Макроструктура древесины

Содержание:

 

1. Введение
2. Строение дерева
3. Микроструктура древесины
4. Достоинство и недостатки  древесины
5. Заключение
6. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

 

Древесина - сравнительно твердый и прочный волокнистый материал, скрытая корой основная часть стволов, ветвей и корней деревьев и кустарника. Состоит из бесчисленных трубковидных клеток с оболочками в основном из целлюлозы, прочно сцементированных пектатами кальция и магния в почти однородную массу. В природном виде используется в качестве строительного материала и топлива, а в размельченном и химически обработанном виде – как сырье для производства бумаги, древесноволокнистых плит, искусственного волокна. Древесина была одним из главных факторов развития цивилизации и даже в наши дни остается одним из важнейших для человека видов сырья, без которого не могли бы обойтись многие отрасли промышленности.

 

Широкому использованию древесины  способствуют её высокие физико-механические качества. Хорошая обрабатываемость. А также эффективные способы  изменения отдельных свойств древесины путем химической и механической обработки. Древесина легко обрабатывается, имеет малую теплопроводность, достаточно высокую прочность, при небольшой массе хорошую сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам, в сухой среде долговечна. Древесина соединяется крепёжными изделиями, прочно склеивается, сохраняет красивый внешний вид, на неё хорошо наносятся защитно-декоративные покрытия. Вместе с тем древесина имеет недостатки: она подвержена горению и загниванию, разрушению от воздействия насекомых и грибов, гигроскопична, вследствие чего может разбухать и подвергаться усушке, короблению и растрескиванию. Кроме того, древесина имеет пороки биологического происхождения, которые снижают её качество. Чтобы использовать древесину, надо знать её свойства, строение и пороки.

2. Строение дерева

 

Древесина состоит из элементарных клеток, разнообразных  по размерам и форме. Они прочно связаны  между собой. Полости клеток могут  быть заполнены смолами, камедями, тиллами, водой. Из клеток образуются сосуды, сердцевинные лучи, создается древесная масса.

 

Взрослое дерево имеет ствол, крону и корни (рисунок 1)

 

Рисунок 1- Части растущего дерева

 

Ствол. Ствол связывает корневую систему с кроной дерева. Он проводит воду с растворенными минеральными веществами вверх (восходящий ток), а с органическими веществами – вниз к корням (нисходящий ток); хранит запасные питательные вещества; служит для размещения и поддержания кроны. Верхняя тонкая часть ствола называется вершиной, нижняя толстая часть – комлем.

 

Камбий – это живая образовательная ткань, функционирующая у древесных растений в течение десятков, сотен и даже тысяч лет.

 

Ствол изучают на трех главных разрезах: поперечном, и  двух продольных – радиальном и тангенциальном (рисунок 2).

Рисунок 2 – Основные части ствола и главные разрезы: П – поперечный, Р – радиальный, Т – тангенциальный

 

Основные анатомические  части ствола легко обнаружить на его поперечном разрезе. Наружная часть  – кора резко отличается по внешнему виду от внутренней части – древесины, занимающей наибольший объем ствола. Древесина окружает небольшую центральную зону – сердцевину. Расположенный между древесиной и корой слой камбия для простого глаза незаметен.

 

Сердцевина сравнительно редко находится в геометрическом центре сечения ствола, обычно она более или менее смещена в сторону. Сердцевина на поперечном разрезе имеет вид темного пятнышка диаметром 2-5 мм. У одних пород она имеет овальную или округлую форму, у других – треугольную (ольха), четырех- и пятиугольную (ясень и тополь) и звездчатую (дуб).

 

Древесина занимает наибольшую часть объема ствола. Диаметр ствола изменяется в широких пределах, примерно от 6-8 до 100 см. Форма поперечного сечения ствола и, следовательно, древесины чаще всего близка к окружности, но иногда сечение приобретает форму эллипса. Диаметр уменьшается по высоте ствола.

 

Кора покрывает снаружи камбий и древесину. На поперечном разрезе ствола она имеет форму кольца, окрашенного обычно значительно темнее древесины (рисунок 2). В толстой коре взрослых деревьев различают два слоя с постепенным или резким переходом от одного к другому: наружный – корку и внутренний слой – луб, непосредственно прилегающий к камбию. Назначение луба – проводить вниз по стволу образующиеся в листьях органические питательные вещества. По характеру поверхности кора может быть гладкой (пихта), бороздчатой (дуб), чешуйчатой (сосна), волокнистой (можжевельник) и бородавчатой (бересклет). Цвет коры снаружи изменяется в широких пределах: от белого (береза), светло-серого (пихта), зеленовато-серого (осина) до серого (ясень), темно-серого (дуб), или темно-бурого (ель). С каждым годом толщина коры увеличивается.

