MOLIDUL DE LIMITA

Cuvânt înainte Aspectele ştiinţifice abordate în cadrul tezei de doctorat „Contribuţii

dendrometrice, auxologice şi la studiul lemnului în arborete de molid de la limita superioară a pădurii din nordul Carpaţilor Orientali” se înscriu în tendinţa actuală a cercetării legăturilor dintre cultura silvică şi industrie prin intermediul calităţii lemnului.

Studiul de faţă, prin aspectele de cercetare fundamentală abordate, completează cunoştinţele asupra variabilităţii calităţii lemnului de molid în cadrul arealului de vegetaţie, cât şi asupra formei arborilor şi structurii arboretelor situate la limita altitudinală a pădurii.

Desfăşurarea cercetărilor şi elaborarea lucrărilor s-a făcut sub îndrumarea de înalt nivel ştiinţific a domnului prof. dr. doc. Victor Giurgiu membru corespondent al Academiei Române. Pentru acceptarea ca doctorand, pentru sugestiile şi indicaţiile metodologice date, îmi exprim, pe această cale, cele mai sincere mulţumiri alături de întreaga mea recunoştinţă.

Datorită contextului profesional, tratarea aspectelor de calitate a lemnului a fost făcută cu ajutorul direct al doamnei dr. ing. Voichiţa Bucur. Ţin să-i mulţumesc în mod special pentru sprijinul acordat şi pentru spiritul optimist în care a fost abordată fiecare etapă a acestui studiu, precum şi pentru generozitatea cu care m-a iniţiat în munca de cercetare.

Ţin să mulţumesc Institutului de Cercetări şi Amenajări Silvice pentru facilitarea efectuării de studii în străinătate şi în special domnului director ştiinţific dr. ing. Ovidiu Badea. Mulţumesc de asemenea şi colegilor din cadrul acestei instituţii: domnului dr. ing. Nicolae Olinici pentru discuţiile de ordin teoretic şi practic care m-au ajutat să depăşesc momentele dificile de debut ale tezei, domnului dr. ing. Popa Ionel pentru ajutorul prompt şi eficient în probleme de informatică şi dendrocronologie, domnilor ingineri Colesniac Mugurel, Colesniac Cornel, Teieru Cristian pentru sprijinul acordat la culegerea datelor de tren, doamnei ing. Georgeta Segedin şi domnului ing. Mihai Tănase.

Aduc mulţumiri doamnei Simone Garos, Echipa de calitate a lemnului QB – INRA Nancy, pentru formarea teoretică şi practică în vederea condiţionării, preparării şi analizei carotelor de sondaj prin metode cu raze X.

Aduc mulţumiri Facultăţii de Silvicultură din Suceava şi cadrelor didactice care au contribuit la formarea mea profesională.

Mulţumesc domnului rector al Universităţii "Ştefan cel Mare", prof. univ. dr. ing Emanuel Diaconescu, membru corespondent al Academiei Române, în calitate de preşedinte al comisiei de doctorat precum şi referenţilor: domnului prof. univ. dr. ing. Ioan Milescu şi domnului prof. univ. dr. ing. Eugen Beldeanu.

Nu în ultimul rând mulţumesc familiei, soţiei pentru răbdarea şi susţinerea morală în momentele dificile şi părinţilor mei cărora le dedic această lucrare.

Autorul

2

Cuprins 1 Introducere................................................................................................................... 4

1.1 Consideraţii generale............................................................................................ 4 1.2 Scopul cercetărilor ................................................................................................ 4

2 Tipuri de limită a pădurii............................................................................................... 5 2.1 Introducere ........................................................................................................... 5 2.2 Tipuri de limită ...................................................................................................... 5

2.2.1 Limita naturală ............................................................................................... 5 2.2.2 Limita antropică ............................................................................................. 6 2.2.3 Limita potenţială ............................................................................................ 6

2.3 Complexitatea limitei naturale............................................................................... 7 2.3.1 Speciile ce intră în alcătuirea limitei............................................................... 7 2.3.2 Structura limitei.............................................................................................. 7 2.3.3 Arborii cu port pitic (Krummholz) ................................................................... 8

2.4 Localizarea etajului alpin ...................................................................................... 8 2.5 Limita pădurii în munţii Călimani şi Rodnei ........................................................... 9

3 Locul, Materialul şi metodologia de cercetare.............................................................. 9 3.1 Metodologia de culegere a datelor experimentale .............................................. 10

3.1.1 Caracterizarea structurii arboretelor ............................................................ 10 3.1.2 Caracterizarea formei fusului....................................................................... 11 3.1.3 Analiza arborelui.......................................................................................... 11

3.2 Concluzii ............................................................................................................. 11 4 Structura arboretelor .................................................................................................. 13

4.1 Introducere ......................................................................................................... 13 4.2 Structura arboretelor în raport cu compoziţia...................................................... 14 4.3 Structura arboretelor în raport cu distribuţia în spaţiu a arborilor ........................ 14 4.4 Structura arboretelor în raport cu diametrul arborilor .......................................... 16 4.5 Structura arboretelor în raport cu înălţimea arborilor .......................................... 18 4.6 Structura arboretelor în raport cu volumul arborilor ............................................ 20 4.7 Corelaţii dintre diametre şi înălţimi...................................................................... 21 4.8 Creşterea în diametru a arborilor de molid ......................................................... 21 4.9 Regenerarea şi eliminarea naturală.................................................................... 22 4.10 Caracterizarea formei arborilor ........................................................................... 24 4.11 Tabelă de cubaj pentru arbori de molid din zona presubalpină a pădurii în Munţii Rodnei şi Călimani......................................................................................................... 26 4.12 Concluzii ............................................................................................................. 27

5 Indici de competiţie .................................................................................................... 29 5.1 Introducere ......................................................................................................... 29 5.2 Studiu bibliografic ............................................................................................... 29 5.3 Rezultate experimentale ..................................................................................... 31 5.4 Concluzii ............................................................................................................. 32

6 DENSITATEA LEMNULUI DE MOLID ÎN PĂDURILE NATURALE DE LIMITĂ ......... 33 6.1 Introducere ......................................................................................................... 33 6.2 Materialul şi metoda de cercetare....................................................................... 34

6.2.1 Materialul de cercetare ................................................................................ 34 6.2.2 Metodologie ................................................................................................. 35

6.3 Rezultate ............................................................................................................ 37 6.3.1 Studiul variabilităţii densităţii între arbori ..................................................... 37 6.3.2 Studiul variabilităţii densităţii în interiorul arborilor ....................................... 44

6.4 Concluzii ............................................................................................................. 45

3

7 PROPRIETĂŢI MECANICE ALE LEMNULUI DE MOLID ÎN PĂDURILE NATURALE DE LIMITĂ DETERMINATE CU ULTRASUNETE .............................................................46

7.1 Introducere ..........................................................................................................46 7.2 Materialul şi metoda de cercetare .......................................................................46

7.2.1 Materialul de cercetare.................................................................................46 7.2.2 Metoda de cercetare ....................................................................................47

7.3 Rezultate .............................................................................................................48 7.4 Concluzii..............................................................................................................50

8 Lemnul de compresiune .............................................................................................51 8.1 Introducere ..........................................................................................................51 8.2 Materialul şi metoda de cercetare .......................................................................52


8.3 Rezultatele cercetări............................................................................................54 8.4 Concluzii..............................................................................................................54

9 LEMNUL DE REZONANŢĂ ........................................................................................55 9.1 Introducere ..........................................................................................................55 9.2 Materialul şi metoda de cercetare .......................................................................55



10 Studiul corelaţiilor dintre structura arboretului şi caracteristicile arborilor................57 10.1 Introducere ..........................................................................................................57 10.2 Material şi metodă ...............................................................................................58

10.2.1 Material ........................................................................................................58 10.2.2 Metodologie..................................................................................................59


11 Concluzii .................................................................................................................63 11.1 Concluzii generale...............................................................................................63

11.1.1 Structura arboretelor ....................................................................................65 11.1.2 Indici de competiţie ......................................................................................66 11.1.3 Densitatea lemnului......................................................................................66 11.1.4 Proprietăţi mecanice ale lemnului ................................................................67 11.1.5 Lemnul de compresiune...............................................................................68 11.1.6 Lemnul de rezonanţă ...................................................................................68 11.1.7 Analiza corelaţiilor dintre structura arboretului la scară locală şi calitatea lemnului 68

11.2 Contribuţii personale ...........................................................................................68 11.3 Perspective .........................................................................................................69

Bibliografie selectivă ..........................................................................................................70

4

1 INTRODUCERE 1.1 CONSIDERAŢII GENERALE

Situată în vecinătatea zonei de tranziţie între vegetaţia forestieră şi cea de gol alpin, sub forma unei benzi de 200-400 m lăţime în proiecţie orizontală, pădurea de limită (numită şi pădure preecotoniană în terminologia ecologiei moderne) reprezintă un interes deosebit datorită rolului ei ecologic şi a diversităţii modelului structural.

Fiind încadrată în categorii funcţionale de protecţie şi nu în ultimul rând evitată pentru accesibilitatea dificilă, pădurea de limită a păstrat caracterul natural, aspect ce face ca valoarea ei să fie inestimabilă.

Datorită diversităţii la scară regională, acest studiu este localizat geografic în nordul Carpaţilor Orientali, în masivele muntoase Călimani şi Rodna. Specia forestieră cu ponderea cea mai mare în compoziţia pădurii de limită din această zonă este molidul. Zâmbrul, mesteacănul şi aninul verde se întâlnesc în marea majoritate a cazurilor diseminat şi numai uneori în biogrupe. Suprafaţa acestor păduri estimată de către Bândiu şi Doniţă (1988), este de 72.300 ha din care 11.400 ha situate în munţii Rodna şi Călimani.

Studiile în arboretele de limită sunt motivate pe de o parte de caracterul natural al arboretelor ce oferă posibilitatea elaborării de modelele structurale şi serii dendrocronologice, analiza ciclurilor de dezvoltare şi a proceselor naturale de regenerare, iar pe de altă parte de fenomenele de micşorare continuă a suprafeţei acestor ecosisteme şi de degradarea lor. Studiul calităţii lemnului corelat cu structura spaţială şi cu caracteristicile dendrometrice ale arboretelor poate aduce informaţia necesară pentru fundamentarea gestionării durabile a acestor păduri.

1.2 SCOPUL CERCETĂRILOR

Având ca punct de plecare studiul structurii arboretelor de limită, cercetările s-au extins în domeniul de contact între auxologie, dendrometrie şi studiul lemnului cu scopul de a scoate în evidenţă legătura între condiţiile structurale din interiorul arboretului şi calitatea lemnului la nivel de individ.

Obiectivul tezei este de a pune în evidenţă legăturile existente între calitatea lemnului de molid provenit din arboretele naturale de limită şi caracteristicile structurale şi dendrometrice ale arboretului la scară restrânsă (individ, grup de arbori). Datorită multitudinii de aspecte ştiinţifice abordate s-a impus necesitatea tratării subiectelor de cercetare în mod distinct, pe domenii, fiecare din acestea făcând obiectul unui capitol. Pentru întregirea acestei lucrări în prima parte este prezentată o sinteză bibliografică ce are ca subiect limita altitudinală a ecosistemelor forestiere iar în ultima parte a lucrării este prezentată analiza ansamblului de rezultate obţinute.

Pentru a răspunde obiectivului principal în cadrul tezei au fost tratate următoarele aspecte ştiinţifice:

structura spaţ ială a arboretelor de limită; structura arboretelor în raport cu compozi ţ ia; structura arboretelor în raport cu distribuţ ia în spaţ iu a arborilor;

5

structura arboretelor în raport cu diametrul arborilor; structura arboretelor în raport cu înă lţ imea arborilor; corelaţ i i între diametre ş i înă lţ imi; creşterea în diametru a arborilor de molid; regenerarea ş i eliminarea naturală; forma fusului la arborii de molid de limită; concurenţa între indivizi; creşterea în diametru la arborii de molid de limită; densitatea lemnului; proprietăţ i le mecanice ale lemnului studiate cu ultrasunete; lemnul de compresiune; lemnul de rezonanţă; legătura dintre caracteristicile arborilor ş i poziţ ia socială a

acestora.

2 TIPURI DE LIMITĂ A PĂDURII 2.1 INTRODUCERE

Problema limitei altitudinale a pădurii este un exemplu al dificultăţii ce o poate prezenta studiul unei mari tranziţii ecologice. Ea nu este determinată numai de către factorii climatici sau mai general geografici, ci depinde considerabil de natura şi diversitatea speciilor forestiere de limită, de fiziologia şi posibilităţile adaptative ale fiecărei dintre ele, de istoria vegetaţiei, de acţiunile umane trecute şi prezente. Semnificaţia ecologică a acestora poate diferi mult de la o regiune la alta, astfel încât nu există o singură limită ci mai multe (Ozenda, 2002).

2.2 TIPURI DE LIMITĂ

O limită sau mai multe? Această întrebare este perfect justificată atunci când în urma parcurgerii mai multor zone de tranziţie între ecosistemul forestier şi cel alpin situaţiile întâlnite nu permit o caracterizare pe ansamblu ci se impune o structurare a acestora. În literatura de specialitate sunt definite trei tipuri posibile de limită a vegetaţiei forestiere, şi anume: limita naturală, limita antropică, limita potenţială.

2.2.1 LIMITA NATURALĂ

Starea numită limită superioară naturală a pădurii sau „timberline” este reprezentată în Figura 2.1. Distribuţia vegetaţiei forestiere se prezintă sub formă unui gradient sau a unui mozaic. Subiectul fiind studiat îndeosebi în Alpii Orientali, mai exact în Austria, un anumit număr de termeni germani au devenit clasici şi sunt indicaţi în figurile de mai jos.

Figura 2.1 : Structura etajelor subalpin, alpin şi nival în Alpii Centrali. Detaliu al zonei notată cu T

(timberline) în figura din dreapta (Ozenda, 2002)

2.2.2 LIMITA ANTROPICĂ Adesea limita naturală a fost afectată de acţiunea omului prin păşunat, ceea

ce a avut ca efect eliminarea subalpinului superior de arbori şi arbuşti, în avantajul pajiştilor alpine; despădurirea afectând adesea chiar şi pădurea. Limita naturală progresivă este atunci înlocuită de o limită artificială ce separă brusc pădurea de golul alpin. În numeroase masive, ca de exemplu în Alpii Centrali elveţieni, (Burga, 2000); sau în masivul Tatra această coborâre a limitei de origine antropică este evaluată la o amplitudine verticală de la 200 la 300 de metri, şi ar fi avut loc în principal în cursul secolelor recente care au cunoscut o supraexploatare a pajiştilor alpine. Acest fenomen este bine cunoscut şi la noi fiind rezultatul distrugerii jnepenişurilor şi rariştilor de molid în cea de a doua parte a secolului al XX-lea în favoarea extinderii golului alpin.

6

2.2.3 LIMITA POTENŢIALĂ Dacă limita naturală şi limita antropică pot fi relativ uşor stabilite, limita

potenţială este mult mai greu percepută şi de aceea destul de des ignorată. Există multe situaţii şi câteodată masivi muntoşi întregi când limita naturală este situată mult sub altitudinea la care ar putea să fie vegetaţie forestieră. Este frecvent cazul în care o specie care ar putea forma partea superioară a pădurii lipseşte în regiunea considerată, astfel, din lipsa coniferelor în regiunea subalpină a Apeninilor septentrionali, a Corsicii sau a Vosgilor, limita naturală a pădurii este formată de fag. Ar putea părea deci logic să numim etaj alpin tot ceea ce depăşeşte limita pădurii, ori aici nu este vorba de alpin ci de subalpin atipic, neîmpădurit.

Prin urmare, pentru o mai bună înţelegere a noţiunilor, trebuie subliniat că de fapt limita potenţială este adevărata limită biologică care defineşte baza etajului alpin. Ea trebuie definită cu ajutorul unor riguroase observaţii botanice, ecologice şi

7

biocenotice şi nu luând în considerare un singur aspect, fiziologic ori prin teledetecţie. 2.3 COMPLEXITATEA LIMITEI NATURALE

În subcapitolul precedent au fost definite succint tipurile de limită altitudinală a pădurii. Dintre toate cea care face obiectul acestui studiu este cea naturală, identificarea acesteia putând fi făcută pe baza compoziţiei, structurii sau formei arborilor.

2.3.1 SPECIILE CARE INTRĂ ÎN ALCĂTUIREA LIMITEI

Speciile ce intră în alcătuirea limitei constituie o altă problemă importantă căreia trebuie acordată atenţia care se cuvine. Exemplul care urmează va fi relevant în acest sens.

Se spune de obicei că limita superioară a arborilor este în medie cu 500-600 de metri mai joasă în Prealpi decât în Alpii interni: în jur de 1800m în primul caz şi 2300 m în cel de-al doilea. Acest decalaj se datorează diferenţei dintre climatul oceanic şi cel continental. Se remarcă faptul că această limită este determinată în general în Prealpi de către molid, iar în masivi intra-alpini de către larice şi zâmbru (care acolo creşte mult mai sus decât molidul). Dar dacă în cele două cazuri se compară limita molidului se observă că efectul de continentalism este de 200, 300 metri şi nu 600. Trebuie deci, pe cât posibil (mai puţin în cazul lanţurilor muntoase îndepărtate), comparate limitele unei aceleiaşi specii, spre exemplu în cazul nostru, molidul (Ozenda, 1985, 1987).

2.3.2 STRUCTURA LIMITEI

În Figura 2.1 este prezentată structura limitei în Alpi. Cum s-a menţionat mai sus, este vorba despre un gradient sau un mozaic de distribuţie a vegetaţiei forestiere prin care se face trecerea de la pădurea încheiată la golul alpin. De fapt este dificil de studiat structura ecotonului fără a lua în considerare formaţiile subalpine şi alpine care îl încadrează.

Într-un cadru mai general se impun anumite observaţii complementare. Pentru autori scandinavici şi americani, termenul subalpin desemnează numai ecotonul. În schimb pentru autorii elveţieni, germani şi austrieci acest cuvânt acoperă în general, ecotonul şi nivelul forestier superior care-l precede (Piceetum subalpin, Laricetum, Cembraie). În România, problema pădurilor de limită a fost studiată de Bândiu şi Doniţă. În lucrarea „Molidişurile Presubalpine din România” autorii definesc în sens restrâns pădurea naturală de limită (pădure de molid subalpină) ca fiind pădurea preecotoniană. În aceeaşi lucrare dar într-un context mai larg prin pădurea de molid de limită, pădure presubalpină de molid, este definit complexul preecoton, ecoton (Bândiu şi Doniţă, 1988).

8

2.3.3 ARBORII CU PORT PITIC (KRUMMHOLZ) La limita altitudinală a pădurii arborii au un port specific, trunchiul este mai

conic şi rău conformat. Această deformare nu este întâlnită în toate cazurile, cu toate că este destul de frecventă. În realitate, trebuie distinse două situaţii:

În primul caz este vorba de specii ce formează partea superioară a unei păduri încheiate. Arborii sunt din ce în ce mai distanţaţi, sunt mai puţin protejaţi faţă de adversităţi, scad în talie şi devin arbustivi sau de cele mai multe ori se deformează. Efectul de pătură de nivel este esenţial: protecţia ramurilor joase împotriva vântului şi a gerului, sau dimpotrivă acţiunea zăpezii care duce la încovoierea de la bază a tulpinei şi a ramurilor. Descrierea detaliată a acestor transformării a fost realizată pentru Carpaţi (în special pentru molid), de către Dolukhanov (1978) pentru Caucaz, de către Arno şi Hammerly (1985) şi de către Grant şi Milton (1977) pentru lanţurile nord americane. Modificările provocate de condiţiile de mediu se mai numesc şi acomodaţii.

Al doilea tip se referă la speciile a căror formă deformată este fixată genetic. Este cazul speciei Pinus mugo, speciei sale similare est-asiatice şi de numeroase specii de ienupăr, din care amintim Juniperus alpina (J. sibirica). Diferenţa între cele două specii nu este întotdeauna evidentă. Astfel, în Alpi, ienuperii pitici nu aparţin în totalitate speciei Juniperus alpina ci există diverse forme pitice de Juniperus communis frecvent întâlnite în munţii Ventoux din Franţa. De asemenea, Pinus mugo nu se prezintă numai sub formă pitică, deformată, în condiţii naturale favorabile, el poate prezenta trunchiuri drepte care pot atinge câţiva metri înălţime.

2.4 LOCALIZAREA ETAJULUI ALPIN

Unde începe etajul alpin? Răspunsul la această întrebare a fost mult timp fizionomic şi aparent simplu: acolo unde se termină pădurea. Dar ce este o pădure? un arbore? La limita sa superioară pădurea încheiată suferă două tipuri de modificări.

densitatea arborilor scade: se trece progresiv la insule de arbori şi arbori izolaţi,

înălţimea arborilor se modifică trecând la forme pitice. Price (1986) (limita pădurii este trecerea de la pădurea închisă către tundră. Limita arborilor se prezintă sub formă de pâlcuri de arbori sau arbori izolaţi dincolo de limita pădurii. Uneori este dificil de a se face diferenţa între limita arborilor şi linia arbuştilor sau limita arborilor pitici care este limita superioară a arborilor cu port arbustiv).

