Структура древесины – строение: микроструктура и макроструктура

1. Строение дерева, ее основные части

Растительный мир делится на низшие и высшие растения, для которых характерно наличие корня, стебля и листьев. В них происходит ряд физиологических процессов, необходимых для роста и развития растений. В растущем дереве выделяют корни, ствол и крону.

Части растущего дерева: 1 — корни; 2 — ствол; 3 – крона

Корни 1 составляют целую систему, которая включает в себя мелкие корешки, всасывающие воду с растворенными в ней минеральными веществами, и толстые корни, которые проводят воду и хранят запасы питательных веществ, а также способствуют поддержанию самого дерева в вертикальном положении.

Ствол 2 поддерживает крону дерева и связывает ее с корнями. По стволу в восходящем токе перемещаются растворы минеральных веществ, а в нисходящем – растворы органических веществ, образующихся в листве. В стволе также происходит накопление и хранение питательных веществ.

Крона 3 представляет собой совокупность ветвей, покрытых листьями или хвоей. В зеленых листьях кроны в процессе фотосинтеза вырабатываются сложные органические вещества, необходимые для жизни и роста дерева, механизм образования которых представляет собой процесс поглощения углекислоты из воздуха и воды, поступающей из почвы, а также действия света. Крона дерева в настоящее время используется не достаточно широко, хотя ее биомасса содержит много ценных веществ.

Изучение ствола осуществляется на трех главных разрезах (рис. 2) поперечном, или торцовом, когда плоскость сечения перпендикулярна оси ствола; радиальном, когда плоскость сечения проходит вдоль оси ствола; тангенциальном, когда плоскость сечения проходит вдоль оси ствола перпендикулярно радиусу торца.

 Главные разрезы ствола (б): П — поперечный разрез, Р — радиальный разрез, Т — тангенциальный разрез

Ствол составляет основную массу дерева. У некоторых пород на его долю приходится до 90 % массы. Структура древесного ствола показана на рис. 3.

Ствол представляет собой конусообразное тело, покрытое корой 6. Кора предохраняет дерево от внешних воздействий и повреждений. Внутренняя часть коры, проводящая органические питательные вещества, образующиеся в листьях, вниз по стволу, называется лубом 5. В центре ствола находится небольшая по размерам сердцевина 1. Эта низкокачественная часть дерева на поперечном разрезе имеет вид пятнышка диаметром 2…5 мм коричневого или бурого цвета, чаще всего округлой или овальной формы. Основную часть ствола составляет древесина 3. Между корой и древесиной находится камбий 4 – тонкий слой живой образовательной ткани, который служит для питания и образования древесины и коры. С увеличением диаметра ствола доля коры уменьшается (толщина коры уменьшается по направлению от комля к вершине).

 Структура древесного ствола на поперечном (П), радиальном (Р) и тангентальном (Т) разрезах: 1 – сердцевина; 2 — ядро; 3 — заболонь;4 — камбий; 5 — луб; 6 – кора

Химический состав древесины и коры

Ткань древесной массы создана из клеток. Поэтому все химические компоненты располагаются в клеточных оболочках. Древесина состоит из минеральных и органических компонентов. К минеральным (неорганическим) веществам относятся элементы, которые остаются после сгорания древесной ткани (зола). Их величина составляет 1% от общей массы. По химическому составу эти элементы представляют собой смесь разных солей, растворимых (натрия, калия) и нерастворимых (магния, кальция, железа) в воде.

Остальную часть занимают органические составляющие, занимающие 99% общей массы. Их элементный состав содержит 49 — 50% углерода, 43 — 44 % кислорода, 6 % водорода и 0,1 — 0,3 % азота.

Органические вещества представлены в виде двух групп:

1. Структурные компоненты, образующие структуру клетки (целлюлоза, холоцеллюлоза, гемицеллюлоза, лигнин).
2. Экстрактивные вещества — компоненты, которые можно извлечь из древесины растворителями (экстрагировать). Они не входят в состав клеточной стенки. К ним относятся эфирные масла, красители, дубильные вещества, жиры, пектины. Древесина обязана им запахом, цветом, вкусом, сопротивлению гниению и болезням. Экстрактивные элементы составляют 3 — 5% от общей массы органических компонентов.

Химический состав лиственных пород отличается от хвойных большим содержанием структурных компонентов (гемицеллюлозы), но меньшим содержанием лигнина. В зависимости от географического места произрастания, возраста растения химический состав может меняться в пределах одной породы.

Химический состав коры отличается повышенным содержанием экстрактивных веществ, лигнина и пониженным содержанием целлюлозы. Доля неорганических веществ в общем количестве составляет 10-15 %, это в 10 раз больше, чем в древесине. Преобладающими элементами золы являются кальций (82-95 %), калий, магний.

