К механическим свойствам древесины относятся: прочность, твёрдость, жёсткость, ударная вязкость и другие.

Прочность - способность древесины сопротивляться разрушению от механических усилий, характеризующихся пределом прочности. Прочность древесины зависит от направления действия нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков.

Существенное влияние на прочность древесины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении количества связанной влаги прочность древесины уменьшается (особенно при влажности 20-25%). Дальнейшее повышение влажности за предел гигроскопичности (30%) не оказывает влияния на показатели прочности древесины. Показатели пределов прочности можно сравнивать только при одинаковой влажности древесины. Кроме влажности на показатели механических свойств древесины оказывает влияние и продолжительность действия нагрузок.

Вертикальные статические нагрузки - это постоянные или медленно возрастающие. Динамические нагрузки, наоборот, действуют кратковременно. Нагрузку, разрушающую структуру древесины, называют разрушительной. Прочность, граничащую с разрушением, называют пределом прочности древесины, её определяют и измеряют образцами древесины. Прочность древесины измеряют в Па/см2 (кгс на 1 см2) поперечного сечения образца в месте разрушения, (Па/см2 (кг с/см2).

Сопротивление древесины определяют как вдоль волокон, так и в радиальном и тангенциальном направлении. Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание. Прочность зависит от направления действия сил, породы дерева, плотности древесины, влажности и наличия пороков. Механические свойства древесины приведены в таблицах.

Чаще всего древесина работает на сжатие, например, стойки и опоры. Сжатие вдоль волокон действует в радиальном и тангенциальном направлении (рис. 1).

Предел прочности на растяжение. Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон для всех пород составляет 1300 кгс/см2. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности.

Прочность древесины при растяжении поперёк волокон очень мала и в среднем составляет 1/20 часть от предела прочности при растяжении вдоль волокон, то есть 65 кгс/см2. Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперёк волокон. Прочность древесины на растяжение поперёк волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины.

Предел прочности при сжатии. Различают сжатие вдоль и поперёк волокон. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Разрушение при сжатии начинается с продольного изгиба отдельных волокон, которое во влажных образцах из мягких и вязких пород проявляется как смятие торцов и выпучивание боков, а в сухих образцах и в твёрдой древесине вызывает сдвиг одной части образца относительно другой.

Средняя величина предела прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет 500 кгс/см2.

Прочность древесины при сжатии поперёк волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 8 раз. При сжатии поперёк волокон не всегда можно точно установить момент разрушения древесины и определить величину разрушающего груза.

Древесину испытывают на сжатие поперёк волокон в радиальном и тангенциальном направлениях . У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии выше в полтора раза, чем при тангенциальном; у хвойных - наоборот, прочность выше при тангенциальном сжатии.

Рис. 2. Испытание механических свойств древесины на изгиб.

Предел прочности при статическом изгибе. При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжение сжатия, а нижние - растяжения вдоль волокон. Примерно посередине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон. Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 1000 кгс/см2, то есть в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперёк волокон и перерезание.

Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), прочность на скалывание по тангенциальной плоскости на 10-30% выше, чем по радиальной.

Предел прочности при скалывании поперёк волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперёк волокон в четыре раза выше прочности при скалывании.

Твёрдость - это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определённой формы. Твёрдость торцовой поверхности выше твёрдости боковой поверхности (тангенциальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных. По степени твёрдости все древесные породы можно разделить на три группы: 1) мягкие - торцовая твёрдость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан); 2) твёрдые - торцовая твёрдость 40,1-80 МПа (лиственница, сибирская берёза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клён, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень); 3) очень твёрдые - торцовая твёрдость более 80 МПа (акация белая, берёза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).

Твёрдость древесины имеет существенное значение при обработке её режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц перил.

Твёрдость древесины

Эбеновое дерево
Акация белая
Олива		Падук
Ярра		Афромозия
Кумару		Граб
Лапачо		Вяз гладкий
Амарант		Берёза
Орех грецкий		Тиковое дерево
Кемпас		Ирокко (камбала)
Бамбук		Вишня
Панга-панга		Ольха
Венге		Лиственница
Гуатамбу		Клён полевой
Клен остролистый		Сосна
Ясень		Сосна корейская
Мербау		Осина
Сукупира		Кумьер
Ятоба (мерил)		Груша
Свитения (махагони)		Сапелли
Дуссие		Липа
Мутения		Каштан

