HOCHSCHULE FÜR NACHHALTIGE ENTWICKLUNG EBERSWALDE (FH) Fachbereich Wald und Umwelt. Holzkunde. 7. Ausgabe

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1 HOCHSCHULE FÜR NACHHALTIGE ENTWICKLUNG EBERSWALDE (FH) Fachbereich Wald und Umwelt Holzkunde 7. Ausgabe Vorlesungsbegleitende Materialsammlung für das 3. Semester Forstwirtschaft Zusammengestellt von Prof. Dr. Heinz Frommhold Eberswalde, im Mai 2013

2 Inhaltsverzeichnis: 1 Einführung in das Fachgebiet Forstnutzung Begriffserklärung, Umfang und Einteilung des Lehrgebietes Begriffserklärung Umfang, Form und Abgrenzung Einteilung, Inhalt und Ziel des Lehrgebietes Prüfungen Literatur zum Lehrgebiet Empfehlenswerte Literatur Zusätzliche Literaturhinweise Zeitschriftenhinweise Geschichte der Forstnutzung Waldverteilung Waldverteilung auf der Erde Waldverteilung in Europa Waldverteilungen in Deutschland Waldnutzungen Waldnutzungen auf der Erde Waldnutzung in Europa Waldnutzung in Deutschland Holzkunde Anatomischer Aufbau des Holzes Aufbau der Zellwand Zellarten als Grundelemente des Holzes Schnittrichtungen des Holzes Jahrringaufbau und Verkernung Zeitlicher und räumlicher Verlauf von Wachstum und Verkernung Früh- und Spätholz Jahrringbreite Verkernung und Dauerhaftigkeit Besonderheiten der Zellbildung Makroskopische Bestimmung forstlich bedeutender Holzarten Mitteleuropas Holzanatomische Merkmale zur makroskopischen Holzartenbestimmung Hilfsmittel, Tabellen, Bestimmungsbücher und Computerprogramme Chemischer Holzaufbau

3 2.2.1 Elementarzusammensetzung des Holzes Chemische Hauptbestandteile Cellulose Holzpolyosen Lignin Weitere Bestandteile des Holzes Ätherische Öle und Harze Stärke und Fette Gerbstoffe Übrige Bestandteile Chemische Zusammensetzung von Normalholz und Richtgewebe Physikalische Eigenschaften des Holzes Dichte und Gewicht des Holzes Holzfeuchtigkeit Feuchtigkeitsgehalte des Holzes Möglichkeiten der Holzfeuchtemessung Quellen und Schwinden des Holzes Mechanische Eigenschaften Elastizität Härte und Abnutzungswiderstand Festigkeit Thermische Eigenschaften des Holzes Elektrische, magnetische und akustische Eigenschaften Holzfehler Ursachen, Diagnose und Wirkung Fehler in der Stammform Krummschäftigkeit Zwiesel Abholzigkeit Exzentrischer Wuchs Spannrückigkeit Hohlkehligkeit Fehler in der Beschaffenheit des Holzes Unregelmäßiger Jahrringaufbau Wechsel der Jahrringbreiten Wimmerwuchs Maserwuchs, Maserknollen, Maserkröpfe, Wasserreiser und Wirbel Reaktionsholz Druckholz Zugholz Drehwuchs Harzgallen und Harzrisse Anormale Kernbildung Astigkeit, Beulen, Rosen, Siegel, Chinesenbärte Durch Beschädigungen verursachte Holzfehler Beschädigungen durch Witterungseinflüsse Risse Blitzbeschädigungen Beschädigungen durch Hagel, Schnee und Sturm Rindenbrand

4 Buchen-Rindennekrose Beschädigungen durch Menschen Eingewachsene Fremdkörper Fällungsschäden und Schäden durch falsche Fällzeiten Transportschäden Lagerschäden Schäden durch Harzung Beschädigungen durch Tiere Holzzerstörende Insekten Beschädigungen durch andere Tiere Beschädigungen durch Pilze Holzverfärbende Pilze Holzzerstörende Pilze an stehenden Bäumen Holzzerstörende Pilze an verbautem Holz Verzeichnisse Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Quellenverzeichnis:

5 Begriffserklärung, Umfang und Einteilung des Lehrgebietes Vorwort Liebe Leserin, lieber Leser, diese 7. Ausgabe der vorlesungsbegleitenden Materialsammlung des Fachgebietes Forstnutzung für das 3. Semester Forstwirtschaft soll dazu beitragen, den Vorlesungsstoff besser nacharbeiten zu können. Dazu wurden früher lose Blätter und Broschüren unregelmäßig in Vorlesungen zum Kopieren herausgegeben. Dieses Vorgehen hat sich nicht bewährt. Aus diesem Grund wird das vorgelegte Skript mit einer Auswahl der Kopien von in Vorlesungen gezeigten Folien und Beispielen ergänzt. Das beigefügte Inhaltsverzeichnis entspricht der Gliederung der dazugehörigen Vorlesung. Die Feingliederung Ihrer Vorlesung ist außerdem beigefügt. Beigefügt ist auch das Übungs- und Exkursionsprogramm mit einzelnen inhaltlichen Darstellungen, die in meiner Homepage ausführlich und aktuell zu finden sind unter: Vorlesungsgliederung für das 3. Semester Forstwirtschaft mit Skripten Programm Holzkundeübung für das 3. Semester Exkursionsführer Downloads Jährlich soll eine Überarbeitung erfolgen, die zur Verbesserung und Ergänzung dieser Ausgabe führen soll. Jeden sachdienlichen Hinweis und Ihre aktive Mitarbeit als studentische Hilfskraft nehme ich dankbar entgegen. gez. H. Frommhold 29. Mai

6 Begriffserklärung, Umfang und Einteilung des Lehrgebietes 1 Einführung in das Fachgebiet Forstnutzung 1.1 Begriffserklärung, Umfang und Einteilung des Lehrgebietes Begriffserklärung Das Lehrgebiet Forstnutzung wurde in der geschichtlichen Entwicklung unterschiedlich abgegrenzt. Von Beginn der forstlichen Lehre an war es ein Hauptfach der forstlichen Ausbildung. Der Erfolg des forstlichen Wirtschaftens wurde an der Lieferung von Holz und anderen Waldprodukten gemessen. Diese Bedeutung ist allerdings rückläufig. Anstelle von Forstnutzung wurde und wird auch häufig der Begriff Forstbenutzung verwendet. Frühere Gesamtdarstellungen des Fachgebietes Forstnutzung, bei denen die Arbeit im Wald inbegriffen war, finden sich bei: Duhamel du Monceau 1764: De l Exploitation des Bois Bechstein 1821: Die Waldbenutzung für angehende und ausübende Forstmänner und Kameralisten Pfeil 1831: Forstbenutzung und Forsttechnologie: Forstbenutzung ist die Lehre von der Gewinnung und vorteilhaften Versilberung des Holzes. König 1851: Forstbenutzung Gayer 1853: Die Forstbenutzung Gayer-Fabricius 1949: in der 14. von Fabricius bearbeiteten Auflage Die Richtschnur für das Handeln der Forstleute bei der Holzernte und beim Holzabsatz war eine möglichste Steigerung des Gewerbgewinns. Später trat diese Prämisse hinter den Gesichtspunkt der zweckmäßigen Verwertung zurück, z. B. bei: Erteld 1957: Forstnutzung auf holzkundlicher Grundlage Knigge und Schulz 1966: Grundriss der Forstbenutzung Einheitliche Begriffe des Fachgebietes wurdenund werden in Richtlinien, Standards, TGL, HOMA, DIN und RVR definiert, z. B.: Stamm: Schaft des gefällten Baumes ohne Wurzel, Äste und Zopf Rohholz: gefälltes, gezopftes und entastetes Holz, auch wenn es entrindet, abgelängt oder gespalten ist. (HKS Brandenburg) Umfang, Form und Abgrenzung Der Umfang ist laut Curriculum begrenzt und sieht Folgendes für das 3. Semester vor: Holzkunde: Holzkundeübung: 30 Stunden Vorlesung (2 SWS) 30 Stunden Übung (2 SWS) Die Übungen finden in Gruppen mit bis zu 15 Studenten statt. Die Gruppenzugehörigkeit legen Sie bitte bis zur 1. Übung selbst fest. 6

