Сосна как материал для деревянных лестниц. Механические свойства древесины

Древесина сосны ядровая, блестящая, смолистая. Ядро буровато-красное, образуется в 30-35 лет. В растущем дереве ядро выполняет главным образом механическую роль, придавая стволу необходимую устойчивость.

Поэтому дерево, пораженное сердцевинной гнилью, внешне выглядит здоровым, но теряет товарность. Заболонь широкая, желтовато — или красновато-белая. Годичные слои четкие. Смоляные ходы, в виде тонких каналов, многочисленные, разбросанные поодиночке или попарно. Занимают по объему 0,1-0,7% объема древесины.

Сердцевинные лучи высотой 0,5 мм, плотнее окружающей древесины. На 1 см 2 тангентального среза насчитывается их более 3 тыс. Они служат для передачи и хранения питательных веществ.

Проводящие и механические функции у сосны выполняют трахеиды (90-95% общего объема древесины). Ширина трахеид 0,04 мм, а длина - 4-5 мм. Деревья высших классов развития (плюсовые) образуют более крупные трахеиды, чем деревья, отставшие в росте.

По степени плотности сосновую древесину делят на кондовую (рудовую) и мяндовую. Первая - желтовато-красная, мелкослойная и плотная. Вторая - белая, крупнослойная, с толстым слоем заболони, малой смолистостью и рыхлостью. Кондовая образуется у деревьев, растущих в горах или высоких боровых местах, мяндовая - у деревьев, растущих на низких, песчаных местоположениях или на суглинках и черноземновидных супесях. По внешнему виду на мяндовую древесину похожа древесина кедра сибирского. Она малосмолистая. Хотя кедр сибирский по физико-механическим свойствам занимает промежуточное положение между елью сибирской и пихтой сибирской, особенностью кедровой древесины является ее легкая и гладкая резьба в разных направлениях. За красивую текстуру древесина кедра используется в столярно-мебельном производстве.

Объем коры сосны, защищающей дерево от внешних условий, составляет 10-17% от объема ствола в коре. Растительное происхождение древесины обусловливает большую изменчивость ее свойств. Объемный вес древесины сосны зависит от условий местопроизрастания. Так, в Архангельской области в мшистом бору он составляет 0,50-0,55 г/см 3 ; в Московской области - 0,59-0,62, а: в Якутии - 0,41 г/см 3 .

Древесина сосны обладает высокой прочностью. Предел прочности при сжатии вдоль волокон - 439 г/см 2 , при статическом изгибе - 793 кг/см 2 , твердость - 200 кг/см 2 (центр европейской части СССР).

Особой мировой славой пользуется древесина северной сосны. Ее годичные слои характеризуются высоким содержанием поздних толстостенных трахеид во всех типах леса, за исключением болотного. Физико-механические свойства северной сосны значительно выше сосны центра европейской части СССР. Круглосуточная вегетация (при полярном дне) и благотворное влияние Гольфстрима способствуют образованию на севере полноценной древесины сосны.

Интересно отметить и большую сохранность сосновой древесины. Так, при раскопках в Армении Урартской крепости Тейшебаини бревно кавказской сосны пролежало 2700 лет и имело следующие показатели: объемный вес - 0,38 г/см 3 , предел прочности при сжатии вдоль волокон - 200 кгс/см 2 , при статическом изгибе - 223 кгс/см 2 , твердость торцевая - 262 кгс/см 2 . Такому сохранению древесины способствовал слой глины, который защитил бревно от увлажнения, создал недостаток кислорода и оградил древесину от биологических разрушителей. Сосновые бревна древних построек Бреста (XIII в.) имели среднюю плотность в абсолютно сухом состоянии 0,35-0,37 г/см 3 .

В настоящее время для долговременного сохранения сосновой древесины используют глубокую пропитку низкомолекулярной водорастворимой синтетической смолой с последующим отвердением. Для модификации, или пластифицирования, сосновую древесину пропитывают (при влажности 9-10%) газообразным аммиаком (3%), затем проводят пьезотермическую обработку (при 170°) и уплотнение. После обработки предел прочности возрастает почти в 2 раза. При модификации древесины сосны особо подвергается изменениям целлюлоза и лигнин. Пластифицированная аммиаком сосновая древесина может использоваться для приготовления деталей машин, мебели, музыкальных инструментов, крепи шахт, электроустановочных изделий, твердых опилочных плит, паркета и т. д. Для получения ламелек (паркетных планок) сосновая древесина пропитывается смолой СБС-11, а также смолой на основе стирола - после модификации древесина приобретает светло-золотистый оттенок и блеск. Динамика разбухания замедляется в несколько раз.

Нарастание годичного слоя древесины сосны обыкновенной сопровождается изменением биологического состава тканей молодых побегов. В начале активного развития камбия белка содержится до 22,7% от абсолютно сухого веса тканей. При завершении развития содержание белка сокращается до минимума. Также идет снижение крахмала с 15,5% до 5,2% и амилазы. Но идет накопление моноз, сахаров (до 14,7%), которые в дальнейшем быстро расходуются на построение вторичных тканей.

В ксилемном соке угнетенных сосен отмечена повышенная концентрация моноз, олигосахаров и аминокислот по сравнению с нормально развитыми соснами. В тканях таких сосен также ослаблены процессы биосинтеза полимерных соединений, необходимых для построения новых клеточных структур.

В результате загрязнения воздуха сернистым ангидридом, годичные кольца древесины сосны отличаются слабым приростом и деформацией. В первую очередь отмирают паренхимные клетки коры. Более сильная задымленность приводит к деформации и разрушению луба, камбия, сердцевинных лучей и смоляных ходов.

Сосновая древесина используется для производства фанеры, в качестве сырья в целлюлозно-бумажной промышленности (технологическая щепа), она занимает одно из главных мест в лесном экспорте страны (вывозится в виде пиломатериалов, слиперов, пропсов и др.). В раннем периоде самолето — и планеростроения сосна являлась одним из основных материалов.

Интересно отметить, что на факультете лесоводства национального университета Австралии в Канберре для отделки помещений в декоративных целях используется древесина бука из Англии, эвкалипта и акации из Австралии, американского ореха из Америки, красного дерева из Канады, альпийского вяза из Америки, древесина из Новой Зеландии, а аудитория второго этажа отделана сосной из Калифорнии.

Мягкая, розоватая древесина кедра сибирского, красивая по текстуре, идет на оболочку карандашей, музыкальные инструменты, мебель, на аккумуляторный шпон. В кедровой таре (посуде) долго не скисает молоко, в шкафу из кедра не заводится моль, клещи и комары отпугиваются эфирными запахами кедра, пчелы лучше всего чувствуют себя в кедровом улье.

Интересно, что с возрастом в древесине увеличивается содержание пинена и уменьшается количество одного из монотерпенов - карена, наиболее токсичного компонента защитной системы дерева.

Дрова сосны используются для выжига угля. Из 10 м 3 дров кучным способом получают 670 кг угля, а при печном - 875 кг.

При производстве зеленого чая Кок-Ча (Индия) топка печей для подогревания и высушивания листьев производится только сосновыми ветвями.

Вопросы строения физико-механических свойств древесины и ее биостойкости изучали многие исследователи: Д. А. Беленков, И. А. Алексеев, С. Ф. Негруцкий, И. А. Петренко, Р. С. Степанов и др. Большой интерес представляют работы шведских древесиноведов Хенингсона и Мессона.

На торцевом срезе древесины сосны хорошо заметны годичные слои, так как летняя часть слоя имеет более темную окраску, чем ранняя, весенняя. Это происходит потому, что весенние трахеиды тонкостенные, с большой внутренней полостью, заполненной водой, а в летней древесине трахеиды имеют толстые стенки, узкую внутреннюю полость, в этой древесине появляются смоляные ходы.

Физические свойства

К физическим свойствам древесины относятся ее плотность, влажность, теплопроводность, звукопроводность, электропроводность, стойкость к коррозии (то есть способность противостоять действию агрессивной среды), а также ее декоративные качества (цвет, блеск, запах и текстура). – это отношение ее массы к объему, измеряемой в г/см3 или кг/м3. Зависит этот показатель от , возраста, условий роста, ее влажности. Нет необходимости вдаваться в подробности изучения данного показателя; достаточно знать, что древесина, отличающаяся большей плотностью, служит гораздо дольше и менее подвержена необратимым изменениям, чем менее плотная (однако следует учесть, что для чистоты сравнительного анализа измеряют на образцах влажностью 15 %). Самая большая плотность у дуба, далее по убывающей следуют: , клен, лиственница, бук, орех, сосна, липа, ель, пихта.

