Лекция 2 Влияние абиотических факторов среды на растения

Лекция 2 Влияние абиотических факторов среды на растения и растительные сообщества

Абиотические факторы: § Свет § Тепло § Вода § Воздух § Почвы и грунты § Рельеф

Свет как экологический фактор § Свет является одним из основных климатических факторов, влияющих на жизнедеятельность растений. § Для растений наиболее важна так называемая фотосинтетически активная радиация (ФАР), то есть те участки спектра, которые используются растениями в процессе фотосинтеза. Это оранжевокрасные и сине-фиолетовые лучи, а также ультрафиолетовые лучи с длиной волны 0, 38 -0, 40 мкм.

Понятие компенсационной точки § Следует помнить, что в растении непрерывно, вне зависимости от условий освещенности идет процесс дыхания, противоположный фотосинтезу. § Та интенсивность освещения, при которой расход энергии при дыхании полностью компенсируется энергией, запасаемой в процессе фотосинтеза, носит название компенсационной точки.

Экологические группы растений по отношению к свету: § Гелиофиты § Сциофиты § Умбропатиенты § Агелиофиты

Гелиофиты § – светолюбивые растения, у которых компенсационная точка находится высоко, то есть процесс фотосинтеза начинает преобладать над процессом дыхания только при высокой интенсивности освещения и при этом, как правило, не происходит его ингибирования при избыточном освещении.

Гелиофиты § Для гелиофитов характерен замедленный рост побегов, низкая активность роста почек возобновления, в результате чего формируются низкорослые, компактные растения, а в горах – подушковидные. Листья, как правило, толстые, плотные, клетки эпидермиса не имеют хлоропластов, верхний эпидермис с толстой кутикулой, у горизонтально расположенных листьев мезофилл листа четко дифференцирован на столбчатую и губчатую паренхиму, межклетники небольшие, хлоропласты в клетках мелкие, многочисленные

Сциофиты § – тенелюбивые растения, у которых процесс фотосинтеза преобладает над процессом дыхания уже при слабой освещенности, тогда как высокая интенсивность солнечного света приводит к ингибированию фотосинтеза.

Сциофиты § Эти растения, как правило, могут довольствоваться короткими промежутками времени, когда интенсивность фотосинтеза возрастает благодаря падению на растение солнечного блика, тогда как все остальное время освещенность может быть ниже компенсационной точки

Изменение интенсивности света в местообитании кислицы обыкновенной

Сциофиты § Для сциофитов характерны тонкие листья, клетки эпидермиса которых часто содержат хлоропласты, верхний эпидермис с тонкой кутикулой, мезофилл листа очень слабо или вообще не дифференцирован на столбчатую и губчатую паренхиму, межклетники крупные, хлоропласты в клетках крупные, их немного

Умбропатиенты (факультативные сциофиты) § – теневыносливые растения, которые находятся в оптимальных условиях при достаточно высокой интенсивности освещения, но, тем не менее, способные в течение длительного времени выносить сильное затенение.

Умбропатиенты (факультативные сциофиты) § Как правило, это виды, обладающие высокой экологической пластичностью. § Фотосинтез у таких растений начинает преобладать над дыханием уже при низких значениях освещенности, но при увеличении интенсивности света не происходит ингибирования фотосинтеза, в отличие от типичных сциофитов.

Агелиофиты § – растения, не нуждающиеся в свете (некоторые паразиты, сапротрофы).

Влияние растений на световой режим § Частично отражая, частично поглощая и частично пропуская через себя, растение способно изменять интенсивность освещения и, что не менее важно, его спектральный состав. Таким образом, растения дифференцируют световые условия.

Влияние растений на световой режим § К примеру, у древесных растений это зачастую приводит к тому, что часть ветвей в кроне не получает света в достаточном количестве и соответствующего качества, что в конечном итоге приводит к отмиранию нижних ветвей кроны.

Влияние растений на световой режим § Количество света, проникающее сквозь крону деревьев, при этом будет тесно связано со значением компенсационной точки. Так, для лиственницы европейской (Larix decidua) относительный минимум силы света составляет примерно 20% от полного дневного освещения, а для ели европейской (Picea abies) – лишь 3%. Именно эти значения, в конечном итоге, будут определять световой режим под пологом данных видов деревьев.

Тепло как экологический фактор. § Температура является одним из наиболее важных экологических факторов, который определяет распределение растений по земному шару. § помимо общего количества тепла, очень важное значение имеет также распределение его во времени, то есть температурный режим.

Группы растений по отношению к температуре окружающей среды § Эвритермные растения имеют широкую экологическую амплитуду по отношению к этому фактору и, следовательно, способны существовать при больших колебаниях температуры среды. Способствуют этому, как правило, различные физиологические механизмы адаптации.