Кора — ценное растительное сырье:

1. Дубильные вещества незаменимы при выделке кож.
2. Экстрактивные компоненты находят применение в медицине.
3. Кору используют в качестве топлива.
4. Измельченная кора служит основой корокомпостов в сельском хозяйстве.

Разные химические составы коры и древесины приводят к необходимости перерабатывать их раздельно.

Функции древесины. Строение и основные свойства дерева и древесины.

Древесина служит исходным сырьем для выработки более двадцати тысяч продуктов и изделий. Способы переработки древесного сырья делят на три группы: механические, химико-механические и химические.Ценность различных пород древесины заключается в их прочности, долговечности и неповторимости рисунка. Такая древесина используется для изготовления красивой мебели, паркета, дверей, различных предметов интерьера, считающимися элитными, учитывая исходно высокую стоимость и размер усилий, затрачиваемые на ее обработку. В России наиболее распространены следующие породы: дуб, вишня, бук, груша, розовое дерево, махагони, грецкий орех, клён (белый, сахарный, остролистный)

Функции древесины

Ценность различных пород древесины заключается в их прочности, долговечности и неповторимости рисунка. Такая древесина используется для изготовления красивой мебели, паркета, дверей, различных предметов интерьера, считающимися элитными, учитывая исходно высокую стоимость и размер усилий, затрачиваемые на ее обработку. В России наиболее распространены следующие породы: дуб, вишня, бук, груша, розовое дерево, махагони, грецкий орех, клён (белый, сахарный, остролистный)

У однодольных растений проводящие пучки замкнутые, т.е. между ксилемой и флоэмой в пучках нет камбия, посему новые элементы ксилемы и флоэмы не образуются и стебли у большинства растений не утолщаются. Закрытые пучки расположены по всей поверхности среза стебля. У двудольных сосудисто-волокнистые пучки расположены в центральном цилиндре. В их пучках между ксилемой и флоэмой находится камбий. Вследствие деления его клеток образуются элементы флоэмы (луба), откладывающиеся вовнутрь стебля.

Камбий, расположенный в пучках, называется пучковым.
Пучки, содержащие камбий, называются открытыми.
Они располагаются по кругу, образуя кольцо. В результате деления клеток камбия и формирования ксилемы (древесины) камбиальное кольцо отодвигается к периферии. Функцию проведения Н2О и минеральных солей выполняют элементы молодой древесины, лежащие ближе к камбию. В старых слоях древесины сосуды и др. элементы ксилемы закупориваются смолами, эфирными маслами и выполняют токмо механическую функцию.

Анатомическое строение стебля соответствует выполняемым им функциям и имеет ряд особенностей.

Основные свойства

Все характеристики древесины делятся на три большие группы: физические, технологические и механические.

Физические:

Те свойства, которые во время испытаний не приводят к изменениям химического состава древесины, носят название физических. К ним можно отнести такие характеристики:

• внешний вид;
• уровень влажности и все, что связано с его изменениями;
• теплопроводность и удержание тепла;
• электропроводность;
• звукоизоляция и все, что с ней связано;
• изменения, которые материал приобретает после воздействия электромагнитного излучения.

Внешний вид формируют такие составляющие, как цвет, блеск, текстура и макроструктура. Цветом называют визуальное ощущение, остающееся после отражения деревом потока света, а точнее – от того, какой спектральный состав у этого отражения. Цвет крайне важен для дерева. На него ориентируются, выбирая породу, которой будет отделано помещение, из которой будет изготовлена мебель, музыкальный инструмент, произведение декоративно-прикладного жанра и т. п.

Окраска дерева зависима от многих факторов – порода, возраст, регион и климат местности, в которой произрастает. Цвет вполне может измениться под воздействием ветра, солнца, от грибковой инфекции, а также от влаги, особенно если дерево длительное время находится в воде. Но многие породы имеют уникальный тон, распознать который специалисту довольно легко. Блеском называется свойство дерева отразить поток света. У каких-то пород блеск сильнее, у каких-то слабее. Из пород, произрастающих в России, наиболее сильный блеск у дубовой, буковой древесины, а также у таких деревьев, как белая акация.

Текстура – не что иное, как рисунок дерева. Он становится виден после того, как анатомические элементы перерезаны (годичные кольца, лучи сердцевины, сосуды). По ширине годичных колец и содержанию поздней древесины производится оценивание того, насколько качественной она является. Ширина годичного кольца – это то количество слоев, которое содержится в одном сантиметре, отложенном в радиальном направлении на торце древесины.

Для того чтобы понять, сколько влаги содержится в древесине, ввели такую характеристику, как влажность. Она выражается в процентном отношении: масса воды в древесине к массе полностью высушенной древесины.

Ее измеряют посредством прямых или косвенных методов. Самым простым и надежным способом измерить влажность древесины является ее просушка. Это занимает время, но зато ответ получается точным. Что касается косвенных методов, они значительно быстрее. Например, измерения с помощью кондуктометрического электровлагомера показываются, сколько воды содержит дерево, и какова его электропроводность. Но точность у таких способов низкая – максимум 30%, и то лишь там, где была введена игла для измерения.

