Строение древесины: макро- и микроскопическое + примеры в картинках
Макроскопическое строение древесины
Макроскопическое строение древесины
Макроскопическое строение древесины позволяет изучить строение на уровне макроструктуры — видимой невооруженным взглядом без применения увеличительных приборов и микроскопа. Все ветки, которые появляются на дереве, всегда остаются на одной высоте. В высоту дерево растет за счет появления нового побега каждый год. Увеличение диаметра дерева происходит за счет камбия – слоя древесины, находящегося непосредственно под корой и отличающегося от остальных слоев своей мягкостью. Камбий представляет собой образовательную ткань, которая обеспечивает рост как внутрь дерева, так и наружу. Наружные клетки образуют луб, крайние слои которого по мере увеличения диаметра ствола отмирают и переходят в кору. Внутренние клетки обеспечивают рост слоев древесины. Древесина также постепенно отмирает, образовывая центральную твердую основу, а живая часть древесины – заболонь обеспечивает дальнейший рост.
Заболонь и ядро
При макроскопическом изучении строения древесины мы наблюдаем, что одни сорта деревьев имеют равномерную окраску по всему срезу, а у других вокруг темноокрашенной центральной части располагаются более светлые слои древесины. Центральная часть называется ядром, а слои, окружающие ее – заболонью. Встречаются породы дерева, в которых центральная часть ствола не отличается от наружной по окраске, однако содержит меньше воды (речь идет о живом дереве). Такая древесина называется спелой, а общее название пород дерева со спелой древесиной – спелодревесные породы. Породы с ярко выраженным ядром называют ядровыми. Кроме того, существуют породы, содержание воды в центральной и периферической частях которого одинаково, как и окраска. Такие породы дерева принято называть заболонными.
На самом деле ядро имеется у каждой породы дерева, только темная окраска присуща не всем. По сути, спелая древесина является ядром дерева и отличается только окраской. А деревья такого вида называют безъядровыми.
Внутри группы безъядровых пород выделяют спелодревесные и заболонные разновидности. В первой периферийная часть дерева обладает большей влажностью, чем центральная, а в породах второй разновидности влажность дерева одинакова по сечению ствола. Лиственные породы деревьев относятся к заболонным породам. Верхняя часть дерева содержит больший объем заболонной древесины. Ближе к комлевой части ее объем уменьшается. Зависит объем заболонной древесины и от возраста дерева, с увеличением возраста ее объем уменьшается. Иногда центральная часть ствола безъядровых пород дерева темнеет. В таких случаях ее называют ложным ядром.
Молодые деревья не имеют ядра. Образуется оно с течением времени, у разных пород в разное время. Так, у сосны при достижении 30-35-летнего возраста, а у дуба — в период между 8 и 12 годами. Поэтому ширина заболони у дуба меньше, чем у сосны. По мере увеличения диаметра ствола часть заболонной древесины переходит в ядро. Рассмотрим на примере дуба. Если у молодого дерева диаметр ствола составляет 15 см, то объем ядровой части и заболонной примерно одинаков. Когда диаметр ствола достигает 30 см, то объем ядра становится больше, чем объем заболони примерно в 3-5 раз. Когда диаметр – 60 см, то 90% объема приходится на ядро дерева.
Прямым образом на размер заболони влияют условия, в которых растет дерево. Дубы, растущие на солонцовых почвах, имеют более широкую заболонь, чем дубы, которые растут в пойменных дубравах. При этом, ширина заболони дуба остается одинаковой по всей высоте ствола, а у сосны и ели количество заболони увеличивается в верхней части ствола. С возрастом ширина заболони у сосен увеличивается. После достижения столетнего возраста уменьшается ежегодный прирост древесины, соответственно, уменьшается и ширина заболонной части.
Заболонь в растущем дереве несет функцию «водопровода» — по ней поднимается вода в верхнюю часть ствола. Кроме того в ней накапливаются питательные вещества, необходимые для роста.
Ядро образуется за счет отмирания живых клеток древесины, забивании водопроводящих каналов, образовании смол и углекислого кальция. Сама древесина ядровой зоны пропитывается дубильными и красящими веществами, приобретает повышенную плотность. В свете всех перечисленных явлений она приобретает повышенную стойкость к гнилостным микробам.
