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Title: Metodi integrati per la valutazione delle caratteristiche tecnologiche del legno di castagno di diverse provenienze nella Regione Lazio. Analisi fisico-chimiche-meccaniche e xilogenesi
Other Titles: Integrated methods for the assessment of chestnut wood technological characteristics of different from in the Lazio region. Physical, chemical-mechanical analysis and xylogenesis
Authors: Spina, Stefano
Keywords: Castagno;Cipollatura;Legno;Tannino;Resistenze meccaniche;Caratteristiche fisiche;Xilogenesi;Chestnut;Ringshake;Wood;Tannin;Physical-mechanical properties;Xilogenesis;AGR/06
Issue Date: 11-Mar-2011
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 23. ciclo
Abstract: 
Il castagno è una delle specie forestali di maggiore interesse nel panorama forestale italiano: la sua valenza sia economica che ambientale sottolinea il suo ruolo di primo piano in un economia montana rivolta da un lato a massimizzare i profitti e dall’altro a tutelare l’ambiente ed il paesaggio rurale.
Il legno di castagno ha delle caratteristiche tecnologiche che lo rendono molto apprezzato per molteplici finalità, e mostra una rapidità di crescita sorprendente, soprattutto in alcune aree. Il legno ha elevate caratteristiche tecnologiche ed estetiche che lo rendono molto apprezzato dal mercato; inoltre la sua naturale durabilità consentono un ampio utilizzo nelle costruzioni di edifici, inoltre nuove applicazioni industriali legate ai tannini sono tuttora in sperimentazione e lasciano sperare nell’apertura di nuove economie e mercati. La specie tuttavia ha numerosi limiti e problematiche sia selvicolturali che di ordine fitosanitario. La cipollatura innanzitutto limita più di ogni altro difetto tecnologico le possibilità di utilizzo del legno deprezzando il materiale.
Lo studio ha come obbiettivo principale quello di aumentare le conoscenze sul castagno al fine di comprendere la reale potenzialità tecnologica dei differenti bacini produttivi della specie nella regione Lazio e dunque fornire elementi utili per l’adozione di decisioni di carattere selvicolturale, ma anche di prospettare impieghi alternativi nell’ambito dell’innovazione tecnologica, che possano tener conto delle nuove potenzialità per l’utilizzo razionale della biomassa, non solo per fini energetici. Questo obbiettivo principale passa attraverso l’approfondimento e lo studio di alcuni dei principali temi inerenti la specie.
La ricerca infatti approfondisce i seguenti temi:
la cipollatura;
lo studio delle caratteristiche fisico-meccaniche;
lo studio della xilogenesi;
le analisi chimiche sulla lignina;
sperimentazione tecnologica innovativa sull’utilizzo del tannino;
Lo studio sulla cipollatura ha chiarito, ma non risolto, alcune tematiche inerenti al difetto consentendo di proporre delle soluzioni selvicolturali appropriate per contenerlo; una corretta gestione selvicolturale potrebbe ridurre il rischio e produrre materiale di migliore qualità: risulta pertanto sconsigliato allungare il turno del ceduo, se non si adottano diradamenti e sfolli precoci, oltre il limite produttivo consentito dalla stazione (come si evince dallo studio dendrocronologico). Infatti è stato osservato che l’età è un fattore decisivo nel determinare e nell’aggravare la percentuale di rischio e l’estensione del difetto, che si manifesta in maniera evidente nei cedui maturi con età superiore ai 30 anni. Pertanto, gli alberi più colpiti nel bosco ceduo sono le matricine.
Il lavoro di ricerca condotto nell’ambito di questa tesi ha evidenziato come il limite di 12-14 anni è considerato un periodo critico per la manifestazione della cipollatura, a causa delle tensioni interne che probabilmente si verificano nello sviluppo degli individui arborei da quel momento in poi. Tuttavia le fessurazioni iniziano a manifestarsi già al 7° anno. L’età di 12-14 anni non corrisponde un ben determinato diametro, del resto le dimensioni delle piante a parità di età si è visto non hanno un effetto considerevole sull’instaurarsi delle fessurazioni.
