Древесины

Заболонь - наружная, светлоокрашенная часть древесины ствола (Рис. 26). Может включать от 3-4 до нескольких десятков годичных слоев. Имеется у всех древесных пород. Древесина заболони отличается большей водо-газопроницаемостью, в свежесрубленных стволах - большей

влажностью. Содержит живые паренхимные клетки; проводит воду и рас­творённые в ней вещества от корней к кроне дерева.

Ядро - центральная тёмноокрашенная часть ствола (Рис. 26). Появление ядра связано с процессами старения и отмирания нижних частей кроны в процессе роста дерева. Древесина ядра не содержит живых клеток, отличается значительно меньшей водо- газопроницаемостью, повышенной биостойкостью, в свежесрубленной древесине у многих пород - меньшей влажностью.

Спелая древесина - центральная часть ствола, по своим свойст­вам близкая к ядру, но не отличающаяся от заболони по окраске (Рис. 26). В свежесрубленной древесине часто хорошо заметна по разнице во влажности с заболонью.

По наличию ядра, спелой древесины и заболони все породы раз­деляются на три группы:

• ядровые - древесина имеет заболонь и ядро;

• спелодревесные породы имеют спелую древесину и заболонь;

• заболонные - древесина полностью состоит из заболони (Рис. 27).

Спелодревесные заболонные породы вместе составляют группу безъядровых пород (на сухих образцах центральная часть по окраске не­отличима от заболони).

Ложное ядро - центральная часть ствола безъядровых пород, ок­рашенная в более менее тёмный цвет. От настоящего ядра внешне отлича­ется значительной неправильностью границ и неравномерностью окраски; часто ложное ядро разделяется узкими тёмными линиями на несколько зон, которые могут перекрываться и сливаться (Рис. 27).

Процесс ядрообразования , в той или иной степени, свойствен всем породам. В раннем возрасте у всех деревьев древесина состоит толь­ко из заболони. Со временем происходит отмирание живых элементов,

Рис. 26. Ядровые (А) и спелодревесные (В) породы на поперечном разрезе.

1 - ядро; 2 - спелая древесина; 3 - заболонь.

Рис. 27. Заболонные породы {А) и безъядровые породы с ложным ядром (В); поперечный разрез. 1 - заболонь; 2 - ложное ядро.

30

31

закупорка водопроводящих путей и отложение экстрактивных веществ (смол, таннидов, красящих веществ), начиная с годичного слоя, окру­жающего сердцевину, постепенно распространяясь на соседние годичные слои. У разных пород этот процесс начинается с различного возраста (например, у белой акации - с 3 лет, у дуба - с 8-12 лет, у сосны - с 30-35 лет).

В стволе дерева заболонь обычно занимает в зрелом возрасте не­большое число годичных слоев, меньшую ширину по радиусу и меньший объём (у ядровых и спелодревесных пород). Соотношение заболони и ядра зависит от породы, возраста дерева, условий его произрастания, положе­ния образца по высоте ствола. Граница заболони может не совпадать с границей какого-либо годичного слоя, а заболонь охватывать различное число слоев на разных сторонах или высотах дерева.

Ширина заболони положительно связана с развитием кроны дере­ва. В период жизни дерева, когда происходит активный рост и формиро­вание кроны, площадь заболони постепенно растёт, несмотря на посте­пенный переход внутренних годичных слоев в ядро (спелую древесину). С началом старения (угнетения) дерева и его кроны резко уменьшается ши­рина откладываемых годичных слоев, а процессы утраты водопроводящих функций внутренними слоями заболони усиливаются; в результате шири­на заболони постепенно сужается.

Переход от заболони к ядру может быть резким или постепенным (у некоторых ядровых пород (ильм, ясень, черёмуха и др.) между ядром и заболонью располагается кольцо спелой древесины).

Спелая древесина хорошо отличается от заболони в свежесруб-ленном стволе. После высыхания древесины отличить спелую древесину от заболони можно лишь с помощью специальных методов (например, по меньшей водопроницаемости спелой древесины: на поверхность торца наносят спиртовой раствор метилвиолета, а после высыхания удаляют (срезают) поверхностные 0,5-1,5 мм древесины - предел прокрашивания спелой древесины (в заболонь окраска проникает на 4-6 мм)).

