Analysis of the Macro and Micro Structures of Silver Fir, Oriental Beech, and African Mahogany Species

Abstract

This study aims to comparatively examine the multi-level structural characteristics of wood tissues from three species—Silver Fir (Abies alba), Oriental Beech (Fagus orientalis), and African Mahogany (Khaya spp.)—which differ in geographic origin and anatomical structure. In this context, both macroscopic (color, vessel type, ray structure) and microscopic (tracheids, vessels, parenchyma cells) characteristics were analyzed in detail for each species. The samples were examined using an optical microscope with 400x magnification and a scanning electron microscope (SEM) with a magnification range of 1000x–2000x; cell diameters were measured using Python-based image analysis methods and supported with statistical histograms. The findings revealed that Silver Fir offers high workability due to its homogeneous structure composed solely of tracheids but has low biological durability. The diffuse-porous vessel structure, wide rays, and high fiber wall thickness of Oriental Beech make it suitable for applications requiring high mechanical strength. African Mahogany, on the other hand, stands out in applications that demand aesthetic appeal and dimensional stability, thanks to its large vessel diameters, prominent parenchyma bands, and natural extractive content. This comparative analysis demonstrates that the cellular structural characteristics of all three species are directly related to their material performance and industrial application areas. The data obtained contribute to scientific decision-making processes in wood species selection within wood science and offer a holistic approach to evaluating the structure–performance relationship in natural material-based designs.

Keywords

• Silver fir
• Oriental beech
• African mahogany
• Wood anatomy
• Microscopic analysis
• Vessel diameter
• Tracheid
• Biological durability

Göknar, Doğu Kayını ve Afrika Maunu Türlerinin Makro ve Mikro Yapılarının Analizi

Abstract

Bu çalışma, farklı coğrafi kökenlere ve anatomik yapılara sahip olan Göknar (Abies alba), Doğu Kayını (Fagus orientalis) ve Afrika Maunu (Khaya spp.) türlerine ait odun dokularının çok düzeyli yapısal özelliklerini karşılaştırmalı olarak incelemeyi amaçlamaktadır. Bu kapsamda, her tür için makroskobik (renk, damar tipi, ışın yapısı) ve mikroskobik (trakeid, damar, parankima hücreleri) karakteristikler detaylı biçimde analiz edilmiştir. Örnekler, 400x büyütmeli optik mikroskop ve 1000x–2000x büyütme aralıklı taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak incelenmiş; hücre çapları Python tabanlı görüntü analiz yöntemleri ile ölçülerek istatistiksel histogramlarla desteklenmiştir. Elde edilen bulgular, Göknar'ın yalnızca trakeid içeren homojen yapısı sayesinde yüksek işlenebilirlik sunduğunu, ancak düşük biyolojik dayanıklılığa sahip olduğunu ortaya koymuştur. Doğu Kayını'nın diffüz-porous damar yapısı, geniş ışınları ve yüksek lif çeper kalınlığı, onu yüksek mekanik dayanım gerektiren uygulamalar için uygun hale getirmektedir. Afrika Maunu ise geniş damar çapları, belirgin parankima şeritleri ve doğal ekstraktif içeriğiyle, özellikle estetik ve boyutsal kararlılık gerektiren uygulamalarda ön plana çıkmaktadır. Bu karşılaştırmalı analiz, her üç türün hücresel yapı özelliklerinin, malzeme performansı ve endüstriyel kullanım alanlarıyla doğrudan ilişkili olduğunu göstermektedir. Elde edilen veriler, hem ahşap biliminde tür seçimine yönelik bilimsel karar süreçlerine katkı sağlamakta hem de doğal malzeme temelli tasarımlarda yapı-performans ilişkisini bütüncül olarak değerlendirme imkânı sunmaktadır.

Keywords

• Göknar
• doğu kayını
• Afrika maunu
• Odun anatomisi
• Mikroskobik analiz
• Damar çapı
• Trakeid
• Biyolojik dayanıklılık

References

1. [1] Barnett JR. Reactivation of the cambium in Aesculus hippocastanum L.: A transmission electron microscope study. Annals of Botany. 1992; 70(2): 169-177.
2. [2] Carvalho AM, Silva BTB, Latorraca JVF. Avaliação da usinagem e caracterização das propriedades físicas da madeira de mogno africano (Khaya ivorensis A. Chev.). Cerne 2010; 16(1): 106-114.
3. [3] França TSFA, Arantes MDC, Paes JB, Vidaurre GB, Oliviera JTS, Barauna EEP. Caracterização anatômica e físico-mecânica das madeiras de duas espécies de mogno africano. Cerne 2015; 21(1): 20-25.
4. [4] Silva JGM, Vidaurre GB, Arantes MDC, Batista DC, Soranso DR, Billo DF. Qualidade da madeira de mogno africano para a produção de serrados. Scientia Forestalis 2016;44: 181–190.
5. [5] Sass U, Eckstein D. The variability of vessel size in beech (Fagus sylvatica L.) and its ecophysiological interpretation. Trees 1995; 9: 247–252.
6. [6] Dittmar, C, Zech W, Elling W. Growth variations of common beech (Fagus sylvatica L.) under different climatic and environmental conditions in Europe—a dendroecological study. Forest Ecology and Management. 2003; 173: 63–78.
7. [7] Čufar K, Prislan P, de Luis M, Gričar J. Tree-ring variation, wood formation and phenology of beech (Fagus sylvatica) from a representative site in Slovenia, SE Central Europe. Trees 2008; 22(6): 749–758.
8. [8] Gruber A, Baumgartner D, Zimmermann J, Oberhuber W. Temporal dynamics of wood formation in Pinus cembra along the alpine treeline ecotone and the effect of climate variables. Trees 2009; 23: 623–635.

9. [9] Schweingruber FH, Wood structure and environment. Springer Series in Wood Science. Springer, 2007.
10. [10] Chaffey N. An introduction to the problems of working with trees. In N. Chaffey (Ed.), Wood formation in trees: Cell and molecular biology techniques (pp. 9–16). Taylor & Francis, 2002.
11. [11] Dünisch O, Rühmann O. Kinetics of cell formation and growth stresses in the secondary xylem of Swietenia mahagoni Jacq. and Khaya ivorensis A. Chev. (Meliaceae). Wood Science and Technology 2006; 40: 49–62.