Химический состав древесины

Древесину издавна широко применяют в строительстве благодаря ряду положительных свойств: высокой прочности при небольшой плотности, малой теплопроводности; легкости обработки; простоте скрепления отдельных элементов; высокой морозостойкости и сопротивляемости действию многих химических реагентов. Древесина имеет и ряд недостатков, снижающих ее строительные свойства: неоднородность строения; наличие пороков; гигроскопичность, приводящую к изменению размеров древесины, короблению и растрескиванию; склонность к загниванию и возгоранию.

При заготовке и переработке древесины образуются значительные отходы. На лесопильных заводах 8…12% древесины превращается в опилки. При изготовлении строительных деталей опилки и стружки составляют до 40 %. Много древесины в виде опилок и сучьев теряется при заготовке стволов. Все это указывает на важность утилизации отходов.

Лесные материалы, получаемые только путем механической обработки стволов дерева (бревна, пиломатериалы). При таком использовании древесины сохраняются все присущие ей положительные и отрицательные свойства.

Из древесины в заводских условиях изготавливаются готовые изделия и конструкции (сборные дома и детали, клееные конструкции и т. д.). Свойства древесины в этом случае используются более рационально.

Синтетические материалы из древесины, получаемые глубокой переработкой древесины .

При глубокой переработке появляется возможность полнее использовать древесину за счет увеличения выхода сырья для получения целлюлозы и материалов на ее основе, вовлечения в переработку почти всех отходов, даже и коры. На передовых деревообрабатывающих комбинатах коэффициент использования древесного сырья достигает 0,98. Используя отходы древесины совместно с клеями, синтетическими и минеральными вяжущими, можно изготовлять материалы и изделия, не уступающие по свойствам древесине и даже превосходящие ее (древесноволокнистые и древесностружечные плиты, фанера на основе водостойких клеев, арболит и др.). При этом можно получать значительную экономию пиломатериалов (например,1 м 3 древесноволокнистых плит заменяет 3…4 м 3 пиломатериалов).

Разумной мерой экономии древесины является замена ее в строительстве там, где это целесообразно, другими эффективными материалами (например, полимерными) и повышение ее долговечности.

Строение и состав древесины

Растущее дерево состоит из корневой системы, ствола и кроны. Промышленное значение имеет ствол, так как из него получается от 60 до 90 % древесины.

Макроструктурой называют строение ствола дерева, видимое невооруженным глазом или через лупу микроструктурой- видимое под микроскопом. Обычно изучают три основных разреза ствола: поперечный (торцовый), радиальный, проходящий через ось ствола, и тангенциальный, проходящий по хорде вдоль ствола.

Макростроение древесины

При рассмотрении разрезов ствола дерева невооруженным глазом или через лупу можно различить следующие основные его части: сердцевину, кору, камбий и древесину.

Сердцевина состоит из клеток с тонкими стенками, слабо связанных друг с другом. Сердцевина совместно с древесной тканью первого года развития дерева образует сердцевинную трубку. С ердцевина в виде темной рыхлой ткани представляет собой заросший начальный побег дерева. У хвойных пород она тянется вдоль ствола довольно прямо, у лиственных — извилисто. Это наименее ценная часть ствола, с нее обычно начинает загнивать древесина и в растущем дереве образуется дупло

Вокруг сердцевины в виде колец располагаются годичные слои, по числу которых о пределяют возраст дерева. Любой годичный слой неоднороден по окраске, ширине и плотности.

Каждый годичный слой светлее к сердцевине, что объясняется усло виями роста дерева. Если разрезать ствол дерева вдоль, то можно обнаружить так называемые сердцевинные лучи, пронизывающие годичные слои. Сердцевинные лучи хорошо видны в древесине дуба, бука, клена и чинары.

Рисунок, полученный на поверхности древесины в результате перерезания волокон годичных слоев и сердцевинных лучей, называется текстурой дерева. Чем богаче текстура (разнообразнее оттенки и структура волокон), тем ценнее древесина. Характерные особенности строения ствола (различная ширина годичных колец, неравномерная окраска, сердцевинные лучи) учитывают при его раскрое на доски и бруски, при изготовлении мебели, использовании в декоративных целях.

