Экологические факторы

Элементы экологии растений

Экология – наука о взаимоотношениях живых организмов с окружающей средой. Факторы окружающей среды, влияющие на растения, называют экологическими и делят на пять групп:

1. Климатические – свет, температура, газовый состав и влажность воздуха, количество осадков, электрические явления;

2. Почвенные (эдафические) – физические свойства, механический состав, химизм и микробиология почв и грунтов;

3. Орографические (рельеф) – высота над уровнем моря, экспозиция (освещение солнцем) и крутизна склонов;

4. Биотические – вся совокупность организмов (животные, растения, микроорганизмы);

5. Антропогенные – человек и его хозяйственная деятельность, влияющие непосредственно на растения и другие экологические факторы.

Климатические факторы определяют сезонное многолетнее влияние погоды на растения в определённой географической местности (точке).

Вода – является базовым веществом, обеспечивающим существование биологических организмов на планете Земля. Может находиться в трёх агрегатных состояниях: газообразном (пар), жидком (вода) и твёрдом (лёд). Круговорот воды природе обеспечивает прохождение всех обменных процессов в живых организмах и их взаимодействие с окружающей средой. По приспособленности к условиям влагообеспеченности растения делят на:

1. Ксерофиты – растения, приспособившиеся к значительному постоянному или временному недостатку влаги в почве или воздухе (ковыль).

2. Мезофиты – растения, живущие в условиях достаточно умеренного увлажнения (кукуруза).

3. Гигрофиты – растения, обитающие при повышенной влажности, преимущественно атмосферной (медуница).

4. Гидрофиты – растения, приспособившиеся к водному образу жизни. В узком смысле гидрофитами называют только погружённые в воду растения, имеющие подводную и надводную части, или плавающие, т. е. живущие в водной и в воздушной средах (камыш, стрелолист).

5. Гидатофиты – полностью погружённые в воду растения (на поверхность воды выносятся иногда только соцветия) (элодея).

Свет – это солнечная энергия, движущая сила которой обеспечивает круговорот воды и других веществ в природе. Свет является источником энергии автотрофных растений, а через них и гетеротрофных организмов.

Освещённость влияет на ростовые процессы растений, их размеры, форму, анатомическое строение, образование генеративных органов, плодоношение. Действие света на растения определяется количеством и спектральным составом света, попадающего на поверхность надземных органов. По отношению к освещённости растения делят на три группы:

- светолюбивые (гелиофиты) – растения открытых хорошо освещённых мест;

- теневыносливые (сциогелиофиты) – растения, хорошо переносящие затенение и прямой солнечный свет;

- тенелюбивые (сциофиты) – растения, обитающие исключительно в условиях глубокого затенения, предпочитающие рассеянный свет.

Значительное влияние на растения также имеет продолжительность светового дня (фотопериодизм), которая определяет начало и скорость прохождения растениями этапов развития. По отношению к продолжительности светового дня (фотопериодизма) выделяют основные группы растений:

- растения короткого дня, для перехода к цветению требуется 12 ч светлого времени и менее в сутки (конопля, капуста, хризантемы, табак, рис);

- растения длинного дня; для цветения и дальнейшего развития им нужна продолжительность беспрерывного светового периода более 12 ч в сутки (пшеница, лен, лук, картофель, овес, морковь);

- фотопериодически нейтральные; длина фотопериода безразлична и цветение наступает при любой длине дня, кроме очень короткой (виноград, томаты, гречиха, одуванчики, флоксы и т. д.).

Температура – показатель количества тепловой энергии, которую выделяют физические объекты. Температурный режим растений зависит от:

- температуры окружающей среды: почвы (субстрата), воздуха и воды, как основных теплоносителей;

- прямой солнечной радиации, попадающей на поверхность растений;

- тепловой энергии, которую растение выделяет (поддерживает) само при дыхании.

Температурный режим является одним из рычагов, влияющих на жизненные процессы в растениях (дыхание, фотосинтез, деление клеток и формирование новых органов), а также циклы развития растений (прорастание семян (спор), развитие вегетативных органов, формирование генеративных органов, оплодотворение, плодоношение (спороношение), отмирание).

По отношению к температурным режимам растения делят на две большие группы:

- теплолюбивые (термофильные) – растения, у которых активизируются ростовые процессы при температуре выше +10…12°С, а непродолжительное снижение температуры ниже 0…-6°С приводит к повреждению надземных органов растений. Группу термофильных растений, переносящих температуру выше +35°С называют жаростойкими (кактусы, ковыли и др.);

- холодостойкие (криофильные) – растения, развитие которых начинается при температуре от 0…+10°С, и которые выдерживают продолжительное снижение температуры окружающей среды ниже -10°С. К криофильным растениям принадлежат также морозостойкие растения, переносящие снижение температуры ниже -20°С.