Годичный слой - слой древесины, образованный клетками кам­бия в течение одного года на всей поверхности ствола, ветвей и корней. На поперечном разрезе годичные слои имеют вид концентрических ок­ружностей (годичные кольца), на радиальном разрезе - продольных парал­лельных полос, на тангенциальном разрезе - гиперболических кривых или извилистых линий (Рис. 28).

У некоторых пород годичные слои на поперечном разрезе имеют волнистую границу (граб, самшит) или изгибаются в районе пересечения с сердцевинными лучами (бук). Следует, однако, помнить, что местное ис­кривление годичных слоев, вызванное случайными причинами (наличие проростей, сучков, свилеватости и т.д.), может наблюдаться у любых по­род.

Рис. 28. Годичные слои в древесине. Цифры внизу показывают возраст, цифры наверху - высоту дерева в этот период.

Появление годичной слоистости связывают с возникновением тё­плого и холодного периодов в течение года, а следовательно, с сезонной периодичностью деятельности меристемы. Древесина многих современ­ных тропических и субтропических пород не имеет ясно выраженных гра­ниц между годичными слоями. Некоторые породы могут образовывать древесину с или без годичных слоев, в зависимости от климатических ус­ловий района произрастания.

В неблагоприятных условиях роста (суровый климат, сильное уг­нетение дерева) или у старых деревьев прироста древесины может не про­изойти полностью или частично на каком-то участке (участках) поверхно­сти ствола.

При кратковременном прекращении деревом ассимиляции в пе­риод вегетации может образовываться два кольца; одно из них, располо­женное ближе к сердцевине, называют ложным.

Число годичных слоев может не соответствовать возрасту дерева. Так у саксаула в течение одного вегетационного периода может образовы­ваться до 18 "годичных" слоев (это связанно с особенностями расположе­ния и деятельности в древесине камбиальных слоев). В благоприятных условиях роста (например, в Закавказье) в течение года может отклады­ваться и два годичных слоя. У некоторых тропических пород один "го­дичный" слой может откладываться в течение двух лет.

32

33

В условиях умеренного климата число годичных слоев обычно соответствует возрасту дерева (древесины) на высоте данного среза.

Ширина годичных слоев большинства пород может очень сильно варьировать в зависимости от района произрастания (метеорологических условий), условий произрастания, климатических условий отдельных лет, положения образца в стволе. С ухудшением условий роста и старением дерева ширина годичных слоев уменьшается. Наоборот, резкое улучшение условий роста (при осветлении, осушении) может вызвать резкое увеличе­ние ширины годичных слоев. У некоторых пород годичные слои характе­ризуются неравномерностью ширины. Однако отдельные породы имеют более-менее стабильно широкие или узкие годичные слои. Особо широкие годичные слои обычны у ивы белой, тополя, айланта (15 мм и более); обычно очень узкие годичные слои у самшита, можжевельника, карлико­вой берёзы.

Ширина годичных слоев в ветвях и корнях обычно меньше, чем в стволе дерева.

Обычно в годичном слое выделяют две зоны:

• раннюю древесину - слой древесины, расположенный в годичном слое ближе к сердцевине; обычно более светлая (по крайней мере на поперечном разрезе), более рыхлая, менее плотная древесина, форми­рующаяся в начале вегетационного периода и выполняющая в боль­шей степени проводящую функцию.

• позднюю древесину - слой древесины, расположенный в годичном слое ближе к коре; обычно более тёмная, более плотная древесина, формирующаяся во второй половине вегетационного периода и вы­полняющая в большей степени механическую функцию.

Содержание поздней древесины (процент поздней древесины) в годичном слое зависит от породы, характеристик конкретного дерева и вегетационного периода, от положения образца в стволе.

Наиболее четкое разделение древесины годичного слоя на ран­нюю и позднюю наблюдается у хвойных и лиственных колыдесосудистых пород. Более подробно особенности строения годичного слоя рассмотре­ны при описании групп древесных пород.