Влажность лесоматериалов, используемых в строительстве и при изготовлении деревянных изделий, является показателем ее качества и долговечности. На практике различают: комнатно-сухую древесину, с влажностью 8–12 %; воздушно-сухую искусственной сушки, с влажностью 12–18 % (эти два вида древесины получают путем сушки пиломатериалов в сушильных камерах); атмосферно-сухую естественной сушки, с влажностью 18–23 % (получают в результате продолжительного хранения лесоматериалов, уложенных штабелями на прокладках в сухих, проветриваемых помещениях или под , без допуска воздействия прямых солнечных лучей), влажную древесину, с влажностью более 23 %.

Чем меньше показатель влажности древесины, тем меньше она подвержена гниению. Однако не следует стремиться использовать лесоматериалы наименьшей влажности. Дело в том, что очень гигроскопична: она легко отдает переизбыток влаги при повышении температуры и уменьшении влажности окружающей среды и с такой же легкостью впитывает влагу при снижении температуры и повышении влажности окружающей среды. Это неминуемо приводит: в первом случае – к усушке древесины (уменьшению ее объемных размеров); во втором случае – к ее разбуханию (увеличению объемных размеров). И усушка, и разбухание изменяют объемные размеры деревянной детали неодинаково в различных направлениях; результат этого – коробление древесины, деформация деревянных конструкций, что в конечном счете приводит их в негодность. Самый простой способ предупреждения коробления – , влажность которой в момент использования соответствует эксплуатационной влажности.

Теплопроводность, звукопроводность. Деревянные или бруса хорошо удерживают тепло. Здоровая древесина способна хорошо распространять звук вдоль волокон: если после удара по комлевой части бревна, доски или бруса слышится чистый звенящий звук, то это говорит о высоком качестве древесины; прерывистый, глухой звук свидетельствует о ее загнивании.

Коррозионная стойкость древесины очень важна для строений и изделий, из нее изготовленных, особенно тех, которые эксплуатируются в основном под открытым небом.

Следует отметить, что хвойные породы более стойки к коррозии по сравнению с лиственными, поскольку хвойная древесина пропитана природными смолистыми веществами.

Цвет, блеск, запах и текстура являются физическими свойствами древесины, позволяющими визуально определить ее породу.

Цвет способен указать на качество. Например, синеватая окраска хвойной древесины свидетельствует о начальной стадии загнивания (цвет здоровой сосны – от коричневато-желтого в зонах, насыщенных смолой, до светло-желтого; цвет ели – от светло-желтого до белого); черные и темно-коричневые пятна на буковой древесине – признак загнивания (цвет здорового бука – от желто-бежевого до розовато-бежевого).

Свидетельствовать о пороках древесины может и изменение запаха: если в помещении, где хранится древесина бука, ощущается стойкий запах прелой листвы, а запах в помещении, где хранятся сосновые лесоматериалы, затхлый, – это явный признак процессов гниения.
Текстура древесины зависит от распила, а механическая прочность тех или иных досок или брусков зависит от вида разреза (рис. 6).

Рис. 6. Составные части поперечного распила ствола и текстура древесины на трех разрезах: а – составные части поперечного распила ствола: 1 – лубяной слой коры; 2 – камбий; 3 – заболонь; 4 – ядро; 5 – сердцевина; 6 – сердцевидные лучи; б – текстура древесины сосны на трех разрезах: 1 – на поперечном; 2 – на радиальном; 3 – на тангентальном.

Но и цвет, и блеск, и текстура имеют чисто декоративное значение.

Древесина

Имеет волокнистую структуру, и свойства ее во многом определяются плоскостью среза. Выделяют три основных среза: поперечный, или торцевой (поперек волокон), радиальный - по оси ствола и тангенциальный - также вдоль ствола, но не в осевой плоскости.

Следует иметь в виду, что бруски и доски радиального среза меньше подвержены короблению. Ниже приведены краткие характеристики основных пород древесины. Сосна - наиболее широко используемая порода . Ее достоинства - легкость и достаточно высокая прочность, недостатки - сучковатость, смолистость и трудность декоративной отделки. Применяют сосну для изделий идущих под оклейку шпоном ценных пород, под отделку текстурованной бумагой, и для деталей, не требующих отделки. Ель - по прочности уступает сосне. Ее достоинство - равномерный белый, долго сохраняющийся .

Ель обладает меньшей смолистостью, поэтому лучше, чем сосна, поддается склеиванию и отделке. - однородна по строению, прочна и очень хорошо отделывается. Благодаря белому цвету она легко окрашивается даже в самые нежные тона. Ее отделывают под орех, красное и черное дерево.

Недостаток березы - деформация под влиянием переменной влажности воздуха. Ольха - имеет однородную структуру, мягка очень хорошо поддается обработке, а также отделке под орех, красное дерево, мореный клен. Бук - вязкая и довольно твердая порода древесины, но дает значительную усушку и сильно коробится. Буковый шпон имеет красивую структуру, легко отделывается и широко применяется для фанерования изделий из сосны и ели. Дуб - твердая и прочная порода.

Применяется для изготовления наиболее ответственных деталей, несущих значительные механические нагрузки. Красивый рисунок и цвет позволяет использовать дуб для отделочных работ. Особенно ценится мореный дуб, имеющий темную окраску. Для получения гладкой поверхности необходима тщательная обработка - покрытие порозаполнительными составами с последующей полировкой, однако основной обработкой деталей из дуба считают вощение и лакирование.

Строение древесины.

Сделав поперечный срез, можно наиболее четко рассмотреть строение древесины. Каждый брусок необтесанного дерева имеет кору; Кора - это кожа дерева, которая не используется в работе, и ее обязательно нужно снимать. Под корой располагается зона роста дерева (камбий), которая практически неразличима невооруженным глазом.

На свежем спиле с растущего дерева слой камбия представлен очень хорошо. После того как кора будет снята, откроется тонкая прослойка влажной, ткани зеленоватого цвета - это камбий. За ним расположена древесина с годичными кольцами, которую еще называют заболонью. В центре каждого дерева есть ядро, которое по цвету может сливаться с заболонью или иметь более темный цвет.

В зависимости от этого разделяют заболонные , где ядро не имеет ярко выраженной структуры и клетки расположены так же плотно, как ив заболони, и ядровые, где, соответственно, ядро хорошо различимо. Иногда заболонные породы древесины называют безъядровыми.

К ядровым древесным относятся все хвойные (сосна, кедр, ель, тис, лиственница), и некоторые лиственные (дуб, тополь) породы.

Большинство лиственных пород составляют ряд заболонных, или безъядровых: , граб, ольха, клен.

Основные части ствола и его главные разрезы: 1 - кора; 2 - заболонь; 3 - ядро; 4 - сердцевина; разрезы: I - торцовый; II - радиальный; Ш - тангентальный

Породы древесины: а - заболонные; б - ядровые

Кроме микроструктуры древесины, то есть плотности расположения древесных клеток, на создание композиции и возможность использования того или иного бруска в работе влияет макроструктура древесины, представленная годичными кольцами и сердцевинными сосудами.

К макроструктуре также относится наличие различных сучков, наростов и неразвившихся побегов (глазков), которые отклоняют годичные кольца и образуют различные свилеватости.

Древесина, где наиболее четко различимы годичные кольца, горизонтальные и вертикальные сосуды, представляется наиболее интересной для обработки.

Структура древесины

Древесина представляет собой очень неоднородное по своему составу и пространственной структуре образование. Располагаясь между корой и сердцевиной, древесина прирастает, утолщая ствол, из так называемого камбия - особой образовательной ткани, очень тонкой, не видимой глазом, располагаемой между (корой).

В камбии путём деления клеток рождаются новые живые сильно удлинённые вдоль ствола клетки (прозенхимные, то есть волокноподобные) длиной в среднем 3,5 мм и толщиной 0,05 мм у сосны и длиной 1,2 мм и толщиной 0,02 мм у берёзы. Эти клетки содержат (как и все клетки растений) внутри себя жидкую цитоплазму с ядрами, вакуолями, митохондриями, хлоропластами и т. д.
По мере нарастания новых внешних слоев клеток, клетки во внутренних слоях постепенно умирают из-за образования в их стенках за счёт химического действия ферментов громадного количества пор (перфораций) и тем самым превращаются в так называемые трахеиды - элементы вертикальных сквозных каналов, способных проводить через себя питательные водные растворы по стволу из корней в крону дерева.

В процессе эволюции у многих деревьев (в частности, у берёзы) возник новый тип проводящих элементов - трахеи (сосуды), образованные из множества члеников длиной (0,2-0,5) мм, подобных трахеидам, но перфорированных на концах для улучшения водопроведения.

Соединяясь между собой, тысячи члеников образуют сквозную вытянутую вверх трубку с диаметром обычно много больше диаметра трахеид. Хвойные породы состоят только из трахеид, лиственные же породы деревьев состоят из очень многочисленных мелких трахеид и малочисленных, но крупных сосудов (трахей).

