Осина как ценное древесное сырье

Не только средство против вампиров…

Сегодня в различных сферах промышленности находят применение все новые, получаемые при помощи физико химического синтеза материалы. В связи с этим некоторые специалисты утверждают, что древесина утратит свои позиции как ценный материал для строительных нужд, производства мебели и т.д. Такие заявления, по крайней мере, беспочвенны. Древесина многих пород обладает весьма ценными свойствами Мы беремся доказать это на примере древесины, название породы которой стало притчей во языцех осиновой.

Потребности в древесине постоянно возрастают. Так, при строительстве современных зданий из кирпича, бетона, металла и стекла, на внутреннюю отделку идет значительно больше древесины, чем употреблялось для возведения жилых и промышленных зданий в тот период, когда на строительном рынке преобладало деревянное домостроение.

Строительные конструкции, изготовленные из древесины различных пород, в том числе осины, в некоторых сортиментах практически не уступают по огнестойкости металлическим конструкциям. Например, в толстых деревянных балках, вследствие обугливания их поверхности, огонь распространяется медленно. Железо при нагревании до 500 °С теряет половину своей прочности, а деформации в его кристаллической структуре, возникающие при этом в результате большого расширения, часто являются причиной катастрофических обвалов и разрушения построек.

Ценными отделочными и строительными материалами по праву считают древесину таких пород, как сосна, дуб, граб, кедр, береза. Для целлюлозно-бумажного производства ель не без основания является одним из лучших видов сырья.

А как же обстоит дело с использованием осины? Почему в традициях дореволюционного, затем советского и, наконец, постсоветского практического лесоводства осиновые насаждения считаются балластом, а древесина осины не идет даже на дрова? Прежде чем ответить на этот вопрос, обратимся к истории применения осины и рассмотрим ее биологические свойства.

Сферы применения осины

Купола храмов в Древней руси покрывались осиновой
дранкой или лемехом – небольшими осиновыми 
дощечками, которые отдельно вытесывались топором.
Осиновая древесина плотно облегала округлые
поверхности куполов, во время дождя разбухала, не
позволяя воде проникать между стыков. В зависимости
от освещения осиновые дощечки меняют вид. При 
ярком солнце лемех серебрится и сияет, в пасмурный
день имеет матовый стальной оттенок, на закате
приобретает розоватый отсвет. Знаменитый образец
такого строительства, один из немногих доживших
до наших дней, – Кижи.

Наверняка многие знают, что в народе осину называют «деревом Иуды», а еще что осиновый кол – верное средство против вампиров. Правда, насчет осины, на которой якобы повесился Иуда, есть серьезные сомнения. Ведь в Палестине это дерево не растет, и дрожь осиновых листьев на ветру вызвана не ужасом перед памятью о предателе, а особым строением черешков листьев. Но давайте перейдем к вещам более прозаическим, и поговорим о тех природных свойствах осины, которые просто незаменимы в некоторых сферах.

Древесина осины широко используется для производства бочек, тары для тех пищевых продуктов, в которые нельзя допустить попадания примесей. Широкое применение осина находила в прошлом и находит сейчас в производстве различных изделий народного потребления – мебели, оконных рам, посуды, садового инвентаря, игрушек, украшений и других изделий, перечислять которые полностью нет смысла. Ученый-лесовод Б. А. Куницкий еще в 1888 году в статье «Ботаническая и лесоводственная характеристика осины с заметками относительно ее употребления», опубликованной в ежегоднике Санкт-Петербургского лесного института в 1888, писал: «Все мебельщики Апраксина рынка делают ящики в столах и шкафах из осиновой древесины и уверяют, что она никогда не бухнет». Осина издавна находит применение в строительстве. Прочность и долговечность осиновых построек дает нам возможность видеть памятники деревянного зодчества, дошедшие до наших дней из глубокой древности.

В упомянутой выше статье Куницкий писал о доме из осины в имении петербургского ученого П. Н. Верехи: «Простоял свыше 100 лет, был сломан, и древесина, кроме нижних венцов, была настолько крепка, что трудно поддавалась топору». А ученый-лесовод Н. П. Нестеров в статье «Значение осины в русском лесоводстве», опубликованной в «Известиях Петровской земледельческой и лесной академии» в 1887 году, отмечал такой факт: «В Курской губернии построенные из осины амбары и клети у крестьян стояли по 150 лет».

