Древесина
Древесина
Содержание
Древесина (БЭСБЕ)
Древесина(бот.). — В обыденной жизни и технике древесиной называют внутреннюю часть дерева, лежащую под корой. В ботанике под именем Д., или ксилемы, разумеют ткань или совокупность тканей, образовавшихся из прокамбия или камбия (см. это сл. и ст. Деревянистые растения); она является одной из составных частей сосудисто-волокнистого пучка и противопоставляется обыкновенно другой составной части пучка, происходящей из того же прокамбия или камбия — лубу, или флоэме. При образовании сосудисто-волокнистых пучков из прокамбия наблюдаются 2 случая: либо все прокамбиальные клетки превращаются в элементы Д. и луба — получаются так наз. замкнутые пучки (высшие споровые, однодольные и некоторые двудольные растения), либо же на границе между Д. и лубом остается слой деятельной ткани — камбий и получаются пучки открытые (двудольные и голосемянные). В первом случае количество Д. остается постоянным, и растение неспособно утолщаться; во втором благодаря деятельности камбия с каждым годом количество Д. Прибывает, и ствол растения мало-помалу утолщается. У наших древесных пород Д. лежит ближе к центру (оси) дерева, а луб — ближе к окружности (периферии). У некоторых других растений наблюдается иное взаимное расположение Д. и луба (см. Сосудисто-волокнистые пучки). В состав Д. входят уже отмершие клеточные элементы с одеревеневшими, большею частью толстыми оболочками; луб же составлен, наоборот, из элементов живых, с живой протоплазмой, клеточным соком и тонкой неодеревеневшей оболочкой. Хотя и в лубе попадаются элементы мертвые, толстостенные и одеревеневшие, а в Д., наоборот, живые, но от этого, однако, общее правило не изменяется существенно. Обе части сосудисто-волокнистого пучка отличаются еще друг от друга и по физиологической функции: по Д. поднимается вверх из почвы к листьям так назыв. сырой сок, то есть вода с растворенными в ней веществами, по лубу же спускается вниз образовательный, иначе пластический, сок (см. Соки в растении). Явления же одеревенения клеточн. оболочек обусловливаются пропитыванием целлюлозной оболочки особыми веществами, соединяемыми обыкновенно под общим назв. лигнина. Присутствие лигнина и вместе с тем одеревенение оболочки легко узнается при помощи некоторых реакций. Благодаря одеревенению, растительные оболочки становятся более крепкими, твердыми и упругими; вместе с тем при легкой проницаемости для воды они теряют в способности впитывать воду и разбухать.
Древесина слагается из нескольких элементарных органов, иначе гистологических элементов. Следуя Санио, различают в Д. двудольных и голосемянных растений 3 главные группы, или системы, элементов: систему паренхиматическую, лубовидную и сосудистую. В каждой системе имеется по 2 вида элементов, а всего насчитывают 6 видов гистологических элементов, да еще в качестве 7-го присоединяют клетки сердцевинных лучей (см. Деревянистые растения).
I. Паренхиматическая система. В состав ее входят 2 элемента: древесная (или древесинная) паренхима и так назыв. заменяющие волокна. При образовании клеток древесной паренхимы из камбия камбиальные волокна разгораживаются горизонтальными перегородками, так что из каждого волокна получается вертикальный ряд клеток; при этом конечные клетки сохраняют заостренную форму концов камбиального волокна (см. табл. рис. 1 е — изолированные мацерированием клетки древесной паренхимы бука;. рис. 2 р — клетки древесной паренхимы у Ailanthus; тангентальный (см. ниже) разрез Д.). Клетки древесной паренхимы отличаются сравнительно тонкими стенками; последние всегда без спирального утолщения, но снабжены простыми круглыми замкнутыми порами. Внутри клеток зимой накопляются запасные вещества, главным образом крахмал; но иногда в них находят также хлорофилл, дубильные вещества и кристаллы щавелево-кальциевой соли. Кроме того, древесная паренхима играет, вероятно, роль и при передвижении воды. Как составной элемент Д. она весьма распространена; ее, однако, очень мало у многих хвойных и нет совершенно, по Санио, у тиса (Taxus baccata). Второй элемент паренхиматической системы — заменяющие волокна (Ersatzfasern) — в некоторых случаях заменяют собой отсутствующую древесную паренхиму (отсюда и название); в других — встречаются вместе с элементами последней. По строению и функции они сходны с клетками древесной паренхимы, но образуются из камбиальных волокон непосредственно, то есть без предварительного разгораживания последних поперечными перегородками.