Помимо прозенхимных (удлиненных и обычно мёртвых) клеток древесина содержит значительное (до 5% в хвойных и до 10% в лиственных породах) количество паренхимных (живых неудлиненных, обычных) клеток, обладающих свойствами синтеза, накопления и потребления (белков, смол, терпенов, эфирных масел) и образующих сердцевинные лучи, смоляные ходы и т. п. Максимальная активность камбия наблюдается весной во время сокодвижения. Клетки при этом образуются крупные (иными словами, ранние трахеиды имеют большое поперечное сечение). После образования листьев деятельность камбия затухает, а к осени прекращается.

Поэтому осенние (поздние) трахеиды мелкие, имеют на срез более тёмный вид и поэтому часто отчётливо видимы глазом как концентрические окружности - годичные кольца (слои прироста). По количеству годичных колец определяют возраст дерева. В тропических регионах, где зима и лето не отличаются по температуре, годичные кольца на деревьях отсутствуют. Наличие годичных колец, их извилистость, отличие на южной и северной сторонах ствола являются ценнейшим декоративным свойством древесины. На топливные же свойства годичная структура не влияет, важен лишь диаметр трахеид и сосудов. Если трахеиды мелкие - древесина плотная, тяжёлая, легко колется (берёза, дуб, лиственница, бук, ясень, граб).

Если трахеиды крупные - древесина рыхлая, лёгкая, вязкая при распиле и расколе (сосна, ель, пихта, липа). Высушенная стенок прозенхимных клеток трахеид и сосудов (составляющих по массе 93% у сосны и 65% у берёзы) и некоторой доли паренхимы в виде смол и пахучих веществ. Именно стенки клеток трахеид (как конструкционный скелет) представляют собой дрова как топливо.

Напомним, что стенки прозенхимных клеток состоят из срединной пластинки и примыкающих к ней с обеих сторон первичных оболочек, состоящих из микрофибрилл (мицелл) - пучков из 30-40 полимерных молекул целлюлозы, каждая из которых состоит по длине из тысяч звеньев (колец) мономера.

Микрофибрилла представляет собой набухающее в воде лентоподобное образование длиной несколько микрометров (тысячных долей миллиметра) и длиной несколько нанометров (миллионных долей миллиметра). Вторичная оболочка состоит из трёх слоев, образованных фибриллами - пучками микрофибрилл.

Фибриллы имеют поперечные размеры около 400 нанометров. Зазоры между фибриллами и между микрофибриллами очень маленькие (менее 1 нм), что и обуславливает гигроскопичность древесины. По мере взросления клетки её стенки пропитываются лигнином, и наступает её одревеснение - повышение плотности, твёрдости, снижение пластичности.

Лигнин - природный полимер с плотностью 1250- 1450 кг/м3, аморфное вещество жёлто-корчневого цвета, образующееся в результате полимеризации различных ароматических спиртов, нерастворимое в воде и органических растворителях, но переводимое в растворимое состояние в растворах гидросульфита (технология получения целлюлозы сульфитным методом).

Лигнин осаждается между микрофибриллами целлюлозы и схватывает их в . Аналогичную роль играют гемицеллюлозные легкогидролизуемые полисахариды, также цементирующие клеточную стенку.

Так что, если живой ветке (или стволу) дерева придать принудительно какую-либо фиксированную форму изгибом (например, круга или зигзага), то по мере роста этой ветки в деформированном состоянии, она одеревенеет (то есть стенки клеток пропитаются лигнином и гемицеллюлозами) и сохранит эту заданную форму навсегда, что может быть положено в основу технологии (изготовление фигурных изделий). В реальной древесине всегда содержится вода - так называемая свободная внутри полостей клеток (трахеид, сосудов) и так называемая связанная в стенках клеток (в набухших микрофибриллах).

Количество связанной воды составляет обычно 30% от массы абсолютно сухой древесины. При удалении влаги из стенок клеток (при влажности древесины менее 30%) стенки клеток начинают усыхать - сжиматься и деформируются. В результате древесина даёт усушку (усадку) с уменьшением линейных размеров в основном поперёк волокон (трахеид).

На торцевом срезе древесины сосны хорошо заметны годичные слои, так как летняя часть слоя имеет более темную окраску, чем ранняя, весенняя.

Это происходит потому, что весенние трахеиды тонкостенные, с большой внутренней полостью, заполненной водой, а в летней трахеиды имеют толстые стенки, узкую внутреннюю полость, в этой древесине появляются смоляные ходы.

Центральная часть сосны называется ядром и состоит из мертвых клеток. Водный ток в ядре отсутствует. Древесина ядра у сосны окрашена в бурый цвет.

Внешнее кольцо древесины (30-40 годичных слоев) с проводящими воду трахеидами называется заболонью, величина которой зависит от возраста соснового дерева, условий лесопроизрастания и других природных факторов. В перестойных сосняках заболонь относительно всей всегда меньше, чем у приспевающих и спелых древостоев сосны.

Радиальный срез древесины сосны содержит сердцевинные лучи в виде узких полосок, они идут от середины ствола в кору (от центра ствола к периферии) и состоят из живых паренхимных клеток с тонкими стенками. В паренхимных клетках сердцевинных лучей откладываются запасы питательных веществ (крахмал, жиры), поступающих сюда из клеток луба.

Первичными называются сердцевинные лучи, идущие от сердцевины, а вторичными образуемые камбием в процессе дальнейшего роста дерева- Те и другие имеют большое значение при образовании и функционировании смолоносной системы в сосновом дереве.

Сосна обыкновенная

Сосна – дерево, достигающее в лучших условиях роста высоты 30-40 метров (иногда до 45) и более метра в диаметре. Крона сквозистая с закруглённой или плоской вершиной, высоко поднятая. Ветвление мутовчатое, но на стволах и толстых ветках такая мутовчатость затушевывается развитием отдельных ветвей и зарастанием следов от отмерших и опавших ветвей. Тем не менее до 30-40 лет возраст дерева можно определить довольно точно по хорошо заметным мутовкам, считая, что ежегодно образуется одна мутовка.

Зарделись ярким пламенем
Сосны старые, могучие,
Наряжали сетки хвойные
И покрывала златотканые.
С. Есенин.

Warning: getimagesize(/images/pages/2pg1_67_67..php on line 128

УСЛОВИЯ ПРОИЗРАСТАНИЯ
Растет сосна на сыпучих песках и болотах, плодородных почвах и на почвах с вечной мерзлотой, в горах поднимается до 1700-1800 метров над уровнем моря. Обладает высокой приспосабливаемостью и к богатству почв, и к влажности. Сосна растет на почвах различного механического свойства, однако на легких значительно лучше и быстрее чем на тяжелых.
Из всех древесных пород, произрастающих на песчаных почвах, сосна наиболее устойчива к недостатку влаги. В этих условиях ее корни проникают в глубь почвы до шести метров и даже в самые засушливые периоды снабжают дерево влагой.

растет быстро
Сосна растет быстро. Особенно значителен прирост у нее в высоту с 10 до 40 лет. Сосна обладает пластичной
корневой системой, которая может изменяться в зависимости от эдафических (Прим. ред. почвенных) условий.
Растет сосна преимущест­венно на почвах легкого механического состава, живет до 350-600 лет.

ОБИЛИЕ СВЕТА СОСНОВОГО БОРА
Войдем в сосновый бор после посещения кедрового леса. Что прежде всего бросается в глаза? Обилие света! Нет той суровости и даже мрачности во всей лесной обстановке. Огромные колонны стволов, кажется, упираются своими вершинами с увенчанными вечнозелеными кронами в небо.

ПОРА ЦВЕТЕНИЯ
Цветет сосна весной. Цветы мужские и женские располагаются на одном дереве. Мужские колоски (красного цвета) после вылета пыльцы опадают, а женские продолжают развиваться.
Во время опыления все в сосновом бору заполнено золотистой пыльцой. Она ложится на деревья, на траву, на вашу одежду. Вес пыльцы ничтожно мал, и она разносится ветром на огромные расстояния.
Весь процесс развития семени длиться полтора года. Созревают они осенью и находятся в шишках всю зиму, весной же, при наступлении теплой погоды, шишки раскрываются и семена выпадают. Раскрытые пустые шишки висят еще два-три года.
Семена мелкие, имеют крылышко, с его помощью разносятся ветром до двух километров от дерева.

