Строение древесины: макро- и микроскопическое + примеры в картинках

Макроскопическое строение древесины

Макроскопическое строение ствола дерева – это то, что видно невооруженным взглядом, если разрезать дерево или на схеме.

Выделяют следующие слои:

• ядро;
• заболонь;
• камбий;
• луб;
• пробка.

Кора – самый поверхностный слой. Она состоит из поверхностной корки, более эластичного луба и самого нижнего слоя – камбия. Строго говоря, камбий лежит между корой и древесиной, обеспечивая рост и снабжение питательными веществами новых клеток дерева. Активен с весны по осень, именно в то время дерево растет.

Под корой находится основной массив древесины. Деревья могут быть ядровыми (дуб, ясень) и безъядровыми (ольха). Внешне отличаются тем, что у ядровых явно различима более темная по цвету сердцевина, а вокруг нее более светлая окружность, которая называется заболонь.

Ядро образуется из мертвых клеток, которые закупориваются смолой. Это самая твердая часть древесины. В самом центре ядра находится сердцевина. Это самый рыхлый слой, окружностью, обычно, от 2 до 5 мм.

У безъядровых деревьев плотность и цвет среза однородные.

Годичные кольца отмечают каждый год жизни растения. Они различаются в зависимости от возраста дерева, условий произрастания и т.д. Обычно годичные кольца двухцветные: в начале года формируется более мягкий и светлый слой, к концу – темный поздний. Ранняя ткань отвечает за транспортировку питательных вещество от корней и обратно, поздний слой выполняет защитную функцию.

Кроме того, питательные вещества транспортируются ко всем участкам дерева с помощью лучшей (пересекающие срез белые линии) и сосудов (мелкие проходы и их скопления).

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 блоки» 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 относительный 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.

Это интересно

Кора различных деревьев имеет разное строение и свойства. Например, кора бука очень гладкая с небольшим количеством пробковой ткани, а кора дуба, наоборот, образует толстые слои феллемы.

Смотрите также:

Микроскопическое строение древесины

Микроскопическое строение ствола дерева рассматривает клеточную структура растения. Клетки ткани дерева похожи по строению на остальные (ядро,протопласт, оболочка), но благодаря тому, что оболочка состоит из плотных углеводов(целлюлозы) и лигнина, она становится прочной и жесткой. По прочности древесину сравнивают с железобетоном.

Клетки дерева различаются по строению и функциям. Выделяют:

• механические клетки, выполняющие опорную функцию;
• проводящие (передающие питательные вещества и микроэлементы);
• запасающие (ответственные за хранение веществ и рост древесной массы).

Источник древесины

Основная составляющая древесного ствола – «древесина» или «древесная ткань». Это обобщённое название вещества находящегося под оболочкой дерева – корой. Древесина – элемент проводящей системы растения. Строение древесины стебля включает следующие элементы:

1. Кора – защитный наружный слой дерева, предохраняет ствол от механических, физических, термических и других воздействий, а также предотвращает проникновение инфекции и вирусных заболеваний.
2. Флоэма – подкорный слой, который необходим для циркуляции и снабжения остальных слоев полезными минералами и сахарами.
3. Камбий – тончайший слой образующий молодые клетки ствола.
4. Годовые кольца – отделяет каждую часть или слой ствола. Отличается от предыдущего слоя более тёмным или светлым цветом.
5. Формируется камбием (в течение года) в период естественного процесса развития дерева во время его роста. Состоит из мягкой и твердой прослоек. Цвет твердой прослойки намного темнее, что дает возможность ученым предположительно определить возраст растения.
6. Заболонь – водопроводящая часть ствола, отличительный признак – светлый окрас.
7. Сердцевина – занимает наибольшую площадь ствола. Состоит из старых слоев и является самой прочной частью.
8. У всех пород деревьев присутствуют «серцевинные лучи» – узкие полоски толщиной до 1 мм, сходящиеся к ядру. Серцевинные лучи необходимы для обеспечения всего ствола питательными элементами.
9. Ядро – центр ствола, который окружают годовые кольца. Обладает большей твердостью чем сердцевина, но в то же время это самая хрупкая часть дерева, которая к тому же часто подвергается грибковым заболеваниям.

Химический состав древесины и коры

Химические элементы древесины находятся в клеточных оболочках. Делятся на:

1. органические;
2. минеральные.

Минеральные вещества занимают не более 1% состава и остаются после сжигания дерева. Это соли натрия, калия, железа и других минералов.

Органические вещества делятся на структурные компоненты, составляющие основу клеток: целлюлозы, лигнин.

Компоненты, которые не входят в состав клетки, их можно извлечь из древесины путем экстракции: эфирные масла, дубильные вещества, красители.

Химический состав может меняться даже в рамках одной породы в зависимости от места произрастания дерева, состава почвы, возраста растения.

Элементарный состав органических веществ:

• углерод;
• кислород;
• водород;
• азот.