Limitare il difetto con opportune forme di gestione selvicolturale non è semplice, occorre una verifica puntuale caso per caso. Nei Monti Cimini a questo proposito è stato mostrato come le cipollature si verifichino in corrispondenza dei tagli colturali di fine turno e come gli interventi abbiano un effetto retroattivo nella manifestazione del difetto, ovvero le fessurazioni si aprono in posizione antecedente all’anno di taglio. In generale i diradamenti provocano delle perturbazioni nell’equilibrio statico della pianta che può favorire o accentuare la cipollatura, dunque come proposto da altri ricercatori gli interventi dovrebbero procedere in maniera graduale e continua anche perché è stato osservato che la qualità del materiale (intesa come capacità di resistenza meccanica e massa volumica del legno) diminuisce all’aumentare dell’ampiezza anulare, questa dovrebbe infatti non superare i 5 mm annui sebbene tale limite sia variabile in relazione alla stazione di provenienza del materiale.
Lo studio ha permesso di chiarire quale sia il fattore di maggiore variabilità nella qualità del materiale sia in termini di entità della cipollatura, sia in termini di caratteristiche tecnologiche del legno: il sito di provenienza. Le ricerche hanno infatti dimostrato come evidentemente le caratteristiche stazionali,unitamente alle differenze nella gestione colturale determinano la formazione di un legno con qualità in alcuni casi molto diverse tra loro. Diviene quindi necessaria una maggiore attenzione alla vocazione produttiva di un’ area, cercando di esaltarne ed intensificarne la selvicoltura del castagno ove si osserva una maggiore predisposizione colturale alla formazione di legno di qualità.
Accanto ai risultati di ordine selvicolturale, le ricerche hanno permesso di comprendere molti aspetti poco noti legati alla variabilità della qualità del materiale, intrinseca all’interno dell’albero.
I risultati hanno mostrato come la qualità del legname diminuisce all’aumentare dell’età del legno tanto più quanto ci si sposta verso la zona cambiale: in pratica il legno degli anelli più vicini alla corteccia ha delle caratteristiche fisico-meccaniche inferiori a quello del legno più vicino al midollo.
Allo stato attuale non è stato possibile individuare con certezza una alterazione dell’attività cambiale legata alla formazione della cipollatura. Tuttavia lo studio della xilogenesi ha consentito di stabilire alcuni punti fermi nella genesi degli elementi cellulari, che contribuiscono alla caratterizzazione della specie sotto il profilo di bio-indicatore ambientale. Questo aspetto non deve essere considerato trascurabile poiché la specie ha un ruolo di primo piano nella formazione di paesaggi spesso mono-specifici in ambienti della fascia medio-collinare, spingendosi nel piano basale montano, in quasi tutta la nostra penisola. Le ricerche nel sito di Pian dei Fraticelli, hanno evidenziati come la lunghezza del periodo vegetativo sia in media di 165 giorni, anche se si assiste ad una notevole variabilità all’interno del popolamento, superiore a quella che si registra tra un anno (2008) ed il successivo (2009). Non è ancora del tutto chiaro il ruolo dei parametri climatici che intervengono nella formazione xilematica; in generale si può dire che la temperatura esplica un ruolo determinante alla ripresa dell’attività vegetativa, le precipitazioni rivestono un ruolo più rilevante nell’entità dell’incremento legnoso soprattutto nei mesi estivi. Di grande interesse è l’individuazione del periodo di maggiore intensità vegetativa, il periodo ovvero, in cui vi è una crescita più sostenuta del castagno: le curve di Gompertz hanno individuato tale periodo nel mese di giugno. Dalla seconda metà di maggio comincia la produzione del legno tardivo, mentre il legno primaticcio si forma in media in ¼ del tempo di tutto il periodo vegetativo.
Lo studio ha permesso di ampliare le conoscenze sulla struttura chimica del legno di castagno. la percentuale di lignina è risultata in media del 26%, e lo studio col metodo Py-GC/MS ha permesso di caratterizzare la struttura di questo polimero individuando 16 fenoli. È emerso che la maggiore variabilità nella struttura della lignina è legata all’area di provenienza, mentre non sembra che l’età e la cipollatura mostrino delle correlazioni significative con la struttura del polimero. Sono stati identificati i residui fenolici correlati (sia in maniera diretta che inversa) con le caratteristiche fisico-meccaniche del legno.
