В помощь маляру. Анатомия и физиология древесины. Часть I

Общая информация о древесине

Древесина - это материал растительного происхождения, из которого формируются стволы, корни и ветви деревьев. Она получается при росте верхушечных побегов в высоту, а также за счет разрастания камбия в ширину (камбий - образовательная ткань в стволах и корнях дерева, его активность обуславливает образование годичных колец). Древесина отвечает за прохождение сока, который перемещается от корней к листьям дерева, одновременно образуя и накапливая питательные элементы, а также выделяя разные вещества, включая смолы.

В качестве сырья для промышленных и ремесленных целей древесину в основном получают при распиливании стволов деревьев. Ветки используются преимущественно в качестве топлива, а корни практически не используются.

Чтобы изучить и понять структуру древесины, как с макроскопической, так и с микроскопической точки зрения, следует различать три основных направления, на которые можно распилить ствол, принимая во внимание ось роста в качестве ориентира.

• поперечный распил, полученный при разрезании перпендикулярно оси ствола

• радиальный продольный распил, при разрезе вдоль, проходящий через центр ствола

• тангенциальный продольный распил, при разрезе вдоль, касающийся годичных колец, но не проходящий через сердцевину

Начиная снаружи и двигаясь внутрь, можно увидеть следующие основные составляющие бревна:

• кора, защищающая внутренние ткани дерева

• луб или флоэма, или внутренний слой коры, по которой опускается сок, обработанный листьями

• камбий - слой, который образует луб (флоэму) по направлению к внешней стороне и древесину (ксилему) по направлению к внутренней части. Благодаря ему дерево растет вширь.

• непосредственно древесина или заболонь, или ксилема. Состоит из ряда перекрывающихся колец роста, образованных активностью камбия, которые, когда речь идет о деревьях из умеренного климата, являются результатом годовой активности и называются годичными кольцами. В этой части дерева выполняются важнейшие функции транспортировки «сырого» сока от корней к листьям, а также хранятся резервные питательные вещества.

Внутри самого кольца, как правило, довольно легко отличить часть древесины, произведенную деревом весной (известную как ранняя или весенняя древесина), от древесины, произведенной летом-осенью (известна как поздняя или осенняя древесина). В то время как у хвойных деревьев весенняя древесина светлее, чем осенняя, у широколиственных цветовые различия менее заметны. У некоторых видов, однако, весенняя древесина более пористая, и ее, таким образом, можно отличить от осенней, более плотной и менее пористой.

• Самая старая часть древесины в стволе находится в центре и называется сердцевина (или ядро). Это уже отмершие ткани дерева, которые действуют как опора, такой центральный стержень. Сердцевина находится точно в осевом центре ствола. Граница ее и заболони в зависимости от вида рассматриваемого дерева может быть заметна или неотличима. Часто это несущественно. 

Микроскопическая структура дерева

Как у всех живых существ, самой маленькой структурной единицей, образующей древесину, является клетка. Упрощенно ее строение можно представить как клеточную стенку, которая в живом состоянии содержит цитоплазму и ядро. Она соединена с другими клетками с помощью общей структуры, называемой срединной пластинкой. Взаимодействие между клетками обеспечивается за счет микроскопических отверстий в клеточной стенке.

Однако подавляющее большинство древесных клеток - это мертвые клетки. Живые клетки - это недавно образовавшиеся клетки в очень тонкой внешней части заболони (по отношению к объему ствола они не имеют существенного значения) и паренхиматические клетки (находятся также в заболони), в которых хранятся резервные питательные вещества. Все остальные клетки утрачивают свою цитоплазму, но, благодаря характеристикам и особому строению клеточных стенок, могут выполнять свои основные функции – транспортировку сока и поддержку целостности ствола. В спиленной древесине к моменту обработки все клетки мертвые.

В центральной части ствола, твердой сердцевине, клетки действуют как опоры. Процессы преобразования клеток сердцевины из живых в мертвые приводят к исчезновению сахаров, крахмалов и прочих сложных веществ, и в них образуются в заметном количестве фенолы, полифенолы, танины и т.п. Эти химические соединения придают сердцевине характерную окраску, более темную, чем у заболони и способны оказывать эффективное защитное действие против живых существ, которые портят древесину – в основном это насекомые и грибки. Более сильное одревеснение клеток, образующих сердцевину, также делает эту часть ствола более стабильной и более подходящей для процессов обработки древесины.

Стенка клетки - фундаментальная часть клетки древесины. В основном она состоит из целлюлозы и лигнина, а также гемицеллюлозы и экстрактов. Целлюлоза в форме нитевидных микрофибрилл (микроволокон) делает клеточную стенку особенно устойчивой к продольному растяжению, в то время как лигнин, образующий шарообразные молекулы, делает клеточную стенку твердой и способной противостоять сжатию. Если прибегнуть к сравнению, то одеревеневшие клеточные оболочки в большом количестве обладают структурой, похожей на железобетон - волокна целлюлозы играют роль арматуры, а лигнин со своей высокой прочностью на сжатие служит бетоном.

Со структурной точки зрения клеточная стенка состоит из двух основных слоев: более тонкая первичная стенка снаружи, где целлюлозные микроволокна представляют собой слабую и беспорядочную структуру, и вторичная стенка внутри, которая может быть разделена на три слоя. Она более толстая, и микроволокна в ней упакованы плотнее и упорядочены. У некоторых видов дерева существует еще и тонкая третичная стенка во внутренней части клетки, не имеющая существенного функционального значения.

Основными типами клеток, образующих древесину (заболонь), являются:

• Трахеиды сужающейся формы, которые одновременно переносят сырой сок и действуют как опоры. На их радиальных стенках имеются перфорационные отверстия, называемые порами, через которые сок переходит от клетки к клетке.

• Сосуды цилиндрической формы, которые полностью или частично утратили свои стенки на торцах, таким образом образуя полые сквозные каналы. Их функция заключается исключительно в транспортировке сока, поэтому они характеризуются широким клеточным проходом. Форма, размер и расположение сосудов внутри годичного кольца зависят от рассматриваемой породы дерева. Некоторые из них видны невооруженным глазом (диаметром около 300 микрон) и обычно известны в деревообработке как поры (не нужно путать их с порами клеточных стенок, которые невозможно увидеть невооруженным глазом).

• Волокна сужающейся формы с толстыми одревесневшими стенками. Они просто служат опорой.

• Паренхиматические клетки образуют паренхиматические лучи и действуют как резервуары, в них накапливаются питательные вещества, которые растение использует в случае необходимости. Они также могут перемещать сок в горизонтальном направлении.

Древесина некоторых пород дерева может содержать также секретирующие клетки. Они образуют смоляные и каучуксодержащие каналы и производят смолы и каучуки (резины).

Во второй части мы рассмотрим особенности строения различных типов древесины, а также наиболее частые дефекты, встречающиеся в ней.