Изменение структуры и качества древесины сосны, повреждённой пожаром

начинается с 4-5 лет, тогда как культур, посаженных 3-летними сеянцами только с 7-8 лет. В последующие годы различие в размерах лесных культур ели начинает постепенно сглаживаться.

Библиографический список

1. Родин С.А., Суворов В.И., Казаков В.И. Эколого и ресурсосберегающая технология и комплекс машин для создания лесных культур // Результаты опытных и

научно-исследовательских работ в ОЛХ "Русский лес", Серпухов, 1999. С. 17-19.

2. Родин С. А. Эколого-ресурсосберегающие технологии и моделирование выращивания культур ели на вырубках зоны хвойно-широколиственных лесов. - Пушкино: ВНИИЛМ, 2002. - 240 с.

3. Родин С.А., Проказин Н.Е. Технологическое обеспечение работ по лесовосста-новлению . Пушкино: ВНИИЛМ, 2012. 212 с.

УДК 630.85:630.431.6

ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ И КАЧЕСТВА ДРЕВЕСИНЫ СОСНЫ, ПОВРЕЖДЁННОЙ ПОЖАРОМ

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры древесиноведения Т. К. Курьянова заведующий кафедрой древесиноведения, доктор технических наук, профессор

А. Д. Платонов

кандидат биологических наук, доцент кафедры древесиноведения С. Н. Снегирева ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

vgltawood@yandex.ru

Воздействие пожаров на древесину -это, прежде всего, нагрев древесины высокой температурой, что вызывает термическую деструкцию всего древесного комплекса. Как биологический композит кроме прогрева на термическое разложение и структурные изменения в древесине влияют другие факторы. Прежде всего, это содержание воды, её распределение в стволе и форма влаги (свободная, связанная), продолжительность воздействия высокой температуры, избыточное парциальное давление, образованное вскипанием воды.

При нагревании в древесине происходят химические реакции. В результате

этого изменяется её состав, уменьшается масса сухой древесины. Значительные потери массы древесины, прежде всего, указывают на химические изменения в древесном комплексе. На это также указывает и изменение цвета древесины. Древесина приобретает бурую окраску: от светло-желтого цвета до шоколадного. Причем древесина изменяет цвет по всему объему, а не только на поверхности. Вместе с изменением цвета древесина приобретает характерный запах. С повышением температуры, в первую очередь, подвергаются изменению запасающие вещества, находящиеся в сердцевинных лучах и древес-

ной паренхиме, а также вещества, находящиеся в полостях клеток: эфиры, масла, смолы, красящие вещества, дубильные и другие. Затем следует изменение других составляющих компонентов древесины, находящихся в клеточных стенках. Прежде всего, под воздействием температуры изменяются пентозаны, уменьшается их процентное содержание, а пентозаны в древесине выполняют механическую функцию, их количество существенно влияет на прочность древесины.

Все реакции по изменению химического состава древесины наиболее активно протекают в присутствии влаги. При воздействии высокой температуры на сухую древесину в ней происходят химические изменения компонентов древесинного вещества: целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина, а также экстрактивных и запасающих веществ, что приводит к потере прочности.

При нагревании сырой древесины часть веществ древесного комплекса переходит в раствор. Изменение гемицеллюлоз в древесине в результате гидролитических реакций, в частности пентозанов, несущих функции, как строительного, так и связующего вещества существенно влияет на её прочность. В древесине содержание гемицеллюлоз доходит до 41 %, причем в хвойных породах преобладают гексозаны, а в лиственных пентозаны.

