Годичные слои на всех разрезах древесины сосны хорошо просматриваются, сердцевинные лучи не видны, сосуды отсутствуют. Ядро розовое или буро-красного цвета, заболонь широкая желтовато-бурая. Древесина сосны прямослойная, смолистая, легкая, достаточно прочная и хорошо поддаётся обработке. Ранняя зона годичного слоя имеет светлый цвет, поздняя - темный цвет.

Сердцевинные лучи на поперечном разрезе древесины хорошо видны. Они выглядят в виде светлых пятнышек на темноокрашенной поздней части годичных колец древесины. На продольных разрезах можно заметить много крупных темных черточек (окраска темнее древесины) - это продольные смолянистые ходы.

Широкая заболонь имеет желтоватую или бледно-розовую окраску. Заболонь только спиленной сосны может быть желтого цвета, а после сушки приобретает буроватый оттенок. У сосны однообразная текстура, которая определяется главным образом шириной годичных колец, различием в окраске древесины поздней и ранней, а также заболони и ядра. Изгибистые линии годичных слоев порой создают уникальный рисунок.

Ранняя и поздняя древесина очень отличаются по своему строению, поэтому у сосны малая равноплотность . Ранняя зона годичного слоя имеет плотность в два-три раза ниже, чем плотность поздней зоны годичного слоя. В годичном слое содержится в среднем 27% поздней древесины . В одном сантиметре содержится от 4 до 14 годичных слоёв. Это характерно для сосны, произрастающей на территории России. В северных районах России сосны имеют больше годичных слоев.

Физические свойства сосны

Влажность в заболони растущей сосны составляет в среднем 111%, а в ядре - 32%. В верхней части дерева влажность больше, влажность же ядра практически не меняется. Однако, отмечаются суточные и сезонные колебания влажности. Самый большой процент влажности отмечается в утреннее время (в среднем примерно на 20-30% выше), к вечеру она может снизиться до минимума, а к утру опять будет повышаться.

Зимой влажность древесины сосны имеет максимальное значение (с ноября по февраль), а летом - минимальное (с июля по август). Как уже говорилось выше, это относится только к заболони, ядро у сосны имеет практически постоянную влажность. Средний показатель влажности в свежесрубленной древесине составляет 85%.

Процесс сушки сосны

В России брёвна и срубы используют для строительства домов. Сушка древесины является одним из наиболее важных этапов подготовки древесины к использованию. Процент усушки - это очень важные параметры. Средний процент усушка для древесины сосны в тангенциальном направлении 6,7% - ранняя часть годичных слоев и 7,5% -поздняя часть. Но так как древесина является гигроскопичным материалом, то когда повышается влажность воздуха, древесина начинает поглощать влагу. Можно сказать, что сам процесс сушки и поглощение влаги - это практически взаимно обратимо. Поэтому характеризуют изменение параметров древесины сосны при изменении её влажности коэффициентом разбухания (процент изменения параметров на процент влажности древесины). В среднем коэффициент разбухания для обыкновенной сосны составляет:

• Радиальное направление - 0,18;
• Тангенциальное направление - 0,31;
• Объемный - 0,50.

Во время сушки древесина сосны в отличие от лиственных пород, почти не коробится и не растрескивается. Если правильно выбран режим сушки и расположение сортиментов в камере, процент брака будет значительно меньше. Сосна, как и большая часть хвойных деревьев, относится к группе пород, имеющих малую плотность. В среднем плотность при стандартной влажности составляет 12%.

Плотность превышается по направлению от сердцевины к коре, достигая максимального процента на 2/3 радиуса, после чего идёт снижение. Процент плотности уменьшается и по высоте дерева. Разнообразные удобрения, используемые для ускорения роста сосны, и прочие агрохимические мероприятия способствуют снижению плотности древесины на 5-15%.

Древесина сосны имеет высокие значения воздухопроницаемости и влаго-проницаемости, главным образом, в заболони. При высоком давлении 0,1 Мпа (одна сторона образца) воздухопроницаемость в радиальном направлении - 56,2 куб. мм/кв. см/с (заболонь), 2,6 куб. мм/кв. см/с (ядро). Благодаря достаточно высокой влагопроницаемости, возможно использование различных защитных веществ. Заболонь древесины сосны отлично пропитывается защитными веществами, поэтому эта порода дерева называется легкопропитывающаяся , а ядро - среднепропитывающееся . А труднопропитывающимися считаются ель и лиственница.

Тепловые свойства сосны

Древесина разных пород состоит практически из одних и тех же веществ, поэтому процент теплоемкости древесины не зависит от породы дерева. Рост теплопроводности увеличивается с повышением показателей плотности. Выявить тепловое расширение древесины почти невозможно, ведь оно замаскировано усушкой и влагопоглощением. Теплоизоляционные свойства древесины значительно выше по сравнению с алюминием, который применяется для изготовления окон, и немного выше, чем у ПВХ.