II. Лубовидная система. Два различаемые здесь элемента носят название либриформа [название дано по сходству элементов этой системы (fibrae sive cellulae libriformes) с волокнами толстостенного луба (liber)] простого (то есть без перегородок) и перегородчатого. Прозенхиматические, вытянутые в длину и заостренные на концах, вполне замкнутые клетки простого либриформа достигают весьма значительной длины (½ и до 2 мм). Одеревеневшие стенки их покрыты чрезвычайно редкими и мелкими, большею частью щелевидными, простыми или окаймленными порами (рис. 1 d, рис. 2 lf). Стенки бывают настолько толсты, что просвет клетки превращается в весьма узкий канал. Вообще либриформ — самый толстенный элемент Д.; именно он по преимуществу или исключительно придает дереву крепость. Что касается до внутренней полости клеток либриформа, то в большинстве случаев она заполнена воздухом. Перегородчатый либриформ отличается от простого только тем, что после окончательного утолщения стенок волокна последнее разгораживается одной или несколькими тонкими поперечными перегородками на отдельные друг над другом расположенные клетки. Иногда такие поперечные перегородки имеют поры (у винограда). Перегородчатый либриформ изо всех элементов Д. наименее распространенный.
III. Сосудистая, или трахеальная, система. В состав ее входят настоящее сосуды (трахеи) и сосудистые клетки или волокна, обыкновенно называемые трахеидами. Трахеиды имеют вид вытянутых в длину (прозенхиматических) веретенообразных клеток (волокон). Большею частью они короче и не так толстостенны, как клетки либриформа, приближаясь в этом отношении к настоящим сосудам. Но в некоторых случаях они могут достигать весьма значительной длины (у сосны до 4 мм) и сильно утолщать свои оболочки. Вообще трахеиды — элемент промежуточный и переходный между простым либриформом и настоящими сосудами. Отличительным и характерным признаком для них являются окаймленные поры (рис. 3, сторона, обращенная к читателю; рис. 5b), затянутые тонкой срединной замыкающей перепонкой; в полости трахеид, со всех сторон замкнутой, находятся вода и воздух. По функции трахеиды считаются водоносными органами, но иногда они служат и для механических целей, придавая Д. крепость, напр. у хвойных. Д. хвойных состоит почти исключительно из одних только трахеид, располагающихся здесь правильными радиальными рядами. В каждом радиусе клетки стоят приблизительно на одинаковой высоте, что, в свою очередь, является результатом происхождения всего радиального ряда из одной и той же камбиальной клетки. На рис. 3 такие радиальные ряды видны в продольном и поперечном разрезе, на поперечном разрезе имеется 8 рядов. На рис. 4 радиальные ряды идут в направлении abc (поперечный разрез). Окаймленные поры располагаются почти исключительно на одних только радиальных стенках (рис. 3 и 5 б), вследствие чего передвижение воды в Д. хвойных легко происходит по направлению периферии органа и трудно в направлении радиуса. У сосны передвижение воды в радиальном направлении (снаружи внутрь и обратно) идет лишь по трахеидам сердцевинных лучей (рис. 5 ff — горизонтально расположенные трахеиды сердцевинных лучей); у ели же, пихты и лиственницы движение воды по радиусу и особенно приток ее из последнего годичного слоя к камбию сильно облегчается еще тем, что у них последние трахеиды каждого годичного слоя снабжены, помимо крупных пор на радиальных стенках, еще многочисленными мелкими порами на тангентальных (рис. 3, правая сторона). Весенние трахеиды заметно отличаются от летних и особенно от осенних, вследствие чего возможно отличать в Д. хвойных годичные слои, или кольца. Рис. 4 представляет поперечный разрез еловой Д. (abc — слой одного года). Весною из камбия образуются широкие тонкостенные элементы (а), особенно годные для передвижения вверх больших количеств воды. Чем обильнее развита хвоя у дерева и чем интенсивнее, следовательно, его испарение, тем шире пояс, занимаемый в годичном слое широкими тонкостенными трахеидами. С наступлением лета стенки трахеид становятся все толще и толще, оставаясь все еще по-прежнему широкими, точнее — более или менее изодиаметричными (b). Чем хуже условия питания дерева, тем меньше образуется таких трахеид, а иногда они могут и совершенно отсутствовать! Таким образом изучение внутреннего строения знакомит нас с минувшими условиями произрастания. К осени диаметр трахеид по направлению радиуса становится меньше и меньше: получается пояс осенних узких, как бы сплюснутых элементов (рис. 4 с — поперечный разрез; рис. 5 а — продольный разрез), толстостенных при хорошем питании, тонкостенных — при плохом. Зимою новых клеток более не образуется, а с наступлением весны камбий порождает новый слой весенних, широких и тонкостенных трахеид. Там, где осенние элементы соприкасаются с весенними, проходит у хвойных резко выраженная граница годичного слоя (на рис. 4 видны две таких границы).
Строение и распределение трахеид у лиственных деревьев несколько иное, нежели у хвойных (рис. 1 с — изолированная трахеида бука). Здесь трахеиды имеют поры со всех сторон, в силу чего передвижение воды одинаково легко происходит как в направлении периферии, так и по радиусу. Трахеиды у лиственных пород большею частью группируются вокруг сосудов.
