за счет чего растет дерево

Как растут деревья

Дерево растет в высоту, надстраивая новые клетки поверх старых. Если ветка дерева выросла на высоте метра над землей, то она так всегда и останется на той же высоте.

А если в молодое дерево вбить гвоздь, поднимется ли он с ростом дерева вверх?

Может ли продолжать расти дуплистое дерево?

Зачем дереву нужна кора?

Когда бушует низовой пожар и огонь подбирается к гигантским секвойям, их толстая кора спасает их, защищая от повреждения. Для многих деревьев толстая кора может в какой-то мере служить защитой от огня. Но это лишь один из примеров той защитной роли, которую она играет.

В случае повреждения кора многих хвойных выделяет смолу, которая залечивает рану и не позволяет проникнуть в нее патогенным грибам и другим болезнетворным организмам. Твердая, жесткая кора защищает дерево и не дает укорениться паразитическим растениям. Кроме того, нежный живой слой дерева оказывается как бы прикрытым от солнца и ветра.

Флоэма лежит прямо под корой. По этой волокнистой ткани от листьев вниз перемещаются сахара.

Как вода поднимается вверх по дереву?

Начало этого пути происходит от корневых волосков, всасывающих воду за счет осмотических сил. Клетки корневых волосков содержат растворенные сахара и соли, и вода поступает в них из окружающей почвы, чтобы уравновесить осмотическое давление.

Напор воды в несколько раз усиливает еще одна сила. Когда растет дерево, происходит испарение воды через его листья. От всего объема проходящей через дерево воды, только 1% потребуется ему для фотосинтеза, а оставшаяся вода просто испаряется. Это создает частичный вакуум, быстро заполняемый водой, поднимающейся от корней.

Как определить возраст дерева, не срубив его

Определить возраст дерева можно также, измерив его обхват на высоте 1-1,5 м над землей. Средний рост дерева не в густом лесу за год составляет 2,5 см. Следовательно можно сосчитать, что дерево с обхватом ствола в 1 метр растет около 40 лет.

Можно ли узнать возраст веток?

Рост деревьев в высоту идет за счет удлинения веток, у которых растет верхушка. У листопадных деревьев новая почка появляется на конце ветки прежде, чем опадет верхний лист. Весной (во время сезона дождей) эти почки лопаются, и появляются новые облиственные побеги. Место, откуда в каждом сезоне ветка начинает свой рост, легко отличить по рубцу в основании ежегодного прироста, и, сосчитав такие рубцы, можно определить возраст ветки.

Кольца деревьев

Непредвиденные обстоятельства нарушают правильный порядок образования колец. Жестокие засухи, поздние заморозки, нашествия насекомых-вредителей и всякие другие беды могут заставить дерево сбросить все листья после начала сезона роста, и до следующего года рост может не возобновиться. Древесные кольца не всегда симметричны, поскольку их рост на одной из сторон может быть в силу каких-либо причин нарушен. Так что по ширине колец, рубцам и другим признакам ученые могут восстановить многие события в жизни дерева.

Источник

Строение дерева. От клеток до корней

Строение растений мы изучали еще в школе. В этой статьей мы решили напомнить, что из себя представляет дерево, и рассказать о каждой из его частей: клетках и тканях, древесине и коре, ветвях и ветках, листьях и корнях.

Анатомия дерева

Деревья – это древесные растения большого размера. Они обладают уникальными свойствами, позволяющими им являться доминирующим видом царства растений во многих странах мира. В основе ухода за деревьями (древоводства) лежит глубокое понимание процессов роста и развития деревьев. Только с учетом данного принципа можно профессионально осуществлять уход за деревьями.

Клетки и ткани

Для всех живых организмов характерна общая организационная структура, состоящая из клеток, тканей и органов. Клетки – это основные «строительные б локи» данной структуры. У растений новые клетки образуются путем деления существующих. Этот процесс проходит в специальных образовательных тканях – меристемах.

