Кваліметрія лісоматеріалів ялиці білої в Українських Карпатах

The current ecological and economic trend of the sustainable forestry is driven by the climate change that threatens the species diversity of forest ecosystems. In the forestry, it is very difficult to find an algorithm for solving problems related to mass dieback and drying of coniferous forest plantations in the Ukrainian Carpathians. To locate any problem, financial resources are required, the main share of which is obtained in the forestry through the sale of harvested high value quality timbers. For this reason, it is advisable to associate environmental concerns with the volume of harvested high value quality timbers. The aim of the study was to investigate the forest aspects of determining the qualitative-dimensional characteristics of stemwood of Silver fir stands of the Ukrainian Carpathians. Dimensional-qualitative characteristics of Silver fir stemwood in the operational forests of Turya-Remetiv and Poroshkiv districts of Perechyn Forestry SE are provided in the article. The study of wood quality assessment covered 90 cut down trees from 59 to 99 year old, whose height varied from 27.7 to 38.5 m; the length of the business wood was in the range of 11.5-26.4 m. The peculiarities of formation of branchless wood of the tree and the change of diameters in the stem base of the timber were investigated, which significantly determines the quality classes A and B of timbers. The average width of the annual rings on the ¾ radius of the peripheral stem wood and the presence of reaction wood were analysed. A significant increase in the content of late wood in the annual ring of timber of Silver fir was found. A linear relationship between the height of the tree and the circles was established to be as following: in the middle, in the butt and upper ends of the timber. The relationships between the length of the branchless wood of the tree and the diameter at the butt end of the timber, characterized by a moderate correlation, were investigated. A high bond was found in the butt stem diameter and the age of the tree. The age-old factor, combined with global climate change, causes not only an increase in the number of trees with a wood fault core, but also the area of wood damage to Silver fir trunks. It has been found that in the studied fir stands, the current forest management system is aimed at preserving forest ecosystems with low wood quality trees.Вивчено розмірно-якісні характеристики стовбурної деревини ялиці білої в експлуатаційних лісах Тур'я-Реметівського та Порошківського лісництв ДП "Перечинське лісове господарство". Кваліметричними дослідженнями охоплено 90 зрубаних дерев віком від 59 до 99 років, висота яких змінювалась від 27,7 до 38,5 м; довжина ділової деревини стовбура знаходилась в межах 11,5-26,4 м. Встановлено особливості формування безсучкової зони дерева та зміну діаметрів у нижній частині стовбура, що істотно визначає якість лісоматеріалів загалом та класів A і B зокрема. Проаналізовано середню ширину річного кільця на ¾ радіуса периферійної деревини стовбура та наявність вади деревини "рогівка". Виявлено істотне збільшення вмісту пізньої деревини в річному кільці лісоматеріалів ялиці білої. Встановлено прямолінійну залежність між висотою дерева та окружностями лісоматеріалу: посередині, у нижньому та верхньому торцях. Досліджено залежності між довжиною безсучкової зони дерева та діаметром у нижньому торці лісоматеріалу, що характеризується помірним кореляційним зв'язком. Між віком дерева та діаметром несправжнього ядра виявлено високу тісноту зв'язку. Віковий чинник у поєданні з глобальними кліматичними змінами зумовлює збільшення не тільки кількості дерев із несправжнім ядром, але й площі пошкодження заболонної деревини ялиці білої. З'ясовано, що в досліджуваних ялицевих деревостанах діюча система лісогосподарювання зумовлює формування лісових екосистем з низькоякісною стовбурною деревиною

