Взаимосвязи физико-механических свойств древесины и закономерности их изменения внутри ствола березы

УДК

DOI:

Аннотация

Физико-механические свойства древесины у растущих деревьев варьируют по высоте и диаметру дерева, а также различаются в зависимости от породы дерева и условий его произрастания. Целью исследования было выявление закономерностей изменения плотности, прочности на сжатие и скорости распространения звука вдоль волокон древесины и взаимосвязей между этими признаками внутри ствола березы, произрастающей в лесах Среднего Поволжья России, где подобные исследования раньше не проводились. Работа выполнена на двух пробных площадях, заложенных стандартными методами в березовых лесах естественного происхождения со средней продуктивностью на территории учебно-опытного лесхоза Поволжского государственного технологического университета в Республике Марий Эл. Средний возраст берез – около 70 лет, диаметр – 30 см, высота – 28,5 м. Отобрано 14 модельных деревьев. Из их стволов на высоте 1,3 м от торца и на относительных высотах 0,25H; 0,5H; 0,75Н вырезаны чураки длиной по 0,5 м. Экспериментальные работы проведены в лабораторных условиях с помощью современных технических средств при использовании стандартных процедур. Получены математические модели, характеризующие изменения изучаемых параметров и взаимосвязи между ними с учетом диаметра ствола на относительных высотах. Результаты подтвердили выводы исследователей о характере денситограмм и других физико-механических свойствах древесины внутри ствола дерева. Однако для березы, произрастающей в описанных выше условиях, выявлены особенности соотношения прочности и плотности, а также прочности древесины и скорости распространения звука по волокнам. Полученные данные имеют научную и практическую ценность как основа для разработки неразрушающего метода прогнозирования технических свойств древесины на корню, а также древесины для получения сортиментов специального назначения.

Финансирование: Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (грант № 075-15-2021-674) и ЦКП «Экология, биотехнологии и процессы получения экологически чистых энергоносителей» Поволжского государственного технологического университета в г. Йошкар-Ола.

Сведения об авторах

Ключевые слова

Для цитирования

Литература

1. Bello A.A., Jimoh A.A. Some Physical and Mechanical Properties of African Birch (Anogeissus leiocarpus) Timber. Journal of Applied Sciences and Environmental Management, 2018, vol. 22, iss. 1, pp. 79–84. DOI: https://doi.org/10.4314/jasem.v22i1.14

2. Collins S., Fink G. Mechanical Behaviour of Sawn Timber of Silver Birch under Compression Loading. Wood Material Science & Engineering, 2020, pp. 1–8. DOI: https://doi.org/10.1080/17480272.2020.1801836

3. Danilov D.A. Features of Mixed Stands Formation, Commodity Structure and Wood Density of Pine and Spruce Trees: Dr. Agric. Sci. Diss. Abs. Saint Petersburg, 2016. 41 p.

4. Denisov S.А. Birch Forests of the Middle Volga Region: Biology, Ecology and Integrated Economy in Birch Forests of Betula pendula Roth and Betula pubescens Ehrh: Dr. Agric. Sci. Diss. Abs. Yoshkar-Ola, 1999. 40 p.

5. Fedyukov V.I. Resonant Spruce: Selection from Stands, Cultivation, and Intended Use: Monograph. Yoshkar-Ola, VSUT Publ., 2016. 256 p.

6. Fedyukov V.I., Saldaeva E.Y., Chernova M.S., Chernov V.Y. Research into Dendro-Acoustic Properties of Introduced Clones’ Wood as Material for Manufacturing Musical Instruments. SEEFOR, 2019, vol. 10, no. 2, pp. 173–179. DOI: https://doi.org/10.15177/seefor.19-18

7. Heräjärvi H. Variation of Basic Density and Brinell Hardness within Mature Finnish Betula pendula and B. pubescens Stems. Wood and Fiber Science, 2004, vol. 36, no. 2, pp. 216–227.

8. Liepiņš K., Rieksts-Riekstiņš J. Stemwood Density of Juvenile Silver Birch trees (Betula pendula Roth.) from Plantations on Former Farmlands. Baltic Forestry, 2013, vol. 19(2), pp. 179–186.