 

Крона и корни. Значительная доля биомассы дерева приходится на крону и корни растущего дерева.

 

Корни представлены целой системой, которая включает мелкие корешки, всасывающие воду с растворенными в ней минеральными веществами, и толстые корни, которые удерживают дерево в вертикальном положении, проводят воду к стволу и хранят запасы питательных веществ. В промышленности корни используются в качестве второсортного топлива и для получения технологической щепы.

 

Крона – совокупность ветвей, одетых листьями. В зеленых листьях из углерода, поглощаемого из воздуха в виде углекислоты, и воды, поступающей из почвы, образуются сложные органические вещества, необходимые для жизни дерева.

 

 

 

3. Микроструктура древесины

 

Микроструктура — это строение древесины, видимое только при значительном увеличении, т. е. под микроскопом. Рассматривая строение древесины под микроскопом, можно увидеть, что основную ее массу составляют клетки веретенообразной формы, вытянутые вдоль ствола. Некоторое количество клеток вытянуто в горизонтальном направлении, т. е. поперек основных клеток (клетки сердцевинных лучей).

 

Древесина состоит из микроскопически малых клеток. Отдельные клетки имеют различное строение, форму, величину, внутреннее содержание, в зависимости от выполняемых ими функций при жизни дерева.

 

Клетки растущего дерева в огромном большинстве мертвые  и только сравнительно небольшая  часть из них — живые.

Камбий состоит из одного слоя живых клеток, способных к образованию новых клеток путем деления. Живая клетка состоит из оболочки и внутреннего содержимого — протопласта, включающего в себя новую часть — протоплазму и ядро, и ряд неживых включений. По мере роста клетки, в ней появляются полости, заполненные клеточным соком. Полости эти называется вакуолями.

 

Первичными слоями клетки соприкасаются друг с другом и  при помощи межклеточного вещества склеиваются в кажущуюся однородной срединную пластинку. Срединная пластинка под действием хромовой кислоты растворяется, а склеенные волокна разъединяются. Получается древесина, расщепленная на отдельные волокна.

 

Кроме слоистости оболочки, можно наблюдать при рассматривании волокон сбоку еще полосатость, идущую под углом по спирали. Оболочка представляется как бы закрученной в виде каната.

 

Каждая клетка сообщается с соседними клетками через поры. Через поры проходят растворы питательных  веществ из клетки в клетку. Порами в анатомии растений называются не отверстия в обычном смысле, а неутолщенные места оболочки, через которые и происходит фильтрация воды.

 

Стенка клетки состоят  из нескольких слоев, различающихся  по своему составу и толщине (рисунок 3). Вакуоль 1 ограничена внутренним очень тонким слоем 2, первичные волокна (фибриллы) целлюлозы расположены в нем примерно вдоль оси клетки. Второй слой 3 гораздо толще внутреннего и состоит из множества пучков фибрилл целлюлозы, расположенных по спирали.  В межфибрилльном пространстве находится немного лигнина. В среднем слое 4 фибриллы целлюлозы расположены бо­лее или менее правильно, покрывая витками предыдущий слой. В межфибрилльном пространстве расположен лигнин. Следующий   слой 5 состоит   из   переплетающихся между собой фибрилл целлюлозы. Межклеточный элемент 6 не содержит целлюлозы. Он субмикроскопической толщины и при делении клетки сначала образуется как разделительная стенка между вновь возникающими клетками, состоящая из протопектина совместно с лигнином. Следовательно, стенка клетки представляет собой  природный слоистый микрокомпозит, обеспечивающий высокое сопротивление древесины растяжению и изгибу.

Рисунок 3 –  Строение стенки клетки древесины: 1 –  вакуоль, 2 – внутренний слой, 3 –  второй слой, 4 – средний (третий) слой, 5 –четвертый слой, 6 – межклеточный элемент

 

Основными элементами, входящими  в состав органической части древесных  тканей, являются углерод, кислород, водород  и азот. Химический состав сухой древесины: С — 49,5%, О и N — 44,2 % (в том числе азота около 1 %), Н — 6,3 %. Целлюлоза в чистом виде не растворяется в воде, спирте, бензине, эфире.

 

Классификация клеток древесины.

В соответствии с назначением  и видом клеток, из которых состоят  ткани, различают:

а) проводящие;

б) опорные (древесные  волокна);

в) запасающие

г) покровные ткани.

 

Запасающие ткани состоят из коротких запасающих клеток и служат для накопления и хранения питательных веществ. Запасающие ткани находятся в стволе и корнях.