Сердцевинные лучи - представляют собой, как правило, узкие полоски паренхимной ткани, направленные от сердцевины к коре. Серд­цевинные лучи могут быть первичными, если они начинаются от самой сердцевины, и вторичными, если появляются на некотором расстоянии от сердцевины (внешне первичные и вторичные сердцевинные лучи не раз­личаются). Все сердцевинные лучи доходят до коры и продолжаются в ней лубяными лучами. Сердцевинные лучи имеются у всех древесных по­род, но могут быть незаметными.

При определении древесины большое значение имеет тип лучей , их окраска, количество, ширина (измеряемая количеством паренхимных

34

клеток в тангенциальном направлении) и высота (измеряемая количест­вом паренхимных клеток в продольном направлении).

По окраске сердцевинные лучи могут сильно отличаться от окру­жающей их древесины, незначительно отличаться или иметь одинаковую окраску с окружающей древесиной. Кроме того, сердцевинные лучи могут отличаться от окружающей древесины блеском.

По ширине сердцевинные лучи разделяются на три типа:

- узкие (состоящие из 1-4 рядов клеток) незаметные на тангенци­ альном и поперечном разрезах;

широкие (настоящие широкие), хорошо заметные на всех разрезах (состоящие из 10-30 рядов);

- агрегатные, или ложноширокие, образованные несколькими уз­ кими сердцевинными лучами.

Данная классификация очень удобна при определении древесных пород по макроскопическому строению, но до определённой степени ус­ловна. Существуют древесные породы с переходными формами лучей, имеющие 5-10 рядов клеток (бук, ильм, берест, крушина). Многие лист­венные породы имеют сердцевинные лучи, состоящие из 1-3 или 1-5 ря­дов клеток. Именно в связи с последним фактом мы не разделяем узкие лучи на две самостоятельные группы: очень узкие, состоящие из одного ряда клеток, -а узкие, состоящие из 2-4 рядов, как это принято в ряде руко­водств (Перелыгин, 1954; Вихров, 1959; Уголев, 2001).

35

Рис. 29. Внешний вид сердцевинных лучей различных типов. А - узкие окрашенные лучи; В - широкие лучи; С - ложноширокие (агрегатные) лучи.

Узкие сердцевинные лучи (Рис. 29) могут быть ХЙрошо_ЗШешй: МИ на радиальном разрезе, если их окраска отличается от окраски окру­жающей древесины (обычно окрашены в более тёмный цвет); могут дрл; сматриваться на правильном радиальном разрезе за счёт разницы в тек­стуре (по окраске почти не отличаются от окружающей древесины); могут быть совершенно незаметными даже на правильном радиальном разрезе.

Настоящие широкие сердцевинные лучи (Рис. 29) всегда хорошо видны на всех разрезах (дуб, бук, платан, и др.); кроме широких сердце­винных лучей в древесине этих пород обязательно встречаются и узкие сердцевинные лучи, которые могут быть незаметны.

Ложноширокие (агрегатные) сердцевинные лучи (Рис. 29) обра­зуются при сближении между собой узких сердцевинных лучей. Эти лучи хорошо видны на всех разрезах; на поперечном разрезе они могут изме­няться по ширине и даже исчезать к периферии ствола. На радиальном разрезе они образуют характерный рисунок в виде широких, часто изогну­тых лент. Встречаются в древесине граба, ольхи, лещины (кроме ложно-широких в древесине этих пород встречаются и узкие сердцевинные лу­чи).

По высоте сердцевинные лучи разделяются на три группы:

• низкие - не более 2 мм (узкие лучи большинства пород);

• средние - высотой от 2 до 10 мм (бук);

• высокие - более 10 мм (дуб, платан, граб, ольха, лещина, липа). Сердцевинные лучи выполняют тройную функцию: запасающую

(за счёт паренхимных клеток), проводящую (в радиальном направлении за счёт лучевых трахеид и, отчасти, паренхимных клеток) и механическую (армируют древесину при наличии лучевых трахеид).

