Строение растений мы изучали еще в школе. В этой статьей мы решили напомнить, что из себя представляет дерево, и рассказать о каждой из его частей: клетках и тканях, древесине и коре, ветвях и ветках, листьях и корнях.

Материал был взят из первого русскоязычного издания справочника Европейского специалиста по уходу за деревьями (European Tree Worker) , который пригодится как владельцам питомников и садовых участков, так и сертифицированным специалистам.

Анатомия дерева

Деревья – это древесные растения большого размера. Они обладают уникальными свойствами, позволяющими им являться доминирующим видом царства растений во многих странах мира. В основе ухода за деревьями (древоводства) лежит глубокое понимание процессов роста и развития деревьев. Только с учетом данного принципа можно профессионально осуществлять уход за деревьями.

• Клетки и ткани

Для всех живых организмов характерна общая организационная структура, состоящая из клеток, тканей и органов. Клетки – это основные «строительные б локи» данной структуры. У растений новые клетки образуются путем деления существующих. Этот процесс проходит в специальных образовательных тканях – меристемах .

Клетки:
1 — Молодая клетка с плазмой и ядром 2 — Рост клетки 3 — Зрелая клетка с большой вакуолью

После деления клетки проходят этап дифференцировки, во время которого изменяется их структура и они приобретают способность к различным специфическим функциями. Клетки с аналогичной структурой и функциями объединяются в ткани .

Затем из тканей формируются органы, которых у растений шесть: листья, стволы, корни, почки, цветы и плоды . И, наконец, органы образуют полностью функциональные организмы – деревья.

Существует два основных типа меристематической ткани:

• первичная меристема, из которой образуются клетки, отвечающие за рост побегов и корней в длину;
• вторичная меристема, из которой образуются клетки, отвечающие за прирост в диаметре.

Поперечное сечение ствола дерева: 1 — Сердцевина 2 — Ядро 3 — Сердцевинный луч 4 — Заболонь 5 — Камбий 6 — Флоэма 7 — Феллоген 8 — Кора

У деревьев есть две вторичные меристемы: камбий и феллоген.

• Камбий выполняет крайне важную роль: в процессе деления в нем образуются новые клетки, формирующие систему сосудов дерева. Из него генерируются два вида ткани: ксилема во внутренней части и флоэма снаружи.

• Феллоген – это камбий, из которого образуется кора. Ксилема – это часть древесины, состоящая из отмерших и живых клеток. К мертвым клеткам относятся трахеи и трахеиды у хвойных пород и сосуды у лиственных деревьев. Ксилема выполняет три функции: служит механической опорой дерева; обеспечивает передвижение воды и минеральных веществ; обеспечивает хранение питательных веществ.

Когда дерево срубают и рассматривают в поперечном сечении, в ксилеме видны годичные кольца. В зонах умеренного климата данные кольца соответствуют годовому образованию ксилемы в камбии. Они имеют форму круга, так как от носительный размер и плотность сосудистой ткани изменяются в течение вегетационного периода. По мере приближения к концу вегетационного периода клетки становятся меньше в диаметре.

Таким образом, благодаря резкой разнице между клетками, образованными в начале сезона (ранняя древесина) , и клеткам, сформированными позднее (поздняя древесина) , индивидуальный годовой прирост становится различимым.

Сердцевинный луч в древесине 1. Кольцесосудистая древесина2. Рассеяннососудистая древесина

В отношении древесины хвойные и лиственные породы значительно отличаются друг от друга. Кроме того, среди лиственных деревьев выделяются кольцесосудистые (например, Дуб (Quercus), Ясень (Fraxinus) ) и рассеяннососудистые виды (например, Липа (Tilia), Бук (Fagus) ).

В центре ствола формируется ядровая древесина. Она окружена живой заболонью . Не все проводящие элементы ксилемы служат для передвижения воды. За это отвечает только живая и активная ткань заболони, тогда как другая часть ксилемы, расположенная ближе к центру, является нефункциональной. Такие мертвые клетки образуют ядро – непроводящую ткань , цвет которой темнее, чем у заболони.

Флоэма отвечает за перемещение сахара от листьев к другим частям растения. Кроме флоэмы и ксилемы, сосудистая система дерева включает в себя лучевые клетки . Лучи расходятся в радиальном направлении от центра поперечного сечения через флоэму и ксилему и служат для транспортировки сахаров и их компонентов вдоль ствола. Они помогают ограничивать распространение гнили по древесной ткани и хранить запасы питательных веществ в виде крахмала.

Поперечный разрез ствола

Внешняя часть ветвей и ствола деревьев называется корой . Это защитная ткань, поддерживающая температуру внутренней части ствола, предохраняющая растения от повреждений и уменьшающая потерю воды. Кора состоит из нефункциональной флоэмы, пробковой ткани и мертвых клеток. Для минимизации потери воды ее клетки пропитаны воском и маслами.

Газообмен между живыми тканями дерева и атмосферой происходит с помощью чечевичек , маленьких пор в коре.

• Ветви и ветки

Ветки – это небольшие ветви, которые служат опорой для листьев, цветов и плодов. Ветви поддерживают ветки, а ствол поддерживает всю крону. Ветви и ветки развиваются из двух типов почек:

• терминальных или верхушечных почек на конце побега;
• боковых или пазушных почек, которые образуются вдоль ветки.

Верхушечная почка является наиболее сильной на ветви или ветке и располагается на конце побега. Она контролирует развитие вторичных почек с помощью гормонов. Обычно вторичные почки не развиваются и остаются в спящем состоянии. Как правило, верхушечная почка является наиболее активной на каждой ветви или ветке и контролирует развитие пазушных почек на том же побеге, которые часто бывают спящими: их рост сдерживается апикальным доминированием терминальной почки.