Вода в дереве можно быть свободной и связанной. Первую можно обнаружить в полости волокон и в пространстве между клетками. Вторую – в структуре клетки, ее держат физико-химические связи. Если свободная вода удаляется из древесины довольно легко, то связанную удалить значительно сложнее. Если пиломатериал в процессе сушки, выпиловки или хранения меняет свою форму, это называется коробление. Чем бы оно ни было вызвано, оно приводит к появлению пороков древесины, поэтому хранить и обрабатывать ее нужно в соответствии с технологией.

Дерево имеет такие свойства, как влагопоглощение и разбухание (как следствие). Это следует учитывать при работе с ним. Оно не всегда является отрицательным, например, в чанах или бочках свойство дерева разбухать и увеличиваться из-за этого в размере повышает плотность прилегания деревянных элементов друг к другу.

Дерево обладает плотностью, измеряющейся в килограммах на кубический метр (или в граммах на кубический сантиметр). У различных пород дерева одинаковая плотность древесинного вещества (она составляет 1,53 г/см3), но разная плотность полностью высушенной древесины. Существует несколько показателей плотности – влажная древесина имеет одну плотность, а сухая – другую. У дерева есть такая характеристика, как пористость, т. е. степень заполненности воздухом пустых полостей. Пористость разных пород колеблется в промежутке 40-80%.

Показатель проницаемости означает, какое количество жидкого или газообразного вещества древесина способна пропустить под воздействием на нее давления. Отдельно среди физических свойств древесины выделяют тепловые, к которым относят теплоемкость, способность проводить тепло и расширяться под его воздействием, а также способность проводить температуру. Дерево обладает свойством электропроводности, т. е. по нему проходит электроток. Чем древесина суше, тем хуже она проводит электричество, и наоборот.

Технологические:

Те свойства, которые во время испытаний не приводят к изменениям химического состава древесины, носят название физических. К ним можно отнести такие характеристики:

• внешний вид;
• уровень влажности и все, что связано с его изменениями;
• теплопроводность и удержание тепла;
• электропроводность;
• звукоизоляция и все, что с ней связано;
• изменения, которые материал приобретает после воздействия электромагнитного излучения.

Внешний вид формируют такие составляющие, как цвет, блеск, текстура и макроструктура. Цветом называют визуальное ощущение, остающееся после отражения деревом потока света, а точнее – от того, какой спектральный состав у этого отражения. Цвет крайне важен для дерева. На него ориентируются, выбирая породу, которой будет отделано помещение, из которой будет изготовлена мебель, музыкальный инструмент, произведение декоративно-прикладного жанра и т. п.

Окраска дерева зависима от многих факторов – порода, возраст, регион и климат местности, в которой произрастает. Цвет вполне может измениться под воздействием ветра, солнца, от грибковой инфекции, а также от влаги, особенно если дерево длительное время находится в воде. Но многие породы имеют уникальный тон, распознать который специалисту довольно легко. Блеском называется свойство дерева отразить поток света. У каких-то пород блеск сильнее, у каких-то слабее. Из пород, произрастающих в России, наиболее сильный блеск у дубовой, буковой древесины, а также у таких деревьев, как белая акация.

Текстура – не что иное, как рисунок дерева. Он становится виден после того, как анатомические элементы перерезаны (годичные кольца, лучи сердцевины, сосуды). По ширине годичных колец и содержанию поздней древесины производится оценивание того, насколько качественной она является. Ширина годичного кольца – это то количество слоев, которое содержится в одном сантиметре, отложенном в радиальном направлении на торце древесины.

Для того чтобы понять, сколько влаги содержится в древесине, ввели такую характеристику, как влажность. Она выражается в процентном отношении: масса воды в древесине к массе полностью высушенной древесины.

Ее измеряют посредством прямых или косвенных методов. Самым простым и надежным способом измерить влажность древесины является ее просушка. Это занимает время, но зато ответ получается точным. Что касается косвенных методов, они значительно быстрее. Например, измерения с помощью кондуктометрического электровлагомера показываются, сколько воды содержит дерево, и какова его электропроводность. Но точность у таких способов низкая – максимум 30%, и то лишь там, где была введена игла для измерения.

Вода в дереве можно быть свободной и связанной. Первую можно обнаружить в полости волокон и в пространстве между клетками. Вторую – в структуре клетки, ее держат физико-химические связи. Если свободная вода удаляется из древесины довольно легко, то связанную удалить значительно сложнее. Если пиломатериал в процессе сушки, выпиловки или хранения меняет свою форму, это называется коробление. Чем бы оно ни было вызвано, оно приводит к появлению пороков древесины, поэтому хранить и обрабатывать ее нужно в соответствии с технологией.

