Самым важным из физических свойств древесины можно считать плотность, которая влияет на многие другие физические свойства древесины и дает представление даже о ее механических свойствах.
Плотность определяется отношением массы древесины к единице объема и выражается в кг/м3. По данным лесохозяйственной литературы, плотность древесины осины в абсолютно сухом состоянии в разных районах произрастания варьирует от 392 кг/м3 (Приморский и Хабаровский края) до 500 кг/м3 (Украинская ССР), соответственно стандартная плотность — 416—524, а условная — 334—420 кг/м3.
Плотность древесины изменяется как внутри отдельного ствола и насаждений, так и в зависимости от возраста, экологических и наследственных факторов. В СССР наиболее детально исследовал это свойство древесины разных пород О. И. Полубояринов. По его данным, плотность возрастает от крупных деревьев к более мелким, но у разных пород неодинакова (например, уровень различий плотности крупных и мелких деревьев у осины составляет 5,3%, у ели — 11,2, сосны — 8,0, березы — 6,1%). У осины к 20—25 годам формируется относительно плотная древесина, затем до 35—40 лет отмечается ее уменьшение. Максимальная плотность у осины — в 60—70-летнем возрасте, затем снова следует некоторое снижение.
В опытах с 39 модельными деревьями осины в Воронежской области плотность древесины возрастала до V класса возраста (до 510 кг/м3), после чего снижалась (до 470 кг/м3 в VI классе возраста).
Изменение плотности происходит также и по классам роста: пониженная плотность соответствует IV классу роста, повышенная — I классу.
Пол деревьев, по-видимому, не оказывает существенного влияния на плотность древесины осины, так как, по одним данным, разница составляет только 5% в пользу мужских особей (и притом только летом, а поздней осенью она практически исчезает), а по другим — в пользу женских особей. В результате анализа плотности древесины 2000 образцов с 850 модельными деревьями, произрастающими в Латвии, получены средние данные изменений этого показателя в зависимости от возраста, радиуса и высоты ствола, а также типа леса.
С возрастом плотность увеличивается, но начиная с 46 лет стабилизируется. Интересно отметить, что почти одинаковы средняя плотность осиновой древесины в Латвии и плотность древесины швейцарских осин — 470 кг/м3.
Плотность древесины в продольном направлении ствола снижается примерно до его середины, дальше увеличивается, а в направлении к вершине снова уменьшается.
Плотность осины по радиусу ствола на высоте груди возрастает от коры к сердцевине, по вблизи сердцевины резко уменьшается.
Более подробные исследования радиуса ствола в различных era частях провел О. И. Полубояринов. По его данным, в комлевой части наблюдается некоторое увеличение плотности от сердцевины к коре. Средняя (по длине) часть ствола отличается выровненпостью плотности в поперечном направлении, а в зоне кроны имеется тенденция к ее увеличению в направлении от коры к сердцевине.
В литературе указывается, что в близких типах леса плотность древесины различается незначительно. Однако, по результатам наших исследований в двух типах леса, этот показатель осины в кисличном лесу значительно выше, чем в снытевом. Это свидетельствует о том, что в худших условиях роста образуется более плотная древесина. Например, в Воронежской области осины, растущие в худших условиях, обладают более высокими показателями физико-механических свойств. В Канаде также ухудшение условий роста способствует увеличению плотности древесины. В Воронежском госзаповеднике, наоборот, у осин, растущих на плодородных почвах, древесина более плотная, чем у растущих на песчаных почвах. Под действием минеральных удобрений плотность уменьшается на 1,5— 4,5%.
Изменение плотности древесины в зависимости от сторон света незначительно и несущественно.
Плотность древесины дает хорошее представление о механических свойствах последней. Например, А. Д. Юкна и К. К. Тилтиный в условиях Латвии установили тесную корреляцию между плотностью древесины осины и сжатием, растяжением, скалыванием вдоль волокон и статическим изгибом.
Для определения плотности древесины в СССР служит стандартный стереометрический способ (ГОСТ 16483.1—73): образцы имеют форму прямоугольной призмы размером 20x20x30 мм. Этот способ очень трудоемок, и потому нами создай ртутный волюминометр, с помощью которого можно определить плотность образцов нерегулярной формы; для определения одного образца требуется в среднем 1 мин.
Очень удобно также определение плотности по цилиндрикам древесины, полученным приростным буравом; объем этих образцов можно определить как вышеупомянутым волюминометром, так и стереометрически (объем цилиндра).
Для сравнения некоторых способов определения плотности древесины и возможного отличия их от стандартного нами проведены соответствующие исследования.
Плотность осиновой древесины одних и тех же модельных деревьев выявляли четырьмя способами:
1) стандартным;
2) определением объема небольших (2—5 см3) образцов нерегулярной формы ртутным волюминометром;
3) определением тем же прибором объема цилиндриков древесины (от коры до сердцевины, диаметром примерно 4 мм), полученных обычным приростным буравом;
4) вычислением объема цилиндриков древесины по диаметру и длине.