Формирование ветвей

Побеги с доминирующей верхушечной почкой бывают моноподиальными или симподиальными .

Побеги без апикального доминирования являются ложнодихотомическими .

Гибель верхушечной почки в результате случайного повреждения или обрезки может привести к активизации спящих почек рядом со срезом и, как следствие, к развитию нового побега.

Некоторые побеги развивают придаточные почки , которые формируются вдоль стволов и корней. Они возникают, как правило, в ответ на потерю обычных по чек в результате действия регуляторов роста.

Ежегодный прирост: 1 — 1 год; 2 — 2 года; 3 — 3 года

Листья и почки образуются из немного утолщенной части ветки, которая называется узел . Междоузлие – это зона между узлами. На ветке видны листовые рубцы и рубцы верхушечной почки. Они помогают измерять ежегодное удлинение ветки и общий прирост. По своей структуре и функции каждая ветвь дерева сопоставима со всей кроной. Но в то же время ветви – это не просто отростки ствола.

Наоборот, ветви характеризуются уникальной формой присоединения к нему, которая имеет крайне важное значение для практической деятельности в сфере ухода за деревьями, например, для обрезки.

Ветви прочно крепятся к древесине и коре, расположенной под ветвями, но над ними крепление более хрупкое. Годовой прирост слоев ткани в зоне соединения ветви и ствола хорошо заметен и формируется большую часть времени. Плечо или выпуклость вокруг основания ветви называется воротником . В точке разветвления ткани ветви и ствола расширяются на встречу друг другу. В результате, кора приподнимается, образовывая гребень ветви . Если кора в районе разветвления окружена древесиной, она называется включенной корой . Это еще больше ослабляет развилку ствола, поскольку нормальное присоединение ветви к стволу не формируется.

• Листья

Листья отвечают за производство питательных веществ для дерева. Они содержат хлоропласт , наполненный зеленым пигментом – хлорофиллом , с помощью которого происходит фотосинтез. Еще одна функция листьев – транспирация , представляющая собой выведение воды через листву посредством испарения.

Строение листа: 1 — Устьице 2 — Кутикула 3 — Эпидермис 4 — Клетки палисадной паренхимы
5 — Клетки губчатой паренхимы

Площадь листьев достаточно большая, что позволяет им поглощать солнечный свет и углекислый газ, необходимые для фотосинтеза.

Внешняя поверхность листа покрыта воскообразным слоем, который называется кутикула . Она служит для минимизации дессикации (высушивания) листа.

Испарение воды и газообмен контролируют устьица – маленькие отверстия на поверхности листа.

Лист обладает развитой системой проводящих тканей, включающей в себя вены, или капиллярные каналы. Вены состоят из тканей как флоэмы, так и ксилемы, и отвечают за транспортировку воды и жизненно необходимых веществ, а также за перенос питательных веществ, которые вырабатываются в клетках листьев, к остальным органам дерева.

Деревья, сбрасывающие листву каждый год, называются лиственными, а те, которые сохраняют ее в течение более чем одного года, называются хвойными или вечнозелеными. Осыпание листьев обусловлено клеточными изменениями и регуляторами роста, формирующими точку отделения органа у основания черешка, или ножки листа.

Точка отделения листьев выполняет две функции:

• обеспечивает осыпание листвы осенью;
• предотвращает высыхание, распространение болезней и повреждение части растения, от которой отрывается лист.

Осенью изменение цвета листвы листопадных деревьев связано с разложением хлорофилла, позволяющим проявиться другим пигментам, содержащимся в листьях. Сокращение продолжительности светового дня в сочетании с холодными ночами приводит к усиленному накоплению сахаров и замедляет выработку хлорофилла. Этот процесс и позволяет другим пигментам, в том числе антоцианинам (красный и пурпурный) и каротиноидам (желтый, оранжевый и красный), проявиться.

• Корни

Корни деревьев выполняют четыре основные функции:

• фиксация дерева;
• аккумуляция энергии и питательных веществ;
• поглощение веществ;
• транспортировка веществ.

Окончание корня:
1. Одревесневший корень
2. Корневой волосок
3. Корневой кончик
4. Корневой чехлик

Всасывающие корни представляют собой небольшие, волокнистые участки ткани, растущей на окончаниях основных одревесневших корней. У них есть эпидермальные клетки, модифицированные в корневые волоски, которые помогают поглощать воду и минеральные вещества. Корневые волоски живут совсем не долго (3–4 недели весной) и значительно активизируют способность к поглощению веществ с наступлением вегетационного периода весной.

Что касается корневых кончиков, они содержат меристему , где клетки делятся и растут в длину.

Корни растут там, где они могут найти воздух и кислород. Большая часть всасывающих корней находится на расстоянии 30 см от поверхности почвы. Также рядом с поверхностью располагаются горизонтальные боковые корни.

Якорные корни растут вертикально по направлению вниз от боковых корней, обеспечивая надежную фиксацию дерева и увеличивая глубину освоения почвы корневой системой.

Корневая система:
1 — Стержневая корневая система 2 — Мочковатая корневая система 3 — Поверхностная корневая система

Корни многих растений находятся в симбиозе с некоторыми грибами. Результат таких взаимоотношений называется микориза (грибокорень) . Симбиоз двух организмов (дерева и грибов в нашем случае) основывается на взаимной пользе: грибы получают питательные вещества из корней и, в свою очередь, помогают корням всасывать воду и жизненно необходимые элементы.

Древесина состоит из органических веществ, в состав которых входят углерод С, водород Н, кислород О и немного азота. Элементарный химический состав древесины разных пород практически одинаков. В среднем абсолютно сухая древесина независимо от породы содержит 49,5% углерода, 44,2% кислорода (с азотом) и 6,3% водорода. Азота в древесине содержится около 0,12%. Элементарный химический состав древесины ствола и ветвей мало различается. Условия произрастания также практически не отражаются на содержании основных элементов.