Древесина ядровой части очень плотная, за счет чего часто применяется для изготовления емкостей под жидкости. Ядровая часть из-за своей высокой плотности плохо пропитывается антисептиками, что необходимо знать при использовании древесины в промышленности.
Годовые кольца (годичные слои)
Сезонный прирост дерева дает новый слой древесины, который называют годовым кольцом. Концентрические кольца на поперечных срезах дерева могут рассказать о возрасте дерева. Если представить строение ствола, как несколько конусов, насаженных друг на друга, то по количеству колец на срезе (минус два) и определяется, сколько лет понадобилось дереву, чтобы вырасти до высоты этого среза. Количество колец в комлевой части указывает на его общий возраст. Так, если в нижней части мы видим 12 колец, значит дереву на данный момент 10 лет. А если в верхней части срез представлен 7 кольцами, это говорит, что до этой высоты дерево росло 5 лет.
От характера среза зависит рисунок, образуемый годовыми кольцами. Более наглядно это можно проследить на срезах хвойных деревьев. Радиальный срез будет представлен параллельными продольными полосами, поперечный срез имеет вид концентрических окружностей, а тангенциальный – рисунком с извилистыми полосами.
На ширину годичных слоев влияют порода дерева, условия его произрастания, возраст и место среза. Медленно растущие деревья дают узкие годичные слои, а быстрорастущие – широкие. Молодое дерево образует широкие годичные слои, старое – узкие. Естественно, что на основном стволе годичные слои шире, чем на ветках. Чем лучше условия, в которых растет дерево, тем больше годовой прирост древесины и ширина годичного слоя.
Также интересен тот факт, что если рассматривать поперечный срез дерева, то можно отметить следующую закономерность: ширина годичных слоев у сердцевины небольшая, она увеличивается до определенного максимума, после которого вновь идет на уменьшение.
Возле самой коры дерева годичные слои имеют небольшую ширину. Таким образом, исследуя строение дерева, ширину и количество годичных слоев можно даже представить, как изменялся климат в период его роста. А с помощью нехитрых вычислений можно определить время изготовления предмета из дерева.
Не все деревья в поперечном разрезе имеют вид концентрических окружностей. Есть породы деревьев с волнистыми годичными слоями. Например, к таким относятся ольха и бук.
Нарастают годичные слои от центра к периферии. Часто внутренняя их часть имеет более светлую окраску и меньшую твердость, нежели внешняя. Особенно хорошо это заметно у деревьев хвойных пород. По внутренней части годичных слоев (ранней древесине) поднимается вода с питательными веществами, а внешние части (поздняя древесина) придают дереву прочность.
Сердцевинные лучи
Каждое дерево в разрезе имеет сердцевинные лучи – светлые линии, которые расходятся от ядровой части дерева к коре. Они не всегда заметны визуально, но присутствуют всегда. Их ширина невелика — от 0,005 до 1 мм (очень узкие, узкие или широкие). Широкие лучи на самом деле могут состоять из нескольких узких, расположенных рядом друг с другом.
Радиальный разрез дерева показывает такие лучи в виде пятен или блестящих поперечных полос, которые иногда образуют своеобразный рисунок. Чем больше совпадает направление луча с плоскостью разреза древесины, тем длиннее его видимый рисунок на срезе.
На тангенциальном разрезе форма лучей похожа на веретено или плоды чечевицы по очертаниям. Высота их в разрезе зависит от породы дерева.
Сердцевинные лучи при жизни дерева проводят воду и питательные вещества по горизонтальным плоскостям. В растущем дереве сердцевинные лучи служат в основном для проведения воды и питательных веществ в горизонтальном направлении и для хранения запасных питательных веществ зимой.
Каждый сорт дерева имеет разное количество сердцевинных лучей. Если на тангенциальном разрезе березы или сосны подсчитать их количество на площади 1 квадратного сантиметра, то получим число, равное 3000 или больше. А если аналогично подсчитать количество лучей у можжевельника, то их окажется примерно 15000. Они очень узкие и напоминают волосовидные лучи.
