Биоиндикация с использованием хвойных пород

- 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

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.

Биоиндикация в наземно-воздушной среде с помощью растений принято называть фитоиндикацией–     и пользование растений для оценки качества среды. Поскольку наибольший эффект дает использование растительных сообществ, то это направление получило специальное название – индикационная геоботаника[4].

1.2  Биоиндикация хвойных пород и характеристика сосны обыкновенной, как объекта исследования

Применение методов биоиндикации по хвойным породам деревьев позволяет определить состояние биоресурсов, разработать стратегию рационального использования региона, определить предельно допустимые нагрузки для экосистем региона; выявить зоны экологического бедствия, решить вопрос о строительстве, пуске или остановке определённого предприятия, оценить эффективность природоохранных мероприятий

Хвойные виды растений особенно сильно страдают от сернистого газа. Чувствительность к нему у этих видов убывает в такой последовательности: ель, пихта, сосна, лиственница. Продолжительность жизни хвои сосны в зонах сильного загрязнения сернистым газом составляет один год, тогда как в норме – 3-4 года. Путем учета продолжительности жизни хвои и характера некрозов можно определить степень поражения хвойных насаждений сернистым газом; важным критерием является также содержание хлорофилла[5].

Сосна обыкновенная (Pínus sylvestris), семейство сосновые (Pinaceae). Существует две версии происхождения латинского названия. Первая версия: от кельтского слова pin, что означает — скала, гора, то есть растущая на скалах. Вторая версия: от латинских слов pix, picis, что означает — смола, то есть смолистое дерево.

Существует от 105 до 125 видов сосен, которые рассеяны по всему Северному полушарию до полярного круга. В умеренном и холодном климате они образуют леса на равнинах, в тёплом обитают в горах[4].

Сосна чрезвычайно распространена по всей России и образует как чистые леса, так и леса в смеси с елью и другими породами. Сосновые боры особенно типичны для песчаной почвы и скалистого субстрата. В лесах России является, безусловно, главнейшей и самой распространённой, как в географическом отношении, так и по количеству доставляемой древесины древесной породой: если судить по лесам, для которых имеются статистические данные, то оказывается, что она доставляет более трети всей производимой лесами древесины и более половины поделочного, более ценного, леса.

 К влажности почв и богатству  их питательными веществами сосна  нетребовательна. В этом она превосходит  все древесные породы таежной  зоны. Встречаясь на самых различных почвах, сосна имеет много морфологических форм и экологических типов. В различных частях ее ареала выделяют от 5 до 20 морфологических форм и до 10 экотипов сосны, с которыми эти формы часто связаны. В Сибири распространена сибирская форма, отличающаяся более выпуклым апофизом (выступом) семенных чешуи шишек.

В благоприятных для сосны условиях ее деревья достигают высоты 50- 55 м при толщине ствола до 1,5 м. В таких условиях она растет более 500 лет. В южнотаежной подзоне европейской части России в прошлом сосны в возрасте 600- 650 лет не представляли редкости (нижегородские боры, Центральный лесной заповедник). В Иркутской области размеры и возраст деревьев сосны намного скромнее. Здесь лишь отдельные сосны имеют возраст более 500 лет, высоту 40 м при толщине ствола до 1 м.

Сосна - растение однодомное, но с преобладанием "цветков" одного пола. Иначе говоря, на одних экземплярах обычно больше "соцветий" женских, на других - мужских. Это, очевидно, имеет наследственный характер, но может меняться в зависимости от условий произрастания и хозяйственного воздействия. Мужские "соцветия" скучены у основания побегов. Женские "соцветия" имеют вид шишечек, расположенных на концах побегов. Цветет сосна в конце мая - начале июня, когда дневная температура достигает 22 С ̊. Опыление осуществляется ветром. Оплодотворение происходит лишь весной следующего года.

Пыльцы в сосняках образуется очень много, так что поверхность оголенной почвы покрывается желтым налетом. Пыльца сосны имеет крупные воздушные мешки, что делает ее очень легкой и позволяет разлетаться на большие расстояния. Обилие и хорошая разлетаемость пыльцы сосны вводят в заблуждение полинологов (специалистов, изучающих состав растительности прошлых периодов по количеству и видовому составу ископаемой пыльцы), значительно преувеличивающих распространение сосны в прошлом. [6].

В благоприятную погоду разлет пыльцы продолжается 3-4 дня. Дождливая погода удлиняет этот процесс в полтора-два раза.

Семена созревают в сентябре следующего после опыления года и всю зиму остаются в шишках. Массовый вылет семян из шишек происходит в марте - апреле, когда дневная температура воздуха поднимается до +10 С ̊. В относительно сухом климате Предбайкалья почти все семена выпадают из шишек к началу цветения сосны.

Для раскрытия семенных чешуи шишек важна не сама положительная температура, а снижение относительной влажности воздуха при быстром весеннем повышении температуры. Поэтому семена сосны распространяются частично ветром по насту.

Семеношение у свободностоящих сосен начинается с 10-15 лет, в насаждениях - с 30-40 лет и старше, в зависимости от сомкнутости крон. В урожайные годы на одном столетнем дереве образуется до 500-1000 шишек с большим варьированием их количества у отдельных деревьев в зависимости от преобладающего пола "цветков". Шишки сидят одиночно (у деревьев с преобладанием мужских "соцветий") или мутовками по 3-4 (преимущественно на деревьях с преобладанием женских "соцветий"). Только на "женских" деревьях иногда образуются гроздья по 10-15 шишек.

