Раздел 2
Декоративные растения в вашем саду
2.1. Основы экологии растений
2.1.1. Среда обитания. Понятие об экологических факторах
Среда – это все, что окружает организм, т. е. это та часть природы, с которой организм находится в прямых или косвенных взаимодействиях. Под средой мы понимаем комплекс окружающих условий, влияющих на жизнедеятельность организмов. Он складывается из разнообразных элементов – факторов среды. Не все из них с одинаковой силой воздействуют на организмы. Так, сильный ветер зимой неблагоприятен для крупных, открыто обитающих животных, но он не действует на более мелких, которые укрываются под снегом или в норах, либо живут в земле. Те факторы, которые оказывают какое-нибудь действие на организмы и вызывают у них приспособительные реакции, называются экологическими факторами.
Влияние экологических факторов сказывается на всех процессах жизнедеятельности организмов и, прежде всего, на их обмене вещества. Приспособления организмов к среде носят название адаптаций. Способность к адаптации – одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться.
Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. По своему характеру они подразделены на две крупные группы:
– абиотические,
– биотические.
Если подразделять факторы по причинам их возникновения, то можно выделить природные (естественные) и антропогенные. Антропогенные факторы могут также быть абиотическими и биотическими.
1. Абиотические факторы (или физико-химические факторы) – температура, свет, рН среды, соленость, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, ветер, течения. Это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.
2. Биотические факторы – это формы воздействия живых существ друг на друга. Окружающий органический мир – составная часть среды каждого живого существа. Взаимные связи организмов – основа существования популяций и биоценозов.
3. Антропогенные факторы – это формы действия человека, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни.
Действие экологических факторов может приводить:
– к устранению видов из биотопов (смена биотопа, территории, сдвиг ареала популяции; например, миграции птиц);
– к изменению плодовитости (плотности популяций, репродукционные пики) и смертности (смерть при быстрых и резких изменениях условий окружающей среды);
– к фенотипической изменчивости и адаптациям: модификационная изменчивость – адаптивные модификации, зимняя и летняя спячка, фотопериодические реакции и т. п.
2.1.2. Абиотические факторы (факторы неживой природы)
Абиотические факторы – факторы неживой природы. Выделяют следующие универсальные группы абиотических факторов:
1. Климатические факторы,
2. Эдафические факторы (факторы почвы),
3. Факторы водной среды.
В природе существует явление взаимодействия (констелляции) факторов и действует принцип обратной связи: выброс токсических веществ уничтожил лес – произошло изменение микроклимата и, как следствие, изменение экосистемы.
Климатические факторы зависят от широты и положения зоны на континенте. Климатическая зональность привела к формированию биогеографических зон и поясов (зона тундр, зона степей, зона тайги, зона широколиственных лесов, зона пустынь и саванн, зона субтропических лесов, зона тропических лесов). Есть множество вторичных факторов. Например, зоны муссонного климата, формирующие уникальный животный и растительный мир. Широта наиболее сильно сказывается на температуре. Положение зоны на континенте – причина сухости или влажности климата. Внутренние области суше периферийных, что сильно влияет на дифференциацию животных и растений на материках. Ветровой режим (составная часть климатического фактора) играет чрезвычайно важную роль в формировании жизненных форм растений.
В океане выделяются арктическо-антарктическая, бореальная, субтропическая и тропическо-экваториальная зоны.
Важнейшие климатические факторы: температура, влажность, свет.
Температура. От нее зависит уровень и интенсивность обмена веществ, фотосинтеза и других биохимических и физиологических процессов.
Жизнь на земле существует в широком диапазоне температур. Наиболее приемлемый для жизни диапазон температур от 0° до 50 °C. Для большинства организмов – это летальные температуры. Исключениями являются многие северные организмы, где наблюдается смена сезонов. Они способны переносить зимние минусовые температуры. У растений в это время замирает активная деятельность. Некоторые семена, споры и пыльца растений, нематоды, коловратки, цисты простейших выносили в экспериментальных условиях температуру – 190 °C и даже – 273 °C. Но все-таки это исключительные случаи. Температурный интервал жизнедеятельности организма определяется свойствами белков и активностью ферментов. Одним из приспособлений переносить неблагоприятные температуры является анабиоз – приостановка жизненных процессов организма.
Наоборот, в жарких странах нормой жизни являются достаточно высокие температуры. Известен ряд микроорганизмов, способных жить в источниках с температурой выше 70 °C. Споры некоторых бактерий способны выдерживать кратковременное нагревание и до 160–180 °C.
По отношению к температурному фактору виды разделяются на следующие экологические группы:
– виды, предпочитающие холод, относятся к криофилам и криофитам.
– виды с оптимумом деятельности в области высоких температур относятся к термофилам и термофитам.
