Древесина

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).

Древесина

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.

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

Рис. 1. Основные части ствола и его главные разрезы: 1 - поперечный; 2 - радиальный; 3 - тангенциальный.

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.

Рис. 2. Типы клеток, слагающих древесину: а - древесинная паренхима; б - трахеиды; в - членики сосудов (трахей); г - волокна либриформа; д - клетки гетерогенного сердцевинного луча хвойного дерева; е - клетки гетерогенного сердцевидного луча лиственного дерева.

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 ).

Рис. 3. Схема расположения сосудов древесины на поперечном сечении годичного кольца: 1 - клёна (рассеянно-сосудистая); 2 - вяза (кольцесосудистая).

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).

Рис. 4. Участки срезов древесины сосны: 1 - поперечного; 2 - радиального; 3 - тангенциального;
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.

где W - влажность в %, m - начальная масса образца, m 0 - 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 W пг при t 20°С, составляет в среднем 30%.

Рис. 5. Зависимость равновесной влажности древесины W p от влажности j и температуры t воздуха.

На большинство свойств древесины оказывает влияние изменение содержания связанной влаги. При достаточно длительной выдержке Д. приобретает равновесную влажность W p , 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

где У w - усушка в %, а пг - размер (объём) образца при пределе гигроскопичности, a w - размер (объём) образца при данной влажности W в диапазоне 0-W пг. 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

где m w и v w - 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:

L = l ном × k r и k x 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 k x

Таблица 2. - Коэффициент к r

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 W пг показатели уменьшаются в 1,5-2 раза. Модуль упругости вдоль волокон составляет 10-15 Гн/м 2 (100-150 тыс. кгс/см 2 ), 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

Таблица 4. - Плотность и механические свойства малых чистых (без пороков) образцов древесины при влажности 12%

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.

Ядро примыкает к сердцевине и представляет собой мертвую, не участвующую в физиологических процессах центральную зону.

Заболонь – живая зона древесины.

Кора состоит из двух слоев: наружного – корки и внутреннего – лубяного слоя. По лубяному слою выработанные в листьях продукты фотосинтеза поступают к корням. Наружный слой служит для защиты дерева от внешних воздействий.

В раннем возрасте древесина всех пород состоит только из заболони. Со временем живые элементы вокруг сердцевины отмирают, водопроводящие пути закупориваются и в них происходит отложение экстрактивных веществ (смол, таннидов, красящих веществ).

Древесина отечественных лесных пород обычно имеет светлые цвета, при этом у некоторых из них весь срез одного тона, у других центральная часть темнее. Темноокрашенная часть древесины – ядро, а светлая – заболонь. Породы, имеющие четкое различие между ядром и заболонью, называют ядровыми , например: сосна, дуб, ясень, яблоня, тополь, можжевельник и др.

Породы, в которых четкого различия нет, называют безъядровыми .

Безъядровые породы делятся на две группы: спелодревесные (ель, бук, осина, груша, липа, пихта), влажность центральной зоны которых меньше периферийной, и заболонные, влажность которых по сечению ствола одинаковая. К заболонным породам относятся лиственные – береза, клен, граб, липа, самшит, груша и др. Объем заболонной древесины уменьшается от вершины к комлю (нижней части ствола), а также с увеличением возраста дерева. У некоторых безъядровых пород (береза, бук, осина) наблюдается потемнение центральной части ствола, которую в этом случае называют ложным ядром .

По механическим свойствам заболонная древесина почти не отличается от ядровой, но она в свежесрубленном состоянии содержит больше влаги, более подвержена гниению и легче поражается насекомыми.

На поперечном разрезе ствола легко рассмотреть концентрические слои вокруг сердцевины – это годичные слои (кольца) . Годичные слои нарастают от центра по одному в год и по их числу можно определить возраст дерева. Ширина годичных слоев неодинакова у разных пород и даже в разных местах одного дерева. Например, с южной стороны, где больше света, ширина годичных слоев больше. Засуха, холодное лето, излишняя влага и другие неблагоприятные условия ведут к уменьшению ширины годичных слоев. По их относительной величине на пне свежесрубленного дерева можно определить климатические особенности прошлых лет. Ширина годичных слоев зависит также и от положения в стволе. В нижней части ствола годичные слои наиболее узкие, выше ширина их увеличивается. У быстрорастущих пород, например ивы, тополя, ширина годичных слоев достигает 1–1,5 см.

Каждое годичное кольцо состоит из внутреннего и наружного слоя. Внутренний слой, называемый ранней древесиной , образуется весной и в начале лета. Древесина мягкая и светлая. Наружный слой, или поздняя древесина , нарастает к концу лета. Древесина твердая и темная.

В пределах годичного кольца плотность поздней древесины в 2–3 раза больше ранней. Количество поздней древесины влияет на плотность и механические свойства породы. В зависимости от места произрастания дерева его древесина может быть разной степени твердости.

В строительном деле особенно ценился так называемый мачтовый лес (прямые высокие стволы) и кондовая сосна, выросшая на сухом месте, с плотной и мелкослойной древесиной. Срубленная в декабре, она отличается особой прочностью (почти в 2 раза прочнее срубленной в феврале). Для изготовления бытовых изделий, например коробов, и для резьбы ценилась мягкая древесина мендовой сосны, выросшей на болотистой низине.

На поперечном разрезе хорошо заметны светлые, блестящие линии от сердцевины к коре – это сердцевинные лучи . Их ширина 0,005–1 мм. Широкие лучи имеют дуб и бук. Они могут быть окрашены контрастно к окружающей древесине и на тангенциальном разрезе напоминают чечевички или имеют веретенообразную форму, а на радиальном разрезе имеют вид блестящих, разной ширины и длины полосок или черточек. Количество сердцевинных лучей зависит от породы дерева: у хвойных их в 2–3 раза меньше, чем у лиственных. С увеличением количества сердцевинных лучей несколько ослабевает механические свойства древесины.

На поперечном разрезе лиственных пород видны отверстия различной величины – это сосуды , проводящие влагу в стволе, на поперечном разрезе березы и ольхи иногда можно обнаружить бурые или коричневые точки, черточки или пятнышки – это сердцевинные повторения , которые являются следствием повреждения древесины насекомыми.