Nivelul de tranziţie (limita pădurii numită Timberline sau Kampfzone) este relativ limitat (100-200 m) în comparaţie cu extinderea altitudinală a unui etaj întreg (600-700 m) dar aceasta nu permite de a simplifica problema înlocuind la această scară gradientul sau mozaicul printr-o simplă linie (Korner, 1999).

9

2.5 LIMITA PĂDURII ÎN MUNŢII CĂLIMANI ŞI RODNEI Complexitatea şi diversitatea tipurilor de limită existente fac dificilă analiza şi

sinteza cunoştinţelor acumulate în domeniul zonelor de tranziţie între ecosisteme, studiul acestora având un caracter pluridisciplinar fiind situat în zona de contact între, ecologie, botanică, meteorologie, etc.

În urma parcurgerii ariei geografice în care este localizat studiul (munţii Călimani şi Rodnei) au fost întâlnite toate cele trei tipuri de limită definite anterior (naturală, antropică şi potenţială) chiar mai mult a fost întâlnită şi situaţia în care limita superioară a pădurii este formată de făgete (versantul vestic al munţilor Rodnei). Limite naturale se întâlnesc numai acolo unde terenul este greu accesibil iar pantele sunt accentuate. Situaţiile în care limita este antropică sunt des întâlnite în jurul platourilor alpine, prezenţa acestora fiind strâns legată de activitatea pastorală. În „căutarea” limitei potenţiale a pădurii s-a observat că acolo unde limita pădurii a fost afectată (fie de doborâturi de vânt, fie de acţiuni antropice) procesul de refacere este foarte dificil şi lent.

În timpul lucrărilor de teren s-a observat că în compoziţia limitei pe versanţii estici ai munţilor Călimani şi Rodnei pe lângă molid se întâlneşte diseminat zâmbrul, scoruşul, salcia căprească, mesteacănul. Această situaţie nu caracterizează şi limita pădurii de pe versantul vestic, aceasta fiind mai săracă din punct de vedere a diversităţii speciilor (exemplarele de zâmbru sunt foarte rar întâlnite).

3 LOCUL, MATERIALUL ŞI METODOLOGIA DE CERCETARE

Materialul vegetal ce a servit ca bază de studiu provine din masivele muntoase Călimani şi Rodna, Carpaţii Orientali.

Alegerea amplasamentului suprafeţelor de probă s-a realizat în urma parcurgerii unui număr însemnat de arborete de limită din Ocoalele Silvice Vatra Dornei, Dorna Candrenilor, Prundul Bârgăului, Răstoliţa, Lunca Bradului, Iacobeni, Cârlibaba, Rodna, Sângeorz, Borşa.

Datorită faptului că arboretele studiate sunt arborete gestionate în regim special de protecţie, s-a impus necesitatea aplicării de metode de măsurare nedestructive. Astfel eşantioanele de tip “carotă de sondaj” sunt epruvetele ce răspund cel mai bine la dezideratele studiului nostru. Metodele experimentale prezentate în studiul de faţă au avantajul că nu produc modificări ales proprietăţilor fizice ale eşantioanelor analizate, fapt ce permite efectuarea a mai multor măsurători pe aceeaşi epruvetă.

Pentru a putea caracteriza pădurea naturală de molid de limită în condiţiile în care aceasta este supusă regimului de protecţie integrală (arboretele de limită făcând parte din rezervaţiile naturale Rodna respectiv Călimani) la alegerea arboretelor în care au fost instalate suprafeţele de probă s-a urmărit ca acestea să permită efectuarea de măsurători fără a afecta starea în care se afla arboretele. Astfel pentru studiile de structură au fost alese două arborete naturale, pluriene aflate în echilibru ecologic în care s-au măsurat parametrii spaţiali iar pentru analiza formei fusului, densităţii, proprietăţilor mecanice, creşterilor radiale şi creşterilor în înălţime au fost alese două arborete afectate de doborâturi provocate de vânt în

care au fost măsurate diametre în lungul trunchiului şi extrase carote la diferite înălţimi.

3.1 METODOLOGIA DE CULEGERE A DATELOR EXPERIMENTALE

În subcapitolele ce urmează va fi prezentat modul în care a fost măsurat şi recoltat în tren, materialul vegetal. Metodele de analiză a materialului vegetal utilizate în laborator vor fi prezentate în cadrul tezei în subcapitolele de metodologie specifice fiecărui aspect cercetat.

A B C D

321

987654

10

131415

1112

X

Y

dc

d1.3

h

he

pc

3.1.1 CARACTERIZAREA STRUCTURII ARBORETELOR Măsurătorile au fost realizate în suprafeţele experimentale Călimani 1 şi

Rodna 1. Cele două dispozitive experimentale sunt de formă dreptunghiulară 50 şi respectiv 30x150 metri, aşezate cu latura mare pe linia de cea mai mare pantă. În Figura 3.1 este prezentată schema dispozitivelor experimentale în care au fost măsurate coordonatelor fiecărui arbore cât şi caracteristicile acestora (Figura 3.2) – înălţime (h), diametru la cioată (dc) şi diametru la înălţimea pieptului (d) în două direcţii perpendiculare (pe pantă şi pe curba de nivel), înălţimea elagată (he), înălţimea totală (h), proiecţia coroanei (pc), estimarea vizuală a stării de sănătate.

Figura 3.1 : Dispozitivul experimental utilizat pentru măsurarea poziţiei arborilor

Figura 3.2 : Schema experimentală de descriere a arborilor

În teren, dispozitivul experimental a fost divizat în suprafeţe elementare de 10x10 metri în proiecţie orizontală, materializarea fiind realizată cu ţăruşi şi panglică gradată. Pentru identificarea suprafeţelor elementare s-a folosit notarea cu litere a coloanelor şi cu cifre a liniilor. Ansamblul de măsurători efectuate a fost completat prin extragerea de carote de sondaj. Carotele au fost prelevate la înălţimea de 50 cm pe direcţia liniei de cea mai mare pantă în partea dinspre vale. Înălţimea de 50 cm la care acestea au fost extrase permite o determinare mai precisă a vârstei arborilor.

În Tabelul 3.1 sunt prezentate caracteristicile celor două dispozitive experimentale şi materialul vegetal analizat.

10

11

Tabelul 3.1 : Caracterizarea suprafeţelor de probă

Denumirea suprafeţei de

probă

Suprafaţa (mxm)

Panta terenului

grade

Altitudine (m)

Expoziţie Număr de arbori

Număr de carote extrase

Călimani 1 0.75 ha 50x150

24 1550 Est 564 34

Rodna 1 0.45ha 30x150

28 1750 Est 486 12

Înălţimile arborilor au fost măsurate cu dendrometrul românesc, diametrele cu clupa forestieră, coordonatele fiecărui arbore cu panglica etalonată, carotele au fost extrase cu burghiul Pressler.

3.1.2 CARACTERIZAREA FORMEI FUSULUI

Măsurătorile au fost realizate în suprafeţele experimentale Călimani 1 şi Călimani 2. În aceste două suprafeţe de probă au fost măsuraţi un număr de 90 de arbori (45 în fiecare). Pentru fiecare arbore au fost măsurat diametrul la înălţimile relative de 0,1h, ……, 0,9h ( h este înălţimea totală). În acelaşi timp au fost măsurate diametrul la 1,30 , diametrul la cioată, înălţimea totală, grosimea cojii la 1,30. Lungimea trunchiurilor şi poziţia la care a fost făcută determinarea diametrului s-au măsurat cu panglica etalonată, diametrul a fost măsurat cu clupa forestieră în două direcţii perpendiculare, grosimea cojii cu cojimetru.

3.1.3 ANALIZA ARBORELUI

Materialul vegetal a fost recoltat din suprafaţa experimentală Călimani 1. Din 7 arbori doborâţi de vânt au fost extrase carote din metru în metru în prima jumătate a trunchiului apoi din 50 în 50 cm. Toate carotele recoltate au fost stocate şi stabilizate la umiditatea de 12%.

3.2 CONCLUZII

În urma parcurgerii unui număr însemnat de arborete de limită din masivele Călimani şi Rodna au fost alese două suprafeţe de pădure de limită care să fie caracterizate de o structură plurienă, neafectate de intervenţii antropice.

Protocoalele de culegere a datelor de teren au fost realizate astfel încât starea arboretelor să fie conservată integral. Pentru că arboretele studiate sunt gestionate în regim special de protecţie, din arborii pe picior au fost extrase doar un număr limitat de carote, pentru măsurătorile de formă ale fusului şi analiza arborelui au fost folosiţi doar arbori doborâţi natural.

Faptul că metodologiile de determinare a diferitelor caracteristici ale arborilor şi lemnului acestora au particularitatea de a fi nedestructive, a permis utilizarea repetată a materialul vegetal recoltat pentru diferite tipuri de măsurători. Astfel pe baza unui eşantion reprezentativ din punct de vedere statistic pentru arboretele naturale de molid din zona de ecoton au putut fi studiate aspecte de auxologie, dendrometrie şi de calitate a lemnului. În Tabelul 3.2 sunt prezentate sintetic, pe subiecte de cercetare, materialul şi numărul de măsurători efectuate. Metodologiile

12

cu care au fost realizate toate aceste măsurători vor fi prezentate în detaliu în capitolele ce urmează în funcţie de subiectul abordat.

Tabelul 3.2 : Materialul de cercetare şi numărul de măsurători efectuate

Natura studiului

Localizarea studiului

Eşantioane măsurate

Număr de măsurători Măsurători efectuate

Structura în plan a arboretelor

Călimani 1 Rodna 1

564 arbori 486 arbori

Diametrul cioatei (2) Diametrul la 1.30 (2) Înălţimea totală (1) Înălţimea elagată (1) Proiecţia coroanei (2) Poziţia în plan (2) Calitatea arborelui (1) Extragerea de carote

(564+486)*11 =11.550 34+12 carote de molid 7 carote de zâmbru 6 carote de jneapăn

Forma fusului Călimani 1 Călimani 2

45 + 45 arbori de molid

Lungimea trunchiului (1) Diametrul cioatei (2) Diametrul la 1.30 (2) Diametrele la 0.n h (18)

(45+45)*23 = 2.070

Densitatea lemnului

Călimani 1 Călimani 2 Rodna 1

32+12 carote de molid = 4998 inele anuale 7 carote de zâmbru = 760 inele anuale 6 carote de jneapăn = 149 inele anuale 7 arbori din care s-au extras 118 carote = 5841 inele anuale

Densitatea medie (1) Densitatea maximă (1) Densitatea minimă (1) Densitatea lemnului timpurie (1) Densitatea lemnului târziu (1) Densitatea de tranziţie între lemnul târziu şi cel timpuriu (1) Densitatea lemnului în 20 de puncte în interiorul inelului anual (20) Lăţimea inelului anual (1)Lăţimea lemnului timpuriu (1) Lăţimea lemnului târziu (1)

(4998+760+149)*29=171.802 5841*29 =169.389

Proprietăţi mecanice

Călimani 1 Rodna 1

23+11 carote de molid

Viteaza ultrasunetelor (1) 366+124 = 490

Prezenţa lemnului de compresiune

Călimani 1 Rodna 1


Detectarea prezenţei lemnului de compresiune

4998

Prezenţa lemnului de rezonanţă

Călimani 1 Rodna 1


Analiza vizuală a aspectului inelelor anuale

4998

Total măsurători realizate 365.291

13

4 STRUCTURA ARBORETELOR 4.1 INTRODUCERE

Aprofundarea cunoştinţelor asupra structurii pădurii naturale a permis fundamentarea ştiinţifică a lucrărilor de conducere a arboretelor grădinărite şi cvasigradinărite prin elaborarea de modele de distribuţie a diferitelor caracteristici biometrice. Interesul pentru cercetarea structuri pădurii în cazul arboretelor naturale este motivat de starea de echilibru dinamic în care acestea se află.

Diversitatea caracteristicilor dendrometrice ale arborilor la scară individuală, a distribuţiilor caracteristicilor dendrometrice ale indivizilor în cadrul unui arboret, sunt expresia fondului genetic al arborilor, a relaţiilor intra şi inter specifice cât şi influenţei factorilor de mediu. Dintre toate relaţiile intra şi între specifice, cea care se manifestă cel mai puternic este competiţia pentru resurse (apa, substanţe nutritive, lumină) (Doniţă, 1977; Bândiu, 1995). Astfel, în aceleaşi condiţii staţionale, cu acelaşi fond genetic, un individ acumulează biomasă într-un mod diferit în funcţie de poziţia sa socială (dominant, codominant, dominat), diferenţe ce se manifestă atât prin cantitate dar mai ales prin calitate (elagaj, dimensiuni, coeficienţi de formă). Ca exemplu poate fi dat cazul arborilor care puşi în lumină prin lucrări de cultură îşi schimbă viteza de creştere. Modificarea intensităţii relaţiilor intra şi inter specifice se realizează în cadrul culturilor forestiere prin intermediul lucrărilor de îngrijire, dar acest proces nu este controlat.

După cum am enunţat în partea introductivă a acestei lucrări, obiectivul studiului este de a pune în evidenţă legăturile existente între calitatea biomasei acumulată de un arbore la nivelul trunchiului şi structura arboretului din imediata vecinătate a acestuia. Pentru a răspunde acestui obiectiv în cadrul capitolului de faţă va fi prezentată în mod succint analiza structurii arboretelor din dispozitivele experimentale luate în studiu.

Structura arboretelor din dispozitivele experimentale va fi analizată prin prisma următoarelor aspecte:

compoziţia pădurii; distribuţia în spaţiu a arborilor; distribuţia în raport cu distanţa dintre arbori; distribuţia în raport cu diametrul; distribuţia în raport cu înălţimea; corelaţii între diametre şi înălţimi; distribuţia arborilor în raport cu volumul; eliminarea naturală; curba de contur a fusului.

4.2 STRUCTURA ARBORETELOR ÎN RAPORT CU COMPOZIŢIA Pe parcursul lucrărilor cu caracter explorator al pădurilor de limită în masivele

Călimani şi Rodna s-a observat ca speciile ce intra în compoziţia arboretelor sunt molidul, zâmbrul, scoruşul, mesteacănul, aninul verde. Dintre acestea molidul ocupă un procent majoritar restul speciilor apărând diseminat sau insular (cazul zâmbrului).

În cazul dispozitivului experimental Călimani 1 compoziţia pădurii poate fi descrisă cu formula 8 MO 1PIC 1DIV. În cazul arboretului din dispozitivul experimental Rodna 1 arboretul este un molidiş pur (10MO), nu au fost întâlnite alte specii arborescente.

4.3 STRUCTURA ARBORETELOR ÎN RAPORT CU DISTRIBUŢIA ÎN

SPAŢIU A ARBORILOR Analiza distribuţiei în spaţiu a speciilor s-a realizat cu indicele Green (Ig). O

valoare acestui indice apropiată de zero indică o răspândire uniformă a arborilor în suprafaţa studiată.

11²

−

−= X

Xmeds

Ig

în care : Ig – indicele Green; S² - abaterea medie pătratică; Xmed - numărul mediu de indivizi pe unitatea de probă; X - numărul de indivizi din unitatea de probă. Valorile indicelui Green obţinute arată arborii de molid, în ambele dispozitive,

prezintă o distribuţie relativ uniformă cu o uşoară tendinţă de grupare. Pentru arborii morţi din dispozitivul Rodna 1 această tendinţă de grupare este mai accentuată. Pentru celelalte specii se observă că: zâmbrul, asemenea molidului, este relativ uniform distribuit, arborii morţi având o uşoară tendinţă de grupare iar scoruşul şi aninul verde se regăsesc grupaţi.

Distribuţiile arborilor în plan sunt prezentate în Figura 4.1. Se poate observa o uşoară tendinţă de grupare a arborilor. Reprezentarea grafică a fost realizată cu programul PROARB (Popa, 1999).

În comparaţie cu modelul de tranziţie între ecosistemul forestier şi cel al pajiştilor alpine prezentat în capitolul anterior (Ozenda, 2002) situaţiile întâlnite în suprafeţele de probă analizate prezintă o mare variabilitate a formei profilului vertical şi a caracteristicilor dendrometrice ale arborilor. Trecerea de la starea de masiv către golul alpin nu se realizează sub forma unui gradient ci sub forma unor rupturi de structură, a unui amestec aleator de forme. În tot acest „haos” o singura

14

15

tendinţă poate fi surprinsă – scăderea înălţimii arborilor cei mai înalţi cu creşterea altitudinii. Acest fenomen va fi prezentat mai amănunţit în subcapitolul 4.5.

Rodna 1 Călimani 1

Figura 4.1 : Structura orizontală a arboretului în dispozitivele experimentale Rodna 1 şi Călimani 1

Culegerea datelor în conformitate cu metodologia prezentată în capitolul

anterior permite poziţionarea indivizilor în cadrul suprafeţelor analizate şi calculul distanţelor medii dintre arbori. Plecând de la coordonatele carteziene în plan orizontal ale fiecărui arbore pe baza unui algoritm au fost calculate distanţele medii între indivizii populaţiei. În ambele suprafeţe se pot remarca zone de mici dimensiuni, relativ uniform distribuite, în care arborii sunt mai apropiaţi (distanţe medii cuprinse între 0,5 şi 1,5 m). O analiză simultană a structurii în plan a arboretului şi a texturii acestuia în raport cu distanţa arată că aceste zone

corespund fie structurilor de tip "arici”, în care un grup de arbori de diferite mărimi sunt dispuşi în spaţiu sub forma unei piramide, fie nucleelor de regenerare.

Distribuţiile experimentale a frecvenţei arborilor pe categorii de distanţe medii dintre arbori au fost ajustate cu funcţia gamma (Figura 4.2). Pentru ambele distribuţii se observă o simetrie de stânga. Valoarea medie a distanţei dintre arbori este de 3,8 m în dispozitivul experimental Călimani 1 şi 3,3 m în dispozitivul experimental Rodna 1

Călimani 1

Rodna 1

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

distanta dintre arbori (m)

Frec

vent

e ab

solu

te

Valori experimentale Valori teoretice

( )( ) eD DDf 81.3/116.7

16.7 16.781.31 −− ⋅Γ

=

Minima 1Maxima 10Amplitudine 9Media 3.81Varianta 2.03Abaterea standard 1.42Coeficientul de variatie % 37.37Abaterea standard a mediei 0.06Coeficientul de asimetrie 0.48Coeficientul de exces 1.18

0

50

100

150

200

250

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

distanta dintre arbori (m)

Frec

vent

e ab

solu

te


Minima 1Maxima 8Amplitudine 7Media 3.29Varianta 1.21Abaterea standard 1.1Coeficientul de variatie % 33.4Abaterea standard a mediei 0.05Coeficientul de asimetrie 0.83Coeficientul de exces 0.78

( )( ) eD DDf 29.3/196.8

96.8 96.829.31 −− ⋅Γ⋅

=

Figura 4.2 : Distribuţia experimentală a frecvenţei arborilor pe categorii de distanţe medii dintre

arbori ajustată cu funcţia gamma în dispozitivele experimentale Călimani 1 şi Rodna 1

16

4.4 STRUCTURA ARBORETELOR ÎN RAPORT CU DIAMETRUL ARBORILOR Este cunoscut că într-un arboret plurien numărul de arbori pe categorii de

diametre descreşte progresiv. Distribuţia numărului de arbori pe categorii de diametre este ajustată în general cu o funcţie de tip Liocourt sau Mayer (Giurgiu, 1979; Leahu, 1994). Pentru o mai bună aproximare a distribuţiilor, în literatura de specialitate au fost propuse şi alte funcţii caracterizate printr-o mai mare flexibilitate (beta, gamma, Weibull). Diametrele arborilor din cele două dispozitive

17

experimentale au fost grupate în clase cu mărimea de 2 cm. În Figura 4.3 sunt prezentate distribuţiile experimentale ale frecvenţei arborilor pe categorii de diametre în dispozitivele experimentale Călimani 1 şi Rodna 1. În cadrul acestui studiu pentru ajustarea distribuţiei numărului de arbori pe categorii de diametre a fost folosită repartiţia Pearson de tip beta.

Ambele distribuţii prezintă asimetrie de stânga, asimetrie specifică arboretelor aflate în fază optimă de dezvoltare, în primul caz fază optimală timpurie, iar al doilea în plină fază optimală (Cenuşă, 1996). În cazul arboretului din dispozitivul experimental Călimani 1 distribuţia numărului de arbori pe categorii de diametre prezintă o alură tipică pentru o pădure cu structură plurienă.

