От чего зависит толщина ствола дерева

Рост стебля в толщину. годичные кольца.

Благодаря делению клеток камбия утолщаются стебли деревьев и кустарников. Установлена наибольшая толщина стволов деревьев, разрастающихся благодаря делению клеток камбия. Известны, например, вековые дубы, достигающие в обхвате ствола 10 м.

Стебель растет в толщину в теплое время года, когда делятся клетки камбия. Благодаря делению клеток камбия откладываются молодые клетки коры и древесины. Однако клеток древесины образуется значительно больше, чем клеток коры. Вот почему кора образует в стебле узкую наружную полоску, тогда как древесина составляет его большую часть.

К концу осени камбий вступает в период покоя. Весной с началом сокодвижения камбий откладывает крупные клетки с тонкими оболочками. Осенью у большинства деревьев новые клетки древесины более мелкие, а их оболочки — толще.

Клетки древесины, образовавшиеся за весну, лето и осень, составляют слой, называемый годичным кольцом прироста.

Граница между годичными кольцами разных лет у многих деревьев хорошо заметна, потому что мелкие осенние клетки резко отличаются от крупных весенних клеток древесины последующего года.

Рис. 79. Годичные кольца древесины на поперечном распиле ствола.

Подсчитав с помощью лупы число годичных колец, можно определить возраст спиленного дерева или срезанной ветки. Подсчеты показали, например, что возраст отдельных деревьев секвойи, растущих в Калифорнии, достигает 4000 лет.

А по толщине годичных колец узнают о том, в каких условиях росло дерево в разные годы жизни. Узкие годичные кольца говорят о недостатке влаги в засушливое лето, о затенении дерева и его плохом питании.

По годичным кольцам, как по компасу, можно определить и стороны горизонта.

Годичные кольца шире с южной стороны дерева и уже с северной. Объясняется это тем, что на северной стороне ствола дерева клетки камбия растут хуже. Здесь они часто подвергаются воздействию холодного северного ветра и слабее обогреваются солнцем.

Источник

Лесная геометрия: Код Да Винчи

Грациозный ствол дерева разделяется на ветви, сперва немногочисленные и мощные, а те – на все более тонкие. Это так прекрасно и так естественно, что вряд ли кто-нибудь из нас обращал внимание на простую закономерность, замеченную, однако, великим Леонардо. Дело в том, что общая толщина ветвей на определенной высоте всегда равна толщине ствола. До сих пор никто не мог объяснить, для чего деревья строго следуют этой закономерности.

Слева – переменные созданной Кроистофером Элоем модели, использованной для доказательства его гипотезы. Справа – фрактальный «скелет» модели дерева до того, как алгоритм начал менять диаметры его ствола и ветвей, подбирая оптимальные величины

«Правило Леонардо» справедливо практически для всех известных видов деревьев. О нем осведомлены и создатели компьютерных игр, создающие реалистичные трехмерные модели деревьев. Более точно, правило это устанавливает, что в месте, где ствол или ветвь раздваивается, сумма сечений раздвоенных веток будет равна сечению исходной ветви. Когда затем и эта ветка раздвоится, сумма сечений уже четырех ее ответвлений будет по-прежнему равна сечению исходного ствола. И так далее.

Еще изящнее это правило записывается математически. Если ствол диаметром D разделяется на произвольное число ветвей n с диаметрами d1, d2 и так далее, сумма их диаметров, возведенных в квадрат, будет равна квадрату диаметра ствола. По формуле: D2 = ∑di2, где i = 1, 2, . n. В реальной жизни степень не всегда строго равна двум и может варьировать в пределах 1,8−2,3, в зависимости от особенностей геометрии того или иного дерева, но в целом зависимость строго соблюдается.

Чтобы объяснить этот феномен, ботаники предположили, что подобное отношение оптимально для работы системы трубок, по которым вода поднимается от корней дерева к листве. Идея выглядит вполне обоснованной хотя бы потому, что от квадрата радиуса прямо зависит площадь сечения, определяющая пропускную способность трубы. Однако французский физик Кристоф Элой (Christophe Eloy) с этим не согласен — по его мнению, связана такая закономерность не с водой, а с воздухом.

