Самым распространенным деревом во всем мире является сосна. Ее можно встретить в разных странах и климатических зонах. Всего насчитывают около 120 видов, и более 50 пород произрастает в России, но чаще всего можно встретить сосну обыкновенную. Сосновые деревья достигают в высоту 20-40 м, в диаметре - 40-60 см, иногда метр, а их возраст составляет 300-500 лет. Исключением является американская сосна-долгожитель, произрастающая в Неваде, которая растет уже около 4700 лет.
Как правило, рубку сосновых деревьев производят в возрасте 100-120 лет. Их преимуществом является быстрый рост, который зависит от температуры воздуха и количества осадков. При благоприятных условиях годовой прирост составляет до метра в высоту. Самым лучшим для строительной сосны считается климат северной полосы. У деревьев, произрастающих в этой зоне, небольшое межкольцевое расстояние и, соответственно, меньшая рыхлость и склонность к растрескиванию. Поэтому ценными считаются архангельская, карельская и ангарская сосны.
Годичные слои хорошо видны на сосновой древесине. Их ширина в среднем составляет 3 мм, однако может варьироваться от 1 до 10 мм. Граница между разными слоями очень четкая, при этом сердцевидные лучи выражены слабо, сосудов нет. Благодаря разному цвету ядра (от светло-розового до красновато-коричневого) и заболони (желтый или розоватый), их легко отличить друг от друга. Будучи хвойным деревом, сосна имеет смолу, поэтому на поздней древесине видно много крупных смоляных ходов.
Свойства сосны
Целебные свойства сосны были известны еще в древние времена, поэтому врачи использовали ее для борьбы с легочными заболеваниями - бронхит, пневмония, туберкулез, применяя хвою и смолы для лекарств, а также создавая лечебные санатории в борах. Физико-механические характеристики сосновой древесины способствуют ее использованию для строительства, производства декора и мебели.
Влажность ядра достигает 33% и не меняется по всей длине, а средние показатели наличия ваги в заболони составляют 112% и увеличиваются к вершине.
Плотность считается низкой. При стандартной влажности ее средний показатель составляет 505 кг/куб. м, а плотность полностью высушенной древесины - 480 кг/куб. м.
Усушка колеблется в зависимости от годичных слоев от 6.7% до 7.5%. Увеличение влажности воздуха влияет на коэффициенты разбухания: тангенциальный - 0.31, объемный - 0.5, радиальный - 0.18.
Влаго- и воздухопроницаемость древесины высокая, что позволяет хорошо обработать материал защитными и пропитками.
Теплоизоляция и термостойкость сосны очень высокие, поэтому она хорошо подходит для строительства домов и производства оконных рам. Например, ПВХ и алюминий, используемые для металлопластиковых окон, имеют более низкие теплоизоляционные показатели.
Электрическая проводимость отсутствует, так как сосна является диэлектриком.
Звукоизоляция древесины низкая. При строительстве деревянного дома для обеспечения требований СНиП необходимо делать перегородку от 10 см.
Восприимчивость к излучениям : рентгеновское не имеет воздействия, световое - до 3,5 см, нейтронное - до 10 см.
Несмотря на высокую прочность древесины, сосна считается мягким деревом, которое легко обрабатывается инструментами. Поэтому ее полюбили мастера, создающие мебель и декор. Еще одним плюсом является высокая стойкость к болезнетворным процессам - грибки, плесень, насекомые. Однако высокая влагопроницаемость сосны требует большего количества пропитки. К тому же перед нанесением сосновую древесину нужно обрабатывать щелочным раствором или бензином или спиртом из-за присутствия в ней смолы.
Области применения сосны
Это дерево является очень востребованным в разных сферах благодаря его качествам. Из него изготавливают профилированные и пиленые брусы, оцилиндрованные бревна, обрезные и необрезные доски для строительства. Блок-хаус, фальш-брус и вагонку применяют в качестве отделочных материалов. Например, сосна прекрасно подходит для отделки саун, поскольку помимо красивого внешнего вида источает приятный аромат и лечебные ферменты. Древесина используется для химической переработки, в машиностроении, железнодорожной сфере, горнодобывающей промышленности. Также она применяется для производства тары, а хвоя - биологически активных веществ.