7 Literatur zum Lehrgebiet Das aktuelle Übungsprogramm befindet sich im Anhang, auf der Homepage, im Laufwerk S und in EMMA. Die 1. Übung befasst sich mit Holzartenbestimmungen anhand von Stammscheiben und Rindenabbildungen. Makroskopische Bestimmungen einheimischer Holzarten schließen sich an. Fortgesetzt wird das Programm mit Übungen zur Holzphysik, zur Holzchemie, zu Holzfehlern und der Besichtigung von Versteigerungsholz. Fortgesetzt wird die Lehrveranstaltung im 4. Semester mit Holzsortierung und -vermessung, im 6. Semester mit Holzverwendung/ Holz-Marketing. Abgrenzung zu benachbarten Fachgebieten: Botanik Chemie Entomologie Waldschutz Waldarbeitslehre Holzmesslehre Forstliche Betriebswirtschaftslehre EDV Forstpolitik Einteilung, Inhalt und Ziel des Lehrgebietes Einteilung und Inhalt: siehe Gliederung des Vorlesungsstoffes Ziel: Vermittlung spezieller holzanatomischer Kenntnisse mit dem Schwerpunkt auf einheimische Handelshölzer zur Befähigung der Holzartenbestimmung; Vermittlung von Kenntnissen zur Erkennung und Beurteilung von Wuchsmerkmalen und Holzfehlern zur Befähigung der Holzsortierung; Schaffung von Grundlagen für die Lehrgebiete Holzsortierung/ -vermessung, Holzverwendung und Holzvermarktung Prüfungen Folgende Leistungen sind zu erbringen: Holzkunde: Klausur, Modul Grundlagen der Holzproduktion (120 min.) Teilmodul Holzkunde Holzkundeübung: schriftliche Prüfung mit Holzartenbestimmung Studentische Hilfskräfte werden gesucht für: - das Anfertigen von Stammscheiben; - das Anfertigen von Holzklötzchen für Bestimmungsübungen; - die Ergänzung und Aktualisierung der Website: 7

8 Literatur zum Lehrgebiet 1.2 Literatur zum Lehrgebiet Empfehlenswerte Literatur 1) Grammel, R. Forstbenutzung, Pareys Studientexte Nr. 67 2) Kroth, W.; Bartelheimer, P. Holzmarktlehre, Pareys Studientexte Nr. 77 3) Sachsse, H. Einheimische Nutzhölzer und ihre Bestimmung nach makroskopischen Merkmalen, Pareys Studientexte Nr.44 4) Ertelt, W; Mette, H. - J.; Achterberg, W. Holzfehler in Wort und Bild, Fachbuchverlag ) Knigge, W.; Schulz, H. Grundriß der Forstbenutzung, Parey-Verlag ) Lohmann, U. Holzhandbuch, DRW-Verlag Weinbrenner 2006, 6. Auflage 7) Schwankl, A. Wie bestimme ich Holz, Verlag Wolfgang Zimmer Augsburg, 12. Auflage ) Steuer, W. Vom Baum zum Holz, DRW Verlag, 2. Auflage ) Zimmermann, G. Die Rohholzsortierung in Deutschland, Wirtschafts- und Forstverlag, 4. Auflage ) Richter, Ch. Holzmerkmale, DRW-Verlag Leinfelden-Echterdingen, 3. aktualisierte und erweiterte Auflage Zusätzliche Literaturhinweise 1. AUTORENKOLLEKTIV: Lexikon der Holztechnik, 4. Auflage Fachbuchverlag Leipzig AUTORENKOLLEKTIV: Das große Buch vom Holz Schuler Verlagsgesellschaft 8

9 Literatur zum Lehrgebiet 3. BRAUN, H. J: Bau und Leben der Bäume, Verlag Rombach, Freiburg (1992), 3. Auflage 4. CLAUDER, L.; FROMMHOLD, H.; MASCHMANN-FEHRENSEN, A: Herstellung von thermisch modifiziertem Holz (2009) in: ELMER, M. u. a. (Hrsg.) Nachhaltige Bewirtschaftung von Eichen-Kiefern- Mischbeständen, oekom München, S FINSTERBUSCH, E.: Vom Steinbeil zum Sägegatter Fachbuchverlag Leipzig, THIELE,W., FRÖHLICH, H.-J.: Alte liebenswerte Bäume in Deutschland Ahlering Verlag Hamburg FROMMHOLD, H.: Kommentar zu Rohholzaushaltung Rohholzverkauf (Handelsklassensortierung, HKS Brandenburg) Herausgeber: MULR, Potsdam/Berlin FROMMHOLD, H.: Technologische Eigenschaften des Holzes in Autorenkollektiv: Ausländische Baumarten in Brandenburgs Wäldern Herausgeber: Landesforstanstalt Eberswalde Hendrik Bäßler Verlag Berlin (2002) 9. FROMMHOLD, H., BILKE, G. (2007): Zur Bedeutung der Holzsortierung nach HKS und CEN-Norm für die Holzaushaltung der Kiefer in Brandenburg in: Die Kiefer im norddeutschen Tiefland Ökologie und Bewirtschaftung, Eberswalder Forstliche Schriftenreihe Band XXXII, S GROSSER, D.: Die Hölzer Mitteleuropas, ein mikroskopischer Lehratlas Springer-Verlag HORA, B.: Bäume der Welt, DRW - Verlag 1993, 2. Auflage 12. HUSS, J.: Leitfaden für die Anfertigung von Diplomarbeiten und Dissertationen in der Forstwirtschaft und verwandten Fachgebieten, Sauerländer s Verlag 1989, 2.Auflage 13. KOLLMANN, F.: Technologie des Holzes, Berlin 1951/1955 9

10 Literatur zum Lehrgebiet 14. LANGENDORF, G.: Holzschutz, Fachbuchverlag Leipzig, LANGENDORF: Rohholz u.a. Fachbuchverlag Leipzig METTE, H.-J.; u.a.: Holzkundliche Grundlagen der Forstnutzung Landwirtschaftsverlag Berlin, 1989, 2. Auflage 17. MOMBÄCHER: Holz-Lexikon, 3. neubearbeitete Auflage, 1993, DRW-Verlag Stuttgart, 2 Bände 18. NIEMZ, P.: Physik des Holzes und der Holzwerkstoffe, DRW Verlag SACHSSE, H.: Exotische Nutzhölzer, Parey s Studientexte 20. SELL, J.: Eigenschaften und Kenngrößen von Holzarten Baufachverlag Zürich 1997, 4. Auflage 21. STÄHLI, R.: Holzkunde, Eigenverlag Richard Stähli, 2. Auflage, TRENDELENBURG, R., MAYER-WEGELIN, H.: Das Holz als Rohstoff, Carl Hauser München WAGENFÜHR, R: Holz unter Lupe und Mikroskop, Wittenberg Ziemsen-Verlag, WAGENFÜHR, R.: Anatomie des Holzes, Fachbuchverlag Leipzig 1989, 4. neubearbeitete Auflage 25. WAGENFÜHR, R: Holzatlas, 4. Auflage, Hanser Verlag München Zeitschriftenhinweise Holzzentralblatt Forst und Holz AFZ/Der Wald 10