Большинство растений занимает промежуточное положение между этими двумя группами. Разным видам растений необходимы неодинаковые температурные режимы на разных этапах развития. Одним из этапов развития (жизненного цикла) растений является закладка генеративных органов (цветков и соцветий) – стадия яровизации, которая проходит при определённой температуре. Например, яровизация яровой пшеницы проходит при температуре 10…12°С, а озимой пшеницы при 1…7°С.

Растения по-разному приспосабливаются к неблагоприятным температурным условиям:

- повышают концентрацию клеточного сока за счёт накопления в нём моно- и дисахаридов, антоцианов;

- образуют термоизоляционные вторичные покрывные ткани – перидерму и корку;

- образуют приземистые и розеточные формы травянистых и древесных растений (кустарников, полукустарников), которые в зимний период укрываются снегом, за счёт чего выдерживают отрицательные температуры;

- формируют втягивающие корни, которые погружают (втягивают) в более глубокие слои почвы стебли (каудекс), корневища и луковицы.

Воздух (атмосфера) – представляет собою газопылевую оболочку планеты, в которой растения поддерживают баланс кислорода (20,95%) и углекислого газа (0,03%), за счёт прохождения в их клетках двух разнонаправленных процессов фотосинтеза и дыхания. На растительные организмы влияют как химический состав воздуха (его загрязнённость), так и перемещение воздушных масс.

Защитные реакции растений на агрессивные химические соединения, содержащиеся в воздухе, называются газостойкостью и выражаются в способности:

- быстро восстанавливать повреждённые канцерогенными веществами ткани организма – биологическая газостойкость;

- в силу своего строения, не пропускать канцерогенные вещества к живым тканям организма – морфолого-анатомическая газостойкость;

- нейтрализовать действие вредных примесей воздуха своими физиологически активными веществами – физиологическая газостойкость.

У большинства растений все три вида газостойкости присутствуют одновременно, у других преобладает тот или другой вид газостойкости. Травянистые растения лучше переносят загрязнение воздуха, чем древесные. Наиболее чувствительные к загрязнению воздуха хвойные растения и лиственные (клён, берёза, липа).

Ветер (перемещение воздуха) обеспечивает опыление растений, распространение семян и спор, травмирует растения (буреломы и ветровалы), меняет температурный режим, усиливает испарение воды (транспирацию).

Почвенные (эдафические) факторы включают в себя действие на растения химического и гранулометрического состава почвы, а также создают условия для действия почвенной флоры и фауны (биогенного фактора). Основным комплексным показателем качества почвы является её плодородие – наличие в почве доступных растению минеральных элементов питания. По требовательности растений к плодородию почвы их делят на четыре группы:

1. Ультрамегатрофы – растения, очень требовательные к плодородию почв (подсолнечник).

2. Мегатрофы (эутрофы) – растения, растущие на богатых питательными веществами почвах (дуб, ясень, одуванчик).

3. Мезотрофы – растения, умеренно требовательные к содержанию питательных веществ в субстрате (ель).

4. Олиготрофы – растения, растущие на бедных питательными веществами почвах (сосна, вереск, торфяной мох).

Химический состав почвы существенно влияет на обменные процессы в растениях посредством кислотности почвы (рН) и наличия в ней определённых минеральных солей.

Многие виды растений развиваются только в определённом диапазоне кислотности почвы рН (реакции среды), из них выделяют:

- ацидофилы – растения кислых субстратов;

- базофилы – растения щелочных субстратов;

- нейтрофилы – растения почв с реакцией близкой к нейтральной;

- индифферентные – виды растений, обитающие в широком диапазоне кислотности.

Каждый вид растений определённым способом реагирует на состав и концентрацию солей в почве, из них выделяют некоторые группы растений по отношению к минеральному составу почв:

- кальцефилы – растения, позитивно реагирующие на содержание солей кальция в почве: дуб известковый, бук лесной, люцерна серповидная;

- кальцефобы – растения, которые не переносят избыток кальция в почве (это преимущественно растения кислых почв и болот): вереск, багульник;

- факультативно известняковые – нейтральные к содержанию кальция: акация белая, донник белый, роман;

- галофиты – растения, приспособленные к жизни на засолённых почвах – солончаках и солонцах: солянки, кермек, полынь.