MACROSCOPIC FEATURES OF THE WAVE-GRAINED WOOD OF SILVER FIR

Досліджено показники макроструктури прямоволокнистої та хвилясто-завилькуватої стовбурової деревини ялиці білої в лісорослинних умовах Буковинських Карпат. Визначено відмінність середніх, мінімальних та максимальних значень ширини річного кільця, ширини ранньої та пізньої зон деревини ялиці білої із хвилясто-завилькуватою та прямоволокнистою структурою деревини. Встановлено, що збільшення середньої ширини річних кілець ялиці білої із хвилясто-завилькуватою деревиною становить 14,7-31,4 %, середньої ширини пізньої деревини – 17,7-24,9 % та середньої ширини ранньої деревини – 13,2-34,0 %, порівняно з прямоволокнистою структурою деревини. Найбільші значення пізньої деревини в річному кільці характерні для особин із хвилясто-завилькуватою та прямоволокнистою текстурою деревини у середньовіковому діапазоні 40-60 років. Виявлено залежності між показниками макроструктури та віковим діапазонам 1-80 років в напрямі від кори до серцевини, які описуються рівняннями другого порядку. Встановлено, що річні прирости в напрямі від серцевини до кори зменшуються поступово для прямоволокнистої деревини, а для хвилясто-завилькуватої деревини змінюються неоднаково і є ознакою аномальності у діяльності камбію.Исследованы показатели макроструктуры прямоволокнистой и волнисто-свилеватой стволовой древесины пихты белой в лесорастительных условиях Буковинских Карпат. Определено отличие средних, минимальных и максимальных значений ширины годичного кольца, ширины ранней и поздней зон древесины пихты белой с волнисто-свилеватой и прямоволокнистой структурой древесины. Установлено, что увеличение средней ширины годичных колец пихты белой с волнисто-свилеватой древесиной составляет 14,7-31,4 %, средней ширины поздней древесины – 17,7-24,9 % и средней ширины ранней древесины – 13,2-34,0 %, по сравнению с прямоволокнистой структурой древесины. Наибольшие значения поздней древесины в годичном кольце характерны для особей с волнисто-свилеватой и прямоволокнистою текстурой древесины в средневозрастном диапазоне 40-60 лет. Выявлена зависимость между показателями макроструктуры и возрастным диапазонам 1-80 лет в направлении от коры к сердцевине, которые описываются уравнениями второго порядка. Установлено, что годичные приросты в направлении от сердцевины к коре уменьшаются постепенно для прямоволокнистой древесины, а для волнисто-свилеватой древесины меняется неодинаково и является признаком аномальности в деятельности камбия.The ultimate purpose of the article was to study the macroscopic differences in the anatomy of Abies alba Mill. with straight-grained and wave-grained wood growing in the biotopes of Bukovyna Carpathians. A total of 24 cores from the northern and southern tree sides of straight-grained and wave-grained wood of silver fir were taken. The database of the macroscopic features (width of annual rings, the widths of latewood and earlywood) were measured on the professional digital Lintab 6 using dendrochronological software TSAP. The research results showed that the mean value of the width of the annual rings of silver fir varied in the range 2,54-3,24 mm of wavy-grained wood and 1,75…2,90 mm of straight grained wood. The mean value of the latewood widths were in the range from 0,07 до 3,90 мм. They were statistically significant by the accuracy index P<5 %. The trees with wave-grained wood were characterized by larger average values of the late- and earlywood width comparing to trees with the straight wood. The average values of the earlywood width in the annual ring of trees with wave-grained wood were from 1,66 to 2,27 mm. The trees with straight-grained wood were characterized by a lower amplitude of mean values of the earlywood width from 1.14 to 2.09 mm. The highest values of the macroscopic features were characterized for individuals with a wave- and straight-grained wood in the age of about 40-60 years. Dependences between the macrostructural features and the age in the range of 1-80 years in the direction from the bark to the pith were described by the second-order equations. At the age of 105 years the significant difference in the ordering of wood fibers were leaded to an increase of 34.0 % of the earlywood width. To deeper study the structural formation of wave-grained wood of silver fir, it is important to research the wood anisotropy and wood density

SOME FEATURES OF FORMATION OF ANNUAL RING AND STRAIGHT – AND WAVE-GRAINED BASIC DENSITY WOOD OF ABIES ALBA MILL.