11 1.3 Geschichte der Forstnutzung Geschichte der Forstnutzung Das älteste bekannte Lehrbuch befasst sich mit der Forstnutzung. Die Geschichte der Forstnutzung ist vielfach auch zugleich die Geschichte der Forstwirtschaft überhaupt. Der Wald steht seit ca. 600 Jahren auf Standorten, die er auch heute noch innehat. Die Nutzung bezog sich dort auf Waldweide für Rinder (auch Schaf-, Pferde- und Ziegenweide) Schweinemast, daher Einteilung der Bäume in Ligna fructifera und Ligna infructifera (unfruchtbares Holz) intensive Streunutzung (ca. 150 Jahre lang) und Futterlaubgewinnung diese hatte schließlich den Wald zum Stall gemacht Zeidelweide = Waldimkerei (war 1 Jahrtausend lang die einzige Produktionsquelle für Wachs und Süßstoff = Honig ), Kiefern und Linden wurden künstlich ausgehöhlt und gewipfelt, die Bodendecke verbrannt geregelte Wald- und Feldwirtschaft durch Brandrodung wurde der Wald in kurzen Abständen zum Holzerwerb, zum Kornanbau und zur Waldweide genutzt Harznutzung seit dem 15. Jahrhundert (z. B. Fichtenscharrharzgewinnung) Holz war Jahrtausende lang der wichtigste Energieträger, bis zur 1. Hälfte des 19. Jh. war die Brennholzproduktion das vorherrschende Produktionsziel Nutzholz machte um 1850 nur 1 Zehntel der Gesamtproduktion aus; die Erzeugung von 1t Eisen wurden 120m 3 Holz benötigt, Ende des 18. Jh. wurde Koks für die Hüttenindustrie verwendet Holzkohle zur Zeit des Bergbaues und der Hüttenproduktion (> Gewicht nur 1/8 des Holzes, daher lange Transportwege möglich) Aschenbrennerei (Pottasche) wegen des Kaligehaltes der Pottasche für viele Gewerbe nutzbar bis zur Ausbeutung der Kalilagerstätten Kaliumcarbonat K 2 C kg Buchenholz wurden für die Herstellung von 3 kg Holzasche benötigt Holz für Glashütten Holz für den Salinenbetrieb zum Eindampfen der Sole, auch für Fässer, Triftanlagen und Rohrleitungen; Lüneburger Salinen verbrauchten jährlich 100t m 3 bis 300t m 3 Brennholz > deshalb heutige Waldarmut der Wald lieferte Holz für die bäuerliche Wirtschaft: Gestelle für Pflug und Egge Zäune Tische, Bänke und Küchengeräte Wind- und Wassermühlen Weinpresse Fässer für Wein und Butter Wagen und Schlitten Heizung für 1 Schiff mit Holländereichen wurden 2,5 ha Eichenwaldfläche benötigt; Stabschlägerheiden für den Fassbau Pflanzung von Hochzeitseichen in Brandenburg 1719 Flößerei 11

12 Waldverteilung 1.4 Waldverteilung Was ist Wald? Gemäß 2, Landeswaldgesetz Brandenburg: (1) Wald im Sinne dieses Gesetzes ist jede mit Forstpflanzen (Waldbäumen und Waldsträuchern) bestockte Grundfläche. (2) Als Wald gelten auch 1. kahl geschlagene und verlichtete Grundflächen, 2. Waldwege, Waldeinteilungs- und Sicherungsstreifen, unterirdische, baumfrei zu haltende Trassen bis zu zehn Meter Breite, 3. Waldblößen und Lichtungen, Waldwiesen, Wildäsungsplätze, Holzlagerplätze, 4. Flächen, die dem Anbau von Kulturheidelbeeren dienen, sofern der Holzvorrat nicht 40 vom Hundert des nach gebräuchlichen Ertragstafeln oder bekannter standörtlicher Wuchsleistung üblichen Vorrats unterschreitet und die Flächengröße von zwei Hektar nicht überschreitet, 5. weitere mit dem Wald verbundene und ihm dienende Flächen. (3) Nicht Wald im Sinne dieses Gesetzes sind 1. in der Flur oder in bebautem Gebiet gelegene einzelne Baumgruppen, Baumreihen oder mit Hecken und Schutzpflanzungen bestockte sowie als Baumschulen verwendete Flächen, 2. zu Wohnbereichen gehörende Parkanlagen, 3. mit Waldbäumen bestockte Flächen in gärtnerisch gestalteten Anlagen, die der Erholung der Bevölkerung dienen, 4. Weihnachtsbaum- und Schmuckreisigkulturen. Was ist ein Baum? Bäume sind langlebige, selbstragende Holzgewächse, die aus Wurzel, Schaft und Krone bestehen sowie [ ] eine Höhe von mindestens 5 m (unter ungünstigen Bedingungen mindestens 3m) erreichen. (Quelle: Thomasius/Schmidt: Wald, Forstwirtschaft und Umwelt. Band 10. Bonn: Econmica Verlag, 1996) Waldverteilung auf der Erde Gemäß FAO erstreckte sich die Gesamtwaldfläche der Erde unter Berücksichtigung der o. g. Definitionen im Jahre 2005 auf 3,952 Mill. ha, im Jahre 1990 waren es noch 3,511 Mill. ha. Vor 4000 Jahren gab es angeblich rund 6 Mill. ha Wald. Die Hälfte des verloren gegangenen Waldes (1,3 von 2,6 Mill. ha) wurde zwischen 1950 und 1990 eingeschlagen (aus BDFaktuell 1/98, S.4); [6] Süd Amerika 21% Ozeanien 5% Nord und Zentral Amerika 18% Afrika 16% Europa 25% Asien 15% Abb. 1 Waldverteilung laut FAO 2007 [2] 12

13 Waldverteilung Abb. 2 Waldfläche auf der Erde [6] Tab. 1 Waldflächen nach Regionen in 1000 ha und % [6] 13

14 Waldverteilung Abb. 3 jährliche Umwandlung von Waldflächen in Mio. ha [6] Weltweit existieren bis Holzarten. Davon gibt es etwa 5000 Holzarten, die für gewerbliche Zwecke geeignet sind. Gehandelt werden aber nur etwa Von Bedeutung sind 200 bis 300 Handelshölzer, für die auch Bestimmungsschlüssel vorliegen. Die ältesten nachgewiesenen Bäume der Erde wachsen in Kalifornien: Pinus aristata über 4680 Jahre alt, 15 m hoch, 100 Jahrringe auf 1 cm; Sequoiadendron giganteum 3120 Jahre alt; Nach unbestätigten Berichten soll es noch ältere Bäume geben, z. B.: japanische Sicheltanne bis 7000 Jahre alt; Zypressenart in Algerien bis 5000 Jahre alt; Ginkgo in China 3500 Jahre alt. Abb. 4 Taxodium mukronatum [22] 14

15 Die höchsten Bäume der Erde wachsen in den USA und in Australien: Sequoia sempervirens 112 m hoch (Kalifornien); Eukalyptus über 100 m hoch (Australien). Waldverteilung Die stärksten Bäume der Erde wachsen in Kalifornien und Mexiko: Sequoiadendron giganteum 12,28 m im Durchmesser; Sumpfzypresse (Taxodium mukronatum) in Oaxaka (Mexiko), 15,48m im Durchmesser, 46 m Stamm-umfang, 41 m Höhe, ca m³ Volumen, 2300 Jahre alt (Abb. 4). Der Baum mit dem größten Volumen ist ein Sequoiadendron giganteum (Abb ) mit 1486,6 m³ Volumen, 11,1 m im Durchmesser, 83,8 m Höhe Abb. 5 Sequioadendron giganteum [22] Abb. 6 Sequoiadendron giganteum [22] 15

16 Waldverteilung Waldverteilung in Europa Abb. 7 Waldflächen und Holzvolumen in Europa [7] Die Waldfläche Europas ohne die frühere UdSSR beträgt ca. 140 Mio. ha. Die waldreichsten Länder (außer der früheren UdSSR) haben folgende Waldflächen (in Mio. ha und in % Waldanteil des Landes): 16