Настоящие сосуды (трахеи) имеют вид длинных трубок. Они образуются из вертикальных рядов камбиальных клеток; при этом клетки спаиваются друг с другом, а отделявшие их поперечные перегородки пробуравливаются отверстиями. Такой состав сосуда из отдельных клеток-члеников особенно ясно обнаруживается при мацерировании сосудов: последние распадаются при этом по перегородкам на отдельные участки (см. рис. 1 а и b).
Пробуравливание перегородок происходит различно. Иногда образуется одно большое круглое отверстие, и от перегородки остается лишь небольшое узенькое колечко. Такие случаи наблюдаются преимущественно у горизонтальных или только слегка наклоненных перегородок (рис. 1 а). У перегородок же, расположенных косо, обыкновенно образуется несколько эллиптических отверстий, расположенных друг над другом: получается то, что называют лестнично-продырявленной или просто лестничной перегородкой (рис. 1 b). Между этими двумя крайними формами существуют и промежуточные. Отдельные членики сосудов бывают цилиндрические, призматические, иногда бочонкообразные, притом различной длины. Первые сосуды, образующиеся из прокамбия, имеют членики длинные, тогда как сосуды, образующиеся позже из камбия, когда рост органов в длину уже закончился, составлены из члеников гораздо более коротких. Длина всего сосуда может равняться длине всего растения от корней до самых листьев. Стенки сосудов рано деревенеют, но в большинстве случаев остаются тонкими. Утолщение продольных стенок бывает всегда неравномерным, причем различается несколько видов такого утолщения: кольчатое, спиральное, сетчатое, лестничное и точечное утолщения (см. Клетка растительная). Смотря по форме утолщения и сами сосуды получают названия кольчатых, спиральных, сетчатых, лестничных и точечных. Кольчатые и спиральные сосуды образуются обыкновенно в раннюю пору жизни растения; у лиственных пород — только в первом году жизни, и встречаются лишь в самой внутренней части Д., в так называемой сердцевинной трубке, составляющей первичную древесину [самая ранняя Д., образующаяся из прокамбия, называется первичной, позднейшая же, возникающая из камбия, зовется вторичной], во всей же вторичной древесине у них имеются лишь точечные сосуды, обыкновенно с круглыми окаймленными порами (рис. 1 а, b; рис. 2 gg). Подобно длине, и ширина сосудов весьма разнообразна. Первые кольчатые и спиральные сосуды, возникшие из прокамбия, весьма узки, в то же время, как мы видели выше, членики их отличаются среди других сосудов наибольшей длиной; наоборот, более поздние точечные сосуды имеют короткие членики, ширина которых иногда настолько значительна, что они видны на поперечном разрезе Д. даже невооруженным глазом, представляясь в виде округлых пор или отверстий. Сосуды, однако, совершенно отсутствуют во всей вторичной Д. хвойных (она составляет главную массу дерева) — особенность, дозволяющая легко отличить Д. хвойных от всякой другой. У лиственных пород различно бывает распределение сосудов среди других органов Д., что также нередко дает превосходные признаки для отличения пород по Д. Напр., у березы сосуды распределяются более или менее равномерно по всему годичному слою, и притом все они приблизительно одинаковой незначительной ширины (просвета, рис. 7), тогда как у дуба более крупные сосуды, видимые даже простым глазом, приурочиваются к весенней части слоя (рис. 8), образуя весеннее кольцо сосудов (Frühjahrsporenkreis). Кольца такие существенно помогают при различении отдельных годичных слоев (рис. 6, gg). У других видов растений сосуды собираются периферическими волнистыми линиями, по нескольку линий в каждом годичном слое (у вяза, Ulmus effusa).
Сосуды — элементы мертвые. Протоплазматическое содержимое их рано исчезает и заменяется водянистой жидкостью, чередующейся с пузырьками разреженного воздуха. Прежде принимали их за воздухоносные трубки, теперь же их считают водопроводными путями в растении. У многих деревьев и кустарников внутренность сосудов оказывается заполненной отчасти или вполне особыми паренхиматическими клетками (заполняющими или выполняющими Fü llzellen или Thyllen), происходящими от клеток древесной паренхимы. Прилегающие к сосуду клетки древесной паренхимы дают внутрь в полость сосуда через поры мешкообразные отростки. Отростки отделяются перегородкой от произведших их клеток, оставшихся вне сосуда, разрастаются, размножаются делением и мало-помалу заполняют полость сосуда. В заполняющих клетках иногда скопляется запасной крахмал.
