Holzqualität und Eigenschaften des juvenilen und adulten Holzes der Douglasie (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) aus süddeutschen Anbaugebieten

Abstract

Im Rahmen des interdisziplinären Forschungsvorhabens wurden grundlegende anatomische, physikalische, mechanische und biochemische Untersuchungen zur Charakterisierung der Holzeigenschaften von juvenilem und adultem Holz der Douglasie (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) aus Standraumversuchen in Baden-Württemberg durchgeführt. Im Vordergrund der Untersuchungen stand die Fragestellung, welchen Einfluss die waldbauliche Behandlung auf den Anteil und die Eigenschaften des juvenilen und adulten Holzes hat. Die für die Untersuchungen ausgewählten 20 Bäume stammen aus vier verschiedenen Anbaugebieten und waren zum Erntezeitpunkt im Mittel 42 Jahre alt. Diese Bäume bilden die größtmögliche waldbaulich zu rechtfertigende Spanne von Wuchsbedingungen ab und stellen somit ein aussagekräftiges Sortiment dar. Für vergleichende Untersuchungen wurde außerdem Holz von vier etwa 85 Jahre alten Douglasien aus einem der Anbaugebiete hinzugezogen. Im Detail wurden die Merkmale Jahrringbreite, Spätholzanteil, Tracheidenwanddicke, radialer und tangentialer Tracheidendurchmesser, Mikrofibrillenwinkel, Rohdichte und Biege-Elastizitätsmodul in Brusthöhe über die gesamten Radien ermittelt. Zur Bestimmung der Tracheidenlänge sowie der normangelehnten Prüfungen von Druckfestigkeit und Druck-Elastizitätsmodul, Biegefestigkeit und Biege-Elastizitätsmodul, Bruchschlagarbeit, Quellung, und natürlicher Dauerhaftigkeit wurden jeweils Proben aus dem fünften Jahrring und dem äußersten Kernholzjahrring sowie radial in Richtung des Kambiums bzw. des Marks angrenzende Bereiche untersucht. Zur biochemischen Charakterisierung von dauerhaftigkeitsgeprüftem Holz wurden zudem Extraktstoffgehalte, Flavonoidgehalte und relative Ligninkonzentrationen bestimmt. Die über den gesamten Radius bestimmten Eigenschaften ermöglichen eine Identifizierung des juvenilen und adulten Holzes anhand der vier Merkmale Spätholzanteil, Tracheidenwanddicke, Mikrofibrillenwinkel und Rohdichte mittels segmentierter linearer Regression. Dabei variiert das anhand der jeweiligen Merkmale in Brusthöhe identifizierte mittlere kambiale Alter des Eintritts in die adulte Phase von 18 bis 25 bzw. dem 12. bis 19. Jahrring. Im Vergleich der vier Merkmale zeigt der Spätholzanteil den frühesten Beginn der adulten Holzbildung an, gefolgt von der Tracheidenwanddicke, dem Mikrofibrillenwinkel und der Rohdichte, die den spätesten Beginn anzeigt. Zusätzlich deutet der Zusammenhang zwischen dem Anteil juvenilen Holzes und dem zur Verfügung stehenden Standraum darauf hin, dass kleine Standräume von 2,5 bis 5 m² die frühzeitige Bildung adulten Holzes induzieren können. Hinsichtlich der Eigenschaftsunterschiede zwischen juvenilem und adultem Holz weist das juvenile Holz dezisiv niedrigere Werte auf, die sich negativ auf die Holzverwendung auswirken können – einzig die mittlere Jahrringbreite und der mittlere Mikrofibrillenwinkel sind im juvenilen Holz um 30 bzw. 80 % größer als im adulten Holz. Dagegen ist der mittlere Spätholzanteil im juvenilen Holz um 34 % niedriger als im adulten Holz – desweiteren betragen die Unterschiede zwischen den Tracheidenlängen ebenfalls 34 %, den Tracheidenwanddicken 14 %, den Rohdichten 11 %, den Druckfestigkeiten 16 %, den Druck-Elastizitätsmoduln 27 %, den Biegefestigkeiten 21 %, den Biege-Elastizitätsmoduln 24 % und den Bruchschlagarbeiten 27 %. Quellungs- und Dauerhaftigkeitseigenschaften wurden nach innerem und äußerem Kernholz unterschieden. Das innere Kernholz weist eine dezisiv geringere Querschnittsquellung auf als das äußere Kernholz, was als positive verwendungsrelevante Eigenschaft zu bewerten ist. Für das gesamte geprüfte Holz wird gemäß DIN 350-1 (1994) eine geringe natürliche Dauerhaftigkeit festgestellt, wobei drei von vier Basidiomyceten am inneren Kernholz dezisiv höhere Masseverluste verursachen. Die Ursachen der geringen natürlichen Dauerhaftigkeit konnten nicht abschließend ermittelt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass nur der Spätholzanteil des adulten Holzes, die Dichte und Druckfestigkeit des juvenilen und adulten Holzes sowie die natürliche Dauerhaftigkeit den bisher ermittelten Eigenschaften des Holzes europäischer Douglasie ähneln. Alle anderen Eigenschaften nehmen niedrigere Werte an, was auf die eher für Forschungszwecke geeignete Zusammenstellung des heterogenen Sortimentes zurückzuführen ist. Insgesamt liegen die für die untersuchten Bäume ermittelten Holzeigenschaften über den Kennwerten der Fichte (Picea abies (L.) H. Karst.)