Клетки:
1 – Молодая клетка с плазмой и ядром 2 – Рост клетки 3 – Зрелая клетка с большой вакуолью

После деления клетки проходят этап дифференцировки, во время которого изменяется их структура и они приобретают способность к различным специфическим функциями. Клетки с аналогичной структурой и функциями объединяются в ткани.

Затем из тканей формируются органы, которых у растений шесть: листья, стволы, корни, почки, цветы и плоды. И, наконец, органы образуют полностью функциональные организмы – деревья.

Существует два основных типа меристематической ткани:

Поперечное сечение ствола дерева: 1 – Сердцевина 2 – Ядро 3 – Сердцевинный луч 4 – Заболонь 5 – Камбий 6 – Флоэма 7 – Феллоген 8 – Кора

У деревьев есть две вторичные меристемы: камбий и феллоген.

Когда дерево срубают и рассматривают в поперечном сечении, в ксилеме видны годичные кольца. В зонах умеренного климата данные кольца соответствуют годовому образованию ксилемы в камбии. Они имеют форму круга, так как от носительный размер и плотность сосудистой ткани изменяются в течение вегетационного периода. По мере приближения к концу вегетационного периода клетки становятся меньше в диаметре.

Таким образом, благодаря резкой разнице между клетками, образованными в начале сезона (ранняя древесина), и клеткам, сформированными позднее (поздняя древесина), индивидуальный годовой прирост становится различимым.

В отношении древесины хвойные и лиственные породы значительно отличаются друг от друга. Кроме того, среди лиственных деревьев выделяются кольцесосудистые (например, Дуб (Quercus), Ясень (Fraxinus)) и рассеяннососудистые виды (например, Липа (Tilia), Бук (Fagus)).

В центре ствола формируется ядровая древесина. Она окружена живой заболонью. Не все проводящие элементы ксилемы служат для передвижения воды. За это отвечает только живая и активная ткань заболони, тогда как другая часть ксилемы, расположенная ближе к центру, является нефункциональной. Такие мертвые клетки образуют ядро – непроводящую ткань, цвет которой темнее, чем у заболони.

Флоэма отвечает за перемещение сахара от листьев к другим частям растения. Кроме флоэмы и ксилемы, сосудистая система дерева включает в себя лучевые клетки. Лучи расходятся в радиальном направлении от центра поперечного сечения через флоэму и ксилему и служат для транспортировки сахаров и их компонентов вдоль ствола. Они помогают ограничивать распространение гнили по древесной ткани и хранить запасы питательных веществ в виде крахмала.

Поперечный разрез ствола

Внешняя часть ветвей и ствола деревьев называется корой. Это защитная ткань, поддерживающая температуру внутренней части ствола, предохраняющая растения от повреждений и уменьшающая потерю воды. Кора состоит из нефункциональной флоэмы, пробковой ткани и мертвых клеток. Для минимизации потери воды ее клетки пропитаны воском и маслами.

Газообмен между живыми тканями дерева и атмосферой происходит с помощью чечевичек, маленьких пор в коре.

Перидерма — защитная ткань

Именно она защищает деревья от воздействия окружающей среды. Что представляет собой перидерма? Как формируется? Как выполняет свои защитные функции? Чем отличается перидерма разных пород?

Ветви и ветки

Верхушечная почка является наиболее сильной на ветви или ветке и располагается на конце побега. Она контролирует развитие вторичных почек с помощью гормонов. Обычно вторичные почки не развиваются и остаются в спящем состоянии. Как правило, верхушечная почка является наиболее активной на каждой ветви или ветке и контролирует развитие пазушных почек на том же побеге, которые часто бывают спящими: их рост сдерживается апикальным доминированием терминальной почки.

Побеги с доминирующей верхушечной почкой бывают моноподиальными или симподиальными.

Побеги без апикального доминирования являются ложнодихотомическими.

Некоторые побеги развивают придаточные почки, которые формируются вдоль стволов и корней. Они возникают, как правило, в ответ на потерю обычных по чек в результате действия регуляторов роста.