Дерево имеет такие свойства, как влагопоглощение и разбухание (как следствие). Это следует учитывать при работе с ним. Оно не всегда является отрицательным, например, в чанах или бочках свойство дерева разбухать и увеличиваться из-за этого в размере повышает плотность прилегания деревянных элементов друг к другу.

Дерево обладает плотностью, измеряющейся в килограммах на кубический метр (или в граммах на кубический сантиметр). У различных пород дерева одинаковая плотность древесинного вещества (она составляет 1,53 г/см3), но разная плотность полностью высушенной древесины. Существует несколько показателей плотности – влажная древесина имеет одну плотность, а сухая – другую. У дерева есть такая характеристика, как пористость, т. е. степень заполненности воздухом пустых полостей. Пористость разных пород колеблется в промежутке 40-80%.

Показатель проницаемости означает, какое количество жидкого или газообразного вещества древесина способна пропустить под воздействием на нее давления. Отдельно среди физических свойств древесины выделяют тепловые, к которым относят теплоемкость, способность проводить тепло и расширяться под его воздействием, а также способность проводить температуру. Дерево обладает свойством электропроводности, т. е. по нему проходит электроток. Чем древесина суше, тем хуже она проводит электричество, и наоборот.

Механические:

Древесина способна к сопротивлению под действием прилагаемых к ней усилий, т. е. у нее имеются механические свойства. К ним относят прочность, устойчивость к деформации, технологические и эксплуатационные свойства. Механические свойства древесины определяются в таких испытаниях, как растяжение, сжатие, изгиб и сдвиг. Древесину относят к анизотропным материалам, что означает, что в различных направлениях ей присущи разные свойства.

Предел прочности – максимально допустимый уровень напряжения, который предшествует началу разрушения образца. Его нужно определять на образце, не имеющем пороков, небольшого размера и чистом. Для того чтобы определить прочность древесины при ее сжатии, потребуется образец, имеющий призматическую форму.

Деформативностью называют способность противостоять кратковременным нагрузкам, не меняя изначальной формы. Благодаря упругости древесина способна возвращать первоначальную форму после кратковременных нагрузок. Модуль упругости высчитывают по специальной формуле. Строение древесины таково, что под постоянными нагрузками она может деформироваться. Важно точно знать как показатель прочности, так и предел дополнительного сопротивления, а также и предел выносливости (для образцов, подвергающихся переменным нагрузкам).

Чтобы сравнивать одну породу с другой, необходимо знать удельные характеристики, присущие механическим свойствам различных пород дерева. Например, хвойные породы имеют более высокий показатель удельной прочности, чем лиственные. Выше у них и показатель жесткости, а вот все остальные удельные характеристики более низкие.

Обзор видов

Пород древесины очень много, при выборе материала для строительства или обработки следует учитывать индивидуальные особенности и свойства у каждой. Древесина делится не только на всем известные группы лиственных и хвойных пород. Например, есть классификация древесины по цвету. В зависимости от вида, цвета древесины отличаются. У цвета дерева есть зависимость от нескольких факторов. Это порода, возраст, скорость, с которой дерево растет, а также от того, какое количество красящих веществ содержится в нем.

С последним фактором напрямую связана также яркость. У заболони дерева (внешней его части, в которой содержатся живые клетки) тон всегда светлее, чем у ядра. У ядровой части, в которой сконцентрированы дубильные вещества и смолы, оттенок значительно темнее. Соответственно, у ядровых пород древесина более темная, у заболонных – светлая.

К первым можно отнести лиственницу, сосну, ясень. Ко вторым, с узким ядром – березу, грушу, липу, ольху. Из перечисленных у березы оттенок древесины полностью белый, у остальных – очень светлый древесный. Это связано еще и с тем, что в заболони присутствует крахмал. Заболонные породы используют для изготовления паркетной доски.

Хвойные породы используются для создания пиломатериалов и иных строительных составных частей. У них легкая и удобная для обрабатывания структура. В России произрастает большое количество деревьев хвойных пород. Что касается лиственных пород, они используются для создания мебели и отделки помещений.

Отдельные породы деревьев имеют более высокую стоимость, называются ценными. Ценность состоит в том, что у этих пород значительно выше прочность, они дольше служат и имеют неповторимый рисунок. Из этих сортов создают красивую элитную мебель, паркетную доску, двери, иные предметы декора. Все они стоят значительно дороже, чем обычные изделия той же категории. Из отечественных ценных пород можно назвать вишню, дуб, грушу, палисандр, а также древесину белого или остролистного клена.

Древесину также различают по признакам ликвидности и неликвидности.

• Ликвидная древесина – ее используют для хозяйственных нужд. Ликвидная древесина состоит из деловой древесины и дров. В свою очередь, деловая древесина включает в себя круглый и колотый лесоматериал, но не включает дрова. В составе деловой древесины выделяют также технологическую щепу и пнёвый осмол.
• Неликвидная древесина – та, которую нельзя использовать для хозяйственных целей из-за того, что она утратила технические качества вследствие естественных пороков или дефектов обработки.