Мебельные предприятия задействуют сосновую древесину в своей работе как основной материал, так и в качестве каркаса, который шпонируют другими породами. На ней легко создавать резные и мозаичные узоры. Она хорошо тонируется, поэтому ей можно придать любой цвет. Мебель из сосны является экологичной, надежной и красивой.
МОУ Сидоровская средняя общеобразовательная школа
Учебно-исследовательская работа
«Отчего гибнет сосна и как её спасти»
Выполнил: Таранов
Кирилл Викторович,
ученик 8-го класса
Руководитель: Горева
Галина Анатольевна,
учитель биологии
Сидоровское 2008
1.Введение……………………………………………………………………3
2.Биология сосны обыкновенной…………………………………………...5
3.Значение сосны…………………………………………………………….8
4.Методы исследования……………………………………………………..9
5.Результаты исследования………………………………………………...12
6.Обсужденние и анализ фактических и численных данных……………14
7.Выводы…………………………………………………………………….16
8.Заключение и перспективы работы……………………………………...17
9.Литература………………………………………………………………...18
Введение.
Цель работы : привлечь внимание общественности к факту гибели сосновых лесов.
Задачи работы :
1.изучить биологию сосны обыкновенной, определить её значение
2.визуально оценить состояние соснового леса у д. Веняеха
3.провести статистические исследование поражённых хвоинок сосны согласно методике
4.предложить методы предотвращения гибели сосны обыкновенной.
Проблематика.
Я родился и вырос в с. Сидоровское. От старожилов мне известно, что наши места славились богатыми грибными сосновыми лесами. Но где они сейчас? Я знаю, что сосновый лес у д. Веняеха является памятником природы Костромской области. И что же? Этот лес становится редким, многие сосны засыхают на корню, другие стоят наполовину порыжевшими. Осыпается хвоя…
При сжигании топлива в больших количествах в атмосферу выбрасывается огромное количество газов. Часть из них -- сернистые и азотистые газы -- под воздействием ультрафиолетовых лучей и по другим причинам превращается в кислоты. Подкисленная атмосферная влага в виде дождя, снега или тумана выпадает на землю. Ветер гонит подкисленные облака на далёкие расстояния, и кислотные дожди выпадают на поля и леса, очень далеко от источников загрязнения. Кислотные дожди, попадая в почву, на растения и в водоёмы , поражают почвообразующие организмы, сельскохозяйственные посевы, леса, обитателей суши и водоёмов.
Иногда на огороде можно увидеть поникшие, с бурыми пятнышками совсем побуревшие листья помидоров, огурцов или других растений. Это -- последствия кислотных осадков. Если после дождя ваша одежда или зонтик в мелких жжённых точках -- это действие кислотного дождя.
В европейских странах кислотными дождями повреждено более 50% хвойных лесов (в Германии-70%). В нашей стране площадь существенного поражения кислотными осадками составляет несколько десятков миллионов гектар.
В нашей школе ежегодно проводятся экологические исследования, в том числе и исследование состояния хвои сосны в лесу у д. Веняеха. Его ежегодно проводит 8 класс . Исследования проходят в конце мая, начиная с 2003 года. Таким образом у нас накопился материал за 5 лет. Я решил обобщить полученные результаты, выявить статистические закономерности этого явления, установить причины, и найти способы остановить этот процесс.
Таким образом:
место работы -- сосновый лес у д. Веняеха
сроки работы -- конец мая
продолжительность работы -- 6 лет ()
Сосновый лес у д. Веняеха – памятник природы Костромской области. 25.01.08 г.
Биология сосны обыкновенной .
Родовое название - от латинского pin - скала, гора, латинское sylvestris - лесной от sylva - лес.
