Древесина хвойных пород отличается довольно простым и правильным строением.
В центре ствола хвойных пород находится так называемая сердцевина, имеющая вид неправильного круга диаметром 1—4 мм. Сердцевина состоит из паренхимных тонкостенных и одревесневших клеток. В молодом деревце или вершинном побеге, где еще нет законченной дифференциации тканей древесины, клетки сердцевины выполняют функции запасающих тканей и содержат крахмал, жиры и другие органические продукты. По мере роста дерева и выделения специализированных тканей, надобность в запасающих клетках сердцевины отпадает, они отмирают и заполняются воздухом.
На поперечном и продольном разрезах видно, что у сосны, лиственницы и кедра центральная часть ствола отличается от периферической более темным цветом, а в свежесрубленном состоянии, кроме того, и меньшим содержанием воды.
Темноокрашенная центральная часть древесины называется ядром, а периферическая светлая — заболонью.
У ели и пихты центральная часть ствола отличается от периферической только меньшим содержанием воды и называется спелой древесиной.
Ядровая и спелая часть древесины у растущих деревьев выполняет механические функции, не участвуя в обмене веществ.
С возрастом деревьев процентное содержание ядра или спелой древесины увеличивается.
В условиях Севера протяжение заболони по радиусу деревьев в возрасте 140 лет (на высоте 1,3 м) неодинаково для различных пород.
Ядро и спелая древесина образуются тогда, когда окаймленные поры трахеид закупориваются и выключаются из водопроводящей системы дерева, а клеточные оболочки пропитываются особыми ядерными веществами.
Водопроводящие и механические функции у хвойных деревьев выполняют трахеиды, они являются основным элементом древесины и занимают 90—95% общего ее объема.
Трахеиды расположены радиальными рядами и на поперечном срезе имеют вид четырехугольных или шестиугольных клеток, а на радиальном и тангентальном разрезах — вид волокон с косо срезанными концами. Радиальные ряды состоят из повторяющихся в каждом годичном кольце двух типов трахеид — ранних и поздних. Ранние трахеиды, выполняя проводящие функции, имеют широкую внутреннюю полость и тонкие стенки с многочисленными порами. Поздние трахеиды, образующие так называемую позднюю древесину, выполняют механические функции, поэтому имеют утолщенные стенки и сравнительно узкие полости.
Характерная особенность трахеид — окаймленные поры, сгруппированные преимущественно на радиальных стенках у концов, которыми каждая трахеида вклинивается между соседними, образуя плотное соединение.
Окаймленные поры — это не простые отверстия, соединяющие полости двух соседних клеток, с поверхности они прикрыты тонким первичным слоем клеточной оболочки. Поры соседних трахеид всегда находятся одна против другой и разделены общей для двух клеток срединной пластинкой (мембраной). Следовательно, окаймленная пора образуется двумя соседними трахеидами. Мембрана окаймленной поры в центре имеет утолщение, называемое торусом. Над первичным слоем и торусом вторичные слои соседних клеток нависают в виде купола, как бы окаймляя их, отсюда и название — окаймленная пора.
При выходе из полости клеток диаметр пор примерно равен 4—5 μ, затем сильно расширяется и в месте примыкания к срединной пластинке достигает 12—25. Диаметр торуса всегда несколько превышает внутренний диаметр поры.
Первичные слои клеток, образующие мембрану окаймленной поры, в своей неутолщенной части имеют тончайшие отверстия, облегчающие проникновение веществ из клетки в клетку. В живых клетках эти мельчайшие отверстия заполнены плазматическими нитями, при помощи которых плазма всех живых клеток организма соединена в одно целое.
При отклонении мембраны в ту или другую сторону торус закрывает выходное отверстие из полости клетки, прекращая этим дальнейшее функционирование поры.
У трахеид, расположенных в зоне ядра или спелой древесины, подавляющее большинство пор закупорено торусом, и они выключаются из водопроводящей системы. В заболони число пор, закрытых торусом, незначительно, и практически они не влияют на передвижение воды в древесине.
Число окаймленных пор в трахеидах довольно велико. Так, количество их у ранних трахеид 80—100, а у поздних — 10—20.