Лучшее время для сбора семян - октябрь, когда семена полностью созрели, вылет их еще не начался, а снежного покрова нет, и он не затрудняет сбор шишек. В это время всхожесть семян обычно превышает 90 и даже 95%. При правильном хранении семян их всхожесть сохраняется 4-5 лет, хотя и снижается с годами. [7].

Сосна обыкновенная известна как одна из наиболее светолюбивых древесных пород. Значительное  количество часов солнечного сияния несколько улучшает позиции сосны во взаимоотношении с другими растительными компонентами лесов. Светолюбие сосны, как и других древесных пород, изменяется с возрастом. Наиболее теневынослива сосна в первые годы жизни. Вместе с тем, именно в это время на ее теневыносливость заметно влияют особенности почв, поскольку при лучшем обеспечении водой и питательными веществами поглощается большая часть падающего на хвою света. У сосны эта особенность выражена особенно четко. При одинаковой освещенности подрост сосны под пологом леса оказывается тем угнетеннее, чем беднее и суше почва.

Благодаря большой пластичности корневой системы, сосна способна расти на почвах самого различного плодородия. Корневая система сосны теплолюбивее, чем у других хвойных деревьев. По наблюдениям в Забайкалье, ее корни начинают расти при температуре +4 или +5 С ̊, в то время как корни сибирской ели трогаются в рост при температуре 0 С ̊, а корни лиственницы Гмелина при температуре от -0,3 до -0,5 С ̊.

Корневая система сосны весьма 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. По этой же причине губительной для сосны оказывается выкопка канав для подземных коммуникаций, понижающая уровень почвенных вод.

Хвоя, побеги и всходы сосны не страдают от заморозков, но ее репродуктивные органы довольно чувствительны к низким температурам, во всяком случае, по сравнению с березой и елью. Качество семян сосны зависит от температурного режима в период ее цветения. Для успешного ее цветения нужна большая сумма положительных температур, чем для березы и ели. Поэтому затяжная холодная весна снижает урожай и ухудшает качество семян в следующем году. Аналогично влияет температурный режим в период созревания семян.

Несмотря на почти полное отсутствие несеменных лет и довольно короткую периодичность хороших урожаев, сосна дает ежегодно в среднем только 500-700 тысяч семян на Га, то есть почти вдвое меньше ели и во много раз меньше лиственницы. Однако из-за жесткости семенных чешуи шишек, смолистости чешуи 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. В континентальном климате этому способствует также засухоустойчивость сосны и биологическая особенность ее семян - они лучше семян других хвойных пород реагируют на переменную влажность субстрата. В связи с этим колебания температуры во время прорастания семян для нее более благоприятны, чем для других хвойных. [8].

Благоприятствуя, в общем размножению и расселению сосны, климатические условия не способствуют ее вегетации, что определяется не только теплолюбием ее корневой системы. В конце зимы и начале весны здесь наблюдается сильное побурение сосновой хвои в результате ее зимнего и особенно ранневесеннего иссушения, от которого сосна защищена намного слабее лиственницы и ели.

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

Ветви и ствол сосны пронизан смоляными ходами, которые наполнены смолой, обычно называют «живицей». «Живица» имеет большое значение для растения: заживляет нанесенные раны, отпугивает вредителей. Добывают такую живицу путем подсочки. Используется она для получения канифоли, скипидара. Главное, что получить ее можно не только с живого дерева, но и с соснового пня. Воздух в сосновом бору («смолистый») богат озоном и не содержит микробов. Сосновые леса издавна славятся благоприятными для человека свойствами.

В медицине широко применяются почки, которые необходимо успеть собрать ранней весной, пока они не распустились. Почки содержат эфирные масла, смолы, крахмал, дубильные и горькие вещества. Сосновая хвоя содержит в большом количестве каротин и витамин С. Благодаря ценности древесины, сосновые леса считаются главным объектом лесоэксплуатации [7,9].

Сосна обыкновенная относится к самым древним лекарственным растениям. Ее хвоя входила в состав припарок и компрессов еще 5000 лет назад. В Древнем Египте сосновая смола находилась в бальзамирующих составах. Кстати, даже сейчас, спустя 3000 лет, эти составы не потеряли свои бактерицидные свойства. В Риме и Греции хвою использовали для лечения простуд. А на Руси для дезинфекции ротовой полости, укрепления зубов и десен было принято жевать сосновую смолу.

Сосновая древесина широко применяется в производстве мебели. Используется она и в строении судов и вагонов. Из нее сегодня возводят портовые сооружения, дамбы и причалы. Сосновый лес даже называли «корабельной рощей» или «мачтовым лесом». А суда – «плавучими соснами». Сосновая смола интенсивно использовалась корабельщиками для обработки канатов, судов и лодок. Все это говорит о высоких характеристиках сосновой древесины.

В качестве декоративной культуры используется крайне редко. Чаще применяется в озеленении загородных усадеб, профилакториев, санаториев. Высаживается в смешанных насаждениях, одиночно, массивами или группами. Могут использоваться в озеленении лесопарков и садово-парковых территорий, для обсадки загородной дороги, особенно на бедной песчаной почве. В культуре произрастает группой или одиночно в крупных парках, садах и скверах. Декоративность молодой посадки маловыразительная. Высокую декоративность деревья приобретают к ста годам, когда ствол в своей верхней части начинает покрываться тонкой корой оранжевого цвета, которая придает нарядность и привлекательность дереву. Эстетические характеристики отдельных сосен усиливаются по мере того, как изреживается древостой. Особенной неповторимостью обладают старые сосны, притягивающие взгляды издалека. В условиях отсутствия загрязнения воздуха сосна обыкновенная обладает высокими санитарно-гигиеническими характеристиками [7].