Химический состав древесины

Химический состав древесины имеет заметно выраженные отличия между отдельными породами дерева, менее выраженные отличия между древесиной одной породы или между различными зонами древесины (например, ядро и заболонь).

Основными компонентами древесины являются целлюлоза (между 42 и 51 %), гемицеллюлоза (между 24 и 40%), лигнин (от 18 до 30%). Также древесина содержит примеси, так называемые экстрактивные вещества, как, например, смола, терпентин, жир, воск и красящие вещества (от 1 до 10%), и золу, то есть несгораемые компоненты, как, например, калий, натрий, магний, фосфор и оксид железа (от 0,2 до 0,8%).

Основными химическими элементами являются углерод (примерно 50%), водород (около 6%), кислород (примерно 44%) и азот (до 0,25%), а также вышеназванные экстрактивные вещества. Химический состав целлюлозы и лигнина очень похож (рис. 2.20).

2,3.2. Типы клеток

Клетки древесины должны выполнять различные задачи. В соответствии с этими задачами они имеют различную форму (см. рис. 2.15).

Соседние клетки соединены друг с другом отверстиями в клеточных оболочках через так называемые поры. Поры делают возможным передачу воды и питательных веществ от клетки к клетке прежде всего в горизонтальном направлении ствола.

Поры древесины лиственных пород образуют сплетение из волоко*! целлюлозы, называемых микрофибриллами, с очень маленькими отверстиями без затвора.

Поры древесины хвойных пород, так называемые окаймленные поры, устроены сложнее, чем поры древесины лиственных пород. Такие поры представляют собой маленькие запирающиеся отверстия со сводом в оболочке одной из двух соседних клеток. В центре мембраны в окаймленных порах имеется непроницаемое утолщение самой разнообразной формы — торус (рис. 2.21). Через отверстие поры становится возможным передача воды и питательных веществ от клетки к клетке, а также запирание клетки при повреждении дерева. Закрытие пор является не обратимым процессом, оно осложняет сушку и им- прегнирование древесины.

Хвойные породы, такие, как ель, сосна и лиственница, п специальных клетках содержат смолу, которая через смоляные ходы, или смоляные каналы, передается дальше в различные зоны древесины, Засмолок, или смоляной кармашек, это наполненные смолой плоские пустоты внутри увеличившихся смоляных ходов.

Пихта, тис, кипарис и можжевельник не имеют смоляных ходов, смола в них находится в пределах наружной и корковой зоны.

Количество и диаметр клеток внутри годичного кольца - это определяющий фактор для того, будет ли древесина классифицирована как мелко- слойная (с узким расположением годичных колец) или широкослойная. Понятия «мелкослойная» и «широкослойная» древесина не включают определения четких размеров (рис. 2.22).

Склеренхимные клетки, также называемые опорными (поддерживающими), закрепляющими клетками или клетками либриформа, — это узкие, заостренные на концах клетки с толстыми стенками, соединенные концами одна с другой. Они образуют основную массу древесины лиственных пород и предназначены для придания древесине прочности и твердости, например прочности на разрыв и сжатие.

Ранние трахеиды, также называемые проводящими клетками, сосудами или порами, — это трубчатые клетки, которые соединяются друг с другом в достаточно длинные проводящие системы и служат для проведения поднимающейся от корней воды с растворенными в ней питательными веществами. Эти клетки содержатся в зоне луба и заболони. Зона, в которой располагаются ранние трахеиды, называется ксилемой.

Сосуды в торцовом срезе видны как поры, в продольном срезе — как очень мелкие углубления. Размер и распределение этих клеток в древесине влияют на ее структуру и являются одним из важных признаков различных пород дерева.

Дуб, ясень, грецкий орех и вяз имеют, например, настолько большие поры, что их можно различить невооруженным глазом. Древесина этих пород дерева обозначается как крупнопористая (рис. 2.23). У клена, груши, липы, березы и бука поры нельзя увидеть без лупы. Это мелкопористые породы древесины (рис. 2.24). В зависимости от распределения пор в древесине отличают колыде- сосудистую и рассеянно-сосудистую древесину (рис. 2.23 и 2.24). Клен, груша, бук, например, имеют рассеянно-сосудистую древесину, дуб, ясень и вяз, напротив, кольцесосудистую.

Ситовидные трубки (у лиственных пород) и ситовидные клетки (у хвойных пород) образуют в лубе проводящую систему. Отдельные трубки или клетки, особенно у лиственных пород, отделены друг от друга перегородками. Перегородки ситовидных элементов имеют множество отверстий и напоминают сито. Эта проводящая система направлена вниз. Она служит для передачи образующихся в листьях или хвое органических строительных веществ — ассимилятов. Ассимиляты, в основном сахара, растворены в воде. Зона луба, в которой располагаются ситовидные трубки и ситовидные клетки, называется флоэмой (см. рис. 2.14).