В Сибирском технологическом университете исследовалось содержание пен-тозанов в древесине лиственницы и ели до и после сушки. Количество пентозанов при сушке лиственницы в среде перегретого пара уменьшилось на 24-30 %, с повыше-

нием температуры режима сушки количество пентозанов уменьшается. До сушки количество пентозанов составило 8,81 %, а после сушки при температуре 103 °С -процент пентозанов уменьшился и составил: в наружных слоях 6,53 %, во внутренних - 6,35 %, при температуре 115 °С -6,17 % и 5,65 % соответственно. Как видно, с повышением температуры количество пентозанов уменьшается. При этом разница в количестве пентозанов в наружных и внутренних слоях составила от 2 % до 6 %. Таким образом, очевидно, что гидролитическая деструкция древесины протекает более активно в среде с повышенной температурой и влажностью, в данном случае в центральной, более влажной части образцов.

При сушке древесины ели в течение трех часов при температуре 150 °С количество пентозанов составило 11,8 %, при температуре 250 °С - 0,9 %. До сушки пентозаны составляли 12,8 %. Таким образом видно, что с повышением температуры содержание пентозанов уменьшается, почти до их исчезновения [2].

Влажная древесина в отличие от сухой имеет влагу, как в полостях клеток, так и в клеточных стенках между микрофибриллами и аморфным матриксом. При её нагревании происходит взаимное их воздействие друг на друга, часть элементов растворяется, часть гидролизуется.

Нагрев влажной древесины возможен только до температуры кипения воды, то есть до 100 °С. Такая температура может держаться в древесине до тех пор, пока в ней есть свободная влага. Если в процессе

нагревания происходит удаление влаги, то только после удаления всей свободной влаги древесина может нагреваться и до более высокой температуры.

Ранее [1] было исследовано распределение влаги в стволе дерева при наиболее характерных видах пожара: сильном

низовом, сильном низовом и верховом и слабом низовом, произошедшим в 2010 году на территории учебно-опытного лесхоза ВГЛТА. Характер распределения влажности по высоте ствола дерева после повреждения сильным низовым пожаром представлен на рис. 1.

0

1/16 1/6 1/2

Заболонь Ядро

Рис. 1. Характер распределения влажности по сечению ствола на различной высоте через три месяца после повреждения сильным низовым пожаром: 1, 2, 3, 4 - распределение влажности в заболони на высоте соответственно 0, 5, 3, 6 и 12 м

Аналогичное распределение влаги по сечению в стволах деревьев было отмечено и при других видах пожара. Влажность заболони при всех видах пожара уменьшилась, до 45-50 % и до 60-65 % в комлевой части в зависимости от вида пожара. Несколько ниже влажность была на других высотах ствола, но нигде не уменьшилась ниже 30 % (кроме ядровой части). Поэтому температура древесины в присутствии свободной влаги не могла быть более 100 °С.

Такая температура (100 °С) не вызывает структурного изменения (деполиме-

ризация и деструкция) древесного волокна, поэтому прочность древесины не должна изменяться из-за деструкции. При температуре древесины 100 °С во время пожара и в присутствии воды происходят гидролитические реакции. При этом, прежде всего, изменяется цвет древесины, что в полной мере было отмечено при исследовании древесины после пожара (рис. 2). При гидролитической реакции уменьшается масса древесины, что указывает на уменьшение плотности древесины после огневого поражения, а, следовательно, и её прочности.

б

Рис. 2. Древесина сосны неповрежденная (а) и поврежденная (б) пожаром

Значение плотности древесины сосны в мониторинге по месяцам представлено на рис. 3. Видно, что плотность комлевой части резко повысилась

сразу после пожара в сентябре 2010 года. Но уже в октябре 2010 года и в сентябре 2011 года снизилась почти до стандартной. В ноябре 2011 года средняя плотность по стволу составила 527 кг/м3.

800-Г

700-

600- -

а

<£ 500 "

л

и и 400- -

о

я н 300-

о

¿5 200- "

100-'"

0^

сен.10 окт.10

весна 2011

осень 2011

весна 2012

Норма

комель

средина

вершина

Рис. 3. Изменение плотности древесины сосны после сильного низового пожара

Как отмечалось ранее [2] увеличение плотности в комлевой части произошло из-за резкого засмоления древесины. Но со временем на свежей смоле в древесине развиваются грибы, питательной средой

которых является смола и плотность постепенно снижается.

