Химический состав дуба

ВВЕДЕНИЕ 

     Лиственные породы занимают примерно около четверти площади всех лесов России. Отсюда ясно, что по распространению и хозяйственному значению лиственные породы уступают хвойным, превосходя их многочисленностью, разнообразием свойств и характером применения. Для центра европейской части России характерен процесс смены древесных пород: после рубки - вместо хвойных появляются лиственные (береза, осина и другие) породы. Значение древесины лиственных пород для этих районов возрастает, она может использоваться для целлюлозно-бумажной и гидролизной промышленности, для производства плит и других промышленных целей [1].

     Древесина ценных лиственных пород используется как декоративный материал (мебель, отделочные работы и другие). По строению древесины, оказывающему сильное влияние на ее свойства, лиственные породы делятся на две большие группы: кольцесосудистые и рассеяннососудистые, однако в технике более распространено деление лиственных пород по твердости древесины - на твердые и мягкие, причем все кольцесосудистые относятся к твердым породам, а рассеяннососудистые разделяются на твердые и мягкие. Малое хозяйственное значение многих лиственных пород определяется не столько свойствами древесины, сколько ограниченными запасами данной породы. На сегодняшний день лесная промышленность имеет одно из важнейших значений. Сейчас один житель планеты потребляет за год в среднем примерно 30 м погонных дерева в виде всевозможных деревянных изделий, мебели и отопления. Для этого ежегодно нужно вырубать 2,8 млрд деревьев [2]. Эти потери должны возобновляться путем плановых посадок молодых деревьев. Несмотря на все блага цивилизации и технические достижения, мы остаемся частью природы, живем по ее милости. Так продолжится и в будущем, поэтому беспечное и бесконтрольное расходование невосполнимых природных ресурсов — самая большая причина для тревоги.

     Целью данной работы является изучение химического  состава дуба.

     1 Биологические особенности дуба 

     В лесах России произрастают следующие  ботанические виды дуба: дуб черешчатый, или летний (Q. robur L. или Q. pedunculata Ehr.), дуб зимний (Q. petraca Liebl.), дуб пушистый (Q. pubescens Willd.) и дуб монгольский (Q. mongolica Fisch.); из них наибольшее распространение и значение имеет дуб летний (прочие виды имеют малое распространение и значение).

     Дуб – долгоживущее листопадное дерево с шаровидной раскидистой кроной, достигает высоты 40 м, живет до (500-1000) лет. Кора ствола и старых побегов с глубокими трещинами, буро-серая, кора у молодых побегов гладкая, оливково-бурая. Корень дуба мощный, ветвистый. Крона дуба раскидистая. Листья очередные, на концах побегов сближены попарно, на коротких черешках, в очертании обратнояйцевидные и перистолопастные по форме. Лопасти округлые, тупые. Листья голые, сверху – зелёные, блестящие, снизу – светлее. Цветки раздельнополые: тычиночные в поникающих тонких сережках, сидячие на удлиненном цветоносе. Плод – яйцевидный желудь, сидящий на дне чашечковидной деревянистой плюски, которая образуется из разросшегося околоцветника. Цветки однополые. Мужские собраны в повислые кисти (сережки), женские расположены в многочисленных чешуйчатых обертках. Цветёт дуб одновременно с распусканием листьев в конце апреля – начале мая; плоды созревают в сентябре – начале октября [3].

     Дуб черешчатый. Наиболее известный представитель  рода, широко распространенный в европейской части России и Западной Европе. Имеется во многих заповедниках европейской части России, Кавказа, Прибалтики, Крыма. Образует дубовые леса и входит в состав хвойно-широколиственных лесов разных типов на различных, но богатых почвах. Долговечное, очень мощное дерево до 50 м высотой, в сомкнутых насаждениях со стройным стволом, высоко очищенным от сучьев. Кора на стволах до 40 лет гладкая, оливково-бурая, позже серовато-бурая, почти черная. Листья сверху блестящие, голые, темно-зеленые, снизу светлее, иногда с редкими волосками. Растет медленно, наибольшая энергия роста в пять - двадцать лет. Средне светолюбив, благодаря мощной корневой системе ветроустойчив. Избыточное переувлажнение почвы не переносит, но выдерживает временное затопление до 20 дней. Предпочитает глубокие, плодородные, свежие почвы, но способен развиваться на любых, включая сухие и засоленные, что делает его незаменимым в зеленом строительстве многих областей России [4]. Обладает высокой засухо- и жароустойчивостью. Одна из наиболее долговечных пород, живет до (500 – 1500) лет [5].

