Poznańskie Towarzystwo Przyjaciół Nauk Wydział Nauk rolniczych i leśnych Forestry Letters dawniej Prace komisji nauk rolniczych i komisji nauk leśnych Tom 106 2013 Ma r c i n Ja k u b o w s k i, Wi t o l d Pa z d r o w s k i, Aleksandra Gonet, Damian Kałuziński Gęstość umowna drewna świerka pospolitego (Picea abies L. Karst) pozyskanego z plantacji nasiennej Relative density of Norway spruce (Picea abies L. Karst) wood obtained from a seed orchard Abstract. The aim of the survey was to examine the relative density of Norway spruce (Picea abies L. Karst) wood obtained from a seed orchard. The survey relied on material from planned felling on plantation no. 52 in the Susz Forest Division (the Olsztyn Regional Directorate of State-Owned Forests) established in 1988. Under scrutiny were samples collected from 10 maple trees at breast height diameter. The survey results indicate a significant variation in density among maple trees and non-standard distribution of density in a radial arrangement. Wood tended to be less dense around the perimeter.. Key words: basic density, seed orchard, wood structure, radial variability Wstęp Drewno świerka pospolitego należy do najbardziej poznanych rodzajów drewna, obszerny przegląd literatury przygotował w tym zakresie Lindström [1996a, b, c]. Autor opisał badania na temat wpływu różnych czynników na gęstość drewna, biorąc pod uwagę między innymi: zbieżystość pnia, szerokość przyrostów rocznych, elementy biometryczne korony i inne czynniki środowiska, w tym także rożne warianty nawożenia siedlisk. Związek szerokości przyrostów rocznych z gęstością drewna dla gatunków iglastych jest dobrze znany i opisuje go wielu badaczy [Kollman i Côté 1968, Ping i in. 2004, Kärenlampi i Riekkinen 2004, Fabisiak 2005]. Powszechnie uważa się, że im szerszy słój roczny tym gęstość drewna mniejsza, i odwrotnie. Jednak nie zawsze znajduje to potwierdzenie w badaniach. Krytycznej oceny zależności gęstości drewna od szerokości słoja dla świerka pospolitego dokonali Wimmer i Downes [2003]. Autorzy badając młode drzewostany świerkowe stwierdzili, że cechy te zależą od długości i jakości sezonu wegetacyjnego. W czasie wiosennej suszy, przy sprzyjających warunkach w porze letniej i jesiennej gęstość drewna wzrasta w miarę wzrastania szerokości słoja
8 Marcin Jakubowski, Witold Pazdrowski, Aleksandra Gonet, Damian Kałuziński rocznego. Jest to podyktowane znaczną różnicą w gęstości drewna wczesnego i późnego. Podobne badania dotyczące zmienności promieniowej przeprowadzono wcześniej na plantacjach europejskich pochodzeń świerka (Picea abies) introdukowanego w Qebec. Wyniki nie były jednoznaczne, ponieważ gęstość drewna, począwszy od rdzenia, najpierw malała, później stabilizowała się i wzrastała przy obwodzie [Blauin 1994]. W warunkach polskich nie przeprowadzono tak zaawansowanych badań, stwierdzono natomiast, że gęstość drewna świerka jest różna dla poszczególnych populacji [Barzdajn 1996]. Jakubowski [2010] stwierdził, badając wiatrołomy, że gęstość drewna lepiej koreluje z udziałem drewna wczesnego i późnego w świerku niż w sośnie pospolitej, która jest bardziej skłonna do zaburzeń. Giefing i in. [2005] w badaniach promieniowej niejednorodności cyklicznej drewna świerka w warunkach górskich stwierdzili wpływ lokalizacji drzewostanów i wieku drzew na udział drewna młodocianego i dojrzałego. Prowadzone badania drewna skupiają się na drzewach rosnących w drzewostanach lub na plantacjach o przeznaczeniu surowcowym, niniejsza praca dotyczy drewna pochodzącego z plantacji nasiennych, które były zakładane poprzez szczepienia na podkładkach specjalnie wyselekcjonowanych osobników w celu zachowania nasion. Metodyka Materiał do badań został