меловая растет на меловых обнажениях на юге европейской части России. Крона широкая, часто начинается у поверхности почвы. У старых экземпляров крона зонтикообразная. Хвоя укороченная, широкая и более утолщенная. Длина шишек 2.5-3 см, цвет их серый.
Сосна болотная имеет ряд отличий от сосен, произрастающих на дренированных почвах. Эти отличия проявляются главным образом во внешнем виде, анатомические различия значительно меньше. Характеризуются небольшой высотой (не более 10-15М), хвоя короткая, шишки мелкие.
Сосна крючковатая . Произрастает в Крыму и на Кавказе. Достигает высоты 20-25 м высоты и диаметра 1м. В нижней части ствола наблюдаются неправильные утолщения. Крона сильно варьируется от узкой до широкой, имеет пирамидальную, овальную или зонтикообразную форму. Хвоя прямая или слабо согнутая, жесткая, острая, серо-зеленая, до 7 см длиной. Шишки желтого цвета; щитки выпуклые, от верхнего края сразу круто поднимаются и искривляются вниз в виде тупого крючка; семена бурые. У сосны крючковатой выделены два климатических экотипа, приуроченных к разным высотным поясам.
Сосна лапландская . Чаще встречается в Сибири. Деревья достигают высоты 20 м и диаметра 22 см. Крона узкая, ветви в нижней части ее сохраняются много лет. Хвоя серо-зеленая, короткая(3.5мм), толстая и широкая, держится на дереве до 8 лет. Шишки короткие - 3-4 см, соломенно-желтого или коричневато-желтого цвета.
Сосна сибирская . Произрастает в Азии. Этот подвид мало отличается по энергии роста и таксационным показателям от подвида сосны обыкновенной, лесной, но в то же время имеет ряд характерных, отличающихся от него признаков.
Корка на стволе внизу толстая, темно-бурого цвета, покрывает ствол на 2/3 его высоты, далее светло-желтая. Встречаются как узко-, так и ширококронные формы. Хвоя живет более 5 лет, длина ее 4-6 см, редко достигает 10 см. Шишки длиной 5см. Сосна степная. Произрастает в Сибири в изолированных борах, а также на южных остепненных склонах Забайкалья, достигая высоты 20-25.м и свыше 1м в диаметре. Корка до 2/3 ствола по высоте, толстая, темно-серого цвета, выше- светло-коричневого. На старых деревьях темноокрашенная корка обычно отпадает и весь ствол имеет светло-коричневый цвет. Хвоя длинная, иногда до 11 см, опадает через 6-7 лет. Шишки крупные, нередко достигают 7см. По окраске шишек выделяют две формы: светло-серую и темно-коричневую.
Подвиды сосны имеют несколько форм или экотипов
Сосна воротничковая. Изучая разнообразие форм сосны обыкновенной, профессор Б.В. Гроздов обнаружил в Брянской области оригинальную кольчатую форму сосны и назвал ее воротничковой. Дерево росло в старом сосновом насаждении, ствол его был с грубыми трещинами и имел с освещенной стороны, в местах, заросших мутовчато расположенных сучьев, как бы козырьки из отслоившихся пластин коры; козырьки поднимались по стволу на высоту до 6 метров.
О такой же сосне в одном из германских лесничеств сообщил в 1927 году Вальтер Зайтц; он отнес ее к чешуйчатой форме. Сосна была 200-летнего возраста, с двенадцатью козырьками из узких чешуй коры и тоже на месте заросших мутовок с освещенной части ствола. В 1955 году подобные сосны были найдены в лесах Польши.
Наблюдения показали, что изменение коры на месте заросших мутовок характерно для старшего возраста деревьев. Кора сначала полностью закрывает неровности мутовок, а потом трескается, и ее слои, поднимаясь, принимают наклонную форму, чему способствует обилие солнечного света и сухой воздух. Воротничковая сосна как раз и встречается в таких местах. С теневой стороны на стволе у всех встреченных сосен козырьков не было; кора у таких сосен отслаивалась "табличками".