     Чаще  всего в озеленении используют пирамидальную  форму дуба черешчатого. У дуба черешчатого имеются также другие, менее распространенные пурпурнолистные формы. Среди них «Purpurascens» с ярко-пурпурными молодыми листьями, которые позже принимают зеленую окраску и «Nigra» с более темно-пурпурными листьями, сохраняющими эту окраску в течение всего лета. У сорта «Fastigiata Purpurea» не только необычный цвет листвы, но и пирамидальная форма кроны. Эти формы подмерзают, но могут расти от широты Мо-

сквы  и южнее.

     Дуб пушистый. Дико произрастает в южном  Крыму, северной части Закавказья, Южной Европе и Малой Азии. Имеется в заповедниках Крыма. Значительно уступает по размерам предыдущим видам, до (8-10) м, с невысоким, извилистым стволом и широкой кроной, иногда даже кустарник. Растет медленно, свето- и теплолюбив, обитает на сухих каменистых склонах и почвах, содержащих известь. Хорошо переносит стрижку. Долговечен. Ценный вид для зеленого строительства в засушливых районах, растет на каменистых почвах, где другие виды не развиваются.

     Дуб монгольский. Дико произрастает в средней  и южной частях Дальнего Востока, в Восточной Сибире, Восточной  Азии. Имеется во многих заповедниках Дальнего Востока. Красивое дерево (20-30) м высотой, с шаровидной кроной и гладким серым стволом. Побеги голые. Растет медленно, средне светолюбив, довольно морозостоек, иногда страдает от поздних весенних заморозков. Пригоден для юга и юго-востока Сибири, средней и южной частей Дальне-

го Востока, включая Сахалин, в виде одиночных  и групповых посадок, не-

больших массивов и аллей.

     Также известны и другие породы дуба:

     - Дуб белый. Родина - восток Северной Америки.

     - Дуб болотный. Родина Северная Америка.

     - Дуб иволистный. Дико произрастает на востоке Северной Америки. 

     - Дуб каменный. Родина Средиземноморье, Южная Европа, Северная Африка, Малая Азия.

     - Дуб каштанолистный. Дико произрастает в Армении, на Кавказе и Северном Иране. Занесен в Красную книгу. Охраняется в Гирканском заповеднике.

     - Дуб красный, или северный. Растет в лесах, по берегам рек, где нет застоя воды в почве, к северу от тридцать пятой параллели Североамериканского материка, вплоть до Канады.

     - Дуб крупноплодный. Североамериканский вид.

     - Дуб крупнопыльниковый, или восточный (кавказский высокогорный). Дико произрастает на Кавказе и Ближнем Востоке. Имеется во многих заповедниках Кавказа.

     - Дуб пробковый. Происходит из западной части Средиземноморья.

     - Дуб скальный, или сидячецветный. Дико произрастает на Северном Кавказе, в Северном Крыму, на юге Прибалтики, в западной части Украины. Имеется во многих заповедниках Кавказа, Крыма, европейской части России.

     - Дуб шарлаховый. Родина Восток Северной Америки.

     - Дуб зубчатый. Родина Дальний Восток, Восточная Азия. Занесен в Красную книгу. Охраняется в заповедниках "Кедровая падь" и Дальневосточном морском.

     - Дуб Гартвиса. Родина Кавказ, Ближний Восток. Имеется в ряде заповедников Кавказа.

     К числу достоинств дуба следует отнести его устойчивость к дыму и газам. Принадлежит к породам, эффективно снижающим городской шум.  

     2 Свойства и строение дуба 

     Корень  – безлистный орган дерева, служащий для прикрепления дерева к почве  и извлечения из неё воды и растворенных в воде минеральных веществ, передаваемых через ствол к листьям (хвое). Место  перехода корня в ствол называют корневой шейкой. Совокупность всех корней дерева называют корневой системой. Некоторые виды деревьев имеют хорошо развитый стержневой (главный) корень, глубоко уходящий в почву. У других главный корень рано прекращает свой рост, и развиваются боковые корни и таким образом возникает поверхностная корневая система. Ствол – главный стебель, несущий на себе всю крону. Он составляет до (50-90) % объема дерева. Основными частями ствола являются кора, древесина  и сердцевина.  Кора – наружная часть стеблей и корней. Она является защитным слоем живых тканей ствола и корня от неблагоприятных явлений внешней среды. Древесина придает стволу механическую прочность, проводит воду от корней к листьям и сохраняет запасы питательных веществ, необходимых дереву для начал роста весной следующего года. Особую ценность представляет древесина стволов, используемая самых разнообразных потребностей народного хозяйства. Древесину ствола используют в строительстве, для изготовления целлюлозы в целлюлозно-бумажном производстве, для отопления. Лист – орган дерева, образующийся на ветви, основная роль которого – фотосинтез, то есть образование органических веществ из неорганических при помощи света, углекислого газа и воды. Лист служит для дыхания и транспирации. У большинства видов хвойных деревьев хвоя игловидная, линейная или чешуевидная и сохраняется на них по несколько лет. У рода лиственница хвоя опадает ежегодно  и развивается весной вновь. Помимо своего прямого назначения, листья и хвоя многих деревьев используются в химической промышленности – для изготовления хвойной витаминной муки, средств для отпугивания и уничтожения насекомых, борьбы с грибами и вирусами, лечебные экстракты, эфирные масла.