Порода дерева	Твердость, МПа (кгс/см 2)
	для поверхности поперечного разреза	для поверхности радиального разреза	для поверхности тангенциального разреза
Липа	19,0(190)	16,4(164)	16,4(164)
Ель	22,4(224)	18,2(182)	18,4(184)
Осина	24,7(247)	17,8(178)	18,4(184)
Сосна	27,0(270)	24,4(244)	26,2(262)
Лиственница	37,7(377)	28,0(280)	27,8(278)
Береза	39,2(392)	29,8(298)	29,8(298)
Бук	57,1 (571)	37,9(379)	40,2(402)
Дуб	62,2(622)	52,1(521)	46,3(463)
Граб	83,5(835)	61,5(615)	63,5(635)

Ударная вязкость характеризует способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения и определяется при испытаниях на изгиб. Ударная вязкость у древесины лиственных пород в среднем в 2 раза больше, чем у древесины хвойных пород. Ударную твёрдость определяют, сбрасывая стальной шарик диаметром 25 мм с высоты 0,5 м на поверхность образца, величина которого тем больше, чем меньше твёрдость древесины.

Износостойкость - способность древесины сопротивляться износу, т.е. постепенному разрушению её поверхностных зон при трении. Испытания на износостойкость древесины показали, что износ с боковых поверхностей значительно больше, чем с поверхности торцевого разреза. С повышением плотности и твёрдости древесины износ уменьшился. У влажной древесины износ больше, чем у сухой.

Способность древесины удерживать металлические крепления: гвозди, шурупы, скобы, костыли и др. - важное её свойство. При забивании гвоздя в древесину возникают упругие деформации, которые обеспечивают достаточную силу трения, препятствующую выдёргиванию гвоздя. Усилие, необходимое для выдёргивания гвоздя, забитого в торец образца, меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперёк волокон. С повышением плотности сопротивление древесины выдергиванию гвоздя или шурупа увеличивается. Усилия, необходимые для выдёргивания шурупов (при прочих равных условиях), больше, чем для выдёргивания гвоздей, так как в этом случае к трению присоединяется сопротивление волокон перерезанию и разрыву.

Основные технические свойства различных древесных пород

Порода дерева	Коэффициент усушки, %		Механическая прочность для древесины с 15 %-ной влажностью, МПа (кгс/см 2)
	в радиальном направлении	в тангенциальном направлении	на сжатие вдоль волокон	на изгиб	скалывание
					в радиальной плоскости	в тангециальной плоскости
Хвойные древесные породы
Сосна	0,18	0,33	43,9	79,3	6,9(68)	7,3(73)
Ель	0,14	0,24	42,3	74,4	5,3(53)	5,2(52)
Лиственница	0,22	0,40	51,1	97,3	8,3(83)	7,2(72)
Пихта	0,9	0,33	33,7	51,9	4,7(47)	5,3(53)
Твердолиственные древесные породы
Дуб	0,18	0,28	52,0	93,5	8,5(85)	10,4(104)
Ясень	0,19	0,30	51,0	115	13,8(138)	13,3(133)
Береза	0,26	0,31	44,7	99,7	8,5(85)	11(110)
Клен	0,21	0,34	54,0	109,7	8,7(87)	12,4(124)
Ильм	0,22	0,44	48,6	105,7	-	13,8(138)
Вяз	0,15	0,32	38,9	85,2	7(70)	7,7(77)
Мягколиственные древесные породы
Осина	0,2	0,32	37,4	76,6	5,7(57)	7,7(77)
Липа	0,26	0,39	39	68	7,3(73)	8(80)
Черная ольха	0,16	0,23	36,8	69,2	-	-
Черная осина	0,16	0,31	35,1	60	5,8(58)	7,4(74)

Нормативная сопротивляемость чистой древесины сосны и ели

Вид сопротивления и характеристика элементов, находящихся под нагрузкой	МПа (кгс/см 2)
Сопротивление статическому изгибу R t :
для элементов, изготовленных из круглого леса с неослабленным поперечным сечением	16(160)
для элементов с прямоугольным сечением (ширина 14 см, высота - 50 см)	15(150)
для остальных элементов	13(130)
Сопротивляемость сжатию R сж и поверхностному сжатию R п.сж :
R п.сж вдоль волокон	13(130)
в плоскости, параллельной направлению волокон R п.сж.пл	1,8(18)
Сопротивление сжатию местной поверхности R п.сж :
поперек волокон в опорных местах конструкции	2,4 (24)
в опорных зарубках	3(30)
под металлическими подкладками (если углы приложения силы 90…60°)	4(40)
Сопротивляемость растяжению вдоль волокон R раст.в :
для элементов с неослабленным поперечным сечением	10(100)
для элементов с ослабленным поперечным сечением	8(80)
Сопротивляемость раскалыванию вдоль волокон R раск.в	2,4(24)
Сопротивляемость раскалыванию поперек R раск.в волокон	1,2(12)

