Макроскопические признаки древесины

Внешние признаки, видимые невооруженным глазом или с помощью лупы, характеризуют макроскопическое строение древесины.

В отличии от других материалов, древесина является анизотропным материалом, т. е. характеризуется неоднородно­стью строения и свойств в разных структурных направлени­ях. Поэтому ее строение и свойства изучаются на трех раз­резах: поперечном, радиальном и тангентальном.

Основные макроскопические признаки древесины

Годичные слои.  В результате ежегодного прироста по диаметру образуются годичные слои, состоящие из двух зон: ранней и поздней. Ранняя зона — светлая — образуется в первую половину вегетационного периода (до середины июля), поздняя — темная — во второй половине вегетаци­онного периода (июль—август) На поперечном (торцовом) разрезе годичные слои видны в виде концентри­ческих линий, на радиальном — параллельных, тангенталь­ном— конусообразных.

Ядро и заболонь. По цвету древесины и содержанию вла­ги древесные породы делятся на три вида: ядровые, спело древесные, заболонные. У ядровых пород центральная часть ствола окрашена в темный цвет, периферическая. (заболонная) — светлая. Влажность ядра лиственных пород в летнее время может подниматься до 70%, а заболони опускаться до 50%. У растущих деревьев хвойных пород влажность ядра около 40%, заболони – 80-130%, в зависимости от условий роста дерева. Тёмный цвет ядра обуслав­ливается отложением в клетках древесины экстрактивных веществ, в результате чего изменяются прочностные, физи­ческие свойства, а также увеличивается стойкость против за­гнивания.

 К ядровым относятся: сосна, кедр, лиственница, тисс, можжевельник, дуб, ясень, орех и др.

Спелодревесные породы характеризуются ровным, свет­лым цветом древесины по всему сечению ствола, а влажность растущих деревьев такая же, как и ядровых хвойных пород.  К ним относятся: ель, пихта, осина, бук и др.

 Древесные породы, не имеющие ядра, с однородной по цвету и содержанию влаги древесиной, называются заболонными (береза, клен, ольха и др.) Часто в центральной ча­сти ствола заболонных пород (клен, береза) образуется ложное ядро, которое может быть с загниванием и без загнивания.

Сердцевинные лучи. На поперечном разрезе имеют вид светлых или темных радиальных линий, идущих от центра ствола к коре.

На радиальном разрезе сердцевинные лучи имеют вид полосок, блестящих лент и пятен различного размера, рас­положенных поперек годичных слоев. На тангентальном — в виде небольших черточек и штрихов темного цвета.

В зависимости от ширины сердцевинные лучи делятся на 3 группы: 1—очень узкие, незаметны невооруженным гла­зом, например, у осины; 2—узкие, слабо заметные невоору­женным глазом (клен, липа); 3—широкие, хорошо замет­ные на всех трех разрезах (дуб, бук).

У граба, ольхи, лещины —. ложноширокие сердцевинные лучи — хорошо заметны и состоят из нескольких сближен­ных лучей. Лучи, доходящие до середины, называются первичными, не доходящие—вторичными.

Сердцевинные повторения (прожилки) — небольшие бурые пятна или черточки на поперечном разрезе и в виде полосок или штри­хов на продольных разрезах березы, клена, рябины, груши, ольхи образуются, при повреждении древесины насекомыми (заросшие личиночные ходы).

Сосуды  встречаются только у лиственных пород. По раз­мерам делятся на крупные — хорошо заметные невооружен­ным глазом и мелкие — не заметные или слабо заметные. У кольцесосудистых (дуб. Ясень и др.) крупные расположены в ранней зоне годичного, слоя и на торцовой поверхности образуют кольцо в виде округлых отверстий (d<0,2 мм). На радиальном разрезе видны в виде параллельных глубоких царапин, на тангентальном такие же царапины в ранней зо­не, имеющей конусообразную форму.

Мелкие сосуды сосредоточены в поздней зоне годичного слоя. У дуба они образуют полоски неправильных очертаний, напоминающих язычки пламени, ясеня — светлые точки, переходящие к наружной границе годичного слоя в черточки или прерывистые волнистые тангентальные полоски. У рассеянно-сосудистых (орех) крупные и мелкие сосуды равномерно распределены по всему годичному слою.

Смоляные ходы. Этот признак присущ только хвойным породам. Ходы представляют наполненные смолой каналы, проходящие вдоль и поперек ствола. Смоляные ходы заметны на поперечном разрезе в виде белых точек в поздней зоне годичного слоя. На радиальном и тангентальном разрезах они имеют вид темноватых продольных черточек и линий. Наиболее крупные смоляные ходы у кедра, далее у сосны, ели, лиственницы. У остальных хвойных пород регулярные смоляные ходы в древесине отсутствуют.

 

  3 Общие сведения о микроскопическом строении древесины

Древесина состоит из большого числа клеток (анатоми­ческих элементов), которые разнообразны по форме, разме­рам и назначению. Количество и сочетание этих элементов в древесине разных пород различное, в зависимости от осо­бенностей строения древесной породы.