Об электрических свойствах древесины

Древесина - это диэлектрик. Совершенно сухая древесина сосны имеет удельное объемное сопротивление продольных волокон - 1,861015 Ом/см, а поперечных - 2,361015 Ом/см. Когда влажность древесины увеличивается, то происходит снижение ее удельного сопротивления.

О звуковых свойствах

Древесина сосны имеет достаточно низкую звукоизоляцию. К примеру, 30 миллиметровая перегородка способна снизить уровень шума на 12 дб, при этом, по требованию СНиП должно быть 40 дб.

Электромагнитные и проникающие излучения

Светопроницаемость: с помощью чувствительных приборов было обнаружено, что световое излучение может проникать через 35 миллиметровые образцы древесины сосны. Кроме этого, было доказано, что структура и прочность древесины практически не меняется при рентгеновском излучении. По этой причине рентген применяется для дефектоскопии сортиментов. Сейчас древесина успешно используется для экранирования нейтронного излучения. Покрытие из сосны, толщина которого составляет 100 мм, вполне может заменить полиэтиленовую защиту, так как обладает большей термостойкостью и долговечностью.

Свойства механические

Самые лучшие прочностные свойства имеет древесина сосен, которые произрастают в северных районах России. Сосна, среди хвойных пород по показателям прочности уступает лишь кавказской пихте.

Степень прочности: Сосна - это мягкая порода, следовательно, она обладает довольно низкой износостойкостью. Такая древесина плохо держит крепление (гвозди, шурупы). Стоит сказать, что в сравнении - граб имеет этот показатель выше в четыре 4 раза.

Предел прочности

• при статическом изгибе - 70-92 МПа;
• при растяжении вдоль волокон - 100-116 МПа;
• при сжатии вдоль волокон - 40-49 МПа;
• при скалывании вдоль радиальной плоскости - 6,1-7,6 МПа;
• при скалывании вдоль тангенци­альной плоскости - 6,6-8,1 МПа; Модуль упругости при статическом изгибе -8,0-13,1 ГПа.

Технологические и эксплуатацион­ные свойства

• ударная вязкость - 28-51 кДж/кв. м;

Твердость

• торцевая - 28-33 Н/кв. мм;
• радиальная - 21-25 Н/кв. мм;
• торцевая - 16-23 Н/кв. мм.

Как и все хвойные породы - сосна плохо гнётся. Однако, благодаря мягкости, она легко поддаётся обработке при помощи режущего инструмента. Для сосны уровень удельной силы резания по сравнению с берёзой приблизительно в 1,7-1,8 раза ниже, а если сравнивать с дубом, то - в 2-2,5 раза ниже. Примерно такое же соотношение в периодах стойкости режущих инструментов (затупление).

В зависимости от влажности и твердости древесины, уширение на сторону может быть разным. Например, для влажной древесины максимальное уширение на сторону - 0,7-0,85 мм, а минимальное для древесины высушенной и твёрдой - 0,4-0,5 мм. Углы заточки зубьев для ленточных и дисковых пил, а так же показатель значения их уширения одинаковый, как для хвойных, так и для лиственных пород деревьев.

Сосна прекрасно поддаётся шлифовке. Микронеровности могут иметь высоту 8- 60 мкм, в то время, как дуб, ясень и клён - до 200 мкм. Как уже было сказано выше, древесина сосны хорошо пропитывается различными защитными веществами, однако в её высокой степени влаго-проницаемости есть и отрицательная сторона - это большой расход материалов для отделочных работ. Помимо этого, перед тем, как наносить лакокрасочное покрытие, требуется обессмоливание, так как древесина сосны содержит довольно много смолы. Для обессмоливание используют растворяющие или обмыливающие смолу вещества, то есть древесина обрабатывается бензином, ацетоном, спиртом и специальными щелочными растворами.

Древесина сосны устойчива к биологическим воздействиям , иначе говоря, она не подвержена поражению грибами. В качестве сравнения стоит сказать, что ель, к примеру, относится к группе среднестойких, а древесина берёзы - к группе слабостойких. Степень биостойкости увеличивается с возрастом дерева. Нижняя часть ствола обладает максимальной стойкостью. Древесина дерева, срубленного в период вегетации, больше подвержена к гниению.

В принципе на механические и эксплуатационно-технологические свойства сосновой древесины не оказывает влияние время рубки деревьев. Процент этих показателей после сушки при помощи высоких температур, существенно понижается. При сушке используются токи СВЧ, которые не причиняют никакого вреда свойствам древесины.