Ежегодный прирост: 1 – 1 год; 2 – 2 года; 3 – 3 года

Листья и почки образуются из немного утолщенной части ветки, которая называется узел. Междоузлие – это зона между узлами. На ветке видны листовые рубцы и рубцы верхушечной почки. Они помогают измерять ежегодное удлинение ветки и общий прирост. По своей структуре и функции каждая ветвь дерева сопоставима со всей кроной. Но в то же время ветви – это не просто отростки ствола.

Наоборот, ветви характеризуются уникальной формой присоединения к нему, которая имеет крайне важное значение для практической деятельности в сфере ухода за деревьями, например, для обрезки.

Ветви прочно крепятся к древесине и коре, расположенной под ветвями, но над ними крепление более хрупкое. Годовой прирост слоев ткани в зоне соединения ветви и ствола хорошо заметен и формируется большую часть времени. Плечо или выпуклость вокруг основания ветви называется воротником. В точке разветвления ткани ветви и ствола расширяются на встречу друг другу. В результате, кора приподнимается, образовывая гребень ветви. Если кора в районе разветвления окружена древесиной, она называется включенной корой. Это еще больше ослабляет развилку ствола, поскольку нормальное присоединение ветви к стволу не формируется.

Листья

Листья отвечают за производство питательных веществ для дерева. Они содержат хлоропласт, наполненный зеленым пигментом – хлорофиллом, с помощью которого происходит фотосинтез. Еще одна функция листьев – транспирация, представляющая собой выведение воды через листву посредством испарения.

Строение листа: 1 – Устьице 2 – Кутикула 3 – Эпидермис 4 – Клетки палисадной паренхимы
5 – Клетки губчатой паренхимы

Площадь листьев достаточно большая, что позволяет им поглощать солнечный свет и углекислый газ, необходимые для фотосинтеза.

Внешняя поверхность листа покрыта воскообразным слоем, который называется кутикула. Она служит для минимизации дессикации (высушивания) листа.

Испарение воды и газообмен контролируют устьица – маленькие отверстия на поверхности листа.

Лист обладает развитой системой проводящих тканей, включающей в себя вены, или капиллярные каналы. Вены состоят из тканей как флоэмы, так и ксилемы, и отвечают за транспортировку воды и жизненно необходимых веществ, а также за перенос питательных веществ, которые вырабатываются в клетках листьев, к остальным органам дерева.

Точка отделения листьев выполняет две функции:

Осенью изменение цвета листвы листопадных деревьев связано с разложением хлорофилла, позволяющим проявиться другим пигментам, содержащимся в листьях. Сокращение продолжительности светового дня в сочетании с холодными ночами приводит к усиленному накоплению сахаров и замедляет выработку хлорофилла. Этот процесс и позволяет другим пигментам, в том числе антоцианинам (красный и пурпурный) и каротиноидам (желтый, оранжевый и красный), проявиться.

Корни

Корни деревьев выполняют четыре основные функции:

Окончание корня:
1. Одревесневший корень
2. Корневой волосок
3. Корневой кончик
4. Корневой чехлик

Всасывающие корни представляют собой небольшие, волокнистые участки ткани, растущей на окончаниях основных одревесневших корней. У них есть эпидермальные клетки, модифицированные в корневые волоски, которые помогают поглощать воду и минеральные вещества. Корневые волоски живут совсем не долго (3–4 недели весной) и значительно активизируют способность к поглощению веществ с наступлением вегетационного периода весной.

Что касается корневых кончиков, они содержат меристему, где клетки делятся и растут в длину.

Корни растут там, где они могут найти воздух и кислород. Большая часть всасывающих корней находится на расстоянии 30 см от поверхности почвы. Также рядом с поверхностью располагаются горизонтальные боковые корни.

Якорные корни растут вертикально по направлению вниз от боковых корней, обеспечивая надежную фиксацию дерева и увеличивая глубину освоения почвы корневой системой.