У сосны древняя история. Она появилась на Земле 150 миллионов лет назад. За это время неоднократно менялся лик планеты: наступали и отступали ледники, появлялись на свет и исчезали многие виды растений и животных, а их современница - сосна - преодолела время, зацепилась корнями за землю и дожила до наших дней.
На берегах Балтийского моря встречается янтарь - изумительной красоты окаменевшая смола древнейших сосен.
Золотистые слитки окаменевшей смолы, отшлифованной морем, находят во многих местах, но именно страны Балтии считаются янтарным краем. В янтаре часто встречаются “законсервированные” в нем
Молодые сосенки на опушке леса. 25.01.08г.
насекомые, жившие в те далекие времена. Такой янтарь ценится особо.
Сосна обыкновенная - вечнозеленое стройное хвойное дерево, достигающее 40 м высоты, 1,5 м в диаметре, с мутовчато расположенными ветвями. Кора дерева красно-бурая, к вершине буро-желтая, трещиноватая, тонкошелушащаяся. Молодые ветви голые, зеленоватые, потом серо-бурые; почки 6-12 мм длиной, острые, красновато-бурые, яйцевидно-конические, 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, тянущимися 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-зеленые, расположены попарно, жесткие, полуцилиндрические, заостренные, длиной 5-7 см, шириной 2 мм, 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, длиной 5-6 мм и шириной 4 мм, на коротких ножках, состоящие из кроющих чешуи, в пазухах которых сидят семенные чешуи с семяпочками. Женские шишки после оплодотворения разрастаются, достигают 2,5-7 см в длину и 2-3 см в ширину. В первый год они зеленые, на второй - одревесневают и буреют. Семена длиной 3- 4 мм, черноватые или сероватые, удлиненно-яйцевидные с крылом в 3 раза длиннее семени. Цветет в мае, опыляется ветром. Семенные шишки созревают на второй год.
Сосна - одна из самых распространенных пород деревьев лесной и лесостепной зон европейской части России, Сибири, Северного Казахстана, Украины, реже встречается на Дальнем Востоке. Растет на песчаных и супесчаных почвах и верховых торфяных болотах.
Описание растения. Это вечнозеленое хвойное дерево семейства сосновых, достигающее в высоту 40 м. Кора красно-бурая, на ветвях желтоватая, отслаивающаяся. Почки удлиненно-яйцевидные, заостренные, длиной 6-12 см, смолистые, окруженные треугольно-ланцетовидными чешуями с прозрачным пленочным краем. Хвоя располагается попарно, сизо-зеленая, несколько изогнутая, жесткая, длиной 4-7 см, сохраняется на побегах 2-3 года. Мужские шишки многочисленные, желтые, собранные у основания побегов текущего года, женские-красноватые, одиночные или сидячие по 2-3 на загнутых книзу коротких ножках. После оплодотворения шишки разрастаются, деревенеют, созревают в течение 18 мес. Семена удлиненно-яйцевидные, длиной 3-4 мм, с крылом, длина которого в 3 раза превышает длину семени.
Сосна характеризуется большой морфологической изменчивостью и образует большое число форм. Растет быстро, особенно в молодом
возрасте (до 30-40 лет). Прирост в высоту в благоприятных почвенно-климатических условиях достигает 70-80 см в год. Доживает сосна обыкновенная до 350-400 лет. Цветет в мае-июне, семена созревают на второй год. В медицине используют почки (укороченные верхушечные побеги), живицу и хвою сосны обыкновенной. Места обитания. Распространение. Сосна - одна из основных лесообразующих пород нашей страны. Сосновые леса занимают площадь около 120 млн. га. Растет на песчаных, супесчаных, подзолистых, дерновых, черноземовидных, глеевых и торфяно-болотных почвах. Встречается также на щебнистых почвах, на известняках, меловых и скальных обнажениях. Благодаря широкой экологической амплитуде распространена от лесотундры до степной зоны. Поднимается до высоты 1500 м над уровнем моря на Алтае и до 1800 м в Саянах. Светолюбива, морозоустойчива, засухоустойчива. В благоприятных условиях сосна - дерево первой величины, образует насаждения высшего класса бонитета; при избыточном увлажнении, на торфяно-глеевидных почвах, на очень сухих дюнных всхолмленных или на скальных обнаженных - это искривленное, сучковатое дерево, высота которого в 100-летнем возрасте не превышает 5 м. В горах иногда принимает етланиковую форму
Значение сосны обыкновенной.