Размеры трахеид у хвойных деревьев изменяются не только в зависимости от породы, но также и от возраста, условий местопроизрастания и других факторов. Основываясь на обширных исследованиях ученых, можно принять для сосны, ели, лиственницы и пихты следующие размеры трахеид: длина 2—4 мм, ширина или наружный диаметр 0,2—0,04 мм, толщина стенок 0,005—0,008 мм. У поздних трахеид длина и толщина стенок больше, а ширина меньше.
Клеточные стенки трахеид состоят из целлюлозы, лигнина, гемицеллюлоз и полиуронидов. Полости этих клеток заполнены водой и воздухом.
Вторым элементом хвойных пород являются сердцевинные лучи, идущие между трахеидами в строго радиальном направлении.
Длина сердцевинных лучей увеличивается с каждым новым вегетационным периодом, по мере удаления камбиального слоя от центра ствола.
Сердцевинные лучи состоят из паренхимных живых клеток и предназначены для хранения питательных веществ. Клетки сердцевинных лучей значительно меньше трахеид, длина их примерно 0,04—0,08 мм, ширина 0,01—0,03 мм. Сердцевинные лучи у хвойных пород по ширине обычно образуются одним рядом клеток, если же в сердцевинном луче залегает горизонтальный смоляной ход, — то и несколькими рядами.
По высоте в луче всегда несколько рядов клеток: у сосны, кедра, лиственницы и ели верхний и нижний ряды образованы горизонтальными трахеидами с мелкими окаймленными порами, внутренние ряды — паренхимными клетками с простыми порами.
Выполняя функции запасающих тканей, сердцевинные лучи должны быть постоянно связаны с лубом, по которому идут питательные вещества от листьев. Эта связь осуществляется через камбий, который образует сердцевинные лучи как в сторону древесины, так и в сторону луба.
Стенки клеточной оболочки сердцевинных лучей сравнительно тонки и состоят в основном из целлюлозы, что делает их непрочными в механическом отношении. Полости клеток заполнены протопластом, содержащим в себе живую часть — протоплазму и ядро, а также неживые включения вроде зерен крахмала, жиров и т. п.
Протоплазма клеток сердцевинных лучей через ультрамикроскопические отверстия в мембране пор соединена в одно целое, а также соединена с протоплазмой клеток камбиального слоя и живых клеток луба. Благодаря этому клетки сердцевинных лучей могут выполнять функцию запасающих тканей и передавать запасы органических веществ камбию и другим живым клеткам.
В ядровой и спелой древесине сердцевинные лучи, как и все другие ткани, отмирают и перестают выполнять запасающие функции.
У хвойных пород, кроме сердцевинных лучей, есть еще одна ткань, которая выполняет запасающие функции, — это древесная паренхима. Клетки древесной паренхимы разбросаны между трахеидами или сгруппированы около смоляных ходов, стенки их сравнительно тонки и состоят из целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина.
В ядровой и спелой древесине клетки паренхимы отмирают и заполняются воздухом и водой. Количество древесной паренхимы в хвойных породах незначительно и обычно не превышает 1 % всей древесины.
Характерной особенностью древесины хвойных пород являются смоляные ходы, за исключением пихты, у которой они наблюдаются только иногда и то единично. Каждый ход состоит из канала, образуемого паренхимными клетками путем их дифференциации.
Смоляные ходы бывают вертикальные, тянущиеся параллельно оси ствола, и горизонтальные, проходящие по сердцевинным лучам.
Диаметр вертикальных смоляных ходов в среднем у сосны равен 0,1 мм, у ели и лиственницы — 0,06 мм. Длина ходов колеблется от 10 до 100 см.
Горизонтальные смоляные ходы имеют диаметр 0,03—0,04 мм и длину не выше сердцевинного луча. На 1 см2 поперечного среза сосны и ели насчитывается от 200 до 300 вертикальных смоляных ходов.
Горизонтальные смоляные ходы своими каналами всегда соединены с вертикальными, так что вся система образует одно целое. Такое строение дает возможность обильно заливать смолой ранения в любой части ствола.