     Строение  и свойства древесины обычно изучают на трех главных раз-

резах ствола: поперечном и двух продольных: радиальном и тангенциальном.

          Поперечный (торцовый) разрез образуется  при сечении ствола плоскостью, перпендикулярной его оси. Радиальный разрез образуется при сечении ствола плоскостью, проходящей вдоль его оси через сердцевину, то есть по радиусу торца ствола, а тангенциальный разрез – продольной плоскостью, направленной по касательной к окружностям годичного прироста древесины, то есть по хорде торца ствола.

     На  поперечном, а также на радиальном разрезах видны три основные части ствола: сердцевина, древесина и кора. Древесина занимает наибольшую по массе часть ствола, находящуюся между корой и сердцевиной. Сердцевина представляет собой небольшое пятнышко, расположенное примерно в центре поперечного сечения ствола.

     В древесине некоторых пород внутренняя зона окрашена темнее наружной. Темноокрашенная зона, которая у хвойных пород отличается также меньшим содержанием влаги в свежесрубленном состоянии, называется ядром, а светлая наружная - заболонью. Такие породы называются ядровыми. Ядровые породы отличаются по размерам заболони. Среди безъядровых пород имеются спелодревесные и заболонные.

     На  поперечном разрезе ствола можно увидеть концентрические слои, окружающие сердцевину. Каждое такое кольцо представляет собой прирост древесины за вегетационный период и называется годичным слоем. На радиальном разрезе годичные слои заметны в виде продольных прямых полос, а на тангенциальном разрезе они образуют извилистые, гиперболического вида линии. Годичные слои особенно хорошо видны у хвойных, достаточно четко выделяются у кольцесосудистых лиственных пород.

     На  поперечном разрезе у ряда лиственных пород хорошо видны светлые, блестящие  или матовые полосы, расходящиеся от сердцевины к коре по радиусам и называемые сердцевинными лучами.

     На  границе между древесиной и корой  находится тонкий, неразличимый невооруженным  глазом слой, называемый камбием. Камбий выполняет важную роль, обусловливая прирост в толщину древесины и коры. Сердцевина сравнительно редко находится в геометрическом центре сечения ствола; обычно она более или менее смещена в сторону, занимая эксцентрическое положение. Диаметр сердцевины большей частью колеблется в пределах (2—5) мм; у многих пород она округлая или овальная, у ольхи треугольная, у ясеня четырехугольная, у тополя пятиугольная, у дуба звездчатая. На продольном разрезе направление сердцевины у хвойных пород более или менее прямое, у лиственных — извилистое; по высоте ствола диаметр сердцевины, наименьший у пня, увеличивается вверх по стволу до кроны, а в пределах, кроны снова уменьшается.

     Кора  на поперечном разрезе ствола имеет  форму кольца, окрашенного обычно значительно темнее древесины. В толстой коре на взрослых деревьях можно различить два слоя с постепенным или резким переходом от одного к другому: наружный, называемый коркой (его назначение предохранять дерево от резких колебаний температуры, испарения влаги и механических повреждений), и внутренний, непосредственно прилегающий к камбию и древесине, лубяной, особенно хорошо развитый и заметный у липы; назначение его в растущем дереве — проводить органические питательные вещества вдоль ствола [6].

     У молодых деревьев кора гладкая, иногда покрыта тонкими опадающими чешуями, при утолщении ствола в коре появляются трещины, углубляющиеся с возрастом. По характеру поверхности кора может быть гладкой, бороздчатой, чешуйчатой, волокнистой и бородавчатой. С каждым годом толщина коры увеличивается. Однако вследствие малой величины годичного прироста и постепенного отпада наружных слоев в виде чешуи кора никогда не достигает такой толщины, как древесина. По отношению к объему ствола кора у наших лесных пород составляет от 6 до 25 %, в зависимости от породы, возраста дерева и условий произрастания.  

     2.1 Химический состав дуба 

     В состав деревьев входит вода и так  называемое сухое вещество, пред-

ставленное  органическими и минеральными соединениями. Соотношение между количеством воды и сухого вещества в деревьях изменяется в широких пределах. Химический состав деревьев несомненно очень важен. Он зависит от различных факторов, например таких как: района и условий произрастания, возраста дерева, а иногда и времени рубки. Основными органами древесных растений являются корни, ствол и крона (ветви, листья, хвоя).  Данные о химическом составе дуба представлены в таблице 1. 

Таблица 1 – Химический состав дуба