Кора молодых деревьев
Кора молодых деревьев серая, затем становится буровато-красной с длинными продольными трещинами в нижней части. В верхней части ствола и на сучьях в кроне кора оранжево-красноватая, гладкая, отслаивается крупными тонкими пленками. Хвоя парная, живет два-три года (иногда до восьми лет).
Семена созревают в среднем через 18 месяцев после опыления, распространяются ветром. Они продолговато-яйцевидные, слегка сплюснутые, с притупленным крылом. На однолетнем растении хвоя расположена поодиночке, на двулетнем – она парная, на побегах трехлетнего возраста образуются мутовки.
Поэтому при определении возраста деревьев по мутовкам к числу учтенных прибавляют два первых года жизни, когда мутовки еще не образовались.

ТОЛСТАЯ КОРА СОСНЫ – СПАСЕНИЕ ОТ БЕГЛЫХ ПОЖАРОВ
Кора толстая, в комлевой части достигает десяти сантиметров и надежно предохраняет ствол от огня. Толщина коры на высоте 30-50 сантиметров от земли в пять раз толще, чем на середине ствола.
Поэтому так называемые беглые лесные пожары, которые распространяются по земле и быстро уничтожают молодые деревца, оказываются неопасными. Это неоценимое качество вида позволяет ему успешно распространяться и жить.

ЯНТАРЬ – ЭТО ТОЖЕ СОСНОВАЯ СМОЛА, ТОЛЬКО…
А кто не знает про чудесный янтарь? Янтарь – это тоже сосновая смола, только миллионы лет пролежавшая в земле. В некоторых кусочках янтаря встречаются насекомые, сделавшие когда-то опрометчивый шаг, присев на вытекающую смолу - живицу.
И теперь ученые имеют возможность изучать насекомых, живших на земле миллионы лет назад.
У янтаря богатая световая гамма – от золотисто-желтого и красного до сине-зеленого и почти черного цвета. Из янтаря делают не только украшения: перстни, броши, ожерелья, браслеты, но и декоративную скульптуру и мозаичное панно.
Высшим достижением искусства обработки янтаря стала знаменитая янтарная комната в Царском селе под Санкт-Петербургом, в которой все, начиная от небольшой вещицы и кончая стенами, было выполнено из резного янтаря.

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ ЧТО…
Сосновые леса выделяют в атмосферу огромное количество кислорода и поглощают углекислый газ. Подсчитано, что каждый гектар сосняка выделяет в год более пяти тонн кислорода, который снимает усталость, вызывает эмоциональный подъем у человека.

ФИТОНЦИДНЫЕ СВОЙСТВА СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ
Сосновые насаждения характеризуются весьма высокими фитонцидными свойствами. Хвоя дерева в процессе жизнедеятельности выделяет в атмосферу летучие защитные вещества, которые являются токсичными для многих микроорганизмов, убивая или задерживая рост и размножения последних.
У сосны бактерицидные свойства наиболее сильно проявляются во второй половине июля, а у лиственных пород – в июне.

ПЫЛЕ- И ГАЗОЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА СОСНОВОГО ЛЕСА
В сосновых лесах пыле- и газозащитные свойства проявляются наиболее сильно. Это всецело зависит от хвои, ее количества и поверхности, которая оказывается, чрезвычайно велика. Поверхность сосны на одном гектаре соснового насаждения составляет около десяти гектаров.
У хорошо развитого взрослого дерева сосны общая длина хвоинок превышает двести километров! Отсюда и большая фильтрующая способность дерева.

СОСНОВЫЕ ЛЕСА – ИЗЛЮБЛЕННОЕ МЕСТО ОТДЫХА ЛЮДЕЙ
Сосновые леса резко снижают уровень шума, поглащая из его спектра высокочастотные, наиболее вредные для человека колебания. Воздух в сосняках «напоен» смолистыми веществами, которые благотворно влияют на организм человека. Благодаря высоким целебными свойствам, сосновые леса являются излюбленным местом массового отдыха в любое время года.
Поэтому в них расположены многочисленные санатории, дома отдыха.

САНИТАРНАЯ ПОДГОТОВКА
Раньше бытовала поговорка: «Сосна кормит, липа обувает».
То, что липа обувает, понятно, ведь в прежние времена крестьяне плели обувь из лыкового луба. Но как кормит сосна – догадаться не так просто… Только из истории можно узнать, что в голодные годы крестьяне снимали с сосен тонкую кору и соскребали внутреннюю оболочку, называемую мезгой. Мезгу сушили, толкли и подмешивали к муке.

СОСНА ИДЕТ В ДЕЛО ЦЕЛИКОМ
Сосна относится к тем редким деревьям, которые идут в дело целиком, без остатков, от корней до вершины. Хвоя, ветки, шишки, смола и корень – все это, так же как и стволовая древесина, ценное сырье для различных производств. Хвоя сосны содержит множество полезных веществ, оттого ее издавна применяли в народной медицине для приготовления лечебных настоек и отваров. На современных предприятиях из хвои извлекают эфирные масла, применяемые в парфюмерии и медицине, производят хвойно-витаминную муку, используемую для подкормки животных.

КОРНЕВУШКИ
Из тонких и длинных, похожих на веревки корней деревенские умельцы плели различные сосуды, именуемые корневушками. Перед плетением корень промывали, очищали от коры и расщепляли на двое. Необыкновенная гибкость корней давала возможность выплетать посуду очень сложной формы, с фактурой, напоминающей ткань. Мастера плели корневушки настолько плотно, что в плетеной посуде крестьяне хранили соль, песок и крахмал.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ СЕМЯН
В сухие солнечные дни, уже в апреле, можно слышать в сосновом лесу легкое, едва уловимое пощелкивание. Поднимешь голову и сразу заметишь на светлом фоне неба множество серых трепещущих точек. Это летят, вращаясь в воздухе, крылатые семена сосны. На ветру и солнце шишки подсохли и теперь раскрываются, освобождая созревшие семена от зимнего плена. Белки, дятлы и клесты – охотники до сосновых семян.

ПРИМЕНЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОСНОВЫХ ШИШЕК
Люди заготавливают семена сосны в зимнее время, с декабря по апрель, пока шишки не успели раскрыться. Потом их высушивают в специальных сушилках и извлекают из них семена. Но и пустые шишки не пропадают зря.
Сосновые шишки – лучшее топливо для знаменитых русских самоваров, они прекрасно горят и долго держат жар.
Любители поделок из природных материалов используют шишки для изготовления различных забавных фигурок. Оказавшись в теплом и сухом помещении, шишки, принесенные из леса, через какое-то время неминуемо раскроются. Чтобы сохранить часть шишек нераскрывшимися, их окунают в жидкий столярный клей.

СОСНОВАЯ МУТОВКА – НЕЗАМЕНИМОЕ ОРУДИЕ КУХОННОГО ТРУДА
Мутовчатое расположение веток у сосны надоумило крестьян вырезать множество нужных в крестьянском быту предметов. В крестьянских избах и сейчас, где-нибудь у русской печи, можно увидеть отполированную мозолями палку с рогульками на одном конце. Это и есть сосновая мутовка, незаменимое орудие кухонного труда, когда нужно взбить масло, быстро растолочь в чугунке отваренную картошку или замесить в квашне тесто.

РАНЬШЕ
Смолистые корни сосны применялись как топливо в примитивных крестьянских светильниках. Они горели дольше, чем березовая лучина, давали больше света, освещая даже дальние углы избы.
А при охоте с острогой в старину в светильнике, укрепленном на носу челнока, жгли только сосновые корни – они горели без треска, а значит, не отпугивали рыбу.

СМОЛА-ЗАЩИТНИЦА
Поврежденная сосна выделяет смолу, которая защищает растения от проникновения в древесные волокна вредных организмов. Оттого и названа эта смола живицей, что она заживляет, бальзамирует раны деревьев.
И, видимо, заметив это свойство смолы, садовники стали врачевать ею раны плодовых деревьев, изготовляя из нее пластырь с добавлением деревянного масла и воска.
Лесорубы и охотники давно подметили способность живицы заживлять раны. Если нет под рукой аптечки, то вместо бинта или пластыря накладывали на рану чистую живицу.
Кстати, в пластырь, который мы покупаем в аптеке, тоже входит сосновая живица. Клали живицу и на больные зубы, чтобы унять зубную боль. А жители Кавказа даже приготавливали специальную лечебную жвачку из сосновой смолы.
В старину разведенную спиртом живицу применяли как растирку при ломотах. До сих пор применяют как растирку получаемый из живицы скипидар. В некоторых областях крестьяне зимой дымом горящей живицы прокуривали избу, чтобы очистить воздух и удалить дурной запах.

КСТАТИ
Бальзамы, которыми древние египтяне пропитывали мумии, сохранившиеся до наших дней и пережившие тысячелетия также включают в свой состав сосновую смолу.