Călimani 1

Rodna 1

0

20

40

60

80

100

120

140

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

diametrul d (m)

Frec

vent

e ab

solu

te


Minima 6Maxima 78Amplitudine 72Media 25.14Varianta 408.17Abaterea standard 20.2Coeficientul de variatie % 80.37Abaterea standard a mediei 0.97Coeficientul de asimetrie 0.81Coeficientul de exces -0.56

( ) ( )( ) ( )

( ) ( ) 63.197.0 78633.151.0

33.151.0 dddf −⋅−Γ⋅Γ+Γ=

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70

diametrul d (m)

Frec

vent

e ab

solu

te



( ) ( )( ) ( )

( ) ( ) 63.197.0 66689.198.0

89.198.0 dddf −⋅−Γ⋅Γ+Γ=

Figura 4.3 : Distribuţia experimentală a frecvenţei arborilor pe categorii de diametre ajustată cu funcţia beta în dispozitivele experimentale Rodna 1 Călimani 1

4.5 STRUCTURA ARBORETELOR ÎN RAPORT CU ÎNĂLŢIMEA ARBORILOR Studiile dendrometrice efectuate până în prezent (Prodan, 1965; Giurgiu,

1966) au arătat că distribuţia arborilor în raport cu înălţimea lor prezintă o asimetrie de dreapta ce se explică prin aceea că arborii tind spre lumină, căutând să ajungă în plafonul superior prin accelerarea creşterii în înălţime.

Distribuţiile experimentale ale frecvenţelor arborilor pe categorii de înălţimi în arboretele studiate au fost ajustate cu funcţia beta (Figura 4.4).

Călimani 1

Rodna 1

0

20

40

60

80

100

120

140

0 5 10 15 20 25 30

inaltimea h (m)

Frec

vent

e ab

solu

te



( ) ( )( ) ( )

( ) ( ) 29.157.0 27329.157.0

29.157.0 hhhf −⋅−Γ⋅Γ+Γ=

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 5 10 15 20 25 30

inaltimea h (m)

Frec

vent

e ab

solu

te



( ) ( )( ) ( )

( ) ( ) 63.197.0 27163.197.0

63.197.0 hhhf −⋅−Γ⋅Γ+Γ=

Figura 4.4: Distribuţia experimentală a frecvenţei arborilor pe categorii de înălţimi ajustată cu funcţia beta în dispozitivele experimentale Călimani 1 şi Rodna 1

Pentru dispozitivul experimental Călimani 1 distribuţia experimentală a frecvenţei arborilor pe categorii de înălţimi este similară cu distribuţia experimentală a frecvenţei arborilor pe categorii de diametre. Înălţimile arborilor inventariaţi variază de la 0,5 la 27 m. Această similitudine nu este valabilă şi în cazul arboretului din dispozitivul experimental Rodna 1 unde se observă o creştere a frecvenţei arborilor cu înălţimi mici faţă de cea a arborilor cu diametre mici.

18

19

Semnificaţia acestei diferenţe este că arborii de dimensiuni mici şi mijlocii au un raport între înălţime şi diametru mai mic faţă de arborii cu dimensiuni mari.

În ambele arborete se observă o scădere progresivă a dimensiunii arborilor de la stânga spre dreapta ce corespunde creşterii altitudinii în suprafeţele de probă. O ilustrare grafică a acestei tendinţe sunt modelările grafice ale suprafeţei coronamentului (Figura 4.5, Figura 4.6). Pentru ambele dispozitive experimentale a fost calculat un gradient de descreştere a înălţimii medii a arborilor dominanţi în raport cu altitudinea dat de raportul dintre variaţia înălţimii medii şi diferenţa de altitudine. Pentru dispozitivul experimental Călimani 1 valoarea gradientului de descreştere este de 1.4 m de înălţime medie a arborilor pentru o diferenţă de nivel de 10 m iar pentru Rodna 1 este de 1.8 m. Valoarea ridicată a acestui gradient este o expresie a tensiunilor ecologice în zona de ecoton.

Figura 4.5 : Profilul tridimensional al coronamentului în dispozitivul experimental Călimani 1

Figura 4.6 : Profilul tridimensional al coronamentului în dispozitivul experimental Rodna 1

Rezultatul combinat al dispunerii arborilor în plan şi al dimensiunilor acestora este un profilul neregulat al suprafeţei coronamentului. Modelarea suprafeţei coronamentului în arboretele de limită pune în evidenţă o deosebită rugozitate a acesteia (Figura 4.5, Figura 4.6).

4.6 STRUCTURA ARBORETELOR ÎN RAPORT CU VOLUMUL

ARBORILOR În Figura 4.7, Figura 4.8 este prezentată textura arboretelor studiate în raport

cu volumul arborilor. Analiza variaţiei spaţiale a volumului arborilor permite identificarea concentrărilor de biomasă. În ambele arborete se observă o scădere progresivă a dimensiunii arborilor de la stânga spre dreapta odată cu creşterea altitudinii în suprafeţele de probă.

Figura 4.7: Textura arboretului în dispozitivul experimental Călimani 1 în raport cu volumul

Figura 4.8: Textura arboretului în dispozitivul experimental Rodna 1 în raport cu volumul

20

21

4.7 CORELAŢII DINTRE DIAMETRE ŞI ÎNĂLŢIMI Studiul relaţiilor dintre diametre şi înălţimi au fost amplu studiate (Mayer,

1952; Giurgiu, 1956; 1965). În cazul studiului corelaţiilor dintre diametre şi înălţimi în arboretele de limita s-a folosit un polinom de gradul doi. În figurile de mai jos se observă o bună corelaţie între diametre şi înălţimi, coeficientul de corelaţie este de 0.92 în cazul arboretului din dispozitivul experimental Călimani 1 şi 0.89 în cazul dispozitivul experimental Rodna 1. Se poate de asemenea observa că pe măsură ce dimensiunile arborilor cresc intensitatea corelaţie dintre înălţime şi diametru scade.

Călimani 1

Rodna 1

h = -0.0057d2 + 0.6807dR2 = 0.8546

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50 60 70 80

diametrul (cm)

inal

timea

(m)

h = -0.003d2 + 0.5584d - 0.6015R2 = 0.8041

0

5

10

15

20

25

30

0 20 40 60 80

diametrul (cm)

inal

timea

(m)

Figura 4.9 : Câmpul de corelaţie şi curba înălţimilor în arboretul de limită din dispozitivul experimental Călimani 1 şi Rodna 1

4.8 CREŞTEREA ÎN DIAMETRU A ARBORILOR DE MOLID

Utilizarea metodei cu raze X permite determinarea simultană a mai multor caracteristici ale inelului anual printre care şi lăţimea inelului anual. Rezultatele obţinute au fost utilizate pentru caracterizarea creşterii în diametru a arborilor de molid de limită în cele două dispozitive experimentale. Analiza dinamicii de creştere a arborilor din care s-au extras carote de sondaj arată că alura acesteia este

diferită de la un arbore la altul, diferenţele fiind datorate în principal statutului social al fiecărui arbore în vieţii. În Figura 4.10 sunt prezentate câteva exemple concrete. Comportamentul celor doi arbori prezentaţi diferă prin modificarea vitezei de creştere în raport cu vârsta.

Pentru a putea compara sintetic arborii între ei din punct de vedere a creşterii au fost calculate curbele de creştere medii în cele două dispozitive experimentale. Modelele vor fi folosite în capitolul 10.

y = 9E-09x5 - 2E-06x4 + 0.0002x3 - 0.0051x2 + 0.0588x + 0.4437

R2 = 0.7506

0

1

2

3

4

0 20 40 60 80 100

Vârsta (ani)

Creşt

erea

radi

ală

(mm

)

y = -2E-11x5 + 4E-09x4 - 2E-06x3 + 0.0004x2 - 0.0381x + 1.3037

R2 = 0.6579

0

0.5

1

1.5

2

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Vârsta (ani)

Creşt

erea

radi

ală

(mm

)

Figura 4.10 : Dinamica de creştere în diametru la doi arbori de molid din zona de limită

4.9 REGENERAREA ŞI ELIMINAREA NATURALĂ

Adaptarea dinamică a ecosistemelor naturale la condiţiile de mediu se bazează pe procesul de regenerare şi eliminare naturală. Dispunerea arborilor în cadrul arboretului, modificarea portului şi a caracteristicilor dendrometrice ale acestora sunt expresia capacităţii arboretului ca întreg de a optimiza procesul de valorificare a resurselor şi adaptare la condiţiile de mediu. Acest subiect este pe larg abordat în lucrări cu caracter ecologic (Tranquillini, 1979, Bîndiu, 1988, Strobel, 1997).

În dispozitivele experimentale studiate s-a observat că plantulele de molid au tendinţa de a ocupa golurile mici, aflate la adăpost, cu precădere pe şi în jurul

22

23

trunchiurilor descompuse a arborilor doborâţi, acolo unde acestea există. Astfel, spaţiile din cadrul arboretelor rezultate în urma eliminării indivizilor prin acţiunea factorilor abiotici sunt ocupate de arbori tineri.

La scara arboretului, eliminarea naturală, proces opus regenerării, este cauzată de manifestarea combinată a factorilor biotici, abiotici, fiziologici (atacuri de insecte, vânat, vânturi puternice, zăpadă, vârstă, etc) cu relaţiile de concurenţă intra şi inter specifice dintre indivizi. Dintre diferitele cauze ale eliminării naturale enumerate mai sus, relaţiile de concurenţă intra şi inter specifice dintre arbori prezintă un interes particular în cadrul studiului de faţă.

Pentru arboretele studiate se poate observa că în dispozitivul Rodna1 8% din arbori sunt morţi, 10% au vârful rupt, 18% sunt rău conformaţi sau prezintă răni. În dispozitivul experimental Călimani 1 1% din arbori sunt morţi, 1% au vârful rupt, 2% sunt rău conformaţi. Structura în plan a celor două arborete (Figura 4.1), scoate în evidenţă faptul că arborii rău conformaţi, răniţi sau uscaţi sunt în mare majoritate arbori tineri situaţi în zone cu densităţi ridicate a numărului de indivizi. Datele obţinute sunt comparabile cu cele prezentate în lucrarea „Teoria fazelor de dezvoltare. Aplicaţii la molidişuri naturale din Bucovina” (Cenuşă, 1996).

8

10

18

64

arbori morţiarbori cu vârful ruptarbori înfurciţi, răniţiarbori sănătoşi

1 1 2

97

Călimani 1Rodna 1

Figura 4.11 : Structura pe clase de sănătate a arboretului

Caracteristica de bază a procesului de eliminare naturală în pădurile de limită datorată concurenţei dintre indivizi este viteza scăzută de desfăşurare. Ca apreciere generală se poate afirma că în arboretele de limită creşterea arborilor şi eliminarea naturală sunt două procese ce interacţionează şi se influenţează reciproc. În aceste arborete creşterea arborilor este redusă ceea ce face ca viteza de eliminare naturală să fie la rândul ei un proces lent. Dar viteza de eliminare naturală redusă, la rândul ei, indirect prin intermediul densităţii, face ca viteza de creştere a arborilor la nivel de individ să fie diminuată. În final starea de echilibru a acestor structuri este dictată de condiţiile de mediu. Plantulele se instalează cu precădere în zonele adăpostite fapt ce face ca arborii fie grupaţi în structuri de tip

„arici” (Mayer, 1984) în interiorul cărora eliminarea naturală lentă este unul din factorii ce asigură rezistenţa arboretului în faţa factorilor perturbatori.

4.10 CARACTERIZAREA FORMEI ARBORILOR

Unul din aspectele cele mai vizibile ale diferenţei dintre arboretele naturale de molid de limită şi cele de molid din etajul montan este portul arborilor şi caracteristicile dendrometrice ale acestora. Scăderea valorii raportului între viteza de creştere în înălţime şi cea a creşterii în diametru din etajul montan către presubalpin face ca forma profilului trunchiului să devină mai conică. Explicaţiile acestui fenomen au la bază mecanismele fiziologice de adaptare a arborilor la condiţiile de mediu. Obiectivul acestui subcapitol este de a caracteriza forma arborilor de molid din zona presubalpină prin prisma caracteristicilor dendrometrice ale arborilor.

Pentru caracterizarea formei arborilor un număr de 90 arbori au fost măsuraţi. Pentru fiecare arbore s-a măsurat diametrul la cioată, diametrul la înălţimea pieptului, înălţimea totală şi diametrele la 0.1, 0.2, ... 0.9 h.

Formula matematică utilizată pentru calcularea indicilor de formă naturali este

1.0

.0.0 d

dk nn=

unde: K 0.n – indicele de forma natural la înălţimea 0.n h; d 0.n – diametrul arborelui la înălţimea 0.n h. Datorită particularităţii formei arborilor de limită (baza arborelui puternic

îngroşată) în plus faţă de cei 9 indicii de formă naturali a fost calculat un indice de formă a trunchiului la nivelul cioatei intitulat K0.0. Acest indice a permis reprezentarea formei medii a arborilor de molid din arboretele de limită şi compararea acesteia cu cea a arborilor de molid din etajul montan.

Valorile medii ale indicilor de formă naturali obţinuţi şi coeficienţii de variaţie ai distribuţiilor sunt prezentate în Tabelul 4.1.

Tabelul 4.1 : Valori medii ale indicilor de formă naturali pentru molidul de limită

Indici de formă naturali (Ki) K 0,0 K 0,1 K 0,2 K 0,3 K 0,4 K 0,5 K 0,6 K 0,7 K 0,8 K 0,9

Valori 1,27 1,00 0,88 0,78 0,69 0,60 0,50 0,40 0,28 0,16

Coeficienţi de variaţie % 1,94 0 0,55 0,67 1,04 0,98 1,33 1,53 1,16 1,01

24

25

Pentru arborii măsuraţi indicii de formă naturali se distribuie după legea distribuţiei normale, ceea ce confirmă constatarea făcută pentru arboretele echiene (Giurgiu, 1978).

Pe baza indicilor de formă naturali obţinuţi, forma arborilor de molid de altitudine este comparată în Figura 4.12 cu cea a arborilor de molid din etajul montan (Giurgiu, 1972).

Se observă că repartiţia biomasei în cazul celor două forme medii este diferită. Arborii de molid din etajul montan au o formă ”plină” iar cei din etajul presubalpin au o formă conică cu o pronunţată îngroşare bazală. Din punct de

vedere mecanic la aceleaşi valori ale modulilor de elasticitate ai lemnului forma arborilor de limită oferă o mai mare stabilitate la solicitările externe.

Rezultatul obţinut explică rezistenţă arborilor de limită la condiţiile de mediu dificile din zona de ecoton şi preecoton.

Figura 4.12 : Curba de contur a fusului la arborele de molid de limită şi arborele de

molid din etajul montan

Pentru arborii de molid de limită se obţine o valoare medie a coeficientului de formă natural de 0.373. În comparaţie cu valoarea medie a coeficientului de formă natural a arborilor din etajul montan (0,544) aceasta este mai mică, rezultat ce exprimă cantitativ diferenţa dintre pofilele sintetice ale formei arborilor prezentate în Figura 4.12. Sub raport biometric

volumul trunchiului arborilor de molid din zona de limită altitudinală a pădurii este, în medie, cu 30% mai mic faţă de al unui arbore din etajul montan pentru aceeaşi înălţime şi diametru la înălţimea 0.1h.

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

-1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50

indice de formă natural

înălţim

ea r

elat

ivă

(%)

arbore din zona de limită

arbore din etajul montan

Valoarea coeficientul de formă artificial f0.1 este calculată pe baza valorilor indicilor de formă naturali cu ajutorul relaţiei matematice de mai jos (Giurgiu, 1979):

( )kkkkkkkkf 2

9.0

2

8.0

2

7.0

2

6.0

2

5.0

2

4.0

2

3.0

2

2.01.0 1*1.0 ++++++++=

4.11 TABELĂ DE CUBAJ PENTRU ARBORI DE MOLID DIN ZONA PRESUBALPINĂ A PĂDURII ÎN MUNŢII RODNEI ŞI CĂLIMANI Baza de date disponibilă permite elaborarea unei tabele de cubaj cu caracter

local pentru arborii de molid din pădurea naturală de limită din nordul Carpaţilor Orientali. Materialul vegetal folosit este prezentat în subcapitolul anterior. Această tabelă de cubaj cu două intrări (diametrul de bază şi înălţimea) permite estimarea corectă a volumului arborilor din zona de limită în comparaţie cu tabelele de cubaj pentru arborii de molid din etajul montan.

În Tabelul 4.2 este prezentată tabela de cubaj a arborilor de molid din zona de limită a pădurii în Munţii Călimani şi Rodna (Nordul Carpaţilor Orientali).

Tabelul 4.2 : Tabelă de cubaj

26

48 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 3

8 0,020 0,045 0,061 0,080 0,101 0,125 0,15110 0,022 0,049 0,067 0,088 0,111 0,137 0,166 0,198 0,232 0,269 0,309 0,35112 0,024 0,053 0,072 0,095 0,12 0,148 0,179 0,213 0,25 0,29 0,333 0,378 0,42714 0,025 0,057 0,077 0,101 0,128 0,158 0,191 0,228 0,267 0,31 0,356 0,405 0,45716 0,061 0,083 0,109 0,138 0,17 0,206 0,245 0,287 0,333 0,382 0,435 0,49118 0,118 0,15 0,185 0,223 0,266 0,312 0,362 0,415 0,473 0,53420 0,204 0,247 0,294 0,345 0,4 0,459 0,522 0,5922 0,331 0,388 0,45 0,517 0,588 0,66424 0,762262830

diametrul (cm)

Volumul fusului în metrii cubi Inălţimea (m)

36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60

81012 0,479 0,534 0,591 0,65214 0,512 0,571 0,632 0,697 0,765 0,836 0,911 0,988 1,06916 0,55 0,613 0,679 0,749 0,822 0,899 0,978 1,062 1,148 1,238 1,332 1,429 1,52918 0,598 0,667 0,739 0,814 0,894 0,977 1,063 1,154 1,248 1,346 1,447 1,553 1,66220 0,661 0,736 0,816 0,9 0,987 1,079 1,175 1,275 1,379 1,487 1,599 1,715 1,83622 0,744 0,829 0,919 1,013 1,112 1,215 1,323 1,436 1,553 1,674 1,801 1,932 2,06724 0,855 0,952 1,055 1,163 1,277 1,395 1,519 1,649 1,783 1,923 2,068 2,219 2,37426 1,494 1,633 1,779 1,93 2,087 2,251 2,421 2,597 2,77928 2,485 2,68 2,882 3,092 3,30930

Diametrul de bază (cm)

Inălţimea (m) Volumul fusului în metrii cubi

Pentru elaborarea tabelei de cubaj au fost folosiţi algoritmii de calcul de mai

jos (Giurgiu, 1965):

ghfv = ; 2

4dg π

= ; 1.01.0 f

ddf ⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛= ;

ddQ 1.0= ; 2

210 hahaaQ ⋅+⋅+=

unde: v – volumul arborelui; g – suprafaţa de bază;

27

f - coeficientul de formă; d – diametrul de bază; h – înălţimea. Coeficienţii ecuaţiei de regresie utilizaţi pentru calcularea raportului Q sunt:

0017.0066.0

5722.1

2

11

0

=

−==

aaa

4.12 CONCLUZII

Organizarea ecosistemelor forestiere de limită, forma şi modul de asociere a indivizilor este expresia presiunii ecologice exercitate de către factorii de mediu. După cum a fost pus în evidenţă în cadrul acestui capitol structura arboretelor de limită din dispozitivele experimentale Călimani 1 şi Rodna 1 în comparaţie cu modelul pădurii naturale de limită din munţii Alpi (Ozenda, 2002) prezintă o variabilitate pronunţată a modului în care arborii se dispun în plan orizontal şi plan vertical. Prin această variabilitate a dispunerii arborilor în spaţiu este exprimat caracterul pronunţat heterogen al structurii arboretelor naturale din zona de ecoton, preecoton.

Analiza distribuţiilor experimentale ale elementelor structurale ale arboretului (diametrul, înălţimea, distanţa dintre arbori, forma arborilor) a arătat că acestea respectă legităţi statistice. Pentru modelarea distribuţiilor experimentale au fost folosite funcţia normală (gaussiană), funcţia beta şi funcţia gamma, funcţii ce au permis o bună ajustare a acestora.

S-a scos în evidenţă faptul că arboretele naturale de molid din zona de limită a pădurii sunt structurate în raport cu diametrul, înălţimea, distanţa dintre arbori, forma trunchiului după legităţi statistice.

Studiul distribuţiei arborilor în raport cu diametrul a arătat ca arboretul din dispozitivul experimental Călimani 1 se află în faza de dezvoltare optimală timpurie iar cel din dispozitivul experimental Rodna 1 se află în faza optimală.

În cadrul arboretelor studiate s-a observat că dimensiunile arborilor scad odată cu altitudinea şi s-au calculat un gradient de descreştere a înălţimilor. Pentru dispozitivul experimental Călimani 1 acesta are valoarea de 1,4 m/10m altitudine iar pentru dispozitivul experimental Rodna 1 acesta are valoarea de 1,8 m/10m altitudine. Cunoaşterea valorii medii a acestui gradient poate permite calcularea zonei de tranziţie dintre pădurea încheiată şi golul alpin dar în cazul de faţă numărul redus de situaţii studiate nu permite generalizarea rezultatului. O aplicaţie practică a acestui rezultat este stabilirea lăţimii benzilor de protecţie în jurul golului alpin.

28

Studiul distribuţiilor distanţelor medii dintre arbori a arătat că în dispozitivul experimental Călimani 1 distanţa medie este de 3.8 m iar în dispozitivul Rodna 1 aceasta este de 3.3 m.