Седьмой элемент древесины — сердцевинные лучи — слагаются из паренхиматических клеток, вытянутых в горизонтальном направлении или расположенных кирпичеобразно (рис. 1 f [Рис. 1 g показывает паренхиматические клетки сердцевинных лучей у бука, несколько отклоняющиеся от обычной формы.]; 6, b, с). Они имеют вид прожилков различной толщины (ширины) и вышины, пересекающих в радиальном направлении массу прозенхиматических (вытянутых в длину параллельно оси растения) элементов Д. [Для полного знакомства с прохождением и строением сердцевидных лучей их нужно изучать не только на поперечном (рис. 6 aii) разрезе Д., но также и на двух продольных: радиальном (aai) и тангентальном (dd).]. Входящие в состав их клетки сходны, в общем, с клетками древесной паренхимы (живые, способны накоплять крахмал). У многих хвойных растений в сердцевинных лучах, кроме паренхимы, имеются еще и трахеиды (рис. 5 е — паренхима, f — трахеиды). Различают лучи первичные и вторичные. Первичные лучи тянутся от сердцевины до первичной коры и представляют из себя остаток основной ткани (см. Стебель раст. и Ткани раст.), вторичные же образуются из камбия и никогда не доходят ни до сердцевины, ни до первичной коры; они короче первичных лучей и тем короче, чем позже образовались из камбия (рис. 6 cc). Далее, бывают лучи узкие (однорядные) и широкие (многорядные). Узкие состоят из одного только радиального. ряда клеток (рис. 2 st [в тангент. разрезе]; рис. 3; рис. 6, cc), широкие — из нескольких (рис. 6 b и d; рис. 8). Число сердцевинных лучей, их ширина и вышина чрезвычайно разнообразны у разных растений. Вообще лучи на ряду с сосудами дают отличные признаки для распознавания пород по Д. Для Д. дуба, напр., весьма характерны широкие лучи, легко заметные простым глазом (рис. 8). Для хвойных характерно внутреннее микроскопическое строение лучей, у всех сосен (Pinus) паренхиматические клетки лучей сверху и снизу окаймлены несколькими рядами весьма типичных трахеид (рис. 5 ff), y пихты же лучи состоят из одних только паренхиматических клеток; кроме того, у пихты все лучи узкие и в Д. нет смоляных ходов, тогда как у сосны, ели и лиственницы есть и смоляные ходы, и обоего сорта лучи (узкие и широкие). Назначение (функция) сердцевинных лучей состоит отчасти в накоплении запасных веществ, отчасти в проведении соков и воды в горизонтальном направлении. Обыкновенно в состав Д. входят лишь некоторые из 6 первых вышеописанных элементов; но они комбинируются друг с другом весьма различно. Комбинации элементов были особенно тщательно изучены Санио. Он составил особую таблицу, руководствуясь которой можно по небольшому кусочку Д. определить растение (см. литературу). Как упомянуто было выше, у двудольных и голосемянных растений количество Д. увеличивается с году на год вследствие образования новых годичных слоев из камбия. Форма и ширина таких слоев неодинаковы у разных растений и даже у одного и того же растения могут изменяться в зависимости от многих условий, как внутренних (возраста, напр.), так и внешних (климата, почвы и т. д.; см. Деревянистые растения). Кроме того, у одного и того же дерева слои различного возраста могут существенно отличаться друг от друга как по форме и гистологическому строению, так и по химическому составу. Спиральные и кольчатые сосуды у деревьев, напр., находятся только в первом, самом внутреннем и вместе с тем самом старом годичном слое, в состав которого входит первичная Д. (см. выше). В физико-химическом отношении все слои могут быть сходны, или же внутренние отличаются от наружных и Д. обособляется на внутреннюю часть, или ядро (Kernholz, duramen), и наружную, или заболонь (Splint, alburnum — см. Ядро и Заболонь). Ядровая Д. тяжелее, тверже, прочне, нежели заболонь, кроме того, она отличается от последней в большинстве случаев еще и более темным цветом. Цвет этот бурый у дуба, темно-коричневый у вишни, красноватый у лиственницы; у некоторых тропических растений цвета еще более резкие: красный у красного дерева (Caesalpinia echinata), синий у кампешевого дерева (Haemotoxylon campechianum), черный у черного, или эбенового, дерева (Diospyros Ebenum). При превращении заболони в ядро изменяется главным образом химический состав Д., а не ее гистологическое строение. В полостях и особенно в оболочках клеток накопляются различные вещества: смолы, древесные камеди, дубильные вещества, иногда и красящие, из коих некоторые находят применение в практике (см. Дерево красильное). В физиологическом отношении ядро отличается от остальной древесины отрицательными, так сказать, мертвыми свойствами: оно не способно накоплять периодически крахмал и другие запасные вещества, не способно даже проводить воду.