Розглянуто питання відмінності кількості річних кілець в 1 см та базисної щільності прямоволокнистої та хвилясто-завилькуватої деревини ялиці білої в лісорослинних умовах Буковинських Карпат. Визначено діапазон зміни показника макроструктури та об'ємної маси деревини, а також проведено статистичний аналіз отриманих результатів дослідження (P<5 %). Встановлено, що найбільші значення кількості річних кілець в 1 см характерні для дерев із прямоволокнистою деревиною і в межах радіуса стовбура збільшуються в напрямку від серцевини до кори. Базисна щільність деревини ялиці білої із хвилясто-завилькуватою деревиною знаходиться в діапазоні від 292 до 478 кг∙м-3, а із прямоволокнистою – 256-408 кг∙м-3. Базисна щільність у межах радіуса та висоти стовбура ялиці білої із хвилясто-завилькуватою деревиною різко збільшується за останні 30-40 років. Встановлено, що зі зменшенням кількості річних кілець в 1 см у дерев із хвилясто-завилькуватою деревиною її базисна щільність деревини збільшується порівняно із прямоволокнистою структурою. Різниця об'ємної маси прямоволокнистої деревини є на 33,0 % меншою, ніж у хвилясто-завилькуватої деревини ялиці білої на висоті 1,3 м. Залежність між кількістю річних кілець в 1 см та базисною щільністю описується рівнянням першого порядку (R=0,62-0,65).Рассмотрены вопросы различия количества годичных колец в 1 см и условной плотности прямоволокнистой и волнисто-свилеватой древесины пихты белой в лесорастительных условиях Буковинских Карпат. Определены диапазоны изменения показателя макроструктуры и объемной массы древесины, а также проведен статистический анализ полученных результатов исследования (P<5 %). Установлено, что наибольшие значения количества годичных колец в 1 см характерны для деревьев с прямоволокнистой древесиной и в пределах радиуса ствола они увеличиваются в направлении от сердцевины к коре. Условная плотность древесины пихты белой с волнисто-свилеватой древесиной находится в диапазоне от 292 до 478 кг∙м3, а с прямоволокнистой – 256-408 кг∙м-3. Объёмная масса в пределах радиуса и высоты ствола пихты белой с волнисто-свилеватой древесиной резко увеличивается в последних 30-40 лет. Установлено, что при уменьшении количества годичных колец в 1 см у деревьев с волнисто-свилеватой древесиной ее условная плотность древесины увеличивается по сравнению с прямоволокнистой структурой. Разница объемной массы прямоволокнистой древесины является на 33,0 % меньше, чем у волнисто-свилеватой древесины пихты белой на высоте 1,3 м. Зависимость между количеством годичных колец в 1 см и базисной плотностью описывается уравнением первого порядка (R = 0, 62–0,65).In the Bukovynski Carpathians, the natural area of silver fir is defined by climatic conditions and soil fertilize, and is ranged from 300 to 1200 m asl. Forest stands is characterized by the highest volumetric productivity in the biotopes at the altitude of 500-900 m asl. The total area of fir forest types in Chernivtsi region is 49.14 thousand hectares (20.1 %). The ultimate purpose of the work is to study the number of annual rings per 1 cm and the basic wood density within the radius and the stem height of Abies alba Mill. with straight- and wavy-grained wood. The research covered a mature forest stands of 105 year-old silver fir. The composition of the forest stand constituted 60 % of silver fir, 30 % of European beech and 10 % of Norway spruce that were grown in the wet conditions of the forest district Lopushna of Berehomet FE with latitude of 48о06ʹ02.34ʺ N, longitude of 25о13ʹ02.46ʺ E and altitude of 985 m asl. To study the differences in the macrostructure and basic density of wood six model trees with wave- and straight-grained structure were harvested. Wood samples of 0.6 m in length at the height of 1.3 m and 7 m were cut from each model tree (log). Research results have shown that the macrostructure index increased evenly in the direction from pith to bark. The maximum values of the number of annual rings per 1 cm characterised the mature wood of silver fir in the last 30-40 year of the growth. Within the tree height of silver fir with straight-grained wood, the tendency of the increasing the macrostructure index remained. The number of annual rings in the stem with wavy-grained wood decreased in diameter indicating an increase in the annual growth in the last 20-30 years of the growth. The number of annual rings per 1 cm of silver fir with straight-grained wood ranged from 5.0 to 15.0 pcs.∙cm-1 with an average value of 8.8 pcs.∙cm-1 at the breast height and 8.1 pcs.∙cm-1 at the height of 7.0 m. The basic density of the wavy-grained wood varied from 292 to 478 kg∙m-3, while the basic density of the straight-grained wood ranged from 256 to 408 kg∙m-3. The revealed wood-science aspects of the formation of anomaly of silver fir wood need further anatomical and physical-mechanical research

