Влияние обрезки ветвей на химический состав древесины ели европейской (Picea abies (L.) Karst.)

УДК

631.542.3:543.641

DOI:

https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-3-145-160

Аннотация

Цель исследования – изучение влияния обрезки ветвей на химический состав древесины ели европейской (Picea abies (L.) Karst), включая ядровую древесину и заболонь. В качестве контрольной использовалась древесина деревьев, не подвергнутых обрезке. Интенсивность удаления части ветвей составляла: 35–41 % от общей длины кроны – у деревьев со средним и менее среднего диаметром на высоте груди и 28 % – у деревьев с диаметром выше среднего. Компонентный состав растворимых в ацетоне экстрактивных веществ был проанализирован посредством газовой хроматографии на длинной и короткой колонках, молярно-массовое распределение найдено с помощью гель-проникающей хроматографии. В предварительно экстрагированных образцах древесины определяли содержание целлюлозы (кислотный гидролиз – газо- вая хроматография), лигнина (метод ацетилбромида) и состав гемицеллюлоз и пектино- вых веществ (кислотный метанолиз – газовая хроматография). Растворимые в ацетоне экстрактивные вещества древесины представляют собой сложную смесь различных групп органических соединений, включая липофильные и полярные вещества. Анализ полученных экстрактов с использованием гель-проникающей хроматографии выявил преобладание в них триглицеридов, стериловых эфиров, жирных и смоляных кислот, а также значительного количества моносахаридов. Химический состав древесных тканей контрольных деревьев и деревьев из опыта был схож. Однако по сравнению с первыми древесина вторых характеризовалась повышенным количеством смоляных кислот в заболони, высоким количеством лигнина и в два раза большим уровнем фруктозы как в заболони, так и в ядровой древесине. Такие результаты можно объяснить реакцией деревьев на обрезку ветвей и воздействием патогенов (т. е. срабатыванием защитного механизма растения). Полученные данные также являются отражением физиологической активности обследованных деревьев и, возможно, связаны с различиями в размере их крон.

Сведения об авторах

А.В. Пранович^1,2, канд. хим. наук, ст. науч. сотр., доц.; ResearcherID: H-4533-2016, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3615-8582
О.И. Антонов^2,3, канд. с.-х. наук, доц., вед. науч. сотр.; ResearcherID: H-1480-2015, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2869-9234
А.А. Добровольский², канд. с.-х. наук, доц.; ResearcherID: ABF-7706-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6816-4912
¹Университет А кадемии А бо, ул. Портхансгатан, д. 3, г. Турку, Финляндия, 20500; e-mail: apranovi@abo.fi
²Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург, Россия, 194021; e-mail: alexander-83@yandex.ru
³Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт лесного хозяйства, Институтский просп., д. 21, Санкт-Петербург, Россия, 194021; e-mail: woodfm@mail.ru

Ключевые слова

обрезка ветвей, Picea abies, химический состав древесины ели, экс- трактивные вещества, целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы, газовая хроматография, гель-проникающая хроматография

Для цитирования

Pranovich A.V., Antonov O.I., Dobrovolsky A.A. Pruning Influence on Chemical Composition of Spruce Wood (Picea abies (L.) Karst.) // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 3. С. 145–160. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-3-145-160

