Биоразрушение древесины

Биологические факторы, или агенты биоразрушения древесины – это живые организмы, способные оказывать на древесину разрушающее воздействие, среди них:

- грибы,

- насекомые,

- бактерии,

- водоросли,

- моллюски и ракообразные.

Рисунок 12 –  Биоразрушение древесины.

 

3.1 Грибы

Древесные грибы – разновидность грибов, в процессе жизнедеятельности разрушающих древесину и деревянные постройки. Наиболее распространенный и опасный вид – домовой гриб. Идеальные условия для развития – повышенная влажность, обилие атмосферного кислорода, температура воздуха +4…+40 °С. Под воздействием грибка древесина темнеет, трескается, рассыпается.

Плесневый грибок – микроорганизмы, при определенных условиях возникающие на поверхности древесины. Не поражают целлюлозу и лигнин, питаются только содержимым клеток. При этом вызывают синеву, позеленение и другие отрицательные изменения в естественной окраске древесины. Вызывают аллергию и многие другие болезни у человека. Идеальные условия для развития – влажность воздуха выше 95 %, температура +20 °С.

Грибы являются самыми безжалостными истребителями древесины в природе.

Споры грибов находятся повсеместно в окружающей нас среде. Заразить древесину споры могут еще в лесу, при распиловке, транспортировке незащищенной древесины, а также при эксплуатации в строениях. В период зрелости гриб вырабатывает миллионы спор в сутки, и хотя много их погибает, но и достаточно переносится животными, насекомыми и ветром, приводя к заражению незащищенной древесины. Заражение может произойти и через грибницу, если зараженная часть соприкасается со здоровой древесиной. Стоит спорам грибов попасть в благоприятные условия, как они начинают бурно развиваться и портить древесину.

Одна из распространенных ситуаций – стройматериалы заготовлены зимой («зимний лес» считается наиболее здоровым), а его использование начинается только летом. Для хранения древесину сложили в штабель и накрыли полиэтиленом. Вроде бы все правильно. Вот только не учли парникового эффекта. А этот эффект просто благодать для плесени. Тепло и влага – этого достаточно, чтобы грибы размножились и окрасили древесину.

Развитию грибных поражений  древесины способствуют теплые (5–30 °С) и влажные условия (W более 22 %) окружающей среды, отсутствие воздухообмена.

Грибы, поражающие древесину, отличаются большим разнообразием – от плесени, окрашивающей древесину поверхностно до дереворазрушающих грибов, проникающих в толщу древесины, и разрушающих ее практически полностью.

Сплетение очень тонких грибных  нитей (гиф) образует плодовое тело (грибницу, или мицелий). Споры зреют в специальных носителях – конидиях (такие грибы называются деревоокрашивающими и плесневыми), или в плодовых телах – такие грибы называются дереворазрушающими.

Грибы представляют большую  и своеобразную группу одноклеточных и многоклеточных микроорганизмов. Общее число их видов, описанное к настоящему времени, составляет, по мнению различных авторов, от 10 до 250 тыс. Они широко распространенны в природе во всех районах земного шара. Из очагов поражения материалов выделяют мицелиальные грибы самых различных родов, но чаще других порчу материалов вызывают представители двух родов: Aspergillus и Penicillium. Грибы имеют вегетативное тело мицелиального строения. Оно представляет собой систему разветвленных нитей – гиф, толщина которых колеблется от 2 до 30 мкм. Гифы растут только в длину, и рост их практически не ограничен. Скорость роста колеблется от 0,1 до 6 мм/час и зависит от скорости поступления питательных веществ. Мицелий начинает свое развитие из спор, прорастающих при определенной температуре и влажности. Сначала спора набухает, поглощая влагу из окружающей среды, затем оболочка ее разрывается, и появляется одна или несколько ростовых трубок, являющиеся началом нового мицелия. Первое время развитие гиф идет за счет запасных веществ споры, в дальнейшем – путем адсорбции питательных веществ из материала, подверженного биоповреждению.

В зависимости от характера роста различают субстратный и воздушный мицелий. Субстратный мицелий располагается на поверхности материала или пронизывает его вглубь. В этом случае повреждение имеет вид концентрического, прижатого к субстрату образования. Воздушный мицелий свободно поднимается над субстратом, соприкасаясь с ним только в отдельных точках. На нем обычно образуются органы размножения. В этом случае поврежденное место напоминает вату. Характер роста одного и того же гриба может меняться в зависимости от условий среды (состав питательных веществ, влажность и др.). Грибы размножаются либо частью мицелия, которая дает начало новому организму, либо спорами, образующимися на специальных гифах мицелия. Грибы образуют очень большое число спор.

