Principalele grupe de factori de mediu. Factori abiotici, biotici și antropici
FACTORI ABIOTICI, diverși factori care nu au legătură cu organismele vii, atât benefice, cât și nocive, întâlniți în mediul înconjurător organismelor vii. Aceasta include, de exemplu, atmosfera, clima, structurile geologice, cantitatea de lumină, ... ... Dicționar enciclopedic științific și tehnic
Medii, componente și fenomene de natură neînsuflețită, anorganică (clima, lumină, elemente și substanțe chimice, temperatura, presiunea și mișcarea mediului, solul etc.), care afectează direct sau indirect organismele. Enciclopedică ecologică ...... Dicționar ecologic
factori abiotici- abiotiniai veiksniai statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Fiziniai (temperatūra, aplinkos slėgis, klampumas, šviesos, jonizuojančioji spinduliuotė, grunto granulometrinės savybės irės cheminia …) Ekologijos terminų aiskinamasis žodynas
Factori de natură anorganică care afectează organismele vii... Dicţionar medical mare
Factori abiotici- factori ai mediului anorganic, sau neînsuflețit, din grupul factorilor de adaptare la mediu care acționează între speciile biologice și comunitățile acestora, subdivizați în climatici (lumină, temperatura aerului, apă, sol, umiditate, vânt), sol... ... Începuturile științelor naturale moderne
FACTORI ABIOTICI- Factori ai mediului anorganic care afectează organismele vii. Acestea includ: compoziția atmosferei, a apelor mari și dulci, a solului, a climei, precum și a condițiilor zooigiene ale clădirilor de animale ... Termeni și definiții utilizate în reproducerea, genetica și reproducerea animalelor de fermă
FACTORI ABIOTICI- (din greacă un prefix negativ și biotikos vital, viu), factori anorganici. medii care afectează organismele vii. K A. f. includ compoziția atmosferei, a mării. și apă dulce, sol, climă. caracteristici (debit pa, presiune etc.). Agregat… Dicţionar Enciclopedic Agricol
factori abiotici- (din greacă un prefix negativ și biōtikós vital, viu), factori ai mediului anorganic care afectează organismele vii. K A. f. includ compoziția atmosferei, a apelor mari și dulci, a solului, a caracteristicilor climatice (temperatura ... Agricultură. Dicționar enciclopedic mare
FACTORI ABIOTICI- mediu, ansamblu de condiții ale mediului anorganic care afectează organismul. Chimic A. f.: compoziția chimică a atmosferei, a mării și a apei dulce, a solului sau a sedimentelor de fund. A.f. fizică: temperatură, lumină, presiune barometrică, vânt, ... ... Dicţionar enciclopedic veterinar
Medii, un set de condiții ale mediului anorganic care afectează organismele. A. f. sunt împărțite în chimice (compoziția chimică a atmosferei, mare și apă dulce, sol sau sedimente de fund) și fizice, sau climatice (temperatura, ... ... Marea Enciclopedie Sovietică
Cărți
- Ecologie. Manual. Vultur al Ministerului Apărării al Federației Ruse
- Ecologie. Manual. Vultur al Ministerului Apărării al Federației Ruse, Potapov A.D. Manualul discută legile de bază ale ecologiei ca știință despre interacțiunea organismelor vii cu habitatul lor. Principiile principale ale geoecologiei ca știință a principalelor...
4. Factori abiotici de mediu
Temperatura. Majoritatea speciilor sunt adaptate la o gamă destul de restrânsă de temperaturi. Unele organisme, în special în stadiul de repaus, sunt capabile să reziste la temperaturi foarte scăzute. De exemplu, microorganismele pot rezista la răcire până la -200°C. Anumite tipuri de bacterii si alge pot trai si inmulti in izvoarele termale la o temperatura de +80...88°C. Intervalul de fluctuații de temperatură în apă este mult mai mic decât pe uscat, iar limitele de rezistență la fluctuațiile de temperatură la organismele acvatice sunt mai înguste decât la cele terestre. Deși organismele terestre s-au adaptat la fluctuații semnificative ale temperaturii mediului, temperatura optimă pentru viața lor se află într-un interval relativ îngust: 15-30°C.
Distingeți între organisme cu temperatură corporală variabilă și organisme cu o temperatură constantă a corpului. Temperatura corpului celui dintâi depinde de temperatura mediului ambiant. Cresterea lui le induce o intensificare a proceselor vitale si o accelerare (in anumite limite) a dezvoltarii. Acestea sunt pești, amfibieni, reptile.
Temperatura nu este constantă în natură. Fluctuațiile bruște ale temperaturii - înghețuri severe sau căldură - sunt, de asemenea, nefavorabile pentru organisme. Diverse tipuri de organisme vii au dezvoltat multe adaptări pentru a face față răcirii sau supraîncălzirii.
Într-o măsură mult mai mică, animalele cu o temperatură constantă a corpului - păsările și mamiferele - depind de condițiile de temperatură ale mediului. Modificările aromorfe ale structurii le-au permis reprezentanților acestor două clase să rămână activi la scăderi foarte puternice de temperatură și să stăpânească aproape toate habitatele. Cu toate acestea, chiar și la mamifere, unele caracteristici structurale sunt asociate cu condițiile de temperatură. Mamutul, care trăia într-un climat aspru, avea urechi mici, în timp ce urechile elefantului african servesc ca organ de termoreglare și, prin urmare, ajung la dimensiuni mari.
Ușoară. Lumina sub formă de radiație solară asigură toate procesele de viață de pe Pământ. Pentru organisme, lungimea de undă a radiației percepute, intensitatea acesteia și durata expunerii (lungimea zilei sau fotoperioada) sunt importante. Razele ultraviolete cu o lungime de undă mai mare de 0,3 microni reprezintă aproximativ 10% din energia radiantă care ajunge la suprafața pământului. În doze mici, sunt necesare pentru animale și oameni. Sub influența lor, în organism se formează vitamina D. Insectele disting vizual razele ultraviolete și le folosesc pentru a naviga pe teren pe vreme înnorată. Lumina vizibilă cu o lungime de undă de 0,4-0,75 microni are cel mai mare efect asupra corpului. Energia luminii vizibile este de aproximativ 45% din cantitatea totală de energie radiantă incidentă pe Pământ. Lumina vizibilă este cel mai puțin atenuată atunci când trece prin nori denși și apă. Prin urmare, fotosinteza poate avea loc atât pe vreme înnorată, cât și sub un strat de apă de o anumită grosime.
Lumina albastră (0,4-0,5 µm) și roșie (0,6-0,7 µm) este absorbită în special de clorofilă.
În funcție de condițiile de habitat, plantele se adaptează la umbră (plante tolerante la umbră) sau, dimpotrivă, la soarele strălucitor (plante iubitoare de lumină). Dar chiar și la plantele iubitoare de lumină, o creștere a intensității luminii peste valoarea optimă suprimă fotosinteza, astfel încât este dificil să se obțină recolte mari de culturi bogate în proteine la tropice.
Un rol extrem de important în reglarea activității organismelor vii și a dezvoltării lor îl joacă durata expunerii la lumină - fotoperioada. În zonele temperate, deasupra și sub ecuator, ciclul de dezvoltare a plantelor și animalelor este cronometrat în funcție de anotimpurile anului, iar semnalul pentru pregătirea pentru o schimbare a condițiilor de temperatură este durata orelor de lumină, care, spre deosebire de alte sezoniere. factori, este întotdeauna același într-un anumit moment al anului într-un anumit loc. Fotoperioada este ca un mecanism de declanșare care include procese fiziologice care duc succesiv la creșterea și înflorirea plantelor primăvara, fructificarea vara și lăsarea frunzelor în toamnă, precum și la năpârlirea și acumularea de grăsime, migrarea și reproducerea în păsări și mamifere și debutul unui stadiu de repaus la insecte. O modificare a duratei zilei este percepută de organele de vedere la animale sau de pigmenții speciali din frunzele plantelor.
Radiația infraroșie reprezintă 45% din cantitatea totală de energie radiantă care cade pe Pământ. Razele infraroșii cresc temperatura țesuturilor vegetale și animale, sunt bine absorbite de obiectele neînsuflețite, inclusiv de apă. Deoarece orice suprafață care are o temperatură peste zero emite raze termice cu unde lungi, o plantă sau un animal primește și energie termică de la obiectele din jur.
Umiditate. Apa este o componentă necesară a celulei, prin urmare cantitatea ei în anumite habitate servește ca factor limitativ pentru plante și animale și determină natura florei și faunei dintr-o zonă dată. Excesul de apă în sol duce la dezvoltarea vegetației de mlaștină. În funcție de umiditatea solului (și de precipitațiile anuale), compoziția de specii a comunităților de plante se modifică. Pădurile de foioase din sud sunt înlocuite cu pădurile de frunze mici, care trec în silvostepă. Odată cu o creștere suplimentară a uscăciunii solului, ierburile înalte fac loc ierburilor scurte. Cu o precipitație anuală de 250 mm sau mai puțin, se dezvoltă un peisaj deșert. Distribuția neuniformă a precipitațiilor de-a lungul anotimpurilor este, de asemenea, un factor limitator important pentru organisme. În acest caz, plantele și animalele trebuie să suporte secete lungi. În scurta perioadă de umezire a solului are loc acumularea producției primare pentru comunitate în ansamblu. Determină mărimea rezervei anuale de hrană pentru animale și saprofe - organisme care descompun reziduurile organice.
Separă calitatea formei biologice a mișcării materiei de alte manifestări. Ajută la o mai bună înțelegere a fenomenului vieții și la conturarea perspectivelor cercetărilor ulterioare. 4. Inevitabilitatea trecerii biosferei în noosferă Una dintre cele mai interesante întrebări din punct de vedere filozofic este evoluția biosferei. IN SI. Vernadsky a considerat volumul și greutatea „materiei vii”...
Activitate vitală. Principalul specific al biosferei moderne este în mod clar dirijate fluxurile de energie și circulația biogenică (asociată cu activitățile ființelor vii) a substanțelor. (10) Dezvoltarea doctrinei biosferei, V.I. Vernadsky a ajuns la concluzia că principalul transformator al energiei cosmice este materia verde a plantelor. Numai ei sunt capabili să absoarbă energia radiației solare și...
El a atribuit eradicarea războaielor din viața omenirii. El a acordat o mare atenție rezolvării problemelor formelor democratice de organizare a muncii științifice, educație și diseminare a cunoștințelor în rândul maselor. 5. Tranziția biosferei în noosferă: prognoză și realitate Vernadsky, analizând istoria geologică a Pământului, susține că există o tranziție a biosferei într-o nouă stare - în noosferă sub influența unei noi ...
Vedem forțele geologice din jurul nostru în acțiune. Aceasta a coincis, abia întâmplător, cu pătrunderea în conștiința științifică a credinței despre semnificația geologică a Homo sapiens, cu identificarea unei noi stări a biosferei - noosfera - și este una dintre formele de exprimare a acesteia. Este legată, desigur, în primul rând de rafinarea lucrărilor științifice naturale și a gândirii din biosfere, unde materia vie joacă principalul ...
