СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ РАСТУЩИХ ДЕРЕВЬЕВ Российский патент 2002 года по МПК A01G23/00 G01N33/46 

Изобретение относится к лесному хозяйству и может быть использовано при сертификации древесины на корню в ходе лесоустройства, например в молодняках естественного происхождения, а также при экологической оценке лесов и лесных территорий.

Известен способ испытания древесины растущих деревьев с использованием кернов (см. Столяров Д. П. и др. Использование кернов древесины в лесоводственных исследованиях. Методические рекомендации. - Л.: ЛенНИИЛХ, 1988. - 43 с.), включающий взятие кернов, изучение свойств древесины в камеральных условиях.

Недостатком известного способа является трудность изучения свойств древесины на отрезках керна из-за наклонов волокон к оси керна.

Известен также способ испытания древесины растущих деревьев с использованием кернов по патенту 2144185, МКИ G 01 N 33/46, А 01 G 23/00, включающий взятие керна кернов, измерение геометрических параметров каждого керна, определение поправок к значениям изучаемых свойств древесины по углам наклона керна к радиусу сечения дерева в продольно-радиальной и радиально-тангенциальной плоскостях анизотропии древесины, количественное измерение значений свойств древесины, пересчет их с учетом поправок.

Недостатком является то, что этот способ применим преимущественно для средневозрастных, спелых и перестойных деревьев, у которых сформировалась спелая древесина и она вдоль радиуса сечения ствола четко разделяется на заболонную, рабочую и присердцевинную зоны. Вместе с тем экологическая оценка территорий наиболее целесообразна на молодых деревьях, которые не имеют хозяйственной ценности, но всей своей стволовой древесиной отреагировали на экологические изменения. При этом следует учесть, что на многих территориях России активное загрязнение природы, как правило, началось только с начала XX века, а наиболее чувствительными различные виды загрязнения стали с 30-х годов этого века на территориях с индустриальным потенциалом. Особый интерес представляют молодняки деревьев 20-30-летнего возраста, когда из-за экономического кризиса, за последние 20-30 лет произошли динамичные изменения качества окружающей среды. Таким образом, главным недостатком прототипа является то, что способ не дает комплексной экологической и технической оценки древесины растущих молодых деревьев.

Технический результат - повышение комплексности экологического и экономического (технического) испытания древесины растущих деревьев, преимущественно молодых деревьев (до 30-50 лет).

Этот технический результат достигается тем, что взятие керна выполняется вдоль геодезической оси север - юг. По пересчитанным, с учетом поправок на углы наклона керна к диаметру сечения дерева, значениям свойств древесины с северной стороны отрезков керна выполняют экономическую оценку технического применения древесины, с южной стороны отрезков керна выполняют экологическую оценку места произрастания изучаемого дерева, по всему керну проводят эколого-экономическую оценку дерева и его территории места произрастания, причем для испытаний древесины принимают низкокачественные и высококачественные по визуальному осмотру деревья.

В стволе дерева при взятии керна буравом высверливают в направлении от северной к южной стороне дерева, а места на учетном дереве для извлечения кернов выбирают около корневой шейки и на высоте 1,3 м.

При полном анализе ствола модельное дерево срубают ниже корневой шейки ствола и керны древесины извлекают, начиная с корневой шейки через каждые один метр вдоль ствола до его вершинки. Для исключения влияния сучьев керны извлекают между сучьями на ровном участке ствола модельного дерева с замером расстояний от корневой шейки до оси отверстий, оставшихся после извлечения кернов.

Сущность изобретения заключается в том, что используется свойство растущих деревьев формировать клеточную структуру ровнее на северной стороне и изменчивее на южной стороне. Поэтому, как правило, для технических целей, когда сертифицируются деревья на будущие сортименты, керны извлекаются с северной стороны. А с южной стороны, как правило из-за высокого разброса значений показателей макростроения, керны практически для технической сертификации не извлекаются. Однако высокая изменчивость показателей с южной стороны растущего дерева весьма эффективна при сопоставлении с экологическими параметрами, прежде всего окружающей среды (почвы, воздуха, освещенности солнцем и др.). Поэтому керн с южной стороны эффективен для экологической оценки уже не самого дерева, а места (то есть окружающего пространства) его произрастания.