Группы растений по отношению к температуре окружающей среды § Стенотермные растения приспособлены к относительно постоянным температурным условиям и не переносят их сильного колебания.

Вода как экологический фактор. § Вода как экологический фактор для растений может иметь значение в виде атмосферных осадков (их количества, формы (дождь, туман, роса, снег и др. ), продолжительности, распределения во времени), а также в виде содержания водяного пара в атмосфере. § Лимитирующее воздействие на растения фактора влажности может в очень сильной степени зависеть от воздействия других абиотических факторов, особенно если они имеют критические значения. К примеру, низкая температура может препятствовать всасыванию воды из почвы, тогда как чрезмерно высокая – приводить к чрезмерной ее транспирации растениями.

Группы растений по отношению к воде как к экологическому фактору

ксерофиты § – растения сухих местообитаний, которые могут переносить перегрев и обезвоживание. Ксерофиты в зависимости от способа перенесения неблагоприятных условий подразделяются не несколько подгрупп:

эуксерофиты – § хорошо переносят длительное обезвоживание и перегрев, так как их протоплазма имеет очень высокое осмотическое давление, а обмен веществ малоинтенсивен. Они имеют сравнительно неглубоко расположенную корневую систему и ксероморфное строение надземных органов (опушение, плотные сильно кутинизированные покровные ткани, в различной степени редуцированные листья и др. ).

гемиксерофиты § устойчивы к засухе благодаря мощной корневой системе, достигающей грунтовых вод, интенсивным процессам транспирации и обмена веществ; не выносят обезвоживания.

суккуленты § устойчивы у засухе благодаря сильному развитию водозапасающей паренхимы в стебле, листьях или корне, клетки которой имеют большую вязкость протоплазмы и содержат большое количество связанной воды, а также плотным, часто кутинизированным покровным тканям; не выносят обезвоживания.

§ пойкилоксерофиты при обезвоживании впадают в анабиоз.

§ криофиты – растения, приспособленные к сухим холодным местообитаниям, например, высокогорьям. § психрофиты – ксероморфные растения, произрастающие на влажных холодных почвах; дефицит влаги у них связан с низкими температурами

Группы растений по отношению к воде как к экологическому фактору § мезофиты – растения, обитающие в условиях с более или менее достаточным, но не избыточным количеством воды в почве. Среди мезофитов выделяют особую группу эфемеров (однолетние растения) и эфемероидов (многолетники), вегетация которых длится всего несколько недель и они, зачастую обитая в засушливых зонах, для вегетации используют период с достаточной водообеспеченностью.

Группы растений по отношению к воде как к экологическому фактору § гигрофиты – сухопутные растения, произрастающие в условиях высокой влажности грунта и воздуха; у них отсутствуют приспособления, ограничивающие расходование воды и слабо развитая корневая система, поэтому даже незначительный недостаток воды вызывает их увядание.

Группы растений по отношению к воде как к экологическому фактору § гидрофиты – водные растения, прикрепленные к грунту и погруженные в воду только нижними частями, с хорошо развитыми корнями, механическими тканями и сосудами. § гидатофиты – водные растения, целиком или большей частью погруженные в воду, с очень слабо развитыми или, иногда, отсутствующими корневой системой, механическими тканями и сосудами.

§ Осадки, выпадающие над сушей, могут образовывать поверхностный и внутрипочвенный сток, испаряться, а также транспирироваться растениями. На все эти процессы растения оказывают существенное влияние. Так, в различных типах растительности с поверхности почвы испаряется различное количество влаги. В лесных сообществах по сравнению с открытыми участками испарение с поверхности почвы значительно уменьшается, чему в значительной степени способствует лесная подстилка.

Среднее дневное испарение по неделям в Юго-Восточной Небраске в 1917 г. (по Уиверу и Клементсу).

§ Но в лесу значительная доля осадков вообще не достигает поверхности почвы, задерживаясь кронами деревьев. Вода, испаряясь с поверхности листьев, ветвей и стволов, увеличивает относительную влажность воздуха в лесу по сравнению с открытыми пространствами. Именно поэтому в лесных сообществах до 1/3 влаги, выпадающей над Изменение глубины залегания грунтовых вод от опушки в глубину ними в виде осадков, может леса. возвращаться в атмосферу, вообще не попадая в почву. §Кроме того, деревья, имея, по сравнению с травянистыми растениями, большую листовую поверхность, транспирируют значительно большее количество воды, понижая при этом уровень грунтовых вод.