Плотность древесины при определении вторым способом оказалась в среднем на 9%, а третьим — на 2% больше, чем при стандартном способе. Плотность, найденная по четвертому способу, полностью совпала с данными, полученными стандартным способом. Все показатели соответствовали абсолютно сухой древесине.
Плотность образцов, взятых только на высоте груди, при любом способе определения в среднем на 4% выше плотности, установленной по стандартному способу.
По сравнению со стандартным более производителен второй способ, не требующий изготовления образцов строго регулярной формы. Только при этом способе, как и при стандартном, для получения образцов подопытные деревья срубают или существенно повреждают, что недопустимо при изучении деревьев, особенно ценных в селекционной работе.
У третьего и особенно четвертого способов по сравнению со стандартным следующие преимущества: 1) быстрота проведения работы; 2) возможность обследования большого числа деревьев без серьезного их повреждения.
Диаметр цилиндриков древесины нужно (по четвертому способу) измерять в их середине по двум перпендикулярным направлениям (в вертикальном и горизонтальном относительно дерева), так как в вертикальном направлении он всегда больше, чем в горизонтальном (в абсолютно сухом состоянии — в среднем на 12%).
Коэффициент объемной усушки цилиндриков в среднем в 2,5 раза больше такового, полученного для образцов по стандартному способу. Поэтому плотность цилиндриков с понижением влажности с 15% до абсолютно сухого состояния, в отличие от плотности, определенной по стандартному способу, возрастает.
Благодаря разработанным математическим моделям для сомкнутых осиновых древостоев III класса бонитета достаточно определить возраст и диаметр ствола, чтобы узнать его среднюю плотность в целом.
Важным дополнительным источником сырья для лесоперерабатывающей промышленности является древесина ветвей и корней, доля которых в абсолютно сухой фитомассе древесины в таежных лесах Северо-Запада Европейской части СССР у осины составляет соответственно 7,3 и 18,0%. Условная плотность древесины ветвей в спелых и приспевающих насаждениях Ленинградской области в среднем равна 483 кг/м3, а корней — 378 кг/м3, причем средняя плотность древесины ветвей выше плотности стволовой древесины, а корней — как правило, ниже. Средняя плотность коры осины при влажности 8—13% 590 кг/м3.
Пористость. Различают объемную и поверхностную пористость. Под первой понимают объем пор в процентах от общего объема абсолютно сухой древесины. Поверхностная пористость характеризуется площадью пор на единице поперечного среза древесины в процентах от общей площади среза.
Нами определялась поверхностная пористость осины, сделаны следующие выводы. С возрастом данный показатель снижается с 57% в I возрастной группе (26—45 лет) до 52% — во II (46— 65 лет); в III группе (66—85 лет) составляет 53%. По направлению к вершине дерева пористость увеличивается. Например, на высоте 1 м она равна 53%, 6 м — 63, 11 м — 64, 14 м — 69, 17 м — 71%. По направлению от коры к сердцевине пористость также увеличивается, а вблизи сердцевины уменьшается, но разницы недостоверны. В зависимости от типа леса существенные различия пористости не обнаружены (в кисличном — в среднем 55%, в снытевом — 54%).
Средняя пористость осины в Латвии, вычисленная по удельному весу (у осины 1,56) и плотности древесины в абсолютно сухом состоянии (по формуле, предложенной С. И. Ваниным), составляет 70%.
Влажность. Наибольшее содержание воды в процентах к абсолютно сухой массе в древесине осины (в возрасте 40—60 лет) отмечено зимой (январь — 118%, февраль — 107, декабрь — 105), а наименьшее — летом и в начале осени (июль — 72%, август — 64, сентябрь — 73%). Разница между максимумом влажности, наблюдающаяся в течение года, достигает у осины 54% (у сосны — 17%, ели — 27, березы — 32%). Влажность осины увеличивается в направлении от основания ствола к вершине, причем у женских особей она меньше, чем у мужских.
Усушка. Для характеристики усушки древесины наиболее часто приводится коэффициент, представляющий собой среднюю усушку при изменении влажности на 1%.
В зависимости от величины коэффициента объемной усушки осина наряду с сосной, дубом, ясенем и кленом входит в группу умеренно усыхающих пород (0,46—0,55%). При определении объемной усушки древесины осины по цилиндрикам коэффициент упомянутой усушки в среднем в 2,5 раза больше, чем при определении стандартным способом.
Гигроскопичность. Древесину осины по сравнению с другими породами отличает высокий предел гигроскопичности (21,8—22,9%).
Скорость распространения звука в древесине осины 760 м/с (в воздухе — 330,7, железе — 5000).
Звукопроводность в древесине в разных направлениях различна. Если принять скорость звука в воздухе за единицу, то звукопроводность осины вдоль волокон составляет 16,7, в радиальном направлении — 5,3, а в тангенциальном — 3,0.