Древесина хвойных и лиственных пород имеет свои отличительные особенности. Для древесины хвойных пород характерна сравнительная простота и правильность строения. Основную массу ее составляют расположенные рядами вытянутые клетки, называемые трахеидами . Их длина 2–10 мм, диаметр 0,02–0,05 мм. В стенках трахеид имеются поры, через которые они сообщаются с соседними клетками. Трахеиды ранней части годичного слоя имеют тонкие стенки и широкие полости, через которые поступают вода и растворенные в ней минеральные вещества. Трахеиды поздней части годичного слоя с толстыми стенками придают древесине прочность.

Особенностью строения древесины хвойных пород является наличие клеток, вырабатывающих и хранящих смолу. Так, у древесины сосны, кедра, ели и лиственницы имеется неприятная для деревообработчика особенность – смоляные ходы – каналы, наполненные смолой. Их количество и размер зависят от породы: у сосны смоляные ходы крупные и их много, у лиственницы – мелкие и немногочисленные.

Различают горизонтальные и вертикальные смоляные ходы. Длина вертикальных ходов 10–80 см, а их диаметр 0,1 мм. Горизонтальные смоляные ходы тоньше, но их очень много – до 300 штук на 1 см 2 площади сечения ствола.

Строение лиственных пород более сложное, чем хвойных. Основную массу древесины составляют сосуды и древесные волокна.

Сосуды – это система клеток для проведения воды и растворенных в ней минеральных веществ от корней к листьям. Сосуды представляют собой трубки длиной в среднем 10 см (у дуба до 2 м) и диаметром 0,02–0,5 мм. Чем больше в древесине сосудов, тем она рыхлее. Вода из сосудов проходит к соседним живым клеткам через поры в боковых стенках.

В зависимости от характера сосудов различают кольцесосудистые и рассеянно-сосудистые породы.

Кольцесосудистой называется древесина, у которой крупные сосуды расположены сплошным кольцом в ранней древесине, а мелкие собраны группами в поздней (дуб, ясень, вяз, ильм, каштан, карагач и др.).

Рассеянно-сосудистыми называют породы, в которых крупные и мелкие сосуды распределены равномерно по всему годичному слою (липа, ольха, осина, береза, клен, самшит, бук, грецкий орех и др.).

Древесные волокна являются наиболее распространенными клетками у лиственных пород и составляют их основную массу. Это клетки с толстыми стенками и узкими полостями длиной 0,7–1,6 мм, шириной 0,02–0,05 мм. Одревесневшие стенки этих волокон являются наиболее прочными.

Химический состав древесины очень сложный. На долю неорганических веществ приходится 0,2–1,7 %. При сгорании древесины они дают золу. В состав древесины входят кальций, калий, натрий, магний, фосфор и другие элементы. Органическая часть включает: 49–50 % углерода, 43–44 % кислорода, 6 % водорода и 0,1–0,3 % азота. Из древесины получают: целлюлозу, спирт, смолу, камеди, танниды, скипидар и др.

Таким образом, основными признаками при определении породы являются: наличие ядра, ширина заболони, резкость перехода от ядра к заболони, различная степень видимости годичных слоев, разница между ранней и поздней древесиной, наличие и размеры сердцевинных лучей, диаметр сосудов, наличие смоляных ходов, их размер и количество.

Так, например, если вам попадется древесина, у которой хорошо заметны годичные слои из-за того, что поздняя древесина темнее ранней, нет сосудов, сердцевинные лучи очень тонкие и почти не видны, есть смоляные ходы, знайте это древесина хвойных пород.

Трудно назвать какую-нибудь отрасль народного хозяйства, где древесина не использовалась бы в том или ином виде, и перечислить изделия, в которых древесина не является составной частью. По объему использования и разнообразию применения в народном хозяйстве с ней не может сравниться никакой другой материал. Древесину применяют для изготовления мебели, столярно-строительных изделий. Из неё делают элементы мостов, судов, кузовов, вагонов, тару, шпалы, спортивный инвентарь, музыкальные инструменты, спички, карандаши, бумагу, предметы обихода, игрушки, сувениры. Натуральную или модифицированную древесину применяют в машиностроении и горнорудной промышленности; она является исходным сырьём для целлюлозно-бумажной промышленности, производства древесных плит.

Древесина - это продукт растительного происхождения, по химическому составу представляющий собой сложный комплекс, состоящий в основном из органических веществ различного состава и структуры. Наиболее значимыми для характеристики растительного сырья является целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, существенное значение имеет содержание экстрактивных веществ, уронновых кислот, зольных компонентов, а так же углеводный состав гидролизатов, образующихся при количественном гидролизе легко- и трудногидролизуемых полисахаридов и других веществ.

Определение этих компонентов и ведёт к наиболее полной характеристике химического состава растительной ткани.

В последнее время хвойные породы древесины получили широкое применение в лесохимической и деревоперерабатывающей промышленностях, изучение их химического состава, строения и морфологических особенностей играет важную роль в правильном и рациональном использовании древесинных пород.

1. Аналитический обзор

Сосна (PinusL.) - вечнозеленое дерево из семейства сосновых (PinuseaeLindl). В настоящее время насчитывается около ста видов, относящихся к этому роду, из которых в России произрастает четырнадцать и ещё около девяноста было интродуцированно, подвиды некоторых сосен занесены в Красную книгу. Самый распространённый вид сосны, произрастающей в России,- сосна обыкновенная.

Сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.) широко распространена на всей территории России. Это одна из ценнейших хвойных пород нашей страны. Дерево первой величины, достигающее высоты (35-40) м, вечнозеленое, однодомное, раздельнополое, анемофильное (ветроопыляемое). При условиях неблагоприятных, например, на болоте, сосна остается карликом, и столетние экземпляры не превышают иногда высоты одного метра. Очень светолюбивая древесная порода. Крона у молодых деревьев конусовидная, позже – округлая, более широкая, а в старости зонтиковидная или плоская. Очень морозо- и жаростойка. Продолжительность жизни дерева от 150 до 200 (иногда 400) лет. Размножается семенами. Обладает пластичной корневой системой, развивающейся в соответствии с характером и структурой почвы. Обычно для сосны обыкновенной выделяют четыре типа корневых систем, достаточно сильно различающиеся по форме и строению.

1. Мощная корневая система с развитым стержневым («редькой») и боковыми корнями типична для почв, достаточно свежих и хорошо дренированных.

2. Мощная корневая система со слабо развитым стержневым корнем, но исключительно сильно развитыми боковыми корнями, располагающимися на ничтожной глубине параллельно поверхности почвы, - типична для сухих почв с очень глубоким горизонтом грунтовых вод.

3. Слабо развитая корневая система, состоящая только из поверхностно расположенных коротких, редко разветвленных корней, - типична для почв с избыточным увлажнением, полуболотных и болотных.