Вплив зональності стовбура на триботехнічні характеристики пари тертя "деревина – сталь з йонно-плазмовим покриттям"

The results of the conducted researches show that the evaporation of vacuum ion-plasma coatings on a tool working in contact with wood significantly reduces such indicators as friction force, wear intensity and cutting force. It is found that the range of change of the friction force along the fibres, depending on the location of the specimen on the height of the trunk, correlates with the range of change of the face hardness, and the decrease in the friction force of indenters with ion-plasma coatings in comparison with other methods of strengthening does not depend on what height of the trunk is taken specimen and is from 1.5…2.9 times for oak; 1,5…3,1 – for beech; 1.3…3.1 – for pine; 1,4…3,5 – for fir. In the case of friction across the fibres, the range of change on the friction force, depending on the location of the specimen on the height of the trunk, does not correlate with the range of hardness change, that is, in deciduous species the friction force is less than that which could be predicted based on the ratio of specimens hardness in different parts of the trunk. To determine the deviation from the expected value of the friction force, the coefficient of compliance is introduced. The reasons for the relative reduction of resistance to friction may be due to the following factors. The content of lignin, which determines the strength of trunks, in wood of pine and fir ranges from 26 to 30 %, and in oak and beech is 20…24 %. All the analyzed species contain gemicellulose about the same amount – 22…26 %. It consists of hexosans (C6H10O5) п and pentosans (C5H804) n. But the content of hexosans with a higher molecular weight in coniferous species is twice as large as in deciduous. The mechanical function in coniferous species is also made of tracheid fibres, the length of which is 4…6 mm. Libriform fibres that perform a similar function in deciduous, have a length of up to 1 mm. Peculiar ribs of hardness of hardwood trees are core rays. In oak their volume reaches 30 %. But they are oriented in the radial direction, so during the motion of the indenter across the fibres do not substantially impede its displacement. When friction of the indenter with a coating on wet wood, the friction force decreases for all investigated species at any height of the trunk in 1.7…2.3 times, which can be explained by the fact that moisture acts as a lubricant. The least value of the friction force of 0.1 H×10-2 was recorded in the friction pair "Ti-Ni-N + TiN coating – a specimen from the upper part of the fir trunk" after six passes of the indenter along the fibres. The results of studies on determining of wear intensity and friction force have shown that its values decrease in the sequence (Ti-Ni-N) – (TiN) – (Ti + TiN) – (Ti-Ni-N + TiN) in all variants of the ratio of regime cutting parameters.Наведено результати досліджень сили тертя, інтенсивності зношування та сили різання сталі Р6М5 з йонно-плазмовими покриттями. Показано, що їх нанесення на інструмент, що працює в контакті з деревиною, істотно зменшує ці показники. Виявлено, що діапазон зміни сили тертя вздовж волокон залежно від розташування зразка за висотою стовбура корелює з діапазоном зміни торцевої твердості, а зменшення сили тертя інденторів з йонно-плазмовими покриттями порівняно з іншими методами зміцнення, не залежить від того, з якої висоти стовбура взято зразок і становить 1,5…2,9 раза для дуба; 1,5…3,1 – для бука; 1,3…3,1 – для сосни; 1,4…3,5 – для ялиці. Встановлено, що під час тертя поперек волокон діапазон зміни сили тертя залежно від розташування зразка за висотою стовбура не корелює з діапазоном зміни твердості, тобто в листяних порід сила тертя є меншою від того значення, яке можна було б спрогнозувати, ґрунтуючись на співвідношенні твердості зразків у різних частинах стовбура. Для визначення відхилення від очікуваного значення сили тертя введено коефіцієнт відповідності. Наведено причини відносного зменшення опору тертю. З'ясовано, що під час тертя індентора з покриттям по вологій деревині сила тертя зменшується для всіх досліджуваних порід на будь-якій висоті стовбура в 1,7…2,3 раза. Найменше значення сили тертя 0,1 Н×10-2 зафіксовано в парі тертя "покриття Ті-Ni-N + ТіN – зразок із верхньої частини стовбура ялиці" після шести проходів індентора вздовж волокон. Результати досліджень з визначення інтенсивності зношування та сили тертя показали, що значення цих величин зменшуються в послідовності (Ті-Ni-N) – (ТіN) – (Ті+ТіN) – (Ті-Ni-N + ТіN) за всіх варіантів співвідношення режимних параметрів різання