pobrany ze ściętych drzew w styczniu 2007 r. Do badań przeznaczono 10 różnych klonów drzew pochodzących ze schematycznego cięcia na plantacji nr 52 zlokalizowanej w Nadleśnictwie Susz (RDLP Olsztyn) założonej w 1988 r. Próbki do badań gęstości drewna o rozmiarach 20 mm (styczny) 20 mm (promieniowy) 30 mm (podłużny) pochodziły z wysokości 1,3 m. Próbki pobierano od rdzenia ku obwodowi w czterech kierunkach świata, schemat pobierania próbek przedstawiono na ryc. 1. Gęstość umowną obliczono jako stosunek masy całkowicie suchej próbki do jej objętości przy wilgotności powyżej punktu nasycenia włókien. Różnice między średnimi wartościami gęstości badanych klonów zweryfikowano, stosując nieparametryczny test Kruskalla- -Wallisa. Ryc. 1. Lokalizacja próbek na przekroju poprzecznym pnia Fig. 1. Location of samples in trunk cross-section
Gęstość umowna drewna świerka pospolitego (Picea abies L. Karst) 9 Wyniki Do badań przeznaczono łącznie 239 próbek drewna. Na pojedyncze klony przypadało od 15 do 30 próbek. Liczba próbek dla poszczególnych drzew różniła się ze względu na średnice drzew. Pomimo iż drzewa były posadzone w tym samym roku i w takich samych warunkach, w momencie ścinki różniły się między sobą wieloma cechami biometrycznymi, w tym pierśnicą. Przeciętna gęstość dla wszystkich klonów wyniosła 300,6 kg/m 3, co jest wartością niską. Jest to jednak normalna sytuacja w warunkach plantacji. Średnia i mediana są bardzo zbliżone pod względem wartości do siebie, co świadczy o symetrycznym układzie wartości. Inna sytuacja występuje jedynie w przypadku klonu o nr 3304, gdzie stwierdzono największą różnicę między medianą i średnią. Klon ten jest wyjątkowy również pod względem wartości skrajnych, gdyż jego minimum (206,6 kg/m 3 ) i maksimum (534,7 kg/m 3 ) są wartościami skrajnymi nie tylko dla tego klonu, ale również dla całej populacji. Zmienność gęstości drewna w drzewie nr 3304 jest zdecydowanie największa pośród badanych drzew, potwierdza to również wysoka wartość odchylenia standardowego (tab. 1). Różnice między gęstością badanych klonów w większości są istotne statystycznie (tab. 2), chociaż badane były słabym testem nieparametrycznym Kruskala-Wallisa. Dodatkowe utrudnienie sprawia zmienność promieniowa, która jednak jest trudna do wyeliminowania z uwagi na niewielką liczbę próbek. Jednocześnie zmienność ma dość nietypowy obraz. W normalnie ukształtowanej strukturze drewna gęstość wzrasta na w kierunku od rdzenia do obwodu, w przypadku badanych drzew prawidłowość ta występuje tylko w 2 klonach: 3434 i 3308 (ryc. 2). W 4 innych drzewach widać wyraźne zaburzenia w promieniowym przebiegu gęstości. Zwłaszcza ostatnia strefa (przyobwodowa) posiada wyraźnie niższą gęstość (ryc. 3). W kolejnych 4 drzewach obraz przedstawia się odwrotnie do prawidłowości obserwowanej w przypadku 1 i 2. Gęstość drewna zamiast wzrastać, wyraźnie maleje w kierunku obwodu (ryc. 4). Wartości bezwzględne otrzymanych wyników są praktycznie Nr klonu Tab. 1. Gęstość umowna drewna świerka pospolitego. Statystyka opisowa Tab. 1. Conventional density of Norway spruce wood Średnia [kg*m -3 ] N Odch std Min. Max Q25 Mediana Q75 3304 300,3 26 71,0 206,6 534,7 262,0 275,2 321,3 3308 256,8 25 18,5 219,3 303,8 243,4 257,0 265,4 3314 295,8 25 36,9 237,6 389,0 273,1 287,6 316,3 3419 330,4 27 28,2 273,3 390,4 317,7 332,1 339,0 3422 266,2 15 28,0 234,7 326,1 240,8 263,6 288,1 3430 308,3 27 16,6 281,7 349,8 295,4 305,5 320,1 3431 286,3 19 23,0 234,3 322,4 270,2 277,3 307,2 3434 308,1 20 18,4 254,6 329,9 299,2 309,5 323,4 3448 302,6 25 49,6 233,2 476,3 275,5 285,7 314,3 3450 327,0 30 38,6 225,2 394,6 307,0 330,7 352,8 Ogół grup 300,6 239 43,1 206,6 534,7 271,5 298,0 323,5