17 Waldverteilung Waldanteil in Mio. ha Waldanteil in % Schweden 27,5 66,9 Finnland 22,5 73,9 Frankreich 15,5 28,3 Deutschland 11 31,7 Italien 10 33,9 Quelle: [2] Waldfläche und Holzvorrat stehen dabei in recht unterschiedlichem Verhältnis zueinander. Die Waldfläche Finnlands ist doppelt so groß wie die Waldfläche Deutschlands. Während der Vorrat der Wälder Deutschlands 2,5 Mill. m³ beträgt, liegt er in Finnland nur bei 1,5 Mill. m³. Der älteste Baum Mitteleuropas ist eine 2000-jährige Eiche in Frankreich. Der höchste Baum Mitteleuropas ist eine 63,33 m hohe Douglasie im Freiburger Stadtwald Waldverteilungen in Deutschland Deutschland hat ca. 11,07 Mio. ha Wald (zur Erinnerung: Europa 140 Mio. ha, weltweit sind es 3952 Mio. ha, Quelle: State of the World s Forests 2007). Im Gegensatz zur weltweiten Verringerung der Waldfläche sind in Deutschland seit ha Waldfläche hinzugekommen. Die ältesten Bäume in den neuen Bundesländern sind jährige Eichen in Ivenack jährige Bäume werden häufig in Dorfchroniken und Fremdenverkehrsprospekten genannt, sind aber in Wirklichkeit sehr selten. Die höchsten Bäume Norddeutschlands sind 56 m hohe Douglasien. Außergewöhnliche Bäume in der Nähe von Eberswalde sind bzw. waren: Königskiefer: 95 cm Durchmesser, 32,5 m Höhe, 11,4 m³ Volumen (Schaftderbholz m. R.), 250 Jahre alt, 1981 gefällt; Kroneneiche: 110 cm Durchmesser, 31,5 m Höhe, 14,0 m³ Volumen, 550 Jahre alt; dicke Buche: 6 m Umfang, 33 m Höhe, 50 m³ Volumen, 27 m Kronendurchmesser, im AfF Groß Schönebeck, Rev. Eichheide, Abt. 143; die vermutlich stärkste Buche Deutschlands mit einem Umfang von 8,20 m steht in Mecklenburg-Vorpommern östlich des Krakower Sees; Europäische Lärche: 140 cm Durchmesser, 50 m Höhe, 30 m³ Volumen, 218 Jahre alt. Waldfläche: weltweit: ~ 3,9 Mrd. ha BRD: ~ 11 Mio. ha Brandenburg: ~ 1 Mio. ha 17

18 Waldnutzungen Abb. 8 Daten der Bundeswaldinventur [8] 1.5 Waldnutzungen Waldnutzungen auf der Erde Produktion = Holzeinschlag in Mio. m³: Amerika 1082, Afrika 527, Europa 335, frühere UdSSR 335,4 Asien 1086, pazif. Gebiete 42, Summe 3429, Quellen: [1],[2],[9] 18

19 Waldnutzungen Der jährliche Holzeinschlag in China ist um 100 Mio. m³ höher als der dortige Zuwachs. Der Holzbedarf in Indien ist 7-mal größer als die dort nachwachsende Holzmenge. Quelle: BDF-aktuell 1/98, S. 4 Holzeinschlag in Milliarden m³: Holzstoffbilanz in Mio. Fm Aufkommen Delta Delta Verwendung in Mio.m³ in Mio. m³ Sägestammholz 37,2 37,3 0,1 37,2 37,3 0,1 Sägeindustrie sonstiges Derbholz 29 36,5 7,5 19,6 16,9-2,7 Holzwerkstoffe Waldrestholz 5,5 8 2, ,6 0,6 Holzschliff und Zellstoff Rinde 4,6 4,7 0,1 3,4 2,3-1,1 sonst. Stoffliche Nutzung Landschaftspflegematerial 3,2 4,5 1,3 Kurzumtriebsplantagen ,2 4,6 3,4 Energieprodukthersteller Sägenebenprodukte 14,6 15 0,4 Sonst. Ind.-Restholz 5,5 5,8 0,3 16,6 22,6 6 Energetisch > 1 MW Schwarzlauge 3,3 3,6 0,3 4,9 7,2 2,3 Energetisch < 1 MW Altholz 10,8 14 3, ,9 11,9 Hausbrand HolzenergieProdukte 1,2 4,6 3,4 0 0,1 0,1 sonst. Energet. Verw. Bilanzausgleich 0 1,5 1,5 0,3 0 Bilanzausgleich Insgesamt , ,4 20,4 Insgesamt Quelle:[53] 456 Mio. m³ Sägeholz 122 Mio. m³ Plattenholz 155 Mio. m³ Zellstoff 86 Mio. m³ für Papier besonderer Art 242 Mio. m³ Papier und Pappe > insgesamt: 3,43 Mio. m³ 19

20 Prognostizierter Verbrauch an Holzprodukten im Jahr 2010: Prognostizierter Verbrauch an Holzprodukten im Jahr 2010 Waldnutzungen Produkt Veränderungen total jährlich Gesamtes Rundholz (mill. m³) % 1.9% Industrieländer % 1.9% Entwicklungsländer % 1.9% Brennholz & Kohle (mill. m³) % 1.3% Industrieländer % 0.8% Entwicklungsländer % 1.4% Industrieholz (mill. m³) % 2.5% Industrieländer % 2.0% Entwicklungsländer % 3.6% Schnittholz (mill. m³) % 2.4% Industrieländer % 1.6% Entwicklungsländer % 4.1% Holzwerkstoffe (mill. t) % 4.6% Industrieländer % 4.4% Entwicklungsländer % 5.5% Zellstoff (mill. t) % 2.2% Industrieländer % 2.2% Entwicklungsländer % 1.5% Altpapier (mill. t) % 3.4% Industrieländer % 3.2% Entwicklungsländer % 4.1% Papier und Pappe (mill. t) % 2.9% Industrieländer % Entwicklungsländer % 4.7% Quelle: FAO (1995) Tab. 2 Geschätzter Holzverbrauch für 2010 [5] Brennholzeinschlag nach Kontinenten (in Mio. m³): Amerika Afrika Europa frühere UdSSR 81 Asien pazif. Gebiete Summe Quellen: [1],[2],[9] 20

21 Waldnutzungen Waldnutzung in Europa Holzverbrauch in Europa (in Mio. m³): Säge- und Furnierholz Platte Brennholz Summe Europa 151,1 32,8 51,5 335,5 Schweden 22,6 0,9 4,4 51,7 Finnland 14,3 0,5 2,9 34,1 Frankreich 23,3 3,3 10,4 44,8 Deutschland 21,7 9,1 4,5 44,9 Norwegen 5,7 0,6 0,9 10,9 Polen 7,9 1,5 2,8 17,2 Waldflächen & Wirtschaftswaldflächen, 2010 Landfläche Wälder & sonstiger Wirtschaftswaldflächen Baumbestand davon (in Millionen m³ mit Rinde): 1000 ha % der % in der 1000 ha Landfläche Waldfläche Holzbestand Zuwachs Einschlag EU Bulgarien Deutschland Spanien Frankreich Italien Polen Rumänien Finnland Schweden Ver. Königreich Quelle: Eurostat Pressemitteilungen (bearbeitet) Tab. 3 Übersicht forstwirtschaftlich relevanter Daten für osteuropäische Länder und EU [10] 21

22 Waldnutzungen Waldnutzung in Deutschland Gesamt-Holzverbrauch 1992: 90 Mio. m³ - davon zur Papierherstellung: 46 Mio. m³; - davon zur weiteren Holzverwendung: 44 Mio. m³. Die Summationen der Kurven zum Gesamtholzverbrauch sind zu beachten. So belief sich die Rohholzbilanz der BRD in den Jahren 1997 sowie 1998 auf 39,9 Mio.m³ bzw. 41,4 Mio.m³. Die Gesamtrohholzbilanz betrug im Jahr 1998 jedoch 169,4 Mio.m³. Gesamtholzaufkommen 1992: 135 Mio m³ Holz aus deutscher Forstwirtschaft: 32; aus Altpapier: 21; aus Einfuhr: 82. Verbrauch von Rohholz: 33 Mio. m³; Industrieholz: 7 Mio. m³; Altpapier: 21 Mio. m³. Hinsichtlich der Entwicklungen in Europa bis zum Jahre 2010 für das Aufkommen und den Verbrauch von Holzprodukten, wie Schnittholz, Papier, Brennholz, Platten und Zellstoff wird für die europäischen Ertragswälder folgendes prognostiziert: jährlicher Nettozuwachs: ca. 577 Mio. Vfm m. R. jährlicher Einschlag: ca. 437 Mio. Vfm m. R. Die Differenz von 140 Mio. Vfm m. R. ist 10mal höher als der europäische Nettoimport von Rohholz (Quelle: FAO 1992). In Bezug auf das Thema Nachhaltigkeit ist zu sagen, dass in Deutschland zur Zeit weniger genutzt wird, als nachhaltig genutzt werden könnte/dürfte. 22