Frecvenţa relativ scăzută a indivizilor în clasele de diametre şi înălţimi mici observată în cazul arboretelor studiate se datorează dinamicii procesului de regenerare care în arboretele de limită este influenţat de frecvenţa scăzută a anilor de fructificaţie şi de calitatea seminţelor produse. La acestea se adaugă factori climatici limitativi (cum ar fi grosimea şi prezenţa stratului de zăpadă) ce afectează instalarea şi creşterea plantulelor. Cauzele principale ale eliminării naturale sunt de asemenea de natură climatică. S-a observat că arborii izolaţi sunt expuşi riscului de a fi doborâţi de vânt iar cei din biogrupe (structuri de tip „arici”) au frecvent vârful uscat sau rupt.

Observaţiile prezentate mai sus explică o parte din cauzele procentului redus de reuşită a regenerărilor artificiale din zona de limită a pădurii. Faptul că puieţii sunt plantaţi sub forma unei reţele este total opus modului grupat în care plantulele sunt dispuse în cadrul arboretului.

Au fost calculaţi indicii de formă naturali şi coeficientul de formă natural f0.1 a formei fusului la arborii de molid de limită iar pe baza datelor din literatura de specialitate s-a pus în evidenţă faptul că aceştia au trunchiul mai conic şi baza mult mai îngroşată faţă de arborii de molid din etajul montan. Forma ergonomică a trunchiului la arborii de molid de altitudine reprezintă adaptarea indivizilor la condiţiile climatice caracteristice zonei presubalpine (vânturi puternice, zăpada).

În contextul unui echilibru dinamic al ecosistemelor naturale rezultatele obţinute şi prezentate în acest capitol surprind caracteristicile structurale ale arboretelor din dispozitivele experimentale Călimani 1 şi Rodna 1 într-o stare a procesului de evoluţie şi adaptare a pădurii din zona de ecoton la condiţiile oferite de mediu.

Ca aplicaţie practică directă a studiului formei arborilor de molid din pădurea naturală de limită din nordul Carpaţilor Orientali a fost întocmită o tabelă de cubaj cu două intrări (diametrul de bază şi înălţimea).

Analiza modului în care arboretele de limită sunt structurate din punct de vedere a diverselor caracteristici dendrometrice prezentate, a permis punerea în evidenţă a interacţiunii dintre procesele de regenerare, creştere şi eliminare naturală a indivizilor în zona de ecoton.

29

5 INDICI DE COMPETIŢIE 5.1 INTRODUCERE

Atât în ecosistemele naturale cât şi în domeniul culturii plantelor, numeroase studii au ca temă studiul relaţiilor intra şi inter specifice. Aceste studii sunt motivate de necesitatea cunoaşterii interacţiunilor la scară individuală cu scopul de a dezvolta modele şi tehnici de cultură care să permită optimizarea proceselor de producţie vegetală din punct de vedere al calităţii şi al cantităţii de biomasă produsă. În silvicultură, lucrările de regenerare, lucrările de îngrijire au drept scop iniţierea şi conducerea procesului de producţie astfel încât la sfârşitul ciclului de producţie, în cadrul unor condiţii staţionale date, masa lemnoasă obţinută să fie expresia maximului de biomasă stocată în sortimente cât mai valoroase. Pentru fundamentarea ecologică a lucrărilor silvice este necesară cunoaşterea modului în care plantele se concurează între ele pentru resurse. Competiţia este un proces dinamic prin care elementele biotice, abiotice şi părţile subterane şi supraterane ale arborilor interacţionează între ele. Indiferent dacă competiţia se face în acelaşi timp pentru apă, elemente nutritive şi lumină, arborii din plafonul inferior manifestă o diminuare a creşterii sub influenţa arborilor dominanţi (Cannell, 1993). Competiţia pentru apă şi elemente minerale este bilaterală sau simetrică pentru că rădăcinile sunt capabile să exploateze un volum de sol proporţional taliei arborilor iar în acest caz arborii dominanţi au un acces la o cantitate mai mare de resurse. Atunci când competiţia se face în principal pentru lumină aceasta devine unilaterală.

Este bine cunoscut faptul că procesul de acumulare al biomasei la nivel de arbore este influenţat de factorii de mediu (condiţiile staţionale, microclimat), caracteristicile indivizilor (vârstă, fondul de gene, caracteristicile speciei) cât şi de poziţia socială a individului în cadrul populaţiei (Doniţă, 1977; Pârvu, 1999; Stugrent, 1975, 1982). Dintre toţi aceşti factori singurul care poate fi modificat este statutul social, deci relaţiile dintre indivizi, prin intermediul lucrărilor de conducere a arboretelor. Astfel, controlul asupra consistenţei arboretelor este pârghia prin care se poate influenţa calitatea şi ritmul de acumulare al biomasei.

În contextul general al acestei lucrări, obiectivul studiului prezentat în acest capitol este de a caracteriza într-o manieră sintetică relaţiile dintre arborii populaţiei la nivel individual. Instrumentele folosite pentru analiza intensităţii interacţiunii dintre indivizi sunt indicii de competiţie.

5.2 STUDIU BIBLIOGRAFIC

În acest subcapitol din ansamblul de indici de competiţie analizaţi în cadrul tezei va fi prezentat doar indicele de competiţie Schutz (1989) care a fost folosit pentru caracterizarea relaţiilor dintre indivizi în arboretele naturale de limită. Acest

indice este cel mai adaptat studiului relaţiei dintre indivizi la scară locală şi în plus singurul indice ce disociază competiţia într-o componentă orizontală şi una verticală. Prin protocolul de selectare a arborilor competitori indicele Schutz este compus din două componente:

componenta orizontală ce exprima gradul de apropiere a coroanelor; componenta verticală ce exprima diferenţa de înălţime dintre arbori.

Formula generală a acestui indice este:

∑ +=n

iSchutz HorkVerI )(

unde: componenta orizontală este : ),/,(5.0 cDvcEvHor −=

componenta verticală este : cDvHcHvVer ,/)( −= Semnificaţia termenilor utilizaţi este:

rvrccDv +=,

cvE , - distanţa dintre extremităţile coroanelor;

Hc - înălţimea arborelui central; Hv - înălţimea arborelui vecin; rc - raza medie a proiecţiei orizontale a coroanei arborelui central; rv - raza medie a proiecţiei orizontale a coroanei arborelui vecin; k – este raportul de proporţionalitate între componenta orizontală şi cea

verticală, pentru molid aceasta este 0.65. În calculul acestui indice un arborele este considerat vecin dacă este

îndeplinită condiţia: )(65.0,5.0, HcHvcDvcEv −+≤

Această condiţie stabileşte limita de distanţă până la care doi arborii interacţionează. Limită este stabilită în funcţie de caracteristicile dendrometrice ale arborilor (raza medie a coroanelor, diferenţa de înălţime). Elementele folosite în calculul acestui indice sunt prezentate schematic în Figura 5.1.

Hc

Hv

Ev,c

rc rv

Hv-Hc

Figura 5.1 : Elemente de calcul pentru indicele de competiţie Schutz

30

31

5.3 REZULTATE EXPERIMENTALE Pe baza studiului bibliografic realizat pentru arborii din dispozitivele

experimentale luate în studiu s-a calculat indicele de competiţie Schutz. Formulele algebrice utilizate şi caracteristicile dendrometrice ale arborilor ce servesc la calcularea acestui indice au fost prezentate anterior.

În Figura 5.3, Figura 5.2 sunt prezentate distribuţiile indicelui de competiţie Schutz în dispozitivul experimental Călimani 1 şi Rodna 1. Se poate observa că în spaţiu, intensitatea fenomenului de competiţie înregistrează variaţii mari. Zonele care se caracterizează prin valori extreme ale indicelui de competiţie Schutz sunt zonele ce corespund structurilor de tip „arici”.

Analiza distribuţiei indicilor de competiţie în funcţie de dimensiunile arborilor sunt prezentate în Figura 5.4. Se observă că valoarea maximă a indicelui de competiţie scade o dată cu creşterea dimensiunilor arborilor, în cadrul acestor structuri arborii de mici dimensiuni se caracterizează prin valori extreme ale indicelui de competiţie. Explicaţia acestui fenomen rezidă în modul de grupare a arborilor.

Figura 5.2 : Textura arboretului în dispozitivul experimental Rodna 1 în raport cu indicele de

competiţie Schutz

Figura 5.3 : Textura arboretului în dispozitivul experimental Călimani 1 în raport cu indicele de

competiţie Schutz

Călimani 1

Rodna 1

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 5 10 15 20 25 30inaltimea (m)

indi

cele

de

com

petit

ie S

chut

z

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25 30inaltimea (m)

indi

cele

de

com

petit

ie S

chut

z

Figura 5.4 : Distribuţia indicelui de competiţie Schutz în funcţie de înălţimea arborilor în

dispozitivele experimentale Călimani 1 şi Rodna 1

5.4 CONCLUZII Studiul bibliografic realizat pe tema indicilor de competiţie pentru arbori

individuali elaboraţi până în prezent a permis sinteza ipotezelor ce stau la baza caracterizării fenomenului de concurenţă a arborilor pentru resurse. Astfel a fost posibilă identificarea indicelui de competiţie Schutz care prin formularea sa algebrică răspunde cel mai bine condiţiilor de structură a arboretelor şi dispunere în spaţiu a dispozitivelor studiate.

În cadrul acestui capitol a fost calculat indicele de competiţie Schutz pentru toţi indivizii din dispozitivele experimentale Călimani 1 şi Rodna 1 şi a fost analizat modul în care este distribuită intensitatea fenomenului de concurenţă dintre arbori în spaţiu. S-a observat că arborii pentru care se obţin valori extreme ale indicelui de competiţie sunt arborii de mici dimensiuni. Se observă de asemenea faptul ca valoarea maximă a indicelui de competiţie scade cu creşterea dimensiunilor arborilor.

32

33

Un aspect important ce se poate desprinde din analiza variabilităţii valorilor indicelui de competiţie pe clase de înălţimi este că aceasta scade cu creşterea înălţimii. Evoluţia acestei variabilităţi în funcţie de dimensiunile arborilor, deci implicit în funcţie de vârsta acestora, arată că arborii tineri care sunt caracterizaţi printr-un indice de competiţie important sunt eliminaţi. Reprezentarea grafică a distribuţiei indicilor de competiţie în funcţie de înălţimea arborilor permite printr-o metodă cantitativă, identificarea indivizilor care sunt puternic stânjeniţi în procesul de creştere datorită lipsei de spaţiu de dezvoltare.

Este interesant de observat că în arboretele de limită centrele de maxim ale valorilor indicelui de concurenţă se suprapun peste poziţia în spaţiu a structurilor de tip „arici”. În literatura de specialitate (Bândiu, 1988) aceste structuri permit instalarea de noi arbori şi crearea de grupuri de arbori ce rezistă la condiţiile climatice vitrege din zona de ecoton. Se observă astfel că la baza echilibrului ecosistemelor naturale de limită stau două fenomene contradictorii (concurenţa şi favorizarea) care sunt strâns legate între ele. Interacţiunea lor pe baza unui proces de feedback face ca arborii să se grupeze în structuri optime în condiţiile date.

Valorile indicelui de competiţie Schutz calculate în cadrul acestui capitol pentru arborii din care s-au extras carote de sondaj vor fi folosite în analiza corelaţiilor între structura arboretelor la scară locală şi caracteristicile dendrometrice şi de calitate a lemnului ale acestora.

6 DENSITATEA LEMNULUI DE MOLID ÎN PĂDURILE NATURALE DE LIMITĂ

6.1 INTRODUCERE Pentru caracterizarea calităţii lemnului de molid în pădurile naturale de limită

patru aspecte sunt analizate, şi anume: densitatea, proprietăţile mecanice, prezenţa lemnului de compresiune şi uniformitatea inelelor anuale.

În cadrul acestui capitol calitatea lemnului de molid din masivele muntoase Călimani şi Rodna este abordată prin prisma densităţii.

Cunoştinţele despre densitatea lemnului sunt necesare şi uneori chiar indispensabile pentru aprecierea indirectă pe baza studiilor de corelaţie a numeroaselor proprietăţi ale materialului (caracteristici mecanice, caracteristici papetare, stabilitatea dimensională, culoare, etc.).

După cum am precizat şi anterior, la noi în ţară au fost deja realizate, cercetări asupra calităţii lemnului la principalele specii forestiere (Ghelmeziu şi alţii, 1960), dar acestea nu au fost corelate cu caracteristici ale arboretelor. Un prim pas a fost făcut recent prin cercetările asupra structurării arboretelor de molid din Bucovina în funcţie de densitatea lemnului (Horodnic, 1999, 2000).

34

Trebuie remarcat de asemenea faptul că în domeniul studiului calităţii lemnului de molid de altitudine nu au fost făcute cercetări. Sinteză bibliografică prezentată în cadrul tezei serveşte la crearea de puncte de reper în vederea raportării rezultatelor cercetărilor noastre la cele deja obţinute pentru studiul variabilităţii densităţii lemnului în inelul anual, intra-arbori şi inter-arbori. În acelaşi timp sinteza bibliografică a permis justificarea alegerii metodei microdensitometrice cu raze X, ca metodă nedestructivă de determinare a densităţii ce corespunde cel mai bine particularităţilor arboretelor luate în studiu.

6.2 MATERIALUL ŞI METODA DE CERCETARE

Având în vedere faptul că arboretele studiate sunt protejate integral, eşantionajul a fost realizat cu burghiul Pressler, metoda fiind considerată nedestructivă. Specia care face obiectul acestui studiu este molidul, alături de acesta un număr redus de carote au fost extrase din jneapăn şi zâmbru cu scopul de avea o imagine de ansamblu asupra densităţii lemnului speciilor lemnoase întâlnite în zona studiată.

6.2.1 MATERIALUL DE CERCETARE

Studiul variabilităţii densităţii lemnului în arbori şi între arbori în arboretele naturale de limită s-a realizat pe două tipuri de eşantioane.

a) eşantioane pentru studiul variabilităţii densităţii lemnului între arbori Pentru studiul variabilităţii densităţii lemnului între arbori de molid au fost

eşantionaţi un număr de 34 arbori proveniţi din Munţii Călimani, Vârful Răţitiş, Ocolul silvic Vatra Dornei, altitudinea de 1700 m şi 12 arbori proveniţi din Munţii Rodna, Vârful Omu, Ocolul silvic Iacobeni, altitudinea de 1500 m.

Prin protocolul de realizare a lucrărilor de teren s-a avut în vedere ca în carote să fie conţinută întreaga porţiune dintre măduvă şi scoarţă. Prelevarea carotelor de sondaj s-a realizat la înălţimea de 50 cm pe direcţia liniei de cea mai mare pantă în partea dinspre vale. Simultan cu lucrările de prelevare a eşantioanelor de molid au fost extrase 7 carote de zâmbru în dispozitivul Călimani 1 si 6 carote de jneapăn în dispozitivul Rodna 1.

În Tabelul 6.1 este prezentată sintetic pe specii numărul de carote extrase şi numărul total de inele analizate. Pentru molid au fost extrase 46 carote cu un număr de 4998 inele anuale, pentru zâmbru au fost extrase 7 carote cu un număr de 760 inele anuale, pentru jneapăn au fost extrase 6 carote cu un număr de 149 inele anuale.

35

Tabelul 6.1: Eşantioane folosite pentru studiul variabilităţii densităţii între arbori

Dispozitiv experimental Specia Număr de carote Număr de inele analizate

molid 34 3936 Călimani 1 zâmbru 7 760 molid 12 1062 Rodna 1

jneapăn 6 149 La alegerea arborilor s-a urmărit ca aceştia să ocupe poziţii sociale diferite în

cadrul arboretului. Vârsta arborilor de molid eşantionaţi este cuprinsă între 70 şi 220 de ani, a

arborilor de zâmbru între 50 şi 220 ani, iar pentru carote de jneapăn vârsta este cuprinsă între 25 şi 35 de ani.

Din cele două distribuţii ale numărului de arbori de molid pe clase de vârstă se poate observa că arborii eşantionaţi în dispozitivul Călimani 1 au o medie de vârstă mai mare faţă de cea a arborilor eşantionaţi in dispozitivul Rodna 1.

b) eşantioane pentru studiul variabilităţii densităţii lemnului în arbori Pentru studiul variabilităţii densităţii lemnului în interiorul arborilor de molid au

fost eşantionaţi un număr de 7 arbori proveniţi din dispozitivul experimental Călimani 1. Eşantioanele au fost extrase cu burghiul Pressler la diferite înălţimi în arbori doborâţi. În Figura 6.1 este prezentat protocolul de eşantionare pentru studiul densităţii în interiorul arborilor. Pentru a limita prejudiciile aduse pădurii naturale prin acest eşantionaj au fost identificaţi arbori doborâţi de vânt în anul 1999.

Figura 6.1 : Protocolul de eşantionare pentru studiul densităţii în interiorul arborilor

6.2.2 METODOLOGIE

Principiul metodei are la bază fenomenul de atenuare a unui fascicul paralel de raze X care traversează un eşantion de grosime constantă. Deoarece lemnul este un material cu o structură poroasă, densitatea acestuia este funcţie de cantitatea de materie existentă în interiorul unui volum elementar aparent studiat.

Tehnica de măsurare a intensităţii fluxului de raze X ce se atenuează la trecerea prin eşantioanele investigate, folosită în cadrul Laboratorului de Studiu al Calităţii Lemnului INRA Nancy, este cea clasică, bazată pe impresionarea unei emulsii fotografice. Imaginea radiografică se obţine în urma absorbţiei razelor X de

către o emulsie de bromură de argint care provoacă după developare o înnegrire a filmului. Imaginea obţinută este o imagine alb-negru, de fapt un degradeu caracterizat de nivele de gri de la 0 la 256.

Figura 6.2 : Imaginea radiografică a eşantioanelor, obţinută prin iradierea cu raze X

Nivelul de gri este direct proporţional cu cantitatea de raze care ajunge pe film. Aceasta este determinată de densitatea şi grosimea eşantionului expus în câmpul de investigaţie. Pe film, pentru eşantioanele de aceeaşi grosime o zonă clară corespunde unei zone de lemn densă care a absorbit fluxul de raze X, şi, invers, o zonă întunecată corespunde unei zone mai puţin dense (Mothe, 1998).

În Figura 6.2 este prezentată imaginea radiografică a eşantioanelor de lemn studiate. În partea dreaptă se observă cala de referinţă care serveşte pentru a determina raportul între densitatea eşantioanelor şi nivelul de gri. Cala este compusă din două zone, una cu variaţie continuă a grosimii iar cea de a doua cu paliere de grosime. Se poate observa de asemenea pentru fiecare eşantion o alternanţă de nivele de gri care corespunde alternanţei lemn timpuriu, lemn târziu. Trebuie menţionat faptul că imaginea eşantionului pe radiografie reprezintă proiecţia în plan orizontal a unui obiect care are trei dimensiuni. Grosimea, relativ mică în direcţia Z a eşantioanelor (2mm), permite obţinerea unei adevărate cartografii a densităţii în planul orizontal XY.

Eşantioanele sunt iradiate după procedura descrisă de Polge şi Nicholls (1972) timp de 4 ore cu un fascicul de raze X de mare lungime de undă, sursa fiind la 2.5 m distanţă de un film Kodak de granulaţie medie (Kodak INDUSTREX Film, M100 Ready Pack). Fluxul este generat în următoarele condiţii electrice : intensitatea de 12 mA şi tensiunea de acceleraţie de 7.5 kV.

Exploatarea radiografiilor obţinute în condiţiile prezentate se realizează cu ajutorul unui program elaborat de Frederic Mothe (Mothe, 1998), radiografia fiind scanată prin transparenţă cu o rezoluţie înaltă (1000 dpi). Imaginea fiecărui eşantion este analizată apoi cu ajutorul programului într-un mod semiautomat.

36

37

Limitele inelelor anuale sunt marcate cu ajutorul mouse-ului pe ecranul calculatorului (Figura 6.3). După fixarea limitelor, programul analizează intensitatea culorii gri şi asociază densitatea care a fost calculată cu ajutorul calei de referinţă.

Figura 6.3 : Analiza semiautomată a imaginii eşantioanelor pe radiografie cu programul CERD

(Mothe şi alţii, 1998)

Opţiunile programului permit de a alege poziţia în care se face măsurarea nivelelor de gri în cadrul inelului anual (numărul de linii de pasaj cât şi numărul de puncte analizate între cele două limite ale inelului anual). Aceasta permite o analiză fină a imaginii eşantionului pe radiografie. Fiecare inel anual este caracterizat prin: lăţime, densitate medie, densitate minimă, densitate maximă; lăţime a lemnului târziu, densitatea medie a lemnului timpuriu şi târziu. Rezultatele sunt verificate şi corectate pentru ansamblul eşantionului folosind următoarele caracteristici ale eşantionului: suprafaţa proiecţiei pe filmul radiografic, umiditatea, grosimea şi greutatea.

6.3 REZULTATE Eşantionajul realizat a permis studiul variabilităţii densităţii între arborii de

molid, zâmbru şi jneapăn cât şi variabilitatea densităţii în interiorul arborilor de molid.

Analiza statistică a datelor experimentale obţinute în urma utilizării metodei microdensitometrice a fost realizată cu programul R (www.r-org.com).

