Макроскопическое строение древесины

 

Под макроскопическим строением понимается такое строение древесины, которое видимо невооруженными глазами или при небольшом увеличении (до 10 раз).

Вследствие слоисто-волокнистого и неоднородного строения древесины в разных направлениях по отношению к оси ствола, изучение ее проводят на трех главных разрезах (рис.3): торцевом, радиальном и тангенциальном.

Рис. 3. Вид годичных слоев на главных разрезах:

ранняя (светлая) и поздняя (темная) древесина годичных слоев на поперечном П, радиальном Р и тангенциальном Т разрезах

Заболонь и ядро. На поперечном (торцевом) разрезе ствола многих пород в древесине выделяется темноокрашенная центральная зона 1 - ядро и светлая наружная 2 - заболонь. В растущем дереве заболонь является живой, а ядро - мертвой частью древесины, которая уже не участвует в физиологических процессах.

В раннем возрасте древесина всех пород состоит только из заболони и лишь с течением времени происходит отмирание живых элементов древесины, закупорка водопроводящих путей и отложение экстрактивных веществ в центральной зоне. Окраска происходит в более поздние времена жизни дерева и приобретает более темный цвет, т.е. образуется ядро. Такие породы называются ядровыми.

У других пород отмирание центральной части древесины не сопровождается ее потемнением - это безъядровые породы. Среди группы безъядровых пород есть такие, у которых центральная зона в растущем дереве имеет меньшую влажность, чем периферийная. В этом случае эту центральную зону называют спелой древесиной - это спелодревесные породы.

Имеются такие породы, в которых центральная часть не отличается от периферической ни по цвету, ни по содержанию влаги; такие породы называются заболонными.

Указанное деление пород давно укоренилось в древесиноведческой литературе. Однако в последнее время у нас и за рубежом все больше распространяется представление о том, что у всех пород (у одних раньше, у других позднее) образуется ядро, только у некоторых пород характерна его темная окраска, которая возникает всегда или при определенных условиях, а у остальных оно остается светлым.

Следовательно, спелая древесина - это неокрашенное ядро. Из отечественных хвойных пород относятся к ядровым - лиственница, сосна, кедр, тис, можжевельник; к безъядровым (спелодревесным) - ель, пихта.

Среди лиственных пород ядровая - дуб, ясень, вяз, ильм, грецкий орех, ива, тополь; безъярдовая (заболонные) - береза, ольха, бук, осина, граб, клен, груша.

На срезах древесины граница между заболонью и ядром видна четко у лиственницы или заметна слабо у кедра. Ширина заболони у разных пород различна, зависит от того, как рано начало образовываться ядро. Например, у белой акации образование ядра начинается уже на 3-ий год, у дуба - на 8-12 год, у сосны - в 30-35 лет. Поэтому у белой акации ширина заболони всего лишь несколько миллиметров, у заболони сосны примерно в 10 раз больше.

Ухудшение жизни дерева увеличивает ширину заболони.

Годичные слои. В связи с периодичностью деятельности камбия в умеренном климатическом поясе, древесина отечественных пород имеет четко выраженное слоистое строение. Ежегодный прирост древесины называется годичным слоем. У деревьев, произрастающих в тропической зоне, собственно годичные слои могут отсутствовать (сказываются только периоды засух, когда камбий свою деятельность приостанавливает).

У медленно растущих деревьев слои наиболее узкие, у быстрорастущих - широкие. На ширину годичных слоев большое влияние оказывают и метеорологические условия. Дерево как бы «записывает» в течение многих лет метеорологические события (морозы, засухи, дожди, солнечную активность и т.д.). Эту интересную особенность дерева изучает одна из наук дендроклиматология.

По высоте ствола (от комля к вершине) ширина годичных слоев увеличивается, что приближает форму ствола к цилиндру (в густом лесу). У одиночно стоящих деревьев ширина годичных слоев наибольшая у комля - отсюда большая конусность.

Ранняя и поздняя древесина годичных слоев. У многих древесных пород на разрезах древесины четко видно, что каждый годичный слой состоит из двух частей (светлая более мягкая и твердая наружная). Первая - это ранняя, а вторая - поздняя древесина. Переход от светлой ранней древесины к поздней темной может быть очень резким (у лиственницы), достаточно четким (у сосны) или плавным (растушеванным - у кедра).

По ранней древесине происходит движение воды вверх, а поздняя древесина выполняет преимущественно механические функции. Соотношение между ранней и поздней древесиной у разных пород различно, оно зависит от условий произрастания, возраста и изменяется как по радиусу, так и по высоте ствола. Так, например, у белой акации - поздняя древесина занимает 80% ширины годичного слоя, у пихты - 20%.