Кроме органических веществ, в древесине есть минеральные соединения, дающие при сгорании золу, количество которой колеблется в пределах 0,2-1,7%; однако у отдельных пород (саксаула, ядра фисташки) количество золы достигает 3-3,5%. У одной и той же породы количество золы зависит от части дерева, положения в стволе, возраста и условий произрастания. Больше золы дают кора и листья; так, стволовая древесина дуба дает 0,35%, листья - 3,5% и кора - 7,2% золы. Древесина ветвей содержит золы больше, чем древесина ствола; например, ветви березы и ели дают при сгорании 0,64 и 0,32% золы, а стволовая древесина - 0,16 и 0,17% золы. Древесина верхней части ствола дает золы больше, чем нижняя; это указывает на большое содержание золы в древесине молодого возраста; так, древесина бука в возрасте 10, 20 и 50 лет давала при сгорании 0,56; 0,46 и 0,36% золы.

В состав золы входят главным образом соли щелочноземельных металлов. В золе из древесины сосны, ели и березы содержится свыше 40% солей кальция, свыше 20% солей калия и натрия и до 10% солей магния. Часть золы (10-25%) растворима в воде (главным образом, щелочи - поташ и сода). В прежнее время поташ К 2 СО 3 , употребляемый в производстве хрусталя, жидкого мыла и других веществ, добывали из древесной золы. Зола от коры содержит больше солей кальция (до 50% у ели), но меньше солей калия, натрия и магния. Входящие в состав древесины и названные выше основные химические элементы (С, Н и О) образуют сложные органические вещества.

Главнейшие из них образуют клеточную оболочку (целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы - пентозаны и гексозаны) и составляют 90-95% массы абсолютно сухой древесины. Остальные вещества называются экстрактивными, т. е. извлекаемыми различными растворителями без заметного изменения состава древесины; из них наибольшее значение имеют дубильные вещества и смолы. Содержание основных органических веществ в древесине в некоторой мере зависит от породы. Это видно из табл. 7.

Таблица 7. Содержание органических веществ в древесине разных пород.

В среднем можно принять, что в древесине хвойных пород содержится 48-56% целлюлозы, 26-30% лигнина, 23-26% гемицеллюлоз (10-12% пентозанов и около 13% гексозанов); в то же время древесина лиственных пород содержит 46-48% целлюлозы, 19-28% лигнина, 26-35% гемицеллюлоз (23-29% пентозанов и 3-6% гексозанов). Из этих данных видно, что древесина хвойных пород содержит повышенное количество целлюлозы и гексозанов, а для древесины лиственных пород характерно высокое содержание пентозанов. В клеточной оболочке целлюлоза находится в соединении с другими веществами; особенно тесная связь, характер которой до сего времени не ясен, наблюдается между целлюлозой и лигнином. Ранее считали, что лигнин лишь механически примешан к целлюлозе; однако в последнее время все более приходят к убеждению, что между ними существует химическая связь.

Химический состав ранней и поздней древесины в годичных слоях, т. е. содержание целлюлозы, лигнина и гемицеллюлоз, практически одинаков; ранняя древесина содержит лишь больше веществ, растворимых в воде и эфире; это особенно характерно для лиственницы. По высоте ствола химический состав древесины меняется мало; так, в составе древесины дуба по высоте ствола не обнаружено практически ощутимых различий. У сосны, ели и осины в возрасте спелости обнаружено незначительное увеличение содержания целлюлозы и понижение содержания лигнина и пентозанов в средней по высоте части ствола. В древесине ветвей сосны, ели и осины содержится меньше целлюлозы (44-48% вместо 52-59%), но больше лигнина и пентозанов. Однако у дуба не обнаружено заметных различий в химическом составе древесины ствола и крупных ветвей; лишь в мелких ветвях найдено меньше дубильных веществ (8% в стволе и 2% в ветвях). Различие в химическом составе древесины заболони и ядра летнего дуба видно из данных табл. 8.

Таблица 8. Различие в химическом составе древесины заболони и ядра

Как видим из таблицы, заметное различие обнаружилось только в содержании пентозанов и дубильных веществ: в древесине ядра их больше (а золы меньше). Химический состав оболочек клеток камбия, вновь образовавшейся древесины и заболони, сильно различается: в элементах древесины резко возрастает содержание целлюлозы и лигнина (у ясеня с 20,2 до 4,6% в камбии, до 58,3 и 20,9% в заболони), но также резко снижается содержание пектинов и протеинов (с 21,6 и 29,4% в камбии и до 1,58 и 1,37% в заболони). Влияние условий произрастания на химический состав древесины изучено мало.

Содержание целлюлозы в древесине сосны убывает по мере ухудшения почвенных условий: в древостоях I бонитета - 58%; III бонитета - 56,8%; IV бонитета - 52,9% и V бонитета- 51,5%; аналогичное явление обнаружено и для древесины ели: в древостоях III бонитета - 52,1 % и IV бонитета 48,5%. Химический состав коры заметно отличается от химического состава древесины. Элементарный состав коры лжетсуги (%) характеризуется следующими данными: корка - углерода 54,7; водорода 6,4 и кислорода 38,8; луб - соответственно 53,3; 5,7 и 40,8. По сравнению с древесиной кора содержит больше золы, экстрактивных веществ и лигнина, но значительно меньше целлюлозы (почти в 3 раза) и пентозанов, причем резкого различия по содержанию пентозанов в коре хвойных пород (сосне, ели) и лиственных (березе, осине) не наблюдается. Химический состав коры некоторых пород приведен в табл. 9.