Процессы жизнедеятельности у каждого вида растений осуществляются при определенном тепловом режиме, который зависит от качества тепла и продолжительности его воздействия.
Разные растения нуждаются в разном количестве теплоты и обладают различной способностью переносить отклонения (как в сторону понижения, так и повышения) температуры от оптимальной.
Оптимальная температура – наиболее благоприятная температура для определенного вида растений в рассматриваемой стадии развития.
Максимальная и минимальная температуры, не нарушающие нормального развития растений, определяют пределы температур, допустимых для их выращивания в соответствующих условиях. Понижение температуры приводит к замедлению всех процессов, сопровождается ослаблением фотосинтеза, торможением образования органических веществ, дыхания, транспирации. Повышение температуры в пределах оптимальной зоны, активизирует эти процессы.
Отмечено, что интенсивность фотосинтеза растет с повышением температуры и достигает максимума в области 15–20 °C для растений умеренных широт и 25–30 °C для тропических и субтропических растений. Суточная температура осенью в помещениях почти не опускается ниже 13 °C. Зимой она находится в пределах 15–21 °C. Весной колебания температур возрастают. Она достигает 18–25 °C. В летнее время температура держится относительно высокой в течение суток и составляет 22–28 °C. Как видно, температура воздуха в помещениях почти укладывается в диапазон температур, необходимых для протекания процесса фотосинтеза на протяжении всего года. Температура, таким образом, не является столь лимитирующим фактором в комнатных условиях, как интенсивность освещения. Однако, её нужно учитывать при высаживании растений в открытый грунт.
Влажность. Все биохимические процессы в организмах протекают в водной среде. Вода необходима для поддержания структурной целостности клеток всего организма. Она принимает непосредственное участие в процессе образования первичных продуктов фотосинтеза.
Влажность определяется количеством атмосферных осадков. Распределение осадков зависит от географической широты, близости больших водных пространств, рельефа местности. Количество выпадающих осадков неравномерно распределяется в течение года. Кроме того, надо учитывать и характер выпадающих осадков. Летний моросящий дождь лучше увлажняет почву, чем ливень, несущий потоки воды, не успевающие впитаться в почву.
Растения, обитающие в различных по влагообеспеченности областях, по-разному приспосабливаются к недостатку или избытку влаги. Регуляция водного баланса в организме растений засушливых регионов осуществляется за счет развития мощной корневой системы и сосущей силы клеток корня, а также уменьшения испаряющей поверхности. Многие растения на сухой период сбрасывают листья и даже целые побеги (саксаул), иногда происходит частичная или даже полная редукция листьев. Своеобразным приспособлением к сухому климату является ритм развития некоторых растений. Так, эфемеры, используя весеннюю влагу, успевают в очень короткий срок (15–20 дней) прорасти, развить листья, отцвести и сформировать плоды и семена, с наступлением засухи они отмирают. Противостоять засухе помогает и способность многих растений накапливать влагу в своих вегетативных органах – листьях, стеблях, корнях.
По отношению к влажности выделяют следующие экологические группы растений.
Гидрофиты – растения, для которых вода является средой жизни.
Гигрофиты – растения, живущие в местах, где воздух насыщен водяными парами, а почва содержит много капельножидкой влаги – на заливных лугах, болотах, в сырых тенистых местах в лесах, на берегах рек и озер. Гигрофиты испаряют очень много влаги за счет устьиц, которые нередко располагаются на обеих сторонах листа. Корни мало-разветвленные, листья большие.
Мезофиты – растения умеренно увлажненных местообитаний. К ним относятся луговые травы, все лиственные деревья, многие полевые культуры, овощные, плодово-ягодные. Они имеют хорошо развитую корневую систему, большие листья с устьицами на одной стороне.
Ксерофиты – растения, приспособившиеся к жизни в местах с засушливым климатом. Они распространены в степях, пустынях и полупустынях. Ксерофиты делятся на две группы: суккуленты и склерофиты.
Суккуленты (от лат. succulentus – сочный, жирный, толстый) – это многолетние растения с сочными мясистыми стеблями или листьями, в которых запасается вода.
Склерофиты (от греч. skleros – твердый, сухой) – это типчак, ковыль, саксаул и другие растения. Листья и стебли их не содержат запаса воды, кажутся суховатыми, благодаря большому количеству механической ткани, листья их твердые и жесткие.
Эдафические факторы (факторы почвы). В распространении растений большое значение могут иметь и другие факторы, например, характер и свойства почвы. Эдафические факторы – почвенно-грунтовые условия произрастания растений, относятся к абиотическим факторам.