Таким образом, сквозной керн по всему диаметру ствола дает возможность эколого-экономической оценки территории и древесины для промышленных нужд. Поэтому северная сторона керна по своим свойствам будет полезна для технического древесиноведения, а южная сторона - для экологического древесиноведения. Вместе весь керн позволяет получить усредненную эколого-экономическую оценку как древесного ресурса, так и ресурса экологических условий произрастания дерева и леса в целом.

Сущность заключается также в том, что эколого-экономическая оценка охватывается на кернах, взятых с самих худших и самых лучших (на данном участке) деревьев. Это позволяет учесть весь интервал разброса свойств древесины на кернах, разделяя их на северные и южные части.

Сущность заключается также в том, что для повышения информационной надежности на учетных деревьях берутся по два керна - около корневой шейки (наиболее важная точка для всего растущего молодого дерева) и на высоте 1,3 м (как это и принято в лесной таксации, чтобы была сопоставимость с известными методами учета и экономико-технической оценки деревьев). В лесоустройстве, где принято работать с модельными деревьями после их валки и разделки на отрезки длиной 1 м (молодые деревья) необходимо взять керны, начиная от корневой шейки. Обычно таксаторы данными о корневой шейке пренебрегают, что не позволяет комплексно рассматривать экологолесоводственный и экономико-технический подходы. При этом возможны два варианта процесса: 1) керны по предлагаемому способу извлекать с учетом расположения сучьев и других аномалий ствола (капы и др.), начиная от корневой шейки, без разделки ствола на отрезки 1 м; 2) вначале извлечь керны, а затем разделить ствол модельного дерева на куски для проведения полного анализа ствола по сечениям.

Положительный эффект заключается в том, что техническая оценка древесины по прототипу дополняется экологической оценкой с южной стороны. При этом насквозь просверливать, а затем извлечь керн из отверстия намного легче и проще, чем это сделать при сверлении до сердцевины. Проще учесть и поправки на углы наклона. Этот способ возможно применять и на крупных деревьях со спелой древесиной, но уже с использованием длинных буравов (до 1 м длиной и более), например изготовляемых за рубежом.

Положительный эколого-экономический эффект заключается в том, что сертификации подвергаются не только лучшие (с позиций технических целей, которые обычно и экологически лучше), но и худшие (которые технически и экологически худшие) низкокачественные деревья. Поэтому лесная территория получает комплексную оценку, а не только однобоко с позиций промышленника. При этом учитываются свойства не только стволов деревьев, но и условий их роста и развития. Таким образом, предлагаемый способ действительно реализует эколого-экономический подход, а не только утилитарно-потребительский для изделий из древесины.

В связи с этим техническое решение обладает существенными признаками новизны, положительным эффектом и перспективой расширения практического применения в инженерной экологии, то есть в экологической оценке лесных территорий, а также территорий с произрастающими древесными растениями. Предлагаемый способ позволяет расширить исследования в направлении общего древесиноведения.

Из анализа научно-технической и обзора патентной литературы материалов, порочащих новизну предлагаемого способа, не обнаружено.

Способ испытания древесины растущих деревьев включает в себя следующие действия.

В большинстве практических случаях экологическая оценка территории выполняется на худших деревьях различного возраста, а экономическая оценка древесного ресурса проводится на лучших деревьях средневозрастных, спелых и переспелых древостоев. Чтобы совместить оба подхода и выполнить комплексное испытание следует принять молодые деревья в возрасте до 30-50 лет (в зависимости от породы).

Вначале отбирают на участке худшие и лучшие по внешним признакам деревья (учетные или модельные).