Таблица 9. Химический состав коры различных пород.

Рассмотрим подробнее, из чего состоит древесина. Древесина состоит из твердой части клеток, представляющих собой клетчатку такого состава: 49,5% углерода; 6,3% водорода; 44,2 % кислорода и азота (в том числе азота около 1%). В древесине имеются минеральные вещества, образующие после сжигания золу. Зола составляет 1-1,5% от .

Составные части дерева и его строение

Физические свойства древесины. Свойства древесины зависят от ее влажности. Различают в древесине влагу свободную, или капиллярную, заполняющую полости клеток и межклеточное пространство; гигроскопическую, находящуюся в стенках клеток, и химически связанную. В свежесрубленной древесине имеется свободная, гигроскопическая и химически связанная вода, в сухой древесине - гигроскопическая и химически связанная.
По степени влажности различают древесину мокрую, полностью насыщенную водой; свежесрубленную, содержащую воды 35% и более; воздушно-сухую влажностью 15-20%; комнатно-сухую влажностью 8-10%; абсолютно сухую, полученную в лаборатории высушиванием до постоянного веса при температуре 100-105° С. Условная 15%-При равномерном высыхании вначале испаряется свободная влага, затем гигроскопическая. Состояние древесины в момент отсутствия в ней свободной влаги называется точкой насыщения волокна. Она характеризуется влагосодержанием 25-35% к весу сухой древесины.

Сухая древесина способна поглощать из воздуха влагу и отдавать ее более сухому окружающему воздуху. Колебания влажности древесины вызывают в ней изменение объемного веса, размеров и прочности.

Звукоизоляция помещения очень важна, если Вы живете в шумном районе или занимаетесь музыкой. Как правильно сделать звукоизоляцию читайте на сайте "Построй свой дом сам".

Процессы увлажнения или обезвоживания древесины на воздухе продолжаются до достижения состояния равновесной влажности, изменяющейся в зависимости от температуры и влажности воздуха. Продвижение неодинаково в разных направлениях. В продольном направлении влага продвигается быстрее, чем в поперечном. В радиальном направлении скорость продвижения влаги большая, чем в тангенциальном.
вещества, образующего , равна 1,55 г/см3. Объемная масса древесных пород 450- 900 кг/м3. Некоторые древесные породы (бакаут) имеют объемную массу более 1300 кг/м3.

При высушивании древесины до точки насыщения волокон не изменяются ее линейные размеры. При дальнейшем высыхании размеры древесины уменьшаются: вдоль волокон - на 0,1-0,4, в радиальном направлении - на 3-6, а тангенциальном - на 6- 12%. В конструкциях, защищенных от увлажнения, древесину следует применять с влажностью не более 18%.

Изменение формы древесины, вызванное неравномерной усушкой, называется короблением. При неправильном высушивании в древесине возникают напряжения, вызывающие наружные и внутренние трещины.

Ценным в древесине является ее текстура. Красивой текстурой обладает дуб, бук, орех, клен и другие породы. Каждая порода дерева имеет характерную окраску. иногда вызывается поражением ее дереворазрушающимл грибами. Древесные породы, содержащие танин, изменяют окраску под действием солей железа, находящихся в воде.

Теплопроводность древесины зависит от направления волокон, влажности и породы. Так, при влажности дуба 15% коэффициент теплопроводности вдоль волокон равен 0,45, поперек волокон 0,22 вт/м o град; для сосны он равен соответственно 0,44 и 0,18 вт/м*град. Теплоемкость древесины равна в среднем для дуба 2,8*103, для сосны и ели 2,7*103 дж/кг*град.
Древесина хорошо проводит звук вдоль волокон, хуже - в радиальном направлении и плохо - в тангенциальном. Например, сосна проводит звук вдоль волокон со скоростью 5030, в радиальном направлении 1450, в тангенциальном 850 м/сек.

Температурный коэффициент расширения древесины невелик и зависит от породы: для древесины вдоль волокон он равен 0,000002-0,00001, поперек волокон 0,00003-0,00006.

Кислоты и щелочи разрушают древесину при длительнОхМ воздействии. Слабощелочные растворы разрушают древесину незначительно. Кислоты начинают разрушать древесину при рН<2, т. е. она сопротивляется значительно лучше, чем бетон, который разрушается при рН = 5. Хвойные породы более стойки к действию кислот и щелочей, чем лиственные.
Механические свойства древесины зависят от направления волокон по отношению к действию усилий, от ее влажности, строения, возраста и условий роста дерева, а также от наличия пороков. Предел прочности при сжатии хвойных пород поперек волокон в 10-12 раз меньше предела прочности при сжатии вдоль волокон. Для лиственных пород это отношение будет (1:5) -5т (1:8). Сопротивление древесины скалыванию зависит от направления действующих сил.

Важным техническим свойством древесины является способность удерживать винты, гвозди.

По степени твердости древесные породы можно разделить на очень твердые (граб, акация белая, самшит, саксаул), твердые ( , бук, клен, дуб, ясень), мягкие (сосна, ель, кедр, тополь^ липа, ольха, каштан, платан и др.).

ЧТО ТАКОЕ ДРЕВЕСИНА?

Древесина – один из древнейших и важнейших видов естественных материалов, используемых человечеством. Источник этого материала – лес.

Что же за материал – древесина?

Состоит она из целлюлозы, лигнина, золообразующих минеральных и органических экстрактивных веществ. Соотношение этих четырех веществ, а также различия в строении древесины приводят к тому, что древесина легкая и тяжелая, гибкая и жесткая, твердая и мягкая. Существующие в природе различные породы отличаются соотношением этих компонентов и клеточной структурой.

