Внутренняя структура дерева состоит из трех основных частей: корней, ствола и кроны. Корни отвечают за забор воды из земли, переносят минералы и отправляют воду вверх по стволу к кроне. Они также помогают поддерживать дерево в вертикальном положении.
Достоинства
Корневая система дерева работает эффективно, обеспечивая его необходимыми питательными веществами и увлажнением. Ствол крепкий и прочный, что позволяет дереву стоять высоко и противостоять стихиям. Крона придает дереву характерную форму и защищает его от ветра, снега и других внешних факторов.
Недостатки
Корневая система может быть обширной и трудно управляемой, что затрудняет пересадку дерева. Ствол может быть подвержен болезням и повреждениям и уязвим для ураганов. Крона может быть восприимчива к ураганам и вредителям, которые могут значительно повредить дерево.
Ствол деревьев
Ствол дерева выполняет множество функций, включая перенос влаги, поглощенной корнями, в крону, направление питательных веществ вниз, хранение необходимых питательных веществ для весеннего роста листьев и обеспечение поддержки кроны.
Нижняя часть ствола называетсяКомлем, а верхняя часть —Верхушкой. В месте, где ствол соединяется с корнями, происходит искривление — резкое увеличение диаметра ствола при небольшой длине.
Крона и ствол
Листья дерева вырабатывают необходимые органические вещества — углеводы — для его питания и развития. Ствол, который является основным источником древесины, занимает около 70–90% объема дерева и используется в качестве строительного материала. Россия занимает первое место в мире по запасам древесины. Из 3 миллиардов гектаров лесных угодий, покрывающих земной шар, Россия занимает более 1 миллиарда.
Хвойные леса: жизненно важный ресурс
Хвойные леса имеют огромное значение для строительства и промышленности, занимая более половины умеренной зоны земного шара. Россия, Урал и Западная Сибирь содержат особенно большие запасы древесины. Древесина обладает рядом свойств, которые делают ее такой популярной: легкий вес в сочетании с высокой прочностью при растяжении и сжатии, низкая теплопроводность и простота обработки. В результате древесина является распространенным материалом, используемым при строительстве как постоянных и вспомогательных сооружений, так и временных зданий.
Недостатки древесины
У древесины есть определенные недостатки, которые необходимо учитывать:
- Неравномерный состав, приводящий к несовместимым свойствам в разных направлениях (низкое сопротивление растяжению и раскалывание).
- Его влажность может меняться на воздухе, а также его размер, форма и прочность.
- Быстро подвергается гниению в неблагоприятных условиях хранения и эксплуатации.
Недостатки древесины можно нейтрализовать
Древесина может быть легко воспламеняемой, однако этот недостаток можно уменьшить при правильной обработке. Макроструктура дерева, которую можно увидеть без увеличения или с небольшим увеличением, включает ствол, кору, лубяную ткань, камбий, заболонь и сердцевину.
Структура древесины
Чтобы получить точное представление о природе древесины, необходимо рассмотреть три сечения:P— плоскостной разрез, пересекающий ствол;R— радиальный разрез, который перпендикулярен оси ствола; иT— тангенциальный разрез, идущий параллельно оси ствола.
** хобот: удлиненная, ламинарная структура**.
Клетки ствола в целом вытянуты вдоль его длины, с группировками, которые выглядят как концентрические кольца на кончиках и косые/параболические знаки в продольных сечениях (радиально и тангенциально). На торцевом срезе, от наружного слоя до внутренней сердцевины, мы можем различить эти основные компоненты: кора, камбий, древесина и внутренняя сердцевина.
Защитный слой коры
Кора служит барьером, защищающим дерево от разрушительного воздействия внешней атмосферы, резких перепадов температуры и нашествия лесных насекомых. Она состоит из слоев, которые значительно отличаются от внутренних слоев древесины. На поверхности коры можно различить коркоподобное или кожистое покрытие, средний слой состоит из пробковых тканей, а самый внутренний — из луба.
Смазка коры
Кора также служит смазкой, позволяя дереву расти и расширяться без каких-либо препятствий. При расширении внешний слой коры скользит по внутренним слоям, создавая среду без трения, позволяющую дереву беспрепятственно расширяться. Эта смазка необходима для роста дерева.
Кора — проводник питательных веществ
Кора деревьев служит проводником питательных веществ от кроны дерева к корням и стволу. Она также удерживает питательные вещества, необходимые дереву для распускания молодых листьев в начале весны. Кора обычно составляет от 5 до 20% от общего объема дерева. Некоторые виды, например, пробковый дуб в Крыму и на Кавказе, бархатное дерево в Амурской области и на Сахалине, имеют очень толстый и плохо проводящий тепло наружный слой. Из этой коры изготавливают пробковые изоляционные плиты, пробки для укупорки, а также древесину для столярных и отделочных работ.