Нижняя часть ствола дерева имеет очень большое количество лучей, при подъеме вверх их количество уменьшается. Правда в районе кроны их число немного увеличивается. Параметры лучей увеличиваются от центральной части ствола к периферийной, также, как и их количество. В пределах деревьев одной породы эти показатели зависят от условий, в которых они растут. Лиственные породы деревьев имеют большее количество сердцевинных лучей, по отношению к деревьям хвойным. В процентном соотношении у лиственных пород их доля составляет 15% от объема древесины, и 5-8 % — доля в объеме хвойных.
Сердцевинные повторения
На продольных разрезах лиственных деревьев можно наблюдать черточки, пятна или полоски по границам годичных слоев. Они окрашены в темно-коричневый или бурый цвет, а по строению идентичны строению ядровой древесины. Для некоторых пород наличие таких полосок и пятен является надежным диагностическим признаком, когда по древесине требуется определить породу дерева. Наблюдаются такие образования в нижней части ствола. В хвойных породах дерева встречаются очень редко.
Сосуды – проводники влаги и питательных веществ
У лиственных пород дерева вода из почвы вытягивается корнями, а затем, по специальным сосудам, имеющим вид обыкновенных трубочек, подается в остальные части дерева. На поперечном срезе дерева сосуды выглядят как небольшие отверстия.
В строении хвойных пород деревьев сосудов нет.
Размеры сосудов колеблются от очень мелких, которые можно увидеть только в микроскоп, до видимых человеческим глазом – крупных. При этом распределены они преимущественно в ранней области годичных слоев и на срезе образуют кольцо, иногда равномерно разбросаны по всей площади годичного слоя. Мелкие сосуды чаще встречаются группами, а при отсутствии крупных они равномерно распределены по площади. Ближе к наружному краю годичного слоя их количество и размеры уменьшаются.
По характеру распределения сосудов выделяют кольце-сосудистые и рассеяно-сосудистые виды. В первых годичные кольца хорошо заметны за счет разницы между ранней и поздней областью слоя. У пород дерева, имеющих рассеяно-сосудистое расположение всех сосудов, годичные кольца имеют однородное строение и внешние границы трудно различимы.
На радиальном срезе группы мелких сосудов могут образовывать рисунок в виде языков пламени, на тангенциальном – волнистые сплошные или прерывающиеся линии. При рассеянном характере распределения сосудов, они заметны на срезе в виде отдельных светлоокрашенных точек. Характерный пример – древесина ясеня.
Бороздки различного размера, видимые на продольном срезе дерева – это сосуды. Они совсем необязательно расположены вертикально, поскольку только частично попадают в площадь среза. Размеры сосудов колеблются от 0.016 до 0.4 мм и также зависят от условий, в которых растет дерево. Сосуды, расположенные близко к сердцевине по мере удаления от нее, увеличиваются в диаметре, а затем, достигнув максимальных пределов, начинают уменьшаться, либо остаются постоянными. В направлении от основания дерева к его вершине количество сосудов и площадь сечения на продольном срезе растет.
По причине присутствия сосудов в древесине лиственных сортов наблюдается высокая проницаемость газов и жидкостей. Их наличие снижает прочность древесины.
Смоляные ходы
Хвойные породы деревьев (ель, сосна, кедр и лиственница) отличаются наличием тонких, заполненных смолой путей – их называют смоляные ходы. А тис, пихта и можжевельник не имеют смоляных ходов.
По тому, как расположены смоляные ходы в стволе дерева, их разделяют на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные совместно с сердцевинными лучами создают смолоносную систему, что дает возможность добывать смолу методом подсочки. На поперечных срезах вертикальные смоляные ходы выглядят как точки беловатого цвета. Наблюдаются они на площади поздней зоны в годичных слоях.
За счет смолы древесина обладает стойкостью к процессам гниения.
Определение породы древесины по макроскопическому строению
Строение каждого вида древесины тесно связано с ее свойствами. Зная породу дерева можно достаточно точно оценить технологические свойства древесины и ее физико-механические свойства. Эти свойства для каждой породы дерева учеными выведены в справочную базу данных, которая служит ориентиром при выборе необходимых материалов для конкретных целей.