В течение пятнадцати суток прочность совершенно сухой древесины при высокой температуре (80-100 °С) снижается на 5-15 процентов, а за полчаса - на 10-30 процентов. Максимальная прочность мороженой древесины во время сжатия и статического сгибания увеличивается на 35%, при скалывании - на 75%. Но ударная вязкость при этом понижается практически вдвое. Прочность заболони сосны снижается на 10-15% после пребывания её в течение 30 суток в морской воде, при этом, ядро в таких же условиях свои прочностные свойства не меняет. Сосновая древесина обладает такими характерными пороками:

• Образуются гладкие наросты, которые имеют большой процент (по отношению к главной древесине) плотности, усушки, а так же низкий процент прочности.
• Участки древесины, пропитанные смолой - засмолки, появляются из-за повреждения ствола. Засмолки можно заметить на круглых сортиментах по повреждениям на стволе или большому количеству смолы. Они имеют более темный цвет, чем основная древесина, и просвечиваются на сортиментах малой толщины. Иногда можно заметить, так называемые, смоляные кармашки, хотя они встречаются реже, чем у ели.

Использование сосновой древесины

Древесина сосны может использоваться в самых разных отраслях. В строительстве древесину используют в качестве материалов для конструкций и отделки. Кроме этого, без древесины сосны не обходится машиностроение, мебельное производство, железнодорожный транспорт и др. Живица добывается из сосны. Хвоя сосны используется для производства биологически активных веществ.

В производстве мебели сосна не очень популярна. Обычно, её смолистую и мягкую древесину используют, для изготовлении корпусной мебели. При этом для облицовки соснового каркаса используют толстый шпон более благородных пород (например, красное дерево).

Чаще всего сосну применяют в строительстве саун и лестниц . Но сначала древесину обрабатывают для удаления из неё избытка смолы и уплотнения. Светлые панели из сосны не только очень красивы, но и приятно пахнут. Кроме этого, сосновая древесина недорогая, поэтому производители саун, категории эконом-класса используют именно эту древесину. Для более простых саун, как правило, используют обычную сосну, а для саун элит-класса - канадскую сосну (тсугу).

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.

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 древесину в процессе эксплуатации воздействует целый ряд факторов окружающей среды, приводя к ее старению и разрушению. Среди них: климатические (УФ - излучение, влажность, ветровые нагрузки, кислород воздуха) и биологические (грибные поражения, поражения насекомыми, бактериями, водорослями).

Процесс деструкции заложен самой природой для поддержания экологического равновесия, поэтому в естественных условиях древесина, с течением времени, разрушается до углекислого газа и воды - самых простых химических соединений

Изменение свойств древесины под
воздействием внешних факторов

Влияние сушки

В процессе сушки на сырую древесину происходит воздействие пара, нагретого сухого и влажного воздуха, токов высокой частоты других факторов, приводящих в конечном результате к снижению содержания свободной и связанной влаги.

Правильно проведенная камерная сушка древесины дает материал, вполне равноценный получаемому в результате атмосферной сушки. Но если высушивать древесину в камерах слишком быстро и при высокой температуре, то это не только может привести к растрескиванию и значительным остаточным напряжениям, но и оказать влияние на механические свойства древесины.

Согласно исследованиям, при высокотемпературной сушке с конечной температурой в камере 105-110°С продолжительность сушки сокращается в 1,5-2 раза по сравнению с продолжительностью атмосферной сушки, но прочность древесины сосны (в досках толщиной 30-60мм) снижается при сжатии вдоль волокон на 0,8-8,7%, радиальном скалывании на 1-12%. Ударная вязкость снижается на 5-10,5%.

Влияние высокотемпературной сушки изучалось многими исследователями. Несмотря на противоречивость выводов, вызванную разным подходом к истолкованию результатов исследований, эти работы показали, что высокотемпературная сушка приводит к ухудшению механических свойств древесины.

Продолжительность сушки резко сокращается при использовании электромагнитных колебаний СВЧ. Однако степень специфического влияния этого фактора на свойства древесины изучена не до конца.

Влияние повышенных температур

Повышение температуры вызывает снижение показателей прочности и других физико-механических свойств древесины. При сравнительно непродолжительном воздействии температуры до 100°С эти изменения обычно обратимы, т.е. они исчезают при возвращении к начальной температуре древесины.

Данные ЦНИИМОД показывают, что прочность при сжатии вдоль и поперек волокон понижается как с повышением температуры, так и с повышением влажности древесины. Одновременное действие обоих факторов вызывает бо льшее снижение прочности по сравнению с суммарным эффектом от их изолированного воздействия.

При достаточно длительном воздействии повышенной температуры (более 50°С) в древесине происходят необратимые остаточные изменения, которые зависят не только от уровня температуры, но и от влажности.

Исследования, проведенные на древесине показали, что под действием температуры 80-100°С в течении 16 суток предел прочности при сжатии вдоль волокон снижается на 5-10%, а ударная вязкость на 15-30% (наибольшее снижение обнаружилось для дуба, наименьшее - для сосны). Снижение происходит главным образом в течение первых 2-4 суток.