ДИНАМІЧНИЙ МОДУЛЬ ПРУЖНОСТІ ХВИЛЯСТО-ЗАВИЛЬКУВАТОЇ ДЕРЕВИНИ ABIES ALBA MILL.

To get deeper knowledge of wood quality as a practical stage of wood grading, which plays an engineering role in wooden construction and production of structural timber, dynamic module of elasticity of wave-grained wood was investigated. The main objective was focused on testing of Silver fir wood with straight-grained and wave-grained structures within stem radius and height. Altogether, 12 model trees were selected in the forest stand of Bukovyna Carpathians with geographical location of latitude of 48о06ʹ02.34ʺ N, longitude of 25о13ʹ02.46ʺ E and altitude of 985 m asl. Dynamic modulus of elasticity was defined on the Grindo Sonic device of the Department of Wood Biology and Wood Products of Georg-August-Universität Göttingen, Germany within the framework of COST Action FP1407: ModWoodLife. The differences of dynamic modulus of elasticity, damping coefficient and sound velocity between wave-grained and straight-grained wood of Silver fir were estimated. The variation of studied parameters within stem radius and height was graphically analysed. In the stems with wavy-grained wood structure, two wood quality classes were proposed, namely: the first one involved peripheral wood (40 % of the stem radius) and the second one ‒ the central (heart) wood. Wood damping varied from 6 to 10 for wavy-grained wood, and from 12 to 14 for straight-grained wood. The linear relationship between dynamic modulus of elasticity and wood density was estimated. Increasing of wood density caused an increase of the dynamic modulus of elasticity and was described by the linear equation of the first order (R²=0.69…0.72). The linear relationship between wood density and dynamic modulus of elasticity of wavy-grained wood was inversely proportional. The dynamic modulus of elasticity of straight-grained wood ranged from 5921 to 12995 Н∙mm-2, and wavy-grained wood ‒ 5053 to 12393 Н∙mm-2.Досліджено відмінності динамічного модуля пружності, коефіцієнта затухання та швидкості звуку хвилясто-завилькуватої деревини порівняно з прямоволокнистою деревиною ялиці білої. Графічно наведено варіацію досліджуваних показників у межах радіуса та висоти стовбура. У межах радіуса стовбура із хвилясто-завилькуватою структурою можна виділити два класи якості деревини, а саме: перший – периферійна деревина (40 % радіуса стовбура) та другий – центральна (ядрова) деревини. Структурне розміщення деревного волокна, зокрема хвилясто-завилькувате, істотно визначає фізико-механічні характеристики деревини та їх варіацію. Коефіцієнт затухання деревини змінюється: від 6 до 10 для хвилясто-завилькуватої деревини; від 12 до 14 для прямоволокнистої деревини. Встановлено прямолінійну залежність першого порядку між динамічним модулем пружності та об'ємною масою деревини. Збільшення об'ємної маси прямоволокнистої деревини зумовлює збільшення модуля пружності та описується рівнянням прямої (R²=0,69…0,72). Прямолінійна залежність між динамічним модулем пружності та щільністю хвилясто-завилькуватої деревини є інверсійною. Динамічний модуль пружності прямоволокнистої деревини знаходиться в межах від 5921 до 12995 Н∙мм-2, а хвилясто-завилькуватої деревини – від 5053 до 12393 Н∙мм-2