Корневая система:
1 – Стержневая корневая система 2 – Мочковатая корневая система 3 – Поверхностная корневая система

Появление первого русскоязычного издания справочника Европейского специалиста по уходу за деревьями (European Tree Worker) в России стало возможным благодаря сотрудничеству НПСА «ЗДОРОВЫЙ ЛЕС» (Россия) с ведущим немецким учебным заведением в области подготовки специалистов по уходу за деревьями – Нюрнбергской школы ухода за деревьями (Германия).

Источник

На самом деле дерево растет не из земли (вы этого точно не знали)

Когда-то этот процесс описал простыми словами американский физик Ричард Фейнман. Так откуда берется дерево? Как вам может быть известно, основа любой древесины это углерод. Но откуда он появляется в дереве? Вы можете ответить, что из земли, и будете неправы.

Правда в том, что большая часть дерева состоит из воздуха. Из земли дерево забирает некоторые минералы – азот, фосфор, марганец, калий, различные соли – всего больше 50 различных химических элементов. Это необходимо растениям для питания. Но из земли растения получают не более 1/5 части необходимых веществ. Остальное они получают из воздуха!

Чтобы лучше это понять, сначала нам нужно представить как взаимодействуют в природе между собой атомы кислорода и углерода.

Атомы этих двух веществ устроены так, что по своей природе они «комфортно чувствуют себя» вместе. И если они вдруг оказываются рядом, они всегда стремятся соединиться в одно целое. Но если они пролетают рядом друг с другом на недостаточно высокой скорости, то они просто отталкиваются и расходятся.

Представьте себе шарик, который вы хотели бы вкатить на холм. На вершине этого холма есть ямка, наподобие кратера, но когда вы недостаточно сильно толкаете шар в гору, он не может докатиться до вершины и скатывается обратно. А если вы запустите его посильнее, он преодолеет барьер, закатится в яму и останется лежать там.

Это образное сравнение, но в целом с атомами кислорода и углерода происходит что-то определенно похожее. Кислород всегда находится рядом с углеродом, но при обычной температуре они движутся друг относительно друга на невысокой скорости и ничего не происходит.

Но если попытаться нагреть эти атомы, то они начнут ускоряться, будут все сильнее ударяться друг о друга, вызывая колебания и ускорения соседних атомов. Тепло заставляет остальные атомы сближаться, создавать еще больше тепла и так далее. В какой-то момент нагрева они начинают преодолевать известный барьер и при определённой скорости столкновения «схлопываются» друг с другом. Начинается цепная реакция, которая есть ни что иное как огонь.

Именно это и происходит когда вы подносите спичку к дереву. Сначала структура дерева не нарушается. Атомы углерода начинают вибрировать, затем когда они нагреваются сильнее, они все сильнее и сильнее раскачиваются, пока наконец не начинают отрываться от своей структуры и схлопываться с атомами кислорода, вызывая цепную реакцию.

Но откуда у атомов кислорода и углерода появилась эта «тяга» друг к другу? Как известно, для фотосинтеза нужны два неорганических вещества — углекислый газ и вода. Фотосинтез делится на две стадии: световая и темновая. Во время световой стадии происходит фотолиз — это процесс распада молекул воды под действием энергии света, образованный в результате фотолиза кислород выделяется в атмосферу.

То есть все, что делает солнечный свет, когда светит на дерево, — это просто отделяет атомы кислорода от углерода. Как бы отрывает их друг от друга. Тем самым, кислород это что-то типа побочного продукта, который солнце выбрасывает обратно в воздух, удерживая углерод с водой и тем самым создавая древесное вещество, буквально как бы строя его из воздуха. Углерод и кислород были одним целым в виде углекислого газа, но оставались разделены тепловой энергией, излучаемой солнцем. Вот откуда берется эта тяга друг к другу.

Получается, что все, чем занимается солнце, – работает над отделением кислорода от углерода.