CAPITOLUL 5. GRUPUL FACTORILOR ABIOTICI
Informatii generale
Influența factorilor climatici (temperatura, umiditatea aerului, precipitațiile, vântul etc.) asupra organismului este întotdeauna cumulativă. Cu toate acestea, studiul impactului fiecărui factor climatic individual permite o mai bună înțelegere a rolului său în viața anumitor specii sau culturi și servește ca o condiție prealabilă necesară pentru studierea impactului întregului complex de factori climatici. Atunci când se evaluează factorii climatici, este imposibil să se acorde o importanță excepțională doar unuia dintre ei. Oricare dintre aceste componente climatice în condiții specifice poate fi reprezentată în diferite moduri: nu numai în termeni cantitativi, ci și în termeni calitativi. De exemplu, cantitatea anuală de precipitații pentru o anumită zonă poate fi destul de mare, dar distribuția lor pe parcursul anului este nefavorabilă. Prin urmare, în anumite perioade ale anului (în perioadele de vegetație), umiditatea poate acționa ca factor minim și poate inhiba creșterea și dezvoltarea plantelor.
Ușoară
În culturile care sunt deosebit de solicitante la lumină, cum ar fi orezul, dezvoltarea este întârziată în condiții de lumină scăzută. Formarea arboretelor forestiere foarte productive ale multor specii care formează păduri și plantații pomicole este, de asemenea, determinată în mare măsură de intensitatea energiei solare. Conținutul de zahăr al sfeclei depinde direct de intensitatea energiei radiante a soarelui în timpul sezonului de vegetație. Se știe că inul comun (Linum usitatissimum)și canabis (Canabis sativa)în condiții de lumină scurtă, o cantitate semnificativă de ulei este sintetizată în țesuturi, iar în condiții de lumină lungă, formarea fibrelor de liben este accelerată. Reacția plantelor la lungimea zilei și a nopții se manifestă prin accelerarea sau întârzierea dezvoltării. În consecință, efectul luminii asupra unei plante este selectiv și ambiguu. Valoarea iluminării ca factor ecologic pentru organism este determinată de durata, intensitatea și lungimea de undă a fluxului luminos.
La limita atmosferei terestre cu spațiul, radiația este de la 1,98 la 2 cal/cm 2 pe 1 min; Această valoare se numește constantă solară. 42 ... 70% din constanta solară ajunge la suprafața Pământului în diferite condiții meteorologice. Radiația solară, care trece prin atmosferă, suferă o serie de modificări nu numai în termeni cantitativi, ci și în compoziție. Radiația cu unde scurte este absorbită de ecranul de ozon, situat la o altitudine de aproximativ 25 km, și de oxigenul din aer. Razele infrarosii sunt absorbite in atmosfera de vaporii de apa si dioxidul de carbon. Drept urmare, aerul este încălzit. Restul energiei radiante ajunge la suprafața Pământului sub formă de radiație directă sau împrăștiată (Fig. 10). Combinația dintre radiațiile solare directe și difuze formează radiația totală.În zilele senine, radiația difuză este de la 1/3 la 1/8 din radiația totală, în timp ce în zilele înnorate radiația difuză este de 100%. La latitudini mari predomină radiația difuză, sub tropice - radiație directă. Radiația împrăștiată conține până la 60% raze galben-roșii la amiază, directe - 30 ... 40%.
Cantitatea de radiație care ajunge la suprafața Pământului este determinată de latitudinea geografică a zonei, lungimea zilei, transparența atmosferei și unghiul de incidență al razelor solare. În zilele senine și însorite, energia radiantă care ajunge la suprafața Pământului constă în 45% lumină vizibilă (380 ... 720 nm) și 45% radiație infraroșie, doar 10% este radiație ultravioletă. Conținutul de praf din atmosferă are un efect semnificativ asupra regimului de radiații. În unele orașe, din cauza poluării sale, iluminarea poate fi cu 15% sau mai mică decât iluminarea din afara orașului.
Iluminarea de pe suprafața Pământului variază foarte mult. Totul depinde de înălțimea soarelui deasupra orizontului, adică de unghiul de incidență al razelor solare, de lungimea zilei și de condițiile meteorologice și de transparența atmosferei. Intensitatea luminii fluctueaza si in functie de perioada anului si ora din zi. Calitatea luminii este, de asemenea, inegală în anumite regiuni ale Pământului, de exemplu, raportul dintre razele cu unde lungi (roșii) și unde scurte (albastre și ultraviolete). După cum se știe, razele cu unde scurte sunt mai mult decât razele cu unde lungi absorbite și împrăștiate de atmosferă. Prin urmare, în zonele muntoase există întotdeauna mai multă radiație solară cu unde scurte.
Orez. 10. Intensitatea radiației solare incidente pe suprafața Pământului, după V. Larcher
Deoarece radiația fotosintetic activă (PAR) este reprezentată de o secțiune a spectrului cuprinsă între o lungime de undă de 380 și 710 nm și este maximă în regiunea razelor portocalii-roșii (600 ... 680 nm), este firesc ca coeficientul de utilizarea radiațiilor împrăștiate de către plante este mai mare. Datorită creșterii duratei zilei, lumina, chiar și la latitudinile nordice mari, nu limitează activitatea vitală a plantelor. L. Ivanov a calculat că chiar și în Svalbard radiația solară este suficientă (20.000 kJ la 1 ha) pentru a obține un anumit randament de materie vegetală uscată.
Diferite tipuri de plante și grupuri de plante au nevoi diferite de lumină, cu alte cuvinte, pentru vegetația normală, au nevoie și de o cantitate diferită de lumină (£,), adică ponderea procentuală din PAR total. Acest lucru ne permite să distingem trei grupuri ecologice de plante în raport cu nevoia de lumină:
plante ușoare sau heliofite (din greacă helios - soare + fiton), - L opt= 100%, £ min = 70%, acestea sunt plante din spații deschise, de exemplu, iarba cu pene (Stipa) cele mai cultivate plante (sfeclă de zahăr, cartofi etc.);
Plantele tolerante la umbră, sau hemisciofitele, pot crește la L = 100%, dar tolerează și multă umbrire; picior de cocos (Dactylis glomerata), de exemplu, este capabil să vegeta în zonă L de la 100 la 2,5%;
plantele umbrite sau sciofitele (din grecescul skia - umbră), nu tolerează iluminarea completă, Lmax-ul lor este întotdeauna mai mic de 100%, acesta este oxalis comun (Oxalis acetosella), șapte-michnik european (Trientalis europaea) si etc.; Datorită structurii speciale a frunzelor, sciofitele la intensitate luminoasă scăzută sunt capabile să asimileze dioxidul de carbon nu mai puțin eficient decât frunzele heliofitelor la L= 100 %.
Ameliorătorul de plante din Moscova A. Doyarenko a constatat că pentru majoritatea plantelor erbacee agricole, coeficientul de utilizare a luminii pentru fotosinteză este de 2 ... 2,5%, dar există excepții:
sfeclă furajeră - 1,91
măzică - 1,98
trifoi - 2.18
secară - 2,42
cartofi - 2,48
grâu - 2,68
ovăz - 2,74
in - 3,61
lupin - 4,79
Dintre comunitățile de plante, comunitățile de pădure transformă cel mai activ compoziția luminii solare, iar o foarte mică parte din radiația solară inițială ajunge la suprafața solului. Se știe că suprafața frunzelor unui arboret de pădure absoarbe aproximativ 80% din PAR incident, încă 10% se reflectă și doar 10% pătrunde sub coronamentul pădurii. În consecință, radiația totală și radiația care a pătruns prin coronamentul plantelor lemnoase diferă nu numai cantitativ, ci și calitativ.
Sciofitele și heliocifitele, care trăiesc sub baldachinul altor plante, se mulțumesc cu doar o fracțiune de iluminare completă. Deci, dacă în oxigen intensitatea maximă a fotosintezei este atinsă la 1/10 din lumina zilei, atunci la speciile iubitoare de lumină apare la aproximativ 1/2 din această iluminare. Plantele luminoase sunt mai puțin adaptate la existența în lumină scăzută decât cele la umbră și tolerante la umbră. Limita inferioară la care pot crește mușchii verzi de pădure este 1/90 din lumina zilei. În pădurile tropicale se găsesc și mai multe specii sciofile, care vegeta la 1/120 de lumină. Unii mușchi sunt surprinzătoare în acest sens: schistostega pinnate (Schistostega pennaia) iar altele sunt plante de peșteră întunecate care vegeta la 1/2000 de lumină completă.
Fiecare zonă geografică este caracterizată de un anumit regim de lumină. Cele mai importante elemente ale regimului luminos, care determină direcția de adaptare a plantelor, sunt intensitatea radiației, compoziția spectrală a luminii și durata iluminării (lungimea zilei și a nopții). Durata zilei solare este constantă doar la ecuator. Aici, ziua, ca si noaptea, dureaza 12 ore.Durata zilei solare in perioada de vara creste de la ecuator in directia ambilor poli; la Pol, după cum știți, toată vara durează o zi polară, iar iarna - o noapte polară. Răspunsul unei plante la schimbările sezoniere ale duratei zilei și nopții se numește fotoperiodism.
Cultivatorii de plante au observat de mult timp că plantele agricole de diferite origini reacţionează diferit la durata orelor de lumină. În funcție de această reacție, unele specii au fost identificate ca plante de o zi lungă, altele - de o zi scurtă, iar altele - ca nereacționând în mod vizibil la lungimea zilei. Este bine cunoscut faptul că în condițiile unei zile lungi se formează un randament ridicat de grâu, secară, ovăz. (Avena sativa)și o serie de cereale furajere; plantele de zi lungă includ, de asemenea, cartofi, citrice și o serie de alte culturi de legume și fructe. Iluminarea prelungită a acestor plante determină o trecere mai rapidă a fazelor de dezvoltare a fructelor și semințelor. Pe de altă parte, plantele cu o zi scurtă, cum ar fi meiul (Panicum miliaceum), sorg (Sorgum segpiit), orez, rata de trecere prin etapele de dezvoltare cu iluminare prelungită încetinește. Reducerea perioadelor de dezvoltare se realizează prin scurtarea timpului de iluminare.
Aceste caracteristici trebuie luate în considerare la introducerea plantelor agricole. Speciile de latitudine joasă (plantele sudice) sunt adesea plante de zi scurtă. Când sunt introduse la latitudini mari, adică în condiții de zi lungă, se dezvoltă lent, adesea nu se coc și, uneori, nici măcar nu înfloresc, cum ar fi, de exemplu, cânepa. Acest grup poate fi atribuit și topinamburul. (Helianthus tuberosus). Astfel, lungimea zilei și a nopții poate determina limitele de distribuție și posibila introducere a anumitor specii: „sud” - la nord, „nord” - la sud. Roșii, struguri și hrișcă. (Fagopyrum esculentum) si etc.