Определить вид дерева можно, используя такие признаки древесины, как:
Использование дополнительных характеристик древесины, таких как плотность и твердость древесины, текстура и блеск сделает процесс определения вида намного точнее.
Цвет древесины также используется при диагностике, правда необходимо быть очень внимательным и учитывать степень изменения его от внешних физико-химических и временных воздействий.
Хорошую помощь в правильном определении оказывают рисунки на продольных срезах древесины. Плотность и твердость древесины при определении вида лиственных пород имеет очень большое значение, поскольку довольно часто остальные признаки очень плохо выражены.
Микроскопическое строение древесины
Микроскопическое строение хвойных пород
На долю живых клеток в древесине приходится всего 2% от общего количества. По строению растительная клетка представляет ядро и цитоплазму в тонкой прозрачной оболочке.
Оболочка состоит из органического вещества – клетчатки или целлюлозы. По своему виду это тонкая и прозрачная эластичная пленка. Строение оболочки, ее состав и размеры изменяются по мере развития клетки. Самые частые изменения – это одревеснение и пробкование. В процессе жизнедеятельности клеток в них образуется органическое вещество лигнин, которое и приводит к одревеснению клеток. После того, как клетки одревеснели, их рост останавливается или очень сильно замедляется, по сравнению с ростом клеток в целлюлозной оболочке.
Микроскопическое строенние лиственных пород
Оболочки со временем утолщаются. Это утолщение происходит неравномерно. Оставшиеся неутолщенными места называют порами. По этим порам проходит вода и растворенные в ней питательные вещества из клетки в клетку.
Сама целлюлоза представляет собой волокна, называемые микрофибриллами. Пространство между этими волокнами заполнено связанной влагой, лигнином и гемицеллюлозой.
Разновидности древесных клеток: паренхимные и прозенхимные
В прозенхимных клетках волокна имеют диаметр 0.01-0.05 мм и длину от 0.5 мм до 3 мм. Концы этих волокон заострены. Прозенхимные клетки составляют основную массу древесины, независимо от ее породы. По своему назначению прозенхимные клетки делят на проводящие, опорные и механические. Как понятно из названия таких групп клеток, проводящие имеют соей целью обеспечить в крону дерева воды и питательных веществ, вытягивая ее из почвы. Прочность древесины обеспечивается опорными клетками.
Волокна паренхимных клеток по своему виду напоминают многогранную призму с приблизительно одинаковой шириной стороны. Ширина сторон призмы составляет 0.01-0.1 мм. Основным назначением паренхимных клеток является накопление и хранение питательных веществ. Крахмал, жиры и другие органические питательные вещества отлагаются в паренхимных клетках и ждут начала вегетативного периода. Весной они служат источником питания для образования листьев в кроне дерева. Паренхимные клетки располагаются в сердцевинных лучах. Если подсчитать их количество в процентном отношении к общему объему дерева, то эта величина у лиственных деревьев составляет от 2 до 15%, а у хвойных намного ниже, всего 1-2%.
Ткани древесины
Группы клеток, которые выполняют одну задачу и имеют одинаковое строение, образуют древесные ткани. Существуют проводящие, запасающие, опорные или механические и покровные виды тканей.
Состоят проводящие ткани из клеток с очень тонкими стенками и имеющих вытянутую форму. В среднем длина сосудов составляет 10 см, а иногда у определенных пород может достигать длины от 2 до 3 м. Наиболее характерный пример деревьев, имеющих длинные проводящие сосуды – это дуб. Диаметр сосудов очень мал, от сотых до десятых долей мм.
Запасающие ткани находятся в стволовой части и корневой системе дерева. Название этих тканей полностью соответствует выполняемой функции. От их работы зависит скорость роста дерева и его качество.
Жесткость, устойчивость и прочность дереву в стадии роста придают механические (опорные) ткани. Функцию защиты от внешних факторов несут на себе покровные ткани. Они находятся в коре дерева.
Как строение древесины отражается на физико-механических свойствах
Свойства древесины очень сильно зависят от строения клеток, в частности их оболочки. Содержание твердой древесной массы будет больше, если расстояние между микрофибриллами будет меньше. Чем меньше содержание связанной влаги, тем прочнее дерево. Когда содержание связанной влаги большое, то микрофибриллы отодвигаются друг от друга, силы сцепления слабеют и механические свойства дерева ухудшаются. Поскольку сами микрофибриллы преимущественно располагаются вдоль клетки, то и дерево получает наибольшую прочность именно вдоль своих волокон.