А что происходит, когда мы поджигаем дерево?

А когда мы берем древесину и кладем ее в камин, мы как бы вновь присоединяем кислород к углероду при помощи нагрева и тот прекрасный свет и тепло, которые выходят наружу при горении дерева, это и есть та солнечная энергия в чистом виде, которая накопилась внутри древесины и теперь вырывается наружу.

Источник

Живое дерево

Для того чтобы понимать свойства древесины и как ее обрабатывать, небесполезно разобраться в том, как растут деревья.

Строение дерева

Процесс питания

Испарение влаги с листьев инициирует и стимулирует сокодвижение сквозь мельчайшие клетки, образующие структуру дерева. Двуокись углерода поглощается листьями дерева из окружающего воздуха через поры в листьях. Питательные вещества, образованные в листьях, распределяются между растущими частями дерева и одновременно запасаются некоторыми клетками.

Фотосинтез

Фотосинтез (образование органических веществ из двуокиси углерода и воды) происходит, когда энергия в виде света поглощается хлорофиллом, зеленым пигментом в листьях, в результате чего образуются питательные вещества, обеспечивающие жизнедеятельность дерева. Кислород, как побочный продукт этого процесса, выделяется в атмосферу.

Структура древесины

Наряду с клетками, ориентированными вдоль оси ствола, есть и так называемые лучевые клетки, ориентированные радиально от центра ствола. Они переносят и накапливают питание в горизонтальном направлении через заболонь. Лучевые клетки образуют плоские вертикальные скопления или полосы, едва заметные у мягких пород и явственные у некоторых твердых сортов древесины, таких, как дуб.

Заболонь и ядро (сердцевина)

У заболони светлый цвет, и она обычно отличается от более темного ядра. Разница в цвете не так заметна у светлых сортов древесины, особенно у мягких. Заболонь хуже по качеству, чем сердцевина, и мебельщики обычно пускают ее в отходы. Она не так устойчива к загниванию, а также подвержена заражению жуками-древоточцами из-за углеводов, скапливающихся в некоторых ее клетках. Пористые и сравнительно тонкостенные клетки легко отдают влагу, и в результате заболонь ссыхается больше, чем более плотное ядро. Однако ее пористость позволяет легко впитывать красящие и защитные вещества.

Поскольку сердцевина является внутренней частью растущего дерева и образуется из старой заболони, она не играет активной роли в процессе роста. Поэтому мертвые клетки могут быть заблокированы органическими веществами, что приводит к изменению цвета клеточной оболочки в присутствии особых химических веществ, называемых экстрактами. Экстракты определяют богатство цвета многих твердых сортов древесины, а также играют определенную роль в защите от грибных болезней и насекомых.

Ранняя и поздняя древесина

Как и у других растении, процесс роста у деревьев зависит от климатических условий. В умеренном климате весной рост обычно ускоренный, летом меньше, а зимой практически отсутствует. Ранняя древесина (или весенняя, как это подразумевается названием) представляет собой часть годичного кольца, образовавшуюся в ранний период годового цикла роста.

Это, конечно, не представляет большой проблемы для большинства ручных или механических инструментов, если их лезвия хорошо заточены. Однако разница в твердости может проявиться, когда поздняя древесина выступает над ранней после полировки. В целом древесина с однородной структурой наиболее легко поддается грубой и тонкой обработке. Распределение клеток твердых пород отчетливо проявляется в текстуре (естественном рисунке поперечного среза дерева) лиственных деревьев. У кольцесосудистых видов, таких, как дуб или ясень, хорошо видны кольца больших сосудов в ранней древесине и плотные волокна и клеточная ткань поздней древесины. Такие породы хуже поддаются отделочной обработке, чем рассеянно-сосудистые, такие, как бук, в которых сосуды и волокна распределены сравнительно равномерно. Хотя сорта типа красного дерева часто рассеянно-пористые, их более крупные клетки могут делать их текстуру грубой.