1. Сосна имеет ценную древесину, применяемую в различных отраслях.
2. В больших масштабах ведется подсочка сосны.
3.Из добываемой из сосны живицы получают канифоль и скипидар.
4. Смолье и пни сосны используют для получения скипидара и дёгтя.
5. Из коры сосны получают дубильные вещества, из хвои – сосновое масло и витамин С.
6.Сосну широко применяют в степном и полезащитном лесоразведении, она является главной породой при создании лесных культур на песках.
7.Сосновые леса имеют большое водоохранное и водорегулирующее значение.
8.Сосновые боры выполняют важные санитарно-гигиенические функции, так как сосна выделяет фитонциды, защищающие воздух от болезнетворных микроорганизмов.
Методика исследования .
Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию сосны
Считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обусловливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики». Информативными по техногенному загрязнению являются морфологические и анатомические изменения, а также продолжительность жизни хвои. При хроническом загрязнении лесов диоксидом серы наблюдаются повреждения и преждевременное опадение хвои сосны. В зоне техногенного загрязнения отмечается снижение массы хвои на 30- 60% в сравнение с контрольными участками (18%).
Ключевые участки для мониторинга загрязнения атмосферы могут иметь большую площадь (например, 1 га) и выбираются в однородном по видовому составу массиве леса.
Определение состояние хвои сосны обыкновенной для оценки загрязнённости атмосферы
В незагрязнённых лесных экосистемах основная масса хвои сосны здорова, не имеет повреждений и лишь малая часть хвоинок имеет светло - зелёные пятна и некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности. В загрязнённой атмосфере появляются повреждения и снижается продолжительность жизни хвои сосны.
На рисунке показаны различные варианты состояния хвои сосны.
 |
без пятен с чёрными и жёлтыми пятнами с усыханием
Методика индикации чистоты атмосферы по хвое сосны состоит в следующем. С нескольких боковых побегов в средней части кроны 5-10
деревьев сосны в 15-20-летнем возрасте отбирают 200-400 пар хвоинок второго и третьего года жизни.
Отбор хвои сосны обыкновенной. 28.05.2008.
Хвоя отбирается с деревьев 15-20-летнего возраста.
Производится обработка собранного материала. 28.05.08
Анализ хвои проводят в лаборатории. Вся хвоя делится на три части (неповреждённая хвоя, хвоя с пятнами, хвоя с признаками усыхания), и подсчитывается количество хвоинок в каждой группе. Данные заносятся в рабочую таблицу.
Результаты исследования.
Состояние хвои сосны обыкновенной .
left " width="718" style="width:538.2pt;border-collapse:collapse;margin-left:6.75pt; margin-right:6.75pt">
Степень повреждения хвои
общее число обследованных хвоинок
количество неповреждённых хвоинок
% неповреждённых хвоинок
количество хвоинок с пятнами
% хвоинок с пятнами
количество хвоинок с усыханием
% хвоинок с усыханием
общее количество повреждённых хвоинок
общий % повреждённых хвоинок
График изменения состояния хвои по годам 2
13
Обсуждение результатов .
Работа выполнялась строго по методике, изложенной выше. Группа ребят собирала хвоинки (пары) в количестве 400 штук, на высоте человеческого роста в новый полиэтиленовый пакет. В лаборатории (в кабинете) производили разбор материала на 3 категории:
Без повреждений
С пятнами
С усыханием
Затем производится подсчёт. Полученные данные заносим в таблицу. Далее выстраиваем графики и диаграммы по данным исследованиям.
Анализ результатов .