В абсолютно сухой древесине в среднем содержится до 49,5% углерода, 44,08% кислорода, 6,3% водорода и 0,12% азота. Минеральные вещества образуют при горении золу. Углерод, водород, кислород и азот образуют в древесине сложные органические соединения. Основные из них - целлюлоза, или клетчатка, - вещество, из которого построены стенки клеток древесины, В древесине содержатся также дубильные (танниды) и красящие вещества, смолы в жидком и твердом состоянии и эфирные масла.

От вида и количества содержащихся в древесине смол, дубильных веществ и эфирных масел зависит запах древесины. Наиболее сильным запахом обладает древесина, содержащая смолу (хвойные породы) или дубильные вещества (дуб, грецкий орех).

Рис.2. Сгнившая сердцевина

Кора состоит из кожицы или корки, пробковой ткани и луба. Корка или кожица и пробковая ткань защищают дерево от вредных влияний среды и механических повреждений. Луб проводит питательные вещества, от кроны в ствол и корни.

Под лубяным слоем у растущего дерева располагается тонкий кольцевой слой живых клеток - камбий. Ежегодно в вегет ативный период камбий откладывает в сторону коры клетки луба и внутрь ствола, в значительно большем объеме - клетки древесины. Деление клеток камбиального слоя начинаетс я весной и заканчивается осенью.

Поэтому древесина ствола (часть ствола от луба до сердцевины) в поперечном разрезе состоит из ряда концентрических так называемых годичных колец, располагающихся вокруг сердцевины. Каждое годичное кольцо состоит из двух слоев: ранней (весенней) древесины, образовавшейся весной или в начале лета, и поздней (летней) древесины, которая образуется к концу лета. Ранняя древесина светлая и состоит из крупных, но тонкостенных клеток; поздняя древесина более темного цвета, менее пориста и обладает большей прочностью, так как состоит из мелкополостных клеток с толстыми стенками.

В процессе роста дерева стенки клеток древесины внутренней части ствола, примыкающей к сердцевине, постепенно изменяют свой состав и пропитываются у хвойных пород смолой, а у лиственных - дубильными веществами. Движение влаги в древесине этой части ствола прекращается и она становится более прочной, твердой и менее способной к загниванию. Эту часть ствола, состоящую из мертвых клеток, называют у некоторых пород ядром, у других - спелой древесиной. Часть более молодой древесины ствола ближе к коре, в которой еще имеются живые клетки, обеспечивающие перемещение питательных веществ от корней к кроне, называют заболонью. Эта часть древесины имеет большую влажность, относительно легко загнивает, малопрочна, обладает большей усушкой и склонностью к короблению.

Породы, у которых ядро отличается от заболони более темной окраской и меньшей влажностью, называют ядровыми (сосна, лиственница, дуб, кедр и др.). Породы, у которых центральная часть ствола отличается от заболони только меньшей влажностью, называют спелодревесными (ель, пихта, бук, липа и др.). Древесные породы, у которых нельзя заметить значительного различия между центральной и наружной частями древесины ствола, носят название заболонные породы (береза, клен, ольха, осина и др.).

В древесине всех пород располагаются сердцевинные лучи, которые служат для перемещения влаги и питательных веществ в поперечном направлении и создания запаса этих веществ на зимнее время. У хвойных пород они обычно очень узки и видны только под микроскопом.

Древесина легко раскалывается по сердцевинным лучам, по ним же она растрескивается при высыхании.

Микростроение древесины

Изучая 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).

В древесине лиственных пород имеются мелкие и крупные сосуды, имеющие форму трубочек, идущих вдоль ствола. В растущем дереве по сосудам передвигается влага от корней к кроне. По распределению сосудов в поперечном сечении лиственные породы разделяют на кольц есосудистые (дуб, вяз, ясень и др.) и рассеяннососудистые (бук, граб, ольха, береза, осина и др.).

