Экология растений

Лучи с длиной волны, от 3200 до 7800 А, охватывающие видимую (человеком) часть спектра, составляют лишь небольшую  часть потока солнечной энергии, достигшей поверхности Земли.

2.2.1. Влияние  освещенности, температуры и влажности  на растительные организмы

Большое значение в жизни  растений имеют физико-химические факторы. Значение света в жизни растений огромно. С участием света протекают процессы фотосинтеза. При лучших условиях освещенности растения растут и развиваются более интенсивно, увеличивается их плодоношение и улучшается качество семян.

Своеобразный световой климат создается в лесу, где преобладает  рассеянный свет. Древесные плоды  испытывают различную потребность  в свете. Различают растения светолюбивые, умеренно теневыносливые и теневыносливые.

Проф. М. К. Турский распределил  древесные породы от наиболее светолюбивых до теневыносливых следующим образом: лиственница, береза, сосна, осина, ива, дуб, ясень, клен, ольха, ильм, граб, ель, бук, пихта.

Растения, обычно живущие  при достаточной освещенности, попадая в затененные условия, развивают этилированные, (лишенные зеленой окраски) побеги. Это хорошо видно, например, на побегах картофеля, развившихся в темноте.

Существенное, значение тепла в жизни растений очевидно. Тепловым режимом в значительной степени обусловливаются состав растительности и географическое распределение растений. Различают растения тропического, умеренного и холодного климата. Недостаток тепла, особенно в период вегетации, или чрезмерно низкие зимние температуры препятствуют продвижению многих растений на север, вызывают безлесье тундры и альпийских зон. Умеренный климат лесной зоны благоприятствует произрастанию ели, пихты, кедра, по не допускает существования теплолюбивых пород — эвкалипта, пальм и др.

Температура оказывает большое влияние на физиологические процессы у растении, в том числе и на фотосинтез. Фактически жизнедеятельность растений может протекать лишь в определенных температурных пределах. Принято различать холодостойкие растения, легко переносящие длительные пониженные температуры, морозостойкие, не погибающие при морозах и переносящие промерзание, и зимостойкие, переносящие как морозы и промерзание, так и другие неблагоприятные условия зимнего периода, например высыхание при ветрах.

Поврежденные морозом части растения чернеют, листья теряют тургор, высыхают и погибают.

Большой вред растениям  приносят поздние весенние и ранние осенние заморозки. Страдают от них  обычно молодые, неодревесиевшие побеги, например у молодых дубков и елочек, произрастающих на свободе.

Определенный вред растениям  приносят и высокие температуры. Неблагоприятное действие высоких  температур может проявляться у  древесных пород в виде ожогов коры и опала шейки корня. От солнечного ожога страдают особенно сильно породы, имеющие гладкую тонкую кору: бук, граб, пихта. Опал шейки корня плохо переносят сеянцы сосны и дуба. Высокие температуры могут вызвать ожог и покраснение хвои у ели и пихты.

Влага наряду с теплом является решающим фактором в зональном  распределении растительности.

Подавляющая масса растений, живущих на суше, в качестве основного источника воды использует почвенные и отчасти грунтовые ее запасы.

В зависимости от потребности  во влаге все-растения делятся на три основные группы: гигрофиты, мезофиты и ксерофиты.

Гигрофитами называются растения, произрастающие в условиях избыточного увлажнения. Из числа гигрофитов нашей флоры можно назвать болотный подмаренник, черную ольху.

Мезофиты — растения, обитающие при достаточном увлажнении, т. е. на свежих и влажных почвах. В эту группу входят древесные и кустарниковые породы (береза, дуб, ель, липа, лещина, крушина), луговые травы (клевер, костер, тимофеевка), лесные травянистые растения (копытень, ландыш, сныть).

Ксерофиты — растения, которые могут расти в сухих  условиях, испытывая физическую или физиологическую сухость среды (тамарикс, джузгун, саксаул).

Огромная роль в круговороте  влаги на земном шаре принадлежит  древесной растительности. Она регулирует расход влаги, обеспечивая равномерное  питание рек водой, особенно в  летние, засушливые месяцы. Перехватывая наземный сток воды, лес превращает его во внут-рипочвенный, чем-предохраняет поля от размыва, а реки — от наводнений и заилений. В горных районах леса предотвращают образование селевых потоков.