Количество неповреждённых хвоинок наименьшим было в 2003 году(96 из 400). В 2004 году эта цифра достигла максимального значения (307 из 400), затем опять начала снижаться. В 2007 году количество зелёных неповреждённых хвоинок опять возрастает (до 232 из 400). А в нынешнем, 2008 году, опять снижается (до 160 из 400).
Количество хвоинок с усыханием было высоким в 2003 году (136 из 400). В последующие годы их число снижалось. Но в 2006 году их число увеличилось более чем в 2 раза по сравнению с предыдущем годом (164, а в предыдущем 72). В 2007 году число хвоинок опять снижается (56 из 400). В 2008 году наблюдается небольшой рост этого показаиз 400).
Общий процент повреждённых хвоинок изменяется также волнообразно по годам.
В 2003 и 2006 годах количество повреждённых велико (76% и 63% соответственно).
В 2004 году процент повреждений минимальный (23%).
В 2005 и 2007 годах процент повреждений почти одинаков (41% и 42% соответственно).
А в нынешнем, 2008 году, этот показатель возрастает до 60%.
Выводы
Данные характерные повреждения хвои, по мнению автора методики, образуются из-за повышения кислотного характера осадков.
Очевидно, что в 2003 и 2006 годах характер осадков был особенно смещён в кислотную сторону (предположительно до pH=4).
Это могло быть вызвано двумя причинами.
Во-первых: топливо, используемое в те годы на Костромской ГРЭС, могло содержать высокий процент серы.
Во-вторых: вероятно в эти годы (2003 и 2006) газоочистительные фильтры предприятия ухудшили своё качество, либо совсем пришли в негодность.
А также возможно одновременное действие этих двух факторов.
Я считаю, что для спасения соснового леса необходимы следующие действия:
1.Использовать топливо с малым содержанием серы.
2.Следить за качеством газоочистительных фильтров.
3.Переодически распылять над сосновыми лесами вещества, создающие слабощелочную среду, чтобы нейтрализовать возможные кислотные осадки. Опыление можно производить содой Na 2CO 3. Более мягкое действие окажет гидрокарбонат натрия NaНCO 3. Но лучший вариант -- это опыление древесной золой, которая содержит поташ K 2CO 3, так как вещество это для леса очень близкое, нечужеродное (образуется в результате сжигания древесины), к тому же калий явлется питательным веществом, укрепляющим ствол и корневую систему.
Заключение и перспективы работы
1.Я изучил биологию и значение сосны обыкновенной.
2.Я оцениваю соснового леса у д. Веняеха на сегодняшний день как
удовлетворительное.
3.Я обобщил статистические данные исследования хвои сосны,
проведённые ребятами нашей школы.
4.Я сделал выводы о причинах гибели сосны.
5.Защищая работу в школе, я привлёк внимание общественности к
факту гибели сосны.
6.Я предложил меры по спасению соснового леса.
7.Данный материал можно использовать на уроках биологии, экологии,
химии в школе, а также для информирования общественности.
Литература
1. «Школьный экологический мониторинг»
2. Зверев:учебник для 7-9 кл. общеобразовательных школ.
4. «Растения от А до Я» М, 1992.
5. http://www. *****
Рецензия
Тема работы - одна из самых актуальных на сегодняшний день. Гибнут и сходят на нет сосновые леса в нашей местности. Причина гибели – кислотные осадки, образующиеся в результате сжигания больших количеств топлива на тепловых электростанциях. Кислотные осадки вызывают преждевременное усыхание хвои.
Определить, насколько процентов хвоя поражена – одна из основных задач исследовательской работы. Процент поражения составляет, согласно данным исследований, приблизительно 50 (±15%), что характерно для окружения мощных промышленных объектов.
Среди учебно-исследовательских работ школьников данной тематики я не встречала.
В работе обобщены данные исследований за 6 лет. Все статистические данные занесены в таблицу, по ним построены графики и диаграммы.