Взятие керна осуществляют вдоль геодезической оси север - юг в направлении просверливания диаметра дерева от северной стороны к южной, поэтому это действие недостаточно применимо для деревьев, находящихся в плантациях и искусственных культурах. В связи с этим такое ориентированное взятие керна выполнимо в хвойно-лиственных естественных молодняках, которых в России преобладающее большинство.

Последующие действия выполняются по прототипу: измерение геометрических параметров каждого керна, определение поправок к значениям изучаемых свойств древесины по углам наклона керна, количественное измерение свойств древесины, пересчет их с учетом поправок.

Пересчитанные значения свойств древесины керна (керна и его отрезков) разделяют на три части: северная сторона, центральная часть, южная сторона керна. Каждая из этих частей анализируется отдельно. А также выполняется средняя оценка свойств по всему диаметру сечения ствола, то есть всей общей длины керна (без учета коры). Таким образом, образуются четыре группы экспериментальных данных.

По древесине с северной стороны дерева выполняют экономическую (вначале техническую, а затем с учетом цен и стоимостную) оценку применения древесины как сырья для последующей деревообработки.

По древесине с южной стороны дерева выполняют экологическую оценку путем сопоставления свойств древесины со свойствами окружающей среды.

По древесине сердцевины характеризуют условия роста дерева в зависимости от густоты и угнетенности со стороны соседних деревьев. При этом результатов исследований еще недостаточно, чтобы сделать четкие отличительные признаки. Например, сердцевина характеризует еще и процесс загнивания древесины, а также влияние вредителей и пр. Поэтому этот ноу-хау в формулу изобретения пока нами не выносится.

По древесине всего керна выполняется комплексная эколого-экономическая оценка древесного запаса и лесорастительных условий. Это оценка средняя по всем отрезкам и частям керна.

Для экологической оценки принимают множество низкокачественных худших деревьев, а для экономической оценки - множество лучших деревьев, исходя из того, что эти лучшие после рубок ухода за лесом будут оставлены на дальнейшее доращивание.

Высверливание керна выполняется от севера к югу, потому что вначале бурав сминает первые годичные слои. Они для оценки технической древесины исключаются, так как для хозяйственных целей заболонная прикоровая древесина не рекомендуется. При выходе бурава из ствола дерева разрушений почти нет, если при этом подпирать волокна корпусом бурава с противоположной стороны. А для экологической оценки более подходит заболонная древесина (около коры характеризует экологическое состояние не момент испытаний).

На двух кернах, взятых около корневой шейки и на высоте 1,3 м, по разнице свойств определяют динамичность свойств за период роста и развития дерева, то есть в течение его возраста.

Предлагаемый способ рекомендуется применять на учетных деревьях, которые после взятия деревьев могут быть оставлены для экологического мониторинга. Однако он может быть использован применительно к модельным деревьям, то есть в ходе лесоустроительных работ, когда модельные деревья валятся и разделываются на отрезки длиной 1 м (молодняк) и 2 м (взрослый лес).

Способ испытания древесины растущих деревьев реализуется, например, следующим образом.

Вначале в лесу выбирают учетное дерево. То есть такое дерево, которое позволяет многократно проводить экологические обследования и эксперименты с кернами древесины. Затем осматривают кору и поверхность для возможного взятия керна буравом насквозь ствола по его диаметру.

Затем измеряют геометрические и размерные параметры керна, его частей и отрезков, определяют поправки к значениям изучаемых свойств по углам наклона керна, его частей и отрезков к диаметру сечения дерева, а после количественного измерения значения свойств их пересчитывают с учетом поправок.

В дальнейшем по пересчитанным значениям свойств древесины с северной стороны отрезков керна выполняют экономическую оценку технического применения древесины, с южной стороны отрезков керна выполняют экологическую оценку места произрастания изучаемого дерева, по всему керну проводят эколого-экономическую оценку дерева и его территории места произрастания.