6.3.1 STUDIUL VARIABILITĂŢII DENSITĂŢII ÎNTRE ARBORI

În subcapitolele ce urmează se va prezenta analiza şi valorile densităţilor lemnului de molid, zâmbru şi jneapăn.

6.3.1.1 DENSITATEA LEMULUI DE MOLID

Pentru a realiza analiza statistică a datelor experimentale obţinute prin metoda microdensitometrică baza de date a fost structurată astfel încât variabilei independente densitate medie a inelului anual să-i fie asociat variabile explicative

http://www.r-org.com/

38

sit, arbore, clase de vârstă şi clase de lăţime a inelului anual. Într-o primă etapă a fost făcută o analiză de varianţă a densităţii în cele două situri. Rezultatul obţinut arată ca nu există o diferenţă semnificativă între mediile densităţii lemnului de molid provenit din cele două situri.

Analiza varianţei densităţii luând în considerare situl şi arborele ca variabile descriptive arată că la nivel de arbore media densităţii diferă semnificativ.

Analiza de varianţă luând în considerare situl, arborele şi clasa de vârstă arată că nu există o diferenţă semnificativă între mediile densităţilor pe clase de vârstă corespondente a celor două populaţii eşantionate (Călimani 1 şi Rodna 1) dar există o diferenţă foarte semnificativă între clasele de vârstă, şi că există o diferenţă puţin semnificativă între mediile densităţilor pe clasele de lăţime a inelelor anuale corespondente a celor două populaţii, densităţile între clase fiind foarte semnificativ diferite.

Rezultatele obţinute în urma analizei statistice a datelor experimentale permite calcularea unei valori medii a densităţii lemnului de molid pentru cele două situri luate împreună, diferenţa dintre mediile acestora nefiind semnificativă. În Tabelul 6.2 sunt prezentate valorile medii ale parametrilor micro-densitometrici ai lemnului de molid în arboretele naturale de limită.

În Tabelul 6.3 sunt prezentate valorile medii ale parametrilor micro-densitometrici ai lemnului de molid pe clase de lăţime a inelelor anuale în arboretele naturale de limită.

În Figura 6.4 se observă că densitatea medie şi cea minimă sunt corelate cu densitatea lemnului timpuriu iar densitatea maximă este corelată cu densitatea lemnului târziu. Diferenţa relativ scăzută dintre densitatea medie şi cea a lemnului timpuriu se explică prin proporţia lemnului târziu in cadrul inelului anual.

Tabelul 6.2 : Valorile medii ale parametrilor microdensitometrici ai lemnului de molid în arboretele naturale de limită

Vârstă ani

Dmed Kg/m3

Dmin Kg/m3

Dmax Kg/m3

Dli Kg/m3

Dlt Kg/m3

med 63 442 321 738 392 622 min 1 286 144 388 263 264 max 228 917 756 1151 845 954 var 4360.8 3122.7 15688.8 3473.8 11453.8 coef 66.0 55.9 125.2 58.9 107.0

Dmed – densitate medie, Dmin – densitate minimă, Dmax – densitate maximă, Dli – densitate lemn timpuriu, Dlt – densitatea lemnului târziu.

39

Tabelul 6.3 : Valori medii ale parametrilor microdensitometrici ai lemnului de molid pe clase de lăţime a inelelor anuale

Clir cm

Dmed Kg/m3

Dmin Kg/m3

Dmax Kg/m3

Dli Kg/m3

Dlt Kg/m3

0--0.49 472 372 652 427 574 0.50--0.99 453 335 716 403 610 1.00--1.49 440 316 756 388 636 1.50--1.99 433 303 781 381 646 2.00--2.49 415 287 772 366 635 2.50--2.99 417 280 793 364 650 3.00--3.49 412 270 784 357 643 3.50--3.99 397 266 749 348 615 4.00--4.49 396 283 716 353 588 4.50--4.99 385 287 669 353 556 5.00--5.49 373 272 530 339 468 5.50-6.00 371 274 603 344 503


După cum se poate observa în Figura 6.4 media densităţii scade cu creşterea

lăţimii inelului anual. Acest fenomen se explică prin modul în care se dezvoltă celulele, un inel anual cu creştere rapidă conţine la nivel anatomic celule cu lumen mai mare iar la nivel macroscopic o mai mare proporţie de lemn timpuriu (Figura 6.5). Ambelor fenomene au ca rezultat scăderea densităţii medii a inelului anual.

0100200300400500600700800900

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6

Clase de lăţime a inelelor anuale (mm)

Den

sita

tea

(kg/

m3)

DmedDminDmax Dli Dlt

Figura 6.4 : Parametrii microdensitometrici ai lemnului de molid pe clase de lăţime a

inelului anual

Trebuie remarcat faptul că în cadrul inelului anual proporţia de lemn târziu rămâne relativ constantă (Figura 6.5), având densităţi medii diferite proporţia lemnului târziu şi a celui timpuriu influenţează densitatea medie a lemnului şi de aici indirect calitatea lemnului caracterizată prin intermediu proprietăţilor mecanice (în

studiul bibliografic s-a arătat că între densitate şi proprietăţile mecanice există o strânsă corelaţie pozitivă).

Pe clase de vârstă a inelelor anuale parametrii microdensitometrici rămân relativ constanţi fapt ce se traduce printr-o uniformitate la nivel de densitate în direcţie radială.

Ll i = 0.7736x - 0.0214R2 = 0.8306

Llt = 0.1979Ln(x ) + 0.2681R2 = 0.3061

0123

456

0 2 4 6Lă ţim e a ine lulu i a nua l (cm )

Lăţim

e le

mnu

lui t

impu

riu şi

a

celu

i târ

ziu

(cm

)

Lli Llt

250.0300.0350.0400.0450.0500.0550.0600.0650.0700.0750.0

0 2 4 6 8

quantile (poziţia în cadrul inelului anual)

Den

sita

tea

kg/m

3

0,25

0,751,25

1,75

2,252,75

3,25

3.754.25

4.75

5.255.75

Figura 6.5 : Lăţimea lemnului timpuriu (Lli) şi a lemnului târziu (Llt) în funcţie de lăţimea inelului anual la molid

Figura 6.6 : Pofilele microdensitometrice medii ale inelelor anuale ale lemnului de molid pe clase de lăţime a inelului anual

Pofilele microdensitometrice ale lemnului de molid sunt obţinute prin

măsurarea valorii densităţii lemnului în 20 de puncte în cadrul inelului anual. Pofilele microdensitometrice medii pe clase de lăţime a inelului anual au aceeaşi alură dar amplitudinea variaţiei densităţii scade odată cu creşterea clasei (Figura 6.6). Profilului microdensitometric mediu al lemnului de molid înregistrează o scădere bruscă a densităţii la începutul sezonului de vegetaţie după care acesta creşte lent în a doua parte a sezonului, densitatea variind între 350 şi 650 kg/m3.

40

41

6.3.1.2 DENSITATEA LEMULUI DE ZÂMBRU Pentru a realiza analiza statistică a datelor experimentale obţinute prin

metoda microdensitometrică, baza de date a fost structurată astfel încât variabilei independente densitate medie a inelului anual să-i fie asociat variabile explicative arbore, clasă de vârstă şi clasă de lăţime a inelului anual.

Din rezultatele obţinute în urma analizei statistice a datelor s-a putut observa că există o diferenţă foarte semnificativă între densitatea medie lemnului de zâmbru pe arbori, explicată prin diferenţa foarte semnificativă între densitatea medie a claselor de vârstă cât şi între densitatea medie a claselor de lăţime a inelelor anuale.

În Tabelul 6.4 sunt prezentate valorile medii ale parametrilor microdensitometrici ai lemnului de zâmbru în arboretele naturale de limită.

Valoarea densităţii medii a lemnului de zâmbru calculată pe ansamblul valorilor obţinute în urma măsurătorilor este de 445 kg/m3.

Tabelul 6.4 : Valori medii ale parametrilor microdensitometrici ai lemnului de zâmbru în arboretele naturale de limită

Vârstă

ani Dmed Kg/m3

Dmin Kg/m3

Dmax Kg/m3

Dli Kg/m3

Dlt Kg/m3

med 81 445 349 682 411 577 max 228 900 825 1072 880 955 min 1 308 196 456 303 360 var - 3398.8 3101.5 7823.8 3125.0 5429.9 coef - 58.2 55.7 88.4 55.9 73.7


În urma analizei statistice a datelor s-a observat că densitatea medie diferă pe clase de vârstă cât şi pe clase de lăţime a inelelor anuale. O ilustrare a valorilor obţinute este prezentată în Figura 6.7.

200

300

400

500

600

700

800

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Clase de lăţime a inelului anual (mm)

Dens

itate

a (k

g/m

3) DmedDminDmax Dli Dlt

Figura 6.7 : Parametrii microdensitometrici ai lemnului de zâmbru pe clase de lăţime a

inelului anual

Se poate observa că densitatea medie a inelului anual scade cu creşterea lăţimii acestuia în clase de lăţime a inelului anual inferioare celei de 2,25 mm după care densitatea rămâne relativ constantă. Pe clase de vârstă a inelelor anuale parametrii microdensitometrici scad cu creşterea vârstei inelului anual. Se observă o strânsă corelaţie între densitatea medie, cea minimă şi densitatea lemnului timpuriu. Fenomenul este explicat prin lăţimea constantă a lemnului târziu în cadrul inelului anual (Figura 6.8).

Lli = 0.7873x + 0.001R2 = 0.9369

Llf = 0.2385Ln(x) + 0.2564R2 = 0.4169

00,5

11,5

22,5

33,5

4

0 1 2 3 4 5Lăţimea inelului anual (mm)

Lăţim

ea le

mnu

lui t

impu

riu (L

li) ş

i lăţim

ea le

mnu

lui t

ârzi

u (L

lt) (m

m)

Lli Llf

200

300

400

500

600

700

0 1 2 3 4quantile (poziţia în cadrul inelului anual)

Den

sita

tea

(kg/

m3)

0,250,751,251,752,252,753,253,75

Figura 6.8 : Lăţimea lemnului timpuriu (Lli) şi a lemnului târziu (Llt) în funcţie de lăţimea inelului anual la zâmbru

Figura 6.9 : Pofilele microdensitometrice medii ale inelelor anuale ale lemnului de zâmbru pe clase de lăţime al inelului anual

42

În Figura 6.9, sunt prezentate pofilele microdensitometrice medii de clase de vârstă, clase de lăţime a inelelor anuale cât şi profilul microdensitometric mediu al lemnului de zâmbru. Din reprezentările grafice se poate observa că toate pofilele microdensitometrice cu excepţia profilului microdensitometric mediu al clasei de lăţime a inelelor anuale 0,25 mm au aceeaşi alură. În cadrul profilului densitometric mediu, densitatea înregistrează o scădere bruscă la începutul sezonului de vegetaţie după care creşterea ei este uniformă. Densitatea variază între 385 şi 600 kg/m3.

43

6.3.1.3 DENSITATEA LEMULUI DE JNEAPĂN

În Tabelul 6.5 sunt prezentate valorile medii ale parametrilor micro-densitometrici ai lemnului de jneapăn. Valoarea densităţii medii a lemnului de jneapăn calculată pe ansamblul valorilor obţinute în urma măsurătorilor este de 665 kg/m3. Ilustrarea grafică a valorilor medii ale parametrilor microdensitometrici pe clase de lăţime a inelului anual sunt prezentate în Figura 6.10.

Se observă că densitatea medie a lemnului creşte în primele două clase de lăţime a inelului anual după care rămâne constantă. Acest fenomen poate fi explicat prin faptul că la jneapăn lăţimea lemnului târziu nu rămâne constantă în cadrul inelului anual (Figura 6.11).

Tabelul 6.5 : Densitatea lemnului de jneapăn în vecinătatea arboretelor naturale de limită

Vârstă

ani Dmed Kg/m3

Dmin Kg/m3

Dmax Kg/m3

Dli Kg/m3

Dlt Kg/m3

med 15 665 543 847.12 609.3 767.25 max 33 741 653 888 713 811 min 1 606 497 716 582 658 var 512.0 9113 12168 14792 8581 11705 coef 8.87 107.7 97.92 104.71 104.6 101.03


300

400

500

600

700

800

900

0 0,5 1 1,5 2

Clase de lăţime a inelui anual (mm)

Dens

itate

a (k

g/m

3) DmedDminDmax Dli Dlt

Figura 6.10 : Parametrii micro-densitometrici ai lemnului de jneapăn pe clase de lăţime a

inelului anual

Densitatea profilului microdensitometric la jneapăn ia valori între 490 şi 690 kg/m3.

00,20,40,60,8

11,21,41,61,8

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Lăţimea inelului anual (mm)

Lăţim

ea le

mnu

lui t

impu

riu (L

li) ş

i a

lem

nulu

i târ

ziu

(Llt)

(mm

)LliLlt

Figura 6.11 : Lăţimea lemnului timpuriu (Lli) şi a lemnului târziu (Llt) în funcţie de lăţimea

inelului anual la jneapăn

6.3.2 STUDIUL VARIABILITĂŢII DENSITĂŢII ÎN INTERIORUL ARBORILOR În figurile de mai jos sunt prezentate distribuţiile densităţii în interiorul a doi

din cei şapte arbori de molid ce provin din dispozitivul experimental Călimani 1.

Figura 6.12 : Evoluţia densităţii în interiorul arborilor a doi arbori de molid (arborele2 şi arborele 7)

Pentru ansamblul de arbori studiaţi s-a observat că: zonele centrale din interiorul arborilor (inele anuale apropiate de

măduvă) sunt caracterizate printr-o densitate mai mare faţă de restul arborelui;

44

45

se disting variaţii ale densităţii care se manifestă în direcţie oblică (scăderi a valorii densităţii sau creşteri a acesteia) ce corespund unui inel anual sau unei succesiuni de inele anuale;

se disting două feluri de distribuţie a densităţii – arbori cu densitate uniformă în tot arborele şi arbori cu zona centrală mai densă;

insular apar zone ce se disting printr-o densitate diferită, acestea pot fi datorate extragerii carotei de sondaj din apropierea unui nod (în acest caz este indusă o foarte mare anizotropie la nivelul structurii anatomice şi a proprietăţilor lemnului, (Keller, 1994);

la nivel de arbore densitatea medie diferă de la individ la individ. 6.4 CONCLUZII

Metoda de studiu a densităţii lemnului cu raze X a permis studierea variabilităţii densităţii lemnului de molid, zâmbru şi jneapăn, specii lemnoase prezente în zona de limită a ecosistemului forestier. După cum am mai afirmat, această metodă este nedestructivă atât prin metoda de lucru cât şi prin faptul că eşantioanele folosite sunt confecţionate din carote de sondaj.

Din analiza rezultatelor obţinute se pot sintetiza următoarele concluzii: densitatea medie a lemnului de molid este de 442 kg/m3, densitatea medie a

lemnului de zâmbru este de 445 kg/m3 iar densitatea medie a lemnului de jneapăn este de 655 kg/m3.

în cadrul inelului anual al lemnului de molid şi zâmbru lăţimea lemnului târziu rămâne relativ constantă fapt ce determină scăderea densităţii medii a lemnului odată cu creşterea lăţimii inelului anual.

între arborii de molid densitatea lemnului este semnificativ diferită deoarece în arboretele naturale fiecare arbore prezintă un ritm de creştere diferit, ritm legat de poziţia socială în cadrul arboretului şi accesul la resurse.

la nivel de arbore au fost distinse două tipuri de distribuţie a densităţii: arbori cu densitate relativ uniformă pe întreaga lungime a fusului şi arbori la care zona din imediata vecinătate a măduvei este mai densă.

Dintre toate rezultatele obţinute cel mai important este cel legat de lăţimea constantă a lemnului târziu în cadrul inelului anual. Acest fenomen poate permite controlul densităţii lemnului prin intermediul consistenţei arboretelor, ştiut fiind faptul că în interiorul arborilor, creşterile anuale sunt direct influenţate de către densitatea arboretelor (Giurgiu, 1989).

46

7 PROPRIETĂŢI MECANICE ALE LEMNULUI DE MOLID ÎN PĂDURILE NATURALE DE LIMITĂ DETERMINATE CU ULTRASUNETE

7.1 INTRODUCERE În procesul de industrializare a lemnului, calitatea materiei prime utilizate este

unul din parametrii ce pot limita posibilităţile de fabricaţie ale unui produs. În acest context tendinţa actuală în administraţia fluxurilor industriale avansate este de a estima cât mai precis calitatea lemnului în arborii ce urmează a fi exploataţi sau în produsele intermediare (buşteni, scânduri, grinzi) în vederea alegerii materiei prime ce corespunde cel mai bine produsului final.

Obiectivul capitolului de faţă este de a studia proprietăţile mecanice lemnului de molid în pădurile presubalpine din masivele muntoase Călimani şi Rodna. Pentru realizarea obiectivului acestui studiu (determinarea proprietăţilor mecanice ale lemnului) a fost folosită o metoda nedestructivă bazată pe fenomenul de propagare a ultrasuntelor.

Determinarea modulilor de rigiditate ai lemnului cu ultrasunete prezintă un interes deosebit deoarece metoda este nedestructivă. Cu acestă metodă pot fi analizaţi arbori pe picior cât şi eşantioane de lemn de mici dimensiuni. În cadrul acestui subiect de cercetare, modulii de rigiditate întregesc seria parametrilor ce caracterizează calitativ lemnul de molid de altitudine alături de densitate.

7.2 MATERIALUL ŞI METODA DE CERCETARE 7.2.1 MATERIALUL DE CERCETARE

După cum a fost prezentat anterior, metodele de analiză a eşantioanelor sunt nedestructive, fapt ce permite folosirea materialului vegetal recoltat pentru mai multe tipuri de măsurători.

Pentru studiul proprietăţilor mecanice ale lemnului de molid provenit din pădurile naturale de limită au fost folosite un număr de 34 de carote extrase din 23 arbori proveniţi din Munţii Călimani, Vârful Răchitiş, Ocolul Silvic Vatra Dornei, dispozitivul experimental Călimani 1, altitudinea de 1700 m, şi 11 arbori proveniţi din Munţii Rodna, Vârful Omu, Ocolul Silvic Iacobeni, dispozitivul experimental Rodne1, altitudinea de 1500 m. Carotele de sondaj au fost prelevate la înălţimea de 50 cm pe direcţia liniei de cea mai mare pantă în partea dinspre vale. După prelevare, carotele au fost transportate în laborator, uscate în aer şi condiţionate la umiditatea de 10% apoi din ele au fost confecţionate barete de 2 mm grosime cu ajutorul unui sistem de frezaj (Perrin, 1983).

În Tabelul 7.1 este prezentată sintetic structura eşantionajului realizat. Numărul de zone analizate a rezultat în urma stabilirii protocolului de realizare a

47

măsurătorilor. Pe fiecare carotă măsurătorile au fost realizate la intervale de un centimetru dinspre coajă spre măduvă, prima fiind poziţionată la 0.5 cm de coajă (Figura 7.1). Numărul total de măsurători realizate pe cele 34 carote este de 490.

Figura 7.1 Protocolul de realizare a măsurătorilor cu ultrasunete pe barete de 2 mm grosime

confecţionate din carote de sondaj

Tabelul 7.1 : Eşantioane folosite pentru studiul proprietăţilor mecanice ale lemnului

Dispozitiv experimental

Specie Număr de arbori eşantionaţi

Număr de zone analizate

Călimani 1 molid 23 366

Rodna 1 molid 11 124

Total 34 490

7.2.2 METODA DE CERCETARE Determinarea modului de rigiditate a lemnului necesită două tipuri de

măsurători şi anume: măsurarea vitezei de propagare a ultrasunetelor; măsurarea valorii densităţii lemnului în zona respectivă prin metoda cu

raze X prezentată anterior.

7.2.2.1 METODA DE MĂSURARE A VITEZEI ULTRASUNETELOR PE CAROTELE DE SONDAJ

a) Principiul metodei Principiul metodei vitezei de propagare a ultrasunetelor în solide, este bazat

pe măsurarea timpului de propagare al unui impuls ultrasonor între două puncte situate la o distanţă cunoscută. Raportul între această distanţă [m] şi timpul de propagare [µs] determină valoarea vitezei ultrasunetelor în solidul studiat [m/s].

b) Aparatura Tehnica ultrasonoră utilizată în cazul de faţă, este cea a măsurării vitezei de

propagare a ultrasunetelor prin contactul direct al transductorului cu epruveta de lemn. Măsurătorile sunt efectuate cu dispozitivul portabil Au 80 Sattec, France şi

48

care este compus dintr-un generator, un osciloscop şi doi transductori în contact cu carota de sondaj.

Generatorul de ultrasunete produce vibraţii de înaltă frecvenţă (1 MHz) care sunt transformate în vibraţii mecanice de transductorul emetor. Acesta, la rândul lui, transmite epruvetei vibraţiile mecanice. Transductorul receptor preia vibraţiile mecanice şi le transformă în impulsuri electronice. Diferenţa de timp între cele două semnale electronice permite să se măsoare viteza de propagare a impulsurilor când se cunoaşte dimensiunea epruvetei în zona măsurată. Eroarea de măsurare a vitezei de propagare calculată pe epruvete de tip cubic de 16x16x16mm este de 1%.