4. Густая, но неглубокая корневая система «щеткой» - типична для плотных почв с глубоким расположением уровня грунтовых вод.

Эта пластичность корневой системы сосны делает её чрезвычайно ценной в лесоводственном отношении древесной породой, давая возможность для искусственного облесения на самых сухих, бедных и заболоченных почвах.

Ствол сосны, растущей в сравнительно сомкнутых насаждениях, стройный, прямой, ровный, высокоочищенный от сучьев; в изреженных насаждениях или на просторе дерево менее высокое, ствол сбежистый и более суковатый. Кора в разных частях дерева различной толщины и разного цвета: в нижней части ствола она толстая, бороздчатая, красно-бурая, почти серая; в средней и верхних частях ствола и на крупных ветвях - желтовато-красная, отслаивающаяся тонкими пластинками, почти гладкая, тонкая. Почки красновато-бурые, удлиненно-яйцевидные, остроконечные, длиной (6-12) мм, в большинстве смолистые, расположены на конце побега мутовчато вокруг конечной почки, иногда почки появляются на побегах сбоку, но ветвей не образуют. Наибольший прирост по высоте дает в благоприятных условиях в возрасте (15-30) лет, достигая к восьмидесяти годам 30 м.

Древесина сосны с розовым или буро-красным ядром и желтовато-бурой заболонью, прямослойная, легкая, смолистая, прочная, легко обрабатывается. Годичные слои хорошо видны, ранняя часть годичного слоя светлая, поздняя – темная.

Хвоя темно-зеленая, растет в пучках по две, длиной (4-7) см, сверху выпуклая, снизу плоская, жесткая, остроконечная. Держится на дереве в течение трех лет, опадает вместе с укороченным побегом. Укороченные побеги располагаются спирально, равномерно покрывая как главный, так и боковые побеги и придавая им радиальную симметрию. Укороченные побеги выходят из пазухи чешуек, представляющих собой редуцированные листья. Эти чешуйки хорошо видны только на молодом побеге. Укороченный побег имеет сложное строение, хорошо различимое сразу после распускания почек. Он состоит из очень короткого от 1 до 2мм стебля, двух хвоинок, между которыми на стебле имеется маленькая спящая почка. Кроме того, укороченный побег имеет еще пленчатые чешуйки двух видов, плотно охватывающие его в виде трубки, - так называемое влагалище укороченного побега. Эти пленчатые чешуйки являются редуцированными листьями. Они хорошо видны только весной на молодых побегах, позже засыхают и опадают. Спящая почка опадает вместе с хвоей. При сильном повреждении хвои, например, насекомыми или при поломке верхней части удлиненного побега, при повреждении верхушечной почки у многих укороченных побегов спящие почки прорастают, и между двумя хвоинками появляется удлиненный побег. Хвоя ежегодно опадает с дерева, но не вся сразу, а частично, так как отдельные иглы живут (2-3) года. Хвоя сосны может служить источником витаминных препаратов. Её широко использовали в годы Великой Отечественной войны для профилактики лечения гипо- и авитаминоза.

В конце мая сосны начинают цвести. В это время можно видеть целые тучи «желтой пыли», поднимающейся над лесом. В случае дождя вся эта пыльца падает на землю и сносится водой в низины, что дает повод несведущим людям говорить о выпадении «серного дождя». На одних ветвях образуются мужские шишки, собранные в большом количестве в виде колосовидного «соцветия», желтого цвета, а на верхушках молодых побегов, того же дерева находятся женские шишки. Женские шишечки овальной формы, длиной от 5 до 6 мм, во время цветения красноватые, сидят на коротких ножках. Опыление происходит весной, а оплодотворение летом следующего года. Зрелые шишки сосны удлиненно-яйцевидные, длиной (2,5-7,0) см и шириной (2-3) см, буровато-серые, матовые, с плотными деревянистыми семенными чешуями, свисающие на загнутых ножках вниз. Щитки, или апофизы, на концах семенных чешуй матовые или слабо блестящие почти ромбические, пупок (бугорок апофиза) слабовыпуклый. Встречаются шишки красно-коричневые, лилово-коричневые, серые, серо-зеленые. Примерно 85% общего урожая орехов в России приходится на сосну сибирскую. В годы со средней урожайностью сырьевой запас орехов составляет 733 тыс. т, из них 672 тыс. т. приходится на Сибирский, 43 тыс. т. на Уральский и 18 тыс. т. на Дальневосточный федеральные округа. Наибольшая плотность урожая орехов приходится на Томскую область, Республику Тыва и на Иркутскую область.

Урожайность сибирской сосны зависит от условий ее произрастания. В центре ареала лишь один год из пяти бывает неурожайным, в то же время на северной границе ареала хорошие и средние урожаи бывают три - четыре раза за 10 лет. Среднемноголетняя урожайность сибирских кедровников находится в пределах от 10 до 170 кг/га. В разреженных лесах от 140 до 180-летнего возраста урожаи достигают 800 кг/га.

Семена удлиненно-яйцевидные, длиной (3-4) мм, различной окраски (пестрые, серые, черные) с крылом в три-четыре раза длиннее семян, охватывающим семя с двух сторон, как щипчиками, и легко от него отделяющимся. Время вылета семян растянуто и продолжается с первых дней весны до конца мая – начала июня. Прорастание семян и появление всходов возможно в течение всего вегетационного периода. В лесу сосна начинает плодоносить с сорока лет, при свободном состоянии с (15-30) лет. Семенные годы повторяются через два-три-пять иногда даже до двадцати лет (в зависимости от региона и погодных условий).

Всходы обычно с (4-7) трехгранными семядолями. Хвоинки на всходах одиночные, сидят спирально. Парная хвоя появляется на второй год. Верхушка удлиненного побега второго года заканчивается одной верхушечной и несколькими боковыми почками, из которых весной следующего года образуется первая мутовка. Следовательно, при определении возраста молодых сосенок к числу мутовок надо прибавлять две единицы, так как первые два года мутовки не образуются. Определять возраст сосны по мутовкам сравнительно легко до (40-50) лет, поскольку с возрастом сучья нижних мутовок отмирают и делаются незаметными на стволе, зарастая древесиной и корой. К тому же при благоприятных условиях в течение вегетационного периода сосна может за один год давать два и более прироста, соответственно образуя две и более мутовки.