23 Waldnutzungen Abb. 9 Weitere Import- und Export-Daten [11] 23

24 Waldnutzungen Abb. 10 Holzverbrauch je Einwohner [12] Abb. 11 Holzeinschlag 2007 [13] Abb. 12 Holzverbrauch total in BRD [12] Abb. 13 Holzeinschlag in der EU [14] 24

25 2 Holzkunde 2.1 Anatomischer Aufbau des Holzes Aufbau der Zellwand Anatomischer Aufbau des Holzes Holz besteht wie alle anderen Pflanzen aus Zellen. Sie sind aber meist ohne lebenden Inhalt, sind meist tot und mehr oder weniger hohl; nach der Verkernung enthalten sie jedoch wichtige Inhaltsstoffe. Somit besteht das Holz überwiegend aus Zellwänden und Hohlräumen; diese Zellenwände bestimmen zu großen Teilen die Holzeigenschaften. Die Zellwand besteht aus Zellulose im Grundgerüst. Sie ist als Glukosekette aufgebaut. Zellulose-Makromolekül Kettenmolekül 100 Makromoleküle Micellarstränge (Micelle) Micellarstränge Zellulose-Mikrofibrillen Dazwischen befinden sich Interfibrillarräume (u. a. Ursache für die Anisotropie, [15]. Das Cellulose-Grundgerüst der Zellwand wird durch Holzpolyosen (Hemicellulose) und Lignin verkrustet und versteift. Die Zellwand besteht aus mehreren Teilwänden: - Mittellamelle - Primärwand, - Sekundärwände (S1, S2, S3 auch Tertiärwand) Bei der Verholzung werden die Cellulose-Fibrillen umhüllt oder durch Ligninquellung auseinander gedrängt. Abb. 14 Verbindung der Cellulosemakromoleküle zur hölzernen Zellwand [15] 25

26 2.1.2 Zellarten als Grundelemente des Holzes Nadelholz: - Harzkanäle 1 % - Parenchymzellen 4-10 % - Tracheiden % Anatomischer Aufbau des Holzes Laubholz: - Tracheiden % Stützgewebe Hauptfunktionen der Zellen: - Tracheen (Gefäße) % Leitgewebe - Parenchymzellen % Speichergewebe Wasserleitung mit darin gelösten Nährsalzen aus dem Boden in die Krone (die in den Blättern gebildeten Nährstofflösungen fließen in umgekehrter Richtung nicht durch das Holz, sondern durch die Bastleitungsbahnen) Sicherung des Stammes gegenüber mechanischen Belastungen (Festigkeit) Speicherung von Reservestoffen, die bei der Assimilation gebildet werden Nadelhölzer sind entwicklungsgeschichtlich älter und demzufolge einfacher aufgebaut. Tracheiden haben bei Nadelhölzern 2 Funktionen zu erfüllen: 1) Wasserleitung 2) Festigkeit Bei Laubhölzern sind dickwandige Tracheiden (auch Holzfasern oder Libriformfasern genannt) 1 bis 1,5 mm lang mit einem Durchmesser von 0,02 bis 0,05 mm und für die Festigkeit zuständig. Tracheen (auch Gefäße genannt) sind für die Wasserleitung und den Transport der Nährsalze zuständig. Die Länge der Einzelzelle ist gering, aber durch Auflösung der Querzellwände entstehen, z. B. bei der Eiche, bis zu 18 m lange Gefäße. Ihr Durchmesser liegt bei Eiche über 0,4 mm. Parenchymatische Zellen sind großlumige, zur Speicherung vorgesehene Zellen. Sie kommen vor als: Strangparenchym Strahlenparenchym Epithelzellen; Exkretzellen, welche die Harzkanäle umgeben (Harzkanäle selbst sind Ausweitungen der Interzellularräume) Einige Grundelemente des Holzes: Holzstrahlen Parenchym Tracheen Tracheiden Libriformfasern Harzkanäle Thyllen 26

27 Anatomischer Aufbau des Holzes Abb. 15 Aufbau von Nadelholz [16] Abb. 16 Aufbau von Laubholz [16] 27

28 Anatomischer Aufbau des Holzes Abb. 17 Unterschiedlicher Aufbau des Holzes dargestellt an Ki, StEi und Bu [17] 28

29 Anatomischer Aufbau des Holzes Schnittrichtungen des Holzes Abb. 18 Schnittrichtungen des Holzes [18] Abb. 19 Querschnitt und Radialschnitt [19] Zur Holzartenbestimmung müssen die folgenden drei Schnittrichtungen an einem beliebigen Holzstück erkannt werden. Der Hirnschnitt (auch Querschnitt) wird bei der Holzartenbestimmung zuerst geprüft, da er den umfangreichsten Einblick in den anatomischen Bau gibt, z. B. ringporig, zerstreutporig, Nadelholz oder Laubholz. Er verläuft im Winkel von 90 zur Stammlängsachse. Der Tangentialschnitt (auch Fladerschnitt) ist als Längsschnitt der übliche Brettschnitt. Er wird im Sinne einer Tangente am Jahrring geführt. Holzstrahlen werden dabei im rechten Winkel durchtrennt. Der Radialschnitt (auch Spiegelschnitt) ist ebenfalls ein Längsschnitt, führt aber immer auf einem Radius des Stammquerschnittes entlang. Holzstrahlen werden dabei der Länge nach aufgeschnitten, aber nicht immer genau getroffen, da ihr Verlauf annähernd wellenförmig ist. Ihre Schnittflächen werden als Spiegel bezeichnet, z. B. bei: Eiche, Platane, Buche, Ulme, Ahorn (sehr deutlich zu sehen) Nadelholz, Birke, Pappel (ohne deutlichen Spiegel) Erle, Hainbuche (ohne Glanz, da zu Scheinholzstrahlen gebündelt) Jahrringaufbau und Verkernung Definitionen von Holz: Von der Rinde umschlossene Teile der Bäume und Sträucher, ohne das in der Mitte liegende Mark. Laut Holzlexikon (S. 341): Durch die Tätigkeit des Kambiums erzeugtes sekundäres Dauergewebe. Im makroskopischen Sinne aus verschiedenartigen Zellen zusammengesetzte Gewebemasse unter der Rinde von Bäumen und Sträuchern. Im mikroskopischen Sinne ist es die verholzte Zellwand. Es kommt nur bei Dikotyledonen und Gymnospermen, nicht bei Monokotyledonen vor. Bambus und Palmen sind in diesem 29