По высоте ствола поздняя древесина может уменьшаться в 1,5-2 раза. По плотности поздняя древесина в 2,5 раза превышает раннюю, ее прочность на растяжение вдоль волокон в 2,7 раза (ель) и в 3,4 раза (лиственница) превосходит прочность ранней древесины. Отсюда вывод: количество поздней древесины в годичном слое является важным показателем, характеризующим древесину в целом.

Сердцевинные лучи. У некоторых лиственных пород на поперечном разрезе ствола (рис. 4) видны светлые, часто блестящие линии, направленные по радиусам сечения от сердцевины к коре. Это так называемые сердцевинные лучи.

Первичные сердцевинные лучи начинаются у самой сердцевины, а вторичные - на разном расстоянии от нее. Лучи обоих видов доходят до коры и продолжаются в ней.

В растущем дереве сердцевинные лучи служат для проведения воды и питательных веществ в горизонтальном направлении и для хранения запасов питательных веществ зимой. Сердцевинные лучи имеются у всех пород, как у лиственных, так и у хвойных. Однако размеры лучей различны (ширина их колеблется от 0,05 до 1 мм).

 

                       а                          б                         в

 

Рис. 4. Сердцевинные лучи у бука на разрезах: а - поперечном; б - радиальном; в - тангенциальном

 

На поперечном разрезе их можно классифицировать так:

- очень узкие - невидимые невооруженным глазом (все хвойные породы, ясень, береза, осина, тополь);

- узкие - трудно различимые невооруженным глазом (клен, вяз, ильм, липа);

- широкие - ясно видимые невооруженным глазом (дуб, бук);

- ложноширокие - пучок близкорасположенных узких лучей (граб, ольха).

У таких пород, как клен, ильм на радиальном разрезе эти полоски сердцевинных лучей образуют красивый рисунок (светлую и темную, так называемую - «рябоватость»).

На тангенциальном разрезе сердцевинные лучи имеют веретенообразную или чечевицеобразную форму (бук, ольха).

У большинства пород они располагаются по спирали вдоль оси ствола, у других образуют горизонтальные ряды или ярусы.

Сердцевинные повторения. Для некоторых лиственных пород (береза, ольха, клен, осина) характерно наличие на продольных разрезах древесины буроватых или коричневых (иногда желтых) прямых или изогнутых узких полосок, замкнутых контуров, черточек, пятнышек, по виду напоминающих сердцевину. Эти образования носят названия сердцевинных повторений, образующихся в результате повреждения камбия насекомыми.

На поперечном разрезе сердцевинные повторения также заметны в виде коротких черточек или пятнышек, расположенных вдоль границы годичного слоя (постоянно встречаются у березы, ольхи, груши, осины). Среди пороков древесины они носят название - прожилки.

Сосуды. Эти элементы строения древесины характерны только для древесины лиственных пород. Они часто заметны на поперечном разрезе в виде отверстий округлой формы, по ним, как по трубам, движется влага с растворенными веществами вверх к кроне.

Сосуды бывают крупные и мелкие (видны под микроскопом). Крупные сосуды чаще сосредоточены в одной ранней зоне годичных слоев, образуя на поперечном разрезе пористое кольцо (у дуба); реже крупные сосуды расположены по годичному слою равномерно (грецкий орех).

Собранные в группы мелкие сосуды (при наличии крупных сосудов в ранней зоне) сосредоточены в поздней зоне, где они заметны невооруженным глазом благодаря более светлой окраске.

Если крупных сосудов нет, мелкие сосуды у большинства пород рассеяны по всему годичному слою; однако их количество и величина несколько уменьшаются по направлению к внешней границе слоя.

По расположению сосудов в древесине, лиственные породы подразделяются на кольцесосудистые с кольцом крупных сосудов в ранней зоне годичных слоев и рассеянно-сосудистые, у которых сосуды независимо от величины распределены по годичному слою более или менее равномерно (рис.5, г).

Резкая разница между ранней и поздней зонами обусловливает хорошую видимость годичных слоев у кольцесосудистых пород.

В то же время у рассеянно-сосудистых пород нет различия между этими зонами, годичные слои имеют однородное строение и границы между ними плохо заметны.

Среди наших лиственных пород кольцесосудистыми породами являются дуб, ясень, вяз, ильм, белая акация. К рассеянно-сосудистым, имеющим крупные сосуды, относятся грецкий орех и хурма, с мелкими - все остальные.