Многовековой опыт человечества и специальные исследования выработали и различное отношение к отдельным породам. Например, древесину дуба издревле использовали в судо - и мостостроении, бондарном производстве, производстве мебели, древесину осины – в производстве спичек, сосны – для столярных изделий (окна, двери), ели – в музыкальных инструментах, бука – в стульях и т.д.

Древесина имеет разнообразные размеры, фактуру, цвет, оттенки, что позволяет удовлетворять почти любые требования, предъявляемые к ней при изготовлении изделий. В отличие, например, от камня, являющегося еще более древним материалом, древесина позволяет создавать самые выразительные формы изделий.

Древесина имеет высокую удельную плотность (отношение предела прочности к массе), а сухая древесина имеет хорошие изоляционные свойства в отношении тепла, звука, электричества. Она может поглощать и рассеивать звуковые волны, что и делает ее незаменимой в производстве музыкальных инструментов. Древесина механически легко обрабатывается, ей могут быть приданы разнообразные формы. Отдельные детали из древесины легко соединяются между собой с помощью гвоздей, шурупов, нагелей, клея. Важное свойство древесины – хорошая пропитываемость , в том числе веществами, препятствующими гниению (антисептики), возгоранию (антипирены).

Деревья бывают лиственные и хвойные. Соответственнои древесина – хвойных или лиственных пород. Последние подразделяются на мягкие (липа, ольха, осина и др.) и твердые (дуб, граб, бук, ясень и т.д.). Береза занимает между ними промежуточное положение.

Дерево состоит из корней, кроны и ствола.

Ствол имеет форму, близкую к конусу, строение его – слоисто-волокнистое. Лучше всего оно видно на разрезах – поперечном, радиальном и тангенциальном. Поперечный разрез, как можно понять из самого названия, перпендикулярен оси ствола, тангенциальный проходит по касательной к годичному слою, а радиальный – по радиусу окружности торца ствола, через его центр.

На поперечном разрезе дерева хорошо видно его строение- снаружи кора, внутри древесина, в центре ствола – сердцевина.

Диаметр ств ола уменьшается от корня к вершине. Величина этого уменьшения, отнесенная к единице длины ствола, называется сбегом.

Древесину, как можно заметить на любой доске, пронизывают сучки, являющиеся продолжением ветвей в стволе. Между корой и древесиной имеется невидимый глазу слой камбия. Сама же кора имеет два слоя: наружный, называемый коркой, и внутренний – луб. Корка состоит из мертвых клеток и выполняет очень важные функции защиты дерева от резких колебаний температуры, не дает влаге, содержащейся в дереве, интенсивно испаряться, препятствует проникновению в дерево бактерий и грибов, предохраняет его от механических повреждений.

Внутренний слой -луб состоит из живых клеток. Цвет коры достаточно разнообразен (например, белый у березы, зелено-синий у осины, темно-серый у дуба и т.д.) и определяет цвет ствола дерева (знаменитая белая береза).

Между корой и древесиной имеется невидимый невооруженному глазу слой клеток – камбий. Рост древесины и коры происходит за счет деления и роста именно этих клеток. Естественно, что клетки древесины откладываются изнутри камбиального слоя, а коры – вне этого слоя. По мере увеличения диаметра ствола кора растягивается, на ней появляются трещины, часть из них зарастает, образуя выступы. Поскольку для каждой породы эти явления протекают по-разному, по структуре поверхности коры можно определять породу древесины.

Прирост древесины за один вегетационный период называется годичным слоем. Часть его, образовавшаяся весной, называется ранней древесиной, а в конце лета и начале осени – поздней. Годичные слои обычно отчетливо видны, а по их количеству легко определить возраст дерева: сколько колец, столько лет дереву.

Ранняя древесина годичного слоя значительно отличается от поздней, она мягче, легче, усыхает меньше в поперечном и больше в продольном направлении. Это предопределяет одно из фундаментальных свойств др евесины: из-за разного усыхания ранней и поздней древесины в ней возникают напряжения, приводящие к ее короблению, в отдельных случаях – разрушению (растрескиванию).

Рассматривая поперечный срез ствола, легко увидеть две зоны – наружную (заболонь) и внутреннюю (ядро). Обычно заболонь менее плотная, чем ядро, содержит намного больше влаги. Ядро у многих пород древесины темнее заболони, заметно плотнее. Оно более устойчиво к загниванию.

Важное свойство древесины – ее волокнистая структура. У лиственных пород волокна короче, длина их примерно равна 1мм. У хвойной древесины волокна длиннее – 3 – 8мм. Вот почему лучшие сорта целлюлозы, бумаги, древесноволокнистых плит делают из древесины хвойных пород.

В стволах деревьев находятся горизонтально расположенные, идущие от сердцевины к коре группы клеток, называемые сердцевинными лучами. Их назначение – проводить соки поперек ствола. Вдоль ствола соки у лиственных пород проводят сосуды, а у хвойных – волокна. Сердцевидные лучи очень хорошо видны у дуба, они украшают структуру его древесины.

Древесина, дерево — анизотропный волокнистый материал для строительства, полученный из деревьев.

Основная структурная единица древесины любых пород — клетчатка. Клетчатка в начальной стадии развития имеет довольно эластичную и легкопроницаемой для воды и водных растворов оболочку. С возрастом прочность оболочки резко повышается, а проницаемость снижается вследствие превращения ее в высокомолекулярные органические соединения: целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин. Различают клетки механические (волокна либрофома), ведущий (сосуды и трахеиды), запасающие (паренхимной).

образование древесины

Древесина является одной из составных частей сосудисто-волокнистого пучка и противопоставляется обычно другой составной части пучка, происходящей из того же прокамбия или камбия — луба или флоэмы. При образовании сосудисто-волокнистых пучков с прокамбия наблюдаются 2 случая: либо все прокамбиального клетки превращаются в элементы древесины и луба — получаются так называемые замкнутые пучки (выше споровые, однодольные и некоторые двудольные растения), или же на границе между древесиной и лубом остается слой деятельной ткани — камбия и выходят пучки открытые (злаковые и голосеменные растения).