În timpul studiului fotoperiodismului și reacțiilor fotochimice, s-a constatat că plantele cu o zi lungă în perioada primăvară-vară, când există ore lungi de lumină în natură, creșterea este în mod clar accelerată. Cu toate acestea, în a doua jumătate a verii, când ziua însorită se scurtează, procesele de creștere, evident, încetinesc. Ca urmare, în climatele reci, plantele de zi lungă nu au întotdeauna timp să formeze un complex de țesuturi tegumentare, periderm, înainte de apariția înghețului. Prin urmare, culturile perene de zi lungă cultivate la latitudini mari își pot pierde rezistența la iarnă, lucru care trebuie reținut atunci când alegeți sortimentul de plante pentru cultivare în aceste zone. Este de preferat să se introducă culturi anuale care nu necesită iernare în condiții de zi lungă. Mișcarea spre nord a altor culturi, cum ar fi trifoiul, este împiedicată nu de înghețurile de iarnă, ci de natura reacțiilor fotoperiodice. Natura lor poate explica faptul paradoxal că rezistența la îngheț a trifoiului și lucernă este mai mare în zona de mijloc a părții europene a Rusiei decât în nord.
Lumina are un efect formativ asupra plantelor, care se manifestă în mărimea, forma și structura (macro- și microscopică) a frunzelor luminoase și umbre (Fig. 11), precum și în procesele de creștere. Dependența structurii frunzei (trage) de lumină nu este întotdeauna directă; frunzele (lăstarii) care se dezvoltă primăvara se formează în conformitate cu iluminarea nu a anului curent, ci a trecutului, adică atunci când au fost depus mugurii. I. Serebryakov (1962) credea că structura ușoară a frunzei este deja determinată în boboc. Frunzele păstrează această structură destul de stabil chiar și atunci când lăstarii ușoare sunt transferați la umbrire. Înălțimea mare, forma coloană a trunchiurilor, aranjarea înaltă a coroanelor (curățarea de ramurile uscate) caracterizează plantele iubitoare de lumină.
Orez. 11. Secțiuni transversale ale frunzelor de liliac (gen Syringa): a- ușoară; b- umbra
Una dintre reacțiile plantelor iubitoare de lumină este inhibarea creșterii lăstarilor supraterani, care în unele cazuri duce la ramificare puternică, în altele la rozetă. Plantele din acest grup se disting și printr-o serie de alte modificări ale structurii: frunze mici, o creștere a grosimii peretelui exterior al epidermei și excrescențele sale (tricomi și emergente), stratul cuticular etc. (Fig. . 12).
Orez. 12. Secțiune transversală a unei frunze a unei plante de oleandru iubitoare de lumină (Nerium oleander):
1
- epidermă în două straturi cu cuticulă; 2 - hipoderm; 3
- izopalizadă mezofilă; 4
- adâncituri pe partea inferioară a frunzei (cripte) cu stomate și peri
Un exemplu de adaptare a plantelor la lumină este orientarea limbei frunzelor în raport cu razele soarelui. Există trei tipuri de orientare:
Limboza frunzei este orientată orizontal, adică perpendicular pe razele soarelui; în acest caz, razele maxime sunt captate când soarele este la zenit;
Limba frunzei este orientată paralel cu razele soarelui, adică este situată mai mult sau mai puțin vertical, ca urmare, planta absoarbe mai bine razele soarelui dimineața și seara;
· lamele frunzelor sunt dispuse difuz de-a lungul lăstarilor, ca la porumb, uneori vertical, alteori orizontal, astfel încât radiația solară este captată destul de complet pe parcursul orelor de lumină.
Dovezile științifice disponibile sugerează că plantele de la latitudini mari, unde predomină solstițiul scăzut, au mai multe șanse să aibă o orientare verticală a frunzelor. La organizarea culturilor mixte, de exemplu ierburi furajere, este necesar să se țină cont de structura lăstarilor componentelor culturilor. O combinație reușită de ierburi furajere cu orientare diferită a frunzelor va oferi un randament mai mare de fitomasă.
După cum sa menționat deja, în funcție de lipsa sau excesul de iluminare, multe plante sunt capabile să plaseze frunzele în planuri perpendiculare și paralele cu direcția luminii solare, formând așa-numitul mozaic de frunze. Un mozaic de frunze se formează ca urmare a plasării raționale a dimensiunilor inegale nu numai a lamelor de frunze, ci și a pețiolelor. Un mozaic tipic de frunze poate fi observat în fitocenoze cu participarea arțarului norvegian, teiului cu frunze mici (Tilia cordata), ulm neted (Ulmus laevis), ulm de munte (Ulmus glabra)și alte specii de arbori. Un mozaic de frunze este clar vizibil la multe plante cu plasarea orizontală a ramurilor, de exemplu, în iedera comună (Hedera helix)şi multe plante erbacee (Fig. 13).
Orez. 13. Mozaic din frunze de iedera (Hedera helix)
Plantele de busolă evită clar iluminarea puternică. Limba lor nu este perpendiculară pe razele soarelui, ca la plantele cu rozetă, ci paralel, ca la eucalipt sau salata sălbatică. (Lactuca serrtola), care protejează frunzele de supraîncălzire în condiţii de radiaţie solară excesivă. Aceasta asigură și trecerea favorabilă a fotosintezei și a transpirației.
Există o serie de alte adaptări adaptative, atât structurale, cât și fiziologice. Uneori, astfel de adaptări sunt în mod clar de natură sezonieră, ceea ce este bine ilustrat, de exemplu, de guta comună (Aegopodium podagrata).Într-un habitat tipic (livezi de stejari), pe plantă se formează două „generații” de frunze în timpul sezonului de vegetație. Primăvara, când mugurii copacilor nu au înflorit încă și copacul pădurii lasă multă lumină, se formează o rozetă de frunze, frunzele sale sunt clar luminoase ca structură (micro și macroscopic).
Mai tarziu, cand se dezvolta un coronament dens de padure si doar 3-4% din energia radianta ajunge la suprafata solului, apare a doua „generatie” de frunze, evident umbrita. Adesea, într-o singură plantă, se pot observa atât frunzele de lumină, cât și frunzele de umbră în același timp. Frunzele nivelurilor inferioare ale coroanei de dud negru (Morus nigra) mari, lobate, în timp ce nivelurile superioare ale coroanei poartă frunze ușoare - mai mici, lipsite de lobi. La speciile care formează pădure, periferia coroanei este formată într-un mod similar: în nivelurile superioare - frunze ușoare, în interiorul coroanei - umbră.
Temperatura
Activitatea de viață a oricărei specii are loc în anumite intervale de temperatură. În același timp, sunt urmărite zone de optim, minim și maxim. În zona de minim sau maxim, activitatea organismului este atenuată. În primul caz, temperaturile scăzute (rece), iar în al doilea - ridicate (căldura) duc la o încălcare a proceselor sale vitale. Dincolo de temperaturile extreme se află zona letală, în care începe procesul ireversibil al morții plantelor. Prin urmare, temperaturile definesc limitele vieții.
Datorită modului de viață imobil, plantele superioare au dezvoltat o rezistență mai mare la fluctuațiile de temperatură zilnice și sezoniere (anuale). Multe specii care formează pădure din taiga noastră - pin siberian, zada dahuriană (Larix dahurica)și altele - rezistă la scăderea temperaturii până la - 50 ° C și mai jos și la căldură de vară până la 25 ° C și mai sus. Amplitudinea anuală atinge 75 °С, iar uneori 85...90 °С. Speciile de plante care pot rezista la fluctuații mari de temperatură sunt numite euriterme (din grecescul eurys + therme - căldură), spre deosebire de stenoterme.
Diferențierea căldurii pe planeta noastră stă la baza zonalității latitudinale și zonalității altitudinale a vegetației și a solurilor. Datorită scăderii de la ecuator la poli a înălțimii solstițiului și a unghiului de incidență al razelor, cantitatea de căldură se modifică. Deci, temperatura medie anuală în apropierea ecuatorului este de 26,2 °C, aproximativ 30 °C. SH. este deja egală cu 20,3 ° C și la 60 ° C. SH. scade la -1 °C.
Pe lângă temperatura medie anuală a unei zone date, cele mai ridicate și cele mai scăzute temperaturi (maximum absolut și minim absolut) observate într-o zonă climatică dată, precum și temperatura medie a lunilor cele mai calde și mai reci sunt importante în viața organisme. Astfel, durata sezonului de vegetație în tundra (adică peste 70 ° N) este de numai o lună și jumătate - două luni și jumătate la o temperatură medie de 10 ... 12 ° C.
Taiga, altfel zona pădurilor de conifere, are o perioadă de vegetație de trei până la cinci luni, o temperatură medie de 14..-6 °C. În partea de sud a zonei, unde predomină pădurile de conifere-foioase, sezonul de vegetație durează patru până la cinci luni, temperatura medie este de 15...16 °C. În zona pădurilor foioase (40...50°N) perioada de vegetație este de cinci până la șase luni, temperatura medie este de 16...18°C. Un contrast puternic cu zonele descrise este zona pădurilor tropicale (0 ... 15 ° N și S). Sezonul de creștere aici este pe tot parcursul anului, cu o temperatură medie de 25...28 °C și adesea nu este diferențiat în anotimpuri. O caracteristică excepțional de importantă a regiunilor tropicale este că diferența dintre temperaturile medii din lunile cele mai calde și cele mai reci este mai puțin contrastantă decât fluctuațiile zilnice.
Creșterea plantelor este direct legată de factorul de temperatură. Dependența speciilor individuale de temperatură variază foarte mult. Se disting clar plantele termofile (din greaca therme + philia - dragoste) si antipozii lor - tolerante la frig, sau criofile (din greaca kryos - frig). A. Dekandol (1885) a identificat grupuri de plante hekistotermale, microtermale, mezotermale și megatermale (din grecescul gekisto - rece, mikros - mic, mesos - mediu, megas - mare).
Grupurile de plante enumerate în funcție de temperatură sunt complexe; în selecția lor, se ia în considerare și raportul dintre plante și umiditate. O completare la această clasificare poate fi considerată izolarea plantelor criofite și psicrofite (din grecescul psychros - rece + phyton) - hekistoterme și parțial microterme care necesită regimuri diferite de umiditate. Criofitele cresc în condiții reci și uscate, în timp ce psicrofitele sunt plante rezistente la frig în soluri umede.
Influența temperaturilor asupra distribuției speciilor individuale de plante și a grupurilor lor nu este mai puțin evidentă. Legătura dintre distribuția geografică a speciilor individuale și izoterme a fost stabilită de mult timp. După cum știți, strugurii se coc în izotermă cu o temperatură medie timp de șase luni (aprilie - septembrie) 15 °C. Distribuția stejarului englezesc la nord este limitată de izoterma anuală de 3 °С; limita nordică a fructificării palmierului de curmal coincide cu izoterma anuală de 18...19 °C.