30 Anatomischer Aufbau des Holzes Sinne kein Holz! Jahrringe sind Grenzen im Holz, die sich durch jahreszeitlich bedingte Wachstums- und Ruhephasen ergeben. Bei Tropenhölzern sind solche Grenzen wegen des andauernden Wachstums nur schwer zu erkennen. Es gibt aber auch hier Wachstumszonen, da sich nasse und trockene Zeiten abwechseln Zeitlicher und räumlicher Verlauf von Wachstum und Verkernung Die Zellen des Kambiums erzeugen während der Vegetationszeit von Mai bis September nach außen Bastzellen und nach innen Holzzellen im Verhältnis 1:30. Bast ist der lebende Teil der Rinde (Assimilate wandern dort abwärts zur Einlagerung im Holz). Jahrringaufbau und zeitlicher Verlauf: Bei Nadelhölzern beginnt die Zellteilung im Holz mit der Bildung neuer Nadeln, bei Lärche erst nach voller Entfaltung der neuen Nadeln. Bei Ringporern beginnt die Zellteilung vor Laubausbruch, während bei Zerstreutporern die Zellteilung erst nach der Blattentfaltung erfolgt. Frühholzzellen sind bei Nadelholz großlumig auf Grund des Nährstofftransportes. Spätholzzellen sind dagegen englumiger und dickwandig, da die Saftzufuhr im Herbst abnimmt. Von Oktober bis Februar erfolgt keine Holzbildung. Durch den plötzlichen Beginn der Holzbildung im März ist der Übergang vom engen Spätholz zum weiten Frühholz nur als dünne markante Linie zu erkennen; das ist die Jahrringgrenze. Vom Frühholz zum Spätholz ist der Übergang dagegen unterschiedlich, z. B. allmählich bei Douglasie oder schroff bei Lärche. Bei den Laubhölzern ist die Jahrringgrenze nur bei den Ringporern deutlich zu erkennen, da sich die Poren der Frühholzgefäße durch ihre Größe vom übrigen Gewebe abheben und ringförmig an der Jahrringgrenze angeordnet sind. Die Poren im Spätholz sind dagegen kleiner und nahezu regellos verteilt. Die Spätholzbildung erfolgt nach Abschluss des Höhenwachstums. Bestimmte Anordnungen der Poren können bei genauer Betrachtung zur Holzartenartenerkennung genutzt werden. Bei den zerstreutporigen Hölzern ist die Jahrringgrenze meist unscharf. Anormalitäten sind: Ausbleiben von Jahrringen Bildung falscher Jahrringe (doppelter Jahrring innerhalb eines Jahres bei plötzlichem Wechsel von extrem trockener zu feuchter Witterung), auch bei Entlaubung durch Insektenfraß und plötzlicher Regeneration (experimentell durch Lang- und Kurztagsbehandlung nachgewiesen). Die Verkernung beginnt je nach Holzart und Individuum zu unterschiedlichen Zeitpunkten: z. B. Lärche: ab 5 Jahre Eiche, Kiefer: ab 20 Jahre Der Verkernungsvorgang beginnt jahreszeitlich im Sommer, setzt aber mitunter auch einige Jahre aus. Kern- und Splintanteile sind sehr unterschiedlich: hoher Kernanteil im Alter: Eiche, Robinie, Lärche, Eibe hoher Splintanteil: Kiefer, Douglasie 30

31 Früh- und Spätholz Anatomischer Aufbau des Holzes Welches Holz ist besser? Von Bedeutung ist die Frage nur für Hölzer, die eine deutliche Unterscheidung von Früh- und Spätholz zulassen, also wo sich deutliche Jahrringgrenzen abzeichnen, wie bei Nadelhölzern und bei ringporigen Hölzern. Bei Nadelhölzern ist das Spätholz deutlich dunkler und englumig, also schwerer und fester. Bei breitringigen Nadelhölzern vergrößert sich hauptsächlich der Anteil von Frühholz, so dass dieses Holz weniger begehrt ist, als engringig gewachsenes Holz. Abb. 20 Abhängigkeiten der Früh- und Spätholzbreite sowie des Spätholzanteils von der Jahrringbreite [15] Bei ringporigen Laubhölzern dagegen steigt mit zunehmender Jahrringbreite der Spätholzanteil. Bei ringporigen Hartlaubhölzern muss nicht unbedingt der Anteil schweren und spröden Holzes erhöht werden, z. B. ist die so genannte milde Eiche bei Tischlern begehrt. Sie hat geringe und gleichmäßige Jahrringbreiten. Für konstruktive Teile ist breitringige Eiche oder Esche besser, da sie fester ist. Die Anteile von Früh- und Spätholz sind unterschiedlich im Verlaufe eines Baumalters. Mit zunehmender Höhe des Schaftes nimmt der Frühholzanteil zu Jahrringbreite Die Jahrringbreite schwankt, im Minimum um 1mm (z. B. bei Eibe) und im Maximum um einige Zentimeter (z. B. bei Pappel und Küstentanne). Sie ist abhängig von: Holzart, Alter, Pflege, Angebot von Wasser, Licht, Wärme und Bodennährkraft, Beeinträchtigungen durch Schäden, wie Insekten und Waldbrand. 31

32 Anatomischer Aufbau des Holzes Bei Hölzern mit breiten Jahrringen ist die Schwankungsbreite zwischen schmalen und breiten Jahrringen größer als bei engringig wachsenden Hölzern. Solch unregelmäßiger Holzaufbau ist als Nachteil anzusehen. Die Jahrringbreite gilt als wichtiger Weiser für einige Holzeigenschaften, denn sie gibt Hinweise auf: innere Astigkeit, Gewicht, Gleichmäßigkeit der Holzbeschaffenheit, Oberflächeneigenschaften der Holzprodukte Form- und Maßhaltigkeit. Die Jahrringmessung bzw. -auszählung erfolgt nach verschiedenen Methoden, z. B. anhand von Bohrspänen mittels Messmikroskop, über elektrische Widerstandsmessung oder über direkte Auszählung am Querschnitt. Die Jahrringbreite innerhalb eines Baumes verändert sich im Stammquerschnitt und mit zunehmender Höhe im Stamm: die Häufigkeit schmaler Jahrringe steigt mit zunehmenden Alter, die breiteren Jahrringe liegen in der Regel am Stammfuß, die engeren Jahrringe in Zopfnähe. Die Dendrochronologie (auch Baumringchronologie oder Jahrringchronologie) baut als eigenes Fachgebiet auf diesen Grundlagen auf, um über viele Jahrhunderte und über viele Baumalter hinaus die zeitliche Herkunft von verbautem oder lagerndem Holz festzustellen. Aus Jahrringanalysen von mitteleuropäischen Trauben- und Stieleichen konnte ein so genannter Baumringkalender bis zum Jahre 6255 vor der Zeitrechnung aufgestellt werden. Für die Klimaforschung (Dendroklimatologie) ist jeweils derjenige Faktor von größerer Bedeutung, der sich unter den gegebenen Standortsbedingungen im Minimum befindet. Langzeitklimauntersuchungen mit Hilfe von Dendrochronologie wurden an Kiefern in Skandinavien angestellt (Nährstoffe und Wasser sind und waren ausreichend vorhanden, aber Wärme ist im Mangelfaktor). Abb. 21 Dendrochronologie [17] 32

33 Verkernung und Dauerhaftigkeit Anatomischer Aufbau des Holzes Kambiumferne Holzschichten, die nicht mehr für die Wasserführung benötigt werden, verändern sich. Diese Veränderung ist häufig mit einem Farbwechsel folgender Art verbunden: heller wasserführender Splint dunklerer Kern, der für wässrige Lösungen wenig durchlässig ist Je nach Ausbildung des Innenholzes lassen sich die Holzarten in verschiedene Gruppen einteilen. BOSSHARD (1974) unterteilt in: helle Kernholzbildner (Kernholz unterscheidet sich visuell nicht vom Splintholz, z. B. Tanne) verzögerte Kernholzbildner (Kernholz ist meist hell, z. B. Hainbuche) obligatorische Kernholzbildner (neben dem Splintholz gibt es einen andersfarbigen Kern, z. B. Eiche) fakultative Kernholzbildner (wahlweise tritt eine Farbveränderung des Kernholzes von nicht obligatorischen Kernholzbildnern auf, z. B. Buche) Frühere Einteilung der Hölzer nach Verkernungstypen: obligatorische Kernhölzer, im höheren Alter in jedem Falle mit einem Farbkern, dessen Grenzen häufig den Jahrringgrenzen folgen, außen liegt ein mehr oder weniger breiter Splint: Kiefer, Lärche, Douglasie, Eiche, Eibe, Ulme, Robinie, Pappel, Weide Splinthölzer (ohne Farbkern) mit geringen und unsystematischen Feuchtigkeitsunterschieden zwischen Innen- und Außenholz: Hainbuche, Erle, Birke, Aspe (entspricht verzögerten Kernholzbildnern s. o.) Reifhölzer (ohne Farbkern), mit starken Feuchtigkeitsunterschieden zwischen Innenund Außenholz: Fichte, Tanne, Esche, Linde (entspricht hellen Kernholzbildern s. o.) Hölzer mit fakultativer Kernausbildung als Falschkern, dessen Grenzen nicht dem Jahrringverlauf folgen. Die Verfärbung erfolgt nicht zwangsläufig, sondern nur gelegentlich: bei Buche, Esche, auch Ahorn und Birke. Diese Farbveränderungen werden hervorgerufen durch: Einlagerungen, Oxydationen oder Umwandlung von Stoffen vor Ort. Die natürliche Dauerhaftigkeit des Holzes wird vom Anteil fungizider und insektizider Inhaltsstoffe geprägt, die insbesondere in den Kernhölzern vorherrschend sind. Es werden Kernstoffe in den Zellhohlräumen und Zellwänden eingelagert, z. B. Harze, Gerbstoffe oder Farbstoffe. Splintholz ist weniger dauerhaft. Bei den Kernhölzern ist das dunklere Holz dauerhafter als das helle Holz. Zu den sehr dauerhaften Hölzern gehören deshalb vorwiegend die dunklen Kernhölzer. Dazu gibt es DIN- und Europa-Normen, sie werden im Kapitel Holzschutz (6. Semester, Teilmodul Holzverwendung) behandelt. 33