Исследование последствий воздействия высоких температур в диапазоне 80-140°С на механические свойства древесины показали, что механические свойства снижаются с увеличением температуры, продолжительности ее воздействия и влажности древесины.

Влияние низких температур

Низкие температуры оказывают обратное влияние на прочность древесины: прочность замороженной древесины заметно повышается. Лед обеспечивает повышение устойчивости стенок клеток. Этим объясняется рост значений пределов прочности на изгиб, сжатие и раскалывание.

Влияние ионизирующих излучений

Ионизирующие излучения снижают прочностные характеристики древесины. Объясняется это радиолизом (разложением) ее органических составляющих. Однако использование радиоизотопов в процессе неразрушающего контроля деталей из древесины и их лучевая стерилизация (смертельная доза для грибов и насекомых составляет примерно 1Мрад) не ведет к снижению механических свойств материала, потому что доза облучения ниже той, которая вызывает заметные разрушения в веществе древесины.

Влияние агрессивных жидкостей и газов

Под действием кислот и щелочей происходит изменение цвета и разрушение древесины. Смолистые вещества, содержащиеся в хвойной древесине, заметно ослабляют негативное воздействие агрессивных сред, поэтому от их воздействия меньше страдают изделия из лиственницы и больше (в два-три раза) - лиственные породы, особенно мягкие. Древесина, пораженная синевой, подвержена разрушению в большей степени, чем здоровая. Само собой разумеется, что разрушение древесины под действием кислот и щелочей приводит к снижению ее прочности.

Влияние морской и речной воды

Испытания показали, что после пребывания в речной воде в течение 10-30 лет прочность древесины практически не изменилась. При более длительном воздействии речной воды поверхностный слой (толщиной 10-15мм) постепенно теряет прочность и начинает разрушаться. В то же время за этим поверхностным слоем прочность остается в пределах нормы, определенной для здоровой древесины.

Если древесина находится в воде несколько сотен лет, ее свойства сильно меняются. Количественные и качественные показатели этих изменений зависят от породы древесины. Наиболее известны результаты воздействия речной воды на древесину дуба. Мореный дуб меняет свою окраску до зеленовато-черного или угольно-черного, что происходит в результате соединения дубильных веществ с солями железа. В насыщенном водой состоянии древесина мореного дуба сохраняет пластичность, но после высушивания становится более твердой и хрупкой по сравнению с обычным состоянием. Усушка мореного дуба в 1,5 раза больше, чем обычного, что объясняют сморщиванием (коллапсом) клеток с уменьшенной толщиной стенок, поэтому и растрескивается древесина мореного дуба при сушке больше обычного. Прочность мореного дуба при сжатии и статическом изгибе снижается в 1,5 раза.

Длительное воздействие морской воды приводит к заметному повышению твердости лиственницы. При строительстве Венеции около 400 тыс. штук лиственничных свай было забито для укрепления оснований различных сооружений. Позже часть свай была обследована. В заключении об их прочности сказано, что сваи из лиственничного леса, на которых основана подводная часть города, как будто окаменели. Дерево сделалось до того твердым, что и топор, и пила едва берет его.

Обследование же сосновых свай, взятых из портовых сооружений, показало, что за 30 лет эксплуатации они на 40-70% снизили свои прочностные свойства.

Биологические факторы разрушения

Механизм биодеструкции древесины

Так как древесина является естественным продуктом органического происхождения, то при определенных значениях температуры и влажности подвергается биологическому поражению.

Биологические факторы, или агенты биоразрушения древесины - это живые организмы, способные оказывать на древесину разрушающее воздействие, среди них:

• грибы
• насекомые
• бактерии
• водоросли
• моллюски и ракообразные

Грибы являются самыми безжалостными истребителями древесины в природе.

Споры грибов находятся повсеместно в окружающей нас среде. Заразить древесину споры могут еще в лесу, при распиловке, транспортировке незащищенной древесины, а также при эксплуатации в строениях. В период зрелости гриб вырабатывает миллионы спор в сутки, и хотя много их погибает, но и достаточно переносится животными, насекомыми и ветром, приводя к заражению незащищенной древесины. Заражение может произойти и через грибницу, если зараженная часть соприкасается со здоровой древесиной. Стоит спорам грибов попасть в благоприятные условия, как они начинают бурно развиваться и портить древесину.

Одна из распространенных ситуаций - стройматериалы заготовлены зимой («зимний лес» считается наиболее здоровым), а его использование начинается только летом. Для хранения древесину сложили в штабель и накрыли полиэтиленом. Вроде бы все правильно. Вот только не учли парникового эффекта. А этот эффект - просто благодать для плесени. Тепло и влага - этого достаточно, чтобы грибы размножились и окрасили древесину.