У хвойных пород сосудов нет, их функции выполняют удлиненные замкнутые клетки, называемые трахеидами. У большинства хвойных пород, преимущественно в слоях поздней древесины, расположены смоляные ходы - межклеточные пространства, заполненные смолой.

Крупные полые клетки, стенки которых пронизаны мелкими отверстиями, образуют древесные сосуды в виде овальных трубочек, идущих вдоль ствола.

Трахеиды весеннего слоя, веретенообразные клетки, вытянутые вдоль ствола, имеют широкую полость и тонкую стенку. Оболочки клеток имеют поры, через которые клетки сообщаются друг с другом.

Узкие клетки, вытянутые в длину с заостренными концами и сравнительно толстыми оболочками, образуют древесные волокна, называемые лнбриформ. Эти элементы равномерно распределены по годичному слою, плотно соединены между собой, что и придает лиственным породам необходимую пр очность

Различают запасающие клетки - древесную и сающей ткани лучевую паренхиму. Древесная паренхима состоит из тонкостенных клеток шаровидной или кубической формы, располагающихся в древесине вертикальными рядами: в них создается запас питательных веществ.

В клеточной оболочке содержатся и другие природные полимеры - лигнин и гемицеллюлоза, которые размещаются преимущественно между микрофибриллами, а также небольшое количество неорганических веществ в виде солей щелочноземельных металлов.

Истинная плотность древесины всех деревьев изменяется незначительно, так как древесина состоит в основном из одного вещества - целлюлозы. Среднее значение истинной плотности древесины можно принять равным 1,54 г/см 3 .

Под плотностью материала понимают отношение его массы к объему. Измеряют плотность в килограммах, деленных на кубический метр. Плотность древесины в значительной степени зависит от ее влажности. Поэтому плотность древесины всегда пересчитывают, приводя к стандартному значению влажности (15 %). Определяют плотность древесины взвешиванием образцов стандартных размеров: 20х20х30 мм.

Таблица 1. Средняя плотность различных пород древесины, кг/м 3

Cредняя плотность древесины разных пород и даже древесины одной и той же породы колеблется в весьма широких пределах, поскольку строение и пористость растущего дерева зависят от почвы, климата и других природных условий. У большинства древесных пород в абсолютно сухом состоянии она меньше 1. г/см 3 . Пористость древес ины изменяется в широких пределах (от 30 до 80 %)

Гигроскопичность и влажность . Древесина, имея волокнистое строение и большую пористость, обладает огромной внутренней поверхностью, которая легко сорбирует водяные пары из воздуха (гигроскопичность). Влажность, которую приобретает древесина в результате длительного нахождения на воздухе с постоянной температурой и влажностью, называется равновесной. Она достигается в тот момент, когда упругость паров над поверхностью древесины оказывается равной упругости паров окружающего ее воздуха. Между равновесной влажностью древесины и параметрами окружающего воздуха (относительная влажность и температура) существует зависимость, которая выражается диаграммой.

Вода в древесине может находиться в трех состояниях - свободном, физически связанном и химически связанном. Свободная или капиллярная вода заполняет полости клеток и сосудов и межклеточные пространства. Физически связанная или гигроскопическая вода находится в стенках клеток и сосудов древесины в виде тончайших гидратных оболочек на поверхности мельчайших элементов, слагающих стенки клеток.

Влажность древесины , при которой стенки клеток насыщены водой (предельное содержание гигроскопической влаги), а полости и межклеточные пространства свободны от воды (отсутствие капиллярной воды), называют Е,% преде лом гигроскопической влажности. Для древесины различных пород она колеблется от 23 до 35 % (в среднем 30 %) от массы сухой древесины.

Гигроскопическая вода, покрывая поверхность мельчайших элементов в стенках клеток водными оболочками, увеличивает и раздвигает их. При этом объем и масса древесины увеличивается, а прочность снижается. Свободная вода, накапливаясь в полостях клеток, существенно не изменяет расстояния между элементами древесины и поэтому не влияет на ее прочность и объем, увеличивая лишь массу, теплопроводность и теплоемкость.