ВОЛШЕБНАЯ СИЛА ОБЫЧНОЙ ВЕТКИ СОСНЫ
Волшебная сила приписывалась и обычной ветке сосны. Западные славяне от одного новогоднего праздника до другого хранили в избе сосновую ветку, которая, по их представлениям, должна оберегать дом от козней злой силы, охранять мир и благополучие обитателей избы.
К приходу Нового года старую засохшую ветку заменяли свежей.
Давно забыты суеверные представления, связанные с сосновой веткой. Но и теперь в современном жилище можно встретить ветку сосны, стоящую в хрустальной вазе, как украшение интерьера.

СОСНА И ОБРЯДЫ
Нарушая правила ботаники, сосну раз в год называют елкой. В южных районах нашей страны, где сосна не растет, вместо нее на Новый год рядят и чествуют сосну.
Но в отличие от елки, сосну рядят не только под Новый год. В некоторых областях России существовал обычай наряжать перед свадьбой на девичнике, когда подруги невесты пели обрядовые песни.
На середину стола клали ковригу, хлеба втыкали в нее молоденькую сосенку и, как невесту, украшали цветными лентами и полевыми цветами.
В свадебных песнях сравнивали невесту с молодой сосенушкой:

Сосенушка, сосенушка молоденькая,
Чего ты, сосенушка, не зеленая,
Молодка, молодушка, молоденькая,
Чего ты, молодушка не веселая.

Warning: getimagesize(/images/pages/3pg1_67_67..php on line 128

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Роль зеленых насаждений очень велика. Они снижают запыленность и загазованность воздуха, выполняют ветрозащитную функцию, обладают фитонцидным действием, борются с шумом, влияют на тепловой режим и влажность воздуха. На Земле примерно 350 миллионов лет назад появились первые деревья. Огромные территории были покрыты лесом, но затем значительная их часть была уничтожена людьми. Лес - сложное природное образование (биоценоз). В состав его входят не только живые организмы, но и их среда обитания - почвенно-грунтовый слой, атмосфера. Лес в наши дни испытывает на себе сильное влияние со стороны человека. Это влияние очень разнообразно. Тут сплошные рубки, пожары, массовый туризм, выпас скота, загрязнение атмосферы ядовитыми газами.… А как реагирует лес на это? Какие изменения в нём происходят? Насколько они опасны для существования леса? Вмешательство человека в жизнь леса нельзя остановить. Оно неизбежно и будет продолжаться, но всем надо стремиться к тому, чтобы причинять лесу наименьший вред. Что для этого нужно? Важную роль в жизни леса играет слой атмосферы, в котором развиваются лесные растения и другие живые организмы, без этого нельзя представить себе леса. Атмосфера служит источником углекислого газа, кислорода и пополняется кислородом, выделяемым растениями, и углекислым газом, образующимся в процессе дыхания. В него поступают вещества, жизненно важные для обитателей леса, и из него эти вещества вновь поглощаются растениями и животными. Эта система называется лесным биогеоценозом. Загрязнение атмосферы причиняет биогеоценозу большой вред. Главный враг леса - диоксид серы или иначе сернистый газ. Больше всего от него страдают сосновые леса. Сосновые насаждения - очистители воздуха от пыли, что зависит от хвои, её количества и поверхности. У хорошо развитого взрослого дерева сосны общая длина хвоинок превышает 200км. Этим определяется высокая фильтрующая способность дерева .

Тема нашей работы - «Сосна как индикатор загрязнения окружающей среды». Мы считаем эту тему актуальной на сегодняшний день, так как сохранение качества окружающей среды и здоровья населения находится в числе самых острых проблем современности.

Еще актуальность такой работы и в том, что зачастую достоверная информация недостаточна, требуется уточнение и поиск новых фактов. Цель исследования- определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязнённости атмосферы

Изучить литературу по теме исследования

Изучить состояние хвои сосны обыкновенной на разных участках города: вдоль федеральной трассы М5, лесопарковой зоны, около промышленной зоне, в районе озера Тургояк.

Проанализировать и обобщить результаты исследований

На основе полученных данных сделать вывод

Мы выдвинули гипотезу: сосну обыкновенную можно использовать в качестве биоиндикатора для оценки загрязнённости атмосферы.

Объектом исследования явились хвоинки сосны обыкновенной.

Предмет исследования - уровень загрязненности.

Исследовательская работа разделяется на две части: теоретическую и практическую. В теоретической части мы изучили характеристику голосемянных растений, в том числе сосны обыкновенной.

В практической части использовали опытно-экспериментальные методы исследования: эксперимент, наблюдение, теоретический анализ, по результатам которых нами были сделаны соответствующие выводы.

Глава 1. Теоретическое обоснование проблемы

Отдел Голосеменные насчитывает более 700 видов растений. Голосеменные имеют не только корни, стебель и листья, но и семена, образующиеся в особых органах - шишках. Семена голосеменных лежат на чешуях шишек открыто «голо» - отсюда и название этого отдела.

В состав отдела Голосеменных входят несколько классов, из которых ныне процветающим является класс хвойные (около 560 видов). Голосеменные растения в основном произрастают в северной части земного шара. Хвойные образуют огромные лесные массивы на Урале, в горах Кавказа, Средней Азии, в Сибири.

Голосеменные очень древние растения, останки которых находят в слоях девонского периода палеозойской эры. Расцвет хвойных приходится на юрский период. Это самая многочисленная и наиболее распространенная группа голосеменных растений. В настоящее время это преимущественно деревья (до 100м высоты), кустарники, древовидные лианы и даже эпифиты.

Ветвление моноподиальное. Листья у большинства хвойных растений жесткие игольчатые (хвоя). Располагаются хвоинки на стебле по спирали (одиночные) или собраны в пучки, чешуевидные - супротивно, не опадают в неблагоприятное время года. Снаружи листья покрыты толстой кутикулой - слоем особого вещества, выделяемого покровной тканью - кожицей. Устьица погружены в ткань листа, что снижает испарение воды, замена игл происходит постепенно в течение всей жизни растения. У хвойных растений мощно развита вторичная ксилема (древесина), состоящая на 90-95% из трахеид. Кора и сердцевина развиты слабо. Корни (главный и боковые) имеют обычное для деревьев строение с микоризой (симбиоз мицелия гриба и корней деревьев), придаточные корни встречаются редко. Отличительной чертой всех голосеменных является наличие семязачатков и образование семян. Семязачатки располагаются открыто, поэтому и называются голосеменные. Из семязачатка развиваются семена.

В цикле развития последовательно происходит смена двух поколений гаметофита и преобладающего спорофита. Хвойные вечнозеленые растения, за исключением лиственницы и метасеквойи. У многих хвойных в коре, древесине и листьях есть смоляные ходы, содержащие эфирное масло, смолы и бальзамы .

Хвойные формируют природные ландшафты - тайгу - на огромных пространствах континентов. Их значение в жизни природы и в хозяйственной деятельности человека велико. Являясь важнейшим компонентом биогеоценозов, они имеют огромное водоохранное и противоэрозийное значение. Хвойные растения дают основную массу строительной древесины и являются исходным материалом для многоотраслевой лесотехнической промышленности. Изхвойных получают вискозу, шелк, штапель, бальзамы и смолы, камфару, спирт и уксусную кислоту, дубильные экстракты и т.д., а также пищевые продукты и витамины. Семена кедра, сибирской сосны содержат до 79% масла, близкого к прованскому и миндальному. Для медицинской промышленности хвойные служат исходным сырьем для получения витаминов и медицинских препаратов. Хвоя, семена и молодые побеги некоторых хвойных - незаменимый зимний корм животных(особеннолосей), и птиц. Древесина тисовых используется для изготовления дорогих поделок и в мебельной промышленности, она почти не подвержена действию насекомых.

Сосна - это основная лесообразующая порода. По площади (114240,8 тыс. га.) она занимает второе место, уступая лишь лиственнице. Сосна обыкновенная и образуемые ее леса имеет огромный ареал с широким диапазоном произрастания. Род сосна(Pinus L.) насчитывает около 100 видов, произрастающих в странах умеренного пояса Северного полушария, а также в горах южных широт(Европа, Азия, Северная и Южная Америка).

Родовое название - от латинского pin - скала, гора, латинское selvestris - лесной от sylva - лес .

Этот род подразделяет на два подрода: двухвойные сосны с крылатыми семенами (Diploxylon) и пятихвойные, или кедровые, с бескрылыми семенами (Haploxylon). Подроддвухвойных включает сосны обыкновенную, эльдарскую, пицундскую и другие; подродпятихвойных - кедр сибирский, сосну корейскую, сосну веймутову.