Развитию грибных поражений древесины способствуют теплые (5-30°С) и влажные условия (W более 22%) окружающей среды, отсутствие воздухообмена.

Грибы, поражающие древесину, отличаются большим разнообразием - от плесени, окрашивающей древесину поверхностно до дереворазрушающих грибов, проникающих в толщу древесины, и разрушающих ее практически полностью.

Сплетение очень тонких грибных нитей (гиф) образует плодовое тело (грибницу, или мицелий). Споры зреют в специальных носителях - конидиях (такие грибы называются деревоокрашивающими и плесневыми), или в плодовых телах - такие грибы называются дереворазрушающими.

Грибы представляют большую и своеобразную группу одноклеточных и многоклеточных микроорганизмов. Общее число их видов, описанное к настоящему времени, составляет, по мнению различных авторов, от 10 до 250тыс. Они широко распространенны в природе во всех районах земного шара. Из очагов поражения материалов выделяют мицелиальные грибы самых различных родов, но чаще других порчу материалов вызывают представители двух родов: Aspergillus и Penicillium. Грибы имеют вегетативное тело мицелиального строения. Оно представляет собой систему разветвленных нитей - гиф, толщина которых колеблется от 2 до 30мкм. Гифы растут только в длину, и рост их практически не ограничен. Скорость роста колеблется от 0,1 до 6мм/час и зависит от скорости поступления питательных веществ. Мицелий начинает свое развитие из спор, прорастающих при определенной температуре и влажности. Сначала спора набухает, поглощая влагу из окружающей среды, затем оболочка ее разрывается, и появляется одна или несколько ростовых трубок, являющиеся началом нового мицелия. Первое время развитие гиф идет за счет запасных веществ споры, в дальнейшем - путем адсорбции питательных веществ из материала, подверженного биоповреждению.

В зависимости от характера роста различают субстратный и воздушный мицелий. Субстратный мицелий располагается на поверхности материала или пронизывает его вглубь. В этом случае повреждение имеет вид концентрического, прижатого к субстрату образования. Воздушный мицелий свободно поднимается над субстратом, соприкасаясь с ним только в отдельных точках. На нем обычно образуются органы размножения. В этом случае поврежденное место напоминает вату. Характер роста одного и того же гриба может меняться в зависимости от условий среды (состав питательных веществ, влажность и др.). Грибы размножаются либо частью мицелия, которая дает начало новому организму, либо спорами, образующимися на специальных гифах мицелия. Грибы образуют очень большое число спор.

Грибы, развивающиеся на древесине (ксилофилы, ксилотрофы), практически все принадлежат к трем классам высших грибов, имеющих разделенные на клетки (септированные) гифы. Это аскомицеты (Ascomycetes, сумчатые грибы), дейтеромицеты или несовершенные грибы (Deuteromycetes, Fungi imperfecti), и базидиомицеты (Basidiomycetes) - наиболее сильные разрушители.

На первой стадии при поражении, на древесине появляются грибы, питающиеся соками живого дерева. Такие как плесневые грибы Penicillium, Aspergillus, живущие на поверхности древесины. Затем в подготовленных плесневыми грибами оптимальных условиях начинают размножаться деревоокрашивающие грибы. Завершают разрушение древесины складские и дереворазрушающие грибы. Они вызывают сильное гниение древесины, приводящее к появлению продольных и поперечных трещин, а затем и минерализации древесины.

У плесневых грибов поверхностная часть грибницы развивается на поверхности древесины и образует на ней налет в виде скопления окрашенных спор, мицелия и органов спороношения. Под плесневым налетом древесина обычно не меняет цвета, хотя и пронизана гифами этих грибов. Отсутствие краски обусловлено тем, что находящиеся в древесине гифы бесцветны и не выделяют пигмента. На древесине обычно встречается плесень зеленоватая и белая, но иногда розовая, желтая или темная. Оптимальная влажность для развития плесневых грибов - 60-100%, при влажности 40% их рост замедляется. Плесневые грибы развиваются в температурном диапазоне 24-30°С. При температуре выше 80°С и ниже -10°С гибнут грибы, находящиеся в вегетативной стадии развития. Скорость развития плесени зависит от водопоглощения покрытия и влажности воздуха. Питательные вещества поступают в клетку в растворенном виде, поэтому для нормального развития грибов окружающая среда должна содержать большой процент воды. Плесневые грибы являются возбудителями окислительного брожения. В качестве промежуточных продуктов этого биохимического процесса образуются органические кислоты, такие как глюконовая, фумаровая, винная, яблочная, щавелевая, янтарная и лимонная. Эти кислоты разъедают органические материалы, т.е. древесину. Плесневение материалов сопровождается ухудшением внешнего вида древесины, снижающего сортность и стоимость пиломатериалов. Основные виды плесневых грибов: Sporotrichum, Trichoderma, Penicillium, Mucor, Thamnidiu, Cladosporium.