Лес благотворно влияет и на водный режим окружающей местности. Леса обычно вызывают увеличение количества выпадающих осадков примерно на 10% преимущественно за счет конденсации водяных паров летом и изморози зимой. Летом, в тихую ясную погоду, охлажденный над лесом, насыщенный влагой, более тяжелый воздух опускается, растекаясь к открытым пространствам, вытесняя вверх более нагретый и легкий воздух. При этом более влажный воздух уменьшает сухость воздуха над полями и лугами на значительном расстоянии от леса.

Создание полезащитных лесных полос в степных районах и повышение лесистости в лесостепи ослабляет пагубное влияние сухих ветров на растительность лугов и полей, способствует увеличению облачности, что обеспечивает в засушливый период снижение температуры воздуха, повышение его влажности.

2.2.2. Фотопериодизмы

Еще в начале 20-х годов XX в. было установлено, что сроки  цветения многих растений можно сдвигать, изменяя соотношение между освещенной и неосвещенной частями суток. С  этой точки зрения различают три  группы растений. У растений длинного дня, поставленных в условия кратковременного ежесуточного освещения, наступление цветения задерживается и его может даже совсем не быть. В противоположность этому растения короткого дня ускоряют наступление цветения при кратком периоде ежесуточного освещения, и, наоборот, цветение у них запаздывает или вовсе не осуществляется при длинном дне. Третью группу составляют растения, у которых изменения длины дня не вызывают сдвигов во времени цветения.

Различное отношение  к длине дня растений двух первых групп отражается на их географическом распространении и, возможно, связано с местом их возникновения. Если растение возникло в низких широтах, где день относительно короток, то такой вид должен был приспособиться к этому световому режиму. При расселении в область высоких широт такое растение может встретить препятствие в виде несоответствующей его потребностям большой продолжительности освещенной части суток. Не достигая плодоношения, оно окажется лишенным возможности дальнейшего распространения. Аналогичное можно сказать и о длиннодневных растениях.

Отметим и то, что от освещения зависит иногда прорастание  семян. У многих растений семена прорастают только в темноте. Это значит, что  в природной обстановке семя должно обязательно оказаться в почве  или под покровом подстилки (полуразложившиеся листья и другой опад). Надо ожидать, что в подобных случаях семена «пользуются услугами», например, животных, которые вовлекают семена в почву или под слой подстилки, или же «должны дожидаться» того времени, когда над отделившимся от материнского растения семенем накопится достаточно толстый и плотный слой опада. Например, семена Nigeria sativa на свету не прорастают, в темноте же стопроцентное прорастание наступает уже через несколько дней. А семена Elatine alsinastrum годами могут лежать в темноте не прорастая, а на свету полное прорастание происходит в течение 2,5 недели. Более детальное исследование поведения семян вербейника позволило установить, что под действием облучения в 200 м/свеч в течение 5 мин прорастает более 40% семян, а для того, чтобы добиться этого результата при освещении 5 м/свеч, нужно облучать их около 3 ч. В некоторых случаях установлено, что для прорастания семян важна не только интенсивность света, но и его определенный качественный состав.

2.2.3. Состав и движение воздуха

Состав и движение воздуха. Газовая фаза среды обитания наземных растений служит для них резервуаром углекислого газа. Его содержится в воздухе в среднем, всего 0,03%, но его потребление в процессе фотосинтеза постоянно пополняется за счет дыхания животных, микро- и макроорганизмов почвы и животного населения океана, сжигания огромных масс органического вещества (топливо) и, наконец, выделений из недр Земли. В результате в атмосфере поддерживается такое количество углекислого газа, которое сравнительно мало (в абсолютных показателях) отклоняется от средней нормы. Более или менее заметные отклонения ограничены и в пространстве, и во времени.

Содерясащийся в воздухе  кислород (21%) используется растениями и животными при дыхании.

Наиболее обильный (79,5%) газ атмосферы — азот — подавляющей массой растений не усваивается. Нуждаясь в этом химическом элементе, растения потребляют его в виде азотсодержащих соединений. Только очень немногие растения (некоторые бактерии, сине-зеленые водоросли) удовлетворяют свою потребность в азоте эа счет запасов этого газа в воздухе. Значение таких азотфиксирующих растений огромно, они обогащают почву азотсодержащими соединениями.