Ma gli interessi legati al castagno sono rivolti anche alle innovazioni legate ad uno sfruttamento più ampio del semplice materiale legno. Già nel passato era noto l’utilizzo del tannino di questa specie per la concia delle pelli, oggi questo polimero ha nuove prospettive di impiego nell’industria, nella cosmesi, nell’alimentazione animale ecc. Le ricerche svolte in questo lavoro (è in corso di stampa un articolo sulla rivista J. Adhesion Sci.Technology) hanno dimostrato l’efficienza del tannino di castagno come composto nella realizzazione di resine fenoliche a bassa tossicità per la realizzazione di pannelli di particelle. Si tratta di un risultato interessante perché ottenuto su tannini idrolizzabili, ancora non sufficientemente esplorati nelle loro potenzialità di utilizzo nei prodotti compositi in legno.
La possibilità di intraprendere nuovi percorsi produttivi, soprattutto razionalizzando i residui delle utilizzazioni forestali e gli scarti industriali, apre nuove prospettive per la specie e per le economie locali ad essa legate.
Con questa tesi si è voluto dare un contributo di carattere sia scientifico che pratico per conoscere meglio una specie di grande interesse per il territorio e per la sua economia. Non sono state proposte delle soluzioni definitive al problema della cipollatura ma sicuramente sono stati approfonditi tutti quei fattori che possono scatenarla ed aggravarla. Sono stati individuati i principi che posso ispirare le linee guida per l’ottenimento di legname di buona qualità tecnologica e sono state individuate le aree a maggiore vocazione produttiva del territorio laziale. La possibilità di approfondire alcune tematiche affrontate in questa ricerca potrebbe sicuramente migliorare lo sfruttamento e la gestione del castagno. La possibilità di testare il tannino di castagno come adesivo in quantitativi superiori al 50%, potrebbe essere di grande utilità per abbattere considerevolmente i livelli di tossicità delle resine fenoliche nella realizzazione dei pannelli di particelle.
Le indicazioni emerse possono consentire di avere uno sfruttamento più razionale della risorsa castagno, individuando le zone di maggiore vocazione produttiva da quelle che invece assumono maggiormente la valenza paesaggistico-ambientale.

Chestnut is one of the best forest interest species in the Italian forest landscape: its value for both economic and environmental stresses its role as the first plan in an mountain economy facing side to maximize profits and the other to protect the environment and the rural landscape. The chestnut has the characteristics technology which makes it very listed for multiple purposes, and shows a rapid surprising growth, especially in some areas. The wood to its high technology and aesthetics that make it very appreciated by the market, in addition to its natural durability allow a wide use in Construction of buildings, also new industrial applications related to tannins still in testing and gives hope opening of new markets and economies. The species, however, has many limitations and selvicultural problems. Ringshake more than any other, conditions the use of wood material. The study has as its principal purpose to increase knowledge on the chestnut tree in order to understand the real potential technology of the different areas, in the Lazio Region, to prospect alternative employment, in technological innovation, for the rational use of biomass, not only for energy purpose. The main goal through the exploration and study of some of main issues related to the species. The research explores the following fact topics:
• the Ringshake; • physical- mechanical analysis; • study of xylogenesis; • chemical analysis of lignin; • Innovative technological experimentation the use of tannin;
The study about the ringshake has clarified,, but not resolved, some issues related to the defect, allowing to propose selvicultural solutions and appropriate action to contain it; a proper forest management could reduce risk and produce material best quality: it is not recommended lengthen the rotation of the coppice, if you do not take early thinning, beyond the limit production allowed by the station (as dendrochronological study shows). Indeed it was observed that age is main factor to cause and to increase the risk and the extent of defect, which manifests itself in an obvious in old coppice with age above 30 years. Therefore, the standard are more affected trees. The research conducted under this thesis showed that the limit of 12 - 14 years is considered a critical period for manifestation of the shake, because of internal stresses that may occur into development of trees. However, the cracks beginning to emerge already at 7 years. The age of 12-14 years is not related to defined diameter, the plants size, at the same age, don’t have a great effect about the shake. Restrict the defect by appropriate forest management is not easy, it a check on each situation. In the Cimini Mountains has been shown the shakes occur at cutting or pruning time, and how selvicultural actions have a retroactive effect in manifestation of the defect, ie cracks appear before year of cutting. In general, the thinning create disturbances in the balance Static plant that can cause or accentuate the shake, then, according other researchers, interventions should proceed in a gradual and continues because it was observed that the quality of material (ie mechanical properties and wood density) decreases at to increase of the ring: ring width should not exceed 5 mm per year, although this is variable in relation the origin area of trees. The study has clarified the factor that affects greater quality material and ringshake: source area. Research has shown that the characteristics of a particular area, together with differences selvicultural management, cause very different quality wood. It then becomes necessary greater attention to productive vocation an area, trying to enhance and intensify forestry where the chestnut shows a high wood quality.