В первом случае количество древесины остается постоянной, и растение не способна увеличивать толщину, во втором, благодаря деятельности камбия, с каждым годом количество древесины прибывает, и ствол растения постепенно утолщается. В украинских древесных пород древесина лежит ближе к центру (оси) дерева, а луб — ближе к периферии. В некоторых других растений наблюдается иное взаимное расположение древесины и луба.

В состав древесины входят уже отмершие клеточные элементы с одеревеневшими, в основном толстыми оболочками; луб же составлен, наоборот, из элементов живых, с живой протоплазмы, клеточного сока и тонкой неодеревилои оболочки. Хотя и в лубе случаются мертвые элементы, толстостенные и одревесневшие, а в древесине, наоборот, живые, но от этого, общее правило существенно не меняется. Обе части сосудисто-волокнистого пучка отличаются еще друг от друга и по физиологической функцией: по древесине поднимается вверх из почвы к листьям так называемый сырой сок, то есть вода с растворенными в ней веществами, по луба же спускается вниз образован пластический сок. Явления же одревеснение клеточных оболочек оговариваются пропитыванием целлюлозной оболочки особыми веществами, объединяются обычно под общим названием лигнин.

Присутствие лигнина и вместе с тем одревеснение оболочки легко распознается с помощью некоторых свойств. Благодаря деревьянинню растительные оболочки становятся крепче, твердыми и упругими; вместе с тем, несмотря на легкой проницаемости для воды они теряют в способности впитывать воду и разбухать.

Различают первичную древесину, образуется клетками прокамбия, и вторичную древесину, возникает в результате деятельности камбия. На поперечном разрезе ствола древесных и кустарниковых пород хорошо заметны годовые кольца, которые образуются в результате периодической деятельности камбия в течение года. Во многих деревьев, особенно в южных широтах, в древесины, кроме светлой внешней части — заболони, есть еще внутренняя, темная (ядро древесины), в клетках которой откладываются смолы, дубильные вещества, масла, камеди, ароматические и красящие вещества и т.

Усилиями генной инженерии и селекционеров в технологии ускоренного выращивания древесины для энергетических и сырьевых целей достигнуты значительные успехи: средняя производительность сосны в Бразилии по состоянию на 2006 год составляет 28,5 м 3 с 1 га в год, эвкалипта — 119 м3. Для сравнения: интенсивность роста древесины в российских лесах составляет от 1,5 м 3 с га в год для хвойных и до 2,5-3,0 м 3 для лиственных пород.

химический состав

В состав древесины входит ряд сложных органических соединений. Полный химический анализ показывает, что она содержит около 50% углерода, 6% водорода и 44% кислорода. Стенка клетки имеет сетчатую структуру из взаимосвязанных цепных молекул целлюлозы, наполненную другими углеводородами (гемицеллюлозами), а также лигнином и различными экстрактивными веществами. Цементирующей межклеточной веществом является в основном пектаты кальция и магния, а в клеточных полостях, особенно в древесине лиственных пород, накапливаются смолы, камеди, жиры, танины, пигменты и минеральные вещества. В состав древесины входит 45-60% целлюлозы, 15-35% лигнина и 15-25% гемицеллюлоз. Количество чужеродных, экстрактивных веществ в значительной степени зависит от породы и неодинаков в заболони и ядре древесины. Содержание минеральных веществ (зольность) древесины обычно значительно меньше 1%.

Древесина содержит 5-25% экстрактивных веществ.

свойства древесины

Для древесины основными и наиболее важными являются такие свойства.

• Механико-технологические: прочность, твердость, деформируемость, удельная вязкость, эксплуатационные характеристики, технологические характеристики, износостойкость, способность удерживать крепеж, гибкость;
• Физические: внешний вид (текстура, блеск, цвет), влажность (усушка, коробление, водопоглощение, гигроскопичность, плотность), тепловые (теплопроводность, теплоемкость), звуковые (акустическое сопротивление, звукопроводность), электрические (диэлектрические свойства, электропроводность, электрическая прочность) ;
• Химические свойства.

Механико-технологические свойства

• Прочность древесины — способность сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок. Различают прочность на сжатие и растяжение (по направлениям приложения нагрузки относительно волокон — продольную и поперечную) и статический изгиб.
  • Прочность на растяжение древесины вдоль волокон в 2 … 3 раза больше прочность на сжатие и в 20 … 30 раз выше прочность на растяжение поперек волокон. Для отдельных пород предел прочности на растяжение достигает 100 … 200 МПа. Удельная прочность древесины на растяжение вдоль волокон сравнима с аналогичными показателями стали и стеклопластиков. Однако эти свойства древесины реализовать в конструкциях сложно из-за наличия недостатков (сучки, трещины и т.п.), которые снижают ее прочностные свойства. Прочность на растяжение древесины хвойных пород мало зависит от влажности, для древесины лиственных пород это влияние является значительным.
  • Прочность на сжатие древесины определяют на образцах — призмах сечением 20 × 20 мм и длиной 30 мм вдоль и поперек волокон. Прочность древесины на сжатие вдоль волокон в 4 … 6 раз больше ее прочности поперек волокон.
  • Прочность на статический изгиб древесины превышает прочность на сжатие вдоль волокон, но меньше прочность на растяжение и составляет для разных пород 50 … 100 МПа. Высокие значения прочности на статический изгиб позволяют широко применять древесину в конструкциях, работающих на изгиб (балки, стропила, бруски, настилы и т.п.).
• Твердость древесины — способность древесины сопротивляться внедрению в нее твердого тела. Твердость древесины оценивается по нагрузке, что нужно для вдавливания в поверхность образца металлического шарика диаметром 0,444 дюйма (11,28 миллиметра) на глубину 5,64 мм (площадь отпечатка составляет 1 см²). Метод оценки твердости древесины называется метод Янка. По твердости по торцу древесину разделяют на три группы: мягкая с твердостью 35 … 50 МПа (сосна, ель, пихта, ольха) твердая — 50 … 100 МПа (дуб, граб, ясень, клен, каштан, береза) очень жесткая — свыше 100 МПа (самшит, кизил).
• Износостойкость древесины — способность древесины сопротивляться износу, т.е. постепенному разрушению ее поверхностных зон при трении. Износ боковых поверхностей больше, чем торцевых; износ влажной древесины больше, чем сухой.

