Biologie der Bäume: Vom Baum zum Holz

Ein Baum ist durch sein verzweigtes Wurzelwerk im Boden verankert. Die Wurzeln versorgen den Baum mit Wasser und Nährstoffen. Die Krone ist hingegen für die Photosynthese zuständig, nimmt Niederschläge und Nährstoffe auf und tauscht diese mit der Umgebung aus.

Das Wachstum der Bäume hat je nach Art – neben den standortbezogenen Einflüssen – verschiedene Ausprägungen [1]:

  • Bäume mit orthotropem Wachstum: Die Wuchsrichtung ist vertikal, z.B. Fichte, Esche und Bergahorn.
  • Bäume mit fototropem Wachstum, die ihr Wachstum der Sonne zuwenden und die im Schatten ein plagiotropes (horizontales) Wachstum verfolgen: Buche, Eiche oder Wildkirsche.

Das primäre Wachstum geht durch die Aktivität der teilungsfähigen Bildungsgewebe an der Spitze der Sprossen und Wurzeln vor sich. Das Gewebe erzeugt in der Folge neue Wurzeln, Blätter, Nadeln und Zweige.

Das sekundäre Wachstum vollzieht sich am Baumstamm. Der Baumstamm besteht aus folgenden Bestandteilen: Kernholz, Splintholz, Kambium, Bast und Borke.

Das Kernholz ist der dunkle innere Teil des Baumstammes, welcher physiologisch nicht mehr aktiv und folglich totes Holz ist. Der Baum schützt das Kernholz durch phenolische Kernstoffe gegen äußere Einwirkungen und verschließt die Gefäße, um den kapillaren Austausch zu unterbinden. Das Kernholz ist das tragende Element des Baumes.

Das Splintholz ist hingegen das junge, aktive Holz, das sich im Baumstamm als hell darstellt, das allerdings weich und wenig fest ist, sodass sich dieses kaum für die Nutzung als Bauholz eignet und ohne Holzschutzmittel auch keine Dauerhaftigkeit hat. Das Splintholz versorgt den Baum mit Wasser und Nährsalzen und speichert Zucker ab, es handelt sich folglich um das Versorgungselement. Dadurch, dass der Baum die Poren des Splintholzes mit Wasser füllt, schützt er sich gegen Pilze und Insekten. Bestimmte Bäume wie Birke oder Erle verfügen über kein Kernholz, sondern nur über Splintholz und neigen zu Hohlräumen. Das Splintholz transformiert sich mit dem Wachstum zu Kernholz.

Aus diesen natürlichen Funktionen ergeben sich die unterschiedlichen Eigenschaften von Kern- und Splintholz [2]:

  • Kernholz ist dunkler als Splintholz;
  • Kernholz ist härter als Splitnholz;
  • Kernholz ist trockener als Splintholz;
  • Kernholz ist dauerhafter als Splintholz;
  • Kernholz ist im trockenen Zustand schwerer als Splintholz;
  • Kernholz ist schwerer zu tränken als Splitnholz;
  • Kernholz ist unbehandelt für die Weiterverarbeitung wertvoller als Splintholz.

Daraus folgend legen die technischen Normen fest, in welchen Gebrauchsklassen das Splintholz je nach Baumart verwendbar ist und welche Holzschutzmaßnahmen notwendig sind, um das Splintholz dauerhaft zu machen. Grundsätzlich ist Splintholz nämlich als nicht dauerhaft anzusehen. Der Einsatz von Splintholz bei Nadelhölzern erfolgt nur in dauerhaft trockenen Umgebungen ohne äußere Gefährdungen, während das Splintholz bei bestimmten Laubhölzern ein etwas weiteres Einsatzfeld hat.

Das Kambium, das einen geschlossenen Ring bildet, ist hingegen die Wachstumsschicht zwischen Splintholz und Rinde. Als solche ist das Kambium für das sekundäre Wachstum verantwortlich. Das Kambium gibt Mutterzellen sowohl nach innen, also zum Splint- und Kernholz, als auch nach außen in Richtung Rinde ab. Definitionsgemäß bezeichnen wir jenes Gewebe als Holz, das nach innen abgeschieden wird und jenes Gewebe, das nach außen abgeschieden wird, als Bast.