Наиболее часто деревья встречаются в сосново-дубовых насаждениях, дубово-буковых с грабом, и буковых с примесью сосны обыкновенной и граба. Попадаются сосны в возрасте 115-125 лет.
Семилетние наблюдения на площади около 10 гектаров были неожиданными. Оказывается, число стволов с воротничками и число воротничков на каждом учтенном стволе ежегодно менялось: в первый год было 56 сосен с воротничками, через 3 года - 92, по прошествии еще 2 лет - 120, а в последний год - 156. Интересно также, что в первый год наблюдений преобладали деревья с четырьмя воротничками(максимально - десятью), а в последний - с семью (максимально - с 16-19 воротничками). Значит, новые воротнички, должно быть, появляются на спелых и перестойных соснах. Подмечена у воротничковых сосен (особенно в Львовской области) и еще одна оригинальная особенность: можно встретить деревья не только с полукольцами, но и с полными кольцами, причем количество последних возрастает с увеличением общего числа воротничков на стволах.
Воротничковые сосны имеют кору с глубокими трещинами и лишь немногие стволы - тонкую. Привлекают внимание хорошо развитая крона и стройность деревьев: малосбежистость и очищенность стволов от сучьев. Сосны обильно плодоносят и дают семена большой всхожести. Все это говорит о высоких лесохозяйственных свойствах редкого, достопримечательного дерева и о необходимости более глубокого изучения его и использования в лесопарковом строительстве.
Сосна меловая . На Среднерусской возвышенности и Донецком кряже есть каменистые меловые склоны. Они, казалось бы, совершенно неподходящи для жизни деревьев. И тем не менее растения сумели поселиться здесь и даже сохраниться до сих пор. Это - сосны меловые.
Высокое дерево, до 30 м в высоту, имеет широкую крону, довольно часто опускающуюся по стволу донизу; с возрастом она превращается в зонтикообразную. Жизнестойкости сосны меловой способствует корневая система: якорные корни проходят тяжелый грунт без ответвлений, а на концах образуют массу тонких, толщиной с волос, корешков, наподобие войлока оплетающих меловые глыбы. Интересно, что на глубине до 1.5 метров эти глыбы с поверхности влажные; на самом же войлоке видны мельчайшие капельки воды.
Хвоя у сосны меловой несколько короче, шире и толще, чем у сосны обыкновенной. Шишки длиною до 3 см, уменьшенные размеры их ученые объясняют бедностью почв.
Сосну меловую не выделяют в особый вид, поскольку в анатомическом строении древесины и хвои различий нет; ученые видят в ней лишь разновидность сосны обыкновенной. По мнению большинства, сосна меловая - реликт. Ее особенность произрастать по существу на голом мелу исторически сложилась давно и является наследственной. Для нормального роста и развития деревьев требуется высокая концентрация щелочных веществ. Особенности сосны меловой имеют, конечно, не только научную, но и практическую ценность, поскольку представляется возможность использовать эти деревья повсюду, где есть меловые склоны.
Исследования посадок в Белгородской области на голых мелах показали, что там могут расти лишь сосна меловая и сосна крымская, другие же породы гибнут или приобретают карликовые формы.
Лесоводы преодолевают некоторые трудности при создании насаждений из сосны меловой: сложен, например, сбор семян на крутых склонах, а в то же время небольшие островки сохранившихся естественных насаждений пока не могут удовлетворить потребности в семенном материале. Сейчас приняты меры к усилению охраны очагов редкой сосны - ценнейшего резерва семенного фонда - и к созданию в местах ее произрастания заповедного режима.
Сосна могильная , или сосна погребальная . Она часто высаживалась на кладбищах Кореи. У нас на Дальнем Востоке в настоящее время она распространена небольшими участками или группами, значительно удаленными друг от друга, в юго-западной части Приморского края, а также в Гиринской и Мукденской провинциях Северо-Восточного Китая. Из ее древесины в былое время строили даже дома.