физические свойства

Отношение к влаге

• Влажность определяется точно так же, как и любого другого материала — это количество воды в единице объема или массы. Вычисляется влажность следующим образом: измеряется масса пробы влажного материала, затем измеренная проба высушивается в сушилке при температуре 100-105 ° С, затем происходит повторное взвешивание, но уже сухого материала. Разница между массой влажного и сухого материала как раз и определяет количество воды, содержащейся в образце. Для того чтобы рассчитать массовую влажность необходимо воспользоваться несложной математической формуле: масса образца до сушки минус масса образца после сушки, результат разницы разделить на массу образца после сушки и умножить на 100 процентов. Результат и есть влажность (массовая) древесины в процентах.
• Гигроскопичность древесины — свойство материала поглощать влагу из окружающей среды. Данное свойство зависит от влажности древесины. Сухая древесина имеет большую гигроскопичность, чем влага. Для уменьшения гигроскопичности материал покрывают масляными красками, эмалями или различными лаками. Гигроскопичность напрямую зависит от другого свойства древесины — пористости. Разбухание древесины проявляется при нахождении материалов при повышенной влажности воздуха в течение длительного времени.
• Пористость древесины — отношение объема пор к общему объему древесины. Для древесины различных видов пористость имеет разное значение, но в среднем разбег ее значение составляет 30-80%.
• Усушка — изменение размеров из-за потери влаги древесиной в результате сушки. Усушка происходит естественно. Прямым следствием усушки является образование трещин.
• Коробления происходит в результате неравномерного сушки древесины. Высыхание древесины происходит быстрее в слоях, более отдаленных от сердцевины, поэтому в случае, если сушки проводилось с нарушением технологии, происходит изменение формы древесины — она ​​коробится. Коробления под действием усушки различно по разным направлениям. Вдоль волокон оно незначительное и составляет примерно 0,1%. Изменения размеров поперек волокон более значительные и могут представлять 5-8% от исходного. Кроме того, коробления часто сопровождается появлением трещин в древесины, заметно сказывается на качестве конечного продукта. Коробления и образования трещин можно избежать при соблюдении технологии сушки и при использовании определенных технологий при составлении изделий. Так, например, в бревнах на всю длину материала делаются продольные разгрузочные пропилы, которые снимают внутренние напряжения, образующиеся при усушке.
• Растрескивание — результат неравномерного высыхания внешних и внутренних слоев древесины. Процесс испарения влаги продолжается до тех пор, пока содержание влаги в древесине не достигнет определенного предела (равновесной), зависит напрямую от температуры и влажности окружающего воздуха.

тепловые характеристики

• Теплопроводность. В отличие от других строительных материалов древесина является плохим проводником тепла. Это позволяет использовать ее для теплоизоляции помещений. Теплопроводность сухой древесины березы и сосны вдоль волокон составляет соответственно 0,128 и 0,349 Вт / (м · К).
• Удельная теплоемкость приблизительно одинаковой для всех древесных пород — для сухой древесины 1,7 … 1,9 кДж / (кг · К) при 0 … 100 ° С.

Электрические свойства древесины

Электрические свойства древесины определяются тремя показателями:

• Электропроводностью (удельной проводимостью) — величиной обратной удельному сопротивлению, зависит от влажности, породы дерева, температуры и направления прохождения тока. Удельное сопротивление нужно учитывать при заготовке древесины для столбов связи и линий электропередач, при нанесении лакокрасочных покрытий в электрическом поле и при измерении влажности древесины. Электропроводность сухой древесины незначительна, поэтому ее можно применять как изоляционный материал. Электрическое сопротивление древесины вдоль волокон в несколько раз меньше, чем поперек волокон. Повышение температуры древесины приводит к уменьшению ее сопротивления почти в 2 раза.
• Электрической прочностью — показателем, который характеризуется отношением электрического напряжения, при которой наступает пробой материала, с толщиной материала. Электрическую прочность нужно учитывать при оценке электроизоляционных свойств древесины.
• Диэлектрическими (изоляционными) свойствами. Такие свойства древесины имеют практическое значение при расчете процессов нагрева материала в поле токов высокой частоты во время сушки, при склеивания и гнутья древесины. Они оцениваются двумя показателями:
  • диэлектрической проницаемостью — отношением емкости конденсатора с прокладкой из древесины к емкости того же конденсатора с воздушным зазором.
  • тангенсом угла диэлектрических потерь — углом между двумя векторами тока, один из которых опережает вектор напряжения на угол 90 °, если нет потерь, второй опережает вектор напряжения на угол меньший, чем 90 ° вследствие диэлектрических потерь в древесине.