Влияют на свойства древесины и форма и размеры волокон. Прямолинейная их форма, которая присуща для хвойных пород обеспечивает последним более высокие показатели прочности. Извилистость волокон в лиственных породах дерева обеспечивает лучшие показания ударной вязкости и прочности к скалыванию вдоль волокон.
Породы деревьев с кольцесосудистым строением имеют очень высокую гибкость, поскольку наличие сосудов обеспечивает волокнам способность не разрушаться при уплотнении.
Строение дерева
Макроскопическое строение древесины
Макроскопическое строение ствола дерева – это то, что видно невооруженным взглядом, если разрезать дерево или на схеме.
Выделяют следующие слои:
Кора – самый поверхностный слой. Она состоит из поверхностной корки, более эластичного луба и самого нижнего слоя – камбия. Строго говоря, камбий лежит между корой и древесиной, обеспечивая рост и снабжение питательными веществами новых клеток дерева. Активен с весны по осень, именно в то время дерево растет.
Под корой находится основной массив древесины. Деревья могут быть ядровыми (дуб, ясень) и безъядровыми (ольха). Внешне отличаются тем, что у ядровых явно различима более темная по цвету сердцевина, а вокруг нее более светлая окружность, которая называется заболонь.
Ядро образуется из мертвых клеток, которые закупориваются смолой. Это самая твердая часть древесины. В самом центре ядра находится сердцевина. Это самый рыхлый слой, окружностью, обычно, от 2 до 5 мм.
У безъядровых деревьев плотность и цвет среза однородные.
Годичные кольца отмечают каждый год жизни растения. Они различаются в зависимости от возраста дерева, условий произрастания и т.д. Обычно годичные кольца двухцветные: в начале года формируется более мягкий и светлый слой, к концу – темный поздний. Ранняя ткань отвечает за транспортировку питательных вещество от корней и обратно, поздний слой выполняет защитную функцию.
Кроме того, питательные вещества транспортируются ко всем участкам дерева с помощью лучшей (пересекающие срез белые линии) и сосудов (мелкие проходы и их скопления).
Микроскопическое строение древесины
Микроскопическое строение ствола дерева рассматривает клеточную структура растения. Клетки ткани дерева похожи по строению на остальные (ядро,протопласт, оболочка), но благодаря тому, что оболочка состоит из плотных углеводов(целлюлозы) и лигнина, она становится прочной и жесткой. По прочности древесину сравнивают с железобетоном.
Клетки дерева различаются по строению и функциям. Выделяют:
Химический состав древесины и коры
Химические элементы древесины находятся в клеточных оболочках. Делятся на:
Минеральные вещества занимают не более 1% состава и остаются после сжигания дерева. Это соли натрия, калия, железа и других минералов.
Органические вещества делятся на структурные компоненты, составляющие основу клеток: целлюлозы, лигнин.
Компоненты, которые не входят в состав клетки, их можно извлечь из древесины путем экстракции: эфирные масла, дубильные вещества, красители.
Химический состав может меняться даже в рамках одной породы в зависимости от места произрастания дерева, состава почвы, возраста растения.
Элементарный состав органических веществ:
Пороки древесины
Если строение дерева, тканей нарушено, наблюдаются недостатки, снижающие качество древесины, то говорят о ее пороках.
Качество древесины определяет ГОСТ 2140-81.
В описание пороков включены такие признаки, как:
Пороки могут быть более или менее значимы в зависимости от того, для каких целей применяется древесина, а также от возможности их устранения.
Основные части дерева
Особенности строения дерева выражены не только в наличии ствола и древесины.
Выделяют крупные части дерева:
Корни фиксируют растение в почте, аккумулируют и всасывают питательные вещества, минералы и воду из земли, и транспортируют их к стволу.
Корневая система можно быть стержневой (один или несколько основных корней, уходящих глубоко в почву), мочковатой (более разветвленная, охватывает большую площадь почвы) и поверхностной.