По мнению ученого-лесовода Куницкого, в Орловской губернии конца XIX века, даже там, где в лесах преобладала сосна, предпочитали строить дома из осины, так как ее древесина практически не поддается червоточине. Древесина осины в сухом состоянии обладает высокой упругостью и по этому показателю превосходит не только хвойные породы – сосну, ель, лиственницу, но и лиственные – дуб, ясень, граб, тополь и др. Балки и стропила из осины прогибаются гораздо меньше, чем, например, дубовые, и при этом значительно легче. Осиновые доски отличаются белизной, поэтому строители охотно используют их для настилки полов и потолков. Осиновая древесина при контакте с водой после высыхания не разрушается, а становится еще прочней, поэтому в России она традиционно применялась для изготовления драни на крыши, труб водопроводов и для отделки погребов и строительства бань. Нестеров в 1887 году отмечал, что «сок, выступающий на поверхности дранки из сырого материала, высыхая, делает ее как бы лакированной, благодаря чему с такой дранки скорее и лучше скатывается дождевая вода». При разогреве до 100 °С, осина не выделяет смолу, как хвойные породы, а также сильно не разогревается, как березовая, дубовая или буковая древесина, поэтому является лучшим материалом для строительства и отделки саун и бань. Профессор М. Е. Ткаченко, в своей монографии «Лесоведение» (1964 год) указывает на то, что осиновые шпалы, пропитанные антисептиками, прочнее сосновых и еловых. В отличие от железобетонных, деревянные шпалы, уложенные в основание железнодорожного полотна, обладают упругостью, сохраняя подвижной состав и обеспечивая комфорт пассажирам поездов. Осину используют для рудничных стоек в шахтах при закрытом способе добычи.

Растения – регенеранты осины, полученные методом
микроклонирования

Широкую популярность осина приобрела как лучшее в мире сырье для спичечной промышленности, в связи с чем ценится на мировом рынке наряду с некоторыми твердыми породами. Осина идеально для производства спичек, потому что легко обрабатывается, хорошо впитывает химический состав, держит спичечную головку, не коптит и дает белый цвет пламени.

В США и Канаде осина является основной коммерческой породой – настолько важной, что в этих странах существуют лесохозяйственные регламенты по уничтожению елового подроста в целях сохранения осинового. Такое внимание к осине связано со строительством домов и производством мебели из ДСП, ДВП, ОSВ и др. – добавление осинового опила или щепы увеличивает прочностные свойства древесных плит и пластиков. Именно из осиновой древесины получается превосходного качества фанера, применяемая в различных отраслях строительства и промышленности.

Осина с успехом используется и для производства бумаги. И хотя бумага, изготавливаемая из елового сырья, считается более прочной, у осины перед елью есть и преимущества. Например, осиновая целлюлоза придает бумаге мягкость и пухлость и вводится в состав бумаг для полиграфии для улучшения впитываемости ими печатных красок. С успехом использовать осиновую древесину для производства целлюлозы позволяют ее достоинства:

Эти свойства позволяют получать из осины хорошую беленую целлюлозу, которая обладает крепостью крафт-целлюлозы. Поэтому многие специалисты целлюлозно-бумажной промышленности не без оснований считают, что сырье из осиновой древесины – отличная основа для производства печатной бумаги высших сортов. Бумага, изготовленная из осины, характеризуется высоким качеством, крепостью и белизной.

Осиновая древесина используется и для производства искусственного шелка, целлулоида, пластических масс, в качестве сырья для сухой перегонки для производства метилового спирта, ацетона и прочих продуктов. Текстура осины невыразительна. Так как поздняя и ранняя древесина годичных слоев почти не различается по свойствам, при применении тонирующих и красящих составов не проявляются элементы текстуры. Фанера из осинового шпона, обработанного термомеханическим методом (воздействие давления при повышенной температуре), по физико механическим показателям удовлетворяет требованиям ГОСТ 3916.1−96, предъявляемым к березовой фанере.

При переработке выход смолы (дегтя) из осинового сырья выше, чем из других лиственных пород и даже ели.

Древесина осины, в сравнении с древесиной других пород, при перегонке дает уголь с максимальным содержанием чистого углерода – 85,92 % и теплотой горения сухих углей – 7853 кал. У сосновой древесины эти показатели составляют 80,35 % и 7519 кал., а у березовой – 76,79 % и 7278 кал. Уголь из осины мягкий, легкий и по техническим характеристикам ценится в металлургической промышленности выше, чем уголь, получаемый из древесины других пород. Осиновые дрова незаменимы при прочистке дымоходов. Достаточно несколько раз протопить ими печь, и сильно загрязненные дымоходные трубы очищаются от сажи и становятся глянцевыми.

Осиновая кора применяется для дубления тонких кож, зелень осины используется в экстрактивном производстве для получения каротина, хлорофилла, витаминных паст. Кора и древесная зелень осины служат сырьем для получения многих лекарственных препаратов. Осиновые леса могут помочь расширить кормовую базу для крупного и мелкого рогатого скота в животноводстве.