Камбий
Тонкий лист тонкостенных клеток, расположенный между корой и древесиной, камбий способен делиться и расти. В течение каждого сезона камбий производит клетки в противоположных направлениях: лубяные клетки по направлению к коре весной и более плотные клетки древесины летом и осенью.
Древесина формируется из ряда концентрических слоев, начиная от сердцевины и заканчивая корой, которая разделена почти невидимым камбиальным слоем.
Заболонь
У некоторых видов деревьев при изучении поперечного сечения ствола легко отличить внешнюю, более бледную часть заболони от внутренней, более темной сердцевины. Заболонь состоит из более молодых клеток, как живых, так и мертвых, и находится в более новых формациях деревьев. Заболонь — это место, где влага с растворенными минералами транспортируется вверх по растущему дереву, поэтому содержание влаги в только что срубленном дереве выше в заболони, чем в сердцевине.
Заболонь и ядро
Заболонь имеет примерно такую же прочность и влажность, как и ядровая древесина, но обладает меньшей устойчивостью к гниению.
Внутренняя область состоит из мертвых клеток, которые образуются не мгновенно, а со временем, по мере отмирания клеток заболони. Ядро не может участвовать в транспортировке питательных веществ из-за перекрытых путей. Потемнение ядра связано с наличием в клетках древесины различных соединений (смол, дубильных и красящих веществ). Эти соединения повышают защиту здоровой древесины от гниения.
Классификация деревьев на основе наличия сердцевины
Деревья делятся на две категории в зависимости от наличия или отсутствия сердцевины:
- A) деревья с ядром и заболонью, такие как дуб, сосна, лиственница и кедр;
- B) те, у которых есть только заболонь, такие как береза, ольха и осина.
Кроме того, в группе заболонных пород есть спелодревесные породы, такие как ель, пихта и бук, у которых центральная часть древесины не отличается по цвету от заболони, но в растущем или свежесрубленном состоянии имеет значительно меньшую влажность.
Микроскопически наблюдаемая структура древесины
Микроструктура — это состав древесины, который можно увидеть только под микроскопом. Древесина состоит из множества живых и мертвых клеток разного размера, формы и роли.
Живые клетки древесины
Эти клетки являются основными строительными блоками древесины.
Клеточная стенка и протопласт
Клетка состоит из стенки и содержимого протопласта (плазмы и ядра). Стенка в основном состоит из целлюлозы или клетчатки. Со временем в волокне происходит химическое превращение — лигнификация, обусловленная наличием лигнина в клеточной стенке. Это укрепляет стенку, хотя и делает ее более хрупкой.
Основные компоненты древесных волокон
Основными компонентами, составляющими органическую часть древесных волокон, являются углерод, кислород, водород и азот. Когда древесина сухая, ее химический состав: c — 49,5%, o и n — 44,2% (включая азот около 1%), и h — 6,3%. Чистая целлюлоза не растворяется в воде, спирте, бензине или эфире. При воздействии горячих, кислых или щелочных растворов под высоким давлением лигнин и другие углеводы (гемицеллюлоза) растворяются, а целлюлоза — нет. Это является основой для получения целлюлозы из древесины.
Категоризация клеток древесины.
Клетки древесины могут быть сгруппированы по их роли:
- транспортирующие;
- подкрепляющие (древесные волокна);
- удерживающие.
Проводящие клетки: сосуды и трахеиды.
Вода, содержащая минералы, течет через эти клетки от корней к ветвям и листьям, вдоль ствола. Сосуды — это тонкостенные трубки с большими полостями, которые расположены вертикально, один над другим. Стенки между ними могут полностью или частично отсутствовать (рис. 3). Диаметр трубок может составлять от 0,04 до 0,3 мм, а типичная длина — около 100 мм. Однако в некоторых случаях они могут достигать 2–3 м.
Трахеиды в хвойной древесине
Трахеиды — это тонкие, вытянутые клетки с многоугольным поперечным сечением, размером от 0,01−0,3Ммв толщину и до 10Ммв длину. Эти клетки составляют почти 95% объема хвойной древесины и различаются по размеру между ранней и поздней древесиной. Трахеиды ранней древесины имеют широкую полость с тонкой стенкой, в то время как трахеиды поздней древесины имеют узкую полость с утолщенной стенкой.
Трахеиды
Трахеиды хвойных пород имеют двойное назначение — они проводят воду и поддерживают древесину. Механические характеристики древесины зависят от прочности трахеид поздней древесины.
На боковых стенках трахеид, помимо сосудов, имеются небольшие отверстия — f и h поры, через которые они соединяются в поперечном направлении.