Besides the results of silvicultural order, research has allowed us to understand many little known aspects of variability of wood quality, inherent in tree. The results showed that wood quality decreases increasing age of the timber, more as we move towards the bark.: the wood rings closer to the bark has physical and mechanical properties lower than wood near to the pith. At present it was not possible identify certainly an alteration of cambium related to the ringshake.
However, the study of xylogenesis allowed to establish some milestones in the cellars genesis, which contribute to chestnut characterization as bio-environmental indicator. The species, indeed, has great role in wide landscapes characterization, often mono-specific. The research site Pian dei Fraticelli, showed that the growing season is on average of 165 days; although there is a considerable variability within the population, higher than that recorded between one year (2008) and subsequent (2009). It is still unclear the role of the parameters climate in the making xylem, generally, we can say that temperature exerts a crucial role to reactivation of vegetation.
Rainfall play a more important role to increase width ring, especially during summer months. The Gompertz curves have identified the period of greatest intensive vegetation, the period or, where there is a higher growth of the chestnut tree: June. From the second half of May production begins late wood, while the earlywood is formed in an average of ¼ time throughout the growing season.
The study has extended knowledge on the chemical structure of the chestnut wood. The lignin percentage was 26%, and study with Py-GC/MS method has allowed to characterize the structure of polimer: identifying 16 phenolic polymer. The greater variability in the structure lignin is related to the area of origin, while it seems that the age and ringshake don’t show significant correlations with the structure of the polymer. Have been identified related phenolic compounds (both in a direct and reverse) with the characteristics Physico-mechanical properties of wood. But the stakes about chestnut are addressed also to the innovations related to a wider use of simple materials wood. Already in the past was known to use the tannin for the tanning skins, today this polymer has new prospects employment in industry, cosmetics, in animal food and so on. Research carried out in this work (in press is a article in the journal J. Adhesion Sci.Technology) have demonstrated the efficiency tannin chestnut as a component in production of phenolic resins with low toxicity, for the construction of particles boards. This is a result interesting because it was obtained on hydrolysable tannins, yet not enough explored their potential use composite wood products.
The possibility of exploring new paths production, mainly by rationalizing residues from forest harvesting and industrial waste, opens new perspectives for the species and local economies to it related. With this thesis was to give a both scientific and practical contribution, learn more about a species of great for the territory and its economy. Not final solutions have been proposed for ringshake problem, but surely were investigated factors that may cause and aggravate. Were identifies the principles that can inspire guidelines for obtaining timber good technical quality and were identified areas with high vocation production of the Lazio Region. The opportunity to investigate some issues addressed in this research could certainly improve the exploitation and management of chestnut. to test tannin chestnut as an adhesive, at concentration above of 50%, could be very useful to break down significantly the levels of toxicity of phenolic resins in the production of chipboard. The lessons can help you have a more rational use of Chestnut resource, identifying areas more productive than those that vocation instead take the most value landscape and environment.
Description: 
Dottorato di ricerca in Scienze e tecnologie per la gestione forestale e ambientale
URI: http://hdl.handle.net/2067/2504
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