Într-un număr de cazuri, răspândirea plantelor se datorează nu numai temperaturilor. Astfel, izoterma de 10 °C trece de la vest la est prin Irlanda, Germania (Karlsruhe), Austria (Viena), Ucraina (Odesa). Aceste zone au o compoziție de specii destul de diferită a stratului de vegetație naturală și oferă posibilitatea introducerii și cultivării unui set divers de culturi. În Irlanda, recoltele adesea nu se coace. În Germania și Irlanda, mulți dovleci nu se coc (pepeni verzi - Citrullus vulgaris, pepeni), deși cameliile cresc în pământ deschis (Camela)și palmieri. Iedera și ilisul cresc în teren deschis în Karlsruhe ( Ilex), uneori se coc și strugurii. În regiunea Odessa se cultivă pepeni și pepeni, dar iedera și cameliile nu pot rezista la temperaturile scăzute ale iernii. Există multe astfel de exemple.
Astfel, temperaturile medii izolate de alți factori de mediu nu pot servi ca un indicator (indicator) de încredere al posibilității de introducere și cultivare a culturii care ne interesează. Concluzia este că diferitele tipuri de plante sunt caracterizate de o durată inegală a sezonului de creștere. Prin urmare, în raport de temperatură, este necesar să se țină cont atât de durata perioadei de temperaturi favorabile pentru dezvoltarea normală a plantelor, cât și de momentul de apariție și durata temperaturilor minime (la fel față de maxime) .
În literatura ecologică și de cultură a plantelor, suma temperaturilor active este utilizată pe scară largă pentru a estima resursele termice ale sezonului de vegetație. Acesta servește ca un indicator bun în evaluarea nevoilor plantelor în căldură și face posibilă determinarea zonei de cultură a unei anumite culturi. Suma temperaturilor active este formată din suma temperaturilor medii zilnice pozitive pentru perioada în care aceasta este peste 10 °C. În zonele în care suma temperaturilor active este de 1000 ... 1400 ° C, este posibil să se cultive soiuri timpurii de cartofi, culturi de rădăcină; unde această cantitate ajunge la 1400 ... 2200 ° C, - cereale, cartofi, in etc.; suma temperaturilor active 2200...3500 °C corespunde zonei de pomicultură intensivă; când suma acestor temperaturi este mai mare de 4000 ° C, cultivarea plantelor perene subtropicale are succes.
Organismele a căror activitate vitală și temperatura corpului depind de căldura provenită din mediul înconjurător se numesc poikiloterme (din grecescul poikilos - diverse). Acestea includ toate plantele, microorganismele, nevertebratele și unele grupuri de cordate. Temperatura corpului organismelor poikiloterme depinde de mediul extern. De aceea, rolul ecologic al căldurii în viața tuturor grupurilor sistematice de plante și a grupurilor de animale numite este de o importanță capitală. Animalele foarte organizate (păsări și mamifere) sunt clasificate ca homoioterme (din grecescul homoios - același), la care temperatura corpului este constantă, deoarece este menținută de propria căldură.
Se știe că protoplastul celulelor organismelor vii este capabil să funcționeze normal în intervalul de temperatură 0...50 °C. Numai organismele care au adaptări speciale pot rezista la aceste temperaturi extreme pentru perioade lungi de timp. Fiziologii au stabilit temperaturi optime și critice pentru respirație și alte funcții. Se pare că limita inferioară a temperaturii respiratorii în organele de iernare (muguri, ace) este de 20 ... - 25 ° C. Pe măsură ce temperatura crește, rata respirației crește. Temperaturile peste 50 °C distrug complexul protein-lipidic al stratului de suprafață al citoplasmei, ceea ce duce la pierderea proprietăților osmotice de către celule.
În unele regiuni ale Rusiei, se observă periodic moartea în masă a plantelor de la temperaturi prea scăzute. Efectul catastrofal al acestuia din urmă este cel mai pronunțat în iernile cu puțină zăpadă, în principal la culturile de iarnă. Pustele de frig bruște din primăvară, când plantele încep să crească (înghețurile târzii de primăvară), sunt de asemenea fatale. Adesea, nu numai plantele lemnoase veșnic verzi introduse, cum ar fi citricele, dar și plantele de foioase pier de frig. N. Maksimov, studiind mecanismul de acțiune al temperaturilor scăzute, a ajuns la concluzia că cauza morții plantelor se datorează deshidratării citoplasmei. Cristalizarea apei are loc în spațiile intercelulare ale țesutului. Cristalele de gheață atrag apă din celule și dăunează mecanic organelele celulare. Momentul critic vine tocmai odată cu apariția cristalelor de gheață în interiorul celulelor.
Au fost identificate grupuri naturale de plante rezistente la îngheț. Acestea includ copaci și arbuști veșnic verzi de conifere, precum și lingonberries. (Vaccinium vitis-idea), erica etc. Printre plantele erbacee perene au fost identificate și multe plante rezistente la îngheț, care pot supraviețui unei ierni aspre. În timpul repausului de iarnă, plantele pot rezista la temperaturi foarte scăzute. Deci, lăstarii de coacăze negre (Ribes nigrum) cu o scădere lentă a temperaturii până la - 253 ° C (o temperatură apropiată de zero absolut), ele pot rămâne viabile.
Majoritatea speciilor de plante se caracterizează prin reacții individuale la temperatură. Deci, primăvara, germinarea boabelor de secară începe la 1 ... 2 ° C, semințele de trifoi roșu (Trifolium pratense)- la 1 °C, lupin galben (Lupinus luteus)- la 4...5, orez - la 10...12 °C. Temperaturile optime pentru coacerea semințelor acestor culturi sunt de 25, 30, 28, 30...32 °C, respectiv.
Pentru creșterea și dezvoltarea normală a plantelor, este necesară o temperatură ambientală adecvată pentru organele supraterane și subterane. De exemplu, inul se dezvoltă normal la o temperatură a rădăcinii de aproximativ două ori mai mică (10 °C) decât cea a organelor supraterane (22 °C). În cursul ontogenezei, nevoia de căldură a plantelor se schimbă semnificativ. Temperatura organelor corpului plantei variază și ea semnificativ în funcție de locație (sol, aer) și orientare în raport cu razele solare (Fig. 14). S-a stabilit experimental că germinarea semințelor de rapiță (Brassica napus), rapiţă (V. campestrts), grâul, ovăzul, orzul, trifoiul, lucerna și alte plante sunt observate la o temperatură de 0 ... 2 ° C, în timp ce temperaturi mai ridicate (3 ... 5 ° C) sunt necesare pentru germinare.
Orez. 14. Temperatura (°C) a diferitelor organe ale plantelor: A - versiuni novo (Novosiversia glacialis), conform lui B. Tihomirov; B - Lăstari de Siberia (Scilla sibiriati, potrivit lui T. Goryshina, A- așternut b- pamantul
Multe tipuri de plante continentale sunt afectate favorabil de termoperiodismul diurn, când amplitudinea temperaturilor de noapte și de zi este de 5 ... 15 ° C. Esența sa constă în faptul că multe plante se dezvoltă cu mai mult succes la temperaturi scăzute de noapte. De exemplu, roșiile se dezvoltă mai bine dacă temperatura aerului în timpul zilei atinge 26 ° C, iar temperatura nopții este de 17 ... 18 ° C. Datele experimentale indică, de asemenea, că plantele de latitudini temperate au nevoie și de temperaturi mai scăzute de toamnă pentru dezvoltarea ontogenetică normală - termoperiodismul sezonier .
Factorul de temperatură afectează plantele în toate etapele de creștere și dezvoltare. Mai mult, în perioade diferite, fiecare tip de plantă are nevoie de anumite condiții de temperatură. Pentru majoritatea plantelor anuale, cum ar fi orzul, ovăzul și altele, se poate urmări un model general: în stadiile incipiente de dezvoltare, temperatura ar trebui să fie mai mică decât în cele ulterioare.
Plante megatermale de origine tropicală, cum ar fi trestia de zahăr (Saccharum officinarum), au nevoie de temperaturi ridicate pe tot parcursul vieții. Plantele din regiunile calde și uscate - euxerofitele, precum și multe suculente, cum ar fi Cactus și Crassula, se disting prin cea mai mare rezistență la temperaturi ultra-înalte. (Crassulaceae). Acest lucru este, de asemenea, caracteristic plantelor saline, în special sulfurilor și clorurilor, solurilor. Aceste specii, după cum arată X. Ludengard (1925, 1937), rămân viabile chiar și la 70°C. Temperaturile ridicate sunt bine tolerate de semințele și fructele foarte deshidratate. Pe această proprietate se bazează binecunoscuta metodă de combatere a agentului cauzal al smuțului de grâu. (Ustilago trttci).În timpul tratamentului termic al semințelor afectate, ciuperca, fiind stenotermă, moare, în timp ce rămâne viabilă ca germenul unei cariopse.
Este mai dificil de rezolvat problema influenței temperaturii asupra modificărilor structurii plantei în sine, morfologiei acesteia. Observațiile în natură și datele experimentale oferă explicații diferite. Într-adevăr, o astfel de adaptare ca o pubescență puternică a solzilor și frunzelor mugurii pare a fi complexă, servește ca protecție nu numai împotriva luminii strălucitoare, ci și a temperaturilor ridicate, precum și a evaporării excesive a umidității. Strălucirea strălucitoare a frunzelor lucioase, aranjarea paralelă a lamei frunzei cu razele soarelui, pubescența simțită - toate acestea împiedică, fără îndoială, supraîncălzirea frunzei, precum și transpirația excesivă.
Fondatorul ecologiei plantelor, E. Warming (1895), a demonstrat în mod clar efectul temperaturii asupra formării formelor ghemuite și rozete ale plantelor în Arctica și în zonele înalte ale centurilor alpine și subnivale, adică chiar la granița dintre ninsori eterne. Vorbim nu numai despre erbacee fără tulpină, rozetă ca elecampane rizomatos (Inula rhizocephala), dar și despre formele de viață ale copacilor - mesteacăn pitic, ienupăr de Turkestan (Juniperus turcestanica), spiriduș de cedru, etc. Forme târâtoare și perne de plante, de exemplu, minuartia arctică (Minuartia arctica), sunt cele mai adaptate la condițiile de viață chiar la suprafața solului sub acoperirea stratului de zăpadă. Când nu este zăpadă, cea mai ridicată temperatură rămâne în stratul de aer al solului la o înălțime de până la 15 ... 20 cm, iar forța vântului este minimă. În plus, în interiorul „pernei” formate de plantă se creează un microclimat special, iar fluctuațiile de temperatură aici sunt mult mai puțin pronunțate decât în afara acesteia. Factorul de temperatură poate afecta dezvoltarea formelor de ghemuit atât direct, cât și indirect - din cauza încălcării alimentării cu apă și a nutriției minerale.