Внутрішньовидова диференціація abies alba Mill. за структурою деревини

The authors specify the necessity to determine the form as an intraspecific systematic unit is to distinguish the allocation of groups of individuals of the tree species that do not have a clearly natural growing area, but they differ from the typical representatives of the same species for certain biological (growth energy), morphological (crown form), phenological, anatomical and other features. The purpose of the study is to analyse the structural differences of Silver fir with wave-grained wood compared with straight-grained wood (control). Forest types were determined by the forest-typological approaches proposed by Prof. Z.YU. Herushynskyy. The dating of annual rings was performed on LinTab equipment using the dendrochronological software TSAP. SPSS 13.0 software was used for statistical processing. The procedure for comparing mean values of annual rings was carried out using One-way ANOVA. The peculiarities of the formation of the annual growth of Silver fir with straight- and wavy-grained structural wood are studied. The differences of width of early and late wood on 40 model trees in six forest stands were considered. It is estimated that the average value of early wood width of Silver fir varied from 0.5 to 2.0 mm. The significant increasing of the early wood width was due to local environmental factors. The average values of the late wood width in the straight-grained wood were characterized by lower figures than those with a wavy-grained structure. The average values of the annual ring width of straight-grained wood ranged from 2.36 to 3.53 mm, and for trees with wavy-grained wood ‒ 3.98-5.74 mm. A significant difference (p<0.05) was found in the mean values of the annual ring width. The average width of the annual ring in the wavy-grained wood of Silver fir was equal 5.74 mm, and the width of annual ring varied from 1.05 to 11.57 mm. In four forest stands of Silver fir a statistically significant difference between the macrostructure of the straight- and wavy-grained wood was estimated by the one-way analysis of variance of the annual ring width. The significance between investigated trees with straight- and wavy-grained wood was equal p<0.05, and a form of Silver fir "wave-grained" was proposed.Вивчено особливості формування річного приросту ялиці білої з прямоволокнистою та хвилясто-завилькуватою структурою деревини. Розглянуто відмінності абсолютних значень ширини ранньої та пізньої деревини на 40 модельних деревах у шести деревостанах. Встановлено, що ширина ранньої деревини ялиці білої змінюється в середньому від 0,5 до 2,0 мм. Різке збільшення ширини ранньої деревини пов'язано з локальними екологічними чинниками. Абсолютні значення ширини пізньої деревини у прямоволокнистій структурі характеризуються меншими значеннями, ніж у екземплярів із хвилясто-завилькуватою структурою. Середні значення ширини річного кільця прямоволокнистої деревини ялиці білої змінюються в межах від 2,36 до 3,53 мм, а в дерев із хвилясто-завилькуватою деревиною – 3,98–5,74 мм. Встановлено істотну різницю в середніх значеннях ширини річного кільця, що властива для мінімальних та максимальних значень. Середня ширина річного кільця у хвилясто-завилькуватій деревині ялиці білої становить 5,74 мм, а ширина річного кільця змінюється від 1,05 до 11,57 мм. Однофакторним дисперсійним аналізом ширини річного кільця деревини ялиці білої в чотирьох деревостанах встановлено статистично значущу різницю між показниками макроструктури у прямоволокнистій та хвилясто-завилькуватій деревині. Рівень значущості між досліджуваними деревами з прямоволокнистою та хвилясто-завилькуватою деревиною становив р<0,05. &nbsp