Литература

1. Антонов О.И. Влияние обрезки ветвей на рост культур и качество древесины ели: дис. … канд. с.-х. наук. СП б., 2000. 104 с. Antonov O.I. Pruning Effect on Growth and Wood Quality of Spruce Plantations: Cand. Agric. Sci. Diss. Saint Petersburg, 2000. 104 p.
2. Давыдов А.В. Влияние сомкнутости насаждения и рубок ухода за лесом на сучковатость и форму стволов // Рубки ухода за лесом.: сб. тр. ЦНИИЛ Х. Л.: Гослестехиздат, 1940. С. 5–49. Davydov A.V. Influence of Plantation Density and Improvement Thinning on Knotting and Shape of Tree Trunks. Collection of Academic Papers “Improvement Thinning”. Leningrad, Goslestekhizdat Publ., 1940, pp. 5–49.
3. Питикин А.И. Обрезка сучьев в еловых насаждениях Карпат // Лесн. хоз-во. 1972. № 8. С. 27–28. Pitikin A.I. Pruning in Spruce Plantations of the Carpathians. Lesnoye khozyaystvo, 1972, no. 8, pp. 27–28.
4. Полубояринов О.И. Оценка качества древесного сырья. Л.: ЛТА , 1971. 72 с. Poluboyarinov O.I. Wood Raw Material Quality Assessment. Leningrad LTA Publ., 1971. 72 p.
5. Ткаченко М.Е. Общее лесоводство. Л.: Гослестехиздат, 1939. 746 с. Tkachenko M.E. General Forestry. Leningrad, Goslestekhizdat Publ., 1939. 746 p.
6. Arvidson A. Pruning for Quality. Small Scale Forestry, 1986, no. 1, pp. 1–7.
7. Axel R. Wirtschaftlichkeit der Wertastung. Allgemeine Forst Zeitschrift fur Waldwirtschaft und Umweltsorge, 1989, Bd. 44-45, S. 1188–1190.
8. Bamber R.K. Sapwood and Heartwood. Technical Publication No. 2. Sydney, Forestry Commission of New South Wales, 1987. 7 p.
9. Bertaud F., Holmbom B.R. Chemical Composition of Earlywood and Latewood in Norway Spruce Heartwood, Sapwood and Transition Zone Wood. Wood Science and Technology, 2004, vol. 38, iss. 4, pp. 245–256. DOI: https://doi.org/10.1007/s00226-004-0241-9
10. Bhuiyan N.H., Selvaraj G., Wei Y., King J. Role of Lignification in Plant Defense. Plant Signaling & Behavior, 2009, vol. 4, iss. 2, pp. 158–159. DOI: https://doi.org/10.4161/psb.4.2.7688
11. Clark J.R., Matheny N. The Research Foundation to Tree Pruning: A Review of the Literature. Arboriculture & Urban Forestry, 2010, vol. 36(3), pp. 110–120.
12. Ehring A. Pruning for Quality Improvement. Materials of the Site Waldwissen. 2016. Available at: https://www.waldwissen.net/en/forestry/silviculture/stock-management/pruning-for-quality-improvement (access 16.04.20).
13. Ekman R., von Weissenberg K. Sapwood Extractives in Norway Spruce Inoculated with Fomes annosus. Acta Academiae Aboensis, Ser. B Mathematica et Physica, 1979, vol. 39, nr. 7, pp. 1–8.
14. Fengel D., Wegener G. Wood – Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Berlin, Walter de Gruyter, 1989. 613 p.
15. Finnish Statistical Yearbook of Forestry. Ed. by A. Peltola. Tampere, Metsäntutkimuslaitos, Vantaan toimipaikka, 2014. 426 p.
16. Giefing D.F., Jonasz K., Wesoły W. The Response of Thick-Branched Pine Trees to Pruning. Electronic Journal of Polish Agricultural Universities, 2004, vol. 7, iss. 2. 9 p.
17. Holmbom T., Reunanen M., Fardim P. Composition of Callus Resin of Norway Spruce, Scots Pine, European Larch and Douglas Fir. Holzforschung, 2008, vol. 62, iss. 4, pp. 417–422. DOI: https://doi.org/10.1515/HF.2008.070
18. Iiyama K., Wallis A.F.A. An Improved Acetyl Bromide Procedure for Determining Lignin in Woods and Wood Pulps. Wood Science and Technology, 1988, vol. 22, iss. 3, pp. 271–280. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00386022
19. Kannisto K., Heräjärvi H. Rauduskoivun pystykarsinta oksasaksilla – vaikutus puun laatuun ja taloudelli seen tuottoon. Metsätieteen aikakauskirja, 2006, nr. 4, pp. 491–505. DOI: https://doi.org/10.14214/ma.6316
20. Nisula L. Wood Extractives in Conifers. Doctoral Thesis. Turku/Åbo Finland, Åbo Akademi University Press, 2018. 253 p.
21. Pranovich A., Eckerman C., Holmbom B. Determination of Methanol Released from Wood and Mechanical Pulp by Headspace Solid-Phase Microextraction. Journal of Pulp and Paper Science, 2002, vol. 28(6), pp. 199–203.
22. Schatz U., Heräjärvi H., Kannisto K., Rantatalo M. Influence of Saw and Secateur Pruning on Stem Discolouration, Wound Cicatrisation and Diameter Growth of Betula pendula. Silva Fennica, 2008, vol. 42, no. 2, pp. 295–305. DOI: https://doi.org/10.14214/sf.258
23. Scholzke D. Die Astung von Fichtenbestanden in der Bundesrepublik Deutschland. Forstund Holzwirt, 1982, Bd. 12, S. 307–308, 310, 312, 314.
24. Shupe T.F., Hse C.Y., Choong E.T., Groom L.H. Differences in Some Chemical Properties of Innerwood and Outerwood from Five Silviculturally Different Loblolly Pine Stands. Wood and Fiber Science, 1997, vol. 29, no. 1, pp. 91–97.
25. Sjöström E. Wood Chemistry. London, Academic Press, 1993. 293 p.
26. Sundberg A., Sundberg K., Lillandt C., Holmbom B.R. Determination of Hemicelluloses and Pectins in Wood and Pulp Fibres by Acid Methanolysis and Gas Chromatography. Nordic Pulp and Paper Research Journal, 1996, vol. 11, iss. 4, pp. 216–219. DOI: https://doi.org/10.3183/npprj-1996-11-04-p216-219
27. Timell T.E. Compression Wood in Gymnosperms. Berlin, Springer, 1986. 625 p.
28. Vance C.P., Kirk T.K., Sherwood R.T. Lignification as a Mechanism of Disease Resistance. Annual Review of Phytopathology, 1980, vol. 18, pp. 259–288. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev.py.18.090180.001355
29. Willför S., Hemming J., Reunanen R., Eckerman C., Holmbom B. Lignans and Lipophilic Extractives in Norway Spruce Knots and Stemwood. Holzforschung, 2003, vol. 57, no. 1, pp. 27–36. DOI: https://doi.org/10.1515/HF.2003.005