Рис.
A) Колонии
B) Под микроскопом
C) На древесине

Деревоокрашивающие грибы вызывают специфическую синевато-серую окраску заболони, называемую «синевой». Согласно общемировой практике, скидка за древесину пораженную синевой составляет от 20 до 50%. В России же нередко можно встретить ситуацию, когда древесину с дефектами синевы продают фактически по цене дров.

В зависимости от вида плесневого гриба, характера и условий заражения и распространения гиф грибов в древесине различают окраску поверхности и глубокую окраску.

Макроскопические признаки поражения древесины этими грибами в виде окраски обычно проявляются уже на 2-3 сутки после инфицирования. Это обусловлено тем, что молодой мицелий бесцветен и начинает выделять типичный пигмент не сразу. На поверхности древесины может развиваться воздушный мицелий и органы спороношения в виде пушистого или порошкообразного окрашенного налета. В зависимости от характера заражения и распространения в древесине гиф грибов различают поверхностную и глубокую синеву. Поверхностное окрашивание проникает в глубь древесины не более чем на 2мм. Оно часто имеет вид мелких пятен диаметром 10-20мм - округлых или овальных. Слегка вытянутая форма обусловлена более быстрым ростом грибов вдоль волокон. Ограниченное распространение грибов в глубь древесины связано с задержкой их роста в результате подсыхания древесины или действия каких-либо других неблагоприятных факторов. Реже - в результате особенностей развития самих грибов.

Глубокие окрасы проникают в древесину более чем на 2мм. Среди них различают сплошные, охватывающие всю заболонь (глубокая синева) и пятнистые, поражающие отдельные участки заболони.

Очень коварна подслойная синева, она образуется во внутренних слоях древесины, и не видна на поверхности. Обычно она возникает в том случае, если грибы прекращают своё развитие в наружных слоях древесины до появления окраски, но продолжают развиваться внутри древесины.

Глубина залегания окраски при подслойной синеве зависит от вида гриба, размера свойственной ему зоны бесцветного молодого мицелия (зоны скрытой синевы), ширина которой колеблется от 5 до 12мм.

Прокладочная синева возникает при укладке пиломатериалов на прокладку из неантисептированного сортамента или на сырые и зараженные рейки. Эти поражения ограничиваются местами соприкосновения пиломатериалов с прокладками, и в зависимости от условий и вида гриба могут быть глубокими и поверхностными. Грибы-возбудители синевы, попавшие из воздуха на поверхность свежеспиленной древесины в виде спор, при проникновении в глубь не дают окраски в течение двух и более недель (период бесцветной, скрытой синевы), а при благоприятной температуре воздуха и влажности древесины окрашивают её на третий-четвертый день.

Деревоокрашивающие грибы оптимально развиваются в диапазоне влажности 50-90%. В древесине, насыщенной водой, деревоокрашивающие грибы не способны развиваться из-за отсутствия кислорода. Для прорастания грибов этой группы необходима высокая влажность и аэрация.

Основными возбудителями синевы на хвойных породах являются грибы из класса Ascomycetes: Ophistoma coerulea, O. piceae, O. pini, Endoconidiophora sp. и из класса Deuteromycetes: Hormonema dematiodes, Trichosporium tingens, Claosporium herbarum, а так же грибы следующих групп: Stemphulium, Cladosporium, Alternaria, Sporodesmium, Phialophora, Aposhaeria, Discula, Burgoa, Leptographium, Sortaria, Verticillium, Fusarium, Aspergillius, Penicillium, Paecilomyces, Trichoderma, Chaetomium, Trichosporium, Pullularia. Эти грибы вызывают разрушения древесины по типу «умеренной гнили». Причем разные грибы, вызывая разрушения анатомически различного характера, в разной степени снижают механические свойства древесины. Глубина поражения этими грибами составляет 0,5-3мм. Особые деструктирующие гифы способны поражать стенки паренхимных клеток серцевинных лучей и смоляных ходов, что приводит к увеличению скорости водо- и влагопоглощения древесины. Вследствие чего понижается сопротивление ее к ударному изгибу.

A) Колонии
B) Под микроскопом
C) На древесине

Деревоокрашивающие грибы в различной степени способны изменять свойства древесины.

Грибы плесени и синевы портят внешний вид, снижают сортность древесины, увеличивают водопоглощение и продуцируют миллионы спор, которые могут вызвать аллергические заболевания человека.

После одномесячного воздействия грибов синевы на древесину скорость водопоглощения сосны может возрасти в 1,5 раза. При дальнейшем развитии грибов многие из них способны разрушать стенки сердцевидных лучей и вторичных слоёв клеточных стенок по типу, близкому к умеренной гнили.