 

Опорные ткани находятся в стволе. Эти ткани придают устойчивость растущему дереву. Чем больше этой ткани, тем древесина плотнее, тверже, прочнее. Механические ткани называют либриформом.

 

Покровные ткани находятся в коре и выполняют защитную роль.

 

Проводящие ткани (клетки) - сосуды у лиственных пород и трахеиды - у хвойных.

 

Проводящие клетки сосуды и трахеиды. По этим клеткам по стволу от корней к ветвям и листьям проходит вода с растворенными в ней минеральными веществами.

 

 Сосуды представляют собой тонкостенные широкополостные трубочки, расположенные по вертикали одна над другой и утратившие полностью или частично поперечные стенки (рис. 1). Диаметр сосудов от 0,04 до 0,3 мм; длина в среднем около 100 мм, но в отдельных случаях она достигает 2—3 м.

В растущем дереве по сосудам передвигается влага от корней к кроне. По распределению сосудов в поперечном сечении лиственные породы разделяют на кольцесосудистые и рассеяннососудистые.

 

 Трахеиды представляют собой удлиненные клетки до 10 ммдлиной и 0,01—0,3 мм толщиной (клетки в поперечном сечении имеют форму многоугольника). У большинства хвойных пород сосудов нет, так как соответствующую функцию у них выполняют трахеиды, сообщающиеся между собой с помощью микроскопических отверстий.

Рисунок 4: Сосуды: 1—липы; 2 и 3—бука; 4—дуба

 

Строение  древесины хвойных пород. Древесина хвойных пород отличается сравнительной простотой и правильностью строения. Основную ее массу (90-95%) составляют расположенные радиальными рядами вытянутые клетки с кососрезанными концами, называемые трахеидами. На боковых поверхностях трахеид, а также сосудов имеются микроскопические отверстия — поры f и h (рисунок 4), через которые они сообщаются в поперечном направлении.  В пределах годичного слоя различают ранние и поздние трахеиды.

 

Ранние трахеиды образуются весной и в начале лета, имеют тонкие оболочки с порами, широкие полости и служат для проведения воды и растворов минеральных веществ. У ранних трахеид размер в радиальном направлении больше, чем в тангентальном. Концы ранних трахеид имеют закругленную форму.

 

Поздние трахеиды образуются в конце лета, имеют узкие полости и толстые клеточные оболочки, поэтому выполняют механическую функцию, придавая древесине прочность. Размер по радиальному направлению меньше, чем по тангентальному.

 

Количество пор на стенках ранних трахеид примерно в 3 раза больше, чем на стенках поздних трахеид. Трахеиды являются мертвыми клетками. В стволе растущего дерева только вновь образующийся годичный слой содержит живые трахеиды.

 

Сердцевинные лучи у  хвойных пород узкие, слабо заметные или вовсе не заметные простым глазом, но многочисленные. Они состоят преимущественно из паренхимных клеток.

 

Смоляные  ходы - особенность строения древесины хвойных пород. Они представляют собой клетки, вырабатывающие и хранящие смолу. У одних пород имеются только разобщенные между собой смоляные клетки (пихта, тис, можжевельник), у других пород смоляные клетки связаны в систему и образуют смоляные ходы (сосна, ель, лиственница, кедр). Различают горизонтальные и вертикальные смоляные ходы, которые в совокупности составляют единую систему сообщающихся каналов. Горизонтальные смоляные ходы проходят по сердцевинным лучам и хорошо видны на тангентальном разрезе ствола.

 

Древесная паренхима  у хвойных пород распространена мало и представляет собой вытянутые по длине ствола единичные паренхимные клетки или клетки, соединенные в длинные ряды, идущие вдоль оси ствола. Древесной паренхимы нет у тиса и сосны.

 

Размеры трахеид в  пределах одного и того же годичного  слоя неодинаковы; трахеиды ранней древесины имеют сравнительно широкую полость и тонкую стенку, а трахеиды поздней древесины — узкую полость и утолщенную стенку (рисунок  5).

Рисунок 5: Схема расположения клеток в древесине хвойных пород: 1— в ранней древесине; 2 — в поздней древесине

 

Трахеиды у хвойных  пород являются одновременно и водопро-, водящей и опорной тканью; механические свойства древесины - находятся в прямой зависимости от прочности трахеид поздней древесины.

 

 В древесине лиственных пород имеются древесные волокна,— это узкие и относительно толстостенные, вытянутые в длину; клетки с заостренными концами. Благодаря этим толстостенным; и прочным элементам, их плотному соединению между собой и равномерному распределению по годичному слою эти клетки придают древесине лиственных пород необходимую прочность.