Разница в усушке древесины в тангенциальном и радиальном направлениях и неравномерность высыхания сопровождается возникновением внутренних напряжений в древесине, что может вызвать ее коробление и растрескивание. Боковые края досок стремятся выгнуться в сторону выпуклости годовых слоев, а наибольшему короблению подвержены доски, выполненные из древесины, расположенной ближе к поверхности бревна, и широкие доски.

Стойкость к действию агрессивных сред : при длительном воздействии кислот и щелочей древесина медленно разрушается. В кислой среде древесина начинает разрушаться при рН<2. Слабощелочные растворы почти не разрушают древесину. В морской воде древесина сохраняется значительно хуже, чем в пресной (речной, озерной). В воде большой биологической агрессивности стойкость древесины низкая.

В древесине всех пород располагаются сердцевинные лучи, которые служат для перемещения влаги и питательных веществ в поперечном направлении и создания запаса этих веществ на зимнее время. У хвойных пород они обычно очень узки и видны только под микроскопом.

Под микроскопом можно видеть, что основой строения древесины является растительная клетка, состоящая из оболочки и внутренней полости, в которой находятся протоплазма с ядром и пластиды. Протоплазма - бесцветное слизистое вещество, напоминающее по виду яичный белок; состоит из органических и минеральных веществ. Ядро круглой или овальной формы занимает в клетках центральное место.

По химическому составу ядро сходно с протоплазмой, но отличается содержанием фосфора. Смесь вещества ядра более вязкая, чем протоплазмы. Рост дерева идет за счет деления ядра, а затем клетки в целом. Пластиды представляют собой более плотные мелкие зернышки чечевицеобразной или округлой формы.

Основную массу хвойных пород составляют трахеиды, которые выполняют механические и проводящие функции. Они расположены spanрадиальными рядами и представляют собой вытянутые клетки с косо срезанными концами. В хвойных породах в отличие от лиственных имеются также смоляные клетки, которые вырабатывают и хранят смолу, образуя смоляные ходы. Химический состав древесины. Древесная масса состоит из органических и минеральных веществ.

Клеточная оболочка - это прозрачная, эластичная и тонкая (до 0,001 мм) пленка. Она состоит из целлюлозы и лигнина и имеет отверстия - поры различных видов, через которые питательные вещества проникают из одной клетки в другую. Лиственные породы имеют более сложное строение, чем хвойные. Древесину лиственных пород составляют сосуды, древесные волокна, которые выполняют механические функции, волокна паренхимы и сердцевинные лучи.

И др.) с одревесневшими (пропитанными ) оболочками и составляет осн. часть ствола, корней и ветвей растений. Между корой дерева и самой древесиной находится слой живых (камбий), при к-рых, с одной стороны, образуется кора, с другой - новый слой древесины.