Деревоокрашивающие грибы - это только начало процесса, способного привести к тотальному поражению древесины более страшными врагами - дереворазрушающими грибами, представляющими реальную опасность для деревянной конструкций.

Состругивание синевы с поверхности пиломатериалов может не обеспечить полного удаления скрытой синевы, Наиболее эффективным мероприятием по предохранению древесины от порашения синевой при воздушной сушке является антисептирование.

Дереворазрушающие грибы

Некоторые классы грибов могут разрушать клеточные стенки древесины и существенно изменять ее физико-механические свойства. Такой процесс называется гниением древесины, а вызывающие его грибы - дереворазрушающими. Гниение является основной причиной разрушения древесины.

Существует множество дереворазрушающих грибов. Они различаются между собой по форме, строению и окраске грибницы, шнуров, плодовых тел и спор, а также по скорости и силе разрушения древесины.

Наиболее сильными разрушителями являются грибы, относящиеся к классу базидиомицетов. Ксилотрофные базидиомицеты - это грибы, образующие крупные плодовые тела (карпофоры), спорообразующий слой которых называют гименофором. На поверхности древесины они помимо воздушного мицелия образуют и другие вегетативные мицелиальные структуры.

Дереворазрушающие грибы способны увлажнять древесину в процессе освоения за счет воды, образующейся при разложении целлюлозы. Возбудители биоповреждений древесины, относятся в основном к следующим группам грибов: Coniophora, Tyromyces, Zentinus, Serpula, Gloeophyllum, Trametes, Pleurotus, Schizophyllum.

А) Так они портят древесину
Б) Колонии Serpula lacrimans

Характер гниения зависит от того, какими ферментами гриб воздействует на древесину, какие компоненты клеточных оболочек и в какой последовательности он разрушает.

В начале деятельности дереворазрушающих грибов внешний вид древесины не изменяется, и присутствие грибных нитей в ней можно обнаружить только под микроскопом, в тонком срезе. В дальнейшем древесина изменяет свой естественный цвет, становится желтой или красноватой, а затем бурой и коричневой. Плотность и прочность древесины постепенно снижаются, она становится лёгкой, мягкой, теряет вязкость.

Гниль такого типа называют деструктивной. Она характерна главным образом для грибов, разрушающих деревянные части построек, так называемых домовых грибов.

Домовые грибы представляют собой группу дереворазрушающих микроорганизмов, приспособившихся к условиям среды в зданиях и сооружениях. При своем развитии эти грибы образуют на поверхности древесины видимые глазом нити, которые называют грибницей. Грибница, уплотняясь, превращается в пленки, шнуры и плодовые тела, на которых образуются споры. Ярким представителям класса дереворазрушающих грибов является Coriolus sinuosus - белый домовой гриб.

Некоторые грибы, поражающие растущие деревья, вызывают гниль другого типа - коррозионную, при которой вначале появляются небольшие светлые пятна и ямки, а затем древесина расщепляется на отдельные волокна. Эта группа грибов использует в первую очередь лигнин древесины, оставляя нетронутой целлюлозу, белые пятна и выцветы которой видны на поверхности среза. К коррозионной гнили также относятся сердцевинные гнили: пестрая, ямчатая, ситовая.

При развитии умеренной (Softrot) гнили поверхностные слои древесины теряют свою структуру и превращаются в мягкую темную грязеподобную массу. После подсушивания древесины в пораженном слое наблюдается сильное усыхание и появление мелких продольных и поперечных трещин. Возбудителями умеренной гнили являются комплексы из некоторых несовершенных грибов, бактерий, водорослей.

По типу образующейся гнили вид гниения древесины можно охарактеризовать и следующим образом:

Белая гниль разрушает все структурные компоненты древесины, приводя к появлению характерного волокнообразного и бледного внешнего вида. Это основной вид гнилостных грибов, приводящих к гниению лиственных пород, не имеющих контакта с землей.

Бурая гниль «раскалывает» целлюлозу, что вызывает расщепление древесины. Участок дерева, пораженный такой гнилью, становится коричневым. Дерево темнеет, трескается и рассыпается. Гриб разрастается катастрофически быстро, особенно в постройках из мягкого дерева; древесина сосны и дуба повреждается домовым грибом меньше. Поражение такими грибами деревянных сооружений наносит существенный вред несущим конструкциям, не говоря уже об эстетических характеристиках дома.

Мягкая гниль . Гниение здесь в основном затрагивает древесину, контактирующую с почвой и находящуюся в морской среде. Сильнее всего поражает древесину с высоким содержанием влаги.

Другие агенты биоповреждений

Насекомые древоточцы

Древесину повреждают различные насекомые - жуки (усачи, златки, короеды, долгоносики, дровосеки, точильщики), рогохвосты, термиты, муравьи и другие. Некоторые из них проделывают ходы только в коре, а многие углубляются в древесину.