Сосна образует ряд форм, различающихся цветом шишек, формой апофиза, строением крон. У сосны обыкновенной имеются формы с пирамидальной и плакучей кроной, с золотистой, серебристой и беловатой окраской хвои у молодых побегов, с корой пластинчатой и чешуйчатой.

Химический состав

Химический состав отдельных видов древесных пород, а также их частей качественно сходен, однако в количественном содержании отдельных компонентов имеются существенные различия. Имеются и индивидуальные особенности в количественном содержании отдельных компонентов внутри одного вида, связанные с возрастом и условиями произрастания. Древесина состоит из органических веществ, в состав которых входят углерод, водород, кислород и немного азота. Абсолютно сухая древесина сосны в среднем содержит: 49,5 % углерода; 6,1 % водорода; 43,0 % кислорода; 0,2 % азота.

Кроме органических веществ, в древесине есть минеральные соединения, дающие при сгорании золу, количество которой колеблется в пределах (0,2--1,7) %; однако у отдельных пород (саксаула, ядра фисташки) количество золы достигает (3--3,5) %. У одной и той же породы количество золы зависит от части дерева, положения в стволе, возраста и условий произрастания. Больше золы дают кора и листья; Древесина ветвей содержит золы больше, чем древесина ствола; например, ветви березы и сосны дают при сгорании 0,64 и 0,32% золы, а стволовая древесина -- 0,16 и 0,17 % золы. Древесина верхней части ствола дает золы больше, чем нижняя; это указывает на большое содержание золы в древесине молодого возраста.

В состав золы входят главным образом соли щелочноземельных металлов. В золе из древесины сосны, ели и березы содержится свыше 40 % солей кальция, свыше 20 % солей калия и натрия и до 10 % солей магния. Часть золы от 10до 25 % растворима в воде (главным образом, щелочи -- поташ и сода). В прежнее время поташ К 2 СО 3 , употребляемый в производстве хрусталя, жидкого мыла и других веществ, добывали из древесной золы. Зола от коры содержит больше солей кальция (до 50% у ели), но меньше солей калия, натрия и магния. Входящие в состав древесины и названные выше основные химические элементы (С, Н и О) образуют сложные органические вещества.

Главнейшие из них образуют клеточную оболочку (целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы -- пентозаны и гексозаны) и составляют 90--95% массы абсолютно сухой древесины. Остальные вещества называются экстрактивными, то есть извлекаемыми различными растворителями без заметного изменения состава древесины; из них наибольшее значение имеют дубильные вещества и смолы. Содержание основных органических веществ в древесине в некоторой мере зависит от породы. Это видно из таблицы 2

Таблица 2- Содержание органических веществ в древесине разных пород

В среднем можно принять, что в древесине хвойных пород содержится (48--56) % целлюлозы, (26--30) % лигнина, (23--26) % гемицеллюлоз, содержащих (10--12)% пентозанов и около 13% гексозанов; в то же время древесина лиственных пород содержит (46--48) % целлюлозы, (19--28) % лигнина, (26--35) % гемицеллюлоз, содержащих (23--29) % пентозанов и (3--6) % гексозанов. Из этих таблицы 2 видно, что древесина хвойных пород содержит повышенное количество целлюлозы и гексозанов, а для древесины лиственных пород характерно высокое содержание пентозанов. В клеточной оболочке целлюлоза находится в соединении с другими веществами. Особенно тесная связь, характер которой до сего времени не ясен, наблюдается между целлюлозой и лигнином. Ранее считали, что лигнин лишь механически примешан к целлюлозе; однако в последнее время все более приходят к убеждению, что между ними существует химическая связь.

Химический состав ранней и поздней древесины в годичных слоях, то есть содержание целлюлозы, лигнина и гемицеллюлоз, практически одинаков. Ранняя древесина содержит лишь больше веществ, растворимых в воде и эфире- это особенно характерно для лиственницы. По высоте ствола химический состав древесины меняется мало. Так, в составе древесины дуба по высоте ствола не обнаружено практически ощутимых различий. У сосны, ели и осины в возрасте спелости обнаружено незначительное увеличение содержания целлюлозы и понижение содержания лигнина и пентозанов в средней по высоте части ствола. В древесине ветвей сосны, ели и осины содержится меньше целлюлозы (44--48) %, но больше лигнина и пентозанов. Однако у дуба не обнаружено заметных различий в химическом составе древесины ствола и крупных ветвей, лишь в мелких ветвях найдено меньше дубильных веществ (8 % в стволе и 2 % в ветвях). Различие в химическом составе древесины заболони и ядра летнего дуба видно из данных таблицы 3.

Таблица 3- Различие в химическом составе древесины заболони и ядра сосны

Как видим из таблицы, заметное различие обнаружилось только в содержании пентозанов и дубильных веществ: в древесине ядра их больше (а золы меньше). Химический состав оболочек клеток камбия, вновь образовавшейся древесины и заболони, сильно различается: в элементах древесины резко возрастает содержание целлюлозы и лигнина (у ясеня с 20,2 до 4,6 % в камбии, до 58,3 и 20,9 % в заболони), но также резко снижается содержание пектинов и протеинов (с 21,6 и 29,4 % в камбии и до 1,58 и 1,37 % в заболони). Влияние условий произрастания на химический состав древесины изучено мало.

Целлюлоза - природный полимер, полисахарид с длинной цепной молекулой. Общая формула целлюлозы (C 6 H 10 O 5)n, где n степень полимеризации составляет от 6000 до 14000. Это очень стойкое вещество, нерастворимое в воде и обычных органических растворителях (спирте, эфире и других), белого цвета. Пучки макромолекул целлюлозы - тончайшие волоконца называются микрофибриллами. Они образуют целлюлозный каркас стенки клетки. Микрофибриллы ориентированны преимущественно вдоль длинной оси клетки, между ними находится лигнин, гемицеллюлозы, а также вода. Целлюлоза состоит из длинных цепных молекул, образованных повторяющимися звеньями, состоящими из двух глюкозных остатков. Каждая пара связанных между собой глюкозных остатков называется целлобиозой. Глюкозные остатки образуются после выделения молекулы воды при соединении молекул глюкозы в процессе биосинтеза полисахарида целлюлозы. В целлобиозе глюкозные остатки повернуты на 180 0 , первый углеродный атом одного из них связан с четвертым углеродным атомом соседнего звена.

Рассматривая целлюлозу на молекулярном уровне, можно сказать, что макромолекула ее имеет вид вытянутой неплоской цепи, образованной различными структурами звеньев. Наличие различных звеньев связано со слабыми внутримолекулярными связями между гидроксильными группами (ОН-ОН) или между гидроксильной группой и кислородом (ОН - О).