Литература
- Sanio, «Vergleichende Untersuchungen über die Elementarorgane des Holzkörpers» и «Vergleichende Untersuchungen über die Zusammensetzgung des Holzkörpers» («Botanisch e Zeitung», 1863);
- Де-Бари, «Сравнительная анатомия вегетативных органов явнобрачных и папоротникообразных растений» (перев. проф. А. Н. Бекетова, вып. I—II, СПб., 1877-80);
- Haberlandt, «Physiologische Pflanzenanatomie» (1884);
- Страсбургер, «Краткий практический курс растительной гистологии для начинающих» (перевод С. Навашина, 1886);
- Strasburger, «Das botanische Practicum» (1887),
- проф. Бородин, «Курс анатомии растений» (1888);
- Tschirch, «Angewandte Pflanzenanatomie» (1889);
- Robert Hartig, «Die anatomisch en Unterscheidungsmerkmale der wichtigeren in Deutschland wachsenden Hölzer» (1890, 3-е изд.) и «Lehrbuch der Anatomie und Physiologie der Pflanzen» (1891);
- Van-Tieghem, «Traité de Botanique» (т. I, 1891);
- Турский и Яшнов, «Определение древесины, семян и ветвей по таблицам» (1893).
Специальная литература указана в вышепоименованных сочинениях. См. еще см. Инкрустирующее вещество, Волокна растений, Дерево, Лигнин.
- В статье воспроизведен материал из Большого энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона.
Древесина (БСЭ)
Древесина, ксилема (от греч. xýlon — дерево), сложная ткань древесных и травянистых растений, проводящая воду и растворённые в ней минеральные соли; часть проводящего пучка, образующаяся из прокамбия (первичная Д.) или камбия (вторичная Д.). Она составляет основную массу ствола, корней и ветвей древесных растений.
Физиологические и анатомические особенности древесины
.jpg)
Форма и величина клеток, слагающих древесину, различны и зависят от их функций. Д. содержит проводящие, механические и запасающие элементы. Строение Д. типично для родов, а иногда и для видов древесных растений. При изучении Д. и её свойств пользуются 3 главными разрезами, а для микроскопического изучения — срезами: поперечным, тангенциальным (тангентальным) и радиальным (рис. 1). По мере роста деревьев внутренняя, наиболее старая Д. ствола отмирает. Проводящие элементы Д. постепенно закупориваются: сосуды — так называемыми тиллами, трахеиды — торусами их окаймлённых пор. Проводящая и запасающая системы перестают функционировать, содержание в Д. воды, крахмала, отчасти жиров уменьшается, количество смол, дубильных веществ повышается. У ядровых пород (сосна, лиственница, дуб) центральная часть Д. отличается по окраске и называется ядром, периферическая зона называется заболонью. У спелодревесных пород (ель, липа) периферическая часть отличается от центральной меньшей влажностью (такая Д. называется спелой). У заболонных пород (клён, берёза) центральная часть ничем не отличается от периферической. Иногда у заболонных и спелодревесных пород центральная часть ствола окрашивается темнее (главным образом под влиянием грибов) и образуется так называемое ложное ядро.
.jpg)
В древесине большинства двудольных и всех хвойных растений можно различить кольца прироста, или годичные кольца, и радиальные, или сердцевинные, лучи. Внутри одного кольца прироста различают раннюю (весеннюю) и позднюю (летнюю) зоны, часто называющиеся соответственно ранней и поздней Д. По радиальным лучам питательные вещества передвигаются в места их отложения. Размеры и соотношение элементов, слагающих Д., изменяются в зависимости от условий произрастания и положения Д. в стебле. В неблагоприятных условиях (избыточное увлажнение, недостаток воды в почве, сильное затенение, объедание листьев насекомыми) образуются узкие слои прироста. Д. двудольных растений слагается из следующих типов клеток: члеников сосудов (трахей), трахеид, механических волокон (либриформа), древесинной паренхимы и ряда др. элементов — переходных форм между ними (рис. 2).
.jpg)
Комбинации в размерах и расположении элементов Д. (например, диаметр сосудов у различных пород варьируют от 0,0015 мм у самшита и аралии до 0,5 мм у дуба) создают разнообразие её структуры (рис. 3): рассеянно-сосудистая — по всему кольцу прироста сосуды почти равного диаметра, число их в ранней и поздней зонах почти одинаково (берёза, клён); кольцесосудистая — диаметр сосудов в ранней зоне кольца значительно больший, чем в поздней (дуб, вяз, маклюра). Сосуды могут быть расположены одиночно (дуб) или группами (ясень, берёза, осина), образуя в этом случае в местах соприкосновения окаймлённые поры. Трахеиды в этом случае утрачивают в процессе эволюции водопроводящую функцию и заменяются волокнами либриформа (Д. ясеня, например, состоит из сосудов, древесинной и лучевой паренхимы и волокон либриформа).