Хим. состав древесины зависит от и возраста деревьев, от части дерева, а также от типа леса, в к-ром росли деревья, и др. Состав абсолютно сухой древесины (в %): 49-50 С, 43-44 О, ок. 6Н, 0,1-0,3 N, 0,1-1,0 минеральных в-в. Главные составные части древесины- , и , состоящие из и пентозанов (табл. 1). В древесине содержатся, как правило, относительно небольшие кол-ва таннинов, др. экстрактивных в-в (в древесине 0,7-3,3% смол и , 3-11% таннинов), красящих и азотсодержащих соед., минер. в-в (водорастворимые , в осн. К и Na, -10-25%, водонерастворимые - , и Са, Mg и Fe - 75-90%) и др. В малых кол-вах присутствуют мн. хим. элементы, напр. Аl, В, Mn, As. Прир. древесина- гигроскопичный материал капиллярнопористой структуры, способный удерживать влагу в макропорах (в полости - своб. влага) и микропорах (между фибриллами клеточной стенки - связанная, или гигроскопич., влага). Свежесрубленная древесина обычно содержит 60-100% влаги от массы сухой древесины. Равновесная для разл. древесных приблизительно одинакова и при 20 °С составляет ок. 30% от массы сухой древесины. При удалении связанной влаги древесина уменьшается в размерах. Снижение размеров при удалении всей гигроскопич. влаги для древесины отечеств. равно в тангенциальном и радиальном направлениях соотв. 6-10 и 3-5%, вдоль волокон - 0,1-0,3%. Плотность древесины существенно зависит от ее и , места отбора образцов из деревьев, условий произрастания. Так, плотность древесины деревьев умеренного климата составляет 0,3-0,9 г/см 3 , тропич. деревьев - 0,05-1,4 г/см 3 , древесинного в-ва разл. - ок. 1,55 г/см 3 . Древесина обладает низким относит. удлинением и высокой при растяжении, особенно вдоль волокон. Эта в значительной степени зависит от древесины, и для образцов, напр., свежесрубленной при содержании влаги в заболонной древесине 100-120%, в ядровой древесине 31-34% равна 50-110 МПа, а для образцов той же древесины при средней ок. 10% - 70-150 МПа. при растяжении поздней древесины хвойных обычно в 3 раза больше, чем у ранней. Этот показатель в 2-3 раза больше при сжатии вдоль волокон и приблизительно в 12 раз превышает при скалывании вдоль волокон. Сопротивление изнашиванию повышается с увеличением древесины и ее объемной массы, а уменьшается с возрастанием . Износ торцевой пов-сти примерно на 60% больше, чем боковой. Уд. приблизительно одинакова для всех древесных - для сухой древесины 1,7-1,9 кДж/(кг . К) при 0-100°С. Древесина- плохой проводник тепла и электричества, но хорошо проводит звук. сухой древесины березы и вдоль волокон равна соотв. 0,128 и 0,349 Вт/(м . К), уд. электрич. сопротивление для березы вдоль волокон при 8% - 4,2 . 10 - 8 Ом . м. Скорость распространения звука вдоль волокон колеблется от 3050 до 5260 м/с (примерно в 10 раз выше, чем в , и в 2-3 раза выше, чем в ), напр., для и соотв. 4175 и 5030 м/с. Скорость распространения звука поперек волокон в 3 раза меньше. Уд. сухой древесины всех 19,6-21,4 МДж/кг. Доля СССР в общем запасе древесины составляет 24%, а в ее мировом приросте - 28% (табл. 2). Древесину широко применяют как строит. конструкционный, а также поделочный материал. Значительную часть древесины (в нек-рых странах до 30%) используют как

Основная масса древесины состоит из органических веществ, содержа­щих углерод (С), водород (Н), кислород (О) и азот (N).

В химический состав древесины, входят также минеральные вещества, ко­торые при сгорании образуют золу. В зависимости от породы дерева количество золы в древесине колеблется от 0,2 до 1,7%.

Входя­щие, в химический состав древесины углерод, водород, кислород - образуют сложные органические вещества, часть которых, входит в клеточ­ные стенки, часть - в сами клетки.

Клеточные стенки древесины, состоят преимущественно из целлюлозы, гемицеллюлозы и лиг­нина, полости клеток - из дубильных и красящих веществ, смо­лы, камеди, эфирных масел и алкалоидов.

Целлюлоза, гемицел-люлоза и лигнин составляют около 96% веса сухой древесины.

Целлюлоза является основным химическим веществом клеточных оболочек древесины и относится к полисахаридам.

Строение ее волокнистое. В воде, спирте, эфире, ацетоне и других обычных органических растворителях не растворяется.

Путем воздействия на целлюлозу различными кислотами и последующей химической обработки из нее получают бумагу, искусственный шелк, древесный кормовой сахар, винный спирт, лаки и др.

Гемицеллюлозы, по своему химическому составу близки к целлюлозе и также относятся к полисахаридам. Они обладают меньшей химической стойкостью, легко гидролизуются под воздействием кислот и переходят в раствор.

Гемицеллюлозы, разделяются на группу пентозанов и гексозанов.