Средние показатели сопротивления древесины выдергиванию гвоздей

Порода древесины	Плотность, кг/м 3	Размеры гвоздей, мм
		оцинкованных		не оцинкованных
		1,2 х 25		1,6 х 25		2 х 4
		Средние показатели сопротивления в направлениях
		радиальном	тангенциальном	радиальном	тангенциальном	радиальном	тангенциальном
Лиственница

Усилие, необходимое для выдергивания гвоздя, забитого в торец, на 10-15% меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперёк волокон.

Способность древесины изгибаться позволяет гнуть её. Способность гнуться выше у кольцесосудистых пород - дуба, ясеня и др., а из рассеянно-сосудистых - бука; хвойные породы обладают меньшей способностью к загибу. Гнутью подвергают древесину, находящуюся в нагретом и влажном состоянии. Это увеличивает податливость древесины и позволяет вследствие образования замороженных деформаций при последующем охлаждении и сушке под нагрузкой зафиксировать новую форму детали.

Раскалывание древесины имеет практическое значение, так как некоторые сортименты её заготовляют раскалыванием (клёпка, обод, спицы, дрань). Сопротивление раскалыванию по радиальной плоскости у древесины лиственных пород меньше, чем по тангенциальной. Это объясняется влиянием сердцевинных лучей (у дуба, бука, граба). У хвойных, наоборот, раскалывание, по тангенциальной плоскости меньше, чем по радиальной.

Деформативность. При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, которые после нагрузки исчезают. До определённого предела зависимость между напряжениями и деформациями близка к линейной (закон Гука). Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности - модуль упругости.

Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жёсткая древесина.

С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жёсткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в «замороженные» остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении.

Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, её деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок. Механические свойства древесины, как и других полимеров, изучаются на базе общей науки реологии. Эта наука рассматривает общие законы деформирования материалов под воздействием нагрузки с учётом фактора времени.

ка, гонт, дранка и пр.) и как отрицательное при забивке гвоздей, костылей, скоб, ввинчивании шурупов.

Удельные характеристики механических свойств. Для сравни­тельной оценки качества древесины используют показатели ее механических свойств (пределы прочности, модуль упругости, ударную вязкость, твердость), отнесенные к единице плотности Удельная прочность при сжатии и статическом изгибе у хвойных пород оказывается выше, чем у лиственных.

Значительно выше у хвойных пород и удельная жесткость (осо­бенно у древесины ели и пихты). По остальным свойствам удель­ные характеристики у древесины лиственных пород выше, чем у хвойных.

Удельные характеристики древесины имеют особое значение, когда от изделия или конструкции требуется высокая прочность и жесткость (зависит от модуля упругости) при малом весе. Это важно для транспортного машиностроения, авиастроения, судостроения, строительства и т.д., при отборе древесины для производства му-] зыкальных инструментов и в других случаях.

По удельной прочности древесина вполне конкурентоспособ­на с другими современными материалами, а по удельной жестко­сти (вдоль волокон) во много раз превосходит полимеры. Так,] например, удельная прочность при растяжении древесины сосны равна 206 кПа-м 3 /кг, дюралюминия 150... 175 кПа-м 3 /кг, стекло­пластика 263 кПа-м 3 /кг. Удельная жесткость древесины сосны (вдоль волокон) 24,6 МПа-м 3 /кг, полиакрилатов 3,3 МПа-м 3 /кг, капрона 1,3 МПа-м 3 /кг.

Контрольные вопросы

Какие особенности отличают механические испытания древесины; от испытаний других материалов?

Назовите соотношения между пределами прочности на растяже­ ние, сжатие и статический изгиб древесины.

Какой показатель определяют при испытании древесины на сжатие поперек волокон?

Какой вид излома характерен для прочной древесины?

Под действием каких напряжений происходит разрушение древеси­ ны при скалывании?

Назовите причины образования «замороженных» остаточных де­ формаций.

Как влияет длительность нагружения на пределы прочности древе­ сины?