Ссылка на английскую версию:

Pruning Influence on Chemical Composition of Spruce Wood (Picea abies (L.) Karst.)

PRUNING INFLUENCE ON CHEMICAL COMPOSITION OF SPRUCE WOOD (Picea abies (L.) Karst.)

Andrey V. Pranovich^1,2, Candidate of Chemistry, Senior Research Scientist, Assoc. Prof.; ResearcherID: H-4533-2016, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3615-8582
Oleg I. Antonov^3,2, Candidate of Agriculture, Assoc. Prof., Leading Research Scientist; ResearcherID: H-1480-2015, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2869-9234
Alexander A. Dobrovolsky², Candidate of Agriculture, Assoc. Prof.; ResearcherID: ABF-7706-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6816-4912
¹Åbo Akademi University, Porthansgatan 3, Turku/Åbo, FI-20500, Finland; e-mail: apranovi@abo.fi
²Saint Petersburg State Forest Technical University, Institutskiy per., 5, Saint Petersburg, 194021, Russian Federation; e-mail: alexander-83@yandex.ru
³Saint Petersburg Forestry Research Institute, Institutskiy prosp., 21, Saint Petersburg, 194021, Russian Federation; e-mail: woodfm@mail.ru

Abstract. The aim of the work was to investigate the influence of pruning on wood composition in different morphological parts of the Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) trees, including heartwood and sapwood compared to normal trees as a reference. Pruning intensity during that treatment was 35–41 % of the total length of the crown for the trees with the average and less than average diameter at breast height and 28 % for the trees with diameter at breast height higher than the average. Components composition of acetone soluble extractives was analysed by gas chromatography with long and short columns, and their molar mass distribution was analysed by gel permeation chromatography. The following was determined in the pre-extracted wood tissues: cellulose (acid hydrolysis – gas chromatography); lignin (Acetyl Bromide method) and hemicellulose and pectins composition (acid methanolysis – gas chromatography). Acetone-soluble wood extractives are a complex mixture of different groups of organic compounds, i.e. both lipophilic and polar substances. The high-performance gel permeation chromatography analysis revealed the dominance of triglycerides, steryl esters, fatty and resin acids in the obtained extracts. The amount of monosaccharides in the extracts was also substantial. The chemical composition of wood tissues of the reference and pruned trees was almost similar. Compared to the reference trees, the wood samples of the pruned trees showed increased amounts of resin acids in sapwood, high amounts of lignin and double amounts of fructose in both sapwood and heartwood. The analysis results can be explained by response of trees to their pruning as a defense mechanism against plant pathogens and must be a result of the current physiological activity of those trees, possibly related to differences in crown sizes.
For citation: Pranovich A.V., Antonov O.I., Dobrovolsky A.A. Pruning Influence on Chemical Composition of Spruce Wood (Picea abies (L.) Karst.). Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 3, pp. 145–160. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-3-145-160

Keywords: pruning, Picea abies, chemical composition of spruce wood, extractives, cellulose, lignin, hemicelluloses, GC, GPC