.jpg)
а — граница годичного кольца; б — поздняя древесина; в — ранняя древесина: г — новый ряд вклинивающихся трахеид; д — гетерогенный сердцевинный луч, состоящий из лучевых трахеид (е) с мелкими окаймленными порами и паренхимных клеток с большими окновидными порами (ж); з — смоляной ход (хорошо видны выстилающие его эпителиальные клетки); и — клетки паренхимы, окружающие смоляной ход; к — окаймленные поры; л — сердцевинный луч с горизонтальным смоляным ходом.
Древесина различается также по характеру соединения члеников сосудов, форме перфорации (простая, лестничная и т.д.), её расположению, форме членика, высоте и ширине сердцевинного луча и форме его клеток. Д. голосеменных, в том числе хвойных, состоит только из трахеид (сосуды отсутствуют), небольшого количества древесинной паренхимы и сердцевинных лучей. У одних родов (кипарис, можжевельник) сердцевинные лучи (гомогенные) состоят из одинаковых паренхимных клеток; у др. (сосна, ель, лиственница) в гетерогенных лучах имеются также и лучевые трахеиды, проходящие вдоль луча (рис. 4). Строение луча, форма клеток, число и размеры их пор имеют важное значение при определении породы дерева. У некоторых родов (сосна, ель, дугласова пихта и лиственница) в Д. имеются смоляные ходы.
Химический состав древесины
Абсолютно сухая древесина всех пород в среднем содержит (в %): 49,5 углерода; 6,3 водорода; 44,1 кислорода; 0,1 азота. В Д. на долю оболочек клеток приходится около 95% массы. Главные составные части оболочек — целлюлоза (43—56%) и лигнин (19—30%), остальные: гемицеллюлозы, пектиновые вещества, минеральные вещества (главным образом соли кальция), небольшое количество жиров, эфирных масел, алкалоидов, гликозидов и т.п. Для всех клеток Д. характерно одревеснение — пропитывание оболочек лигнином. Существует более 70 реакций на одревеснение (например, флороглюцин с концентрированной соляной кислотой даёт малиновое окрашивание). Д. некоторых деревьев содержит дубильные вещества (квебрахо), красители (кампешевое дерево, сандал), бальзамы, смолы, камфору и т.д.
О. Н. Чистякова.
Физические свойства древесины
Физические свойства древесины характеризуются её внешним видом (цвет, блеск, текстура), плотностью, влажностью, гигроскопичностью, теплоёмкостью и др. Д. как материал используют в натуральном виде (лесоматериалы, пиломатериалы), а также после специальной физико-химической обработки (см. Древесные материалы). Важное декоративное свойство и диагностический признак — цвет Д., характеристики которого изменяются в широких пределах (цветовой тон 578—585 нм, чистота цвета 30—60%, светлота 20—70%). Блеск наблюдается у Д. некоторых лиственных пород, особенно на радиальном разрезе. Текстура — рисунок Д., образующийся при перерезании анатомических элементов, — особенно эффектна у лиственных пород.
Д. содержит свободную (в полостях клеток) и связанную (в оболочках клеток) влагу. Влажность древесины.
.gif){kind=small}
где W — влажность в %, m— начальная масса образца, m0 — масса образца в абсолютно сухом состоянии. Пределом гигроскопичности (точкой насыщения волокна) называется состояние, при котором в Д. содержится максимальное количество связанной (гигроскопической) влаги, а свободная влага отсутствует. Влажность, соответствующая пределу гигроскопичности Wпг при t 20°С, составляет в среднем 30%.
.jpg)
На большинство свойств древесины оказывает влияние изменение содержания связанной влаги. При достаточно длительной выдержке Д. приобретает равновесную влажность Wp, которая зависит от влажности j и температуры t окружающего воздуха (рис. 5). Уменьшение содержания связанной влаги вызывает сокращение линейных размеров и объёма древесины — усушку. Усушка
.gif){kind=small}
где Уw — усушка в %, апг — размер (объём) образца при пределе гигроскопичности, aw — размер (объём) образца при данной влажности W в диапазоне 0—Wпг. Полная (при удалении всей связанной влаги) усушка в тангенциальном направлении для всех пород 6—10%, в радиальном направлении 3—5%, вдоль волокон 0,1—0,3%; полная объёмная усушка 12—15%.
При увеличении содержания связанной влаги, а также поглощении Д. др. жидкостей происходит разбухание — явление, обратное усушке. Вследствие разницы значений радиальной и тангенциальной усушки при высыхании (или увлажнении) наблюдается поперечное коробление пиломатериалов и заготовок. Продольное коробление наиболее заметно у пиломатериалов с пороками строения Д. В процессе сушки Д. из-за неравномерного удаления влаги и анизотропии усушки возникают внутренние напряжения, приводящие к растрескиванию пиломатериалов и круглых лесоматериалов. После камерной сушки из-за остаточных напряжений в Д. при механической обработке происходит изменение заданных размеров и формы деталей. Д. проницаема для жидкостей и газов, особенно лиственной породы по заболони и вдоль волокон.