В чем состоит отличие испытаний на ударную вязкость от испыта­ ний на прочность древесины?

На какие группы делятся породы по твердости древесины?

10. Назовите причины, удерживающие гвозди и другие крепления в, древесине.

Глава 5 изменчивость и взаимосвязи свойств древесины

5.1. Изменчивость свойств

Свойства древесины, как уже отмечалось, существенно зави­сят от породы. Однако и в пределах одной породы наблюдается изменчивость свойств, обусловленная возрастными изменениями дерева, влиянием окружающей среды и наследственными факто­рами. Особенности строения древесины отражаются на ее плотно­сти. Чем толще клеточные стенки, длиннее волокна и больше со­держание поздней древесины в годичных слоях, тем выше плот­ность древесины в целом.

Плотность, в свою очередь, тесно связана с большинством физических и механических свойств древесины. Поэтому, рассмат­ривая закономерности изменения плотности, можно получить представление об изменчивости и других свойств.

Изменчивость свойств древесины в отдельном дереве. По р а-диусу ствола плотность периодически меняется, что особен­но заметно у хвойных и кольцесосудистых лиственных пород. На­пример, у сосны плотность поздних зон в 2...3 раза выше, чем ранних. По мере удаления от сердцевины по радиусу ствола плот­ность ранних зон сначала несколько снижается, затем сохраняется постоянной и лишь у самой коры возрастает. Плотность поздних зон постепенно повышается в направлении от сердцевины к коре.

При объединении результатов испытаний образцов, взятых на разных уровнях ствола, было установлено , что у хвойных по­род в возрасте спелости (сосна, кедр, лиственница) плотность древесины вначале возрастает по направлению от сердцевины к коре, достигает максимума примерно на 2/3 радиуса, после чего вновь начинает снижаться. В стволах кольцесосудистых листвен­ных пород (дуб, ясень) плотность древесины снижается, а в ство­лах рассеянно-сосудистых повышается в указанном направлении. У дальневосточных хвойных и лиственных пород, по данным ВИАМа, изменение плотности такое: от сердцевины к коре она сначала возрастает, достигает максимума, а затем вновь уменьша­ется.

Исследования ИЛД сибирских пород показали, что плотность У сосны непрерывно увеличивается от сердцевины к коре; у ли­ственницы максимальное значение плотности наблюдается на половине радиуса, а у ели там отмечается минимальное значение плотности. У березы плотность по направлению от сердцевины к коре повышается, а у сосны снижается. Для сосны, ели, березы и осины, произрастающих на северо-западе европейской части стра­ны, получены общие закономерности , свидетельствующие об

Рис. 5.1. Изменение плотности древесины по радиусу ствола сосны

и березы :

а - вершинная часть ствола; б - средняя; в - комлевая

увеличении плотности по мере удаления от сердцевины (рис. 5.1). Исключение составила лишь древесина осины, у которой в вер­шинной части ствола была обнаружена обратная зависимость.

У хвойных пород, особенно у сосны, выделяется примыка­ющая к сердцевине зона так называемой ювенильной (не­зрелой) древесины. Формирование ювенильной древесины про­исходит в первые 5... 20 лет жизни дерева. У ювенильной древеси­ны тоньше клеточные стенки, короче волокна, меньше клеток в поздних зонах годичных слоев. Эта древесина отличается от зрелой меньшим содержанием целлюлозы, меньшей плотностью на сжа­тие вдоль волокон, большой продольной усушкой и другими особенностями.

По высоте ствола также наблюдается изменение плотно­сти. По данным ИЛД для сибирских пород, у сосны, лиственни­цы, березы и осины плотность уменьшается по высоте ствола, а у ели она увеличивается. Отмечается большая изменчивость плот­ности по высоте ствола, чем по радиусу.

Зависимости, которые показаны на рис. 5.2, дают представление об изменении базисной плотности (р б) древесных пород, произра­стающих в северо-западных районах европейской части страны.

Общность характера изменения плотности у ели и осины объяс­няется тем, что деревья этих пород (в отличие от сосны и березы) имеют низкоопущенную крону.

Рис. 5.2. Изменение плотности дре­весины по высоте ствола :

/ - ель; 2 - сосна; 3 - береза; 4 - осина

Следует иметь в виду, что распределение плотности р^/ в расту­щем дереве иное.