Rolul influenței directe a temperaturilor în procesul de geofilizare a plantelor este cel mai mare. Geofilizarea este înțeleasă ca scufundarea părții inferioare (bazale) a plantei în sol (mai întâi hipocotilul, apoi epicotilul, primul internod etc.). Acest fenomen este caracteristic în principal angiospermelor. În timpul dezvoltării lor istorice, geofilizarea a jucat un rol proeminent în transformarea formelor de viață din copaci în ierburi. Odată cu imersarea bazei lăstarilor în sol, se dezvoltă intens sistemul de rădăcini adventive, rizomi, stoloni și alte organe de propagare vegetativă. Geofilizarea a fost o condiție prealabilă necesară pentru apariția diferitelor organe subterane ale plantelor, în special organe de înmulțire vegetativă. Acest lucru a oferit angiospermelor mari avantaje în lupta pentru existență, pentru dominație pe continentele Pământului.
În ontogeneza multor angiosperme, plantele sunt geofilizate cu ajutorul unor rădăcini speciale retractile (contractile). P. Lisitsyn a realizat studii experimentale interesante despre geofilizare. El a descoperit că retragerea părții bazale a plantei în sol este mult mai răspândită decât se credea anterior (Fig. 15). La culturile de iarnă, geofilizarea îmbunătățește condițiile de iernare, la culturile de primăvară, precum hrișca, îmbunătățește condițiile de alimentare cu apă.
Orez. 15. Geofilizarea (retracția în sol) a genunchiului subcotiledonat al trifoiului roșu (Trifolium pratense), după P. Lisitsin: A - suprafața solului; b - adâncimea de retragere
Apă
Toate procesele de viață la nivelul celulelor, țesuturilor, organismelor sunt de neconceput fără aprovizionare suficientă cu apă. Organele plantelor conțin de obicei 50-90% apă și uneori chiar mai mult. Apa este o componentă esențială a unei celule vii. Deshidratarea corpului implică o încetinire, iar apoi încetarea procesului de viață. În spori și semințe se observă o deshidratare maximă menținând viața și reversibilitatea proceselor normale de viață. Aici conținutul de apă scade la 10, respectiv 12%. Rezistența la frig, precum și rezistența la căldură a plantelor, depinde de cantitatea de apă din ele. Nutriția solului a plantelor (aportul și transportul de substanțe azotate și alte substanțe minerale), fotosinteza și procesele enzimatice sunt, de asemenea, asociate cu apa. Produsele metabolice sunt dizolvate si transportate in corpul plantei si cu ajutorul apei.
Apa este una dintre condițiile necesare pentru formarea masei plantelor. S-a stabilit că 99,5% din apa transportată de la sistemul radicular la frunze menține turgul și doar 0,5% din aceasta este cheltuită pentru sinteza materiei organice. Pentru a obține 1 g de masă vegetală uscată, este nevoie de 250 ... 400 g de apă sau mai mult. Raportul dintre valorile de mai sus este coeficientul de transpirație. În diferite specii și chiar soiuri de plante, acest indicator variază semnificativ. Există un model: valoarea coeficientului de transpirație este direct proporțională cu uscăciunea climatului. Prin urmare, același soi poate avea un coeficient de transpirație diferit atunci când este cultivat în condiții ecologice și geografice diferite.
Regimul optim de apă se observă în cazurile în care evaporarea apei în atmosferă nu depășește intrarea acesteia în corpul plantei din sol. În cursul ontogenezei, începe o etapă în care aprovizionarea cu apă determină întreaga dezvoltare ulterioară a plantei și randamentul. La multe plante cultivate, aceste faze de dezvoltare sunt bine studiate. Etapa critică de dezvoltare a cerealelor este formarea florilor și a inflorescențelor. În condiții nefavorabile de alimentare cu apă, o parte din tuberculii conului de creștere degenerează. Deoarece acest proces este ireversibil, se formează inflorescențe scurtate, slab ramificate, care conțin puține flori și, în consecință, boabe.
De-a lungul a milioane de ani de evoluție continuă, organismele s-au adaptat la diferite condiții de viață. Plantele din regiunile aride, unde clima este excepțional de uscată, au trăsături pronunțate xeromorfe (din grecescul xeros - uscat, morphe - formă). Ele vă permit să reduceți pierderea de umiditate, care apare în principal ca urmare a transpirației prin aparatul stomatic, precum și prin stomatele de apă (fenomenul de gutație - din latină gutta - o picătură). Un consum semnificativ de umiditate are loc și prin celulele epidermei (evaporarea cuticulară). Gutația este bine exprimată în răsaduri de cereale, cartofi, hrișcă, în multe plante de interior, de exemplu, în alocasia. (Alocasia macrorhiza)şi altele.Gutaţia este cea mai frecventă la plantele din tropicele umede şi subtropicale.
Plantele în condiții uscate au o varietate de adaptări care împiedică pierderea apei. În multe cereale, frunzele sunt înfășurate într-un tub, astfel încât stomatele să fie înăuntru. Frunzele plantelor xeromorfe au adesea un strat gros de ceară sau fire de păr. Organele de transpirație (aparatul stomatic) la astfel de plante sunt scufundate în mezofilă, iar frunzele sunt adesea reduse la solzi sau transformate în țepi și spini. Cu o reducere puternică a frunzelor, tulpina preia funcția de fotosinteză. Multe culturi agricole, atât erbacee, cât și lemnoase, răspund lipsei de umiditate a solului și a apei subterane prin extinderea rapidă a sistemelor lor radiculare.
Bilanțul de apă al unei plante este determinat de diferența dintre absorbția și consumul de apă de către organism. Bilanțul apei este afectat de o serie întreagă de condiții de mediu: umiditatea aerului, cantitatea și distribuția precipitațiilor, abundența și înălțimea apelor subterane, direcția și puterea vântului.
Consumul de apă de către plante este determinat în mare măsură de umiditatea relativă a aerului. Într-un climat mai umed, celelalte lucruri fiind egale, plantele cheltuiesc mai puțină umiditate pentru formarea materiei uscate. În zona temperată, productivitatea transpirației este de aproximativ 3 g de substanță uscată la un debit de 1 litru de apă. Cu o creștere a umidității aerului, semințele, fructele și alte organe ale plantelor conțin mai puține proteine, carbohidrați și elemente minerale. . În plus, sinteza clorofilei în frunze și tulpini este redusă, dar în același timp creșterea este îmbunătățită și procesele de îmbătrânire sunt inhibate. Cu o saturație ridicată a aerului cu vapori de apă, pâinea se coace foarte lent și, uneori, nu se coace deloc. Umiditatea aerului are o mare influență asupra cantității și calității recoltei, funcționării mașinilor agricole. La umiditate ridicată a aerului, pierderile de recoltă cresc în timpul treieratului și recoltării, iar procesele de maturare a semințelor după recoltare încetinesc, ceea ce în cele din urmă reduce siguranța acestora.
În funcție de relația cu umiditatea, plantele sunt împărțite în două grupe ecologice: poikilohidrură și homoihidrură. Primii nu au mecanisme speciale de reglare a hidratării (udarii) corpului lor; prin natura pierderii de umiditate, practic nu diferă de țesătura de bumbac umed. Plantele poikilohidride includ plante inferioare, mușchi și multe ferigi. Marea majoritate a plantelor cu semințe sunt homohidridice și au mecanisme speciale (aparat stomatic, tricomi pe frunze etc.) de reglare a regimului intern de apă. Poikilohidriditatea printre angiosperme este extrem de rară și este cel mai probabil de origine secundară, adică este un fel de adaptare la regimul xeric. Un exemplu rar de angiospermă poikilohidridă este rogozul umflat din deșert sau ilak (Carex physoides).
După regimul lor caracteristic de apă, plantele homohidride se împart în hidrofite, helofite, higrofite, mezofite, xerofite, ultraxerofite.
Hidrofite (din grecescul hydor - apă + phyton) - plante acvatice, care plutesc liber sau se înrădăcinează pe fundul unui rezervor sau complet scufundate în apă (uneori cu frunze plutind la suprafață sau cu inflorescențe expuse deasupra apei). Absorbția apei și a sărurilor minerale se realizează pe întreaga suprafață a plantei. La hidrofitele plutitoare, sistemul radicular este mult redus și uneori își pierde funcțiile (de exemplu, la linte de rață). Mezofila frunzelor subacvatice nu este diferentiata, nu exista cuticule si stomate.Vallisneria sunt exemple de hidrofite (Vallisneria spiralis), elodea canadiană (Elodea canadensis), iaz plutind (Potamogeton natans), Aldrovanda vesicularis (Aldrovanda vesiculosa), nufărul alb (Nymphaea alba), galben de ou (Nuphar luteum) etc. Aceste specii se caracterizează printr-o dezvoltare puternică a țesutului purtător de aer - aerenchim, un număr mare de stomatele în frunzele plutitoare, dezvoltarea slabă a țesuturilor mecanice și uneori eterogenitate.
Helofitele (din grecescul helos - mlaștină) sunt plante acvatice și terestre care cresc atât în apă în ape puțin adânci, cât și de-a lungul malurilor îmbibate ale râurilor și rezervoarelor; poate trăi și pe un sol umezit abundent departe de corpurile de apă. Se găsesc numai în condiții de aprovizionare constantă și abundentă cu apă. Helofitele includ stuful comun; pătlagină chastukha (Alisma plantago-aquaucd), vârf de săgeată vârf de săgeată (Sagitaria sagittifolia), susak umbrela (Butomus umbellatus) si altele.Helofitele pot rezista lipsei de oxigen din sol.
Higrofitele (din greaca hygros - umede) sunt plante terestre care cresc in conditii de umiditate ridicata a solului si a aerului. Ele se caracterizează prin saturația țesuturilor cu apă până la 80% și mai mult, prezența stomatelor de apă. Există două grupe ecologice de higrofite:
Umbrite, crescând sub coronamentul pădurilor umede din diferite zone climatice, ele se caracterizează prin stomate de apă - hidatode, care le permit să absoarbă apa din sol și să transporte elemente minerale, chiar dacă aerul este saturat cu vapori de apă; higrofitele de umbră includ sensibile comune (impactens noli-tangere), circul din Paris (Circaea lutetiana), măcriș comun;
· ușoare, crescând în habitate deschise, unde solul și aerul sunt constant umede; acestea includ papirus (Cyperus papirus), roată cu frunze rotunde (Drosera rotundifolia), paie de mlaștină (Galium palustre), semănat orez, gălbenele de mlaștină (Caltha palustrts).
Higrofitele se caracterizează printr-o adaptabilitate slabă la reglarea udării țesuturilor, prin urmare, plantele smulse din acest grup se ofilesc foarte repede. Astfel, higrofitele de la plantele terestre homoihidride sunt cele mai apropiate de formele poikilohidride. Hidrofitele, helofitele și higrofitele au un echilibru hidric pozitiv.