Пентозаны при гидролизе образуют сахара-пентозы, которые не способны бродить и давать спирт, гексозаны образуют сахарагексозы, способные бродить и дающие спирт. Пентозаны преобладают в древесине лиственных пород, гексозаны - в древесине хвойных.

Лигнин, по сравнению с целлюлозой отличается меньшей стойкостью, легче подвергается воздействию горячих щелочей, окислителей и пр. Под действием сернистой кислоты или раствора едкого натра лигнин переходит в раствор. На этом свойстве основано получение из древесины целлюлозы, которая освобож­дается при этом от лигнина, образуя техническую целлюлозу.

При сухой перегонке дерева из лигнина получается метиловый спирт. Он тоже входит в химический состав древесины.

Дубильные вещества, обладают вяжущим вкусом, способностью растворяться в воде и спирте, в сочетании с солями железа придавать темно-синие и зеленоватые окраски растворам. Дубильные вещества, применяют в кожевенном производстве для дубления шкур.

Красящие вещества, встречаются обычно в полостях клеток. Химический состав древесины разнообразен, поэтому красящие вещества бывают красного, желтого, синего и коричневого цвета.

Краски, получающиеся из древесины некоторых пород, применяются для крашения материи, спиртовые растворы неко­торых красок - для подкрашивания ликеров и кондитерских из­делий.

Особую группу веществ близких к смолам, представляют у некоторых растений лакто - резины - млечные соки, из которых получают каучук и гуттаперчу - материалы для изготовления резиновых изделий.

Камеди - прозрачная густая жидкость, выделяющаяся из растений, быстро застывающая и твердеющая на воздухе. Камеди используют для изготовления некоторых сортов клея, в спичечном производстве, текстильной промышленности, медицине, кондитерском производстве и др.

Из эфирных масел, содержащихся в химическом составе древесины, можно изготовить камфорное масло. Из него приготовляют камфару, используемую при изготовлении целлголоида и для медицинских целей.

Из алкалоидов, встречающихся в древесных породах, следует отметить хинин, который добывают главным образом из коры некоторых видов деревьев. Употребляется хинин в медицине как противомалярийное средство.

Качество древесины, применяемой в виде сырья в отдельных химических производствах, определяется количественным содер­жанием необходимых химических веществ.

Так, древесина ели, сосны, осины, тополя и др. является главнейшим сырьем для по­лучения целлюлозы - основного полуфабриката для изготовле­ния бумаги, вискозного шелка, нитроцеллюлозы и пр.

Древесина сосны, служит ценным сырьем в смоло - скипидарных производствах, древесина дуба и каштана - важным сырьем для получе­ния дубильных веществ.

Некоторые породы высоко ценятся изза содержания красящих веществ: красное дерево или красный сандал (содержит красные красящие вещества), сумах, желтое де­рево, маклюра (желтые красящие вещества), синий сандал (синее красящее вещество).

Древесина (бот.). - В обыденной жизни и технике Древесина называют внутреннюю часть дерева, лежащую под корой. В ботанике под именем Древесина, или ксилемы, разумеют ткань или совокупность тканей, образовавшихся из прокамбия или камбия (см. это сл. и ст. ); 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 Древесина и луба - получаются так наз. замкнутые пучки (высшие споровые, однодольные и некоторые растения), либо же на границе между Древесина и лубом остается слой деятельной ткани - камбий и получаются пучки открытые (двудольные и голосемянные). В первом случае Древесина остается постоянным, и растение неспособно утолщаться; во втором благодаря деятельности камбия с каждым годом количество Древесина Прибывает, и ствол растения мало-помалу утолщается. У наших древесных пород Древесина лежит ближе к центру (оси) дерева, а луб - ближе к окружности (периферии). У некоторых других растений наблюдается иное взаимное расположение Древесина и луба (см. ). В состав Древесина 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 Древесина, 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 Древесина поднимается вверх из почвы к листьям так назыв. сырой сок, т. е. 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 . 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 Древесина 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 Древесина). 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, и кристаллы щавелево-кальциевой соли. Кроме того, древесная паренхима играет, вероятно, роль и при передвижении воды. Как составной элемент Древесина 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 (E rsatzfasern) - 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, т. е. без предварительного разгораживания последних поперечными перегородками.