Изменчивость свойств древесины в пределах породы. Влияние возраста сказывается в повышении плотности древесины у наи­более старых деревьев. В разновозрастных насаждениях изменчи­вость плотности больше, чем в одновозрастных. У хвойных пород для деревьев одного возраста наблюдается обратная связь между диаметром ствола и плотностью древесины. Последняя зависит от формы ствола. У сосны, ели, березы с увеличением сбежистости ствола средняя плотность уменьшается.

О влиянии положения дерева в древостое нет еди­ного мнения. В ряде работ отмечается, что наиболее плотная древе­сина наблюдается у мелких, угнетенных деревьев, однако в других работах было обнаружено, что такого качества древесина наблюда­ется у средних деревьев хвойных пород. Среди лиственных пород плотность древесины у наиболее крупных, господствующих дере­вьев выше, чем у отставших в росте. С увеличением густоты насаж­дения средняя плотность древесины хвойных пород увеличивается.

Широкий комплекс факторов, характеризующих влияние внеш­ней среды, входит в понятие условия произрастания. Эти условия включают качество и состояние почвы, климатические особенности, тип леса, высоту над уровнем моря, географиче­ское положение древостоя и др. У хвойных пород при худших ус­ловиях произрастания образуется более плотная древесина. Для лиственных пород (береза, осина) на северо-западе европейской части страны наблюдается тенденция к увеличению плотности с улучшением почвенных условий.

Географическое положение насаждения обуслов­ливает различия почвенных условий, количества осадков, про­должительности сезона вегетации, что, в свою очередь, влияет на плотность древесины. Многочисленные данные о плотности дре­весины из разных районов произрастания сосредоточены в табли­цах ГСССД 69-84 и ГСССД-Р-237-87 .

Л бесхозяйственные мероприятия (рубки ухода, осу­шение, удобрения и т.д.) также оказывают влияние на плотность

древесины. По данным Института леса КНЦ РАН и ряда других организаций, при внесении удобрений в почву происходит уве­личение прироста древесины, но снижается плотность древесины (для сосны примерно на 15%). Другие лесохозяйственные мероп­риятия, направленные на получение максимального прироста, также вызывают некоторое снижение плотности древесины.

Влияние времени рубки на плотность и другие физико-меха­нические свойства древесины экспериментально не было обнару­жено. Необходимо иметь в виду, что древесина, срубленная в те­чение вегетационного периода, имеет тенденцию к снижению стойкости против гниения.

Окорение на корню и подсочка не оказывают существенного влияния на плотность.

В статье мы рассказали о строении и свойствах древесины и сферах ее применения. В этой публикации детально описана древесина хвойных пород, от лиственницы до тисса.

Древесина хвойных пород

В строительстве наиболее часто используют древесину хвойных пород из-за ее большей по сравнению с лиственными породами прочности, биостойкости и меньшей себестоимости производства.

Кроме того, стволы хвойных пород имеют более правильную форму с меньшим количеством дефектов. Наиболее популярны среди хвойных в строительстве сосна, ель, лиственница, пихта и кедр .

Можжевельник и тисс для изготовления строительных элементов не применяются. Данные породы ценятся как хороший отделочный материал и используются в основном для производства столярных изделий и мебели.

• Лиственница

Лиственница (Larix) – хвойное дерево из рода Larix семейства сосновые (Pinaceae). Отличается долговечностью, доживает до 900 лет и более и достигает высоты 45 м при диаметре ствола 80–180 см. В природе встречается на востоке и северо-востоке европейской части России, на Урале, в Западной и Восточной Сибири, на Алтае и в Саянах.

Это самая распространенная в России порода. Она составляет 2/5 от покрытой лесом площади. Порода ядровая со смоляными ходами. Имеет красивую текстуру. Годичные слои хорошо выделяются на всех разрезах. Заболонь узкая, белого цвета с легким буроватым оттенком. Ядро красновато-бурое, резко отличается от заболони. Сердцевинные лучи не видны, смоляные ходы мелкие, немногочисленные.

Древесина содержит эфирные масла (пинен), обладает довольно сильным приятным запахом и включает биофлавоноиды и фитонциды – микроскопические летучие вещества, которые испаряются в течение всего срока эксплуатации и положительно влияют на здоровье, предотвращая простудные и вирусные заболевания.

– отличный строительный материал, поскольку обладает высокой плотностью и прочностью, в ней мало сучков, она относится к группе биостойких (не поддается гниению и поражению грибами). Лиственница прочная, упругая, твердая, долговечная, хорошо противостоит гнили и насекомым. Длительное воздействие воды приводит к повышению твердости лиственницы, потому и использовали ее для строительства мостов и причалов. На лиственничных сваях стоят все венецианские постройки.