Иногда существенную роль играют ядовитые газовые примеси, имеющие значение главным образом в местностях с высокоразвитой индустрией. Наиболее существенная роль принадлежит двуокиси серы. Это кислородное соединение серы сильно подавляет рост растений. Ядовитое действие начинается уже при содержании одной объемной части двуокиси серы в 200 000—500 000 объемов воздуха. Во многих промышленных центрах наблюдается значительно более высокая концентрация этого газа.

На жизнь растений большое влияние оказывает и  движение воздуха. Роль его разнообразна. Общеизвестно, что воздух является важным фактором распространения растений, переносчиком семян, "плодов и тем более спор растений. Он играет большую роль в опылении растений: все голосеменные растения ветроопыляемы, ветром же переносится пыльца и мно гих покрытосеменных растений. Кроме того, ветер действует на растения иссушающе, вследствие того что во время ветра порции воздуха, обогащенные паром, выделенным растением, уносятся и заменяются более сухими. Но новые порции воздуха могут принести и новые дозы углекислого газа. Ветер несколько охлаждает растение, однако если воздух содержит много сильно нагретых пылевых частиц, то температура вокруг растения может значительно повыситься. В целом влияние ветра сложно и разнообразно. Ветер иногда вызывает значительные изменения в облике растения. Это касается главным образом одиночных деревьев, растущих на берегу моря и в горах, где преобладают ветры одного направления и большой силы; иссушающее воздействие ветра сказывается в основном на наветренной стороне кроны. Здесь иссушение листьев может значительно возрастать вследствие изгибания листьев очень сильным ветром. При этом воздух, заполняющий межклетники, выжимается наружу, благодаря чему иссушение резко возрастает. Сильное иссушение приводит к замедлению роста ветвей с наветренной стороны дерева, и в итоге формируется односторонняя, асимметричная крона, иногда вовсе лишенная ветвей с наветренной стороны (рис. 56). Ураганные ветры не только обламывают крупные ветви, но и валят даже целые деревья. Ураган может погубить лес на большой площади лесопокрытой местности.

Механическое и иссушающее действие постоянных петров в процессе эволюции привело к возникновению своеобразных жизненных форм растений.

Следовательно, чтобы  оценить конкретную климатическую  обстановку в каком-нибудь географическом пункте, надо мысленно обобщить действие и взаимодействие всех климатических  факторов и суммировать все изменения погоды в данном месте в течение года. Приближенно это можно определить с помощью климадиаграмм. При построении климадиаграмм учитывают наиболее мощные и важные для растений климатические характеристики — влажность и тепловые условия. Так, изображенные на рисунке климадиаграммы для Москвы, Каира и Дуалы (Камерун) показывают резкое своеобразие климата каждого из этих пунктов. Конечно, климадиаграммы не учитывают еще ряда экологически важных особенностей климата: общее количество солнечной энергии, число безоблачных дней в году и их распределение, господствующие ветры, их направление по сезонам года и скорости и т. п. Но все эти показатели могут быть использованы дополнительно для выявления более тонких отличий между климатами со сходными климадиаграммами.

2.2.4. Эдафические факторы

Эдафические факторы определяются свойствами субстрата. Субстрат может быть незначительно затронут процессами физического выветривания или в результате воздействия организмов поверхностный слой невыветренной породы ее превращается в почву. Почва — тело сложного состава с закономерным взаимоположением отличающихся друг от друга слоев (или горизонтов). Термин «почва» применяется иногда не только к почвам сформированным, но и формирующимся и даже к субстратам, еще не затронутым почвообразовательным процессом. Почва играет в жизни растения роль среды укрепления, водоснабжения и минерального питания.

Оценивая почву как  среду укрепления, надо учитывать, что  для укрепления в почве растение должно проникнуть в нее корнями (или ризоидами) и расти в ней. С этой точки зрения слитные массы твердых горных пород, проникновение в которые возможно только по трещинам или вследствие химического разрушения породы самим растением, существенно отличаются от рыхлых песчаных наносов или измельченных продуктов длительного физического и химического разрушения. Между этими ирайностями возможны многочисленные переходы. Прочная же связь растения с почвой необходима, так как у большинства высших растений только ею обеспечивается возможность непрерывного развития особи. Отрыв от субстрата ставит растение на грань гибели.

Роль почвы в качестве среды, снабжающей растение водой, весьма велика, и различные почвы в  этом отношении очень неодинаковы. Прежде всего почва должна удерживать воду.