Целлюлоза на 70 % обладает кристаллической структурой. По сравнению с другими линейными полимерами целлюлоза имеет особые свойства, что объясняется регулярностью строения цепи макромолекулы и значительными силами внутри- и межмолекулярного взаимодействия.

При нагревании до температуры разложения целлюлоза сохраняет свойства стеклообразного тела, то есть ей присущи в основном упругие деформации. Целлюлоза - химически стойкое вещество, она не растворяется в воде и большинстве органических растворителей (спирте, ацетоне и др.). При действии щелочей на целлюлозу протекают одновременно физико-химические процессы набухания, перегруппировки и растворения низкомолекулярных фракций. Целлюлоза мало устойчива к действию кислот, что обусловлено глюкозидными связями между элементарными звеньями. В присутствии кислот происходит гидролиз целлюлозы с разрушением цепей макромолекул. Целлюлоза - это вещество белого цвета, плотностью от 1,54 до 1,58 г/см 3 .

Понятием гемицеллюлоза объединяется группа веществ, близких по химическому составу к целлюлозе, но отличающихся от нее способностью легко гидролизоваться и растворяться в разбавленных щелочах. Гемицеллюлозы представляют собой главным образом полисахариды: пентозаны (C 5 H 8 O 4)n и гексозаны (C 6 H 10 O 5)n с пятью или шестью атомами углерода в основном звене. Степень полимеризации гемицеллюлоз (n =60-200) значительно меньше, чем целлюлозы, т. е. цепочки молекул короче. При гидролизе полисахаридов гемицеллюлоз образуются простые сахара (моносахариды); гексозаны переходят в гексозы, а пентозаны -- в пентозы. Обычно из древесины не получают гемицеллюлоз в виде товарных продуктов. Однако при химической переработке древесины они широко используются для получения многих ценных веществ. Например, при нагревании древесины с двенадцатипроцентной соляной кислотой почти все пентозаны (93--96) % переходят в простые сахара -- пентозы -- и после отщепления от каждой молекулы моносахарида трех молекул воды образуется фурфурол -- продукт, широко применяемый в промышленности. В растущем дереве гексозаны -- запасные вещества, а пентозаны выполняют механическую функцию .

Кроме углеводов (целлюлозы и гемицеллюлоз), в состав клеточной оболочки входит ароматическое соединение -- лигнин, которое отличается высоким содержанием углерода. Целлюлоза содержит 44,4 % углерода, а лигнин (60--66)%. Лигнин менее стоек, чем целлюлоза, и легко переходит в раствор при обработке древесины горячими щелочами, водными растворами сернистой кислоты или ее кислых солей. На этом основано получение технической целлюлозы. Лигнин получается в виде отходов при варке сульфитной и сульфатной целлюлозы, при гидролизе древесины. Содержащийся в черных щелочах лигнин в основном сжигается при регенерации.

Лигнин используется в качестве пылевидного топлива, заменителя дубильных веществ, в производстве крепителей формовочных земель (в литейной промышленности), пластических масс, искусственных смол, для получения активированного угля, ванилина и другого. Однако вопрос о полном квалифицированном химическом использовании лигнина пока еще не решен. Из остальных органических веществ, содержащихся в древесине, наибольшее промышленное использование получили смолы и дубильные вещества.

Под смолой подразумевают гидрофобные вещества, растворимые в нейтральных неполярных растворителях.

Эту группу веществ принято делить на нерастворимые в воде смолы (жидкие и твердые) и камедесмолы, содержащие растворимые в воде камеди. Среди жидких смол наибольшее значение имеет живица, которую получают из древесины (иногда из коры) хвойных пород в результате подсочки. Подсочка сосны и кедра ведется следующим образом. Осенью на очищенном от грубой коры участке ствола специальными инструментами проводится вертикальный желобок, а с наступлением теплой погоды весной систематически снимаются направленные под углом 30° к желобку полоски коры и древесины и образуются так называемые подновки. Глубина подновок обычно (3--5) мм. Рана, наносимая дереву при подсочке, называется каррой.

Из перерезанных смоляных ходов живица, находящаяся под давлением (10-- 20) атмосфер, вытекает в подновки и по желобку направляется в приемник. После нанесения четырех-пяти подновок из конического приемника стальной лопаточкой выбирают живицу. Для увеличения выхода живицы применяют химические стимуляторы (хлорную известь или серную кислоту), которыми обрабатывают свежевскрытую поверхность древесины.

Подсочка ели ведется путем нанесения карр в виде узких продольных полос. Для получения живицы из лиственницы просверливают каналы вглубь ствола до встречи с крупными смоляными «карманами», которые часто образуются в нижней части ствола. Лиственничная живица высоко ценится и применяется в лакокрасочной промышленности для изготовления лучших сортов лаков и эмалевых красок. Пихтовая живица добывается из «волдырей», образующихся в коре. Живицу из проколотых «волдырей» выдавливают в переносные приемники. Пихтовая живица напоминает по своим свойствам канадский бальзам и находит применение в оптике, микроскопической технике и тому подобное.

В наибольших количествах добывается сосновая живица, которая представляет собой прозрачную смолистую жидкость с характерным сосновым запахом. На воздухе живица твердеет и превращается в хрупкую белесоватую массу -- баррас. Полученная в результате подсочки сосновая живица содержит примерно 75 % канифоли и 19 % скипидара, остальное составляет вода. Живицу можно рассматривать как раствор твердых смоляных кислот (канифоль) в жидком терпентинном масле (скипидар). Переработка живицы осуществляется на канифольно-терпентинных заводах и заключается в отгонке с водяным паром летучей части -- скипидара. Остающаяся нелетучая часть представляет собой канифоль.

Скипидар и канифоль можно получать путем экстракционной переработки пневого осмола -- ядровой части сосновых пней, обогатившихся смолой за счет отгнивания малосмолистой заболони. В качестве растворителя чаще всего используют бензин. Полученный экстракт подвергают разгонке. Растворитель и скипидар отгоняются, а канифоль остается. Экстракционные продукты уступают по качеству скипидару и канифоли, полученным из живицы. Скипидар находит широкое применение как растворитель в лакокрасочной промышленности, для производства синтетической камфоры и других продуктов. Камфора в больших количествах используется в качестве пластификатора в производстве целлулоида, лаков и кинопленки.