Дерево резко отличается от других родственных ему пород внешним обликом и способностью произрастать в засушливых местах и на солнцепеках. Широкие зонтикообразные темно-зеленые кроны и желтовато-оранжевые стволы сосен резко выделяются на фоне лиственных деревьев. Селится сосна на гранитных обнажениях и скалах, на крутых южных склонах и гребнях хребтов, подверженных ветрам, на обедненных гумусом почвах, содержащих большое количество щебня, а также на песчаных береговых отложениях.
По мнению ученых, сосна могильная - быстрорастущая ценная порода, представляющая большой интерес для лесоводства, для укрепления почв, их защиты и водоохраны.
В одной из дальневосточных сосновых рощ 100-летнего возраста при крайне неблагоприятных условиях (чрезмерная сухость, каменистость почвы, частые пожары) сосна достигла в высоту 12 м и имела диаметр на высоте груди более 40 см. В несколько более благоприятных условиях деревья встречаются значительно крупнее и достигают возраста спелости к 90 годам.
Об особенностях сосны могильной и ее насаждениях академик В.Л.Комаров сказал: "Это совершенно своеобразный тип растительности, явно отличающийся от всех остальных...не лесное дерево, а выросшее на свету".
По совокупности признаков (ограниченность ареала, стабильные экологические особенности и другие) сосна могильная более древний вид по сравнению с сосной обыкновенной. Последняя, как более молодой, прогрессирующий вид, быстро распространилась и стала одной из сосновых лесообразующих пород на большей территории Евразии. Сосна же могильная сократила до минимума свой ареал из-за изменения климатических условий (прежде всего из-за влажности), а позже - под влиянием деятельности человека. Поэтому сосняки в Приморском крае признаны реликтовыми.
Сосна пирамидальная . Несколько лет назад появилась интересная информация: в Северном Казахстане ученым обнаружена своеобразная сосна. Она имела узкоконусную пирамидальную крону, а тонкие ветви на всем протяжении отходили от ствола строго под острым углом. Своим видом сосна, естественно, отличалась от растущих рядом своих родственниц - от сосны обыкновенной. Дерево обладало довольно хорошим ростом: в 60 лет набрало высоту 22.5 м и диаметр 30 см на высоте груди.
Дальнейшие исследования и наблюдения показали, что признак пирамидальности сохранился и у потомства: выращенные из семян сосны и посаженные в грунт сеянцы(двухлетки) к 5-6 годам жизни имели тоже пирамидальную крону. Наблюдения продолжаются до сих пор.
Вредители и болезни
Отрицательную роль в жизни сосновых лесов играют вредные насекомые, грибные и другие болезни, некоторые виды диких животных. В молодняках сосны обитает много насекомых, которые повреждают разные части растений. На легких супесчаных, суглинистых почвах большой вред наносят насекомые, личинки которых повреждают корни сосенок. Особенно большой вред наносит майский восточный хрущ. Лет этих жуков начинается в конце апреля-мае и продолжается около месяца. Самки откладывают яйца в почву на глубину 10-40 см. Вышедшие из яиц личинки сначала питаются тонкими корнями. По мере роста они переходят на более толстые корни. Личинки растут в течение в течение 3-4 лет. В летнее время личинки находятся в верхних горизонтах почвы, ближе к осени углубляются до 70-120 см, где и зимуют.
Сосновые молодняки часто повреждаются побеговьюнами, - летним, зимующим, почковым и смолевщиком.
Побеговьюнами принято называть бабочек-листоверток, гусеницы которых повреждают почки и побеги сосен, в результате возникает многовершинность стволов, что ухудшает рост, качество и производительность насаждений.
Ощутимый вред наносит сосне большой сосновый долгоносик. Особенно часто он появляется на сплошных вырубках в борах брусничных и черничных.
Молодые сосны, произрастающие на сухих почвах, часто страдают от соснового подкорного клеща. Опасны также многочисленные хвоегрызущие насекомые, которые питаются хвоей в фазе личинки (гусеницы). В результате потери хвои древостои целиком или частично усыхают, являясь одновременно объектом для размножения в них стволовых вредителей. Наиболее опасным вредителем чистых сосновых лесов считается сосновый шелкопряд.