Древесина лиственницы легко растрескивается в процессе сушки, раскалывается. Труднее других пород обрабатывается на станке (из-за высокой плотности и смолистости) . Смолистые вещества несколько осложняют строгание, полировку и покрытие лаком, но в целом древесина успешно окрашивается и полируется после соответствующего порозаполнения.

Лучшие деревянные постройки возводятся из этой породы дерева. Она используется для изготовления столярных изделий, оконных рам и для напольных покрытий.

Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – 650–800 кг/м3.

• Сосна

Сосна (Pinus) . Евроазиатская древесная хвойная порода, произрастает на территории от Шотландии до Восточной Сибири. Занимает около 1/6 площади всех лесов России. Живет 400–600 лет и в зрелом возрасте (120–150 лет) достигает высоты около 30 м. Наиболее распространена сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) .

Порода является самым популярным строительным материалом, поскольку имеет наиболее прямой, ровный ствол. Сосна хорошо пропитывается антисептиками.

Порода ядровая, со смоляными ходами, мягкая, умеренно легкая, механически прочная, непластичная. Она хорошо обрабатывается и отделывается.

Имеет слегка розоватое ядро, которое со временем становится буровато-красным, широкую заболонь от желтоватого до розового цвета, хорошо видимые годичные слои с четкой границей между ранней и поздней древесиной, довольно крупные и многочисленные смоляные ходы.

Древесина средней плотности, средней твердости, достаточно высокой прочности и стойкости к загниванию, хорошо обрабатывается, относительно хорошо склеивается. Широко используется в строительстве, машиностроении, мебельном и тарном производстве, на железнодорожном транспорте, для крепления горных выработок и др.

Применяется как сырье для химической переработки с целью получения целлюлозы, кормовых дрожжей; лесоматериалы из сосны в больших количествах экспортируются.

Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – от 460 до 620 кг/м3.

• Ель обыкновенная

Ель обыкновенная (Picea abies) – вечнозеленое хвойное дерево семейства сосновые (Pinaceae) , высотой 20–50 м, с конусовидной кроной и шелушащейся буровато-серой корой. Живет до 300 лет. Ствол круглый, прямой.

Растет на влажных местах, на богатых суглинистых почвах, поднимаясь в горы на высоту до 1800 м над уровнем моря (образует чистые ельники). Широко распространена в Центральной, Северной и Северо-Восточной Европе выше 69° северной широты, к северу от Пиренеев до России и Скандинавии.

Другие виды: ель аянская (Picea ajanensis), ель корейская (Picea koraiensis), ель сибирская (Picea obovata) .

Ель – безъядровая спелодревесная порода. Древесина белая с желтоватым оттенком, малосмолистая. Устойчива к трещинообразованию. Годичные слои хорошо заметны. По прочности, плотности и стойкости против гниения ель нисколько не уступает сосне. Однако обрабатывать ее, по сравнению с сосной, более затруднительно из-за большого количества в ней сучков и их повышенной твердости.

Ель очень восприимчива к поражению насекомыми.

Древесине ели характерна наибольшая величина акустической константы, которая характеризует излучение звука. Из коры ели получают дубильные вещества. Древесина мягкая, легко обрабатывается, полируется, а также покрывается лаками. Применяется в тех же областях, что и сосна, но особенно в целлюлозно-бумажной промышленности и при производстве музыкальных инструментов.

• Кедр

Кедр (Cedrus) – род хвойных вечнозеленых деревьев семейства сосновые. Достигает высоты 36 м или несколько более и диаметра 1,5 м. Растет в горах на высоте 1300–3600 м, образуя кедровые леса. Распространен в Атласских горах, в северо-западной Африке (кедр атласский), в Ливане, Сирии и Киликийском Тавре в Малой Азии (кедр ливанский), на острове Кипр (кедр короткохвойный) и в западных Гималаях (кедр гималайский). В Европе кедр часто выращивается в садах и парках.

У всех видов кедра древесина сходна по цвету. Светло-коричневое или желто-коричневое ядро, при атмосферных воздействиях приобретающее однородный коричневый цвет, отличается от узкой заболони беловатой окраски.