другие свойства

• Звукопроницаемость — способность материала проводить звуковые волны. Если в случае теплопроводности древесина — лучший материал, то в случае с звукопроницаемостью древесина проигрывает другим строительным материалам. В связи с этим при строительстве стен и деревянных перекрытий необходимо использовать дополнительные материалы (засыпания), снижающих показатель звукопроницаемости.
• Цвет — своеобразный индикатор, показывающий качество, возраст и состояние древесины. Качественная и здоровая древесина имеет равномерный цвет без пятен и других вкраплений. Если в древесине присутствуют вкрапления и пятна, это свидетельство ее загнивания. Цвет древесины может изменяться под воздействием атмосферных условий.
• Запах зависит от содержания в древесине смол и дубильных веществ. Свежесрубленное дерево имеет сильный запах, а по мере высыхания дерева и испарения влаги и эфирных смол запах ослабевает.
• Текстура — рисунок, образующийся при распылении дерева. Плоскость распила пересекает годовые кольца и слои древесины, образовавшиеся в разное время, в результате образуется характерный узор годовых линий, по которым и отличают древесину от других материалов.
• Массовые показатели древесины. Различают плотность и объемную массу древесины. Плотность — масса единицы объема древесины без учета пустот и влаги. Данная масса не зависит от породы древесины и составляет 1,54 г / см³. Объемная масса — это масса единицы объема древесины в естественном состоянии есть с учетом влаги и полостей.
• Свилеватость — непараллельных расположение волокон дерева по продольной оси бревна, бруса или доски. Бывает естественной и искусственной, из-за неправильного распыления. Косой слой также сильно снижает прочность древесины на растяжение и, как следствие, на изгиб, то есть как балки, стропила, затяжки применять такие доски или брусья нежелательно. Кроме отбраковки (или правильного распыления) других способов борьбы не существует. В качестве примера надзавилькуватости можно привести древесину Карельской березы.

химические свойства

Основные органические вещества, из которых состоит древесина: целлюлоза, лигнин и гемицеллюлозы.

Целлюлоза — природный полимер, полисахарид с длинной цепной молекулой. Формула целлюлозы (C 6 H 10 O 5) n, где n — степень полимеризации, равной 6000-14000. Это очень стойкое вещество, нерастворимое в воде и обычных органических растворителях (спирте, эфире и т.п.), белого цвета. Пучки макромолекул целлюлозы в виде тонких волокон называются микрофибрилами. Они образуют целлюлозный каркас стенки клетки. Микрофибриллы ориентировочные обычно вдоль длинной оси клетки, между ними находится лигнин, гемоцелюлозы, а также вода.

Лигнин — полимер ароматической природы (полифенол) сложного строения; содержит больше углерода и меньше кислорода, чем целлюлоза. Именно с этим веществом связан процесс одревеснение молодой клеточной стенки. Лигнин химически неустойчив, легко окисляется, взаимодействует с хлором, растворяется при нагревании в лугах, водных растворах сернистой кислоты и ее кислых солей.

Гемицеллюлозы — группа полисахаридов, в которую входят пентозаны (C 5 H 8 O 4) n и гексозаны (C 6 H 10 O 5) n. Формула гексозаны на первый взгляд идентична формуле целлюлозы. Однако степень полимеризации во всех гемицеллюлозы значительно меньше и составляет 60-200. Это свидетельствует о более короткие цепочки молекул и меньшую устойчивость этих веществ по сравнению с целлюлозой.

пороки древесины

Пороки древесины — это недостатки отдельных ее участков, которые снижают качество и ограничивают возможности использования. Пороки древесины могут быть связаны с отклонениями от нормальной ее строения, повреждениями и заболеваниями. Их разделяют на следующие группы: трещины, сучки, повреждения насекомыми, грибами, гниль, дефекты формы ствола, пороки строения древесины, раны, ненормальные отложения внутри древесины, химические окраски. Влияние недостатков на пригодность древесины для строительных нужд зависит от их местоположения, вида, размеров поражения, а также от назначения древесины. Сортность древесины устанавливают с учетом имеющихся недостатков. Их происхождение может быть разным. Одни из них образуются в период роста дерева, другие — в период хранения и эксплуатации.

В процессе эксплуатации деревянных конструкций наибольший вред наносит влага. Для продления службы древесины ее несколько раз пропитывают одной из смесей:

• 10 частей натуральной олифы, 1 парафина и 1 скипидара;
• 10 частей натуральной олифы и 1,5 части воска;
• натуральная олифа и керосин в пропорции 1: 1.

Классификация древесины

Механические свойства во всех пород вдоль и поперек волокон отличаются.

по твердости

К твердых сортов древесины относятся красное дерево, тик, черное дерево, розовое дерево, дуб, вяз, эвкалипт и бук. Все, кроме эвкалипта, растут очень медленно, и поэтому мировые запасы практически исчерпаны. К мягких сортов древесины относится древесина хвойных деревьев (сосны, ели, лиственницы). Они растут быстро и легко поддаются обработке, но считаются древесиной низкого качества. К белой древесины относится древесина березы, ясеня, клена и тополя. Все эти деревья быстро растут, их древесину используют для шпона и считают дешевле.

по ценности

Ценность различных пород древесины определяется их прочностью, долговечностью и неповторимостью рисунка. Отдельные породы, которые используются для изготовления дорогой мебели, паркета, дверей, предметов интерьера, считаются элитными, учитывая исходно высокую стоимость и объем усилий и средств, затрачиваемых на их обработку. В Украине наиболее распространены такие породы: дуб, вишня, бук, груша, грецкий орех, клен.

По степени насыщения влагой

По степени влажности различают следующие виды древесины:

• мокрая, долгое время находилась в воде (более 100%);
• свежесрубленная (50 … 100%);
• воздушно-сухая, долго сохранялась на воздухе (15 … 20%);
• комнатно-сухая (8 … 12%);
• абсолютно сухая (0%).

За условную стандартную влажность принято влажность древесины, составляет 12%.

Видео по теме