Сосуды могут быть видны в древесине лиственных пород при изучении её на макроскопическом уровне. Мелкие сосуды, имеющиеся практически у всех наших пород, обычно не заметны; лишь у некоторых пород они вместе с паренхимными клетками образуют на поперечном раз­резе характерный светлый рисунок, имеющий в группе лиственных коль-цесосудистых пород диагностическое значение. Крупные сосуды всегда хорошо видны и на поперечном и на продольных разрезах. У рассеянносо-судистых пород крупные сосуды будут выглядеть в виде достаточно мно­гочисленных и равномерно распределённых по ширине годичного слоя отдельных точек (обычно тёмных) на поперечном разрезе и в виде тёмных штрихов на продольных разрезах (Рис. 30). У кольцесосудистых пород крупные сосуды сконцентрированы в годичном слое в ранней древесине; поэтому на поперечном разрезе они будут выглядеть в виде сплошного кольца мелких отверстий или белых точек (если они закрыты тиллами), на радиальном - в виде более-менее чётких бороздок, проходящих по грани­це слоя, а на тангенциальном образовывать характерный матовый рисунок (Рис. 30).

Основная функция сосудов в древесине - водопроводящая. С точ­ки зрения механической прочности они являются слабым звеном.

Рис. 30. Типы расположения крупных сосудов в древесине.

А - сосуды сгруппированы в ранней зоне годичного слоя; В - сосуды распределены равно­мерно по всей ширине годичного слоя.

В древесине некоторых хвойных пород будут хорошо заметны смоляные ходы. Горизонтальные смоляные ходы, расположенные внут­ри сердцевинных лучей, очень мелкие и незаметные; если аккуратно, не повреждая древесину, снять кору со свежесрубленного дерева, из горизон­тальных смоляных ходов на поверхность древесины выступят микроско­пические точки - капельки смолы. Вертикальные смоляные ходы могут

Рис. 31. Вертикальные смоляные ходы в древесине.

быть очень крупными (например, у сосны). Они выглядят на поперечном разрезе в виде белых или тёмных точек, на продольных - в виде штрихов (Рис. 31), иногда достаточно больших. В отличие от крупных сосудов рас-сеяннососудистых пород, вертикальные смоляные ходы обычно относи­тельно немногочисленные и распределены по образцу древесины нерав­номерно.

У некоторых пород вертикальные смоляные ходы мелкие и/или немногочисленные; в этом случае они обычно незаметны.

Для некоторых лиственных пород (берёза, ольха) характерно на­личие прожилок - пятнистости в виде тёмно-бурых узких полосок рых-

36

37

лой ткани, проходящих параллельно границе годичных слоев в заболони. Прожилки являются следами личиночных ходов некоторых видов дву­крылых насекомых (Ргргега), прокладываемых в камбиальных слоях.

Кроме этого при описании древесины используется целый ряд ха­рактеристик, относящихся к физическим и механическим свойствам: цвет, блеск, плотность, прочность, твердость и др.

Характеристики групп древесных пород

По строению древесины все отечественные породы разделяются обычно на три группы: хвойные, лиственные кольцесосудистые и лист­венные рассеяннососудистые. Первая группа является четко обособленной как с ботанической точки зрения, так и по строению древесины.

Разделение лиственных пород на две группы до определенной степени условно. С точки зрения систематики растений они не выделяют­ся в две группы. Более того, представители одного ботанического рода могут образовывать древесину различных типов. Например, дубы, произ­растающие в умеренном климате, образуют типичную кольцесосудистую древесину; при приближении к тропикам появляются виды дубов с рассе-яннососудистой древесиной.

По строению древесины типичные рассеяннососудистые и коль­цесосудистые являются крайними случаями распределения сосудов в го­дичном слое. Между ними существуют различные промежуточные вари­анты, образуя так называемую полукольцесосудистую древесину. Напри­мер, у караганы Сага^апа агЪогезсет Ьат. крупные и мелкие сосуды рас­полагаются косыми полосками по всей ширине годичного слоя; у многих рассеяннососудистых пород в ранней части годичного слоя сосуды распо­ложены значительно гуще, иногда они отличаются и несколько большим диаметром. У некоторых пород диаметр сосудов изменяется постепенно, от крупных в начале ранней зоны до мелких в поздней у границы годично­го слоя.

В связи с вышеизложенным, описание признаков макроскопиче­ского строения древесины трёх групп пород приведено ниже на основе характеристик типичного строения древесины основных видов наших древесных растений.