Снижение плотности, вызванное гидролитическими реакциями - уменьшение пентозанов, перехода других компонентов

древесинного комплекса в растворы уменьшают плотность древесины, а, следовательно, и прочность на все виды механических нагрузок.

Изменение твердости как одного из основных показателей эксплуатационного качества древесины после сильного низового пожара представлены на рис. 4.

35 30

Д 25 Я

¡5 20

и о

И 15

<и а

Н 10

сен.10 окт.10

весна 2011

осень 2011

весна 2012

Норма

комель

средина

вершина

Рис. 4. Изменение торцовой твердости древесины сосны после сильного низового пожара

Результаты исследования торцовой твердости древесины показывают, что в сентябре 2010 года (через два месяца после пожара) отмечено незначительное снижение твердости древесины в комлевой и срединной части ствола, но в вершинной части это снижение составило 16.. .18 % (рис. 4).

Существенное снижение торцовой твердости в октябре 2010 года на 16 % отмечено только в комлевой части ствола, по сравнению с данными, полученными в сентябре. Причем твердость древесины в комлевой части меньше, чем в средней части ствола. Подобное резкое снижение твердости в комлевой части, по всей видимости, произошло по причине поражения просмоленной древесины грибом Вга-Юге11а resinae МиМ, который снижает её прочностные показатели.

Резкое снижение твердости древесины сосны на 36 % отмечено в начале вегетационного периода 2011 года и почти на 50 % в 2012 году по сравнению со стандартными значениями. Аналогичное снижение твердости отмечено в комлевой части ствола и несколько меньшее в средней его части.

В целом можно отметить, что в течение первого года после сильного низового пожара твердость древесины уменьшилась в среднем на 10.12 %, а через два года это снижение составило уже около 40 % от стандартных значений.

Выводы

Результаты выполненных исследований позволяют установить характер распределения влаги по радиусу и высоте

ствола, определить температуру прогрева древесины, тем самым обосновать характер химических, гидролитических реакций, разрушения древесины. Полученные результаты вскрывают структурные изменения и хорошо согласуются с некоторыми физико-механическими показателями древесины.

Библиографический список

1. Платонов А.Д., Курьянова Т.К., Макаров А.В. Распределение влаги по стволу дерева после поражения огнем // Лесотехнический журнал, 2011. № 3. С. 2731.

2. Кротов Л.Н. Исследование процесса комбинированной сушки лиственничных пиломатериалов : отчет по хоз. теме / СибТИ. Красноярск, 1970. 49 с.

3. Оценка состояния древостоев после лесного пожара 2010 года на территории УОЛ ВГЛТА / Т. К. Курьянова, А. Д. Платонов, Н. Е. Косиченко и [др.] // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. Краснодар: КубГАУ, 2011. № 06(70). С. 377-387. Шифр информрегистра: 04201100012/0204. Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2011/06/pdf/27.pdf

УДК 630.8765

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ВОЗРАСТНОЙ ПЛОЩАДИ ПИТАНИЯ ДЕРЕВЬЕВ ПРИ ЛЕСОВЫРАЩИВАНИИ СОСНЫ

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры автоматизации производственных

процессов В. С. Петровский1 заведующий кафедрой лесных культур и селекции, доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Н. М. Гузь2 кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры лесных культур, селекции и

лесомелиорации В. В. Малышев1 ассистент кафедры автоматизации производственных процессов Ю. В. Мурзинов1 1 - ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия 2 - Национальный лесотехнический университет Украины, г. Львов

appvglta@bk.ru

Можно утверждать, что наибольшей производительности древостоев соответствует возрастная оптимизация увеличивающейся площади питания деревьев.

В лесном хозяйстве давно рассматривается проблема возрастной оптимизации

увеличивающейся площади питания деревьев, то есть возрастного уменьшения их густоты, обеспечивающая ускоренное достижение стволами деревьев заданных размеров промышленной технической спелости с наибольшим выходом стволовой дре-