Не менее серьезные хвоегрызущие вредители сосновых насаждений: сосновая совка, пилильщики, сибирский шелкопряд, шелкопряд-монашенка, сосновая пяденица, звездчатый ткач. Защита сосновых лесов от повреждений хвоегрызущими вредителями обеспечивается комплексом профилактических и истребительных мер борьбы.
Стволы и ветви сосны повреждаются большим количеством насекомых, так называемых стволовых вредителей. К ним относятся короеды, усачи, златки и др. Стволовые вредители, как правило, поселяются на деревьях, физиологически ослабленных воздействием неблагоприятных факторов: засухой, пастьбой скота, повреждением хвоегрызущими насекомыми. Размножаясь на ослабленных деревьях, эти вредители переходят и на жизнеспособные деревья. Большинство поселяется также на свежесрубленных деревьях и заготовленной древесине.
Древесина, источенная ходами стволовых вредителей, теряет свои технические свойства.
Лесозащитные меры борьбы со стволовыми вредителями направлены главным образом на устранение причин, ослабляющих жизнедеятельность насаждений.
Сосновые леса часто страдают от болезней, вызываемых грибами, бактериями, вирусами. В лесных питомниках одно- и двулетние сеянцы и молодняки повреждаются грибом - обыкновенным шютте. Первые внешние признаки болезни появляются на хвое в виде пятен соломенно-желтого цвета, позже хвоя краснее и опадает, что приводит к гибели растения. Для защиты от болезней шютте следует проводить профилактические мероприятия, включающие агротехнические и химические меры борьбы.
Другие виды грибов, способные нанести ущерб сосне: смоляной рак, сосновая губка, корневая губка. Корни сосны часто поражаются опенком.
Из животного мира большой вред наносят лоси. Они не только скусывают побеги и обгладывают кору, но ломают и вытаптывают молодняки, а также являются косвенной причиной распространения стволовых вредителей и грибных заболеваний.
Сосновые леса страдают от снеголома и снеговала.
Значение и применение сосны
Сосновые леса имеют водоохранное, почвозащитное, санитарно-гигиеническое значение и по праву считаются национальным богатством России.
Сосна дает смолистую прочную древесину, издавна используется в строительстве, корабельном деле, для изготовления столбов, шпал, при производстве музыкальных инструментов, мебели. При подсочке(надрезе) деревьев получают живицу. Из пней, оставшихся после рубки сосны, заготавливают пневый осмол - ценное сырье для получения смолистых веществ для лесохимической промышленности. Побеги, сосновые почки, хвоя содержат значительные количества витамина С, эфирное масло и многие другие полезные вещества. Из хвои получают витаминный концентрат.
В годы Великой Отечественной войны хвойный настой спасал жизнь многим защитникам блокадного Ленинграда, так как городу угрожал не только голод, но и цинга - болезнь, связанная с недостатком витамина С в организме.
Сосновые почки (в виде отвара) обладают отхаркивающим, мочегонным, дезинфицирующим действием.
Со времен Ивана Грозного Россия была крупным поставщиком кедровых орехов в Персию, Китай и другие страны.
Выделяя огромное количество летучих соединений - фитонцидов, обладающих противомикробным действием, сосновые леса оздоравливают воздух, создавая специфический микроклимат. Поэтому в них нередко размещаются санатории и дома отдыха.
За красоту и величие, многообразную пользу в народном хозяйстве сосна сибирская введена в культуру. Она украшает парки Москвы, Санкт-Петербурга и других городов. Под Ярославлем сохранилась Толгская кедровая роща, посаженная в 16 веке. Лесоводами выведены скороспелые крупношишечные высокоурожайные формы сосны сибирской. Для их разведения создаются плантации, с одного гектара которых получают от 600кг до 2т орехов.
Жители Европы создали свои легенды и сказания о сосне, как о дереве светлом, праздничном и могучем.