Балансовой древесиной называют круглый или колотый сортимент, из которого производят целлюлозу или древесную массу. Качество такой древесины определяется сортом (которых выделяется три), а также свежестью.

Описание пороков

Пороками древесины называют те дефекты, которые она имеет. Это касается и ствола целиком, и отдельно взятых его элементов. Порок обязательно должен ухудшать качество древесины, ограничивая возможность ее применения. Все виды пороков и дефектов перечислены в ГОСТе 2140-81. Пороком считается все, что имеет отклонения от нормального строения древесины.

Пороки бывают естественные, которые возникают вне зависимости от воли человека (воздействие климатических факторов, птиц, насекомых, грызунов, бактерий и т. д.), а бывают дефекты обработки, к которым относятся те пороки, которые возникают вследствие неправильной обработки, хранения или складирования материала.

Пороки могут быть как условными, так и безусловными. Безусловным считается такой порок, который значительно снижает качество пиломатериала, к таким относится гниль или грибок. Сучки – самый часто встречающийся дефект, но и пороки строения древесины тоже нередки. Сучковатый ствол может использоваться, к примеру, для оригинального декора, но пороком от этого быть не перестает. В состав допустимых входит не более двух сучков на один метр длины лесоматериала, при этом сучки должны быть здоровыми.

К дефектам обработки относят все, что повредило древесину во время механического воздействия на нее, а именно – пиление, заготовка, складирование, хранение, транспортировка и т. п. Именно в результате механического воздействия древесина страдает чаще всего, приобретая недостатки, которые у нее изначально отсутствовали.

Макроскопическое строение древесины

Строение древесины можно изучать невооруженным глазом, в таком случае можно рассмотреть макроскопическое строение древесины. Микроскопическое строение можно внимательно изучить только с использованием микроскопов различных типов.

Изучая макроскопическое строение древесины, можно обнаружить, что у некоторых пород древесина окрашена неравномерно: во внутренней части ствола она более темная, чем на периферии. В этих случаях темноокрашенная часть древесины называется ядром, а более светлая – заболонью. Такие породы называются ядровыми (сосна, лиственница, ясень, дуб и др.).

У других пород центральная часть ствола не отличается по цвету от наружной, такие породы принято называть безъядровыми. Среди этой группы древесных пород можно выделить такие, у которых центральная зона в растущем дереве имеет меньшую влажность, чем периферическая, такие породы принято называть спелодревесными (бук осина и др.). Породы не имеют ядра и не отличающиеся по содержанию влаги (например, ель, пихта, береза, осина, липа и др.) называются заболонными.

Ежегодно на стволе образуются слои древесины в виде концентрических, реже волнистых, колец разной ширины – это годичные слои, которые особенно хорошо заметны у хвойных и некоторых лиственных пород. На разрезах они имеют вид продольных полос и извилистых линий. Их ширина зависит от породы, возраста дерева, положения в стволе, условий произрастания. У многих пород видно, что годичный слой состоит из двух частей: светлоокрашенной мягкой части – ранней древесины (она образуется в первой половине вегетационного периода) – и наружной, обращенной к коре, более темной и твердой части – поздней древесины. По ранней древесине происходит передвижение воды вверх по стволу, а поздняя древесина выполняет в основном механические функции.

На поперечном разрезе некоторых пород, например, дуба, хорошо видны светлые блестящие линии, расходящиеся от сердцевины к коре по радиусам, называемые сердцевинными лучами. Лучи имеются у всех пород – как у лиственных, так и у хвойных. Их ширина зависит от породы, условий произрастания и колеблется от 0,05 до 1 мм. Они служат для перемещения воды в поперечном направлении и хранения питательных веществ зимой.

Сердцевинные повторения (прожилки) – это буроватые или коричневатые черточки, полоски или пятнышки, расположенные в основном у границ годичных слоев в некоторых лиственных породах (например, березы, ольхи, клена, осины, ивы, груши, рябины). По своему цвету и строению они напоминают сердцевину и являются заросшими ходами насекомых, которые обычно встречаются в нижней части ствола у лиственных пород и, реже, у хвойных. Сердцевинные повторения ухудшают качество продукции, изготовленной из данной древесины и считаются одним из пороков древесины.

Сосуды – элементы строения древесины лиственных пород (у хвойных их нет), имеющие форму трубок разных размеров. В растущем дереве по сосудам из корней в крону поднимается вода. На поперечном разрезе они представляют собой небольшие отверстия и подразделяются на крупные и мелкие.