Mezofite (din greaca. mesos - mediu) - plante adaptate la viata in conditii de aprovizionare medie cu apa. Ele prezintă o viabilitate ridicată în condiții de temperatură moderată și nutriție minerală moderată. Ele pot tolera seceta scurtă, nu foarte severă. Majoritatea covârșitoare a culturilor cultivate, precum și a plantelor din păduri și pajiști, aparțin acestui grup. În același timp, mezofiții sunt atât de diversi ca organizare morfofiziologică și adaptare la diferite habitate, încât este dificil să le oferim o definiție generală. Ele constituie o gamă diversă de plante intermediare între higrofite și xerofite. În funcție de distribuția în diferite zone climatice, A. Shennikov (1950) a identificat următoarele cinci grupe de mezofite: mesrfite veșnic verzi ale pădurilor tropicale umede - copaci și arbuști [*], vegetand tot timpul anului fără o pauză sezonieră pronunțată; se caracterizează prin frunze mari cu hidatode, adesea astfel de frunze au un punct la capăt care drenează apa; pielea, căderea și disecția frunzelor asigură siguranța acestora în timpul ploilor (filodendron - Filodendron, ficus - ficus elastica si etc.); frunzele superioare largi și dense ale plantelor din grup sunt adaptate la lumină puternică, se caracterizează printr-o cuticulă groasă, un parenchim columnar bine definit, un sistem conducător suficient de dezvoltat și țesuturi mecanice;
Mezofitele lemnoase de culoare verde-iarnă, sau tropofite (din grecescul tropos - rândul său), sunt, de asemenea, specii predominant din zonele tropicale și subtropicale, dar nu comune în pădurile tropicale, ci în savane; își aruncă frunzele și intră în repaus în timpul perioadei uscate de vară; au complexe tegumentare bine definite - periderm și crusta; un reprezentant tipic este baobabul;
mezofite lemnoase verzi de vară - plante cu climă temperată, copaci și arbuști care își pierd frunzele și cad într-o stare de repaus în timpul sezonului rece; acestea includ majoritatea arborilor de foioase din zonele reci și temperate; căderea frunzelor iarna servește ca o adaptare pentru reducerea evaporării în lunile reci, când absorbția apei din sol este dificilă; de mare importanță pentru acest subgrup de mezofite sunt complexele tegumentare (periderm și crusta), precum și dispozitivele de protecție a rinichilor de pierderea apei; cu toate acestea, iarna, plantele pierd o cantitate semnificativă de umiditate; Evaporarea are loc în principal prin cicatricile frunzelor și mugurii slab protejați;
mezofite erbacee perene verzi de vară - plante cu climă temperată, ale căror părți aeriene mor de obicei pentru iarnă, cu excepția mugurilor de reînnoire protejați; grup foarte mare cei mai tipici reprezentanți sunt ierburile perene de luncă (iarba de luncă - phleum pratense, trifoi de luncă, etc.) și ierburi de pădure (ascurca parfumată - Asperula odorata, copita europeană etc.); frunzele se caracterizează printr-o mezofilă diferențiată, deși la plantele forestiere (sciofite și hemisciofite) țesutul de palisade nu este adesea exprimat; elementele conducătoare sunt moderat dezvoltate; epiderma este subțire, cuticula nu este întotdeauna prezentă; țesuturile mecanice sunt moderat sau slab dezvoltate;
efemere și efemeroide (din grecescul ephemeros - de o zi) - plante anuale (efemere) și bi- sau perene (efemeroide) care vegetează pentru o scurtă perioadă umedă în condiții aride, inactivează în sezonul uscat; de exemplu, plante de deșert și stepe uscate: efemer - musca de primăvară, sfeclă roșie mică (minute Alyssum) si etc.; efemeroide - iarbă albastră vivipară, sau creț (Poa bulbosa subsp. vMparum) diferite tipuri de lalele (Tulipa), arcuri de gâscă (Gagea) irisi (Iris) ferul (Ferula) si etc.; caracterizată prin absența adaptării structurale la lipsa de umiditate, dar semințele sunt capabile să tolereze uscarea puternică și temperaturile ridicate; efemeroidele bulboase și bulboase se caracterizează prin rădăcini contractile (retractante), care asigură retragerea mugurului de reînnoire sub sol pentru o perioadă nefavorabilă.
Trebuie remarcat faptul că nu toți oamenii de știință sunt de acord cu atribuirea efemerelor deșertului și efemeroidelor grupului de mezofiți și le clasifică drept xerofite (înțelegând acest din urmă termen foarte larg).
Xerofitele (din greaca xeros) sunt plante adaptate la viata in conditii de aprovizionare cu apa redusa. Ei tolerează solul și seceta atmosferică, deoarece au o varietate de adaptări pentru viață într-un climat cald, cu precipitații foarte puține. Cea mai importantă caracteristică a xerofitelor este formarea de adaptări morfofiziologice la efectele nocive ale secetei atmosferice și ale solului. În cele mai multe cazuri, xerofitele au adaptări care limitează transpirația: lipsa frunzelor, frunzele mici, căderea frunzelor de vară și pubescența. Multe dintre ele sunt capabile să reziste la deshidratare destul de severă pentru o perioadă lungă de timp, menținând în același timp viabilitatea. Figura 12 a arătat o foaie cu dispozitive pentru limitarea evaporării.
În funcție de caracteristicile structurale ale organelor și țesuturilor, metodelor de reglare a regimului apei, se disting următoarele trei tipuri de xerofite.
Primul tip este euxerophytes (din greaca eu - real), sau sclerophytes (din greaca skleros - solid), sau xerophytes propriu-zis; în aparență, acestea sunt plante uscate, dure. Chiar și în perioada de alimentare cu apă completă, udarea țesuturilor lor este mică. Sclerofitele sunt foarte rezistente la ofilire - pot pierde până la 25% umiditate fără a se răni în mod vizibil. Citoplasma lor rămâne vie cu o deshidratare atât de gravă încât ar fi dăunătoare altor plante. O altă caracteristică a euxerofitelor este presiunea osmotică crescută a sevei celulare, ceea ce face posibilă creșterea semnificativă a puterii de aspirare a rădăcinilor.
Anterior, se credea că intensitatea transpirației sclerofiților, precum și a altor xerofite, este foarte scăzută, dar lucrările lui N. Maksimov (1926, 1944) au arătat că, în condiții favorabile de alimentare cu apă, aceste plante transpira mai intens decât mezofite, în special în ceea ce privește frunza de suprafață unitară. I. Kultiasov (1982) a subliniat că, aparent, principala caracteristică a xerofitelor este rezistența lor ridicată la secetă, care depinde de proprietățile citoplasmei, precum și de capacitatea de a utiliza eficient umiditatea după ploaie. Morfologia caracteristică „sclerofită” (dezvoltarea puternică a țesuturilor mecanice și tegumentare, frunze mici etc.) are valoare protectoare în cazul dificultăților de alimentare cu apă.
Sistemul radicular al euxerofitelor este foarte ramificat, dar superficial (mai puțin de 1 m). Grupul luat în considerare include multe plante din stepele noastre, semi-deșerturile și deșerturile noastre: pelin (pământ alb Artemisia terrae-albae, Lerha - A lerchlana etc.), Veronica cu părul cărunt (Veronica incana) si etc.
D. Kolpinov (1957) a evidențiat un grup special de euxerofite - stipaxerophytes (din latină stipa - iarbă cu pene). Include ierburi cu frunze înguste, cum ar fi iarba cu pene, păstucul (Festuca valesiaca). Plantele din grup se disting printr-un sistem puternic de rădăcină care utilizează umiditatea dușurilor de scurtă durată. Stipaxerofitele sunt sensibile la deshidratare și tolerează doar o lipsă de umiditate pe termen scurt.
Al doilea tip de xerofite - hemixerofitele (din greacă hemi - jumătate) au un sistem radicular adânc care ajunge la nivelul apei subterane (până la 10 m sau mai mult), adică sunt freatofite (vezi mai jos).
Al treilea tip de xerofite - suculente (din lat. succulentus - suculent), spre deosebire de xerofitele din tipurile descrise mai sus, au un țesut parenchimatos bine dezvoltat, care reține apa. În funcție de locația sa, se disting suculentele din frunze și tulpini. Agavele sunt exemple ale primelor. (Agava) aloe (Aloe) stonecrops (Sedum) etc. La suculentele cu tulpină, frunzele sunt de obicei reduse, iar aceste specii stochează apă în tulpini (cactusi și euforieni de cactus).
Sistemul radicular al suculentelor este de obicei superficial. Se disting prin capacitatea de a stoca apa atunci cand este in exces in mediu, de a o retine o perioada indelungata si de a o folosi economic. Transpirația în suculente este extrem de scăzută. Pentru a o reduce, plantele au o serie de caracteristici adaptive în structură, inclusiv originalitatea formelor părților aeriene, demonstrând „cunoașterea” legilor geometriei. Se știe că corpurile sferice (în special o minge) au cel mai mic raport dintre suprafață și volum. Îngroșarea frunzelor și a tulpinilor, adică aducerea lor mai aproape de o formă sferică sau cilindrică, este o modalitate de a reduce suprafața de transpirație, menținând în același timp masa necesară. În multe plante suculente, epiderma este protejată de o cuticulă, înveliș de ceară și pubescență. Stomatele sunt puține și de obicei închise în timpul zilei. Această din urmă împrejurare creează dificultăți pentru fotosinteză, deoarece absorbția dioxidului de carbon de către aceste plante poate avea loc mai ales noaptea: accesul CO 2 și lumina nu coincide în timp. Prin urmare, suculentele au dezvoltat un mod special de fotosinteză - așa-numitul „mod CAM”, în care sursa de CO 2 este parțial produse ale respirației.
Răspunsul sistemului radicular la alimentarea cu apă a fost bine studiat la plantele cultivate. Figura 16 arată adâncimea de pătrundere în sol a sistemului radicular al grâului de iarnă la diferite cantități de precipitații.
Orez. 16. Sistemul radicular al grâului de toamnă (gen Triticum):
1
- cu o cantitate mare de precipitatii; 2
- cu o medie; 3
- cu un mic
Există o clasificare specială a grupurilor ecologice de plante, ținând cont de utilizarea lor a umidității solului, adică în funcție de sursele de absorbție a umidității din substrat. În ea se disting freatofitele (din grecescul phreatos - o fântână) - plante al căror sistem de rădăcină este în mod constant conectat cu acviferele solurilor și rocile părinte care formează solul, ombrofitele (din grecescul ombros - ploaie) - plante care se hrănesc cu umiditate a precipitațiilor atmosferice și tricohidrofitele (din greacă trichos - păr) - plante asociate cu marginea capilară a apei subterane, care se află într-o stare de mobilitate constantă. Dintre freatofite se disting cele obligatorii si facultative; acestea din urmă sunt destul de apropiate de tricohidrofite. Freatofitele se caracterizează prin dezvoltarea unor organe subterane care pătrund adânc; la spinul cămilei (Alchagi)- până la 15 m, în forme arborescente de saxaul negru (Haloxylon aphyllum)- până la 25, la tamariscuri din Asia Centrală (Tamarix)- 7, la tamarisk din Africa de Nord - până la 30, la lucernă (Medicago sativa)- până la 15 m. Ombrofitele au un sistem de organe subterane superficiale, dar foarte ramificate, capabile să absoarbă umiditatea atmosferică într-un volum mare de sol. Reprezentanții tipici ai grupului sunt efemerii și efemeroizii din deșert. Trichohidrofitele se caracterizează printr-un sistem radicular de tip universal, combină caracteristicile freatofiților și ombrofiților. Freatofitele și tricohigrofitele sunt adesea clasificate ca hemixerofite.