Личинки насекомых проделывают в древесине ходы и отверстия - червоточины. Находясь в древесине, древоточцы способны прогрызать ходы до 40 метров в длину.

Поражения насекомыми бывают настолько значительными, что части дерева теряют свою прочность. Часто при незначительном числе наружных отверстий древесина бывает полностью разрушена внутри.

Отдельной проблемой, связанной с международной торговлей древесиной, является импорт тропических сортов, уже пораженных насекомыми.

Рис.

Из вредителей наиболее опасен мебельный точильщик. Он проделывает в древесине многочисленные ходы диаметром до 2 миллиметров, разрушая мебель, а также конструктивные элементы и части зданий и сооружений, превращая древесину в пылеобразную массу под сохранившимся тонким наружным слоем.

Бактерии

Бактерии разрушают древесину ограниченно, они, размножаясь делением клеток, не могут продвигаться в древесине, за исключением той, которая находится под водой. Бактерии имеют тенденцию создавать колонии в клетках древесины, используя белки в качестве источников питания. Бактерии способны разрушать полисахариды и лигнин. Воздействие бактерий ограничивается заболонной древесиной, компоненты ядровой древесины устойчивы к этому воздействию.

Водоросли

Водоросли обычно выглядят как зеленые наросты, в особенности на северной стороне деревянных фасадов. Их рост является следствием слишком высокого содержания поверхностной влаги.

Сами по себе водоросли не вызывают гниения, но являются показателем повышенного содержания влаги в древесине, с чем связывается риск повреждения грибами.

Ракообразные и моллюски

Ракообразные и моллюски поражают древесину, находящуюся в морской воде. Взрослые особи и их личинки разрушают древесину вследствие механического процесса сверления и поедают ее. Ходы корабельного червя сначала идут перпендикулярно поверхности на глубину 10-30мм, затем поворачивают и идут по годичным слоям вверх и вниз, при этом отдельные ходы никогда не пересекаются и не сливаются. Повреждения портовых сооружений и судов морскими древоточцами-моллюсками и ракообразными относят к трухлявой червоточине.

Климатические факторы разрушения

При эксплуатации в постройках древесина испытывает на себе постоянное влияние природных факторов, которые в совокупности с агентами биоразрушения приводят к ухудшению внешнего вида, старению и разрушению древесины.

Ветер, пыль, осадки, перепады температур, приводят к усушке, набуханию, образованию трещин, короблению, накоплению влаги, увеличению риска биологического поражения древесины.

Солнечная радиация приводит к химическому изменению целлюлозы, разрушению лигнина, древесина приобретает сероватый оттенок и ворсистость.

Наибольший вред древесине приносит изменение влажности и солнечное излучение.

При постоянно меняющихся погодных условиях содержание влаги в древесине будет изменяться, что ведет к усушке, или разбуханию. Со временем в древесине образуются трещины, она коробится, что, в свою очередь, повышает риск попадания дождевой воды в древесину. Поскольку вода, находящаяся в жидком состоянии, может уйти из древесины только посредством (медленного) испарения, со временем повышается риск накопления влаги. Если содержание влаги превышает 20%, опасность поражения грибами повышается. Чем дольше период, в течение которого уровень влаги держится на отметке выше 20%, тем выше риск развития грибов. Многие виды древесины содержат цветные водорастворимые соединения, которые подвергаются выщелачиванию водой, что приводит к изменению цвета поверхности древесины.

Солнечный свет и тепло

Солнечный свет неоднороден по своей природе, он состоит из изучений разных длин волн, каждое из которых имеет свою особенность воздействия на древесину.

ИК-составляющая спектра, с длиной волны более 720нм, при взаимодействии с древесиной нагревает ее. Поскольку древесина является хорошим изолирующим материалом, нагревается только внешняя поверхность. Это означает, что на поверхности, вследствие усушки, вызванной повышенными температурами, могут образовываться трещины.

Повышенные температуры также вызывают смолотечение из сучков и отложения смолы в древесине хвойных пород, а это ведет к проблемам при обновлении покрытий поверхности.

Видимый свет (длина волны 380-720нм) не оказывает вредного влияния на древесину.

УФ-составляющая спектра с длиной волны менее 380нм, вызывает разрушение древесины на молекулярном уровне - деструкцию лигнина. В итоге, древесина быстро темнеет, и волокна отслаиваются и поднимаются.

Древесина приобретает серый цвет и становится ворсистой. Для сохранение первоначального цвета древесины ее необходимо защищать пленкообразующими зищитно-декоративными покрытиями содержащими УФ-фильтр. К таким покрытиям относится тонирующий антисептик «СЕНЕЖ АКВАДЕКОР ».

Древесина, как строительный материал:

• Часть IV: Факторы разрушения древесины

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.

______________________________________________________