Основной потребитель канифоли -- мыловаренная промышленность, где она используется для изготовления хозяйственного мыла. В большом количестве используется канифольный клей для проклейки бумаг. Глицериновый эфир канифоли вводят в состав нитролаков для придания пленке блеска. Канифоль используется для приготовления электроизоляционных материалов, в производстве синтетического каучука и др. Большое промышленное значение имеет камедь лиственницы. Камедь экстрагируется из измельченной древесины кислой водой (концентрация уксусной кислоты 0,2 %) при температуре 30°. После упаривания до концентрации (60--70) % получают товарный продукт. Применяют ее в текстильном производстве для изготовления красок, в полиграфической, бумажной промышленности.

Понятием дубильные вещества или танниды объединяются все вещества, которые обладают свойствами дубить сырую кожу, придавая ей стойкость против гниения, эластичность, способность не разбухать. Наиболее богата дубильными веществами древесина ядра дуба от 6 до 11 % и каштана от 6 до 13 %. В коре дуба, ели, ивы, лиственницы и пихты содержится от 5 до 16 % таннидов. В наростах на листьях дуба -- галлах содержится от 35 % до 75 % таннидов (одной из разновидностей дубильных веществ). В листьях и корнях бадана содержание таннидов составляет (15-25) %.

Танниды растворимы в воде и спирте, обладают вяжущим вкусом, при соединении с солями железа дают темно-синюю окраску, легко окисляются. Дубильные вещества экстрагируют горячей водой из измельченной древесины и коры. Товарным продуктом является либо жидкий, либо сухой экстракт, который получают после упаривания раствора в вакуум-аппарате и сушки. Из древесных растений можно получать также эфирные масла, лакторезины и красящие вещества.

Эфирные масла относят к группе терпенойды (изопренойды) - углеводороды построенные из различного количества изопреновых единиц.

Из хвои и шишек разных видов пихты добывают пихтовое масло, представляющее собой прозрачную, бесцветную ароматическую жидкость, быстро испаряющуюся на воздухе. Хвоя сибирской пихты содержит от 0,63 до 3 %, а хвоя кавказской пихты 0,2 % пихтового масла. Пихтовое масло имеет применение в фармацевтическом производстве, в парфюмерии и для приготовления лаков. Летучие эфирные масла хвойных пород сосны, ели, западной туи, обладают свойствами фитонцидности, т. е. способностью убивать микробов, находящихся в воздухе или в воде.

Почки сосны содержат эфирное масло, смолы, крахмал, дубильные вещества, пинипикрин. В хвое много аскорбиновой кислоты, дубильных веществ, а также содержатся алкалоиды, эфирное масло. В живице до 35 % эфирного масла и смоляные кислоты. В медицине почки сосны применяются в виде настоя, настойки, отвара, экстракта как отхаркивающее, мочегонное, дезинфицирующее, противовоспалительное и противоцинготное средство. Почки сосны являются составной частью грудного сбора; в сочетании с хвойными иглами в виде настоя и экстракта могут быть применены для приготовления хвойных ванн. Полипренол -- активный компонент сосновой хвои обладает антисеротонинергическим действием. Из хвойных игл готовят концентраты и настои, применяемые при цинге, а также для лечебных ванн. Экстракт сосновых почек обладает бактерицидными свойствами по отношению стафилококка, шигелл и кишечной палочки. Скипидар входит в состав мазей, линиментов, употребляемых при невралгиях, миозитах, для растираний. Его назначают внутрь и для ингаляций при бронхитах, бронхоэктазах. Деготь обладает дезинфицирующим и инсектицидными свойствами, оказывает местное раздражающее действие. Он используется в виде мазей для лечения кожных заболеваний и ран. Кора содержит дубильные вещества. Живица из коры кедровой сосны содержит скипидар и канифоль.

Лакторезины -- млечные соки некоторых растений, близкие к смолам. К ним относятся каучук и гуттаперча. Каучук добывается из коры дерева Hevea brasiliensis и представляет собою аморфную массу от желтого до темного цвета, растворимую в сероуглероде, хлороформе, эфире и скипидаре. Гуттаперчу получают из некоторых тропических древесных пород (например, Isonandra gutta Hook и других). Из российских пород гуттаперчу содержат в коре корней (до 7 %) бересклет бородавчатый и европейский. Очищенная гуттаперча представляет собой твердую массу бурого цвета, легко растворимую в сероуглероде, хлороформе и скипидаре. Из нее изготавливают клише для рисунков, изоляцию электрических кабелей и другое.

Красящие вещества могут находиться как в древесине, так и в коре, листьях и корнях. В древесине встречаются красящие вещества красного, желтого, синего и коричневого цветов. Из произрастающих в нашей стране пород для окрашивания тканей и пряжи в желтый цвет местное население на Кавказе использует древесину маклюры, шелковицы, скумпии, кору граба, сумаха и хмелеграба, для окраски в красный цвет -- сухую кору крушины, в коричневый -- древесину скумпии, кожуру грецкого ореха и другое.

Химический состав коры деревьев резко отличается от химического состава древесины (ксилемы). Нужно также отметить, что внутренняя и внешняя части коры, имеющие разное функциональное назначение и соответственно строение, существенно отличаются друг от друга и по составу. Но достаточно часто анализ химического состава коры делается без разделения ее на луб и корку.

Отличительной особенностью химического состава коры является высокое содержание экстрактивных веществ и наличие неких специфичных компонентов, не удаляемых нейтральными растворителями. Последовательным экстрагированием растворителями с увеличивающейся полярностью из коры разных видов извлекают от 15 до 55 % ее массы. Следующая обработка однопроцентным раствором NaOH дополнительно растворяет от 20 до 50 % массы. В результате таких поочередных обработок древесная кора теряет от 10 до 75 % собственной массы. При всем этом из коры удаляются не только некоторая часть гемицеллюлоз, но и такие специфические составляющие, как суберин и полифенольные кислоты коры, которые нельзя относить к экстрактивным веществам. Особенности строения и химического состава коры вызывают определенные трудности при ее анализе и требуют модифицирования методик, разработанных для анализа древесины, а именно, введения дополнительных предварительных обработок водным и спиртовым растворами и фоксида натрия. В противном случае наличие суберина и полифенольных кислот может привести к значительному завышению результатов определения холоцеллюлозы и лигнина. Кора если сравнивать с древесиной содержит больше минеральных веществ (1,5-5,0)%. Иногда это обусловлено отложением в коре кристаллов карбонатов. Зольность коры в значительной степени зависит от условий произрастания дерева (состава и влажности почвы и другого.).