Plantele sunt alimentate cu apă din două surse: precipitații și apă subterană. În ceea ce privește precipitațiile, ploaia și zăpada joacă cel mai important rol. Grindina, roua, ceața, bruma și înghețul ocupă o pondere mai modestă în bilanțul hidric al plantelor. Precipitațiile atmosferice pentru plante nu sunt doar o sursă de alimentare cu apă. Precipitațiile atmosferice solide, formând un strat de zăpadă, protejează solul și, în consecință, organele supraterane și subterane ale plantelor de temperaturi scăzute. Stratul de zăpadă în termeni ecologici afectează în mod semnificativ habitatul plantelor și animalelor - creează o rezervă de umiditate a solului, reduce semnificativ evaporarea umidității de către plante. De mare importanță pentru plantele agricole, precum și pentru productivitatea pășunilor și fânețelor, este distribuția precipitațiilor pe anotimp, forma lor, cantitatea și intensitatea precipitațiilor.
Ploile care dau o cantitate mare de precipitații într-un timp scurt (mai mult de 1 ... 2 mm/min) se numesc averse, sau averse. Furtunile sunt de obicei însoțite de vânturi puternice și au un impact negativ asupra terenurilor agricole. Cea mai mare cantitate de precipitații din Caucaz și Europa de Est în general (până la 2500 mm pe an) și ploi abundente în special cade pe coasta Mării Negre din Caucaz - Adzharia și Abhazia. Totuși, averse abundente (peste 5 mm/min) au fost înregistrate și în Ucraina. În general, odată cu înaintarea spre nord în interiorul continentului, cantitatea de precipitații crește mai întâi, atingând un maxim în zona temperată, apoi scade (nu se aplică zonelor de coastă); există un model în schimbarea altor indicatori climatici (Fig. 17).
Diferențele mari (Fig. 18) în cantitatea de precipitații între regiunile individuale ale Pământului, împreună cu regimul de temperatură, creează o diversitate de condiții de mediu pe planetă. Cele mai umede zone sunt situate în cursul superior al râului. Amazons, pe insulele Arhipelagului Malay.
Orez. 17. Profilul schematic al părții europene a Rusiei de la nord la sud, conform lui G. Vysotsky
Orez. 18. Distribuția anuală a precipitațiilor pe continent
În zona temperată, în locurile în care se observă dezghețuri frecvente, se urmărește moartea culturilor de iarnă din crusta de gheață. După dezgheț, apa topită de zăpadă acumulată pe câmpuri în microdepresiuni îngheață și acoperă culturile de iarnă cu o crustă de gheață. În acest caz, apare presiunea mecanică a gheții, care dăunează în special zonelor de cultivare și, în același timp, există o lipsă de oxigen.
Grosimea și densitatea stratului de zăpadă sunt importante pentru agricultură, silvicultură și gestionarea apei. Zăpada afanată protejează mai bine plantele care iernează în sol de răcire. Densitatea zăpezii este cea mai scăzută în timpul formării stratului de zăpadă, apoi crește constant și devine cea mai mare în perioada de topire a zăpezii. Prin urmare, până în primăvară, efectul protector al stratului de zăpadă este redus. Părțile plantelor care nu sunt acoperite cu zăpadă, în special în iernile reci și cu vânt, pierd rapid umiditatea și mor. La o temperatură a aerului de -21 °C sub zăpadă la suprafața solului, este de numai -5 °C. Dacă zăpada cade devreme și acoperă solul cu un strat suficient de gros, nu îngheață, plantele cresc și se dezvoltă normal. Sunt ierni când sub stratul de zăpadă găsești șofran înflorit (gen Şofran, dragoste cu două foi (Platanthera bifolia) si alte plante.
În condiții severe de iarnă la latitudini nordice înalte, precum și în munți, se dezvoltă spaliere speciale și forme pitice de plante lemnoase. Chiar și copacii cu tulpini mari ai zonei forestiere - molid siberian, zada siberiană și alții - în condițiile climatului arctic sunt transformați în forme târâtoare.
aerul atmosferic
Semnificația ecologică a precipitațiilor atmosferice în viața plantelor se manifestă și prin participarea lor ca solvent la fertilizarea nivelurilor inferioare ale plantelor lemnoase și erbacee cu substanțe minerale. În timpul ploii, picăturile care cad sunt saturate în aer cu substanțe volatile și vaporoase, acestea din urmă, împreună cu picătura, cad pe organele plantelor și pe suprafața solului. Împreună cu substanțele spălate din coroanele copacilor și absorbite de compușii volatili eliberați de plante, substanțele volatile și vaporoase care se formează ca urmare a activității antropice, precum și deșeurile microflorei solului, se dizolvă și se amestecă în precipitații.
Plantele erbacee nu sunt tipice pentru aceste ecosisteme, iar epifitele pădurilor tropicale aparțin subgrupurilor de xeromezofite sau higromezofite. Caracteristicile dislocării lor în coroanele copacilor sunt determinate de condițiile microclimatice.
Stratul puternic de aer care acoperă Pământul (atmosfera) protejează organismele vii de radiațiile ultraviolete puternice și radiațiile cosmice și previne fluctuațiile bruște ale temperaturii. Din punct de vedere ecologic, compoziția gazelor a atmosferei și mișcarea maselor de aer (vânt și curenți de convecție) nu sunt mai puțin importante.
La caracterizarea compoziției gazului aerului, se subliniază de obicei constanța acestuia. În aproape toate regiunile lumii, aerul uscat al troposferei (stratul inferior al atmosferei) conține aproximativ 78,1% azot, 21% oxigen, 0,032 % dioxid de carbon, urme de hidrogen, urme de gaze inerte. Alături de componentele constante, în aer există și componente gazoase, al căror conținut variază în funcție de timp și loc: diverse gaze industriale, amoniac, emisii gazoase din instalații etc.
Impactul ecologic direct al azotului liber predominant în aerul atmosferei este mic; în această formă, elementul chimic specificat își justifică numele, care în greacă înseamnă „nu susține viața”. Azotul legat este o componentă esențială și esențială a tuturor sistemelor biologice. Oxigenul atmosferic liber nu numai că susține viața (respirația), dar are și o origine biologică (fotosinteză). Astfel, deteriorarea stării lumii verzi a planetei noastre poate afecta semnificativ rezervele de oxigen liber din atmosferă.
Aproximativ 21% din oxigenul eliberat în timpul fotosintezei și conținut în aer este consumat de plante, animale și oameni în procesul de respirație. Un copac adult emite până la 180 de litri de oxigen pe zi. O persoană consumă aproximativ 360 de litri de oxigen pe zi în absența efortului fizic și până la 900 de litri cu muncă intensivă. O mașină la 1000 km consumă norma anuală de oxigen consumată de o persoană, iar o linie cu reacție consumă 35 de tone de oxigen pentru un zbor din Europa către America.
Conținutul de dioxid de carbon din aer depinde și mai mult de activitatea vitală a diferitelor organisme. Cele mai importante surse naturale de CO 2 sunt respirația, fermentația și degradarea - ponderea totală a acestor procese reprezintă 5,6,1% din emisiile de CO 2 în atmosferă. Aproximativ 38% din dioxidul de carbon intră în aer din sol („respirația solului”); 0,1% - în timpul erupțiilor vulcanice. O sursă destul de semnificativă de CO 2 sunt incendiile de pădure și stepă, precum și arderea combustibilului - până la 0,4%. Această din urmă cifră este în continuă creștere: în 1970, ca urmare a activității antropice, 0,032% din aportul anual de CO 2 a intrat în aer, conform previziunilor oamenilor de știință, până în anul 2000, ponderea sursei considerate va crește la 0,038 ... 0,04%.
Activitatea umană are, de asemenea, un efect semnificativ asupra vitezei de fixare a dioxidului de carbon în biosferă. Acest lucru se datorează în principal defrișărilor excesive și poluării oceanelor. În timpul fotosintezei, plantele leagă anual 6 ... 7% din CO 2 din aer, iar procesul este cel mai intens în ecosistemele forestiere. Pădurea tropicală fixează 1...2 kg de dioxid de carbon la 1 m 2 pe an, doar 1% din această cantitate se înregistrează în tundra și deșerturi. În total, ecosistemele terestre înregistrează 20...30 miliarde de tone de CO 2 pe an.Aproximativ aceeași cantitate este înregistrată de fitoplanctonul Oceanului Mondial.
Creșterea conținutului de dioxid de carbon din atmosferă are consecințe negative asupra mediului la scară planetară și se manifestă sub forma unui „efect de seră”. În termeni generali, acest efect poate fi caracterizat ca o încălzire constantă a climei, cauzată de faptul că, asemenea unui film dintr-o seră, CO 2 acumulat în cantitate excesivă împiedică scurgerea radiațiilor termice cu undă lungă de pe suprafața Pământului. , în timp ce trece liber razele soarelui. Manifestările specifice ale „efectului de seră” nu sunt aceleași în diferite regiuni. Într-un caz, acestea sunt secete fără precedent, în celălalt, dimpotrivă, o creștere a precipitațiilor, ierni neobișnuit de calde etc.
Dintre componentele nepermanente ale aerului atmosferic, cele mai nefavorabile din punct de vedere ecologic pentru plante (atât pentru oameni, cât și pentru animale) sunt gazele industriale - dioxid de sulf, fluor, acid fluorhidric, cloruri, dioxid de azot, amoniac etc. Vulnerabilitatea ridicată a organismelor vegetale. la „otrăvurile de aer” se explică prin lipsa adaptării speciale la factorul relativ recent amintit. Rezistența relativă a unor instalații la gazele industriale este asociată cu preadaptarea lor, adică prezența anumitor caracteristici care s-au dovedit a fi utile în condiții noi. Astfel, copacii de foioase tolerează mai ușor poluarea aerului decât coniferele, ceea ce se explică prin căderea anuală a frunzelor primelor, ceea ce le oferă posibilitatea de a elimina în mod regulat substanțele toxice din așternut. Cu toate acestea, chiar și la plantele de foioase, cu o compoziție gazoasă nefavorabilă a atmosferei, ritmul dezvoltării sezoniere este perturbat: înflorirea mugurilor este întârziată, căderea frunzelor are loc mult mai devreme.