Ответвления от ствола называются ветвями. Они поддерживают ветки, которые, в свою очередь, являются опорой для листьев, цветов или плодов.
Ветки есть немного утолщенная часть, которая называется узлом. Из узла формируются почки и листья.
Листья играют также важную роль в жизни дерева. Они вырабатывают дополнительные полезные вещества, участвуют в процессе фотосинтеза (преображение энергии солнечного света в энергию и создание химических веществ), помогают выделять воду (испарение) и осуществлять газообмен, необходимый для химических процессов.
Деревья, которые обновляют листья каждый год, называются лиственными, а те, которые не сбрасывают их – хвойными или вечнозелеными.
Строение дерева объясняет многообразие видов этих растений и их распространение по планете.
Древесина и ее строение
Без понимания, как устроено дерево, невозможно понять, что такое древесина, получить полные знания о её физических и механических свойствах, а значит, и успешно проектировать и эксплуатировать деревянные конструкции.
Дерево, даже одной и той же породы, не является совершенно однородным, стандартным материалом. Поэтому, обычно, даются некоторые средние характеристики, позволяющие сравнивать свойства различных древесных пород.
Строение дерева
Независимо от породы, растущее дерево имеет:
Корни
Корни служат не только для укрепления дерева в почве и удержания его в вертикальном положении, а самое главное, для питания дерева из почвы водой и питательными веществами, необходимыми для его жизни и роста.
Ствол
У самой земли дерево обычно имеет самый большой диаметр ствола (толщину), постепенно и равномерно уменьшаясь кверху. В живом, растущем дереве, каждый год появляется новый конусообразный слой древесины. Каждый следующий слой выше и большего диаметра.
Крона
Крона дерева состоит из ветвей, несущих на себе листву или хвою. Листья и хвоя поглощают из окружающего воздуха нужные дереву химические вещества. Именно в хвое и в листьях под воздействием солнечных лучей разлагается содержащийся в воздухе углекислый газ на углерод и кислород.
Углерод затем соединяется с веществами, поступающими через корни из почвы и используется для роста и питания дерева. Кислород выделяется в воздух. Излишняя влага, поступающая в дерево из корней, также испаряется через листья и хвою.
Строение ствола дерева
Ствол дерева состоит из:
Ствол дерева состоит из коры, камбия, древесины и сердцевины
Кора дерева
Так как пробковый слой расположен снаружи дерева, то его основная задача — предохранять древесину от высыхания, механических повреждений, морозов, перегрева, резких перепадов температуры и других внешних воздействий.
Также, как и внутренняя часть дерева — древесина, кора ежегодно нарастает в толщину, однако этот прирост очень мал, и к тому же, наружные слои в виде чешуи постепенно отпадают, так как пробка – это мертвые клетки, заполненные воздухом. Поэтому кора никогда не достигает такой толщины, как древесина.
Лубяной слой (луб) коры состоит из незаметных для глаза мелких трубок, по которым вода и питательные органические вещества, выработанные в листьях и хвое, перемещаются вниз по стволу к корням.
Камбий
Между мертвой корой и живой древесиной расположен камбий — очень тонкий сочный слой живых клеток, не видимый невооруженным глазом. Эта живая часть ствола, питаясь нисходящими соками лубяного слоя коры, непосредственно участвует в росте дерева.
Рост дерева в толщину происходит в результате деления клеток камбия. В результате деления клетки камбия, одна из дочерних клеток остается камбиальной, а другая идет или на образование элементов древесины, или на образование коры. Деление клеток камбия в сторону древесины происходит раз в десять чаще, чем в сторону коры, вследствие чего древесина нарастает значительно быстрее коры.
Внутренняя часть клеток камбия (около 90%) образует ксилему — особые проводящие сосуды, по которым минеральные вещества и вода поднимаются от корней дерева, по стволу к его верху. Таким образом, из внутренних клеток камбия формируется заболонь – новый годичный слой древесины.
Поперечный, тангентальный и радиальный разрезы древесины
В годичном слое древесины вначале образуются тонкостенные клетки ранней древесины, которые у хвойных деревьев заметно светлее, чем клетки поздней древесины, у которых стенки толще. Ранняя древесина должна быстро доставлять питательные вещества от корней к листьям; клетки поздней древесины служат, главным образом, для укрепления ствола.