Самый распространенный вид сосны, произрастающий в России - сосна обыкновенная (Pinussilvestria). Общими для этого вида чертами являются парное расположенные хвои на укороченных побегах, плоско-выпуклая форма хвоинок в поперечном разрезе, крепкие деревянистые шишки с характерно утолщенными концами чешуи, полуторагодичный период их созревания, своеобразное сочетание семени с крылом и другие. Эти признаки характерны для всех сосен, произрастающих в различных частях ее обширного ареала.

Сосна обыкновенная - вечнозеленое стройное хвойное дерево, достигающее 40м высоты, 1,5м в диаметре, с мутовчаторасположенными ветвями. Кора дерева красно-бурая, к вершине буро-желтая, трещиноватая, тонкошелушащаяся. Молодые ветви голые, зеленоватые, потом серо-бурые; почки 6-12мм длинной, острые, красновато-бурые, яйцевидно-коничные, смолистые, находятся, на верхушке главного побега и боковых ветвей. Боковые почки собраны в мутовку, окружающую более крупную центральную почку.

Вся древесина сосны пронизана многочисленными крупными смоляными ходами, тянущиеся в вертикальном направлении и сообщающимися между собой горизонтальными ходами, залегающими в сердцевинных лучах. Из естественных трещин коры и искусственных надрезов вытекает смола, заливающая нанесенные повреждения, в чем состоит ее биологическое значение. Вытекающая из раны смола называется живицей (от слов «заживлять», «исцелять»).

Корневая система с глубоко идущим главным корнем.

Листья (хвоя) сизо-зеленные, расположены попарно, жесткие, полуцилиндрические, заостренные, длинной 5-7см. шириной 2мм, расположены на верхушках укороченных побегов.

Серо-желтые пыльниковые (мужские) шишки размером меньше горошины развиваются весной у основания молодых длинных побегов, в пазухах кроющих листьев, и быстро отмирают. На концах молодых побегов тех же деревьев появляются красноватые овальные женские шишечки, длинной 5-6мм и шириной 4мм, на коротких ножках, состоящие из кроющих чешуй, в пазухах которых сидят семенные чешуи с семяпочками. Женские шишки после оплодотворения разрастаются, достигают 2,5-7см в длину и 2-3см в ширину. В первый год они зеленые, на второй - одревесневают и буреют. Семена длиной 3-4мм, черноватые или сероватые, удлиненно-яйцевидные с крылом в 3 раза длиннее семени. Цветет в мае, опыляется ветром. Семенные шишки созревают на второй год.

1. Влияние условий среды на жизнь и строение растений

Все, что окружает растение и оказывает на него прямое или косвенное воздействие, составляет в широком смысле среду его обитания. Роль отдельных элементов среды обитания в жизни растений неодинакова. Одни из этих элементов жизненно необходимы, другие влияют на растение, но не обязательны, третьи безразличны. Элементы среды обитания, влияющие на жизнь растений, называют экологическими факторами. Для них характерно непостоянство, то есть изменения величины действия во времени. Элемент среды, постоянно присутствующий в избыточных количествах, становится средообразующим фактором, который определяет специфику среды в целом.

Характер действия любого экологического фактора зависит от его величины. Существует оптимальное значение фактора и критическое (минимальная и максимальная его величины), за пределами которых активная жизнедеятельность. Многие растения, в разных условиях обитания оказываются различными по ряду морфологических и анатомических признаков.

В процессе эволюции у растений, приспособившихся к сходным условиям, появились общие черты внешнего облика, ритма роста, анатомической структуры. Однотипность реакций растений на тот или иной экологический фактор позволяет объединить их в экологические группы.

Каждая экологическая группа может включать растения разных жизненных форм. С другой стороны, растения одной и той же жизненной формы могут относится к разным экологическим группам.

Биоиндикационные методы

Сильнейшее воздействие на фитоценозы оказывают загрязняющие вещества, такие, как диоксид серы, оксид азота, углеводороды и другие. Среди них наиболее типичным является диоксид серы, образующийся при сгорании серосодержащего топлива (работа предприятий теплоэнергетики, котельных, отопительных печей населения, a также транспорта, особенно дизельного).

Устойчивость растений к диоксиду серы различна. Незначительное наличие диоксида серы хорошо диагностируется лишайниками - сначала исчезают кустистые, потом листовые и, наконец, накипные формы.

Из высших растений повышенную чувствительность к SO 2 имеют хвойные. Для ряда растений установлены границы жизнедеятельности и предельно допустимые концентрации диоксида серы в воздухе. Величины ПДК: для тимофеевки Луговой, сирени обыкновенной - 0,2мг/куб.м.; барбариса 0,5мг/куб.м.

Необходимо также учитывать, что происходит постепенное накопление диоксидов серы, а также их взаимодействие с другими загрязнителями, что усиливает негативное воздействие. Чувствительны к содержанию в воздухе других загрязнений (например, хлороводорода, фтороводорода) такие растения, как пшеница, пихта, земляника садовая, береза бородавчатая.

Стойкими к содержанию фтороводорода в воздухе являются хлопчатник, одуванчик, картофель, роза, табак, томаты, виноград, а к хлороводороду - крестоцветные, зонтичные, тыквенные, гераневые, гвоздичные, вересковые, сложноцветные. Считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительными к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обуславливает выбор сосны, как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики». Информативными по техногенному загрязнению является морфологические и анатомические изменения, а также продолжительность жизни хвои. При хроническом загрязнении лесов диоксидом серы наблюдается повреждение и преждевременное опадание хвои.

В незагрязненных лесных экосистемах основная масса хвои здорова, не имеет повреждений, и лишь малая часть хвоинок имеет светло-зеленые пятна и некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности. В загрязненной атмосфере появляются повреждения, и снижается продолжительность жизни хвои сосны.

Под действием загрязнителей происходит подавление репродуктивности сосны. Число шишек на дереве снижается, уменьшается число нормально развитых семян в шишках, заметно изменяются размеры женских шишек (до 15-20%). Биоиндикатором загрязненности атмосферы может служить ежегодный прирост деревьев по высоте, который на загрязненных участках может быть на 20-60% ниже, чем на контрольных. Информативной по техногенному загрязнению является продолжительность жизни хвои (1 до 5 и более лет).

Биоиндикация - это оценка состояния окружающей среды по реакции живых организмов (растения, животные). Сущность биоиндикации заключается в том, что определенные факторы среды создают возможность существования того или иного вида. Виды, которые позволяют выявить специфические особенности среды, называют индикаторами. Биоиндикация дает возможность судить об изменениях состояния среды и прогнозировать направление этих изменений. При изучении степени загрязнения окружающей среды важна реакция организмов на загрязнители. Систему наблюдений за этой реакцией называют биологическим мониторингом. Хвойные растения очень чувствительны к загрязнению среды. Они особенно сильно страдают от сернистого газа. Продолжительность жизни хвои у сосны составляет 3-4 года. За это время она накапливает такое количество сернистого газа, которое может существенно превысить пороговые значения.

Под влиянием сернистого газа у сосны происходят следующие изменения:

Уменьшается продолжительности жизни хвои;

Отмирают побеги; - уменьшается ширина годичных колец;

Редеет крона;

Появляются омертвления тканей (некрозы).

Остановимся на этих признаках.

Листопад (опадение хвои) у сосны происходит осенью. Зеленые хвоинки располагаются на прошлогодних побегах и этого года, а желтые на более старых, которым уже более 3 лет. Также у сосны редеет крона, появляется много сухих веток, покрытых редкой короткой хвоей. Сернистый газ поглощается растением через устьица, растворяется в жидкой фазе клеток (цитоплазме) и вызывает отравление живых тканей (Схема №1).

Скорость поступления фитотоксиканта (природное или химические вещество, поражающее растительность) сильно зависит от влажности воздуха и насыщенности листьев водой. Увлажненные хвоинки поглощают сернистый газ в несколько раз больше, чем сухие. Растение интенсивно накапливает в тканях серу. Молодые хвоинки активнее поглощают сернистый газ, чем старые. Поэтому возраст сосновой хвои указывает на степень загрязнения. При концентрации сернистого газа 1:1000000 хвоя сосны опадает. Фотосинтез полностью прекращается. Появление омертвления тканей (некрозов) чаще проявляется на хвоинках сосны под влиянием загрязняющих веществ. Различают следующие виды некрозов:

краевой некроз (по краям хвоинки);

серединный некроз (середина хвоинки);

точечный некроз - отмирание тканей листа в виде пятен, рассыпанных по всей поверхности хвоинки.

Изреживание кроны происходит в результате обезлиственности или обесхвоенности (дефолиации), когда воздействие загрязняющих веществ (в том числе и сернистый газ) приводит к разрушению верхней части дерева.

Существует удобный способ определения возраста хвои с помощью мутовок.