Грибы, развивающиеся на древесине (ксилофилы, ксилотрофы), практически все принадлежат к трем классам высших грибов, имеющих разделенные на клетки (септированные) гифы. Это аскомицеты (Ascomycetes, сумчатые грибы), дейтеромицеты или несовершенные грибы (Deuteromycetes, Fungi imperfecti), и базидиомицеты (Basidiomycetes) – наиболее сильные разрушители.

На первой стадии при поражении, на древесине появляются грибы, питающиеся соками живого дерева. Такие как плесневые грибы Penicillium, Aspergillus, живущие на поверхности древесины. Затем в подготовленных плесневыми грибами оптимальных условиях начинают размножаться деревоокрашивающие грибы. Завершают разрушение древесины складские и дереворазрушающие грибы. Они вызывают сильное гниение древесины, приводящее к появлению продольных и поперечных трещин, а затем и минерализации древесины.

У плесневых грибов поверхностная часть грибницы развивается на поверхности древесины и образует на ней налет в виде скопления окрашенных спор, мицелия и органов спороношения (рис. 13).

Рисунок 13 – Плесневые грибы: А – колонии, В - под микроскопом, С – на древесине

 

Под плесневым налетом  древесина обычно не меняет цвета, хотя и пронизана гифами этих грибов. Отсутствие краски обусловлено тем, что находящиеся в древесине гифы бесцветны и не выделяют пигмента. На древесине обычно встречается плесень зеленоватая и белая, но иногда розовая, желтая или темная. Оптимальная влажность для развития плесневых грибов – 60–100 %, при влажности 40 % их рост замедляется. Плесневые грибы развиваются в температурном диапазоне 24–30 °С. При температуре выше 80 °С и ниже –10 °С гибнут грибы, находящиеся в вегетативной стадии развития. Скорость развития плесени зависит от водопоглощения покрытия и влажности воздуха. Питательные вещества поступают в клетку в растворенном виде, поэтому для нормального развития грибов окружающая среда должна содержать большой процент воды. Плесневые грибы являются возбудителями окислительного брожения. В качестве промежуточных продуктов этого биохимического процесса образуются органические кислоты, такие как глюконовая, фумаровая, винная, яблочная, щавелевая, янтарная и лимонная. Эти кислоты разъедают органические материалы, т.е. древесину. Плесневение материалов сопровождается ухудшением внешнего вида древесины, снижающего сортность и стоимость пиломатериалов. Основные виды плесневых грибов: Sporotrichum, Trichoderma, Penicillium, Mucor, Thamnidiu, Cladosporium.

Деревоокрашивающие  грибы вызывают специфическую синевато-серую окраску заболони, называемую «синевой». Согласно общемировой практике, скидка за древесину пораженную синевой составляет от 20 до 50 %. В России же нередко можно встретить ситуацию, когда древесину с дефектами синевы продают фактически по цене дров.

В зависимости от вида плесневого гриба, характера и условий заражения и распространения гиф грибов в древесине различают окраску поверхности и глубокую окраску (рис. 14, 15).

Рисунок 14 - Синева древесины: 1 – поверхностная, 2 - глубокая

 

Макроскопические  признаки поражения древесины этими  грибами в виде окраски обычно проявляются уже на 2–3 сутки после инфицирования. Это обусловлено тем, что молодой мицелий бесцветен и начинает выделять типичный пигмент не сразу. На поверхности древесины может развиваться воздушный мицелий и органы спороношения в виде пушистого или порошкообразного окрашенного налета. В зависимости от характера заражения и распространения в древесине гиф грибов различают поверхностную и глубокую синеву. Поверхностное окрашивание проникает в глубь древесины не более чем на 2 мм. Оно часто имеет вид мелких пятен диаметром 10–20 – округлых или овальных. Слегка вытянутая форма обусловлена более быстрым ростом грибов вдоль волокон. Ограниченное распространение грибов в глубь древесины связано с задержкой их роста в результате подсыхания древесины или действия каких-либо других неблагоприятных факторов. Реже – в результате особенностей развития самих грибов.

Глубокие окрасы проникают в древесину более чем на 2 мм. Среди них различают сплошные, охватывающие всю заболонь (глубокая синева) и пятнистые, поражающие отдельные участки заболони.

Очень коварна  подслойная синева, она образуется во внутренних слоях древесины, и не видна на поверхности. Обычно она возникает в том случае, если грибы прекращают своё развитие в наружных слоях древесины до появления окраски, но продолжают развиваться внутри древесины.

Глубина залегания  окраски при подслойной синеве зависит от вида гриба, размера свойственной ему зоны бесцветного молодого мицелия (зоны скрытой синевы), ширина которой колеблется от 5 до 12 мм.