7.3 REZULTATE

Pentru eşantioanele analizate valoarea medie a densităţi lemnului din arboretele de molid pe care s-au făcut măsurătorile de este de 429 kg/m3. Amplitudinea de variaţie a componentelor microdensitometrice (Dmax-Dmin) este de 426 kg/m3. Raportul între valorile extreme ale componentelor (Dmax/Dmin) este de 2.4 , valoare ce se situează în limita normală pentru lemnele de răşinoase (Ferrand, 1982) .

Lăţimea medie a inelului anual în zonele măsurate cu ultrasunete este cuprinsă între 0.30 mm şi 4.2 mm, având o medie de 1.62 mm. În cadrul inelului anual lăţimea medie a lemnului timpuriu este de 1.28 mm iar cea a lemnului târziu este de 0.32 mm. Proporţia lemnului târziu este de 23%, valoare comparabilă cu cea a lemnului de rezonanţă pentru care valoarea maximă admisă pentru instrumentele muzicale cu corzi este de 25%.

Pe baza datelor obţinute a fost făcută o analiză de varianţă a modulului de rigiditate a lemnului de molid în cele două situri. Rezultatul obţinut arată că:

există o diferenţă puţin semnificativă între valorile medii ale modulului de rigiditate al lemnului de molid în cele două situri, valorile medii ale modulului de rigiditate fiind semnificativ diferite doar la nivel de arbore;

valorile medii ale modulului de rigiditate structurate pe clase de lăţime a inelelor anuale nu sunt semnificativ diferite nici între clasele de lăţime a celor două situri şi nici între clasele aceluiaşi sit. Acelaşi rezultat este obţinut şi în cazul structurării datelor în funcţie de poziţia faţă de coajă.

Analiza statistică a valorilor vitezelor de propagare a ultrasunetelor în lemnul de molid, a impedanţei sau a radiaţiei, arată că pentru toţi parametrii:

diferenţe semnificative există doar între arbori; valorile medii structurate pe clase de lăţime a inelelor anuale şi pe

poziţii faţă de coajă sunt semnificativ diferite.

49

Viteza medie a ultrasunetelor obţinută în urma măsurătorilor pe baretele de 2 mm grosime este de 2626 m/s. Trebuie subliniat faptul că dimensiunea şi forma eşantioanelor utilizate are o mare influenţă asupra valorilor obţinute datorită fenomenelor de dispersie geometrică a undelor. În literatura de specialitate (Bucur, 1995) este prezentată relaţia între valoarea vitezelor măsurate pe solide infinite (epruvete normalizate), pe placi şi pe eşantioane de mici dimensiuni. Acest studiu permite estimarea vitezei ultrasunetelor în solidele infinite pe baza măsurătorilor pe eşantioane de mici dimensiuni. Coeficientul de corecţie este de 1,7. În cazul de faţă aplicând coeficientul de corecţie, valoarea medie a vitezelor ultrasunetelor într-un solid infinit este de 4464 m/s.

În Figura 7.2 este prezentată distribuţia valorilor vitezelor de propagare a ultrasunetelor în barete de lemn de molid de 2 mm grosime. Se observă că un procent 11 % din valorile măsurate sunt mai mari de 5500 m/s, valori ce corespund vitezelor ultrasunetelor în lemnul de rezonanţă. Distribuţia zonelor pe carote în care vitezele ultrasunetelor au valori ca şi pentru lemnul de rezonantă va fi analizată în capitolul 9.

3000 4000 5000 6000

TotalCalimani 1

Rodna 10

10

20

30

40

50

60

clasa de viteză (m/s)

fracvenţa (%) TotalCalimani 1Rodna 1

Figura 7.2 : Distribuţia vitezelor de propagare a ultrasunetelor în barete de lemn de molid de 2 mm

grosime

Pe baza valorilor vitezelor ultrasunetelor astfel corectate au fost calculate valorile modulului de rigiditate, ale impedanţei şi ale radiaţiei acustice. Pentru lemnul de molid de altitudine acestea sunt prezentate în Tabelul 7.2.

50

Tabelul 7.2 : Parametrii statistici ai modulului de rigiditate, impedanţei şi radiaţiei acustice

Viteza de propagare a ultrasunetelor

m/s

Modul rigiditate 108 N/m²

Impedanţa acustică

105. kg m -2 s-1

Radiaţia

m4 s-1kg-1 Media 4464 88 19 11

Maximum 6528 182 44 19 Minimum 2565 24 9 5 Abaterea 1724689 2697.8 21.8 12.7

Coef.var % 550 23.349 3.045 1.493 Din punct de vedere al calităţii lemnului, modulul de rigiditate prezintă o

importanţă particulară. Pentru lemnul de altitudine interesul studiului este de a caracteriza capacitatea arborilor de a rezista la solicitările mediului (vânt, zăpadă, etc). Valoarea medie a modulului de rigiditate este de 88*10 8 N/m². Pentru lemnul de molid din etajul montan, modulul de rigiditate calculat este de 108,9*108 N/m² (Bucur, Archer, 1984). Diferenţa este de 19% ceea ce sugerează că proprietăţile mecanice ale lemnului de molid de altitudine sunt comparabile cu cele ale molidului normal. Acest comportament este confirmat şi de valorile apropiate ale impedanţei şi radiaţiei acustice faţă de cele ale molidului obişnuit (impedanţa molidului obişnuit este 2,6*10 6 kg/s.m² iar radiaţia 11.0 kg-1 m-2 s).

Analiza relaţiilor între parametrii mecanici şi lăţimea inelelor anuale pe de o parte şi pe de altă parte între parametrii mecanici şi poziţia punctelor de măsurare pe barete a pus în evidenţă următoarele:

variaţia modulului de rigiditate în funcţie de lăţimea inelului anual prezintă o tendinţă de scădere odată cu creşterea lăţimii inelului, dar corelaţia nu este semnificativă;

variaţia valorilor modulului de rigiditate (CLL), măsurat în direcţie

radială în funcţie de poziţia de măsurare ce variază de la scoarţă către măduvă este aproape zero, ceea ce corespunde unei calităţi uniforme a lemnului examinat;

pentru impedanţa şi radiaţia acustică se observă aceiaşi tendinţă de uniformitate a valorilor parametrilor de la măduvă spre scoarţă.

7.4 CONCLUZII

Caracterizarea proprietăţilor mecanice ale lemnului de molid din pădurile naturale de limită a fost făcută prin măsurarea vitezei de propagare a ultrasunetelor pe direcţia longitudinală, în sensul fibrelor şi prin determinarea densităţii prin metode radiografice pe carote de sondaj provenite din nordul Carpaţilor Orientali, masivele Călimani şi Rodna.

51

Valorile medii ale parametrilor măsuraţi au fost comparate cu cele prezentate în literatură arătându-se că proprietăţile mecanice ale lemnului de molid de limită sunt asemănătoare cu cele ale molidului din etajul montan. Nu au fost înregistrate diferenţe semnificative între proprietăţile mecanice ale lemnului de molid între cele două dispozitive experimentale din care provine materialul vegetal analizat. Valoarea medie a modulului de rigiditate obţinut în acest caz este de 88*10 8 N/m².

Rezultatele privitoare la vitezele de propagare ale ultrasunetelor în lemnul de molid de altitudine au arătat că 11% din eşantioanele studiate au viteze ce corespund celor ale lemnului de molid de rezonanţă. Acest rezultat sugerează prezenţa lemnului de rezonanţă în arboretele de limită.

Sudiul distribuţiei valorilor modulului de rigiditate, impedanţei, radianţei în funcţie de poziţia pe carotă pun în evidenţă calitatea omogenă a lemnului din pădurile naturale de limită.

8 LEMNUL DE COMPRESIUNE 8.1 INTRODUCERE

Anizotropia pe care mecanismele fiziologice de redresare a trunchiului arborilor o induc la nivelul lemnului este considerată un defect în industria de prelucrare a lemnului. Această anizotropie este datorată prezenţei pe secţiunea transversală a trunchiurilor, a lemnului de reacţiune. În cazul răşinoaselor acesta poartă numele de lemn de compresiune.

Lemnul de compresiune este răspunsul arborelui la un complex de factori printre care putem menţiona fototropismul şi înclinarea accidentală a arborilor. Acesta se formează pe secţiunea transversală a trunchiului în direcţia în care arborele este înclinat. Modificarea artificială a consistenţei arboretelor de răşinoase poate la rândul ei determina formarea lemnului de compresiune. Vântul, gheaţa, zăpada pot produce îndoirea arborilor care formează ca reacţie lemn de compresiune.

Pentru produsele industrializate, prezenţa lemnului de compresiune este asociată cu defecte cum ar fi: contragerea longitudinală ridicată a cherestelei, crăparea şi răsucirea scândurilor, modul de elasticitate scăzut.

Prezenţa lemnului de compresiune poate fi tolerată în elementele de şarpantă, în plăcile de fibre precum şi în lemnul pentru industria celulozei şi hârtiei. Trebuie menţionat că lemnul de compresiune produce uzarea prematură a cuţitelor de defibrare, este mult mai dificil de albit decât lemnul normal deoarece conţine multă lignină. În cazul plăcilor aglomerate lemnul de compresiune produce dificultăţi de încleiere.

52

Calitatea furnirelor şi a placajelor este mult influenţată de prezenţa lemnului de compresiune deoarece derularea este dificilă din cauza excentricităţii trunchiurilor, contragerea longitudinală mare determină o stabilitate dimensională redusă a produselor, densitatea ridicată şi permeabilitatea redusă a lemnului de compresiune producând defecte de adeziune între foile de furnire ce intră în alcătuirea placajelor.

După cum se poate observa în rândurile de mai sus prezenţa lemnului de compresiune este un defect pentru produsele lemnoase datorită comportamentului şi caracteristicilor sale. Interesul actual pe plan mondial este de a estima proporţia şi distribuţia lemnului de compresiune în arborete şi arbori pe picior.

Obiectivul studiului prezentat în acest capitol este de a pune în evidenţă prezenţa lemnului de compresiune în arborii de molid din arboretele naturale de limită situate în nordul Carpaţilor Orientali prin metode nedestructive.

Studiul bibliografic realizat şi prezentat în cadrul tezei este o sinteză a cercetărilor asupra caracteristicilor chimice, fizice şi mecanice a lemnului de compresiune cât şi a metodelor de identificare şi clasificare ale acestuia.

Pentru a analiza prezenţa lemnului de compresiune în arborii de molid de altitudine, metoda cea mai bine adaptată acestui gen de studiu este metoda de identificare vizuală prin transparenţă pe eşantioane de grosime mică (2-4 mm) propusă de Pillow (1941).

Sinteza cunoştinţelor asupra cartografiei lemnului de compresiune în interiorul arborilor permite efectuarea unui eşantionaj redus dar cu o eficienţă maximă. Aceasta face referire la poziţionarea lemnului de compresiune pe secţiunea transversală în direcţia în care arborele este înclinat. Astfel extragerea unei carote din direcţia de înclinare a arborelui este suficientă pentru detectarea prezenţei lemnului de compresiune.


Măsurătorile efectuate în teren pentru determinarea diametrului la cioată şi la înălţimea de 1.30m au permis evaluarea excentricităţii secţiunii transversale. Observaţiile realizate în timpul măsurătorilor au scos în evidenţă că, în cea mai mare parte a cazurilor, orientarea axei excentricităţii secţiunilor transversale a arborilor corespunde cu orientarea pantei terenului. Aceste observaţii au stat la baza stabilirii protocolului de eşantionaj. Prelevarea carotelor de sondaj s-a realizat la înălţimea de 50 cm pe direcţia liniei de cea mai mare pantă în partea dinspre vale.

Studiul prezenţei lemnului de compresiune în arbori de molid s-a realizat pe un număr de 46 arbori (34 arbori proveniţi din Munţii Călimani, Vârful Răchitiş,

53

Ocolul Silvic Vatra Dornei, altitudinea de 1700 m şi 12 arbori proveniţi din Munţii Rodnei, Vârful Omu, Ocolul Silvic Iacobeni, altitudinea de 1500 m.

Numărul de inele anuale analizate pe aceste 34 carote provenite din dispozitivul experimental Călimani 1 este de 3936 iar cele 12 carote provenite din dispozitivul experimental Rodna 1 este de 1062.

8.2.2 METODA DE CERCETARE

Studiul bibliografic realizat prezintă o imagine de ansamblu a caracteristicilor microscopice şi macroscopice ale lemnului de compresiune, distribuţiei în arbori şi metodele de identificare şi clasificare.

Datorită particularităţii acestui studiu, arboretele analizate fiind protejate integral, metoda de cercetare adoptată este o metodă combinată. Imposibilitatea de a preleva rondele de 4 milimetri grosime din arbori la diferite înălţimi datorită caracterului destructiv al metodei şi dificultatea de a analiza un număr mare de arbori sunt cauzele principale ale alegerii făcute. Eşantioanele utilizate sunt barete de 2 milimetri grosime obţinute prin debitare din carote de sondaj. Metoda de identificare vizuală este cea clasică descrisă de Pillow în 1941. Eşantioanele sunt analizate pe o placă de sticlă ce permite iluminarea din spate.

Validarea metodei s-a făcut prin analiza structurii anatomice a unui număr de 40 de inele anuale. S-a constat că pentru inelele clasate ca inele ce conţin lemn de compresiune structura anatomică corespunde caracteristicilor descrise în literatura de specialitate.

În figura 3.2. este prezentată o baretă scanată. În partea stângă în prima treime se observă o succesiune de trei inele anuale de culoare mai închisă. Aceste zone corespund lemnului de compresiune. Imaginea reală care este observată în timpul analizei carotelor nu poate fi reprodusă pe fotografii.

Figura 8.1 : Imaginea scanată a unei barete ce conţine lemn de compresiune (succesiunea de trei inele mai închise la culoare din partea dreapta a imaginii)

Avantajele metodei propuse constau în caracterul nedestructiv al

eşantionajului. Dezavantajul acestei metode este faptul că secţiunea transversală a arborelui este analizată doar pe o singură rază (locul unde a fost prelevată carota) iar studiile realizate până în prezent nu permit estimarea procentului de lemn de compresiune plecând de la o astfel de determinare. Dar, cum obiectivul nu este o

54

determinare precisă a acestui procent iar studiile de cartografie au arătat (Timell, 1986; Hapca, 2001) că lemnul de compresiune este localizat în zona comprimată a secţiunii, prezenţa acestuia poate fi depistată prin extragerea unei carote de sondaj din direcţia în care arborele este înclinat sau prezintă o excentricitate.

8.3 REZULTATELE CERCETĂRII

Pe baza metodologiei prezentate anterior din cele 46 carote extrase au fost confecţionate barete de 2 milimetri grosime. Din acestea un număr de cinci barete conţin lemn de compresiune. Pe ansamblul de cinci barete au fost identificate doar 39 de inele ce conţin lemn de compresiune. Raportat la numărul total de inele analizate (4998) putem afirma că prezenţa lemnului de compresiune este nesemnificativă, proporţia fiind doar de 0,78 %.

Distribuţia inelelor ce conţin lemn de compresiune este caracterizată de următoarele aspecte:

numai pe o singură baretă inelele au fost grupate (o succesiune de 18 inele, primul inel are vârsta cambială 35), în rest toate celelalte sunt dispersate;

inelele dispersate sunt localizate numai în partea baretei ce corespunde zonei de lemn juvenil (inele anuale cu vârsta cambială mai mică de 15 ani).

8.4 CONCLUZII

Contrar aşteptărilor, în urma analizei eşantioanelor de lemn de molid din pădurea de limită proporţia de lemn de compresiune este nesemnificativă, doar 39 de inele din 4998 conţin lemn de compresiune.

Singura rezervă pentru concluzia studiului este posibilitatea ca localizarea lemnului de compresiune în trunchiul arborilor de molid de altitudine să nu fie aceiaşi ca pentru toate celelalte specii de răşinoase, fapt puţin probabil.

Protocolul de eşantionaj realizat are dezavantajul că nu permite realizarea unui studiu precis a proporţiei de lemn de compresiune în arbore, datorită dificultăţilor de extrapolare a proporţiei de la carote la secţiuni transversale dar în cazul rezultatului obţinut acest aspect nu are consecinţe.

Metoda folosită are caracter nedestructiv, ea fiind cea mai bine adaptată pentru investigaţia calităţii lemnului în păduri protejate integral.

55

9 LEMNUL DE REZONANŢĂ 9.1 INTRODUCERE

Abordarea subiectului lemnului de rezonanţă în această teză este o consecinţă a analizei rezultatelor obţinute în capitolele anterioare, în special cel ce tratează proprietăţile mecanice ale lemnului studiate cu ultrasunete. După cum a fost prezentat anterior din ansamblul de valori obţinute, prin măsurători directe, pentru viteza de deplasare a ultrasunetelor în lemn, un procent de 11 % corespunde vitezelor de deplasare a ultrasunetelor în lemnul de rezonanţă.

Acest rezultat a ridicat un semn de întrebare deoarece grupul de termeni : lemn, molid, structura naturală a arboretului, viteze ale ultrasunetelor în lemnul de rezonanţă, asociat studiului nostru sugerează ideea prezenţei lemnului de rezonată în arboretele naturale de molid de limită.

Pentru a aduce un răspuns acestei întrebări a fost realizat un studiu bibliografic pe tema lemnului de rezonanţă. Elementele bibliografice sintetizate au dat posibilitatea definirii caracteristicilor ce trebuiesc studiate şi metodelor prin care se poate identifica lemnul de rezonanţă.

Acest capitol are ca obiectiv principal identificarea, analiza şi cartografierea zonelor de carote în care vitezele de deplasare a ultrasunetelor corespund celor specifice lemnului de rezonanţă.

Studiu este motivat de interesul de a descoperi noi rezerve de lemn de rezonanţă, dacă acestea există, şi de a îmbogăţi cunoştinţele cu privire la mecanismul şi factorii ce determină formarea acestuia în contextul arboretelor naturale.


Pentru studiul prezenţei lemnului de molid de rezonanţă în pădurile naturale de limită a fost folosit acelaşi material vegetal ca şi pentru studiul proprietăţilor mecanice (34 de carote extrase din 23 arbori proveniţi din Munţii Călimani, Vârful Răchitiş, Ocolul Silvic Vatra Dornei, dispozitivul experimental Călimani 1 altitudinea de 1700 m şi 11 arbori proveniţi din Munţii Rodna, Vârful Omu, Ocolul Silvic Iacobeni, dispozitivul experimental Rodna 1, altitudinea de 1500 m).

9.2.2 METODA DE CERCETARE

În practica curentă nu există o metodologie riguroasă pentru caracterizarea lemnului de rezonanţă. Tehnicile moderne de analiza a proprietăţilor materialelor permit determinarea parametrilor mecanici ce caracterizează lemnul de rezonanţă prin metode nedestructive

56

În cadrul acestui studiu pentru caracterizarea calităţii lemnului de molid vor fi folosite două tehnici şi anume:

măsurarea vitezei de propagare a ultrasunetelor; măsurarea valorii densităţii lemnului prin metoda microdensitometrică.

Protocolul de realizare a eşantionajului şi de pregătire a materialului vegetal pentru măsurători, cât şi metodologia de realizare a acestora a fost prezentată în capitolele anterioare.

9.3 REZULTATE

În capitolul 7 au fost prezentate distribuţiile vitezelor de propagare a ultrasunetelor în baretele de lemn de molid provenit în cele două dispozitive experimentale (Rodna 1 şi Călimani 1). S-a putut observa că pe ansamblu, 11 % din valorile obţinute sunt conţinute în clasa de viteză 6000, clasă ce corespunde vitezelor de propagare a ultrasunetelor în lemnul de rezonanţă. Individual, pe dispozitive experimentale, se poate observa că în dispozitivul Caimani 1 în clasa 6000 este conţinut un procent de 4 % din viteze iar în dispozitivul experimental Rodna 1 un procent de 32 %.

Pentru zonele de pe barete în care vitezele de propagare a ultrasunetelor corespund lemnului de rezonanţă (între 5500 şi 6000) (Beldeanu, 1996, 1999) s-a calculat lăţimea medie a inelelor anuale, densitatea medie, indicele de regularitate a inelelor anuale, proporţia medie a lemnului târziu.

În urma analizei distribuţiei acestor zone se poate observa că: cu excepţia a două carote pe care zonele în care vitezele de propagare

a ultrasunetelor corespund lemnului de rezonanţă au lungimea de 5 cm, pe toate celelalte carote acestea au caracter punctual;

pentru toate zonele măsurate proporţia de lemn târziu este inferioară procentului de 25 %, valoare maxim admisă pentru lemnul de rezonanţă;

densitatea variază între 365 şi 487 kg/m3.

9.4 CONCLUZII Valoarea economică ridicată a lemnului de rezonanţă precum şi cantitatea

anuală destul de limitată produsă de pădurile noastre ne îndreptăţesc să căutam toate resursele de producere a acestui material. În acest sens, pădurile naturale de molid de limită reprezintă o posibilă resursă de lemn de rezonanţă cât şi de informaţie pentru producerea acestuia.

Analiza realizată în cadrul acestui capitol asupra bazei de date constituită în urma cuantificării proprietăţilor fizice şi mecanice a lemnului de molid prin metode moderne, nedestructive, a scos în evidenţă următoarele aspecte:

57

în interiorul arborilor de molid de altitudine sunt dispersate insular succesiuni de inele anuale ce au caracteristici asemănătoare lemnului de rezonanţă;

aceste zone apar cu preponderenţă la vârste ale inelelor anuale de peste 70 de ani.