Смолистая (маслянистая), с острым кедровым запахом. Годичные слои четко выделяются за счет контраста между зонами ранней и поздней древесины. Текстура среднего размера. Волокна обычно прямые, хотя прямослойность чаще встречается у кедра гималайского . На продольных разрезах этого кедра видны неравномерные коричневые линии, образуемые частыми тангенциальными рядами травматических смоляных ходов. Устойчив к повреждениям грибами и насекомыми.

Древесина кедра мягкая, легко обрабатывается во всех направлениях. Кедр сохнет быстро и без больших проблем. Перед финишными работами необходимо удалить смолу.

На территории Урала и Сибири кедр использовался в качестве отделочного материала для жилищ. В Тобольске, Тюмени и Туринске сохранились здания, украшенные резными наличниками из его древесины. Кедр также применяли для изготовления столярных изделий.

Сегодня он используется только для эксклюзивных внутренних работ, при отделке яхт и декорирования интерьеров и для изготовления деревянных домов из бревна (чаще всего ручной рубки).

Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – около 580 кг/м3 .

• Пихта белая и пихта кавказская

Пихта белая (Abies alba) . Хвойное вечнозеленое растение семейства сосновые, высотой 30–50 м, с узкопирамидальной кроной. Ствол диаметром до 150 см, с бело-серой гладкой корой. Места произрастания – горы южной, средней и западной Европы, предпочитает очень плодородные почвы.

Пихта очень похожа на ель, но в отличие от нее у пихты нет смоляных накоплений. Цвет древесины изменяется от желтовато-белого до красновато-белого с серым оттенком. Стволы пихты часто страдают от атмосферных загрязнений, насекомых, животных, объедающих молодые побеги.

Легко обрабатывается, хорошо покрывается большинством лаков и красок. Дерево мягкое, среднеустойчиво к погодным воздействиям и неустойчиво к грибкам и вредителям.

Объемный вес в воздушно-сухом состоянии – около 450 кг/м3.

Пихта кавказская (Abies nordmanniana) по своим физико-механическим свойствам ни в чем не уступает ели в отличие от пихты сибирской, которая обладает меньшей плотностью и прочностью. Применяется для изготовления древесных конструкций, музыкальных инструментов, часто используется вместе с елью в производстве мебели.

Очень распространена в домостроении (особенно пихта кавказская). Раньше из пихты (наряду с елью) изготавливали гонт, которым покрывали крышу. Сейчас это в основном дверные и оконные блоки, полы, плинтусы, фризы и много других изделий.

Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – около 450 кг/м3.

• Можжевельник

Можжевельник (Juniperus) . Большинство можжевельников – кустарники, но в южной Карелии встречаются и древовидные формы высотой до 12 м и диаметром 16 см. Единственный представитель семейства кипарисовые (Cupressaceae) в северных лесах. Встречается как в сухих сосновых борах на песчаной почве, так и в еловых лесах, избыточно увлажненных и даже заболоченных.

Растет медленно, морозоустойчив, светолюбив. Плохо переносит дым и копоть. Распространен в северной и средней части европейской территории России, в Западной Сибири, заходит в Восточную Сибирь.

Можжевельник – ядровая порода. Около коры расположена узкая светло-желтая полоса заболони, образующая волнистое кольцо неправильной формы. Внутри кольца красно-коричневая древесина ядра. Со временем заболонь становится темно-желтой с зеленоватым оттенком, а ядро приобретает красивые оливково-голубые оттенки. На торцевом срезе можжевельника четко различаются годичные слои. Текстура красивая, с красноватым оттенком, иногда полосатая или волнистая. Особенно эффектна в поперечном срезе.

Можжевельник, в отличие от других хвойных деревьев, не имеет смоляных ходов, поэтому он легко принимает различные красители и легко полируется. Крепкая, тяжелая и плотная древесина можжевельника хорошо обрабатывается различными режущими инструментами. Срезы получаются чистыми и глянцевитыми.

У древесины можжевельника незначительная усадка, при намокании она практически не разбухает. Ее можно с успехом применять для очень тонкой плоскорельефной и объемной резьбы, из нее мастерят небольшие декоративные изделия, трости, скульптуры, мелкие поделки и игрушки. Торцевые срезы применяются в инкрустации.

Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – около 920 кг/м3.

• Тисс

Тисс (Taxus) – очень древняя порода. Вечнозеленое хвойное дерево из семейства тиссовые (Taxaceae), высотой около 20 м (наибольшая известная высота – 27 м), толщина ствола – 1 м. Крона широкораскидистая, очень густая. Хвоя мягкая, плоская, темно-зеленая, расположена на веточках в два ряда.