Трахегщы встречаются только в древесине хвойных пород и являются клетками, которые, с одной стороны, придают древесине прочность, с другой стороны, выполняют функции ведущих вверх проводящих клеток. Трахеиды у хвойных пород составляют примерно до 95% основной массы древесины. Форма поперечного сечения этих клеток почти прямоугольная.

Наренхимные, или накапливающие, клетки встречаются в древесине как хвойных, так и лиственных пород. Они служат для накопления питательных и строительных веществ, а также продуктов обмена веществ. Сохраненные питательные и строительные вещества используются деревом прежде всего для набухания почек и листьев весной; более не используемые продукты обмена веществ откладываются для хранения. Тонкостенные накапливающие клетки располагаются разрозненно в направлении волокна, но в основном поперек к нему, исходя лучевидно от сердцевины (рис. 2.25). Они тянутся до луба. Поэтому горизонтальные накапливающие клетки называют также сердцевинными или древесными лучами. Сердцевинные лучи особенно видны в радиальной плоскости разреза древесины дуба. Они играют существенную роль при превращении заболони в ядро-вую древесину, гак как в них накапливаются и со- храняются ядровые вещества.

2.3.3. Главные сечения древесины

Для древесины или ствола различают три основных разреза: поперечное, или торцовое, сечение, радиальное и касательное (тангенциальное) сечение. Радиальное и касательное ссчения являются продольными, то есть сечениями, проходящими параллельно оси ствола или направлению волокон (рис. 2.26).

Поперечное, или торцовое, сечение iфохюдит i ю- перск оси ствола. На поперечном сечении по направлению от центра к краю можно увидеть сердцевину, годичные кольца, луб и кору, а также исходящие от сердцевины сердцевинные лучи. Камбий, который примыкает изнутри к лубу, нельзя различить невооруженным глазом (см. рис. 2.12). Поперечное, или торцовое, сечение лучше всего подходит для макроскопического исследования древесины под микроскопом.

Циклически расположенные годичные кольца могут иметь различную ширину. Ширина зависит от породы дерева, по также и от климатических условий, п которых растет дерево. Чем обильнее рост, тем, как правило, шире годичные кольца. В этом случае говорят о широкослойной древесине, в отличие от мслкослойной древесины, которая состоит из узких годичных колец (см. рис. 2.22).

Радиальное сечение проходи т через ось дерева в направлении сердцевинных лучей. При этом годичные кольца имеют вид параллельных полос (рис. 2.27). У различных пород древесины, например дуба, проходящие на поперечном сечении поперек оси ствола разрезанные сердцевинные лучи выглядят как гладкие, блестящие полосы, которые также называют зеркалом. Такая поверхность радиального разреза также учитывается в оценке текстуры древесины.

Тангентальное, или тангенциальное, сечение также проходит в направлении оси ствола, но не в направлении сердцевинных лучей, а по хорде (не по центру) ствола. Так как ствол с годичными кольцами сужается кверху, то конусообразные наложенныедруг на друга годичные кольца видны на каждом сечении как вытянутые вверх параболы. Поэтому возникает типичная для тангенциального разреза полосчатость древесины (рис. 2.28).

2.4. Использование древесины

Древесина — это важнейший материал для столярных работ. Используются в основном стволы деревьев, в значительно меньшей степени — другие части дерева, как, например ветви, корни и корневища.

Древесина — это воспроизводимое, не загрязняющее и щадящее окружающую среду сырье. Запасы деловой древесины в лесах Германии оцениваются примерно в 2,8 млрд м³. Ежегодный прирост составляет около 58 млн м³. В данный момент это больше, чем еже! одно используется в стране. Заготовка леса в лесах Германии становится сырьевой проблемой, особенно если учесть, что площади тропических лесов сокращаются, а потребление древесины в мире растет. Эту проблему можно несколько уменьшить, если принимать во внимание возможности полного использования древесины (рис. 2.29).

ЗАДАНИЯ

1. Объясните, почему лес можно назвать экосистемой.

2. Назовите основные породы деревьев европейского лесного хозяйства,

3. Лес повреждается различным образом. Назовите причины и следствия повреждений.

4. Расскажите о значении леса для человека и окружающей среды.

5. Перечислите, какие задачи должны выполнять в растущем дереве корни, ствол и крона.

6. Объясните, какие процессы протекают в листьях или хвое при росте дерева.

7. Объясните на примере доски взаимосвязь между направлением разреза и текстурой древесины.

8. Назовите вещества, которые транспортируются в заболони и лубе.

9. Объясните задачи камбия.

10. Объясните, как возникают ранняя и поздняя древесина и чем они отличаются.

11. Расскажите о различиях ядровой и заболонной древесины относительно их свойств.

12. Опишите пороки роста дерепьев и расскажите, какое значение они имеют для применения древесины.

13. Расскажите, какие функции выполняют отдельные виды клеток.

14. Назовите основные компоненты древесины и расскажите, из каких элементов состоят эти компоненты.

15. Опишите возможности полного применения древесины.