Результаты проанализированы, сделаны выводы о вероятных причинах гибели сосны, о возможных способах её спасения.
В работе использована научно-популярная литература по биологии и экологии, а также привлекались информационные ресурсы Интернета.
Данный материал можно использовать на уроках биологии, экологии и химии, для информирования общественности.
Учитель биологии: //
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.
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 срезе видны ранние и поздние трахеиды, выполняющие проводящую и механическую функции. Ранние трахеиды почти всегда квадратные, имеют большую внутреннюю полость, а в радиальных стенках – окаймлённые поры, имеющие на поперечном срезе вид 2 двузубых вилок. На некачественных (толстых) срезах можно увидеть, что в месте окаймлённых пор стенки трахеид как бы раздваиваются, и утолщения между зубцами – тора не видно.
Поздние трахеиды толстостенны, сплющены по радиусу, окаймлённые поры на них редки.
На срезе можно заметить и сердцевинные лучи в виде тёмных полос, идущих в радиальном направлении и представляющих структуру из вытянутых в направлении луча клеток.
Хорошо видны в поздней древесине вертикальные смоляные ходы-каналы, окружённые выстилающими клетками и сопровождаемые слоем живых (сопровождающих) клеток с запасными питательными веществами. Между клетками сопровождающей паренхимы находятся межклетники, выстилающие клетки окружены слоем мёртвых клеток. Просвет вертикального смоляного канала на поперечном срезе составляет около 80 % его диаметра.
Рис 1. Поперечный срез древесины сосны:
1 – поздние трахеиды; 2 – ранние трахеиды; 3 – сердцевинный луч; 4 – вертикальный смоляной ход; 5 – окаймлённая пора; 6 – граница годичного слоя.
Диаметр вертикального смоляного канала на поперечном срезе равен:
Радиальный срез
На радиальном срезе хорошо различимы трахеиды в виде длинных клеток. В ранней древесине они широки и имеют на радиальных стенках много крупных окаймлённых пор в виде 2 концентрических светлых пятен. Поздние трахеиды узки, окаймлённых пор в них мало и они мельче, чем в ранних трахеидах, а вместо внутреннего круга имеют косую щель.
Трахеиды пересекают сердцевинные лучи. Выглядят они в виде тёмных полосок и состоят из краевых (мёртвых) с мелкими окаймлёнными порами клеток, служащих для проведения воды от слоя к слою по радиусу и средних (живых) с простыми порами, имеющими вид больших светлых пятен.
Иногда на разрезе попадается вертикальный смоляной ход в виде полого канала, выстланного эпителием с оболочками.
Рис. 2. Радиальный срез древесины сосны:
1 – ранние трахеиды; 2 – окаймлённые поры; 3 – вертикальный смоляной ход; 4 – поздние трахеиды; 5 – сердцевинный луч
Тангентальный срез
На срезе видны сердцевинные лучи, перерезанные поперёк, в виде вертикальных цепочек разной длины.
Трахеиды на радиальных стенках имеют окаймлённые поры в виде вилочек.
Смоляные ходы, перерезанные поперёк, можно видеть в крупных сердцевинных лучах в виде вертикальных веретён. Это горизонтальные смоляные ходы, состоящие из тех же элементов, что и вертикальные. Они соединяют вертикальные смоляные ходы различных годичных слоёв. Иногда на тангентальном разрезе можно увидеть продольный рахрех вертикального смоляного хода.
Рис. 3. Тангентальный срез древесины сосны:
1 – горизонтальный смоляной ход в сердцевинном луче; 2 – ранние трахеиды; 3 – окаймлённые поры; 4 – сердцевинный луч; 5 – вертикальный смоляной ход.
Диаметр горизонтального смоляного канала на тангентальном срезе равен.