Плотность древесинного вещества у всех пород одинакова (т.к. одинаков их химический состав) и примерно в 1,5 раза больше плотности воды. Плотность Д. из-за наличия полостей меньше и колеблется в значительных пределах в зависимости от породы, условий роста, положения образца Д. в стволе. Плотность Д. при данной влажности
.gif){kind=small}
где mw и vw — масса и объём образца при данной влажности W. С повышением влажности плотность Д. увеличивается. Часто для расчётов используют показатель, не зависящий от влажности, — условную плотность:
.gif){kind=small}
где m0 — масса образца при W = 0, vmax — объём при W > Wпг.
.jpg)
Удельная теплоёмкость древесины практически не зависит от породы и может быть найдена по диаграмме (рис. 6).
Коэффициент теплопроводности l зависит от температуры, влажности, породы (плотности), направления теплового потока и определяется по формуле
- l = lном × kr × kx, где lном — номинальное значение коэффициента теплопроводности, а кr и kx — коэффициенты, учитывающие значение условной плотности rусл и направление теплового потока в образце.
.jpg)
lном определяется по диаграмме (рис. 7), а некоторые значения коэффициентов kr и kx приведены в таблицах 1 и 2. Температурные деформации Д. значительно меньше усушки и разбухания и обычно в расчётах не учитываются.
Некоторые электрические и акустические свойства Д. приведены в таблице 3. Д. хвойных пород с малой плотностью (ель) обладает высокими резонансными свойствами и широко используется в музыкальной промышленности.
Таблица 1. — Коэффициент kx
| Направление теплового потока | kx |
|---|---|
| Тангенциальное | 1,0 |
| Радиальное | 1,05 |
| Вдоль волокон
для кольцесосудистых лиственных пород |
1,6 |
| для остальных | 2,2 |
Таблица 2. — Коэффициент кr
| rусл, кг/м3 | кr | rусл, кг/м3 | кr |
|---|---|---|---|
| 340 | 1,98 | 500 | 1,22 |
| 360 | 1,00 | 600 | 1,56 |
| 400 | 1,05 | 650 | 1,86 |
Механические свойства древесины
Механические свойства древесины наиболее высоки при действии нагрузок вдоль волокон; в плоскости поперёк волокон они резко снижаются. В таблице 4 даны средние показатели свойств Д. некоторых пород при W = 12%. С увеличением влажности до Wпг показатели уменьшаются в 1,5—2 раза. Модуль упругости вдоль волокон составляет 10—15 Гн/м2 (100—150 тыс. кгс/см2), а поперёк в 20—25 раз меньше. Коэффициент поперечной деформации для разных пород и структурных направлений находится в пределах от 0,02 до 0,8.
Способность Д. деформироваться под нагрузкой во времени, характеризующая её реологические свойства, резко повышается с увеличением влажности и температуры. Прочность при длительных нагрузках снижается. Например, предел долговременного сопротивления при изгибе составляет 0,6—0,65 от предела прочности при стандартных испытаниях на статический изгиб. При многократных нагружениях наблюдается усталость Д., предел выносливости при изгибе равен в среднем 0,2 от статического предела прочности.
Испытания Д. с целью определения показателей физико-механических и технологических свойств проводят на малых чистых (без пороков) образцах. Испытаниям подвергают серии образцов, а результаты опытов обрабатывают методами вариационной статистики. Все показатели приводят к единой влажности — 12%. На большинство методов испытаний разработаны стандарты, устанавливающие форму и размеры образцов Д., процедуру экспериментов, способы вычисления показателей её свойств. Д. отличается сильной изменчивостью свойств, поэтому при использовании Д. в качестве конструкционного материала особенно важно применение неразрушающих методов поштучного контроля прочности пиломатериалов, основанных, например, на связи между прочностью Д. и некоторыми её физическими свойствами. На свойства Д. влияют пороки древесины (сучки, гнили, наклон волокон, крень и др.).
При оценке свойств Д. как конструкционного и поделочного материала учитывают её способность удерживать металлические крепления (гвозди, шурупы), износостойкость, способность к загибу некоторых лиственных пород.
Д. имеет высокие значения коэффициента качества (отношение предела прочности к плотности), хорошо сопротивляется ударным и вибрационным нагрузкам, легко обрабатывается и позволяет изготовлять детали сложной конфигурации, надёжно соединяется в изделиях и конструкциях с помощью клея, обладает высокими декоративными свойствами. Однако наряду с положительными свойствами натуральная Д. обладает рядом недостатков: размеры и форма деталей изменяются при колебаниях влажности. При неблагоприятных условиях хранения и эксплуатации (повышенная влажность Д., умеренно высокая температура воздуха, контакт с влажной почвой, конденсация влаги на элементах конструкций и т.д.) Д. загнивает. Гниение представляет собой процесс разрушения Д. в результате жизнедеятельности поселяющихся на ней грибов. Для защиты от загнивания Д. пропитывают антисептиками (см. Антисептические средства). Д. может также повреждаться насекомыми, для защиты от которых используют инсектициды. Ввиду сравнительно малой огнестойкости Д. при необходимости пропитывают антипиренами.