 Схема формирования ствола (а) и вид годичных слоев (б) на поперечном (П), радиальном (Р) и тангентальном (Т) разрезах (светлая – ранняя древесина; темная – поздняя древесина

Крупные сосуды чаще сосредоточены в ранней зоне годичных слоев, мелкие – собраны в группы и расположены в поздней зоне, где видны за счет светлой окраски. По расположению сосудов в древесине лиственные породы подразделяют на кольцесосудистые с кольцом крупных сосудов в ранней зоне и рассеяннососудистые, у которых все сосуды независимо от величины распределены по годичному слою более равномерно.

Смоляные ходы – элементы строения хвойных пород, представляющие собой тонкие, наполненные смолой каналы. Причем смоляные ходы имеются только у сосны, кедра, лиственницы и ели у остальных хвойных пород (пихты, тиса и можжевельника) – их нет. Различают вертикальные и горизонтальные ходы, образующие общую смолоносную систему, которая в общем объеме древесины составляет менее 1 %.

Живая клетка древесины

состоит из оболочки (стенки) и содержимого протопласта (плазмы и ядра).
Оболочку или стенку клеток в основном образует вещество, называемое целлюлозой или клетчаткой.
Со временем в клетчатке под действием плазмы происходит химическое изменение одревеснение, связанное с образованием оболочке живой клетки особого вещества лигнина, благодаря которому оболочка упрочняется, но становится более хрупкой.

 Сосуды: 1 — липы; 2 и 3 — бука; 4 — дуба

Основные элементы древесных тканей

Основными элементами, входящими в состав органической части древесных тканей, являются углерод, кислород, водород и азот. Химический состав сухой древесины: С — 49,5%, О и N — 44,2 % (в том числе азота около 1 %), Н — 6,3 %
Целлюлоза в чистом виде не растворяется в воде, спирте, бензине, эфире. При действии на древесину горячих кислотных или щелочных растворов в условиях высокого давления лигнин и другие углеводы (гемицеллюлоза) переходят в раствор, а целлюлоза не растворяется. На этом основано получение целлюлозы из древесины.

Классификация клеток древесины.

Клетки древесины могут быть классифицированы по выполняемым ими функциям:

• а) проводящие;
• б) опорные (древесные волокна);
• в) запасающие.

 Схема расположения клеток в древесине хвойных пород: 1— в ранней древесине; 2 — в поздней древесине

Проводящие клетки сосуды и трахеиды.

По этим клеткам по стволу от корней к ветвям и листьям проходит вода с растворенными в ней минеральными веществами.
Сосуды представляют собой тонкостенные широкополостные трубочки, расположенные по вертикали одна над другой и утратившие полностью или частично поперечные стенки (рис. 3). Диаметр сосудов от 0,04 до 0,3 мм; длина в среднем около 100 мм, но в отдельных случаях она достигает 2—3 м.
Трахеиды представляют собой удлиненные клетки до 10 ммдлиной и 0,01—0,3 мм толщиной (клетки в поперечном сечении имеют форму многоугольника).

Скелетные и полускелетные ветви плодового дерева

Как правило, большинство сортовых плодовых деревьев не корнесобственные, а привитые. Длина годичных приростов зависит от сорта и типа подвоя — для яблони на сильнорослом подвое она составляет 50-60 см, на карликовом подвое – 20-30 см.

Чрезмерно большие приросты могут свидетельствовать о том, что растение перекормлено. Уменьшение длины годичных приростов или их отсутствие — сигнал того, что дерево угнетено и требует пристального внимания. Здоровому дереву при правильной агротехнике хватает сил и на рост, и на плодоношение.

У плодовых деревьев побеги, направленные вертикально, «нацелены» на рост и наращивание вегетативной массы. Побеги, расположенные горизонтально, «отвечают» за размножение. Соответственно, чем горизонтальнее расположена ветка, тем больше на ней будет цветков и плодов, это определяется балансом и распределением растительных гормонов.

Крупные ветви, которые отходят от ствола, называются скелетными. Обычно они образуют ярусы, в каждом ярусе 3-5 ветвей, затем — промежуток. Ветви одного яруса должны смотреть в разные стороны. Кроме того, важно, чтобы угол расхождения между ними был примерно одинаковым. Ветви двух соседних ярусов не должны располагаться друг над другом.

Читайте также:  Шкатулка из фанеры своими руками: особенности изготовления и отделки

Помимо скелетных ветвей, от ствола могут отходить также и полускелетные ветви – меньшего размера и не входящие в ярусы.

На скелетных и полускелетных ветвях образуются ветви второго порядка, на них, в свою очередь, ветви третьего порядка, и так далее. Самая последняя степень ветвления — обрастающие веточки, именно на них образуются цветы и плоды.

Корневая система плодового дерева: виды корней

На уровне земли ствол плавно переходит в корневую систему. Это место называется корневой шейкой. При посадке корневая шейка должна быть чуть ниже уровня почвы — почва естественным образом осядет, и корневая шейка окажется на нужном уровне.

Так же, как и ветви, корни плодовых деревьев бывают нескольких видов: скелетные, полускелетные и обрастающие. Самые тонкие, обрастающие корешки всасывают воду и питательные вещества из почвы, а вся остальная корневая система доставляет их к надземной части.