Биологические особенности осины

Осина и ель, посаженные в одно время,
возраст – 3,5 года

Осина, осина обыкновенная, или тополь дрожащий (лат. Populus tremula), относится к виду лиственных деревьев из рода тополь, семейство ивовые.

Почти вся Европа и Азия, а также северная часть Африки (Алжир) представляют собой естественный ареал распространения осины. Но не повсюду в областях произрастания осина существует в такой жизненной форме, как дерево. В неблагоприятных условиях она может иметь форму дерева второй величины или кустарника. Северного предела в своем распространении осина достигает в Норвегии и доходит до 70° с. ш. Встречается осина и в Швеции – в виде примесей к хвойным лесам, в Румынии, Сербии, Черногории, Греции, горных лесах Италии, в Испании, Португалии, Франции, на островах Великобритании, в Бельгии, Голландии, Венгрии, Польше, Прибалтике и Финляндии. Однако больше всего распространена осина в российских лесах, в полосе между 53 и 60° с. ш., где характеризуется и лучшим ростом.

В России осину можно встретить в лесах от Севера до Кавказа и от Калининграда до Владивостока. По запасам древесины среди лиственных пород она на втором месте. Запасы осиновой древесины в России, по данным разных источников, варьируются от 1,6 до 2,6 млрд м³, а ежегодный прирост – 2,9−3,3 м³ (в оптимальных условиях до 8−9) с одного гектара. Площадь осиновых насаждений составляет 18,5 млн га, ежегодный прирост в насаждениях 1 го класса – 53,6−61,1 млн м³.

Осина часто занимает преобладающее положение в древостое, но еще чаще встречается в виде примеси к хвойным лесам. Это быстрорастущая порода, она прекрасно размножается как семенами, порослью (из спящих почек), так и корневыми отпрысками, в результате чего одной из первых возобновляется на вырубках и занимает доминирующее положение.

Осина не требовательна к климатическим условиям, произрастает как в очень холодных, так и в довольно жарких и сухих районах. Но требовательна к почве: хорошо растет на супесчаных, глинистых, свежих суглинистых почвах, а также на свежих, богатых питательными веществами песках. На сухих каменистых и песчаных почвах, а также на заболоченных довольно скоро отмирает. В отношении генетического типа почв приспособляемость ее очень широка: растет она и на подзолистых почвах, и на серых лесных суглинках, и на черноземе, выносит даже некоторую степень засоленности, прекрасно развивается на аллювиальных почвах пойм, на иловато-перегнойных почвах.

Иногда в благоприятных условиях роста осина уже в первый год жизни достигает 50−100 см в высоту. Быстрый рост осины продолжается примерно до 50−60 лет, после чего довольно резко останавливается. Отдельные деревья в благоприятных условиях роста достигают 35 м в высоту и 100 см в диаметре. Осина образует стройный полнодревесный ствол, хорошо очищающийся в густом древостое от сучьев. К сожалению, крупным биологическим недостатком осины является исключительная склонность древостоев к заболеванию сердцевинной гнилью. Сучья отличаются большой хрупкостью, легко обламываются ветром, ожеледью и проч., что способствует заражению дерева грибами. Стволы повреждаются зайцами и другими грызунами, обгладывающими кору. Такого рода повреждения, как и обламывание сучьев и различные травмы механического происхождения, очень часто приводят к заражению грибами, главным образом Phellinus tremulae. Сопротивляемость осины распространению гнили чрезвычайно слаба, и к 80 годам гниль настолько распространяется в древостое, а древесина в такой мере разрушается, что сильные ветры выламывают стволы. В результате всего этого в лесу сохраняется очень мало деревьев 100−120-летнего возраста.

Свойства и характеристики осины

Таблица 1. Коэффициенты влагопроводности осины по сравнению
с другими породами древесины

Осина относится к рассеяннососудистым безъядровым спелодревесным породам. Древесина ее белая, иногда с зеленоватым оттенком. Годичные слои заметны плохо. Сердцевинные лучи не видны. Центральная часть ствола (спелая древесина) отличается от периферийной большей влажностью, но по цвету они неразличимы.

Макроструктура древесины осины: среднее число годичных слоев на одном сантиметре поперечного разреза у деревьев из центральных районов европейской части России – 5,4. Древесина осины обладает высокой равноплотностью. Размер микронеровностей (при отделке) составляет от 30 до 100 мкм.