Массовая доля холоцеллюлозы в коре приблизительно в два раза меньше, чем в древесине, при этом в лубе ее содержание выше, чем в корке. Целлюлоза в коре, как и в древесине, является главным полисахаридом, но в отличие от древесины ее нельзя назвать преобладающим компонентом коры В литературе для массовой доли целлюлозы в непроэкстрагированных образцах коры приводятся значения от 10 до 30 %.

Как и в древесине, главные гемицеллюлозы коры хвойных пород -- глюкоманнаны и ксиланы, а лиственных -- ксиланы. В стенках пробковых клеток найден глюкан -- каллоза. Каллоза появляется и во флоэме в качестве вещества, закупоривающего ситовидные пластинки. Обращает на себя внимание довольно большая массовая доля уроновых кислот в коре, особенно в тканях луба, что связывают с высоким содержанием пектиновых веществ. С этим согласуется значительно большее количество водорастворимых полисахаридов в коре по сравнению с древесиной Состав пектиновых веществ коры существенно не отличается от состава этих веществ в древесине. Отмечают только более высокое содержание арабинозы.

Как уже подчеркивалось, нужно осторожно относиться к имеющимся в литературе данным по определению лигнина и других компонентов в коре. К примеру, для сосны ладанной (Pinus taeda) интервал результатов определения лигнина в коре весьма широк: от 20,4 до 52,2 %. Различия могут быть обусловлены внедрением различных способов подготовки образцов коры к анализу и проведения самого анализа.

Лигнин в тканях коры распределен менее равномерно, чем в древесине. Внешний слой коры наиболее лигнифицирован, чем внутренний. Наиболее лигнифицированы стенки каменистых клеток. Лигнин также содержится в стенках волокон и некоторых типов паренхимных клеток флоэмы и корки. Распределение лигнина среди разных видов клеток в коре имеет сильные видовые различия. Лигнин коры наиболее конденсирован, чем в древесине этой же древесной породы, что в какой то степени подтверждается данными по делигнификации коры. Кора труднее делигнифицируется, чем древесина.

Характерным компонентом наружного слоя коры является суберин продукт сополиконденсации, главным образом, высших (С16-С24) насыщенных и одноненасыщенных алифатических а, дикарбоновых кислот с гидроксикислотами (последние могут быть дополнительно гидроксилированы). Участие в поликонденсации мономеров с тремя и более многофункциональными группами (карбоксильными, гидроксильными) приводит к образованию сложного полиэфира с сетчатой структурой. Некоторые исследователи допускают существование и простых эфирных связей. В результате суберин невозможно выделить из коры в неизмененном виде, так как он не экстрагируется нейтральными растворителями, а сложноэфирные связи делают его весьма лабильным компонентом. Из коры суберин выделяют в виде субериновых мономеров после омыления водным или спиртовым растворами щелочи и разложения образовавшегося суберинового мыла минеральной кислотой.

Суберин содержится в перидерме, в том числе и в раневой. Он локализуется в пробковых клетках, являясь составной частью клеточной стенки. Пробковые ткани пробкового дуба содержат (42-46) % суберина, бразильского тропического дерева паосанта (Kielmeyera coriacea) -- 45 %, а пробковые клетки березы бородавчатой -- 45 % суберина. Массовая доля суберина во внешнем слое коры изредко превышает (2-3) %, но есть древесные породы, отличающиеся высоким содержанием суберина. В вышеперечисленных древесных породах субериновые мономеры составляют (2-40) % массы внешней части коры. Характерной особенностью пробковой ткани березы -- бересты является накопление наряду с суберином тритерпенового спирта -- бетулина. Состав субериновых мономеров весьма разнообразен. Кроме упомянутых выше дикарбоновых и гидроксикислот, в состав субериновых мономеров входят одноосновные жирные кислоты, одноатомные высшие жирные спирты (до 20 % массы суберина), фенольные кислоты, дилигнолы (димеры фенилпропановых единиц) и другие.

Как уже отмечалось, обработкой предварительно проэкстрагированной нейтральными растворителями коры однопроцентным водным раствором NaOH извлекается до (15-50) % материала, представляющего собой группу фенольных веществ, обладающих кислыми свойствами. Это дало повод назвать их полифенольными кислотами. Однако в них обнаружены не карбоксильные, а карбонильные группы. После осаждения из щелочного раствора лодкислением минеральными кислотами полифенольные кислоты становятся частично растворимыми в воде и полярных органических растворителях. По всей вероятности, «полифенольные кислоты» -- полимерные вещества флавоноидного типа, родственные конденсированным танинам и способные поэтому в щелочной среде претерпевать перегруппировку с появлением карбонильных групп.

Существенные различия в строении и химическом составе коры и древесины обусловливают необходимость раздельной переработки этих составных частей биомассы дерева как с технологической, так и с экономической точек зрения. Однако существующие методы удаления коры (окорки) сопряжены с потерями древесины. В отходах окорки наряду с корой содержится значительное количество древесины, что осложняет химическую переработку такого сырья. Разнообразие представленных в коре химических соединений делает привлекательной идею извлечения наиболее ценных компонентов. Развитие данного направления утилизации коры сдерживается относительно низким содержанием извлекаемых компонентов. Вследствие этого основные направления переработки коры все еще ограничены ее утилизацией как органического материала в качестве топлива, в сельском хозяйстве и т.п. Редкие примеры использования коры отдельных древесных пород для выделения дубильных веществ, производства пробки, получения дегтя (из бересты березы) и выделения из коры растущих деревьев пихты пихтового бальзама не улучшают, к сожалению, общую картину неэффективного использования содержащихся в коре ценных органических соединений.

Древесина ствола в растущем дереве выполняет три основные функции: проводящую, механическую и запасающую. Поэтому в древесине хвойных и лиственных пород можно обнаружить анатомические элементы, выполняющие перечисленные функции.