34 Einige Beispiele: sehr dauerhaft sind: Robinie, Eibe (über 25 Jahre) Anatomischer Aufbau des Holzes wenig dauerhaft sind: Pappel, Ahorn, Hainbuche, Buche, Erle, Birke, Linde (0-5 Jahre) Die Härte bzw. Dichte ist kein Weiser für die Dauerhaftigkeit des Holzes! Die Eigenschaften von Kern- und Splintholz unterscheiden sich z. T. erheblich. Kernholz ist häufig schwerer, arbeitet weniger und ist widerstandsfähiger gegen Insekten- und Pilzbefall. Die natürliche Dauerhaftigkeit versteht sich ohne Behandlung mit Holzschutzmitteln und bei Erd- bzw. Wasserkontakt Besonderheiten der Zellbildung Wundholzzellen bilden sich dort, wo die geschlossene Kambiumschicht unterbrochen ist z. B. durch abgestorbene und abgefallene Äste, äußere mechanisch verursachte Wunden oder Witterungseinflüsse wie Frost und Blitz. Das Kambium bildet ein Kallusgewebe, welches die Wunde überwallt, bis wieder ein geschlossener Kambiummantel entstanden ist. In der Nähe der Wundstelle werden andere Holzzellen ausgebildet als im Übrigen Holz; sie sind nicht lang gestreckt und englumiger, mehr Parenchymzellen kommen vor, weniger Faserzellen sind vorhanden und Harzgänge können auch vorkommen, wenn sie im übrigen Holz nicht zu finden sind Reaktionsholz ist eine Veränderung, die sich auf die Holzfasern bezieht. Die Ablagerung von Reaktionsholz erfolgt halbmondartig innerhalb der Jahrringverbreiterung und ist meist mit exzentrischem Wuchs verbunden. Diese Erscheinung wird bei Nadelholz als Druckholz (auch Rotholz oder Buchs) und bei Laubholz als Zugholz (auch Weißholz) bezeichnet. Druckholz kommt an der Unterseite von Ästen und an einer der Beanspruchung entgegen gesetzten Stammseite z. B. bei Schiefstellung oder bei Windbelastung vor. Makroskopisch ist Druckholz an verbreiterten Jahrringen und an der rötlichen Farbe zu erkennen. Es dehnt sich in Faserrichtung aus und wirkt so wie ein Stützpfosten, der den Ast nach oben drückt. Chemisch ist Druckholz durch höheren Ligningehalt und geringeren Cellulosegehalt charakterisiert. Druckholztracheiden sind dickwandige Tracheiden, welche die Abgrenzung zwischen Früh- und Spätholz verwischen. Zugholz liegt an der Oberseite geneigter Sprossachsen und sieht weiß glänzend aus. Es zeichnet sich durch einen geringeren Ligningehalt und durch einen höheren Cellulosegehalt aus. Es befindet sich an der dem Zug ausgesetzten Seite (Oberseite) schief stehender oder einseitig belasteter Bäume. Zugholz verkürzt sich, bewirkt Zugspannungen und Verformungserscheinungen. Laubbäume bilden z. B. auf der Astoberseite Zugholz, welches sich in Faserrichtung verkürzt und so wie eine Seilwinde den Ast nach oben zieht. 34

35 Anatomischer Aufbau des Holzes Makroskopische Bestimmung forstlich bedeutender Holzarten Mitteleuropas Holzanatomische Merkmale zur makroskopischen Holzartenbestimmung Die Holzartenbestimmung findet in Übungen(Wahlpflichtfach Holzkundeübung) statt. Als Grundlagen für diese Übungen dienen die folgenden holzanatomischen Merkmale: unterschiedliche Gefäße im Früh- und Spätholz mit verschiedenen Größen, Strukturen und Anordnungen; Unterscheidung von Laub- (Holz mit Gefäßen) und Nadelholz (Holz ohne Gefäße); Erkennen von Harzkanälen (leer = schwarz, weiß = mit Schleifstaub gefüllt, dunkel umrandet = ausgelaufen); Erkennen von Holzstrahlen (Größe, Farbe, Form, Anordnung, Häufigkeit); Erkennen von Parenchymgewebe (Axialparenchym, gebändertes Parenchym, aliformes, konfluentes, netzartiges Parenchym, leiterförmiges Parenchym); Erkennen von Ringporigkeit und Zerstreutporigkeit; Splintholz und Kernholz (Splintholzanteile dabei beachten). Abb. 22 Systematik zum Bestimmen von Holz [19] 35

36 Anatomischer Aufbau des Holzes Hilfsmittel, Tabellen, Bestimmungsbücher und Computerprogramme Als Hilfsmittel für die makroskopische Holzartenbestimmung kommen in Frage: Lupe 8- bis 10fach (keine Lesegläser oder minderwertige Lupen, da sie kein geebnetes Bild liefern), Stereomikroskop, scharfes Messer oder Skalpell mit flachem Schliff, um einen ziehenden, sauberen Messerschnitt herstellen zu können. Ferner Tabellen aus Bestimmungsbüchern z. B. SCHWANKL, SACHSSE (Abb. 22) Computerprogramm DELTA INTKEY (BFH Hamburg), Computerprogramm HORDAT (IHD Dresden), Kerblochkarten (veraltet, siehe Holzatlas SCHEIBER, WAGENFÜHR), Computerprogramm macroholzdata zur makroskopischen Bestimmung von 70 Holzarten in Ausbildung, Beruf und Praxis [50], (Abb. 23). Abb. 23 Ausschnitt aus dem Programm macroholzdata [50] 36

37 Physikalische Eigenschaften des Holzes 2.2 Chemischer Holzaufbau Elementarzusammensetzung des Holzes Holz besteht überwiegend aus folgenden Elementen: Kohlenstoff ca. 50% Sauerstoff ca. 43% Wasserstoff ca. 6% Stickstoff unter 1% Mineralstoffe (Kalzium, Kalium, Magnesium, Phosphor, Mangan, Eisen, Schwefel, usw.) unter 1% Tab. 4 Chemische Zusammensetzung von trockenem Holz in % (bearbeitet)[15] Baumart Stamm Zweige C H O N C H O N Eiche 50,64 6,23 41,85 1,28 50,89 6,16 41,94 1,01 Buche 50,89 5,07 42,11 0,93 50,08 6,23 42,61 1,08 Birke 50,61 6,23 42,04 1,12 51,93 6,31 40,69 1,07 Kiefer 51,39 6,11 41,56 0,94 52,04 6,07 39,77 1,12 Fichte 51,39 6,11 41,56 0, Tab. 5 Elementarzusammensetzung verschiedener Baumteile (in %) (bearbeitet)[15] Die Zusammensetzung schwankt baumartenweise und innerhalb eines Stammes geringfügig, wie es zum Beispiel auch zwischen Stamm und Zweigen zu sehen ist (Tab. 5). Jedoch nicht der Prozentsatz der chemischen Elemente, sondern die unterschiedlichen chemische Bindungen der genannten Elemente bewirken die Unterschiede der Eigenschaften bei der Holzverwendung. Vom Stickstoffgehalt wird auf die Dauerhaftigkeit des Holzes geschlossen, da Stickstoff vorwiegend als Eiweiß gebunden wird und Eiweiß häufig die Ernährungsgrundlage für Holzzerstörer bildet. Der Kohlenstoffgehalt ist überall dort von Interesse, wo es um Verbrennung, Verkohlung und Vergasung des Holzes geht, deshalb ist der Anteil des Lignins von Bedeutung. Abb. 24 Chemische Zusammensetzung des Holzes 37