Dacă sunt luate în calcul media vitezei de creştere în înălţime exprimată prin lungimea medie a unui verticil (pentru un arbore de 150 ani şi 18 m înălţime) şi faptul că arborii de molid din pădurea naturală de limită sunt puţin elagaţi este dificil de găsit o porţiune, în interiorul arborelui lipsită de noduri; de aici şi limitarea evidentă a dimensiunilor produselor ce pot fi obţinute.

Valoarea rezultatelor obţinute în cadrul acestui capitol consistă în faptul că noţiunii de pădure naturală i s-a asociat prezenţa unui lemn cu proprietăţi asemănătoare lemnului de rezonanţă.

10 STUDIUL CORELAŢIILOR DINTRE STRUCTURA ARBORETULUI ŞI CARACTERISTICILE ARBORILOR

10.1 INTRODUCERE În capitolele anterioare arboretele naturale de limită din dispozitivele

experimentale Călimani 1 şi Rodna 1 au fost analizate din punct de vedere a elementelor legate de structura pădurii, de caracteristicile dendrometrice şi calitative ale indivizilor. După cum bine s-a putut remarca elementele analizate în această lucrare ţin de discipline diferite, studiul fiind localizat în zona de contact între auxologie, dendrometrie şi studiul lemnului.

În condiţiile în care pădurea naturală, ca întreg, se află într-un continuu proces de adaptare la condiţiile de mediu, stare sa fiind caracterizată de echilibru dinamic, rezultatele obţinute în urma cercetării într-o manieră independentă a diferitelor aspecte ştiinţifice explică numai punctual modul cum aceasta se organizează (dispunere în plan a arborilor, forma acestora, calitatea lemnului, etc.). Studiul simultan al mai multor variabile ce caracterizează pădurea naturală de limită este singura modalitate prin care se poate evalua cantitativ lanţul de procese de feedback care-i asigură stabilitatea. Din multitudinea de variabile ce definesc starea ecosistemului şi componentele sale, cele folosite în lucrarea de faţă au un caracter silvicultural.

Obiectivul acestui capitol este de a pune în evidenţă posibile legături între structura spaţială a arboretului şi caracteristicile interne şi externe ale arborilor din arboretele naturale de limită printr-o analiza de ansamblu a rezultatelor obţinute în cadrul acestei lucrări. Studiul este realizat la scară individuală prin intermediul unei serii de indicatori sintetici ce vor fi definiţi în subcapitolele următoare. Aceşti indici

58

au ca scop caracterizarea modului în care este organizat arboretul, pe de o parte, iar pe de altă parte caracterizarea indivizilor.

10.2 MATERIAL ŞI METODĂ

Studiul bibliografic realizat arătată că în literatura de specialitate lucrările de acest gen sunt puţin numeroase. Acest fapt a impus ca în cadrul acestui capitol să fie elaboraţi şi testaţi din punct de vedere a pertinenţei lor o serie de noi indicatori sintetici care caracterizează calitativ indivizii luaţi în studiu. Analiza pertinenţei şi relaţiile dintre aceştia vor fi făcute cu ajutorul unei metode statistice moderne.

10.2.1 MATERIAL

Datorită gradului ridicat al complexităţii metodelor de măsurare a diferitelor caracteristici ale arborilor şi structurii arboretelor (raze X pentru determinarea densităţii, ultrasunete pentru determinarea modulului de rigiditate, indici de competiţie) volumul de informaţie disponibil pentru caracterizarea fiecărui individ din cele două dispozitive experimentale nu este uniform repartizat. Astfel toate aceste caracteristici au fost determinate pentru un număr de 26 (15 arbori în dispozitivul experimental Călimani şi 11 arbori în dispozitivul experimental Rodna).

Indicii folosiţi pentru caracterizarea structurii arboretului la scară locală sunt: IC - Indicele de competiţie Schutz (indice ce a fost prezentat şi calculat în

capitolul 5), DIST - Distanţa medie până la arborii vecini a cărei mod de calcul se

bazează pe metoda formării de triunghiuri cu laturi minime (valorile au fost calculate în capitolul 4),

X - Poziţia arborilor în plan exprimată cu ajutorul coordonatei carteziene X (axa X corespunde liniei de cea mai mare pantă)

Indicii folosiţi pentru caracterizarea creşterii şi calităţii arboretului: Dcio – diametrul mediul al cioatei obţinut prin media a două diametre

perpendiculare, D130 - diametrul mediul al arborelui la 1,30m obţinut prin media a două

diametre perpendiculare H – înălţimea arborelui Dcor – diametrul mediul al proiecţiei coroanei obţinut prin media a două

diametre perpendiculare, T – vârsta arborelui determinată pe carotele de sondaj, HST – raportul între înălţimea arborelui şi vârstă, DST - raportul între diametrul arborelui la 1,30m şi vârstă, DSH – raportul între diametrul arborelui la 1,30m şi înălţimea sa,

59

IR10 – creşterea medie a arborelui în ultimii 10 ani, IR20 – creşterea medie a arborelui în ultimii 20 ani, CR – indice de creştere – definit ca diferenţa între creşterea medie a arborilor

din care s-au extras carote de sondaj şi creşterea arborelui analizat, Indicele este calculat cu formula:

∑=

−=

n

i meri

imeri

iririr

CR1

în care :

mediir creşterea medie a arborilor la vârsta cambială i,

iir - creşterea arborelui studiat la vârsta cambială i,

V – viteza medie de propagare a ultrasunetelor (valorile au fost calculate în

capitolul 7), M – modulul de rigiditate al lemnului (valorile au fost calculate în capitolul 7) I – impedanţa acustică (valorile au fost calculate în capitolul 7), R – radiaţia acustică (valorile au fost calculate în capitolul 7), D – densitatea medie a lemnului (valorile au fost calculate în capitolul 6).

În Tabelul 10.1 şi Tabelul 10.2 sunt prezentaţi parametrii statistici ai indicilor

analizaţi.

Tabelul 10.1 : Parametrii statistici ai indicilor analizaţi (A)

X DIST IC Dcio D130 Dcor H T IR10 IR20 Medie 76,1 3,6 2,9 38,6 29,3 4,3 16,4 94,5 1,4 1,6Maxim 144,0 5,9 6,9 53,6 44,5 7,3 22,0 174,0 3,2 4,0Minim 7,9 1,7 0,0 21,0 13,5 2,1 8,5 22,0 0,3 0,4Varianta 2086,5 1,1 3,4 78,6 62,3 1,6 10,6 1543,5 0,6 0,8

Tabelul 10.2 : Parametrii statistici ai indicilor analizaţi (B)

HST DST DSH Cr V M I R D Medie 0,2 0,3 1,8 6,4 4578,3 93,8 26,6 15,0 428,7Maxim 0,4 0,6 2,3 141,4 5704,0 131,0 193,0 121,0 506,0Minim 0,1 0,1 1,3 -76,7 3831,0 56,0 13,6 8,5 337,0Varianta 0,0 0,0 0,1 2082,9 236888,8 410,7 1115,5 451,0 1295,9

10.2.2 METODOLOGIE Studiul ansamblului relaţional, factorii de mediu - structură a ecosistemului –

caracteristici ale indivizilor, necesită reunirea unui număr cât mai mare de variabile ce caracterizează fiecare parte ce interacţionează pentru a putea surprinde corelaţiile existente între acestea. În cazul particular al relaţiilor dintre structura

60

arboretului şi caracteristicile arborilor în cadrul acestei lucrări au fost definite 19 variabile.

Metodele statistice dezvoltate în a doua jumătate a secolului XX permit analiza simultană a comportamentului mai multor variabile şi a relaţiilor dintre ele. Metoda cea mai adaptată acestui studiu este analiza în compozanţi principali. Această metodă consistă în a căuta un ansamblu de combinaţii liniare între variabilele studiate, combinaţii numite compozanţi principali, astfel încât in planul generat de acestea să fie absorbită o parte cat mai mare de varianţei. Compozanţi principali sunt vectori perpendiculari. Această metodă pune în evidenţă:

schema de relaţii între variabilele introduse; sursele principale de variaţie între indivizi.

10.3 REZULTATE Într-o primă fază a analizei a fost studiată pertinenţa celor 19 indici elaboraţi.

În funcţie de poziţia în spaţiul de dimensiune 19 au fost selecţionate pentru analiza finală a corelaţiei dintre indicii ce caracterizează structura arboretului şi cei ce caracterizează indivizii la scară locală un număr de 13 variabile. În Tabelul 10.3 este prezentată matricea de corelaţie a variabilelor ce caracterizează structura arboretului la scară locală şi calitatea arborilor. Corelaţia este semnificativă cu un risc de 5% dacă IRI>2/n0.5. În cazul studiului de faţă coeficientul de corelaţie este semnificativ când IRI > 0,39.

În Tabelul 10.4 sunt prezentate valorile procentuale ale varianţei ce este absorbită în fiecare factor. Se poate observa că în planul factorial generat de combinaţia între factorii 1 şi 2 este absorbită (varianţa explicată) 49,95% din varianţa totală. În planul factorial generat de combinaţia între factorii 1 şi 3 este absorbită 40,61% din varianţa totală, iar în planul factorial generat de combinaţia între factorii 2 şi 3 este absorbită 34,38% din varianţa totală.

Pe baza valorilor de contribuţie a fiecărei variabile la formarea compozanţilor principali s-a observat că axa 1 (factorul 1) caracterizează creşterea, Factorul 2 caracterizează poziţia pe profil a indivizilor iar Factorul 3 caracterizează calitatea indivizilor.

Tabelul 10.3 . Matricea de corelaţie a variabilelor ce caracterizează structura şi calitatea arborilor

61

Dcio D130 H X Dcor IC T HST DST DSH IR10 IR20 CR V M I R D DISTDcio 1 0,93 0,75 -0,37 0,64 -0,31 0,40 -0,31 -0,05 0,61 -0,29 -0,33 0,36 -0,19 -0,41 -0,27 0,15 -0,30 0,32D130 1 0,75 -0,47 0,64 -0,23 0,51 -0,46 -0,12 0,72 -0,30 -0,27 0,32 -0,28 -0,50 -0,22 0,15 -0,25 0,37H 1 -0,58 0,34 -0,32 0,64 -0,47 -0,44 0,09 -0,26 -0,02 0,01 -0,13 -0,30 -0,17 -0,06 -0,09 0,28X 1 0,03 -0,02 -0,70 0,59 0,52 -0,09 0,27 0,02 0,04 0,48 0,56 -0,04 -0,11 -0,05 -0,42Dcor 1 -0,25 0,13 -0,18 0,08 0,59 0,10 -0,12 0,46 0,05 -0,13 0,06 0,05 -0,19 0,35IC 1 0,19 -0,39 -0,39 -0,02 -0,15 -0,21 -0,42 0,15 0,16 -0,19 0,04 0,17 -0,41T 1 -0,88 -0,82 0,09 -0,27 0,06 -0,22 -0,12 -0,25 -0,09 -0,11 0,09 0,16HST 1 0,88 -0,19 0,46 0,26 0,31 0,01 0,17 -0,06 0,03 -0,18 -0,09DST 1 0,30 0,34 0,09 0,48 -0,13 -0,03 -0,13 0,21 -0,30 0,05DSH 1 -0,20 -0,38 0,45 -0,29 -0,43 -0,15 0,33 -0,28 0,25IR10 1 0,65 0,20 0,02 0,08 0,04 -0,19 -0,17 0,13IR20 1 0,00 -0,11 0,02 0,01 -0,21 0,08 0,02CR 1 -0,41 -0,48 0,00 0,18 -0,32 0,20V 1 0,92 -0,09 -0,16 -0,02 -0,10M 1 -0,04 -0,33 0,24 -0,30I 1 -0,09 0,22 0,05R 1 -0,53 0,36D 1 -0,31DIST 1

Tabelul 10.4 : Axele principale ale analizei în compozanţi principali

Factor Denumirea Valoarea proprie Varianţa explicată 1 Creştere 3,65 28,09 2 Poziţie 2,84 21,86 3 Calitatea 1,63 12,52 Total : 62 %

Stabilirea semnificaţiei fiecărei axe permite alegerea planului în care se va

observa modul în care interacţionează variabilele între ele. Pentru studiul relaţiei între creştere şi indicele de competiţie se va analiza planul factorial 1-2, planele factoriale 1-3 şi 2-3 servind pentru confirmarea tendinţelor observate.

În Figura 10.1 se poate observa că indicele de competiţie (IC) este corelat negativ cu creşterea (CR), coeficientul de corelaţie are valoarea - 0,42. În arboretele naturale de limită creşterea intensităţii concurenţei dintre arbori exprimată prin intermediul indicelui de competiţie Shutz determină scăderea cantităţii de biomasă acumulată.

Variabilei creşterea (CR) în planul factorial 1-2 îi sunt asociate variabile ce caracterizează dimensiunile indivizilor (diametrul la 1,30 - D130, diametrul mediul al proiecţiei coroanelor - Dcor) şi variabile ce caracterizează calitatea lemnului (radianţa acustică (R)). Această asociere este confirmată şi de modul în care sunt grupate variabilele în planul factorial 1-3 (Figura 10.2).

Densitatea lemnului este proiectată în aceeaşi zonă cu indicele de competiţie. Deşi indicele de corelaţie nu este semnificativ se observă tendinţa de scădere a valorii densităţii cu scăderea intensităţii fenomenului de competiţie.

Distanţa medie până la arborii vecini este corelată negativ cu indicele de competiţie. Valoarea coeficientului de corelaţie între aceste două variabile este de –0,41.

Factor 1

Fact

or 2

D130

X

DCOR

IC

T

DST

CR

V M

I

R

D

DIST

-1,0

-0,6

-0,2

0,2

0,6

1,0

-1,0 -0,6 -0,2 0,2 0,6 1,0

Figura 10.1 : Proiecţia variabilelor în planul format de Factorul 1 şi Factorul 2

Factor 1

Fact

or 3

D130

X

DCOR

IC

T

DSTCR

V

M

I

R

D

DIST

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

-1,0 -0,6 -0,2 0,2 0,6 1,0

Figura 10.2 : Proiecţia variabilelor în planul format de Factorul 1 şi Factorul 3

Se poate remarca lipsa corelaţiei între poziţia pe profil a indivizilor (X), vârstă (T) şi indicele de competiţie (IC). În Figura 10.2 se poate observa corelaţia negativă dintre creştere (CR) şi modulul de rigiditate al lemnului (M), corelaţie pusă în evidenţă şi în cadrul capitolului 7.

62

63

10.4 CONCLUZII

Utilizarea de metode statistice moderne a permis studiul simultan al corelaţiilor dintre indicatorii sintetici ce caracterizează structura arboretului şi cei ce caracterizează indivizii la scară locală în arboretele naturale de limită.

Pentru a pune în evidenţă legăturile dintre modul în care sunt organizate arboretele la scară locală şi caracteristicile dendrometrice şi auxometrice ale arborilor studiaţi au fost calculaţi un număr de 19 indicatori sintetici. Metoda statistică de analiză în compozanţi principali utilizată a permis cuantificarea pertinenţei indicilor sintetici elaboraţi şi a corelaţiilor existente între aceştia.

Rezultatele obţinute arată că: Indicele de concurenţă Schutz este semnificativ corelat cu indicele de

creştere, coeficientul de corelaţie este negativ (–0,42), Distanţa medie până la arborii vecini este corelată semnificativ cu

indicele de competiţie. Valoarea coeficientului de corelaţie între aceste două variabile este de –0,41,

Deşi indicele de corelaţie dintre densitatea şi indicele de competiţie nu este semnificativ, se observă tendinţa de scădere a valorii densităţii cu scăderea intensităţii fenomenului de competiţie,

Indicele de creştere este corelat negativ cu modulul de rigiditate al lemnului.

În condiţiile staţionale ale zonei de ecoton unde factorii climatici înregistrează variaţii mari cu repercusiuni evidente asupra structurii şi creşterii pădurii (exemplu – gradientul altitudinal calculat în capitolul 4 ce exprimă variaţia înălţimii maxime a arborilor în zona de ecoton în funcţie de poziţia pe profil) corelaţiile dintre indicii de competiţie şi indicatorii de creştere au o valoare deosebită. Trebuie subliniat în plus faptul că s-a pus în evidenţă o corelaţie semnificativă în condiţiile în care nu este posibil de a detalia evoluţia precedentă intensităţii concurenţei dintre arbori.

Ansamblul de rezultate obţinute demonstrează că gestionarea calităţii lemnului este posibilă prin modificarea concurenţei dintre arbori. Pentru aplicarea în practică a managementului calitativ se impune elaborarea de modele adaptate specifice diferitelor formaţii forestiere.

11 CONCLUZII 11.1 CONCLUZII GENERALE

În contextul ştiinţific mondial, subiectul lucrării de faţă, pe lângă aspectele de cercetare fundamentală, este motivat de tendinţa actuală de a face legătura între

64

cultura silvică şi industrie prin intermediul calităţii lemnului, obiectivul fiind de a pune în evidenţă legăturile existente între calitatea lemnului de molid provenit din arboretele naturale de limită şi caracteristicile structurale şi dendrometrice ale arboretelor la scară restrânsă. Istoria şi particularităţile reliefului României au permis conservarea a numeroase suprafeţe în care ecosistemul forestier păstrează caracterul natural. Cum zona studiată se situează la limita altitudinală a arealului molidului (Munţii Călimani şi Rodnei), reunind cele mai dificile condiţii de mediu pentru dezvoltarea pădurii, studiul de faţă completează cunoştinţele asupra variabilităţii calităţii lemnului de molid în cadrul arealului de vegetaţie cât şi asupra formei arborilor şi structurii arboretelor.

Caracterul natural al arboretelor studiate a asigurat posibilitatea determinării parametrilor ce caracterizează starea de moment a tranziţiei dintre ecosistemul forestier şi golul alpin. Pe ansamblu, în această zonă a fost observat un gradient altitudinal al variaţiei dimensiunilor arborilor (în capitolul 4 a fost calculată variaţia înălţimii maxime a arborilor în zona de ecoton în funcţie de poziţia pe profil), distribuţia în plan orizontal şi vertical a arborilor fiind expresia schimbărilor condiţiilor staţionale. Trecerea de la pădurea încheiată de molid spre golul alpin se face prin scăderea densităţii arboretului prin asocierea acestora în structuri de tip "arici".

Având ca punct de plecare faptul că în cazul pădurii de limită problema primordială este existenţa ei, structura arboretelor analizate este expresia interacţiunii dintre arbori şi factorii limitativi. Rezultatele obţinute în cadrul acestei lucrări, cu privire la creşterea arborilor, forma trunchiului, densitatea lemnului, proprietăţile mecanice şi modul de grupare a acestora, pun în evidenţă mecanisme de adaptare a indivizilor din zona de ecoton la condiţiile de mediu.

S-a observat că: Proporţia de lemn târziu în cadrul inelelor anuale este relativ constantă

fapt ce determină scăderea densităţii medii a inelului anual odată cu creşterea lăţimii acestuia. În mod indirect condiţiile de creştere a arborelui influenţează densitatea acestuia prin intermediul lăţimii medii a inelului anual, astfel arborii ce cresc grupaţi au densităţi mai mari. În literatura de specialitate s-a pus în evidenţă corelaţia pozitivă între modulul de elasticitate Young şi densitatea lemnului (Leban, 1992). Acest fenomen asigură pentru arborii cu o creştere stânjenită (arbori ce sunt grupaţi – rezultat pus în evidenţă în capitolul 10) o densitate ridicată şi în consecinţă o mai mare rezistenţă mecanică a trunchiului.

Forma arborilor de molid din zona de ecoton şi preecoton este mai conică şi cu o pronunţată îngroşare bazală faţă de cea a arborilor din etajul montan ce sunt caracterizaţi de o formă ”plină”. Din punct de vedere mecanic la aceleaşi

65

valori ale modulilor de elasticitate ai lemnului forma arborilor de limită oferă o mai mare stabilitate la solicitările externe.

Regenerarea se realizează în jurul grupurilor de arbori existenţi, astfel pădurea câştigă treptat spaţiul pierdut în urma acţiunii limitative a vântului, zăpezii, temperaturilor scăzute. Fenomenul asigură prin acţiunea antagonistă cu eliminarea accidentală păstrarea nivelului limitei potenţiale.

Din punct de vedere silvicultural rezultatele obţinute arată că viteza de

creştere a arborilor (cantitatea de biomasă acumulată) este influenţată de intensitatea locală a concurenţei dintre indivizi. Aceasta demonstrează că gestionarea calităţii lemnului este posibilă prin modificarea concurenţei dintre arbori. Corelaţiile dintre indicii de competiţie şi indicatorii de creştere ai arborilor au o valoare deosebită în condiţiile în care studiul a făcut abstracţie de gradientul tensiunilor ecologice specific ecotonului. Un alt aspect important este că în urma studiului calităţii lemnului cu ultrasunete, noţiunii de pădure naturală i s-a asociat prezenţa unui lemn cu proprietăţi asemănătoare lemnului de rezonanţă.