Корневая система дерева занимает большой объем — не меньше надземной части. Суммарная длина всех корней исчисляется сотнями километров. Корневая система при благоприятных условиях проникает на глубину нескольких метров, что сопоставимо с высотой дерева, а ее диаметр несколько больше диаметра кроны. Поэтому удобрения всегда вносят по проекции кроны или чуть шире — именно в этой зоне находится больше всего молодых корней. Взрослые плодовые деревья плохо переносят пересадку из-за неизбежного серьезного повреждения корневой системы.

Ваше дерево выглядит здоровым, вы посадили его на солнечном, защищенном от ветров месте, сделали правильную, объемную посадочную яму и заправили ее удобрениями, а приростов нет? Скорее всего, была допущена серьезная ошибка — заглубление корневой шейки. В этом случае кора у плодовых деревьев начинает загнивать, годичные приросты резко уменьшаются, и растение может погибнуть. Если дерево молодое, можно выкопать его и повторно посадить, но уже правильно. В случае взрослого дерева выход один — осторожно отгрести почву, стараясь не повредить корни. Получится воронка, в которой может застаиваться вода — поэтому, особенно на тяжелых почвах, необходимо позаботиться о дренаже — в воде и в болоте плодовые деревья не выживают.

Когда вы выбираете место для посадки плодового дерева, обязательно уточните по справочникам габариты взрослого растения данного сорта, чтобы отступить на правильное расстояние от других деревьев и строений. Рекомендуется, чтобы расстояние между двумя соседними деревьями было не меньше среднего арифметического их диаметров, а диаметр большинства сортов плодовых деревьев примерно равен их высоте. Так, если ваши деревья во взрослом состоянии будут диаметром 6 и 4 м, то расстояние между ними должно быть не менее 5 м.

Корни не только «кормят» растение водой и растворенными в ней минеральными веществами, но также участвуют в гормональной регуляции и выполняют функцию якоря, закрепляя растение в почве. Кончики корней умеют различать «верх» и «низ» и растут вниз под действием силы тяжести. Две причины, которые заставляют их «отклоняться от курса» — поиски доступной воды или необходимость обогнуть препятствие, например, крупный камень.

Корневая система плодовых деревьев очень уязвима, поэтому в бесснежные зимы из-за подмерзания корней растения погибают целиком. Для нормального развития корней почва должна быть плодородной и рыхлой. Полезный прием — мульчирование. Во многих садах почву содержат под задернением. Оба эти приема препятствуют перегреву корней и удерживают влагу.

Когда корни достигают грунтовых вод, дерево погибает. Поэтому если на вашем участке грунтовые воды близко, целесообразно высаживать сад на карликовых подвоях, а также сажать деревья на невысоких холмиках (до 50 см).

На корневой шейке иногда могут просыпаться почки. Так появляется прикорневая поросль. Ее появление может быть результатом сильного повреждения кроны.

Любое растение выделяет в окружающую среду различные вещества.

Выделения корневой системы угнетают прорастание семян своего вида — поэтому хотя яблоко от яблони и недалеко падает, но прорастут семена только если расстояние будет достаточно большим — этот биологический механизм обеспечивает освоение новых территорий и расширение ареала вида. В некоторых случаях выделения одних растений стимулируют рост других, в других — угнетают. Косточковые культуры угнетают рост и развитие семечковых, поэтому размещать их надо так, чтобы корневые системы деревьев не соприкасались

Микроскопическое строение древесины

Только микроскопическое строение древесины отвечает в полной мере на вопрос: что же такое древесина? Множество разнообразных клеток, скрепленных между собой — это есть древесная масса. Каждая клетка наполнена протопластом, а межклеточное пространство — сложными полимерными соединениями. Однозначные по строению и функциям клетки создают соответствующие ткани: механические (опорные), проводящие и запасающие.

Оболочка клетки создана из природных высокомолекулярных полимеров: углеводов (70 — 80%) и лигнина (20 — 30%). Углеводная часть представлена холоцеллюлозой, гемицеллюлозой и целлюлозой. Лигнин — аморфное вещество, связывающее целлюлозные волокна между собой, благодаря чему целлюлоза приобретает прочность и эластичность. Лигнин и целлюлоза пропитывают стенки клеток, вызывая их одревеснение. В результате оболочка становится жесткой, твердой, по своей прочности не уступающая железобетону.

Макроструктура дерева. Ствол, кора, луб, камбий, заболонь, ядро

Макроструктура — это строение древесины, различимое невооруженным глазом или при незначительном увеличении.

Ствол в основном состоит из клеток, вытянутых по его длине клетки группируются наслоениями, которые на торце имеют вид концентрических колец, а на продольных разрезах (радиальном и тангенгальном) наклонных и параболических линий. На торцовом разрезе, начиная от периферии к центру, различают следующие основные части ствола: кору, камбий, древесину и сердцевину.