1 -я. .группа.. Хвойные .породы.

Рис. 32. Схематичный общий вид древесины хвойной породы.

Годичные слои хорошо заметны на всех разрезах благодаря более менее резкому переходу поздней древесины одного годичного слоя в ран­нюю древесину следующего, а также ранней древесины в позднюю в пре­делах одного годичного слоя. Поздняя древесина состоит из поздних тра-хеид, более тёмная и плотная, в радиальном направлении занимает мень­шую зону, чем ранняя; на тангенциальном разрезе поздняя древесина об­разует более тёмный, гладкий, обычно блестящий рисунок (Рис. 32). Ран­няя древесина обычно широкая, более светлая, менее плотная, состоит из ранних трахеид. Сосудов нет. Радиальный разрез гладкий, без бороздок. Сердцевинные лучи всегда узкие, обьгано незаметные даже на радиальном разрезе. В древесине некоторых пород имеются смоляные ходы. Встреча­ются как ядровые, так и безъядровые породы.

38

39

2-я.. группа. Лиственные кольдесосудистъ/е породы..

3-я.. группа, Лиственные .рассеяннососудистые.породы.

Годичные слои хорошо заметны на всех разрезах благодаря раз­нице в строении ранней и поздней древесины. Ранняя древесина обычно более узкая. Она состоит, в основном, из крупных сосудов, образующих на поперечном разрезе сплошное кольцо отверстий или белых точек. На радиальном разрезе эти сосуды образуют по границе годичных слоев до­вольно чёткие бороздки. На тангециальном разрезе рассечённые крупные сосуды ранней зоны образуют матовый, шероховатый, обычно более тём­ный рисунок (Рис. 33) (у некоторых пород этот рисунок светлее из-за свет­лой окраски тилл в сосудах). Поздняя древесина, за исключением очень узких годичных слоев, широкая. Она состоит из нескольких типов клеток, среди которых преобладают волокна либриформа, трахеиды, мелкие сосуды и паренхимные клетки. В поздней древесине мелкие сосуды и паренхимные клетки образуют на поперечном разрезе характерный для каждой породы рисунок из белых точек и линий (Рис. 33). Все породы ядровые, у некоторых пород хорошо видны сердцевинные лучи.

Годичные слои у многих пород заметны плохо. Ранняя и поздняя древесина мало отличаются по своему строению: сосуды более менее рав­номерно распределены среди волокон либриформа и трахеид по всей ши­рине годичного слоя. Сосуды обычно мелкие, незаметные. На тангециаль­ном разрезе тёмный рисунок отсутствует, или образован узкой окрашен­ной линией, идущей по границе годичных слоев (Рис. 34). Радиальный разрез без бороздок по границе годичного слоя. У некоторых пород хоро­шо видны сердцевинные лучи. Встречаются как ядровые, так и безъядро­вые породы; для некоторых пород характерно наличие ложного ядра.

Рис. 34. Схематичный общий вид древесины лиственной рассеяннососудистой породы.

Рис. 33. Схематичный общий вид древесины лиственной кольцесосудистой породы.

40

41

Краткая характеристика основных древесных пород и описание строения их древесины

В данном разделе приведены общие характеристики основных древесных пород, особенности макроскопического строения, свойств и использования их древесины. Прежде всего, даются описания широко распространённых древесных пород, образующих основные запасы древе­сины России, или пород, обладающих ценной древесиной. Кроме того, в данный список включены и породы, не имеющие большого хозяйственно­го значения, но встречающиеся в северо-западном регионе и представ­ляющие интерес с точки зрения биологического древесиноведения.

При описании древесины с точки зрения её физико-механических свойств в основном использовались следующие показатели: плотность стандартная р,₂ и плотность базисная р^ , кг/м³; коэффициент объёмного разбухания К«_у, полная объёмная усушка $у_тах и полное объёмное разбу­хание (Хутахч %; Предел ПРОЧНОСТИ При СЖаТИИ ВДОЛЬ ВОЛОКОН 0|₂ И СЬзо ,

МПа; ударная вязкость при изгибе А,₂ и А_>30, кДж/м²; торцовая твёрдость

Нп И Н>,о, Н/ММ².