Источник

Из чего сделано дерево?

Как деревья ломают наше представление о законах физики и вытворяют то, что современные учёные и инженеры пока не в силах повторить!

Часто бывает что самыми интересными оказываются ответы на простые вопросы, например: — Как деревья вырастают такими высокими? На первый взгляд как-то глупо такое спрашивать, деревья просто высокие! Но некоторые из них, достигают высоты выше 100 метров.

Чтобы расти, деревьям необходимо каким-то образом доставлять воду от корней к самой верхушке, а это не так просто как кажется. Если провести эксперимент, всасывать воду через трубочку, то она поднимется максимум на 10 метров! И совсем неважно какой длины будет сама трубка и как сильно вы будите втягивать воздух.

Вода физически не сможет преодолеть эту отметку, потому что над ней окажется вакуум, и жидкость начнет закипать. Чтобы поднять воду на 100 метров, дереву придется создать разницу в давлении в 10 атмосфер! Но каким образом оно это делает?

Проблема доставки воды

Молекулы воды испаряются с поверхности листа и тянут за собой следующие. Безусловно таким образом дерево может создать эффект всасывания, но это не решит проблему 10 метров.

Вода будет стремиться попасть в корень если концентрация веществ там выше, чем в почве. Правда в мангровых зарослях вода настолько солёная, что процесс идет в обратную сторону и деревьям нужно приложить дополнительные силы, чтобы удержать жидкость внутри!

Чем тоньше трубка, тем выше поднимается вода, но диаметры ксилемных трубочек от 20 до 200 микрометров, по ним вода не доберётся даже до метра! Так что же происходит с деревьями?

Отрицательное давление

Теперь представьте что происходит внутри поры. Давление снаружи одна атмосфера, а внутри еще отрицательные 15. Как же работает эта система? Благодаря тому что поры крошечные, от двух до пяти нанометров в диаметре, при таких масштабах граница между водой и воздухом может выдержать невероятно сильное давление. Чем ближе к земле тем выше давление. У корней оно равно 1 атмосфере. Таким образом, разница в давлении достигается за счет создания отрицательного давления на верхушке.

Потребление воды

На фотосинтез уходит меньше 1% воды. Создание новых клеток забирает ещё около 5%. А куда деваются остальные 95%? — Они просто испаряются! На захват одной молекулы углекислого газа, деревья тратят сотни молекул воды. Обычное дерево теряет воду через нанопоры, чтобы создать отрицательное давление больше чем в 10 атмосфер. Чтобы поднять воду на сотню метров в жидком состоянии, хотя та должна закипать, но не может, ведь в их ксилемных трубочках нет воздуха. И все для того чтобы вода почти полностью испарилась, а дерево захватило пару молекул углекислого газа. Невольно начинаешь смотреть на них совсем по-другому.

Материал для роста деревьев

Деревья одни из крупнейших организмов на земле, но откуда они берут столько материалов для роста? Предположим, что большую часть веществ деревья получают из почвы, у них же такие мощные корни, наверняка они зачем-то нужны. Деревья коричневые как земля, они твердые и прочные, но это не так!

В начале 17 века Жан Баптист ван Гельмонт пытался понять откуда дерево берет материалы для роста. Он взял горшок земли и очень точно измерил массу этой самой земли. Затем посадил туда дерево и ухаживал за ним 5 лет, не подсыпая в горшок дополнительной почву. После эксперимента, он установил, что масса дерева составила 72 кг, а вес земли уменьшился всего лишь на 60 граммов. Вполне весомый аргумент в пользу того, что почва тут ни при чём!

Сам Жан Баптиста заключил что деревья состоят из воды, хоть это естественно не так. Он был прав в том, что вещества из которых состоит дерево берутся не из почвы. Солнце дает энергию чтобы дерево могло вырастить листья и ветви, но энергия солнца, это не вещество! Как оказалось, деревья по большей части состоят из воздуха, точнее из углекислого газа.

Источник