Seria de rezultate obţinute în acest studiu scot în evidenţă încă o calitate a pădurii de limită şi în special a pădurii naturale, şi anume capacitatea de a produce un lemn cu structură omogenă. Pădurea naturală oferă un model de echilibru dar funcţia prioritară este stabilitatea şi nu producerea de sortimente valoroase; – aceasta face ca modelul ei să nu poate fi aplicat decât parţial pădurilor cultivate.

Pe baza volumului de informaţii cules în urma lucrărilor de teren efectuate în dispozitivele experimentale Călimani 1, Călimani 2 şi Rodna 1, şi a modului în care aceasta a fost analizat au fost aduse următoarele contribuţii personale:

11.1.1 STRUCTURA ARBORETELOR

Distribuţiile experimentale ale elementelor structurale ale arboretelor (diametrul, înălţimea, distanţa dintre arbori, forma arborilor, creşterea în diametru) respectă legităţi statistice.

Studiul distribuţiei arborilor în raport cu diametrul a arătat că arboretul din dispozitivul experimental Călimani 1 se află în faza de dezvoltare optimală timpurie iar cel din dispozitivul experimental Rodna 1 se află în faza optimală.

În cadrul arboretelor studiate s-a observat că dimensiunile arborilor scad odată cu altitudinea şi s-a calculat un gradient de descreştere a înălţimilor. Pentru dispozitivul experimental Călimani 1 acesta are valoarea de 1,4 m/10m altitudine iar pentru dispozitivul experimental Rodna 1 acesta are valoarea de 1,8 m/10m altitudine.

66

Studiul distribuţiilor distanţelor medii dintre arbori a arătat că în dispozitivul experimental Călimani 1 distanţa medie este de 3.8 m iar în dispozitivul Rodna 1 aceasta este de 3.3 m.

Au fost calculaţi indicii de formă naturali şi coeficientul de formă natural f0.1 a formei fusului la arborii de molid de limită iar pe baza datelor din literatura de specialitate s-a pus în evidenţă faptul că aceştia au trunchiul mai conic şi baza mult mai îngroşată faţă de arborii de molid din etajul montan.

Ca aplicaţie practică directă la studiu formei arborilor de molid din pădurea naturală de limită din nordul Carpaţilor Orientali a fost întocmită o tabelă de cubaj cu două intrări (diametrul de bază şi înălţimea).

În contextul unui echilibru dinamic al ecosistemelor naturale rezultatele obţinute şi prezentate în acest capitol surprind caracteristicile structurale ale arboretelor din dispozitivele experimentale Călimani 1 şi Rodna 1 într-o stare a procesului de evoluţie şi adaptare a pădurii din zona de ecoton la condiţiile oferite de mediu.

11.1.2 INDICI DE COMPETIŢIE

Indicele de competiţie Schutz a fost calculat pentru toţi indivizii din dispozitivele experimentale Călimani 1 şi Rodna 1 şi a fost analizat modul în care este distribuită intensitatea fenomenului de concurenţă dintre arbori în spaţiu. S-a observat că arborii pentru care se obţin valori extreme ale indicelui de competiţie sunt arborii de mici dimensiuni. Se observă de asemenea faptul ca valoarea maximă a indicelui de competiţie scade cu creşterea dimensiunilor arborilor.

Un aspect important ce se poate desprinde din analiza variabilităţii valorilor indicelui de competiţie pe clase de înălţimi este că aceasta scade cu creşterea înălţimii. Evoluţia acestei variabilităţi în funcţie de dimensiunile arborilor, şi deci implicit în funcţie de vârsta acestora, arată că arborii tineri care sunt caracterizaţi de un indice de competiţie important sunt eliminaţi.

Reprezentarea grafică a distribuţiei indicilor de competiţie în funcţie de înălţimea arborilor permite printr-o metodă cantitativă, identificarea indivizilor care sunt puternic stânjeniţi în procesul de creştere datorită lipsei de spaţiu de dezvoltare.

În arboretele de limită centrele de maxim ale valorilor indicelui de concurenţă se suprapun peste poziţia în spaţiu a structurilor de tip „arici”. 11.1.3 DENSITATEA LEMNULUI

Metoda de studiu a densităţii lemnului cu raze X a permis analizarea variabilităţii densităţii lemnului de molid, zâmbru şi jneapăn, specii lemnoase prezente în zona de limită a ecosistemului forestier. După cum s-a remarcat,

67

această metodă este nedestructivă atât prin principiul utilizat cât şi prin faptul că eşantioanele folosite sunt confecţionate din carote de sondaj.

Din analiza rezultatelor obţinute se pot sintetiza următoarele concluzii: Densitatea medie a lemnului de molid este de 442 kg/m3, densitatea

medie a lemnului de zâmbru este de 445 kg/m3 iar densitatea medie a lemnului de jneapăn este de 655 kg/m3.

În cadrul inelului anual al lemnului de molid şi zâmbru lăţimea lemnului târziu rămâne relativ constantă fapt ce determină scăderea densităţii medii a lemnului odată cu creşterea lăţimii inelului anual.

Între arborii de molid densitatea lemnului este semnificativ diferită deoarece în arboretele naturale fiecare arbore prezintă un ritm de creştere diferit, ritm legat de poziţia socială în cadrul arboretului şi accesul la resurse.

La nivel de arbore au fost distinse două tipuri de distribuţie a densităţii: arbori cu densitate relativ uniformă pe întreaga lungime a fusului şi arbori la care zona din imediata vecinătate a măduvei este mai densă.

Dintre toate rezultatele obţinute cel mai important este cel legat de lăţimea constantă a lemnului târziu în cadrul inelului anual. Acest fenomen poate permite controlul densităţii lemnului prin intermediul consistenţei arboretelor, ştiut fiind faptul că în interiorul arborilor creşterile anuale sunt direct influenţate de către densitatea arboretelor (Giurgiu, 1989).

11.1.4 PROPRIETĂŢI MECANICE ALE LEMNULUI

Caracterizarea proprietăţilor mecanice ale lemnului de molid din pădurile naturale de limită a fost făcută prin măsurarea vitezei de propagare a ultrasunetelor pe direcţia longitudinală, în sensul fibrelor şi prin determinarea densităţii prin metode radiografice.

Valorile medii ale parametrilor măsuraţi au fost comparate cu cele prezentate în literatură şi s-a observat că proprietăţile mecanice ale lemnului de molid de limită sunt comparabile cu cele ale molidului din etajul montan. Nu au fost înregistrate diferenţe semnificative între proprietăţile mecanice ale lemnului de molid între cele două dispozitive experimentale din care provine materialul vegetal analizat. Valoarea medie a modului de rigiditate obţinut este de 88*10 8 N/m².

Rezultatele privitoare la vitezele de propagare ale ultrasunetelor în lemnul de molid de altitudine au arătat că 11% din eşantioanele studiate au viteze ce corespund lemnului de molid de rezonanţă. Acest rezultat sugerează prezenţa lemnului de rezonanţă în arboretele de limită.

68

Sudiul distribuţiei valorilor modulului de rigiditate, impedanţei sau radiaţiei acustice în funcţie de poziţia pe carotă pun în evidenţă calitate omogenă a lemnului din pădurile naturale de limită.

11.1.5 LEMNUL DE COMPRESIUNE

Contrar aşteptărilor, în urma analizei eşantioanelor de lemn de molid din pădurea de limită proporţia de lemn de compresiune este nesemnificativă, doar 39 de inele din 4998 analizate conţin lemn de compresiune (0,78%).

11.1.6 LEMNUL DE REZONANŢĂ

Analiza realizată în cadrul acestui capitol asupra bazei de date constituită în urma cuantificării proprietăţilor fizice şi mecanice a lemnului de molid prin metode moderne, nedestructive, a scos în evidenţă următoarele aspecte:

în interiorul arborilor de molid de altitudine sunt dispersate insular succesiuni de inele anuale ce au caracteristici asemănătoare lemnului de rezonanţă,

aceste zone apar cu preponderenţă la vârste ale inelelor anuale de peste 70 de ani.

11.1.7 ANALIZA CORELAŢIILOR DINTRE STRUCTURA

ARBORETULUI LA SCARĂ LOCALĂ ŞI CALITATEA LEMNULUI Utilizarea de metode statistice moderne a permis studiul simultan al

corelaţiilor dintre indicatorii sintetici ce caracterizează structura arboretului şi cei ce caracterizează indivizii la scară locală în arboretele de naturale de limită.

S-a observat arată că: indicele de concurenţă Schutz este semnificativ corelat cu indicele de

creştere, coeficientul de corelaţie fiind negativ (–0,42); distanţa medie până la arborii vecini este corelată semnificativ cu

indicele de competiţie. Valoarea coeficientului de corelaţie între aceste două variabile este de –0,41;

deşi indicele de corelaţie dintre densitatea şi indicele de competiţie nu este semnificativ se observă tendinţa de scădere a valorii densităţii odată cu scăderea intensităţii fenomenului de competiţie;

indicele de creştere este corelat negativ cu modulul de rigiditate al lemnului.

11.2 CONTRIBUŢII PERSONALE

După cum s-a putut observa în urma sintezei bibliografice a literaturii de specialitate, această lucrare este originală în primul rând prin obiectivul ei: punerea

69

în evidenţă a legăturii dintre structura arboretului la scară locală şi caracteristicile dendrometrice şi de calitate ale lemnului arborilor.

Contribuţiile personale au fost detaliate în subcapitolul 11.1. Succint, elementele de originalitate ale acestei lucrări de cercetare se refera la:

1) caracterizarea structurii arboretelor naturale de limită prin prisma: distribuţiei arborilor în funcţie de înălţime, distribuţiei arborilor în funcţie de diametru, distribuţiei arborilor în funcţie de distanţa medie până la arborii

învecinaţi, competiţiei dintre indivizi, creşterii în diametru, distanţei dintre arbori, densităţii lemnului de molid, zâmbru şi jneapăn, proprietăţilor mecanice ale lemnului de molid, prezenţei lemnului de compresiune şi a lemnului de rezonanţă, formei arborilor de molid;

2) utilizarea metodologiei moderne, nedestructive pentru studiul calităţii lemnului a metodelor de măsurare şi analiză a datelor:

determinarea densităţii lemnului cu raze X, determinarea proprietăţilor mecanice ale lemnului cu ultrasunete, utilizarea metodei statistice de analiză în compozanţi principali;

3) elaborarea unei metodologii de punere în evidenţă a influenţei structurii arboretelor la scară locală asupra caracteristicilor interne ale arborilor ;

4) elaborarea unei tabele de cubaj cu caracter zonal (zona de limită a pădurii în munţii Călimani şi Rodnei) pentru arborii de molid.

11.3 PERSPECTIVE

Lucrările de cercetare din cadrul acestei teze conduc la precizarea următoarelor aspecte de perspectivă pentru cercetarea forestieră şi pentru studiul calităţii lemnului:

extinderea metodologiei dezvoltate în cadrul tezei la alte tipuri de arborete;

elaborarea de modele de creştere bazate pe relaţiile dintre indicii de competiţie şi structura lemnului;

dezvoltarea de metodologii nedestructive pentru aprecierea calităţii lemnului în arbori pe picior din arborete cu funcţie de producţie;

70

dezvoltarea de metodologii care să permită evaluarea calităţii lemnului arboretelor pe baza indicilor de competiţie ce definesc ansamblul relaţional dintre indivizi şi caracteristicile dendrometrice ale populaţiei;

orientarea cercetărilor în vederea elaborării unor „scenarii de cultură” (operaţiuni culturale, tratamente etc.) care să permită obţinerea de sortimente ţel ce corespund din punct de vedere calitativ unei cerinţe date;

fundamentarea ecologică a lucrărilor de îngrijire şi regenerare a arboretelor de limită (scheme de plantare, tăieri de regenerare etc.) pe baza legităţilor puse în evidenţă în cadrul acestui studiu;

elaborarea de serii dendrocronologice pe baza evoluţiei densităţii lemnului în cadrul inelului anual.

Bibliografie selectivă Beldeanu, E., C., 1999, Produse forestiere şi studiul lemnului, Editura Univ. Transilvania Brasov, 362p Bîndiu C., Doniţă N., 1988, Molidişuri presubalpine din România, Editura Ceres Bucur, V., 1995, Acoustics of wood. CRC Publ. Boca Raton, Florida USA Bucur, V., 2003, Nondestructive characterization and imaging of wood. Springer Verlag, Berlin Cenuşă, R., 1996, Probleme de ecologie forestieră Teoria fazelor de dezvoltare. Aplicaţii la molidişurile

naturale din Bucovina, Suceava Dahl, E., 1986, Alpine-subalpine plant cpmmunities of South Scandinavia. Phytocoenologia 15, pp455-484 Doniţă, N., Purcelean, Şt., Ceianu, I., Beldie, Al., 1977, Ecologie forestieră, Editura Ceres, Bucureşti Dumitriu- Tătăranu, I.,D., Ghelmeziu, N., Florescu, I., Milea, I., Mos, V., Tocan, M., 1983, Estimarea

calităţii lemnului prin metoda carotelor de sondaj. Bucuresti, Editura Tehnica Ghelmeziu, N., Pană, Gh., Ursulescu, Ad., 1960, Proprietăţile fizice şi mecanice ale lemnului de molid, brad,

fag, stejar şi gorun, Ed. Agrosilvică, 138 p Giurgiu, V., 1972, Curba de contur a fusului la pincipalele specii forestiere din R.S. România, Editura Ceres,

Bucureşti Giurgiu, V., 1979, Dendrometrie şi auxologie forestieră. Editura Ceres, Bucureşti Hapca, A., 2001, Contribution à la cartographie du bois de compression en fonctions de la forme externe des

tiges, DEA Science du Bois, Université de Nancy I, France Horodnic, S., 1999, Cercetări privind structura arboretelor echiene de molid în raport cu densitatea

lemnului. Teză de doctorat, Universitatea Ştefan cel Mare, Suceava Kollmann, F., 1936, Thechnologie des Holzes, Berlin, J. Springer, 1936 Leahu, I.,1994, Dendrometrie, Editura didactică şi pedagogică Bucureşti Mothe, F., 1992, Programme CERD pour analyse densitométrique des cernes annuels. INRA, Centre de

Nancy - Document à distribution limité Ozenda P., 2002, Perspectives pour une geobiologie des montagnes. Presses Polytechniques et Universitaires

Romandes, CH-1015, Lausanne Panshin, J., de Zeeuw, C., 1980, Textbook of wood technoloy. 4-éme edition, Mc Graw Hill Book Company,

1-772p. Polge, H., Nicholls, J.,W.,P., 1972, Quantitative radiography and the densitometric analysis of wood. Wood

Sci. 5: 51 – 59 Popa, I., 1999, Aplicaţii informatice utile în silvicultură, Programul Carota şi programul PROARB. Revista

pădurilor, nr. 2, pp. 41-42 Schutz, J.P., 1989, Zum Problem der konkurrenz in mischbestanden. Schweiz. Z. Forstwes. 140: 1069-1083 Timell, T., E., 1986, Compression wood în Gymnosperms. 3 volumes Springer Verlag , Berlin, 2150 pp. Tranquillinii, W., 1979, Physiological ecology of the Alpine timberline. Springer-Verlag Berlin Heidelberg

New York

71

Curriculum vitae Nume- HAPCA, Prenume - ADRIAN, ILIE Data şi locul naşterii : 0.5.02.1974 , Suceava , Romania Naţionalitate - română Adresa profesională: INRA Nancy - Equipe de recherches sur la qualité des Bois 54280 Champenoux, France Tel : 33(0)3.83.39.40.41 Email : hapca @nancy.inra.fr Studii:

2000-2001 - Master în Ştiinţa lemnului - "Ecole Nationale du Génie Rural des Eaux et des Forêts" ENGREF, Nancy, France

1992-1997 –Facultatea de silvicultură – Universitatea “Ştefan cel Mare”, Suceava, România 1988-1992 – Liceul “Petru Rareş” Suceava, România, secţia Matematică - Fizică.

Experienţă profesională:

2000-2004- Doctorand INRA Nancy - Equipe de recherches sur la qualité des Bois -- în cadrul Proiectului European ”Compression Wood” – tema de cercetare: “Cartografia lemnului de compresiune în funcţie de forma 3D a trunchiului arborilor de molid (Picea Abis)”

15 Martie – 15 Mai 2003 - stagiu în Laboratorul de studiul al lemnului - Forest Research Northern Research Station, Roslin Midlothian, Scotland sub coordonarea profesorului Barry Gardiner, tema de cercetare: “Contribuţii la cartografia lemnului de compresiune în funcţie de forma 3D a trunchiului arborilor de pin silvestru (Pinus sylvestris)”

1999-2000 : şef proiect, lucrări de amenajare a pădurii, la ICAS Bistriţa 1997-1999 : inginer proiectant, lucrări de amenajare a pădurii, la ICAS Bistriţa

Limbi străine: Franceză, Engleză Competenţe informatice: Pachetul Office, Statistica, R – programe de statistică, Corel Publicaţii: Hapca A.I., 2001, « Contributions à la cartographie du bois de compression en fonction de la forme

externe de l’arbre (étude sur l’Epicéa commun, Picea abies Karst.). » Rapport de DEA en Science du Bois (Master thesis). Document interne de l’Equipe Qualité du Bois INRA Champenoux, 22pp.

Leban J.M., Hapca A.I., Daquitaine R., Saint-Andre L., 2002, “A new functionality of the Win-Epifn software: the simulation of the compression wood occurrence in the stems of standing trees.” 4th Meeting IUFRO WP S5.01-04, Connection between forest resources and Wood Quality: modelling approaches and simulation Software.

Badia M., Hapca A.I.,, Constant T., Mothe F., Leban J.M., Saint-Andre L., Daquitaine R., Blaise F., 2003, Tree shape measurement at the stand level for biomass, volume and wood properties assessment , Plant growth Modeling, simulation, visualization and their Applications", China

Hapca A.I., Mothe F., Leban J.M., “Photographic method for 3D reconstruction imaging of a standing tree”(submitted for publication).

Hapca A.I., 2003, Densitatea lemnului de molid din arboretele naturale de limită din Masivul Călimani. În V. Giurgiu – Contribuţii ştiinţifice în dendrometrie, auxologie forestieră şi amenajarea pădurilor. Editura Academiei Române, Bucureşti

72

Curriculum vitae Name- HAPCA, First name- ADRIAN, ILIE Born: 0.5.02.1974 , Suceava , Romania Nationality - Rumanian Work address: INRA Nancy - Equipe de recherches sur la qualité des Bois 54280 Champenoux, France Tél : 33(0)3.83.39.40.41 Email : hapca @nancy.inra.fr Formation:

2000-2001 - Master in Wood Science - "Ecole Nationale du Génie Rural des Eaux et des Forêts" ENGREF, Nancy, France

1992-1997 - Engineer degree of Faculty of Forestry - University “Ştefan cel Mare”, Suceava, Roumanie

1988-1992 - High school “Petru Rareş” Suceava, Roumanie , Mathematics and Physical sciences. Work Experiences:

2000-2004- PhD student at INRA Nancy - Equipe de recherches sur la qualité des Bois -- in the European Project ”Compression Wood” – subject of research: “Cartography of the compression wood related to the 3D profile of the trunk in Norway Spruce”, (Picea Abis)”

15 March – 15 May 2003 – Forest Research Northern Research Station, Roslin Midlothian, Scotland with Professor Barry Gardiner, subject of research: “Cartography of the compression wood related to the 3D profile of the trunk in scot pine”, (Pinus sylvestris)”

1997-2000 : Scientist at ICAS - National Institute of Forestry Research, Bistriţa, Roumanie

Foreign Language: English : good level French : current speaking and writing Romanian : mother tongue Computer skills: Office package, Statistica, R – statistic software, Corel. Publication: Hapca A.I., 2001, « Contributions à la cartographie du bois de compression en fonction de la forme

externe de l’arbre (étude sur l’Epicéa commun, Picea abies Karst.). » Rapport de DEA en Science du Bois (Master thesis). Document interne de l’Equipe Qualité du Bois INRA Champenoux, 22pp.

Leban J.M., Hapca A.I., Daquitaine R., Saint-Andre L., 2002, “A new functionality of the Win-Epifn software: the simulation of the compression wood occurrence in the stems of standing trees.” 4th Meeting IUFRO WP S5.01-04, Connection between forest resources and Wood Quality: modelling approaches and simulation Software.

Badia M., Hapca A.I.,, Constant T., Mothe F., Leban J.M., Saint-Andre L., Daquitaine R., Blaise F., 2003, Tree shape measurement at the stand level for biomass, volume and wood properties assessment , Plant growth Modeling, simulation, visualization and their Applications", China

Hapca A.I., Mothe F., Leban J.M., “Photographic method for 3D reconstruction imaging of a standing tree”(submitted for publication).

Hapca A.I., 2003, Densitatea lemnului de molid din arboretele naturale de limită din Masivul Călimani. În V. Giurgiu – Contribuţii ştiinţifice în dendrometrie, auxologie forestieră şi amenajarea pădurilor. Editura Academiei Române, Bucureşti

mailto:[email protected]

MOLIDUL DE LIMITA

Documents

Transcript of MOLIDUL DE LIMITA