Эдафические факторы включают:
– почву, ее возраст, мощность, плодородие, увлажнение, присутствие элементов питания в ней и др. Они непосредственно действуют на растение своими физико-механические свойствами (гранулометрическим составом, плотностью, уровнем грунтовых вод, характером материнских пород, структурно-агрегатным составом почвогрунтов), которые в совокупности создают тот или иной водный, воздушный и тепловой режимы;
– химическими свойствами (реакцией среды, обменной способностью и составом поглощенных катионов, содержанием и формой макро- и микроэлементов, определяющими режим питания растений и оказывающими влияние на физические свойства почвогрунтов);
– биоэдафическими свойствами, складывающимися под воздействием растительных и животных организмов, населяющих почву и, в свою очередь, влияющих на химических свойства почвогрунтов.
Таким образом, 5 главных почвообразующих факторов:
– материнская порода (геологическая основа);
– климат;
– топография (рельеф);
– живые организмы;
– время.
В настоящее время еще одним фактором почвообразования можно назвать деятельности человека.
В состав почвы входят четыре основных структурных компонента:
1. Минеральная основа (50–60 % общего состава почвы). Минеральная основа (минеральный скелет) – неорганический компонент, образовавшийся из материнской породы в результате ее выветривания. Минеральные фрагменты – это скелетный материал почвы. Его разделяют на коллоидные частицы (меньше 1 мкм), мелкий грунт (меньше 2 мм) и крупные фрагменты. Механические и химические свойства почвы определяются мелкими частицами.
Выделяют следующие структуры почвы: мучнистую, пороховатую, зернистую, ореховатую, комковатую, глинистую.
В почве, как правило, выделяют 3 основных горизонта, различающихся по механическим и химическим свойствам. В пределах каждого слоя выделяют более дробные горизонты, различающиеся по своим свойствам.
Верхний перегнойно-аккумулятивный горизонт (А), в котором накапливается и преобразуется органическое вещество и из которого промывными водами часть соединений выносится вниз.
Аоо – собственно подстилка
Ао – муль (слой гумификации)
А1 – гумусовая минеральная почва
А2 – эллювиальный горизонт (зона вымывания)
Горизонт вымывания или иллювиальный (В), где оседают и преобразуются вымытые сверху вещества.
В1,
В2
Материнскую породу или горизонт (С), материал, который преобразуется в почву.
Структура почв зависит от количества соединений кальция. Главное свойство почвы – ее плодородие, т. е. способность обеспечивать растения водой, минеральными солями, воздухом. Мощность гумусового слоя определяет плодородие почвы.
2. Органическое вещество (до 10 %). Органическое вещество почвы подразделяется на гумус (мёртвое органическое вещество) и эдафон (живое органическое вещество)
Структура почвы в большой степени зависит от количества и состава гумуса. Гумус различается по виду, форме и характеру составляющих его элементов, которые подразделяются на гуминовые и негуминовые вещества. Негуминовые вещества образуются из соединений, входящих в ткани растений и животных, например, белков и углеводов. При разложении данных веществ выделяется углекислый газ, вода, аммиак. Энергия, образующаяся при этом используется почвенными организмами. При этом происходит полная минерализация элементов питания. Гуминовые вещества в результате жизнедеятельности микроорганизмов перерабатываются в новые, обычно высокомолекулярные соединения – гуминовые кислоты или фульвокислоты.
Гумус подразделяется на питательный, который легко перерабатывается и служит источником питания микроорганизмов и устойчивый, который с трудом поддаётся переработке и выполняет физические и химические функции, контролируя баланс питательного вещества, количество воды и воздуха в почве. Гумус плотно склеивает минеральные частицы почвы, улучшая ее структуру. Таким образом, гумус служит основным поставщиком и резервом элементов питания растений. Тёмный цвет гумуса способствует лучшему прогреванию почвы, а его высокая влагоёмкость – удержанию воды почвой. Гумус прочно склеивает минеральные частицы, образуя комочки, улучшающие структуру почвы. Данные свойства благоприятствуют условиям роста растений на почвах, богатых гумусом.
3. Воздух (15–20 %). Все поры, свободные от влаги заполнены воздухом. На легких (песчаных) почвах аэрация лучше, чем на тяжелых (глинистых). Воздушный режим и режим влажности связан с количеством атмосферных осадков.
4. Вода (25–35 %). Вода почвы подразделяется на гравитационную, гигроскопическую, капиллярную, парообразную. Гравитационная вода – является основной разновидностью подвижной воды, заполняет широкие промежутки между частицами почвы, просачивается вниз под действием силы тяжести, пока не достигнет грунтовых вод. Растения легко усваивают ее.
Гигроскопическая вода в почве удерживается за счет водородных связей вокруг отдельных коллоидных частиц в виде тонкой, прочной связанной пленки. Высвобождается только при температуре 105 – 110 °C и практически недоступна для растений. Количество гигроскопической воды зависит от содержания в почве коллоидных частиц. В глинистых почвах ее до 15 %, в песчаных – 5 %.
Конец ознакомительного фрагмента.