Тисс ягодный и тисс остроконечный

Тисс ягодный (Taxus baccata) произрастает в горах Кавказа и Крыма. Его нередко называют европейским, поскольку он встречается почти во всей Западной Европе. Ареал тисса ягодного охватывает, кроме того, районы Западной Белоруссии (Беловежская пуща), Западной Украины (Буковина), Южного Крыма, Кавказа, а также Азорские острова, горы Алжира, Малой Азии и Сирии.

Второй вид – тисс остроконечный, или дальневосточный (Taxus cuspidata) , распространен в Приморском крае и на Сахалине. Древесина твердая и тяжелая, почти не поддается гниению. Иногда на тиссе наблюдаются наплывы, густо покрытые очень короткими побегами с бледной хвоей.

Продолжительность жизни тисса ягодного до 1500 лет, а иногда и до 3–4 тыс. лет. Заболонь и сердцевина древесины тисса сильно отличаются друг от друга. Цвет сердцевины – от красно-коричневого до оранжево-коричневого.

Характерная примета древесины тисса – крошечные черные точки, в идеале сгруппированные на поверхности. Годичные слои извилистые и выглядят как широкие, темные кольца.

Тисс легко сушится и обрабатывается. Его древесина токсична, и поэтому ее обработка должна проводиться с особой осторожностью. Она имеет красивую текстуру и используется для изготовления мебели и как отделочный материал, очень прочна и идет на различные столярные поделки.

Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – около 620 кг/м3.

______________________________________________________

Пиломатериал из сосны - самый востребованный среди хвойных пород

Сосна обыкновенная является очень распространённым и популярным строительным материалом во всём мире. В России это дерево имеет широкий ареал произрастания, самые обширные сосновые насаждения находятся в Сибири и на большей части Европейской тайги. Благодаря отличным качественным характеристикам пиломатериал из сосны чрезвычайно востребован в нашей стране.

Основные свойства и достоинства сосны:

1. Древесина имеет хорошо выраженную структуру
2. Цвет дерева - с красноватым или желтоватым оттенком
3. Плотность материала при влажности 12% - 480 кг/куб
4. Ствол прямой, с малым количеством преимущественно больших сучков овальной формы, которые располагаются группами
5. Высокая смолистость отпугивает вредных насекомых, мало подвержена гниению и плесени
6. Свежесрубленная древесина имеет среднюю стойкость к посинению
7. Сосна достаточно прочная, но мягкая, легко обрабатывается
8. Не растрескивается при сушке

Сфера применения пиломатериала из сосны:

Благодаря доступности и хорошим характеристикам сосна используется повсеместно:>

• При строительстве домов или бань из сруба
• Для внутренней и внешней отделки здания
• При изготовлении мебели

Из сосны производят обрезную и необрезную доску, оцилиндрованное бревно, брус , вагонку, половую и террасную доску , древесно-стружечные плиты и многие другие материалы.

Преимущества пиломатериала из сосны , которые обуславливают его применение для строительства и отделки жилья:

• Низкая теплопроводность: в доме из сосны всегда будет тепло
• Экологичность и гипоаллергенность
• Долговечность
• Устойчивость к атмосферным явлениям и перепадам температур и влажности
• Благоприятное воздействие на организм человека

Как любое дерево хвойных пород, сосна при колебании температур выделяет фитонциды. Это летучие вещества, которые отличаются еле уловимым хвойным ароматом. Они обладают бактерицидным действием и положительно влияют на нервную систему и сон человека. Доказано, что люди, живущие в деревянных домах из сосны или имеющие в своём жилье отделку из древесины хвойных пород, хорошо себя чувствуют, у них всегда отличное настроение.

Для объективности назовем некоторые свойства пиломатериалов из сосны , которые можно отнести к недостаткам. Основное - это широкий слой заболони (рыхлой верхней поверхности ствола), который остаётся после распиловки. Минус в том, что это может привести к появлению характерных дефектов. Но прогрессивные методы обработки и правильная технология сушки сводят к минимуму последствия. Большое содержание смолы также многие называют отрицательным показателем пиломатериала из сосны, но этот факт является одновременно и плюсом.Это свойство повышает устойчивость древесины к загниванию и отпугивает грызунов и насекомых. Но не всех устраивают смолянистые выделения, которые могут образовываться на поверхности пиломатериала из сосны.

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