В тропических районах зоны прироста образуются в период смены засухи и дождей. Здесь прирост наблюдается не каждый год. Вечнозеленые тропические деревья, рост которых не прерывается периодом покоя, не образуют годичных колец.
Ширина годичных колец бывает от 1 до 10 мм, и это зависит от возраста дерева, климатических условий, состояния почвы и воздействия вредителей. От этих же условий зависит и доля ранней и поздней древесины в дереве. Как правило, быстрорастущие деревья образуют широкие годичные кольца, а медленно растущие – узкие.
Однако, если рассматривать общий поперечный распил, то видно, что наиболее важную роль в годичном кольце играет поздняя древесина.
Древесина
Для строительства основное промышленное значение имеет древесина, (состоящая из заболони и ядра), которая в растущем дереве занимает большую часть ствола.
Заболонь (или оболонь) – молодая, не омертвевшая еще часть древесины, находящаяся ближе к поверхности дерева. Состоит из живых, физически активных древесных клеток. Служит для проведения воды от корней вверх по стволу в крону и для отложения запасных питательных веществ.
Ядро – наиболее старая по возрасту часть древесины, расположенная ближе к сердцевине, состоящая из омертвелых клеток, не принимающих участия в жизни дерева. Однако, это самая прочная и устойчивая часть древесины, заключающая в себе наибольшее количество смол, камедей и пр. Ядро имеет более темную окраску, а в свежесрубленном дереве и меньшую влажность, чем заболонь.
У всех молодых деревьев, независимо от породы, древесина состоит только из заболони. У некоторых пород деревьев с течением времени отмирающие клетки, отложения смолы и дубильных веществ образуют ядро. Образование ядра начинается у разных пород в разном возрасте. У дуба, например, это происходит довольно рано – в возрасте 8-12 лет, у сосны значительно позднее – на 30-35 год жизни дерева.
Превращение древесины в ядровую начинается тогда, когда в стволе образуется достаточно широкая заболонь, способная подавать влагу от корней в крону. Внутренняя часть ствола освобождается от выполнения этой задачи, живые элементы древесины отмирают, влагопроводящие каналы блокируются, уменьшается содержание влаги в древесине.
В отмерших клетках ядра отлагаются такие субстанции, как красители, смолы, жиры, дубильные и каучукообразные вещества. Древесина пропитывается дубильными и красящими веществами, в результате чего темнеет, становится тяжелее, тверже, способна лучше противостоять вредителям. У нее возрастает стойкость к гниению, несколько увеличивается плотность.
Закупорка водопроводящих путей древесины ядра имеет как положительное значение, так как она становится практически непроницаемой для воды и воздуха, так и отрицательное, так как при пропитке древесины антисептиками, ядро обычно не пропитывается.
Граница между ядром и заболонью обычно не проходит целиком по одному годичному кольцу. По разнице окраски заболони и ядровой древесины и по образованию последней деревья подразделяются на следующие группы:
1. Деревья с ядровой древесиной (дуб, сосна, лиственница). У этих деревьев темное ядро отделено от более светлой заболони цветовой гранью.
Спил сосны
2. Деревья с преобладанием ядровой древесины (ель, красный бук, пихта). У этих деревьев содержание влаги в ядровой древесине ниже, чем в заболонной, но цветом они не отличаются.
Спил ели
Спил берёзы
Сердцевина
Сердцевина – внутренняя, центральная часть ствола, состоящая из рыхлых малопрочных тканей, образованных в первые годы жизни дерева.
Микроструктура древесины
Микроструктуру хвойной древесины лучше всего понять, рассматривая три взаимно перпендикулярных разреза ствола:
Разрезы ствола дерева: 1- поперечный; 2- радиальный; 3- тангентальный
На поперечном (торцевом) разрезе дерева видно, что в центре ствола находится сердцевина. Вокруг сердцевины, занимая практически всю площадь поперечного разреза, располагаются концентрические слои древесины — годичные слоя (кольца прироста). Это название вызвано тем, что толщина ствола ежегодно увеличивается на один слой, нарастающий по окружности ствола, поэтому по количеству годичных слоев, видимых на поперечном разрезе ствола или пня, судят о возрасте дерева.