Народнохозяйственное значение древесины
Как конструкционный материал Д. широко применяется в строительстве (деревянные конструкции, столярные детали), на ж.-д. транспорте и линиях связи [шпалы, опоры линий электропередач (ЛЭП)], в горной промышленности (крепь), в машино- и судостроении, в производстве мебели, музыкальных инструментов, спортинвентаря; как сырьё в целлюлозно-бумажной промышленности и для др. видов химической переработки (например, гидролиз, сухая перегонка), а также как топливо. О заготовке Д. см. в ст. Лесозаготовки.
Таблица 3. — Электрические и акустические свойства древесины
| Показатели | Порода | Вдоль волокон | Поперёк волокон | |
|---|---|---|---|---|
| радиальное направление |
тангенциальное направление | |||
| Удельное объёмное электросопротивление при W=8%, 108ом·м |
Лиственница | 3,8 | 19 | 14,5 |
| Берёза | 4,2 | 86 | — | |
| Пробивное напряжение при W= 8-9%, кв/см |
Бук | 14 | 41,5 | 52 |
| Берёза | 15 | 59,8 | — | |
| Диэлектрическая проницаемость при W=0 и частоте 1000 гц |
Ель | 3,06 | 1,91 | 1,98 |
| Бук | 3,18 | 2,40 | 2,20 | |
| Тангенс угла потерь | Ель | 0,0625 | 0,0310 | 0,0345 |
| Бук | 0,0585 | 0,0319 | 0,0298 | |
| Скорость распространения звука, м/сек |
Сосна | 5030 | 1450 | 850 |
| Дуб | 4175 | 1665 | 1400 | |
Таблица 4. — Плотность и механические свойства малых чистых (без пороков) образцов древесины при влажности 12%
| Показатели | Порода | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Лиственница | Сосна | Ель | Дуб | Берёза | Осина | |
| Плотность, кг/м3 | 660 | 500 | 445 | 690 | 630 | 495 |
| Предел прочности вдоль волокон, Мн/м2 (кгс/см2): при сжатии |
64,5 (645) | 48,5 (485) | 44,5 (445) | 57,5 (575) | 55,0(550) | 42,5 (425) |
| при статическом изгибе | 111,5 (1115) | 86,0 (860) | 79,5 (795) | 107,5 (1075) | 109,5(1095) | 78,0 (780) |
| при растяжении | 125,0 (1250) | 103,5(1035) | 103,0(1030) | 168,0(1680) | 125,5(1255) | |
| при скалывании радиальном |
9,9 (99) | 7,5 (75) | 6,9 (69) | 10,2(102) | 9,3 (93) | 6,3 (63) |
| тангенциальном | 9,4 (94) | 7,3 (73) | 6,8 (68) | 12,2 (122) | 11,2 (112) | 8.6 (86) |
| Ударная вязкость, кдж/м2 (кгс·м/см2) |
52 (0,53) | 41 (0,42) | 39 (0,40) | 77 (0,78) | 93 (0,95) | 84 (0,86) |
| Твёрдость, Мн/м2 (кгс/см2): торцовая..........….... |
43,5 (435) | 28,0 (285) | 26,0 (260) | 67,5 (675) | 46,5 (465) | 26,5 (265) |
| боковая......……...... | 29,0 (290) | 24,0 (245) | 18,0 (180) | 52,5 (525) | 35,0 (350) | 20,0 (200) |
Литература
- Ванин С. И., Древесиноведение, 3 изд., М.—Л., 1949;
- Яценко-Хмелевский А. А., Основы и методы анатомических исследований древесины, М.—Л., 1954;
- Москалева В. Е., Строение древесины и её изменение при физических и механических воздействиях, М., 1957;
- Вихров В. Е., Диагностические признаки древесины главнейших лесохозяйственных и лесопромышленных пород СССР, М., 1959;
- Никитин Н. И., Химия древесины и целлюлозы, М.—Л., 1962;
- Древесина. Показатели физико-механических свойств, М., 1962;
- Уголев Б. Н., Испытания древесины и древесных материалов, М., 1965;
- Перелыгин Л. М., Древесиноведение, 2 изд., М., 1969;
- Леонтьев Н. Л., Техника испытаний древесины, М., 1970;
- Уголев Б. Н., Деформативность древесины и напряжения при сушке, М., 1971.
Б. Н. Уголев.
- Эта статья или раздел использует текст Большой советской энциклопедии.