Holz ist folglich das harte Gewebe der Sprossachsen. In chemischer Sicht besteht Holz als Zellulose, Hemizellulose und Lignin. Die Zellulose ist für die Zugfestigkeit und thermische Stabilität verantwortlich. Die Rolle entspricht der Bewehrung im Stahlbeton. Die Hemizellulose ist ein Füllstoff. Das Lignin ist hingegen ein Bindemittel und verhält sich viskoelastisch. In der Analogie zum Stahlbeton ist das Lignin für die Druckfestigkeit zuständig. Biegt sich der Baum durch den Wind, dann wirkt die Zellulose auf Zug und das Lignin auf Druck. Die Hemizellulose ist hingegen wenig geordnet und wenig anteilig.

In diesem Sinne bildet die Lignocellulose das Traggerüst des Baumes. Zellulose und Heimzellulose bildet ein Gerüst, in das sich im Rahmen der Verholzung das Lignin einlagert.

Der Bast ist das lebende Gewebe unter der Borke und leitet die Nährstoffe, nämlich Sacharose, Ionen und sekundäre Pflanzenstoffe. Man kann folglich vom Energieleiter sprechen. Die Borke ist schließlich die äußere Schutzschicht, welche den Baumstamm vor Wärme, Wind, Frost, Regen, Feuer schützt.

Die Lage des Holzquerschnittes im Baumstamm entscheidet folglich stark über das Formänderungsverhalten infolge Holzfeuchteänderungen.

Das Wachstum der Bäume erfolgt periodisch. In den Wintermonaten ruht das Wachstum der Knospen und des Kambiums in den mitteleuropäischen Breitengraden. Erst sobald mehrere Grade über Null erreicht sind, wird das Wachstum durch Hormone ausgelöst. Aus dieser Periodizität neigen einige Holzarten zur Heranbildung von Jahresringen.

Die Wurzeln zeigen ein ähnliches Wachstumsverhalten wie die Sprossen. Das primäre Wachstum betrifft die Feinwurzeln, während das sekundäre Wachstum ein Kambium betrifft. Die Grobwurzeln sind verholzt und die Feinwurzeln nicht. Verschiedene Baumarten bilden dann verschieden Wurzelsysteme aus, nämlich tiefreichende Pfahlwurzeln, mitteltiefe Herzwurzeln und flachere Herzwurzeln. Die Ausbildung der Wurzeln hängt allerdings stark vom Standort ab. Der Baum verankert sich durch die Wurzeln gegen die äußeren Einwirkungen. Darüber hinaus ist die Konkurrenz zu anderen Vegetationsformen wesentlich.

Die Wachstumsbedingungen beeinflussen das Material Holz wesentlich. Drehwuchs und Krümmungen verändern das mechanische Verhalten des späteren Werkstoffes Holz. Der Standort entscheidet bei bestimmten Holzarten die Art und Weise, in welcher Form sich das Wachstum vollzieht. Die Astigkeit ergibt sich aus der Erbanlage, aber auch aus der Konkurrenz und dem Standort und stellt Diskontinuitäten im Werkstoff Holz dar. Die mechanischen Einwirkungen, die von außen auf den Baum wirken, verändern das Holzgefüge. Bei druckbelasteten Bereichen entsteht Buchs. Schäden entstehen aber auch durch Frost und Hitze, durch Harz und Fäulnis, durch Schädlinge und Einwirkungen bei der Holzernte. Die Witterung beeinflusst ihrerseits die Ausprägung des Wachstums.

Aus dem Umstand, dass Holz starken Variationen ausgesetzt ist, werden Holzsortierungen wesentlich und wichtig.

Literatur:

[1] Norbert Bartsch & Ernst Röhrig: „Waldökologie – Einführung für Mitteleuropa“, Springer Spektrum Verlag, Heidelberg 2016

[2] Wolfgang Rug & Willi Mönck: „Holzbau – Bemessung und Konstruktion“, Beuth-Verlag, Berlin 2015

2 Kommentare zu „Biologie der Bäume: Vom Baum zum Holz

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