По форме и размерам клетки делятся на два вида: прозенхимные — длинные, веретенообразные и паренхимные — квадрат­ные или округлые. У хвойных пород к прозенхимным клет­кам относятся трахеиды, которые составляют около 90% от объема древесины. У лиственных прозенхимные клетки со­ставляют около 70%, к ним относятся волокна либриформа и трахеиды (сосудистые и волокнистые).

Паренхимные клетки образуют сердцевинные лучи и дре­весную паренхиму у хвойных и лиственных пород.

Однородные клетки древесины, выполняющие одинако­вые функции, называются тканями. У растущего де­рева можно выделить шесть видов тканей: ассимиляционную, покров­ную, проводящую, механическую, запасающую, образовательную.

При изучении микроскопического строения древесины особое внимание следует обратить на строение клеточной стенки. Это строение тесным образом связано с прочностными и физическими свойствами древесины.

 

                    4. Строение клеточной стенки

 

Срубленная древесина состоит из отмерших клеточных стенок и полостей клеток. В общепринятой схеме строения древесины в клеточной стенке выделены следующие слои:     

М — межклеточный слой (истинную срединную пластин­ку);

Р — первичную и S — вторичную оболочку, составляю­щую большую часть клеточной стенки, которая в свою очередь включает три слоя:

S₁—внешний слой; S₂—средний и S₃—внутренний.

Каждый слой клеточной стенки состоит из рядов целлю­лозных микрофибрилл (ламеллы), ориентированных под оп­ределенным углом по отношению к оси клетки и между со­бой, имеют различную плотность упаковки.

Первичная оболочка тонкая с рыхлой упаковкой микро­фибрилл, ориентированных по отношению к оси клетки под углом около 90°. Поэтому при механических воздействиях на древесину первоначальное разрушение идет по этому слою.

В первичных оболочках двух соседних клеток и межклеточном слое концентрация лигнина достигает до 70% от общего количества в клеточной стенке. Образуется сложная срединная пластинка, которая прочно соединяет клетки между собой. В световом микроскопе она видна в виде блестящих линий.

В слоях S₁, S₂, S₃ вторичной оболочки микрофибриллы имеют высокую плотность упаковки и различно ориентированы по отношению к продольной оси клетки (S₂—5—15°, S₁—45—60⁰, S₃— 50—90°). Чем больше плотность упаковки микрофибрилл и меньше их угол наклона к оси клетки, тем выше прочность клеточной стенки.

                 Влияние строения клеточной стенки

                        на свойства древесины

Вещества образующие клеточную стенку, обладая высокой химической стойкостью, в большинстве своем, являются гидрофильными по отношению к воде, т.е. они самопроизвольно могут поглощать влагу из окружающей среды, причем, эта влага достаточно прочно удерживается этими веществами за счет химических водородных связей (атом водорода с молекулой кислорода).

Влага, которая проникает в клеточную стенку, располагается между целлюлозными фибриллами, отодвигая их друг от друга. В результате этого, уменьшается связь между фибриллами, и древесина становится менее прочной. Эта влага называется связанной и ее максимальное количество, которое может поместиться в клеточной стенке, составляет примерно 30% от массы абсолютно сухой древесины. Это значение одинаково у всех древесных пород и называется  пределом насыщения клеточных стенок.

 При испарении связанной влаги происходит сближение фибрилл между собой, при этом будут уменьшаться поперечные размеры клетки, она будет становиться тоньше.

Процесс уменьшения размеров называется усушка. Кроме этого, при сближении фибрилл между собой увеличиваются их межмолекулярные связи. В результате древесина становиться прочнее, но прочность древесины не одинакова в разных направлениях относительно оси клетки. Наибольшая прочность будет вдоль волокон, т.е. по длине клетки.

Кроме связанной влаги, в древесине при ее контакте с водой может находиться свободная влага, которая появляется после полного насыщения клеточных стенок. Эта влага располагается в полостях клеток. Она слабо связана с самой древесиной, может легко перемещаться, удаляться, мало влияет на свойства древесины.

          5. Поры клеточных стенок и их роль в жизни дерева

 

Клетки сообщаются между собой через поры.

Различают 3 типа: простые, окаймленные и полуокаймлённые (последние встречаются редко). В простой коре отверстие между соседними клетками перекрыто проницаемой мембраной, состоящей из целлю­лозных микрофибрилл, между которыми имеются щелевидные отверстия. Через эти отверстия происходит проникновение жидкости из одной клетки в другую.

Трахеиды соединяются между собой окаймленными порами, количество которых на ранних трахеидах сосны — 70, поздних — 17. Размеры их также различны: больше на стенках ранних трахеид. В окаймленных порах большая поровая мембрана, а полость поры граничивается частью вторичной оболочки, образующей окаймление поры.

Поровая мембрана дифференцирована на центральное утолщение—торус и тонкую маргинальную зону.

У растущих деревьев в ядровой и спелой древесине поры закрыты (торус прижат к развилке поры), а в заболони открыты (торус занимает центральное положение).

Различная проницаемость ядровой и спелой древесины определяется разницей в количественном и качественном составе экстрактивных веществ, закупоривающих капиллярную и субмикрокапиллярную системы древесины в этих зонах стволовой древесины и, таким образом, капиллярная и субмикрокапиллярная системы исключаются из проводящей системы.