Interdisciplinary investigations on the anatomical, physical, mechanical and biochemical properties aim at a more detailed characterisation of juvenile and adult wood of Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) trees from scientifically arranged spacing experiments on sites in Southern Germany. Studies focussed on the influence of varying silvicultural regimes on shares and properties of juvenile and adult wood. At harvesting, the 20 selected experimental trees were on average 42 years old. These trees represent the widest span of legitimate silvicultural regimes and therefore depict a meaningful heterogeneous assortment. For comparison, some additional investigations were carried out with portions of four approximately 85 years old trees from one of the sites. In detail, growth ring width, latewood percentage, tracheid wall thickness, radial and tangential tracheid diameter, microfibril angle, density, and static bending modulus of elasticity were investigated for the entire breast height radii. For determination of tracheid length as well as standard based determination of compression strength and compression modulus of elasticity, bending strength and bending modulus of elasticity, impact bending strength, swelling and natural durability, sampling comprised the fifth growth ring and the outermost growth ring of the heartwood with adjacent zones. Biochemical characterisation covered extractive contents, flavonoid contents and relative lignin concentrations. Properties recorded from pith to bark permit the identification of juvenile and adult wood by traits latewood percentage, tracheid wall thickness, microfibril angle and density using segmented linear regression. Between traits, identified cambial ages vary from 18 to 25 resp. the 12th to 19th growth ring at breast height. In comparison of initial adult wood formation, wood trait latewood percentage shows earliest cambial ages, followed by tracheid wall thickness, microfibril angle and density. Additionally, relationships between given spacings and juvenile wood shares indicate that small spacings like 2.5 and 5 m² induce early formation of adult wood. Regarding wood property differences, juvenile wood showed decisive lower values as compared to adult wood which might negatively affect wood processing. Average growth ring width and microfibril angle of juvenile wood are about 30 resp. 80 % wider than in adult wood. Contrary, average latewood percentage in juvenile wood is approximately 34 % lower than in adult wood. Furthermore, differences between tracheid lengths are also 34 %, between tracheid wall thicknesses 14 %, between densities 11 %, between compression strengths 16 %, between compression modulus of elasticity 27 %, between bending strength 21 %, between bending modulus of elasticity 24 %, and between impact bending strength 27 %. Swelling properties and natural durability were not differentiated between juvenile and adult wood, but for inner and outer heartwood. Inner heartwood swells decisively less as compared to outer heartwood, which can be regarded as a positive quality feature for wood processing. All wood portions tested for natural durability were referred to as less durable according to DIN 350-1 (1994), while three of four basidiomycetes caused decisively higher mass losses in the inner heartwood. Reasons for such low natural durability could not be completely explained. The results obtained showed that latewood percentage of adult wood, compression strength and density of juvenile and adult wood as well as natural durability are similar to properties of European Douglas-fir reported in earlier studies. All other properties exhibit lower values, which might be consequence of a rather heterogeneous assortment of wood collected under scientific ascpects. When compared to wood properties of Norway spruce (Picea abies (L.) H. Karst.) wood, the properties of studied Douglas-fir trees generally had higher values.