9. Luostarinen K., Verkasalo E. Birch as Sawn Timber in Mechanical Further Processing in Finland. A Literature Study. Silva Fennica Monographs 1, 2000. 40 p.

10. Melekhov I.S. Significance of Forest Types and Forest Site Conditions in the study of Wood Structure and Its Physical and Mechanical Properties. Trudy Instituta lesa AN SSSR, 1949, vol. 1U, pp. 11–21.

11. Melekhov V.I., Babich N.A., Korchagov S.A. Qualitative Characteristics of Pine Wood on Plantations. Arkhangelsk, ASTU Publ., 2005. 116 p.

12. Mikheyevskaya M.A. Production of Pressed Wood with Homogeneous Quality Indicators: Сand. Eng. Sci. Diss. Voronezh, 2019. 250 p.

13. Musikhina L.A. Research and Development of Scientific and Methodological Bases of Qualimetry of Wood Raw Materials of the Volga-Vyatka Region: Сand. Eng. Sci. Diss. Yoshkar-Ola, 2005. 235 p.

14. Pavlovičs G., Dolacis J., Daugaviete M., Hrols J., Alksne A., Cīrule D. Comparison of the Physical and Mechanical Properties of the Wood of Wild Cherry (Prunus avium L.) and Birch (Betula pendula Roth.) Grown in Latvia. Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW, Forestry and Wood Technology, 2006, vol. 59, pp. 164–168.

15. Pchelin V.I. Biological Bases of Cultivation of High-Quality Wood for Target Purpose: Case Study of Spruce and Aspen Forests of the Middle Volga Region: Dr. Agric. Sci. Diss. Yoshkar-Ola, 1989. 478 р.

16. Platonov A.D., Mikheevskaya М.А., Snegireva S.V., Kuryanova Т.K., Kiseleva А.V., Topcheev А.N. The Influence of Vessels Variability on Wood Quality of Birch and Aspen in the Trunk of the Tree. Lesotekhnicheskiy zhurnal [Forestry Engineering Journal], 2018, vol. 8, no. 2(30). pp. 212–221. DOI: https://doi.org/10.12737/article_5b24061a94a5f2.93144911

17. Poluboyarinov O.I. Wood Density. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1976. 159 p.

18. Pushinskis V., Mionchinskis U., Tuherm H., Hrols J., Dolacis J. Some Physical and Mechanical Properties of Birch (Betula pendula Roth.) Wood Growing in Latvia. Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW, Forestry and Wood Technology, 2003, vol. 53, pp. 308–317.

19. Repola J. Models for Vertical Wood Density of Scots Pine, Norway Spruce and Birch Stems, and Their Application to Determine Average Wood Density. Silva Fennica, 2006, vol. 40, no. 4, pp. 673−685. DOI: https://doi.org/10.14214/sf.322

20. Sheykman D.V., Kosheleva D.V. Study of Physical and Mechanical Properties of Modified Birch and Aspen Wood. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Technological University], 2016, vol. 19, no. 15, pp. 110–112.

21. Shirnin V.K. Breeding for Wood Quality: Case Study of Common Oak and Other Species in the Central Chernozem Region: Dr. Agric. Sci. Diss. Voronezh, 1999. 302 p.

22. Vikhrov V.E. Oak Wood Structure and Properties. Moscow, AN SSSR Publ., 1954. 263 p.

23. Volynskiy V.N. On the Correlation of Timber Strength and a Number of Its Parameters. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 1991, no. 1, pp. 60–64. URL: http://lesnoizhurnal.ru/upload/iblock/706/60_64.pdf

Ссылка на английскую версию:

Funding: The research was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Grant No. 075-15-2021-674) and the Core Facility Centre “Ecology, Biotechnology, and Processes for Producing Environmentally Friendly Energy Carriers” of the Volga State University of Technology, Yoshkar-Ola.

Keywords: birch wood, wood density, compressive strength along the grain, sound velocity, interrelation of physical and mechanical parameters

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) license • The authors declare that there is no conflict of interest