Для обоснования своей версии ученый создал математическую модель, которая связывает площадь листвы дерева с действующей на излом силой ветра. Дерево в ней описывалось, как закрепленное лишь в одной точке (месте условного ухода ствола под землю), и представляющее собой ветвящуюся фрактальную структуру (т.е. такую, в которой каждый меньший элемент представляет собой более или менее точную копию старшего).

Добавив к этой модели давление ветра, Эллой ввел определенный постоянный показатель его предельной величины, после которой ветви начинают ломаться. Исходя из этого, он произвел расчеты, которые показали бы оптимальную толщину разветвляющихся веток, такую, при которой сопротивление силе ветра было бы наилучшим. И что же — он пришел ровно к той же зависимости, причем идеальное значение той же величины лежало между 1,8 и 2,3.

Простоту и элегантность идеи и ее доказательства уже оценили специалисты. Так, массачусетский инженер Педро Рейс (Pedro Reis) комментирует: «Исследование ставит деревья на высоту искусственных сооружений, специально просчитанных для сопротивления ветру — лучшим примером которых является Эйфелева башня». Осталось дождаться, что скажут на это ботаники.

Источник

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?

Вбитый в ствол гвоздь или привязанный к стволу колышек всегда останется на одной и той же высоте. Но дерево растет еще и в толщину, оно способно, постепенно обрастая, вбирать в себя подобные предметы, спустя годы они окажутся внутри ствола.

Может ли продолжать расти дуплистое дерево?

Это случается нередко — дуплистые, выжженные или пораженные болезнью деревья продолжают расти. Вне зависимости от возраста дерева его рост в толщину происходит за счет камбия -однорядного слоя зеленых клеток, расположенных под корой и флоэмой. (Камбий хорошо виден на молодых ветках, если осторожно снять ножом или ногтем их нежную кожицу.) Чтобы ни произошло с сердцевиной дерева, оно будет жить и расти до тех пор, пока цел камбий. Конечно, в конце концов такое дерево упадет, потому что находящиеся внутри слои древесины нужны ему и в качестве опоры.

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.

Самая замечательная кора — у растений семейства эвкалиптовых, деревьев и кустарников. При повреждении эвкалиптовая кора выделяет смолистые вещества. Она хорошо защищает дерево от огня. Если листья и сгорят, то часто новые могут появиться из так называемых спящих почек, скрытых в коре дерева.

Древесный ствол и его слои

Древесный ствол служит системой «трубопроводов» и опорой. Самый тонкий слой, камбий, наверное, самый важный, поскольку он производит все остальные. Когда клетки камбия делятся, то наружные становятся флоэмой, по которой ко всем частям дерева доставляются сахара. Старая флоэма становится корой. Внутренние клетки камбия становятся ксилемой, по которой в дереве движется вода. Молодые клетки ксилемы образуют заболонь, а старые — сердцевину.

Камбий — тонкий слой образовательной ткани ствола. Здесь берут начало все другие клетки.

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

Кора покрывает ствол снаружи, изолируя его и защищая дерево от болезней.

Заболонь — по ней от корней вверх движется вода, она обычно светлее сердцевины.

Сердцевина — это «состарившаяся» заболонь; вместе они образуют ксилему. Сердцевина составляет большую часть ствола.

Как вода поднимается вверх по дереву?

Многие метры бывает отделяют корни дерева от листьев его кроны. Но у дерева нет насоса, как же тогда доставить воду наверх? Но некоторым деревьям это удается проделать, да еще с фантастической скоростью — более 30 метров в час.

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.

Благодаря этому давлению в корневых волосках и происходит подача воды вверх, от одной клетки к другой, через корни и ствол дерева до самой его вершины.

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

Чтобы определить возраст дерева рубить его не следует. У лесников есть инструмент — специальный полый бур, принцип действия, как у коловорота. Буром просверливают ствол дерева до его сердцевины, а затем вынимают. Внутри него остается столбик древесины, в котором находится полный набор годовых колец.

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

Деревья в умеренном климате особенно бурно растут весной, когда тонкостенные клетки, образующие ксилему, бурно увеличиваются. На срезе ствола эти клетки образуют светлые круги — так называемую весеннюю древесину. В конце лета рост замедляется и клетки становятся меньше, а стенки их утолщаются. Клетки этой летней древесины видны на срезе как более темные круги. Каждое кольцо, светлое и темное, соответствует половине сезона роста, и возраст дерева можно определить, сочтя их. Каждая пара соответствует одному году.

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