У свежесрубленной осины влажность – около 82%. Максимальная влажность осины при водопоглощении – 185 %. Влажность осиновой древесины существенно увеличивается от комлевой части ствола к вершине. Коэффициенты влагопроводности осины при разной температуре в сравнении с коэффициентами для других пород приведены в табл. 1.

Осина относится к среднеусыхающим породам. Коэффициенты разбухания (усушки) ее древесины следующие: в радиальном направлении – 0,15; в тангенциальном – 0,30; объемный – 0,47.

Давление набухания составляет 0,87 МПа (радиальное) и 1,02 МПа (тангенциальное). Средняя плотность осины при влажности 12 % – 495 кг/м³, в абсолютно сухом состоянии – 465 кг/м³, базисная плотность – 410 кг/м³.

Осина по своим свойствам относится к умеренно пропитывающимся породам. Древесина осины мягкая, однородная, по прочности близка к древесине липы.

Из «Справочника механических свойств древесин» – предел прочности (средние значения): при статическом изгибе – 76,5 МПа; при растяжении вдоль волокон – 121 МПа; при сжатии вдоль волокон – 43,1 МПа; при раскалывании вдоль радиальной плоскости – 6,15 МПа; при раскалывании вдоль тангенциальной плоскости – 8,42 МПа. Модуль упругости при статическом изгибе – 11,2 ГПа. Длительное сопротивление нагрузкам удовлетворительное. Коэффициент снижения прочностных свойств в течение 104 суток – 0,750 (для сравнения: у сосны – 0,626, у ели – 0,698). Ударная вязкость осины – 84,6 кДж/м².

Твердость: торцевая – 25,8 Н/мм²; радиальная 18,7 Н/мм²; тангенциальная – 19,6 Н/мм². Износостойкость (истираемость) осиновой древесины можно оценить как низкую.

Осина хорошо гнется и поддается другим видам обработки, легко окрашивается и полируется. Коэффициент, применяемый для расчета сил резания (по отношению к сосне), составляет для осины 0,85. Ее древесина хорошо лущится. Сопротивляемость выдергиванию креплений (гвоздей и шурупов) невысокая, практически такая же, как у липы.

По отношению к биостойкости заболони липы стойкость спелой осиновой древесины – 1,2, заболони – 1,0 (для сравнения: дуб – 5,2, лиственница – 9,1).

Перспективы применения осины

Однако при изучении нетронутых рубкой спелых и перестойных древостоев учеными установлено, что осина может дожить и до 250 лет! Изредка в осиновых лесах, пораженных сердцевинной гнилью, встречаются небольшие куртины здоровой осины. Такие случаи объясняются особыми внешними условиями роста и наличием устойчивых разновидностей осины, то есть экотипов, обладающих иммунитетом к сердцевинной гнили.

Таким образом, размножение ценной здоровой осины как быстрорастущей породы, по мнению многих лесоводов, является задачей первостепенной важности. В связи с этим несомненный интерес представляет поиск в естественных условиях быстрорастущих (гигантских), устойчивых к сердцевинной гнили форм осины. Известный ученый-лесовод А. С. Яблоков нашел в Костромской области гигантскую осину и поставил опыты по ее выращиванию. Отобранные в природе исполинские формы триплоидной осины отличаются быстрым ростом, высоким качеством древесины и повышенной устойчивостью к корневым и сердцевинным гнилям.

Искусственно осина разводится посадкой сеянцев и корневых черенков, нарезаемых из тонких (до 10 мм) поверхностных корней. Однако традиционные методы размножения триплоидных гигантских форм трудоемки и часто малоэффективны.

В Санкт-Петербургском НИИ лесного хозяйства, в лаборатории культуры тканей отдела воспроизводства лесных ресурсов, ведутся исследования и разработаны технологии получения с помощью микроклонирования саженцев триплоидной осины, устойчивой к поражению грибом.

Суть метода такова: от устойчивых форм исполинской осины берется генетический материал, и с помощью микроклонирования в стерильных условиях растение размножается, например, до нескольких тысяч экземпляров. При этом свойства дочерних и материнского растений идентичны. Проведенные испытания посадочного материала, полученного методом микроклонирования, позволили предложить технологические схемы посадки саженцев триплоидной осины.

Они перспективны для плантационного ускоренного лесовыращивания. Опыт Швеции и Финляндии показал, что при таком способе лесовыращивания устойчивой триплоидной осины можно получить здоровую древесину на балансовые сортименты уже через 12−14 лет после посадки. Использование плантационного ускоренного лесовыращивания устойчивой триплоидной осины позволит удовлетворить высокий спрос на древесину на рынке и в то же время сохранить ценные хвойные леса, выполняющие биосферные функции.

Подготовил Антон КУЗНЕЦОВ