Прокладочная  синева возникает при укладке  пиломатериалов на прокладку из неантисептированного сортамента или на сырые и зараженные рейки. Эти поражения ограничиваются местами соприкосновения пиломатериалов с прокладками, и в зависимости от условий и вида гриба могут быть глубокими и поверхностными. Грибы – возбудители синевы, попавшие из воздуха на поверхность свежеспиленной древесины в виде спор, при проникновении в глубь не дают окраски в течение двух и более недель (период бесцветной, скрытой синевы), а при благоприятной температуре воздуха и влажности древесины окрашивают её на третий–четвертый день.

Деревоокрашивающие  грибы оптимально развиваются в диапазоне влажности 50 – 90 %. В древесине, насыщенной водой, деревоокрашивающие грибы не способны развиваться из-за отсутствия кислорода. Для прорастания грибов этой группы необходима высокая влажность и аэрация.

Основными возбудителями  синевы на хвойных породах являются грибы из класса Ascomycetes: Ophistoma coerulea, Opiceae, Opini, Endoconidiophora sp. и из класса Deuteromycetes: Hormonema dematiodes, Trichosporium tingens, Claosporium herbarum, а так же грибы следующих групп: Stemphulium, Cladosporium, Alternaria, Sporodesmium, Phialophora, Aposhaeria, Discula, Burgoa, Leptographium, Sortaria, Verticillium, Fusarium, Aspergillius, Penicillium, Paecilomyces, Trichoderma, Chaetomium, Trichosporium, Pullularia. Эти грибы вызывают разрушения древесины по типу «умеренной гнили». Причем разные грибы, вызывая разрушения анатомически различного характера, в разной степени снижают механические свойства древесины. Глубина поражения этими грибами составляет 0,5–3 мм. Особые деструктирующие гифы способны поражать стенки паренхимных клеток серцевинных лучей и смоляных ходов, что приводит к увеличению скорости водо- и влагопоглощения древесины. Вследствие чего понижается сопротивление ее к ударному изгибу.

Деревоокрашивающие  грибы в различной степени способны изменять свойства древесины.

Грибы плесени  и синевы портят внешний вид, снижают сортность древесины, увеличивают водопоглощение и продуцируют миллионы спор, которые могут вызвать аллергические заболевания человека.

Рисунок 15 – Деревоокрашивающие грибы: A - колонии, B – под микроскопом,

C – на древесине

 

 

Рисунок 16 – Плесневые и деревоокрашивающие грибы под электронным микроскопом

 

После одномесячного  воздействия грибов синевы на древесину скорость водопоглощения сосны может возрасти в 1,5 раза. При дальнейшем развитии грибов многие из них способны разрушать стенки сердцевидных лучей и вторичных слоёв клеточных стенок по типу, близкому к умеренной гнили.

Деревоокрашивающие  грибы – это только начало процесса, способного привести к тотальному поражению древесины более страшными врагами – дереворазрушающими грибами, представляющими реальную опасность для деревянной конструкций.

Состругивание синевы с поверхности пиломатериалов может не обеспечить полного удаления скрытой синевы, Наиболее эффективным мероприятием по предохранению древесины от порашения синевой при воздушной сушке является антисептирование.

 

Дереворазрушающие грибы (рис. 17). Некоторые классы грибов могут разрушать клеточные стенки древесины и существенно изменять ее физико-механические свойства. Такой процесс называется гниением древесины, а вызывающие его грибы – дереворазрушающими. Гниение является основной причиной разрушения древесины.

Существует  множество дереворазрушающих грибов. Они различаются между собой по форме, строению и окраске грибницы, шнуров, плодовых тел и спор, а также по скорости и силе разрушения древесины.

Наиболее сильными разрушителями являются грибы, относящиеся  к классу базидиомицетов. Ксилотрофные базидиомицеты – это грибы, образующие крупные плодовые тела (карпофоры), спорообразующий слой которых называют гименофором. На поверхности древесины они помимо воздушного мицелия образуют и другие вегетативные мицелиальные структуры.

Дереворазрушающие грибы способны увлажнять древесину в процессе освоения за счет воды, образующейся при разложении целлюлозы. Возбудители биоповреждений древесины, относятся в основном к следующим группам грибов: Coniophora, Tyromyces, Zentinus, Serpula, Gloeophyllum, Trametes, Pleurotus, Schizophyllum.

 

Рисунок 17 – Дереворазрушающие грибы на древесине: А - так они портят древесину,

Б - колонии Serpula lacrimans

 

Характер гниения  зависит от того, какими ферментами гриб воздействует на древесину, какие компоненты клеточных оболочек и в какой последовательности он разрушает.

В начале деятельности дереворазрушающих грибов внешний вид древесины не изменяется, и присутствие грибных нитей в ней можно обнаружить только под микроскопом, в тонком срезе. В дальнейшем древесина изменяет свой естественный цвет, становится желтой или красноватой, а затем бурой и коричневой. Плотность и прочность древесины постепенно снижаются, она становится лёгкой, мягкой, теряет вязкость.