Строение древесины хвойных пород

Древесина хвойных пород имеет довольно простое и однообразное строение. В этом легко убедиться по схеме строения древесины сосны, приведенной на рис. 12. В состав древесины хвойных пород входят трахеиды и паренхимные клетки. Проводящую функцию выполняют ранние трахеиды, механическую - поздние трахеиды и запасающую функцию - паренхимные клетки. Трахеиды представляют co6oй вытянутые в длину клетки с закругленными или кососрезанными концами; они занимают почти весь объем древесины. В ранней зоне годичного слоя видны крупнополостные тонкостенные клетки, чаще всего с квадратным поперечным сечением - это ранние трахеиды, образовавшиеся начале вегетационного периода; ранние трахеиды на своих радиальных стенках, главным образом у закругленных концов, имеют окаймленные поры. На радиальном разрезе окаймленная пора имеет вид двух концентрических кружков, между которыми иногда просвечивает третий. В конце вегетационного периода образуются толстостенные узкополостные поздние трахеиды . На поперечном разрезе они имеют вид прямоугольников, сплюснутых в радиальном направлении. Поздние трахеиды имеют редко расположенные щелевидные окаймленные поры, встречающиеся на радиальных и тангенциальных стенках. Зона ранних трахеид в пределах одного годичного слоя постепенно переходит в зону поздних трахеид. Четкая граница наблюдается между поздней древесиной одного годичного слоя и ранней древесиной другого слоя (граница годичных слоев).

Паренхимные клетки в древесине всех хвойных пород входят в состав сердцевинных лучей и у некоторых пород окружают смоляные ходы. Сердцевинные лини у хвойных пород с помощью микроскопа обнаруживаются на всех трех разрезах. Сердцевинные лучи видны на поперечном срезе как полоски, состоящие из клеток, расположенных перпендикулярно границе годичного слоя. На радиальном срезе лучи замены и виде довольно высоких полосок, пересекающих под прямым углом трахеиды. На тангенциальном срезе сердцевинные лучи представлены цепочками клеток, располагающимися вдоль трахеид. Смоляные ходы . В древесине некоторых хвойных пород (сосна, кедр, лиственница, ель) чаще всего в поздней зоне годичного слоя встречаются более или менее крупные вертикальные заполненные смолой каналы - смоляные ходы. Смоляные ходы состоят из трех слоев клеток: внутреннего слоя выстилающих клеток эпителия, мертвых клеток, заполненных воздухом, и клеток (живых) сопровождающей паренхимы. Вертикальные смоляные ходы на продольных срезах имеют вид длинного параллельного трахеидам канала с примыкающими к нему паренхимными клетками. Кроме вертикальных, имеются горизонтальные смоляные ходы, которые состоят только из эпителия и слоя мертвых клеток и располагаются в многорядных (по ширине) сердцевинных лучах. Горизонтальные смоляные ходы чаще всего можно наблюдать на тангенциальных разрезах.

Рис. 12. Схема строения древесины сосны: 1- годичный слой; 2- ранние трахеиды; 3- поздние трахеиды; 4- сердцевинный луч; 5- вертикальный смоляной ход6- окаймленные поры; 7- лучевые трахеиды.

Строение древесины лиственных пород

В древесине лиственных пород, отличающихся от хвойных более сложным строением, на каждую функцию приходится по два, а иногда и более анатомических элемента.

Проводящую функцию в древесине лиственных пород выполняют сосуды . В зависимости от характера расположения сосудов по ширине годичного слоя различают породы с коль-цесосудистой и рассеяннососудистой древесиной.

Рис.13. Схема строения древесины дуба. 1-годичный слой: 2’- крупные сосуды;2”-мелкие сосуды; 3- волокна либриформа: 4’- узкий сердцевинный луч; 4”- широкий сердцевидный луч

Рис. 14. Схема строения древесины берёзы: 1- годичные слои; 2- сосуды; 3- волокна либриформа; 4- сердцевинные лучи

Схемы микроскопического строения типичных представителей кольцесосудистых (дуб) и рассеяннососудистых (береза) пород показаны на рис. 13 и 14. Крупные сосуды у кольцесосудистых пород располагаются в ранней зоне в один-два ряда. Мелкие сосуды располагаются в поздней зоне, они собраны в группы, создающие тот или иной характерный рисунок.

У рассеяннососуднстых пород сосуды чаще всего мелкие и распределены равномерно по всему годичному слою, иногда они собраны в группы по два или более сосуда.

Сосуды представляют собой вертикальные трубки, составленные члеников тонкостенных широкополостных клеток. Нижние и верхние стенки этих клеток частично или полностью растворяются. При этом образуются простые (с одним или двумя отверстиями) или лестничные перфорации (ряд щелевидных отверстий). Членик с простой перфорацией характерен для крупных сосудов древесины дуба. Перфорационная пластинка в этом случае расположена почти перпендикулярно стенкам сосуда. Лестничная перфорация обычно встречается у сосудов в древесине берёзы и ольхи.

Сосуды между собой сообщаются через округлые или многогранные окаймленные поры в стенках. Полости сосуда иногда бывают закупорены тиллами - выростами паренхимных клеток. Кроме сосудов у некоторых пород (например, у дуба), проводящую функцию выполняют также сосудистые трахеиды , представляющие собой переходный элемент между типичными трахеидами и члениками сосудов.

Волокна либриформа составляют основную массу древесины лиственных пород и выполняют механическую функцию. Волокна либриформа представляют собой сильно вытянутые по длине узкополосные клетки с толстыми стенками, в которых имеются редко расположенные простые щелевидные поры. Иногда встречаются волокнистые трахеиды (например, у груши).

Волокна либриформа, волокнистые и сосудистые трахеиды по внешнему виду очень схожи. Паранхимные клетки выполняют запасающую функцию и образуют две системы – горизонтальную (сердцевинные лучи) и вертикальную (древесная паренхима). Сердцевинные лучи по ширине могут состоять из одного или нескольких рядов паренхимных клеток. Широкие сердцевинные лучи дуба включают до 30 рядов. У некоторых пород (ольха, граб) встречаются ложноширокие сердцевинные лучи представляющие собой пучок узких лучей, близко расположенных друг от друга и отделенных только волокнами либриформа или трахеидами (сосудов между узкими лучами нет). По высоте сердцевинные лучи включают также несколько (иногда десятки) рядов клеток. На тангенциальных срезах узкие однорядные сердцевинные лучи заметны в виде вертикальных, расположенных вдоль волокон цепочек клеток. Многорядные лучи имеют вид веретена или чечевицы.

Древесная паренхима у лиственных пород развита значительно лучше, чем у хвойных. На продольных разрезах часто можно видеть отдельные вертикальные ряды паренхимных клеток; крайние клетки заострены, и вся совокупность клеток воспринимается как волокно, разделенное перегородками. Такое образование носит название тяжа древесной паренхимы . Кроме того, встречается веретенообразная паренхима , отличающаяся от паренхимных тяжей отсутствием поперечных перегородок.

"Определение особенностей микроскопического строения древесины", методическое пособие, Улан-Удэ, 2005