На каждом из трех разрезов ствола годичные слои выглядят по-разному. На торцевом они образуют более или менее правильные окружности, на радиальном – прямые, слегка волнистые линии, а на тангентальном – кривые конусообразные полосы.
На разрезах можно наблюдать сердцевинные лучи, которые служат для проведения питательных соков, поступающих от листьев или хвои через лубяной слой коры внутрь ствола, а также для хранения питательных веществ.
На каждом из разрезов сердцевинные лучи образуют характерный для каждой породы рисунок.
На поперечном разрезе они видны как узкие полоски (их не следует смешивать с трещинами), направленные от коры к сердцевине. Лучи могут быть длинными, соединяющими сердцевину с корой, и тогда они носят название первичных сердцевинных лучей в отличие от вторичных, которые не доходят до сердцевины. Их размеры неодинаковы у разных пород дерева.
На радиальном разрезе лучи хорошо заметны в виде светлых или широких ленточек, а на тангентальном – наблюдаются в виде темных черточек, имеющих острые концы и направленных вдоль волокон.
Сердцевинные лучи у бука на разрезах: а — поперечном; б — радиальном; в — тангентальном
На наружной окружности древесина ствола замыкается корой и слоем камбия, находящегося между корой и древесиной.
Древесина состоит из клеток, которые образуют проводящие, опорные и запасающие ткани.
Основной объем у хвойных пород (90-95%) занимают ранние и поздние трахеиды. Они представляют собой сильно вытянутые веретенообразные омертвевшие клетки с одревесневшими оболочками и с кососрезанными концами.
Ранние трахеиды образуют раннюю древесину в каждом годовом слое. Клетки ранних трахеид внутри имеют широкую внутреннюю полость, а их тонкие стенки пронизаны множеством окаймленных пор. Благодаря такому строению клеток, ранние трахеиды выполняют проводящие функции — проводят воду и питательные вещества в крону дерева.
Поздние трахеиды входят в состав поздней древесины и являются механическими элементами. В отличие от ранних трахеид, стенки поздних сильно утолщены за счет резкого уменьшения внутренней полости клетки. Это позволяет им образовывать опорные ткани, обеспечивающие прочность ствола.
Из запасающих клеток образуются узкие сердцевинные лучи и смоляные ходы. Древесные клетки хвойных, вследствие содержания в них смолы, называются смоляными клетками. Эти клетки соединены в длинные вертикальные ряды. Смоляных клеток нет только в древесине тиса. У сосны, ели, лиственницы и кедра имеются, кроме того, вертикальные и горизонтальные смоляные ходы.
Схема микроскопического строения древесины сосны: 1 — годичный слой; 2 — сердцевинные лучи; 3 — вертикальный смоляной ход; 4 — ранние трахеиды; 5 — поздние трахеиды; 6 — окаймленная пора; 7 — лучевая трахеида
Схема микроскопического строения древесины дуба: 1 — годичный слой; 2 — сосуды; 3 — крупный сосуд ранней древесины; 4 — мелкий сосуд поздней древесины; 5 — широкий сердцевинный луч; 6 — узкие сердцевинные лучи; 7 — либроформ
На поперечных срезах лиственных пород можно увидеть водопроводящие сосуды. Кольце-сосудистыми называют породы, у которых в ранней древесине расположены мелкие и крупные сосуды по концентрическим окружностям. Их типичным представителем является дуб.
У кольце-сосудистых пород водопроводящие сосуды располагаются по концентрическим окружностям
У рассеянно-сосудистых лиственных пород сосуды равномерно распределены по ширине годичного слоя. Представителем таких пород является грецкий орех.
У рассеянно-сосудистых пород водопроводящие сосуды равномерно распределены по ширине годичного слоя
В хвойных породах, идущих главным образом на строительство, таких как сосна, ель, кедр, идущие вдоль ствола сосуды сплошь заполненные смолой. Это так называемые смоляные ходы. У древесины пихты и тиса смоляных ходов нет.
Особенности строения древесины хвойных и лиственных пород обуславливают их технические (физические и механические) свойства.