Методы научного познания (стр. 9 )

Цель данной работы: выяснить класс загрязнения воздуха по исследованию состояния хвои у сосны.

Для решения этой цели были поставлены следующие задачи:

- изучить биологические и экологические особенности хвойных пород и сосны обыкновенной;

- выбрать участки для исследования;

- подобрать методику;

- определить степень повреждения и усыхания хвоинок и класс загрязнения воздуха.

Методы работы:

- анализ литературы

- наблюдение

- исследование

- микроскопия

- статистический учет

Основная часть

Биологические особенности хвойных растений

Наиболее ценны и любимы в России хвойные леса. Хвойные растения - это самая многочисленная и наиболее распространенная группа голосеменных растений. Класс хвойных представлен преимущественно однодольными, вечнозе­леными (за исключением лиственниц) деревянистыми растениями с игловидными, линейными или чешуевидными листьями, которые называют хвоей. Листья располагаются на стебле по спирали (одиночные) или собраны в пучки; чешуевидные - супротивно. Семяпочки лежат открыто на семенных чешуях, поэтому их и относят к голосеменным растениям. Семена большинства хвойных пород снабжены крылышком.

У хвойных мощно развита вторичная ксилема (древесина), со­стоящая на 90-95 % из сосудов - трахеид. Кора и сердцевина развиты слабо. За­родышевый, первичный корень превращается, как правило, в мощный стержневой и функционирует всю жизнь. Часто развивается две фор­мы корней – удлиненные и укороченные. Концы корней покрыты большим числом грибных нитей, микоризой, что увеличивает всасывающую поверхность корней. Корневые волоски локализованы в узкой зоне. У многих хвойных в коре, древесине и листьях есть смоляные ходы, содержащие эфирное мало, смолы и бальзамы.

Хвойные – однодомные, реже двудомные растения.

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. Из хвойных полу­чают вискозу, шелк, штапель, бальзамы и смолы, камфару, спирт и уксусную кислоту, дубильные экстракты и т. д., а также пищевые про­дукты и витамины. Семена некоторых араукарий, кедра, сибирской сосны содержат до 79 % масла, близкого к прованскому и миндально­му. Для медицинской промышленности хвойные служат исходным сырьем для получения не только витаминов, но и препарата «пинобина» (спазмолитическое средство). Многие виды хвойных используют в народной медицине для лечения туберкулеза, нервных расстройств, болезней почек, мочевого пузыря, геморроя, глухоты, антиаллергенное средство. Хвоя и молодые побеги некоторых хвойных - незаме­нимый зимний корм лосей, хвоей питаются глухари, а семенами си­бирского кедра питаются многие животные и птицы (как семенами и других хвойных). Шишкоягоды можжевельника - корм тетеревов. Древесина тисовых используется для изготовления дорогих поделок и в мебельной промышленности, она почти не подвержена действию насекомых.

Биологические особенности сосны обыкновенной

Самый распространенный вид сосны, произрастающий в России - сосна обыкновенная. Характерными для этого вида чертами являются: пар­ное расположение хвои на укороченных побегах, плоско-выпуклая форма хвоинок в поперечном разрезе, крепкие деревянистые шишки с характерно утолщенными концами чешуек, полуторагодичный период их созревания, своеобразное сочетание семени с крылом.

Сосна обыкновенная - дерево первой величины. Ее ствол в на­саждениях прямой, как правило, высоко очищен от сучьев. Деревья, выращенные на свободе и опушках леса, имеют меньшую высоту, с низко расположенной кроной. В молодости крона у таких деревьев конусовидная, позже становится округленной и зонтиковидной, более плоской. Это объясняется тем, что с 40-50 лет рост осевого побега деревьев растущих на свободе, значительно замедляется, а со 100-125 лет - прекращается. Прирост боковых побегов замедляется, и вследст­вие этого крона приобретает округлую или зонтиковидную форму. Кора в различных частях дерева отличается по цвету и толщине. Ниж­няя часть дерева покрыта глубокобороздчатой, краснобурой корой. Верхняя часть ствола и крупные ветви - тонкой оранжевой отслаи­вающейся пленкой, а молодые сосны и тонкие ветви - гладкой серо-зеленой корой.

В Забайкалье и других районах Восточной Сибири с более су­хим климатом, где могут возникнуть лесные пожары, кора у сосны имеет большую толщину, и объем у нее значительно больше, чем у сосен, произрастающих в европейской части Российской Федерации. В корневой части ствола, наиболее подверженной действию огня, толщина коры в 5-6 раз больше, чем на половине высоты дерева. Такая толстая кора способствует повышению устойчивости сосны к воздействию огня в период пожаров. Из всех древесных пород сосна и лиственница меньше всего страдают от пожаров.

Почки у сосны засмоленные, красновато-бурые, удлиненно-яйцевидные, острые, длина их 6-12 мм, располагаются на концах побегов мутовками.