38 Physikalische Eigenschaften des Holzes Chemische Hauptbestandteile Aus den genannten Elementen sind auch die drei Hauptbestandteile des Holzes zusammengesetzt: Cellulose ca. 45 % Holzpolyosen ca. 22 % (18-27%) Lignin ca. 26 % (22-30%) Anteile der chemischen Hauptgruppen in Gewichtsprozenten (%) Die Aufstellung gibt nur grobe Anhaltswerte; mit der Art der Analyse ändern sich die Anteile der chemischen Gruppen z. T. beträchtlich. Holzart Cellulose Holzpolyosen Lignin Akzessorische Bestandteile Weißtanne 45,4 22,5 28,6 3,5 Kiefer 44,5 21,5 29,5 4,5 Fichte 41,0 24,3 30,0 4,7 Rotbuche 52,8 22,2 22,7 2,3 Esche 45,5 25,0 26,0 3,5 Pappel 56,5 18,2 21,6 3,7 Birke 41,6 27,1 27,3 4,0 Okoumé 1 44,7 12,6 26,7 16,0 Limba 1 45,5 15,1 31,3 8,1 Mahagoni 1 42,8 18,9 33,5 4,8 Bongossi 1 44,4 13,7 40,0 1,9 1 nach Trendelenburg/Mayer-Wegelin, 1995 Quelle: Nach König, J., und Becker, E., 1919 (bearbeitet) Abb. 25 Anteile der chemischen Gruppen in Gewichtsprozenten (in %) [31] Des Weiteren besteht Holz aus Nebenbestandteilen, so genannten akzessorischen Bestandteilen. Die Anteile der chemischen Hauptbestandteile in Gewichtsprozenten unterscheiden sich bei den einheimischen Holzarten nur wenig. Jeweilige Höchstwerte sind bei Pappel (56,5%), Birke (27,1%) und Fichte (30,0%) zu erkennen. Der Anteil von Lignin ist bei Nadelhölzern etwas höher als bei den aufgeführten einheimischen Laubhölzern. Der Ligningehalt der Exoten liegt z. T. beträchtlich höher als bei einheimischen Holzarten Cellulose Cellulose bildet die Gerüstsubstanz der unverholzten Zellwand. Sie besteht aus einem fadenförmigen Makromolekül, welche aus d-glukose-einheiten aufgebaut ist. Diese Glukose- Einheiten werden mit Hilfe der Energie des Sonnenlichtes, mit Bodenwasser und Kohlendioxyd der Luft gebildet. Die Cellulose besteht aus: 49 % Sauerstoff 45 % Kohlenstoff 6 % Wasserstoff 38

39 Physikalische Eigenschaften des Holzes Das Makromolekül der Cellulose besteht aus dem Glukoserest (Kohlehydrat) C 6 H 10 O 5 mit drei Hydroxylgruppen. Ein hoher Polymerisationsgrad (1000 bis 5500) bewirkt die besondere Struktur der Cellulose und ist die Voraussetzung für den Aufbau eines gerichteten, elastischen und zugfesten Zellwandgerüstes. Unter Polymerisationsgrad wird die durchschnittliche Anzahl der Anhydroglukose-Einheiten, je Makromolekül verstanden, z. B.: Birke 5500 Kiefer, Aspe 5000 Fichte, Buche 4000 Der Polymerisationsgrad sinkt durch die Einwirkung von Licht, Chemikalien und Fermenten. Liegt der Polymerisationsgrad unter 200, so hat die Cellulose keine Fasereigenschaften mehr. Abb. 26 Cellulosegehalt verschiedener Gehölze (atro) Holzpolyosen Die Zellmembranen enthalten außer Cellulose noch andere Kohlenhydrate. Sie wurden früher unter dem Sammelbegriff Hemicellulosen zusammengefasst, heute heißen sie Holzpolyosen. Sie haben einen Anteil von ca. 22 % im Holz. Die Holzpolyosen unterscheiden sich von der Reincellulose dadurch, dass sie sich leichter hydrolysieren lassen und ihr Durchschnittspolymerisationsgrad nur bei 70 bis 150 liegt. Holzpolyosen sind Polysaccharide; zu ihnen gehören unter anderen: Pentosane, Hexosan, und amorphe Polyosen Pentosane = 5 Kohlenstoffatome Hexosane = 6 Kohlenstoffatome Die Laubhölzer sind im Wesentlichen aus Pentosanen aufgebaut, die Nadelhölzer aus Hexosanen mit Ausnahme von Lärchenholz. Die Aufgaben der Holzpolyosen in der Zellwand sind verschieden: stützende Stoffe im Zellwandgerüst Reservestoffe als Quellstoffe steuern sie die Durchlässigkeit der Membran als Klebstoff sorgen sie für die Verkittung der Zellmembranen 39

40 Physikalische Eigenschaften des Holzes Die Holzpolyosen haben unterschiedliche Bedeutung bei der Holzverwendung, im Bereich der Platten- und Zellstoffproduktion. Beim Dämpfen oder Kochen des Holzes als Vorbehandlung zur Herstellung von Faserplatten, Braunschliff und zur Furnierherstellung werden die Holzpolyosen mit den Kondensaten und den Abwässern der stofflichen Nutzung entzogen. Bei Papierzellstoffen ist aber ein hoher Anteil an Holzpolyosen erwünscht, auf Grund von: höherer Ausbeute, besserer Faser-Faserverbindung und höherer Papierfestigkeit. Bei der Herstellung von Textilzellstoff sind Holzpolyosen auf Grund des erhöhten Chemikalienverbrauches nicht erwünscht Lignin Lignin tritt nicht als selbständiger Baustein auf, sondern als Begleiter von Cellulose. Lignin (wie eingangs erwähnt, mit einem Anteil von ca. 26% im Holz) besteht aus 60 % Kohlenstoff 34 % Sauerstoff 6 % Wasserstoff Abb. 27 Ligningehalt verschiedener Hölzer (atro) Ligninreiche Hölzer sind demzufolge kohlenstoffreicher als ligninarme. Lignin ist ein bräunlichweißer, krümeliger, aromatischer, völlig amorpher Stoff. Lignin lässt sich durch Säuren nicht hydrolysieren und hat einen geringen Polymerisierungsgrad. Seine Bausteine sind nicht wie bei der Cellulose zu langen Ketten aneinandergereiht, sondern zu einem dreidimensionalen Molekül vernetzt. Man geht davon aus, dass es sich bei dem Lignin eines einzelnen Baumes um ein einziges, riesiges Lignin-Molekül handelt. Die Isolierung des Lignins aus der Zellwand ist nicht möglich, ohne dass das Lignin angegriffen und in seiner ursprünglichen Beschaffenheit zerstört wird. Lignin füllt die Zwischenräume in den Fibrillen und zwischen den Fibrillen, quasi als Imprägnierungsmittel. Die einzelnen Ligninarten weisen wesentliche Unterschiede auf, je nachdem ob es sich um Laubholz oder Nadelholz handelt. Für Lignin des Fichtenholzes gilt z. B. die chemische Formel: C 9 H 8,1 O 2,4 ( OCH 3 )0,9 40