Эксплуатационные характеристики

Переработка древесины в первую очередь подразумевает её дальнейшее использование. В настоящее время переработка осуществляется:

• Механическим способом: распил, фрезерование, строгание, расточка и пр.
• Химико-механическим способом – приготовление материалов с остатками после механической переработки.
• Химической переработкой – разложение и придание форм с применением химикатов.

Однако выбор обработки и дальнейшее применение напрямую зависит от особенности строения древесины и осуществляется с учетом показателей таких как:

• Твердость – продолжительность срока службы древесного волокна.
• Усадка – совместимость различных пород древесины.
• Окисление – степень влияния внешней среды.
• Выразительность рисунка – необходима при визуальном восприятии.
• Стойкость к нагрузкам.

Попытки искусственным путем создать заменитель древесины, обладающий в полной мере всеми её качествами, пока не увенчались успехом.

И хотя новейшие материалы удалось (при помощи разного рода химических соединений) наделить определенными достоинствами присущих дереву, все же они на порядок уступают оригиналу.

Пороки древесины

Если строение дерева, тканей нарушено, наблюдаются недостатки, снижающие качество древесины, то говорят о ее пороках.

Качество древесины определяет ГОСТ 2140-81.

В описание пороков включены такие признаки, как:

• сучки;
• трещины;
• искривления и недостатки формы ствола;
• инородная (химическая) окраска;
• пороки древесины;
• грибковые заболевания;
• инородные включения и т.д.

Пороки могут быть более или менее значимы в зависимости от того, для каких целей применяется древесина, а также от возможности их устранения.

Свойства древесины

Среди качеств, которыми обладает внутреннее строение стебля древесины определенной породы чаще всего обращают внимание на:

• Физические – среди которых следует выделить: Плотность – отношение массы к объему.
• Влажность – подразделяется на: гигроскопичность – впитывание влаги из окружающей среды;
• водопоглощение – впитывание жидкости;
• пористость – процент наличия пор в общем объеме древесины;
• разбухание – увеличение объема под воздействием влаги;
• усушка – уменьшение размеров в процессе высыхания
• коробление – изменение формы древесины под воздействием влаги.

Теплопроводность – способность передавать тепло.

Звукопроницаемость – способность пропускать звуковые волны.

Электропроводность – зависит от влажности.

Текстура – рисунок распила.

Блеск. Цвет.

Механические и технологические – среди которых наиболее значимые:

Прочность – сопротивление разрушающему воздействию механических нагрузок. Имеет свою классификацию и подразделяется по направлению приложения нагрузки (продольная, поперечная, изгиб).

Твердость – устойчивое сопротивление внедрению другого тела.

Износостойкость – устойчивость к внешним разрушающим факторам, таким как трение.

Упругость – способность восстанавливать первоначальную форму после прекращения воздействия внешних усилий.

Преимущества использования в строительстве

Особенности структуры хвойных деревьев сделали их востребованным материалом при возведении загородных домов, коттеджей, бань, хозяйственных построек и не только. Древесина обладает несколькими преимуществами:

• Высокая плотность и прочность. Это обеспечивает пиломатериалам хорошую несущую способность.
• Устойчивость к гниению, образованию плесени и грибка. Это обусловлено высоким содержанием смолы в составе: вещество препятствует размножению опасных микроорганизмов.
• Прямая и ровная форма ствола, он может иметь большую длину. Сосна достигает 40 метров в высоту, ель может вырасти до 50 метров. Это расширяет возможности производства различных пиломатериалов.
• Простота обработки большинства хвойных пород. Их используют в изготовлении различных видов бруса, оцилиндрованного бревна и не только.

Хвойные породы получили широкое распространение в России, поэтому древесина обладает относительно невысокой стоимостью. Она стала востребованным стройматериалом для возведения самых разных построек. Благодаря особенностям древесины дома из нее способны прослужить до 100 лет и более.

Главные разрезы

Основные разрезы приведены на рисунке ниже. Они обладают различными свойствами и строением.

Главные разрезы ствола дерева: 1 — поперечный (торцовый), 2 — радиальный, 3 — тангенциальный

Поперечный разрез

Разрез, перпендикулярный оси ствола и направлению волокон, образует собой торцевую, или, как ее называют, поперечную секущую плоскость ствола. На данном разрезе хорошо просматривается структура древесины, а именно концентрические годовые кольца, сердцевина, сердцевинные лучи, разрез коры и луб. Поперечный разрез представлен на рисунке:

Радиальный разрез

Разрез, проходящий через середину ствола вдоль направления волокон древесины, образует радиальную секущую плоскость. При таком сечении годичные кольца также видны, но не в виде концентрических колец, а в виде параллельных полос.

Тангенциальный разрез

Тангенциальный разрез, как и радиальный, направлен вдоль волокон, но проходит не через ось ствола, а на некотором расстоянии от нее. Иными словами данный разрез строится по хорде поперечного сечения. В тангенциальном разрезе годичные кольца имеют вид вытянутых вверх парабол, поскольку ствол с годичными кольцами сужается кверху.