Хвоя сизо-зеленого цвета расположена спирально, в пучках по две; в основании окружена влагалищами из чешуи. С внутренней сто­роны хвоя плоская, с наружной - выпуклая, жесткая, на верхушке заост­ренная, по краям мелкопильчатая. Устьица располагаются рядами на обеих сторонах хвои, но обильно - на плоской. Длина хвои сосны ко­леблется от 2 до 8 см. В пределах кроны одного дерева разница в дли­не хвои составляет 2-3 см. Наибольшей длины хвоя достигает на по­бегах последних 6 лет и на осевом побеге. На северной части кроны длина хвои меньше, чем на южной.

По мере продвижения породы с севера на юг длина хвои возрас­тает. В ленточных борах Сибири и Казахстана преобладают сосны с длиной хвои более 6 см. В средней полосе Сибири встречаются сосны с длинной и средней хвоей (4,5 - 6 см). Популяции сосны с короткой и длинной хвоей произрастают севернее 62° с. ш. В пределах одной при­родной зоны длина хвои зависит от типа леса. В центральных облас­тях европейской части Российской Федерации в более производитель­ных типах леса (сосняки-кисличники) длина хвои составляет 6-8 см, в менее производительных (сосняки сфарговые) всего 2-3 см.

Экологические особенности сосны обыкновенной

Сосна – растение однодомное, (мужские и женские шишки располагаются на одном растении), но с преобладанием шишек определенного пола: на одних растениях больше женских шишек, на других – мужских. Эти особенности имеют наследственный характер, но могут меняться в зависимости от условий произрастания. Мужские шишки скучены у основания побегов, а женские расположены на концах побегов. «Цветет» сосна в конце мая - начале июня, когда температура достигает 22 градусов. Опыление осуществляется ветром. Пыльца сосны имеет крупные воздушные мешки, что делает ее очень легкой и позволяет разлетаться на большие расстояния. Оплодотворение происходит лишь весной следующего года.

Семена созревают в конце следующего за опылением года и всю зиму остаются в шишках. Массовый вылет семян из шишек происходит в марте – апреле, когда дневная температура поднимается до 10 градусов. Для раскрытия семенных чешуй шишек важна не сама положительная температура, а снижение относительной влажности воздуха при быстром весеннем повышении температуры. В Сибири, где температура весной повышается очень быстро, выпадение семян сосны из шишек начинается обычно при снежном покрове. Поэтому семена сосны распространяются частично ветром по насту.

Образование семян у свободностоящих сосен начинается с 10-15 лет, в насаждениях – с 30-40 лет. В урожайные годы на одном столетнем дереве образуется до 500-1000 шишек. Шишки сидят одиночно или мутовками по 3-4, иногда образуются гроздья по 10-15 шишек.

Сосна обыкновенная – одна из светолюбивых древесных пород. Светолюбие сосны увеличивается с возрастом.

Сосна способна расти на почвах самого различного плодородия. Корневая система сосны более требовательна к теплу, чем у других хвойных пород, ее корни начинают расти при температуре 4-5 градусов. С этим связана редкая встречаемость сосны на моховых болотах в Иркутской области, поскольку под слоем мха мерзлота протаивает очень медленно.

Корневая система сосны чувствительна к уровню стояния почвенных вод. При повышении и понижении этого уровня более чем на 20 см столетние сосны начинают усыхать, более молодые оказываются устойчивее.

Хвоя, побеги и всходы сосны не страдают от заморозков, но ее репродуктивные органы чувствительны к низким температурам. Качество семян зависит от температурного режима во время цветения. Холодная затяжная весна снижает урожай и ухудшает качество семян в следующем году. Поэтому ежегодно сосна дает 500-700 тысяч семян на гектар, то есть в два раза меньше, чем ель и лиственница. Однако из-за жесткости семенных чешуй шишек, смолистости чешуй и самих семян потребляемость их млекопитающими и птицами самая низкая из всех хвойных пород. Это вместе с высоким качеством семян создает условия для быстрого появления сосны на вырубках и гарях. Этому способствует также засухоустойчивость сосны и биологическая особенность ее семян – они хорошо реагируют на переменную влажность субстрата. В конце зимы и начале весны в нашей области у сосны наблюдается побурение сосновой хвои в результате иссушения.

Повышение температуры в конце зимы приводит к значительному уменьшению относительной влажности воздуха в условиях, когда растения не могут получать воду из замерзшей воды. Побурение хвои защищает сосну от перегрева и задерживает фотосинтез, для которого в растении просто нет влаги. Буреет хвоя потому, что в клетках ее паренхимы хлоропласты отходят от стенок внутрь протоплазмы, как бы маскируясь от света. Это сопровождается уменьшением содержания хлорофилла в хлоропластах.

Древесина сосны смолистая, плотная, малоупругая. У молодых деревьев она прямослойная, с возрастом становится косослойной.

Сосна обладает наиболее активным смоляным аппаратом среди хвойных растений. Много смолистых веществ выделяется в воздух, что делает ее одной из наиболее активных фитонцидных пород.

Мои исследования

Исследования проводились в ноябре-декабре 2009 года в городе Усть-Илимске и пригороде с использованием « Методики определения класса загрязнения воздуха по исследованию состояния хвои у сосны» (разработанной ленинградскими учеными в 1990 году).