Лиственная древесина: прочность и хранение питательных веществ
Особенность лиственной древесины заключается в том, что она содержит узкие, толстостенные волокна древесины, удлиненные и заостренные на концах. Такое плотное соединение прочных клеток над годичным слоем придает древесине прочность. Опорная ткань состоит из древесных волокон в лиственных породах и трахеид в хвойной поздней древесине. Эти клетки также обеспечивают питание живых клеток и служат для хранения запасов на зиму. Связи между этими клетками очень тонкие.
Структура годовых колец и сердцевины древесины
Ядро дерева
Сердцевина не всегда располагается в центре поперечного сечения дерева, а простирается от вершины до основания. Она состоит из клеток с тонкими стенками и представляет собой нежную ткань первичного формирования; очень хрупкая и подвержена гниению. Гниение ствола дерева обычно начинается в сердцевине, затем переходит на окружающие слои годичной поросли, и в стволе образуется полость.
Формирование сердцевинной трубки
В первый год роста дерева происходит развитие центральной сердцевины и древесных тканей, образующих сердцевинную трубку. Однако ее ширина может быть разной в зависимости от породы; у кленов и ясеней трубки более широкие, а у лиственниц и кедров — более узкие. Когда речь идет о древесине, используемой в строительстве — досках и брусьях толщиной до 50 мм, сердцевина не является приемлемым вариантом для элементов, предназначенных для растяжения или изгиба в несущих конструкциях.
Годовые кольца роста
Ежегодно рост дерева происходит только в теплое время года (весной, летом и осенью в умеренном поясе). Каждое кольцо роста состоит из двух секторов: ранней древесины, развивающейся весной (более светлого цвета), и поздней древесины, которая формируется к концу лета и является более плотной и прочной. Распространено мнение, что более тонкая древесина прочнее более грубой, но это не всегда так. Прочность большинства древесных пород зависит не от ширины слоя, а от количества развитой поздней древесины. Чем более развита поздняя древесина в кольце роста, тем выше качество древесины.
Годовые слои
Годичные слои могут быть легко различимы, едва заметны или трудно различимы невооруженным глазом. У хвойных пород (сосна, лиственница и т. д.) годичные слои четко различаются благодаря контрасту в светлоте и оттенке между поздней и ранней древесиной. Ранняя древесина дуба и ясеня выделяется особенно ярко из-за тонких стенок и широких полостей.
Сосуды, смоляные дорожки и стержневые балки
Сосуды — это крупные элементы клеток, присутствующие в твердой древесине деревьев. Эти сосуды имеют вид трубок, проходящих через ствол дерева. На гладкой, мелкоребристой торцевой поверхности дуба, ясеня, вяза и т. д. видны крупные сосуды, расположенные в ранней древесине, они сгруппированы в кольцо, что дает этим деревьям название кольцесосудистых. Поздняя древесина этих пород также содержит сосуды, но они гораздо меньше и не видны невооруженным глазом.
Диффузно-сосудистые лиственные породы
Лиственные породы, такие как береза, ольха, бук, граб, клен, осина и липа, не имеют крупных сосудов, поэтому ранняя и поздняя древесина заметно не различаются; эти породы описываются как диффузно-сосудистые. Позднюю древесину этих лиственных пород обрамляет тонкая полоса толстостенных клеток, которые отделяют один слой от другого. В отличие от лиственных пород, хвойные не имеют сосудов, а состоят в основном из закрытых, длинных клеток.
Резиновые каналы
Большинство хвойных деревьев содержат смолу, которая хранится в щелях между клетками, известных как смоляные каналы. Эти каналы в основном находятся в поздней древесине дерева. При рассмотрении под увеличением смоляные каналы можно увидеть на торцевом срезе, а невооруженным глазом они видны как темные линии в заболони на продольных срезах. Смола служит защитой для древесины, предохраняя ее от вреда в случае повреждения ствола.
Сердцевинные лучи
Если вы сделаете поперечный срез таких деревьев, как дуб, бук и клен, вы заметите тонкие радиальные линии. Они называются сердцевинными лучами. В радиальном сечении они могут выглядеть как светлые или темные полосы и могут быть раздвоены, поскольку не всегда идут строго в радиальном направлении. На тангентальном срезе сердцевинные лучи выглядят как темные линии с заостренными концами, которые проходят по всей длине ствола дерева. У хвойных деревьев они обычно очень узкие и видны только под микроскопом.
Сердцевинные балки
Сердцевинные балки состоят из очень мелких и тонкостенных клеток, которые лишь слабо связаны между собой, поэтому древесина легко разрывается вдоль сердцевинных балок; трещины, образовавшиеся при сушке материала, также проходят через них. Лиственные породы занимают от 10 до 35% объема сердцевинных балок, а хвойные — от 5 до 10%.