Физические факторы почвы – гранулометрический (механический) состав и плотность почвы влияют не только на растение, но и на почвенную фауну и микроорганизмы. По отношению к механическому составу почв выделяют некоторые группы растений:

- литотрофы (петрофиты) – растения, произрастающие на каменистых горных породах;

- псаммофиты – растения песков, при занесении песком способны образовывать дополнительные яруса корней, благодаря чему растения закрепляют пески.

Орографические факторы связаны с влиянием рельефа (экспозиции и крутизны склонов, высоты над уровнем моря) на растения через регуляцию теплового, ветрового, водного режимов и освещения. Выделяют пять основных категорий рельефа:

- нанорельеф – мелкие впадины, кротовины, кочки, муравейники и т.д. – формируется при активном участии животных и растений;

- микрорельеф – это карстовые воронки, степные блюдца, небольшие барханы (дюны) – создаёт условия для жизни растений, даже небольшие понижения благоприятствуют повышению влажности почвы и смене видового состава растений;

- мезорельеф – балки, овраги, долины рек, большие карстовые воронки, береговые валы, котловины, горные отроги и др. – концентрирует большие объёмы воды в низинах, регулирует вертикальное движение воздушных масс, пространственно разделяет растения по отношению к разным климатическим и почвенным условиям, что складываются в разных его частях;

- макрорельеф – представлен плоскогорьями, горными массивами, низменностями, бассейнами рек – создаёт природные границы распространения (ареалы) отдельных видов растений, формирует большие фитоценозы болот, лугов, лесов, степей, саван, пустынь и т.д.;

- мегарельеф – включает планетарные формы: материковые шельфы, ложе океана, горные системы – формирует и ограничивает растительные зоны: тундры, леса (тайги), лесостепи, степи, пустынь.

Биотические или биогенные факторы включают в себя взаимодействие разных компонентов биосферы (живых организмов) с растениями, как одно из звеньев пищевой цепи, а также через явления паразитизма, симбиоза и аллелопатии. Пищевая цепь представляет собою взаимосвязанный ряд организмов (растений, животных, микроорганизмов). Организмы в этой цепи связаны между собою отношениями: пища – потребитель, то есть каждое предыдущее звено цепи служит пищей для следующей. Обычно пищевые цепи включают в себя от 2 до 5 звеньев:

- продуценты – хемо- и фотосинтезирующие организмы (бактерии, водоросли, автотрофные растения), которые образуют органические соединения из минеральных веществ;

- первичные консументы – фитофаги – травоядные животные, растения-паразиты, патогенные организмы (грибы, бактерии и вирусы), которые вызывают заболевания у растений – организмы-потребители, способные перерабатывать (трансформировать) органические соединения;

- вторичные консументы – хищники – плотоядные животные и растения, паразиты животных, вызывающие у них заболевания;

- редуценты – грибы, бактерии, другие одноклеточные организмы, которые разлагают органические соединения до минеральных веществ.

Продолжительное взаимодействие (сосуществование) организмов разных видов называется симбиозом. Паразитизм представляет собой антагонистический симбиоз, в котором один вид организма (паразит) использует другой организм (хозяин) в качестве среды обитания и источника питания, принося ему вред. Паразитами для растений, кроме гетеротрофных растений, могут выступать грибы, бактерии, вирусы, которые вызывают заболевания растений (угнетение роста и развития) и даже гибель.

Мутуализм – это взаимовыгодное сосуществование двух симбионтов. Примерами мутуализма у растений могут быть:

- микориза – соединение проводящей системы корней высших растений с мицелием грибов. Гриб поглощает из растения органические вещества, а взамен поставляет воду с минеральными веществами;

- клубеньковые бактерии, поселяющиеся в коре корней бобовых растений, в результате чего на корнях образуются клубеньки. Бактерии усваивают атмосферный азот, переводя его в доступную для растения форму;

- энтомофилия – сбор нектара и опыление цветковых растений насекомыми;

- зоо - и орнитохория – поедание плодов и распространение семян растений животными и птицами.

Аллелопатия – взаимное влияние растений друг на друга (угнетение роста, задержка цветения) путём выделения ими физиологически активных соединений (антибиотиков, фитонцидов и др.) в почву через корневую систему и в атмосферу через листья.

Антропогенный фактор влияния на растения связан с деятельностью человека. Растения играют ключевую роль в жизни человека как источник питания, топлива, строительного материала и одежды. Человек может менять, сохранять или уничтожать экологические системы планеты: менять ландшафты, использовать растительные ресурсы лесов, пастбищ, лугов; выращивать продовольственные и технические растения; распахивать землю, заменять природные фитоценозы агрофитоценозами; применять в сельском хозяйстве удобрения и пестициды, которые накапливаются в почве, меняют её рН и попадают в грунтовые воды и т.д.

Дата добавления: 2015-04-24