Часто задают вопрос: «Почему для оценки качества среды приходится использовать живые объекты, когда это проще делать физико-химическими методами? Есть три случая, когда биоиндикация (определение биологически значимых нагрузок на основе реакций на них живых организмов и их сообществ) незаменима:

1. Фактор не может быть измерен.

2. Фактор трудно измерить.

3. Фактор легко измерить, но трудно интерпретировать, т.е. разъяснить, растолковать.

С точки зрения охраны природы, важнее получить ответ на вопрос, к каким последствиям приведет та или иная концентрация загрязнителя в среде. Эту задачу и решает биоиндикация, позволяя оценить биологические последствия антропогенного изменения среды. Актуальность биоиндикации обусловлена также скоростью, простотой и дешевизной определения качества среды.

Биоиндикаторы - это биологические объекты, используемые для оценки состояния среды .

Типы биоиндикаторов:

1. Чувствительный. Быстро реагирует значительным отклонением показателей от нормы.

2. Аккумулятивный. Накапливает воздействия без проявляющихся нарушений. Биоиндикаторы описывают с помощью двух характеристик: специфичность и чувствительность.

При низкой специфичности биоиндикатор реагирует на разные факторы, при высокой специфичности только на один.

При низкой чувствительности биоиндикатор отвечает только на сильные отклонения фактора от нормы, при высокой чувствительности отвечает на незначительные отклонения.

Чувствительность населения к действию загрязнения атмосферы зависит от большого числа факторов, в том числе от возраста, пола, общего состояния здоровья, питания, температуры и влажности и т.д. Лица пожилого возраста, дети, больные, страдающие хроническим бронхитом, коронарной недостаточностью, астмой, являются более уязвимыми.

Общая схема реакции организма на воздействие загрязнителей ОС по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) имеет следующий вид (Приложение 1):

(1) - смертность;

(2) - заболеваемость;

Проблема состава атмосферного воздуха и его загрязнения от выбросов автотранспорта становится все более актуальной.

Среди факторов прямого действия (все, кроме загрязнения окружающей среды) загрязнение воздуха занимает, безусловно, первое место, поскольку воздух - продукт непрерывного потребления организма.

Одним чрезвычайно вредным компонентом автомобильных выхлопов является свинец. Этотэлемент наиболее токсичен. Ежегодно в атмосферу выбрасывается около 200 тысяч тонн свинца.

Оксиды свинца накапливаются в организме человека, попадая в него через животную и растительную пищу. Свинец и его соединения относятся к классу высокотоксичных веществ, способных причинить ощутимый вред здоровью человека. Свинец влияет на нервную систему, что приводит к снижению интеллекта, а также вызывает изменения физической активности, координации, слуха, воздействует на сердечно-сосудистую систему, приводя к заболеваниям сердца. Свинцовое отравление (сатурнизм) занимает первое место среди профессиональных интоксикаций .

Глава 2 . Опытно-экспериментальная работа

В настоящее время установлено, что на атмосферное загрязнение воздуха более остро реагируют хвойные породы, по сравнению с лиственными. Повышенная чувствительность хвойных связана с длительным сроком жизни хвои и поглощением газов, а также со снижением массы хвои. При частых или постоянных воздействиях в тканях хвойных растений постепенно накапливаются токсичные соединения, что приводит к отмиранию хвои. В нормальных условиях хвоя сосны опадает через 3-4 года, вблизи источников атмосферного загрязнения - значительно раньше (через 1-2 года).

Источников антропогенного характера, вызывающих загрязнение атмосферы, а также нарушение экологического равновесия в биосфере, - множество. Однако самым значительным из них является автотранспорт.

Сосновые леса наиболее чувствительны к загрязнению воздуха, особенно к выхлопным газам автомобилей, а также выбросам веществ в воздух предприятиями и АЗС. В связи с этим перед нами стояла задача: оценить степень загрязнения воздуха на четырех участках, различных по степени загруженности автотранспортом и расположению к предприятиям города.

Методика проведения исследования подразделялась на 3 этапа:

1 этап - определение участков проведения работы,

2 этап - определение состояния хвои сосны, обработка данных,

3 этап - определение продолжительности жизни хвои сосны, обработка данных.

1 этап. Определили участки проведения работы.

Было выбрано 4 участка вблизи автодорог, которые находились в зонах, контрастных по уровню атмосферного загрязнения:

«КБ им. В.П.Макеева» (Приложение 2).

(Приложение 3)

Участок №3 - п. Тургояк, дорога в лагерь «Космос» в лесной зоне (250 м. от дороги в глубь леса) (Приложение 4)

(Приложение 5)

этап. Методика исследования «Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы»

Цель: Используя метод визуальной и количественной оценки, определить состояние хвои сосны обыкновенной (Рinussilvestris) для оценки загрязненности атмосферы.

Оборудование: хвоя сосны, цифровой микроскоп, калькулятор, компьютер.

В незагрязненных лесах основная масса хвои сосны здорова, не имеет повреждений, и лишь малая часть хвоинок имеет светло-зеленые пятна и небольшие темные точки, рассеянные по хвоинкам. В загрязненной атмосфере появляются повреждения и снижается продолжительность жизни хвоинок.

Для определения степени чистоты атмосферы с нескольких боковых побегов в средней части кроны с 10-15 деревьев берут 200-300 хвоинок второго-третьего года жизни. Собранные хвоинки делят по признакам повреждения: неповрежденные, с пятнами, спризнаками усыхания, и подсчитывают количество хвоинок в каждой группе и по каждому исследуемому участку. Данные исследования заносят в таблицу. Делается вывод о степени загрязнения атмосферы.

Если сосновые иголки без пятен, воздух считается идеально чистым; если хвоинки с редкими мелкими пятнами, воздух чистый. Если имеются хвоинки с частыми мелкими пятнами, можно говорить о загрязненном воздухе, а при наличии черных и желтых пятен - об опасно грязном воздухе .

3 этап.Определили состояние хвои сосны.

Выявили степень повреждения хвои

С ветвей 4 деревьев отобрали побеги одинаковой длины. С них собрали всю хвою и визуально проанализировали её состояние. Степень повреждения хвои определяли по изменению окраски, в том числе наличию хлоротичных пятен, некротических точек, некрозов (Приложение 6).

Рис.1. Класс повреждения и усыхания хвои

Класс повреждения хвои:

1 - хвоинки без пятен,

2 - хвоинки с небольшим числом пятен,

3 - хвоинки с большим числом чёрных и жёлтых пятен, некоторые из них крупные, во всю ширину хвоинки.

Класс усыхания хвои:

1 - нет сухих участков,

2 - усох кончик 2-5 мм,

3 - усохла треть хвоинки,

4 - вся хвоинка жёлтая или более половины её длины сухая.

Результаты подсчетов занесены в таблицу.

Повреждение и усыхание хвои сосны обыкновенной в разных зонах

Состояние хвои	Участок №1Тургоякское шоссе			Участок №2Объездная дорога			Участок №3 п. Тургояк, дорога в лесной зоне			Участок №4федеральная трасса М5, район «Пекинка»
	Кол-во хвоинок	% хвоинок от общего кол-ва	Кол-во хвоинок		% хвоинок от общего кол-ва	Кол-во хвоинок		% хвоинок от общего кол-ва	Кол-во хвоинок		% хвоинок от общего количества
Обследовано хвоинок
Повреждения хвои
- 1 класса хвоинки без пятен
- 2 класса (с небольшим числом пятен)
- 3 класса (с большим числом чёрных и жёлтых пятен)
Усыхание хвои
- 1 класса (нет сухих участков)
- 2 класса (усох кончик 2-5 мм)
- 3 класса (усохла треть хвоинки)
- 4 класса (вся хвоинка жёлтая или более половины её длины сухая).

Наглядно повреждения и усыхания хвои представлены в приложениях 7-10.

Исходя из полученных данных, мы можем сделать вывод о том, что степень повреждения и усыхания хвои сосны обыкновенной на участках №4 (Федеральная трасса М5) и №2 (Объездная дорога в промышленной зоне г.Миасса) больше, чем на участке №1 (Тургоякское шоссе), а значит и степень загрязнения атмосферного воздуха в данной зоне ниже.Причины загрязнения вероятно связаны с тем, что возле участка №4 находится АБЗ(асфальтово - бетонный завод) Миасского ДРСУ, АЗС «САЛАВАТ» и стоянка большегрузов «Пекинка», вблизи участка №2 - предприятие «Кедр», 2 АЗС, ЗАО «Техсервис».

Участки №1 и №3 являются чистыми, в связи с тем, что вблизи отсутствуют предприятия, в лесном массиве нет большого потока автомобилей.

Самые запыленные, грязные ветки и хвоя сосны на участках № 1и №4 (Приложение 11), сосна с участка № 2 заражена яйцами тли (Приложение 12).