10 Marcin Jakubowski, Witold Pazdrowski, Aleksandra Gonet, Damian Kałuziński Tab. 2. Istotność różnic między średnią gęstością drewna poszczególnych klonów, zaznaczone różnice są istotne statystycznie na poziomie istotności = 0,05 Tab. 2. Significance of differences between average wood density in specific maple trees; statistical significance of indicated differences amounts to 0.05 Test Kruskala-Wallisa: H (9, N = 239) = 92,03414 wartości p dla porównań wielokrotnych Nr klonu 3304 3308 3314 3419 3422 3430 3431 3434 3448 3450 3304 3308 0,041732 3314 1,000000 0,010169 3419 0,000379 0,000000 0,001924 3422 0,000310 1,000000 0,000028 0,000000 3430 0,659684 0,000001 1,000000 1,000000 0,000000 3431 1,000000 1,000000 1,000000 0,000000 1,000000 0,000100 3434 1,000000 0,000594 1,000000 0,000277 0,000243 1,000000 0,677529 3448 1,000000 0,003735 1,000000 0,002790 0,001801 1,000000 1,000000 1,000000 3450 0,000124 0,000000 0,000626 1,000000 0,000000 0,793308 0,000000 0,001466 0,001711
Gęstość umowna drewna świerka pospolitego (Picea abies L. Karst) 11 Ryc. 2. Promieniowy przebieg średniej gęstości w drzewach reprezentujących typowy układ (gęstość wzrasta od rdzenia w kierunku obwodu), klon nr 3434 (a) i klon nr 3308 (b) Fig. 2. The radial arrangement of average wood density in trees representing a typical arrangement (density increases from the core towards the perimeter), maple tree no. 3434 (a) and maple tree no. 3308 (b) Ryc. 3. Promieniowy przebieg średniej gęstości w drzewach reprezentujących zaburzony układ (gęstość mniejsza w strefie przyobwodowej pnia); osie Y na rycinach a,b,c,d wyskalowane odrębnie z uwagi na wyraźniejsze zaznaczenie różnic między próbkami 1, 2, 3 i 4 w każdym z drzew Fig. 3. The radial arrangement of average wood density in trees representing a disrupted arrangement (density smaller at trunk perimeter). The Y axes on figures a, b, c, d are scaled separately due to the more distinct difference between samples 1, 2, 3 and 4 in each tree
12 Marcin Jakubowski, Witold Pazdrowski, Aleksandra Gonet, Damian Kałuziński Ryc. 4. Promieniowy przebieg średniej gęstości w drzewach reprezentujących odwrotny układ (gęstość maleje wraz z odległością od rdzenia); osie Y na rycinach a,b,c,d wyskalowane odrębnie z uwagi na wyraźniejsze zaznaczenie różnic między próbkami 1, 2, 3 i 4 w każdym z drzew Fig. 4. The radial arrangement of average wood density in trees representing a reversed arrangement (density decreases as the distance from the core increases). The Y axes on figures a, b, c, d are scaled separately due to more distinct differences between samples 1, 2, 3 and 4 in each tree nieporównywalne, gdyż każdy z klonów reprezentuje odmienny genotyp i ma inne właściwości. Na przykład w drzewie nr 3308 średnia dla najcięższych próbek (próbki nr 4) wynosi około 270 kg/m 3 i są one lżejsze od najlżejszych próbek drzewa nr 3434 (próbki nr 1 o gęstości ponad 300 kg/m 3, ryc. 2). Na obecnym etapie badań trudno jednoznacznie stwierdzić co może być przyczyną takiej zmienności promieniowej. Wątpliwe wydaje się, że jest to genotyp, ponieważ z fizjologicznego punktu widzenia w każdym drzewie obraz zmienności promieniowej powinien być podobny. Należy wziąć pod uwagę, że są to drzewa z plantacji nasiennej, szczepione i wyrosłe na podkładkach. Szczepy pochodziły z drzew bardzo starych, możliwe więc, że tkanka drzewna wykazuje cechy tkanki starczej, bardziej kruchej i o mniejszej gęstości. Rodzi się również pytanie, czy w takim razie nasiona pochodzące z tych drzew nie przekażą tych cech potomstwu. Odpowiedź nie jest łatwa i wymaga jeszcze licznych obserwacji i badań uzupełniających, obecnie nie są prowadzone tego typu badania drewna pochodzącego z plantacji nasiennych.