§ Лесные сообщества замедляют также поверхностный сток воды во время сильных дождей. § Все это приводит к тому, что над облесенными территориями суши выпадает большее количество осадков, чем над открытыми. Влияние леса на сток после ливня: 1 – необлесенная территория; 2 – облесенная территория.

Воздух как экологический фактор. § Химический состав воздуха. Наибольшее влияние на растения оказывают содержание в воздухе содержание углекислого газа и различных примесей. § Движение воздуха (ветер). Ветер является важным фактором распространения: он переносит споры, семена, плоды растений. Ветер приводит к тому, что вокруг растения постоянно происходит смена воздуха. Это приносит новые дозы углекислого газа, но, в то же время, действует на растения иссушающе. Постоянное однонаправленное действие ветра значительной силы может приводить к значительному изменению внешнего облика растений.

Почвы и грунты как экологический фактор. § Во-первых, в большинстве случаев почвы являются тем субстратом, в котором происходит механическое закрепление растений. § Во-вторых, именно почвы обеспечивают водоснабжение и минеральное питание растений. § В третьих, через почвы осуществляются многие типы взаимодействий растений друг с другом, а также с другими организмами (почвенными микроорганизмами, грибами, животными).

Воздушный режим почв § определяет обеспеченность корней растений кислородом, необходимым для дыхания. Он зависит от механического состава почв: чем большие размеры имеют частицы субстрата, тем большая воздухопроницаемость.

Водный режим почв § определяет запасы доступной для растения почвенной влаги. § Даже если в почве имеется влага в достаточном или избыточном количестве, она не всегда может быть доступна для растений. В этом случае говорят о так называемой физиологической сухости почвы. § Физиологически сухие местообитания экстремальны, и поэтому произрастающие в них растения должны быть приспособлены либо к повышенному содержанию в почве легкорастворимых солей, либо к необычно низкой температуре почвы.

Кислотность почвы § Ацидофилы – растения, предпочитающие § § § кислые почвы (р. Н 2, 4 -6, 7). Нейтрофилы – растения нейтральных почв (р. Н 6, 7 -7, 0). Базифилы; – растения щелочных почв (р. Н 7, 0 и выше). Индифферентные виды не имеют определенной приуроченности к тому или иному значению р. Н почвы и встречаются в очень широких пределах р. Н – начиная от щелочных и кончая сильнокислыми.

Валовое содержание питательных веществ (богатство почвы) § эвтрофы – растения, нормально развивающиеся только на почвах, богатых питательными веществами. К этой группе относятся также нитрофилы – растения, нуждающиеся в повышенном содержании в почве азота. Они поселяются на свалках вблизи жилья человека, около § мезотрофы – растения, обитающие на почвах с умеренным содержанием элементов минерального питания. § олиготрофы – растения, мало требовательные к плодородию почвы и поэтому могущие произрастать на грунтах с минимальным содержанием доступного азота и зольных элементов. К олиготрофам относятся растения экстремальных местообитаний – верховых болот, песков, скал и др.

Содержание солей в почве § Растения, приспособленные к высокому содержанию солей в почве, носят название галофитов. Они характеризуются высоким осмотическим давлением клеточного сока (у некоторых видов до 100 атм. и выше), что дает им возможность извлекать воду из концентрированного солевого раствора почвы. Большинство галофитов либо имеет суккулентное, либо ксероморфное строение. § Растения незасоленных почв называются гликофитами.

Механический состав субстрата § Псаммофиты (растения подвижных песков) обладают целым рядом приспособлений, обеспечивающих им возможность произрастания на подвижных субстратах, имеющих рыхлую структуру. § Литофиты (петрофиты) – растения, приспособленные к жизни на камнях, скалах или в их трещинах. Литофиты могут поселяться на поверхности камня, не разрушая его (эпилиты), способны разрушать горные породы химическими выделениями (особенно кислотами) своих ризоидов или корней (литофагофиты), или же поселяться на детрите и первичной почве в углублениях и трещинах скал (хазмофиты).

Рельеф как экологический фактор. § Если быть точным, то рельеф не является § § экологическим фактором в узком смысле, так как непосредственно на растительные сообщества влияния не оказывает. Тем не менее, роль рельефа как фактора, очень сильно влияющего на климатические и эдафические факторы, чрезвычайно велика. С рельефом связана вертикальная поясность растительного покрова. В большинстве случаев именно разнообразие условий рельефа обеспечивает разнообразие растительных сообществ в пределах одной климатической зоны. Нередко рельеф определяет распространение тех или иных видов растений и, тем самым, видовой состав растительных сообществ. Принято различать четыре категории рельефа – макрорельеф, мезорельеф, микрорельеф и нанорельеф