В результате исследования мы выяснили, что деревья с поврежденной хвоей сосны расположены вблизи автомагистрали, а с менее поврежденная хвоя у сосны - дальше от дороги. Хвоя сосны обыкновенной обладает большой аккумулирующей способностью. При накоплении токсичных веществ наблюдаются морфологические изменения, которые являются показателями загрязненности атмосферы. Там, где воздух сильно загрязнен, на хвое сосны появляются повреждения и снижается продолжительность жизни дерева. Если количество автотранспорта увеличится, то это приведет к нежелательным последствиям - такое растение как сосна не сможет существовать в условиях загрязнения. Для сохранения лесов необходимо принимать меры по их охране, в том числе переходить на экологически чистое топливо.

Заключение

Источников антропогенного характера, вызывающих загрязнение атмосферы, а также нарушения экологического равновесия в биосфере, множество. Однако самыми значительными из них являются два: транспорт и промышленность.Сосновые леса наиболее чувствительны к загрязнению воздуха.

Работа по данному исследованию позволяет развить экологическое мышление учащихся, сформировать навыки работы с компьютером, использовать ресурсы сети Интернет.

Задачи были решены, цель достигнута. Гипотеза подтвердилась.

Данный проект можно использовать на уроках биологии как наглядный и познавательный материал.

Коль суждено дышать нам воздухом одним,

Давайте же мы все на век объединимся,

Давайте наши души сохраним,

Тогда мы на Земле и сами сохранимся.

Н.Старшинов

Список использованных источников и литературы

Алексеев, В.А. 300 вопросов и ответов по экологии [Текст]/ Ярославль:Академия развития, 1998

Арнольд, О. Экология: нетрадиционный взгляд на проблему [Электронный ресурс] / О. Арнольд // - Биология. - 2015. - №10 - http://bio.1september.ru/topic.php?TopicID=5&Page=1

Боднарук, М.М. Биология: дополнительные материалы к урокам и внеклассным мероприятиям по биологии и экологии 10-11 класс [Текст] / Волгоград: Учитель, 2008

ЗлыгостевАлексей. Слой атмосферы [Электронный ресурс]/ http://dendrology.ru/books/item/f00/s00/z0000041/st012.shtml

Зорина, Т.Г. Школьникам о лесе [Текст] / М.: Лесная промышленность, 1987

Криксунов, Е.А., Пасечник, В.В., Сидорин, А.П. Экология: 9 класс: Учебник для общеобразоватльных учебных заведений [Текст]/ М.: Дрофа, 1995

Трасс, Х.Х. Биоиндикация состояния атмосферной среды городов. Экологические аспекты городских систем [Текст] / Минск: Наука и техника, 1984

Шуберг Р. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем [Текст] - М., 1988

Экологический мониторинг: учебно-методическое пособие [Текст] / автор-состав. Т.Я.Ашихмина, - Киров: ООО «Типография «Старая Вятка», 2012

Энциклопедия для детей. Том 17. Биология [Текст]/ М.: Аванта+, 2000

Приложение 1

Реакция организма на воздействие загрязнителей воздуха

(1) - смертность;

(2) - заболеваемость;

(3) - физиологические признаки заболевания;

(4) - сдвиги жизнедеятельности организма неизвестного назначения;

(5) - накопление загрязнений в органах и тканях.

Приложение 2

Участок №1 -Тургоякское шоссе в 50 метрах от поворота на ГРЦ «КБ им. В.П.Макеева»

Приложение 3

Участок №2 - в черте г.Миасса объездная дорога в районе предприятий «Кедр» и ЗАО «Техсервис» между двух АЗС

Приложение 4

Участок №3 - п. Тургояк, дорога в лагерь «Космос» в лесной зоне (250 м от дороги в глубь леса)

Приложение 5

Участок №4 - федеральная трасса М5, район «Пекинка» в 2,5 км от южной части г. Миасса

Приложение 6

Отсчитывание нужного количества хвоинок

Приложение 7

Участок №1 -Тургоякское шоссе в 50 метрах от поворота на ГРЦ

«КБ им. В.П.Макеева»

Приложение 8

Участок №2 - в черте г.Миасса объездная дорога в районе предприятий «Кедр» и ЗАО «Техсервис» между двух АЗС

Повреждение хвои 1 класса (без пятен)

Повреждение хвои 2 класса (с небольшим числом пятен)

Повреждение хвои 3 класса (с большим числом черных и желтых пятен)

Приложение 9

Участок №3 - п. Тургояк, дорога в лагерь «Космос» в лесной зоне (250 м. от дороги в глубь леса)

Повреждение хвои 1 класса (без пятен)

Повреждение хвои 2 класса (с небольшим числом пятен)

Повреждение хвои 3 класса (с большим числом черных и желтых пятен)

Приложение 10

Участок №4 - федеральная трасса М5, район «Пекинка» в 2,5 км от южной части г. Миасса

Повреждение хвои 1 класса (без пятен)

Повреждение хвои 2 класса (с небольшим числом пятен)

Повреждение хвои 3 класса (с большим числом черных и желтых пятен)

Приложение 11

Участок №1 -Тургоякское шоссе в 50 метрах от поворота на ГРЦ

«КБ им. В.П.Макеева»

Участок №4 - федеральная трасса М5, район «Пекинка» в 2,5 км от южной части г. Миасса

Приложение 12

Участок №2 - в черте г.Миасса объездная дорога в районе предприятий «Кедр» и ЗАО «Техсервис» между двух АЗС

На срезе видны ранние и поздние трахеиды, выполняющие проводящую и механическую функции. Ранние трахеиды почти всегда квадратные, имеют большую внутреннюю полость, а в радиальных стенках – окаймлённые поры, имеющие на поперечном срезе вид 2 двузубых вилок. На некачественных (толстых) срезах можно увидеть, что в месте окаймлённых пор стенки трахеид как бы раздваиваются, и утолщения между зубцами – тора не видно.

Поздние трахеиды толстостенны, сплющены по радиусу, окаймлённые поры на них редки.

На срезе можно заметить и сердцевинные лучи в виде тёмных полос, идущих в радиальном направлении и представляющих структуру из вытянутых в направлении луча клеток.

Хорошо видны в поздней древесине вертикальные смоляные ходы-каналы, окружённые выстилающими клетками и сопровождаемые слоем живых (сопровождающих) клеток с запасными питательными веществами. Между клетками сопровождающей паренхимы находятся межклетники, выстилающие клетки окружены слоем мёртвых клеток. Просвет вертикального смоляного канала на поперечном срезе составляет около 80 % его диаметра.

Рис 1. Поперечный срез древесины сосны:

1 – поздние трахеиды; 2 – ранние трахеиды; 3 – сердцевинный луч; 4 – вертикальный смоляной ход; 5 – окаймлённая пора; 6 – граница годичного слоя.

Диаметр вертикального смоляного канала на поперечном срезе равен:

Радиальный срез

На радиальном срезе хорошо различимы трахеиды в виде длинных клеток. В ранней древесине они широки и имеют на радиальных стенках много крупных окаймлённых пор в виде 2 концентрических светлых пятен. Поздние трахеиды узки, окаймлённых пор в них мало и они мельче, чем в ранних трахеидах, а вместо внутреннего круга имеют косую щель.

Трахеиды пересекают сердцевинные лучи. Выглядят они в виде тёмных полосок и состоят из краевых (мёртвых) с мелкими окаймлёнными порами клеток, служащих для проведения воды от слоя к слою по радиусу и средних (живых) с простыми порами, имеющими вид больших светлых пятен.

Иногда на разрезе попадается вертикальный смоляной ход в виде полого канала, выстланного эпителием с оболочками.

Рис. 2. Радиальный срез древесины сосны:

1 – ранние трахеиды; 2 – окаймлённые поры; 3 – вертикальный смоляной ход; 4 – поздние трахеиды; 5 – сердцевинный луч

Тангентальный срез

На срезе видны сердцевинные лучи, перерезанные поперёк, в виде вертикальных цепочек разной длины.

Трахеиды на радиальных стенках имеют окаймлённые поры в виде вилочек.

Смоляные ходы, перерезанные поперёк, можно видеть в крупных сердцевинных лучах в виде вертикальных веретён. Это горизонтальные смоляные ходы, состоящие из тех же элементов, что и вертикальные. Они соединяют вертикальные смоляные ходы различных годичных слоёв. Иногда на тангентальном разрезе можно увидеть продольный рахрех вертикального смоляного хода.

Рис. 3. Тангентальный срез древесины сосны:

1 – горизонтальный смоляной ход в сердцевинном луче; 2 – ранние трахеиды; 3 – окаймлённые поры; 4 – сердцевинный луч; 5 – вертикальный смоляной ход.

Диаметр горизонтального смоляного канала на тангентальном срезе равен.