Gęstość umowna drewna świerka pospolitego (Picea abies L. Karst) 13 Wnioski 1. W badaniach drewna świerka pochodzącego z plantacji nasiennej stwierdzono wyraźne różnice między gęstością badanych klonów; różnice te w większości przypadków są istotne statystycznie i obrazują wpływ genotypu na gęstość drewna drzew wyrosłych w praktycznie identycznych warunkach. 2. Obraz promieniowej zmienności gęstości jest nietypowy. Tylko w dwóch drzewach gęstość rośnie w kierunku obwodu, w pozostałych drzewach wykazuje średnie wartości gęstości najniższe właśnie przy obwodzie, a wysokie przy rdzeniu. 3. Drewno z plantacji nasiennej jest mało poznane pod względem właściwości; dokładniejsze badania mogą pomóc w wyjaśnieniu obserwowanych wahań gęstości drewna. Bibliografia Barzdajn W. (1996): Zmienność gęstości drewna świerka pospolitego (Picea abies L. Karsten) w Polsce. PTPN Wydz. Nauk Rol. Leśn., Pr. Kom. Nauk Rol. Kom. Nauk Leśn. 82:7-14. Blauin D. (1994): Wood quality of Norway spruce in plantations in Quebec. J. Wood Fib. Sci. 26:342-353. Fabisiak E. (2005): Zmienność podstawowych elementów anatomicznych i gęstości drewna wybranych gatunków drzew. Roczniki AR Poznań. Rozpr. Nauk. 369. Giefing D.F, Pazdrowski W., Spława-Neyman S., Jelonek T., Tomczak A. (2005): Wood radial cyclic heterogenity of Norway spruce (Picea abies L. Karst.) derived from ripening stands. EJPAU, Vol. 8(4), Ser. Forestry. Jakubowski M. (2010): Promieniowa zmienność makrostruktury drewna wiatrołomów sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.) i świerka pospolitego (Picea abies Karst.) w relacji do niektórych właściwości drewna. Wyd. Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, Rozpr. Nauk. 407. Kärenlampi P.P., Riekkinen M. (2004): Maturity and growth rate effects on Scots pine basic density. Wood Sci. Technol. 38:465-473. Kollmann F.F.P., Côté W.A. (1968): Principles of Wood Science and Technology I Solid Wood. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York. Lindström H. (1996a): Basic density in Norway spruce. Part I. A literature review. Wood Fib. Sci. 28(1):15-27. Lindström H. (1996b): Basic density in Norway spruce. Part II. Predicted by stem taper, mean growth ring width, and factors related to crown development. Wood Fib. Sci. 28(2):240-251. Lindström H. (1996c): Basic density in Norway spruce. Part III. Development from pith outwards. Wood Fib. Sci. 28(4):391-405. Ping Xu1, Donaldson L., Walker J., Evans R., Downes G. (2004): Effects of density and microfibril orientation on the vertical variation of low-stiffness wood in radiata pine butt logs. Holzforschung 58:673-677. Wimmer R., Downes G.M. (2003):Temporal variation of the ring width-wood relationships in Norway spruce growth under two level of anthropogenic disturbance. IAWA Journal Vol. 24(1):53-61. Adres do korespondencji Corresponding address Marcin Jakubowski e-mail: marcin.jakubowski@up.poznan.pl Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Katedra Użytkowania Lasu ul. Wojska Polskiego 71A 60-625 Poznań