Для испытаний с целью экономико-технической оценки принимают высококачественные деревья, то есть лучшие и оставляемые на дальнейшее доращивание после рубок ухода, а для испытаний древесины с целью эколого-лесоводственной оценки принимают низкокачественные деревья, то есть худшие и удаляемые в ходе проведения рубок ухода за лесом. Разделение деревьев на лучшие и худшие выполняют по результатам визуального осмотра, в соответствии с известными методиками.

Отверстия в дереве замазывают садовым варом или почвой, чтобы устранить заселение вредителей.

Применительно к модельным деревьям способ дополняется следующим образом.

На поваленном дереве после обрубки сучьев берут керны, начиная от комля ствола и отмеривая отрезки длиной 1 м (молодые деревья) или 2 м (взрослые деревья). При этом стволы поворачивают вверх северной стороной и керны высверливают сверху вниз. Вначале по всей длине хлыста извлекают керны так, чтобы в сучковой зоне они брались между сучьями. Мерной стальной лентой отмеривают расстояния от комля. С учетом высоты пня рассчитывают высоты до каждого керна. После взятия всех кернов ствол кряжуют на мерные отрезки и выполняют измерения по торцевым сечениям, а упакованные керны отправляют на камеральные обследования.

Предлагаемый способ является универсальным и позволяет реализовать физико-технологический подход к экологической, экономической и комплексной эколого-экономической оценке растущих деревьев.

Изобретение относится к лесному хозяйству и может быть использовано при сертификации древесины на корню в ходе лесоустройства, например в молодняках естественного происхождения, а также при экологической оценке лесов и лесных территорий. Технический результат - повышение комплексности экологического и экономического (технического) испытания древесины растущих деревьев, преимущественно молодых деревьев (до 30-50 лет). Взятие керна выполняется по всему диаметру сечения ствола вдоль геодезической оси север - юг, по пересчитанным с учетом поправок на углы наклона керна к диаметру сечения дерева значениям свойств древесины с северной стороны отрезков керна выполняют экономическую оценку технического применения древесины, с южной стороны отрезков керна выполняют экологическую оценку места произрастания изучаемого дерева, по всему керну проводят эколого-экономическую оценку дерева и его места произрастания, причем для испытаний принимают низкокачественные и высококачественные по визуальному осмотру деревья. 3 з.п.ф-лы.

1. Способ испытания древесины растущих деревьев, включающий взятие кернов, измерение геометрических и размерных параметров каждого керна, определение поправок по углам наклона керна, изучение строения свойств древесины, пересчет значений этих свойств с учетом поправок, отличающийся тем, что взятие керна выполняется по всему диаметру сечения ствола вдоль геодезической оси север-юг, по пересчитанным с учетом поправок на углы наклона керна к диаметру сечения дерева значениям свойств древесины с северной стороны отрезков керна выполняют экономическую оценку технического применения древесины, с южной стороны отрезков керна выполняют экологическую оценку места произрастания изучаемого дерева, по всему керну проводят эколого-экономическую оценку дерева и его места произрастания, причем для испытаний принимают низкокачественные и высококачественные по визуальному осмотру деревья. 2. Способ испытания древесины растущих деревьев по п. 1, отличающийся тем, что взятие керна в стволе дерева осуществляют его высверливанием буравом в направлении от северной к южной стороне дерева, а места на учетном дереве для извлечения кернов выбирают около корневой шейки и на высоте 1,3 м. 3. Способ испытания древесины растущих деревьев по п. 1, отличающийся тем, что при полном анализе ствола модельное дерево срубают ниже корневой шейки ствола и керны древесины извлекают, начиная с корневой шейки, через каждые 1 м (для молодых деревьев) или 2 м (для взрослых деревьев) вдоль ствола до его вершинки, причем в сучковой зоне керны извлекают между сучьями на ровном участке ствола модельного дерева с замером расстояний от корневой шейки до оси отверстий, оставшихся после извлечения кернов. 4. Способ испытания древесины растущих деревьев по п. 1, отличающийся тем, что взятие керна выполняется с низкокачественных и высококачественных деревьев, находящихся на данной территории.