Из хвойных пород деревьев наиболее известной и распространенной является сосна обыкновенная. Более 30% товарной древесины, заготавливаемой в России, приходится на сосновые пиломатериалы. На территории бывшего Союза это основная лесообразующая порода деревьев, занимает более 15% территории всех лесов. Относится к быстрорастущим породам, за год может давать прирост до 1 м. Средняя продолжительность жизни колеблется от 300 до 500 лет. Наиболее качественная древесина получается из деревьев возраста 120-160 лет. К этому моменту высота деревьев может достигать 40-47 м, образуя при этом ровный, без сучков, ствол высотой до 16-20 м и диаметром 40-80 см.
Текстура
Сосна – ядровая порода. В процессе сушки и хранения сосновых пиломатериалов цвет ядра становится темнее, приобретая красновато-коричневый оттенок. Следует отметить, что поздняя древесина сосны всегда темнее ранней.
Годичные кольца на тангенциальных и радиальных разрезах хорошо просматриваются, образуя волнистый рисунок. Крупные и многочисленные смоляные ходы видны в виде полосочек темного цвета.
Сосновая древесина имеет среднюю плотность, хорошую стойкость против загнивания и высокую прочность. Следует отметить, что заболонь менее устойчива против болезней и насекомых-вредителей, поэтому требует обработки защитными составами. Влажная заболонь (более 25%) может легко поражаться грибками, вызывающими синеву древесины. Такое заболевание не вызывает существенного ухудшения механических свойств сосновых пиломатериалов, но от этого страдает внешний вид изделий.
Однообразная текстура сосны определяется разницей в окраске заболони и ядра, ранней и поздней древесины и различной шириной годичных колец. В связи с тем, что строение поздней и ранней древесины очень отличается друг от друга, сосна имеет малую равноплотность. Области позднего годичного слоя имеют плотность в 2-3 раза выше аналогичного показателя раннего годичного слоя.
Толщина годичных колец может быть разной, от 2-3 мм до 9-10, при этом поздняя древесина занимает в годичном слое до 26-28%. Сосна, заготавливаемая в российских лесах, имеет различное количество годичных слоев на 1 см, это число колеблется от 4 до 14.
На европейском севере России заготавливают «рудовую» (или «кондовую») сосну. Этот вид растет на возвышенностях, предпочитая песчаные и супесчаные почвы. Древесина таких деревьев плотная и мелкослойная, имеет неширокую заболонь. Ствол прямой, с небольшим сбегом, очень смолистый, сучков мало.
На низменных участках с глинистой почвой растут сосны, которые называют «мяндовыми».Они обладает более мягкой древесиной, менее смолистая, по механическим характеристикам уступает «рудовой».
В борьбе за место под солнцем сосны вырастают на большую высоту, образуя ровные цилиндрические стволы. Это дает возможность получать длинномерные ровные пиломатериалы без сучков. Такой материала легко обрабатываемые режущим инструментом, при сушке не растрескиваются. Сосновая древесина имеет красивую хорошо выраженную текстуру, приятный цвет от желтого до красновато-коричневого и широко используется в столярном деле. Ее с успехом используют мастера-резчики по дереву для своих художественных изделий.
По содержанию смолы в сосновой древесине определяют два сорта: сухощепку (другое название – дутица) и смолку. Первая имеет минимальное содержание смолы и небольшой вес, а вторая – сильно засмоленная и тяжелая. Из-за таких отличий плоты для сплава по рекам набирали только из сухощепки, а смолку вывозили транспортом, так как была высокая вероятность того, что она затонет. Но этот сорт сосновой древесины очень устойчив против воздействия влаги, утонувшие бревна могли лежать в воде годами и при этом не теряли своих свойств. Не зря ее использовали при строительстве мостов, речных и морских причалов.
Обработка
Для столярных работ стараются использовать не смолистую сосновую древесину. Обработка древесины с высоким содержанием смолистых веществ трудна, так как инструмент забивается смолой. На него налипают смолистые древесных отходы и мешают в работе. Шлифовать такую древесину проблематично, шлифовальная бумага сразу же забивается смолистою пылью. Смола проступает сквозь покрытия, портя внешний вид, а при случайном нагреве она вспучивается, поднимая краску или лаковый слой. Поэтому при необходимости использовать смолку, ее обрабатывают химическими препаратами для удаления смолы.