 

                       а                                                   б

                       в                                                    г

 

Рис. 5. Схемы расположения сосудов в древесине лиственных

пород: а, б, в - кольцесосудистые породы соответственно с радиальным, тангенциальным и рассеянным расположением групп мелких сосудов; г - рассеянно-сосудистая порода; 1 - мелкие сосуды в поздней зоне; 2 - крупные сосуды в ранней зоне; 3 - широкие сердцевинные лучи

 

Среди кольцесосудистых можно выделить породы с радиальным расположением групп мелких сосудов, напоминающих язычки пламени (рис. 5, а - дуб, каштан съедобный), тангенциальным расположением (рис. 5, б) групп мелких сосудов, образующих вытянутые вдоль годичных слоев сплошные или прерывистые волнистые линии (ильм, вяз), и беспорядочным расположением (рис. 5, в) групп мелких сосудов в виде отдельных светлых черточек или точек (ясень). На продольных разрезах сосуды, особенно крупные, заметны в виде бороздок. Диаметр сосудов: крупных - 0,2-0,4 мм, мелких - 0,016-0,1 мм. Длина сосудов обычно не превышает 10 см, но у дуба достигает 3,6 м, у ясеня - иногда - до 18 м.

По высоте ствола число сосудов и площадь их сечения возрастает от комля к вершине.

Смоляные ходы. Эти элементы строения древесины присущи только хвойным породам. Они представляют собой наполненные смолой каналы, пронизывающие древесину сосны, кедра, лиственницы, ели (у пихты, тиса, можжевельника их нет). Есть отдельные смоляные клетки, без общей системы.

Невооруженным глазом можно обнаружить только вертикальные смоляные ходы, а связанные с ними горизонтальные ходы видны только под микроскопом. Смоляные ходы заметны на поперечном разрезе в поздней зоне древесины годичного слоя (у сосны и кедра здесь сосредоточено около 2/3 общего их количества в виде белых точек; на радиальном и тангенциальном разрезах - в виде темноватых продольных черточек и линий.

Наиболее крупные смоляные ходы у кедра, их диаметр в среднем 0,14 мм, у сосны - 0,1 мм, у ели - 0,09 мм, у лиственницы - 0,08 мм. Длина ходов колеблется в пределах 10-80 см. Смоляные ходы занимают от 0,2 до 1% общего объема ствола.

Определение породы по макростроению древесины. Каждая порода отличается строением древесины, что определяет своеобразие ее свойств. Оценка физико-механических и технологических свойств древесины с достаточной для практики точностью может быть сделана по справочным данным, если известна порода.

Для установления рода, а иногда и вида древесного растения (идентификации пород) используют признаки, характеризующие макростроение древесины. В число таких признаков входят: наличие ядра; ширина заболони и степень резкости перехода от ядра к заболони; степень видимости годичных слоев и их очертания на поперечном разрезе; четкость границы между ранней и поздней древесиной годичных слоев; наличие, размеры, окраска и число сердцевинных лучей; размеры, характер группировки и состояние (пустые или заполненные) сосудов в древесине лиственных пород; наличие, размеры и число вертикальных смоляных ходов в древесине хвойных пород; сердцевинные повторения в древесине некоторых лиственных пород.

Кроме этих основных признаков при определении пород учи­тывают некоторые дополнительные признаки. Необходимость их использования возникает в тех случаях, когда основные признаки выражены нечетко. К дополнительным признакам относятся блеск, текстура, плотность и твердость.

Древесина некоторых пород обладает характерным цветом, что позволяет легче определить породу. Однако не всегда цвет древесины может служить достаточным основанием для идентификации породы. Дело в том, что нормальная окраска древесины может изменяться под действием внешних физико-химических факторов, а также из-за поражений грибами. Некоторое диагностическое значение имеет блеск древесины.

При перерезании анатомических элементов на поверхности продольных разрезов древесины образуется тот или иной рисунок. Особенно характерный рисунок - текстуру - образуют сердцевинные лучи. Например, по текстуре поверхности тангенциального разреза бука (см. рис. 4, в) эта порода определяется безошибочно. Иногда в качестве дополнительного признака привлекаются связанные между собой свойства: плотность и твердость древесины.

Примерная оценка плотности (веса) и твердости образцов может быть особенно полезна для определения рассеянно-сосудистых лиственных пород, основные признаки которых часто не достаточно ярко выражены.

Таблицы, содержащие сводки макроскопических признаков древесины различных пород, и определители пород по внешнему виду древесины публиковались в разные годы. Например, в справочнике по древесине [1] имеется определитель 30 пород.

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое макроскопические признаки древесины?

2. В чем заключается их отличие у древесины разных пород?