II. . Два различаемые здесь элемента носят название либриформа [название дано по сходству элементов этой системы (fibrae sive cellulae libriformes) с волокнами толстостенного луба (liber)] простого (т. е. без перегородок) и перегородчатого. тические, 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 Древесина; 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 Древесина наименее распространенный.

III. Сосудистая, или трахеальная, система. В состав ее входят настоящее сосуды (трахеи) и сосудистые клетки или волокна, обыкновенно называемые трахеидами. 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. 5 b), 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 Древесина крепость, напр. у хвойных. Древесина 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 воды в Древесина 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 Древесина хвойных , или кольца. Рис. 4 представляет поперечный разрез еловой Древесина (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 м 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 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).

ДРЕВЕСИНА.

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 образуются обыкновенно в раннюю пору жизни растения; у лиственных пород - только в первом году жизни, и встречаются лишь в самой внутренней части Древесина, в так называемой сердцевинной трубке, составляющей первичную древесину [самая ранняя Древесина, 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 Древесина даже невооруженным глазом, представляясь в виде округлых пор или отверстий. Сосуды, однако, совершенно отсутствуют во всей вторичной Древесина хвойных (она составляет главную массу дерева) - особенность, дозволяющая легко отличить Древесина хвойных от всякой другой. У лиственных пород различно бывает распределение сосудов среди других органов Древесина, что также нередко дает превосходные признаки для отличения пород по Древесина 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 (Frü hjahrsporenkreis). 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 ными 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 Древесина - 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 Древесина [Для полного знакомства с прохождением и строением сердцевидных лучей их нужно изучать не только на поперечном (рис. 6 aii) разрезе Древесина, 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 Древесина Для Древесина 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 Древесина 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 Древесина входят лишь некоторые из 6 первых вышеописанных элементов; но они комбинируются друг с другом весьма различно. и элементов были особенно тщательно изучены Санио. Он составил особую таблицу, руководствуясь которой можно по небольшому кусочку Древесина определить растение (см. литературу). Как упомянуто было выше, у двудольных и голосемянных растений количество Древесина 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 у деревьев, напр., находятся только в первом, самом внутреннем и вместе с тем самом старом годичном слое, в состав которого входит первичная Древесина (см. выше). В физико-химическом отношении все слои могут быть сходны, или же внутренние отличаются от наружных и Древесина обособляется на внутреннюю часть, или ядро (Kernholz, duramen), и наружную, или заболонь (Splint, alburnum - см. Ядро и ). Ядровая Древесина 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 Древесина, 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. ). В физиологическом отношении ядро отличается от остальной Древесина 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 Holzkö rpers" и "Vergleichende Untersuchungen über die Zusammensetzgung des Holzkörpers" ("Botanisch e Zeitung", 1863); Де-Бари, "Сравнительная анатомия вегетативных органов явнобрачных и ообразных растений" (перев. проф. А. Н. а, вып. I-II, СПб., 1877-80); Haberlandt, "Physiologische Pflanzenanatomie" (1884); , "Краткий практический курс растительной гистологии для начинающих" (перевод С. а, 1886); Strasburger, "Das botanische Practicum" (1887), проф. , "Курс анатомии растений" (1888); Tschirch, "Angewandte Pflanzenanatomie" (1889); Robert Hartig, "Die anatomisch en Unterscheidungsmerkmale der wichtigeren in Deutschland wachsenden Hö lzer" (1890, 3-е изд.) и "Lehrbuch der Anatomie und Physiologie der Pflanzen" (1891); Van-Tieghem, "Trait é de Botanique" (т. I, 1891); и Яшнов,"Определение древесины, семян и ветвей по таблицам" (1893). Специальная литература указана в вышепоименованных сочинениях. См. еще см. Инкрустирующее вещество, Дерево, Лигнин.