Кора изолирует дерево от вредных воздействий внешней среды резких колебаний температуры, от насекомых вредителей леса и т. п. Она состоит из наружных покровных наслоений, резко отличающихся от внутренних наслоений древесины. В коре различают наружный слой корку или кожицу, средний слой пробковую ткань и внутренний луб.

Макроструктура — это строение древесины, различимое невооруженным глазом или при незначительном увеличении.

Ствол в основном состоит из клеток, вытянутых по его длине клетки группируются наслоениями, которые на торце имеют вид концентрических колец, а на продольных разрезах (радиальном и тангенгальном) наклонных и параболических линий. На торцовом разрезе, начиная от периферии к центру, различают следующие основные части ствола: кору, камбий, древесину и сердцевину.

Кора изолирует дерево от вредных воздействий внешней среды резких колебаний температуры, от насекомых вредителей леса и т. п. Она состоит из наружных покровных наслоений, резко отличающихся от внутренних наслоений древесины. В коре различают наружный слой корку или кожицу, средний слой пробковую ткань и внутренний луб.

Кора занимает от 5 до 20% объема дерева. Некоторые породы, например, пробковый дуб, выращиваемый в Крыму и на Кавказе, бархатное дерево, растущее в районе Амура и на Сахалине, имеют очень толстую и мало теплопроводную кору. Кора этих деревьев используется для изготовления пробковых теплоизоляционных плит и укупорочной пробки, а древесина в столярных и отделочных работах.

Камбий расположен между лубом и древесиной в виде очень тонкого слоя тонкостенных клеток, способных к делению и росту. Клетки камбия, делясь, ежегодно откладывают в сторону коры клетки луба, а в противоположную сторону клетки древесины.
Весной камбий дает более рыхлую древесину, летом и осенью более плотную.
Древесина состоит из ряда концентрических слоев, идущих от сердцевины до коры, от которой она отделяется незаметным на глаз камбиальным слоем.
На поперечном разрезе ствола некоторых пород дерева можно легко различить наружную, более светлую часть заболонь и внутреннюю, более темную ядро.

Заболонь часть древесины более позднего образования, состоящая из молодых клеток, среди которых имеются живые и омертвевшие.
В растущем дереве по заболони (снизу вверх) движется влага с растворенными в ней минеральными веществами, отчего влажность заболони в свежесрубленном дереве гораздо больше, чем в ядре.
Древесина заболони по своим механическим свойствам равноценна древесине ядра (при одинаковой их влажности), но стойкость ее против загнивания ниже.

Ядро состоит из мертвых клеток и образуется не сразу, а постепенно, по мере отмирания клеток заболони. Ядро не принимает участия в продвижении необходимых для дерева питательных веществ вследствие закупорки проводящих путей. Потемнение древесины в ядре объясняется образованием в клетках древесины различных веществ (смол, дубильных и красящих веществ). Эти вещества делают древесину ядровой части более стойкой против загнивания.
В зависимости от наличия или отсутствия ядра древесные породы делятся на:

• а) ядровые, имеющие ядро и заболонь (дуб, сосна, лиственница, кедр и др.);
• б)заболонные (безъядровые), имеющие одну лишь заболонную древесину (береза, ольха, осина и др.)

Из группы заболонных пород выделяются спело-древесные породы (ель, пихта, бук), у которых центральная часть древесины, соответствующая положению ядра, не отличается по цвету от заболони, но содержит в растущем или в свежесрубленном дереве значительно меньше влаги.

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:

• Наличие или отсутствие ядра.
• Ширина заболонного слоя и характер границы между ним и ядровой частью.
• Четкость годичных слоев и их очертаний на поперечном срезе.
• Внутри годичных слоев – характер распределения ранней и поздней древесины и четкость границ между ними.
• Присутствие сердцевинных лучей, их количество, размеры и характер окраски.
• В лиственных породах площадь распределения, размеры и количество сосудов, их состояние.
• В хвойных породах – количество и размеры смоляных ходов.
• Наличие или отсутствие сердцевинных повторений.

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.

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.

Прочность древесины: виды испытаний и формулы Определение прочности и виды нагрузок Одним из важных механических свойств древесины является ее устойчивость 

Источники:

• https://extxe.com/20837/stroenie-drevesiny/
• https://lesoteka.com/derevya/stroenie-drevesiny
• https://magictemple.ru/kakuju-funkciju-vypolnjaet-drevesina/
• https://stroy-podskazka.ru/drevesina/chto-eto/
• https://www.masterovoi.ru/stroy-mat/struktura-drevesiny
• https://pilka-nn.ru/izdeliya/stroenie-drevesiny.html
• http://o-drevesine.ru/svojstva-stroenie/stroenie-drevesiny-makroskopicheskoe-i-mikroskopicheskoe.html