Сосновая древесина с низким содержанием смолистых веществ легко обрабатывается ручным и механизированным инструментом. Строгание вдоль волокон не вызывает трудностей, а вот резание поперек волокон неудовлетворительное, получить чистый торцевой срез трудно. Древесина очень хорошо поддается операциям шлифовки, поверхность по качеству лучше, чем у дуба или ясеня.
Поддается окраске морилками и протравами, но иногда смола оказывает отрицательное воздействие на такие операции. Легко окрашивается лаками и красками, но древесина имеет высокую влагопроницаемость, что приводит к повышенному расходу таких материалов.
Склеивается сосна хорошо, соединение с помощью крепежных элементов (гвозди, шурупы) удовлетворительное.
Среди всех хвойных пород деревьев, из которых заготавливают товарную древесину, сосна по праву занимает первое место. К потребителю сосновая древесина поступает в виде кругляка и пиломатериалов (доски, брусья). Широко представлены на рынке и материалы, изготавливаемые из сосновой древесины – ДСП, фанера и шпон. Также производители предлагают и готовые строительные конструкции из сосны – двери, окна т.д.
Физические свойства сосны.
Влажность.
Заболонь растущего дерева имеет высокую влажность, доходящую до 120%. Ядро имеет более низкую влажность (в 2,5-3 раза меньше влажности заболони) и практически не меняется по высоте дерева.
В разное время значение и влажность древесины различная. Утром показатель влажности выше на 25-30% по сравнению со средней и достигает максимума. В течение этот показатель постепенно понижается до минимального (на 30-35% ниже среднего уровня). В вечерние и ночные часы наблюдается увеличение влажности.
Сушка
Перед использованием древесину сосны высушивают до стандартной влажности 12%. Сушка может быть как естественной, на открытом воздухе под навесами, так и в специальных сушилках. Сосна при сушке мало подвержена короблению и растрескиванию. Выбор оптимального режима в сушильной камере и правильная укладка пиломатериалов позволяет уменьшить процент брака до минимума.
Плотность.
Древесина хвойный пород деревьев, в том числе и у сосны, имеет невысокую плотность. Средняя плотность сосновой древесины (при влажности 12%) колеблется от 500 до 520 кг/куб.м. Пределы плотности находятся в диапазоне от 350 до 800 кг/куб.м.
Проницаемость.
Для древесины сосны характерны большие значения влагопроницаемости и воздухопроницаемости. Определение значений этих показателей производят путем созданием на одной стороне образца избыточного давления в 0,1 МПа. Для ядра это значение составляет 2,6 куб.мм/кв.см/с, для заболони - 56,2 куб.мм/кв.см/с. Можно отметить, что аналогичный показатель для дубовой древесины не превышает 0,13 куб.мм/кв.см/с.
Имея такие высокие показатели влагопроницаемости сосна легко пропитывается различными анисептиками и защитными составами.
Тепловые свойства.
По своим теплопроводным характеристикам древесина сосны значительно превышает металлы (в частности, алюминий) и незначительно - поливинилхлорид. Вот почему окна, изготовленные из сосны, по своим показателям превосходят окна из алюминиевого профиля.
Механические свойства сосны.
Прочность.
Древесина сосны, заготавливаемая на севере европейской части России, имеет наилучшие показатели механической прочности. По прочностным характеристикам только кавказская пихта имеет лучшие показатели.
Технические и эксплуатационные свойства.
Древесина сосны мягкая, легко обрабатывается столярными инструментами.
Изделия из сосны легко шлифуются, образуя поверхность высокого класса чистоты, микронеровности по высоте не превышают 60 мкм. По этим показателям сосна превышает клен и ясень, у которых микронеровности достигаю величины 200 мкм, что обусловлено строением древесины этих пород.
Сосна среднеустойчива против поражению грибками и насекомыми-вредителями. Ядро более устойчиво против биологических воздействий по сравнению с заболонью.