Кроме того, через горизонтальные смоляные ходы живые клетки соединены с другими живыми тканями дерева.
В ядровой и спелой древесине горизонтальные смоляные ходы зарастают тиллами, часть ходов в ядровой древесине перестает функционировать и отключает от общей системы вертикальные смоляные ходы.
Смоляные ходы в заболони, вследствие смоляного давления, способны выделять терпентин непосредственно после их перерезания. Смоляные ходы ядровой древесины этим свойством не обладают, и терпентин в них находится как бы в хранилище.
При растрескивании древесины или других разрушениях смоляных ходов в ядре терпентин, разливаясь, не кристаллизуется, а пропитывает мертвые клетки. Как показывают исследования, смола и терпены обладают слабой токсичностью по отношению к дереворазрушающим грибам, поэтому большая стойкость смолистой древесины против гниения объясняется не столько антисептическими, сколько физическими их свойствами.
Смоляные ходы располагаются, главным образом, в позднем слое годичного кольца.
Обобщая все вышеизложенное, можно сделать следующее заключение о строении древесины хвойных пород.
Ткани, составляющие древесину, располагаются в стволе от периферии к центру в определенном порядке. Снаружи ствол покрывает пробковый слой коры, состоящий из мертвых пробковых и пробковидных клеток, очень устойчивых против микроорганизмов и насекомых. Клетки пробкового слоя у сосны и лиственницы содержат воды около 20%, у ели — 30%. К пробковым клеткам примыкает очень тонкий слой феллодермы, состоящий из клеток пробкового камбия, а также паренхимных клеток коры. Затем идет лубяной слой, состоящий из ситовидных трубок, сердцевинных лучей, лубяных волокон и лубяной паренхимы.
В феллодерме и лубе много живых клеток, заполненных плазмой и содержащих жиры и крахмал. Ситовидные трубки заполнены органически ми веществами, идущими от листьев. Все это делает феллодерму и луб весьма благоприятным питательным материалом для развития микроорганизмов и насекомых. Клетки луба и феллодермы имеют в среднем влажность у ели 141%, у сосны 152, у лиственницы 200% от абсолютно сухого веса; при высыхании они изменяют объем, что приводит к растрескиванию луба и постепенному отпаду коры.
За лубом идет камбиальный слой, состоящий из живых клеток, при жизни очень стойких против грибов, а в отмершем-состоянии, после рубки дерева, являющихся хорошей питательной средой для микроорганизмов.
За камбием следуют слои собственно древесины. В заболони, площадь которой колеблется в широких пределах в зависимости от диаметра деревьев, 50—60% клеток первого годичного слоя, считая от камбия, — живые, содержат протопласт, а также некоторые другие органические вещества. В последующих годичных кольцах заболони количество живых клеток резко уменьшается, они сохраняются в сердцевинных лучах, в смоляных ходах и в древесной паренхиме около лучей и смоляных каналов.
Следовательно, весь поверхностный слой заболони — это весьма хорошая питательная среда для микроорганизмов, в последующих слоях эти благоприятные условия для развития грибов остаются только в сердцевинных лучах и клетках древесной паренхимы.
Ядровая и спелая древесина состоит целиком из мертвых клеток, полости которых заполнены воздухом, а стенки пропитаны смолистыми и ядерными веществами. Поэтому ядро и спелая древесина могут служить питательной средой только для более высокоорганизованных видов грибов — базидиомицетов.
В круглых лесных сортиментах, непосредственно после валки деревьев, древесина по всей боковой поверхности прикрыта корой и обнажена только с торцов. От поражения ее грибами до некоторой степени механически предохраняет пробковый слой коры, а камбиальный слой до отмирания клеток сохраняет способность противостоять грибам и препятствует их проникновению в древесину. Влажность заболони также неблагоприятна для развития грибов.
Таким образом, в теплое время года, в первые 10—15 дней после рубки, древесина в круглых лесных сортиментах не подвергается серьезным изменениям и при надлежащих защитных мероприятиях может долго сохранять свое качество. Это в известной мере относится к пиломатериалам и другим сортиментам, о чем будет подробно сказано в последующих разделах.