Factorii abiotici sunt componente ale naturii neînsuflețite. Acestea includ: climatice (lumină, temperatură, apă, vânt, atmosferă etc.), care acționează asupra tuturor habitatelor organismelor vii: apă, aer, sol, corpul altui organism. Acțiunea lor este întotdeauna cumulativă.
Ușoară- unul dintre cei mai importanți factori biotici, este sursa vieții pentru toată viața de pe pământ. În viața organismelor, nu numai razele vizibile sunt importante, ci și altele care ajung la suprafața pământului: ultraviolete, infraroșii, electromagnetice. Cel mai important proces care are loc la plantele de pe Pământ cu participarea energiei solare: fotosinteza. În medie, 1-5% din lumina care cade pe o plantă este folosită pentru fotosinteză și este transferată mai departe de-a lungul lanțului trofic sub formă de energie stocată.
fotoperiodism- adaptarea plantelor si animalelor la o anumita durata a zilei.
În plante: există specii iubitoare de lumină și tolerante la umbră. Unele specii cresc în zone luminate (cereale, mesteacăn, floarea soarelui), altele cu lipsă de lumină (ierburi de pădure, ferigi), speciile tolerante la umbră pot crește în diferite condiții, dar în același timp își schimbă aspectul. Un pin care a crescut singur are o coroană densă și largă; într-un arbore de pădure, coroana este formată în partea superioară, iar trunchiul este gol. Există plante de zi scurtă și lungă.
În rândul animalelor, lumina este un mijloc de orientare în spațiu. Unele sunt adaptate să trăiască în lumina soarelui, altele sunt nocturne sau crepusculare. Există animale, cum ar fi alunițele, care nu necesită lumină solară.
Temperatura Intervalul de temperatură la care este posibilă viața este foarte mic. Pentru majoritatea organismelor, este determinat de la 0 la +50C.
Factorul de temperatură a pronunțat fluctuații sezoniere și zilnice. Temperatura determină viteza proceselor biochimice din celulă. Determină aspectul organismului și lărgimea distribuției geografice. Organismele care pot rezista la o gamă largă de temperaturi sunt numite euriterme. Organismele stenoterme trăiesc într-un interval restrâns de temperaturi.
Unele organisme sunt mai bine adaptate să suporte temperaturi nefavorabile (înalte sau scăzute) ale aerului, altele temperatura solului. Există un grup mare de organisme cu sânge cald care sunt capabile
menține temperatura corpului la un nivel stabil. Capacitatea organismelor de a-și suspenda activitatea vitală la temperaturi adverse se numește anabioză.
Apă Nu există organisme vii pe pământ care să nu conțină apă în țesuturile lor. Conținutul de apă din organism poate ajunge la 60-98%. Cantitatea de apă necesară pentru dezvoltarea normală variază în funcție de vârstă. Organismele sunt deosebit de sensibile la deficiența de apă în timpul sezonului de reproducere.
În raport cu regimul apei, plantele sunt împărțite în 3 grupuri mari:
Higrofitele- Plante din locurile umede. Ei nu pot tolera deficitul de apă.
mezofiții- Plante din habitate moderat umede. Sunt capabili să tolereze seceta solului și a aerului pentru o perioadă scurtă de timp. Aceasta este majoritatea culturilor agricole, ierburi de luncă.
Xerofite- plante din habitatele uscate. Sunt adaptate mult timp pentru a suporta lipsa apei din cauza unor dispozitive speciale. Frunzele se transformă în spini sau, de exemplu, în suculente, celulele cresc la dimensiuni enorme, depozitând apă în sine. Pentru animale, există și o clasificare similară. Numai sfârșitul phyta se schimbă în phyla: higrofile, mezofile, xerofile.
Atmosfera Atmosfera stratificată care acoperă pământul și stratul de ozon, situate la o altitudine de 10-15 km, protejează toate viețuitoarele de radiațiile ultraviolete puternice și radiațiile cosmice. Compoziția de gaz a atmosferei moderne este de 78% azot, 21% oxigen, 0,3-3% vapori de apă, 1% cade pe alte elemente chimice.
Solul sau factori edafici. Solul este un corp natural bioinert format sub influența naturii animate și neînsuflețite. Ea este fertilă. Plantele consumă azot, fosfor, potasiu, calciu, magneziu, bor și alte oligoelemente din sol. Creșterea, dezvoltarea și productivitatea biologică a plantelor depind de disponibilitatea nutrienților în sol. Atât deficiența, cât și excesul de nutrienți pot deveni un factor limitator. Unele specii de plante s-au adaptat la un exces de un element, cum ar fi calciul, și sunt numite calciofile.
Solul este caracterizat de o anumită structură, care depinde de humus - un produs al activității vitale a microorganismelor, ciupercilor. Solul în compoziția sa are aer și apă, care interacționează cu alte elemente ale biosferei.
Cu vânt, apă sau altă eroziune, acoperirea solului este distrusă, ceea ce duce la pierderea fertilității solului.
Factori orografici – teren. Terenul nu este un factor direct, dar are o mare importanță ecologică ca factor indirect care redistribuie factorii climatici și alți factori abiotici. Cel mai frapant exemplu de influență a reliefului este zonalitatea verticală caracteristică regiunilor muntoase.
Distinge:
nanorelieful - acestea sunt grămezi lângă vizuini pentru animale, denivelări în mlaștini etc.;
microrelief - pâlnii mici, dune;
mezorelief - râpe, grinzi, văi ale râurilor, dealuri, depresiuni;
macrorelief - platouri, câmpii, lanțuri muntoase, i.e. limite geografice semnificative care au un impact semnificativ asupra mișcării maselor de aer.
factori biotici. Organismele vii sunt influențate nu numai de factori abiotici, ci și de organismele vii înseși. Grupul acestor factori include: fitogeni, zoogeni și antropici.
Influența factorilor biotici asupra mediului este foarte diversă. Într-un caz, când specii diferite se influențează reciproc, ele nu au niciun efect (0), în celălalt caz, efectele sunt favorabile (+) sau nefavorabile (-).
Tipuri de relații de vizualizare
Neutralism (0,0) – speciile nu se influențează reciproc;
Competiție (-,-) - fiecare specie are un efect negativ, suprimând-o pe cealaltă și înlocuind-o pe cea mai slabă;
Mutualismul (+,+) - una dintre specii se poate dezvolta normal numai în prezența altei specii (simbioza plantelor și ciupercilor);
Protocooperare (+,+) - cooperare, influență reciproc avantajoasă, nu la fel de dură ca în cazul mutualismului;
Comensalism (+, 0) o specie beneficiază de coexistență;
Amensalism (0,-) - o specie este asuprită, cealaltă specie nu este asuprită;
Influența antropogenă se încadrează în această clasificare a relațiilor dintre specii. Dintre factorii biotici, acesta este cel mai puternic. Poate fi direct sau indirect, pozitiv sau negativ. Impactul antropic asupra mediului abiotic și biotic este discutat în continuare în manual din punctul de vedere al conservării naturii.
3.1. Factori abiotici
Factorii abiotici (din greacă - fără viață) sunt componente și fenomene de natură neînsuflețită, anorganică, care afectează direct sau indirect organismele vii. Conform clasificării existente, se disting următorii factori abiotici: climatici, edafici (sol), orografici sau topografici, hidrografici (mediu acvatic), chimici (tabelul 1). Unii dintre cei mai importanți factori abiotici sunt lumina, temperatura și umiditatea.
Tabelul 1 - Clasificarea factorilor de mediu de mediu
Factori abiotici |
Biotic |
Antropic |
Climatic: radiația solară, condițiile de lumină și lumină, temperatură, umiditate, precipitații, vânt, presiune etc. edafic: compozitia mecanica si chimica a solului, capacitatea de umiditate, apa, aerul si conditiile termice ale solului, nivelul apei subterane etc. Orografice (topografice): relief (se referă la factorii de mediu care acționează indirect, deoarece nu afectează direct viața organismelor); expunerea (localizarea elementelor de relief în raport cu punctele cardinale și vânturile predominante care aduc umezeală); înălțime deasupra nivelului mării. Hidrografic: factori ai mediului acvatic. Chimic: compoziția de gaz a atmosferei, compoziția de sare a apei. |
Fitogenic (influența plantelor) Zoogenic (influență animale) Factorii biotici sunt împărțiți în: competiție, pradare, |
cu activități umane |
Ușoară. Radiația solară este principala sursă de energie pentru toate procesele care au loc pe Pământ. În spectrul radiației solare, există zone care diferă ca acțiune biologică: ultraviolete, vizibile și infraroșii. Razele ultraviolete cu o lungime de undă mai mică de 0,290 microni sunt dăunătoare tuturor viețuitoarelor. Această radiație este întârziată de stratul de ozon al atmosferei, iar doar o parte din razele ultraviolete (0,300–0,400 microni) ajung la suprafața Pământului, în doze mici având un efect benefic asupra organismelor.
Razele vizibile au o lungime de undă de 0,400-0,750 microni și reprezintă cea mai mare parte a energiei radiației solare care ajunge la suprafața pământului. Aceste raze sunt deosebit de importante pentru viața pe Pământ. Plantele verzi folosesc energia acestei părți particulare a spectrului solar pentru a sintetiza substanțe organice. Razele infraroșii cu o lungime de undă mai mare de 0,750 microni nu sunt percepute de ochiul uman, ci sunt percepute ca căldură și reprezintă o sursă importantă de energie internă. Prin urmare, lumina acționează asupra organismelor în mod ambiguu. Pe de o parte, este sursa primară de energie, fără de care viața pe Pământ este imposibilă, pe de altă parte, poate avea un impact negativ asupra organismelor.
Modul de lumină . Când trece prin aerul atmosferic, lumina soarelui (Figura 3.1) este reflectată, împrăștiată și absorbită. Fiecare habitat este caracterizat de un anumit regim de lumină. Este stabilit de raportul dintre intensitate (putere), cantitate și calitatea luminii. Indicatorii regimului de lumină sunt foarte variabili și depind de locația geografică, teren, altitudine, condițiile atmosferice, perioada anului și ziua, tipul de vegetație și alți factori. Intensitatea sau puterea luminii este măsurată prin numărul de jouli pe 1 cm2 de suprafață orizontală pe minut. Acest indicator este cel mai semnificativ afectat de caracteristicile reliefului: pe versanții sudici, intensitatea luminii este mai mare decât pe cei nordici. Cea mai intensă este lumina directă, dar plantele folosesc mai pe deplin lumina difuză. Cantitatea de lumină este un indicator care este determinat de radiația totală. Pentru a determina regimul de lumină, se ia în considerare și cantitatea de lumină reflectată, așa-numitul albedo. Este exprimată ca procent din radiația totală. De exemplu, albedo-ul frunzelor verzi de artar este de 10%, iar cel al frunzelor îngălbenite de toamnă este de 28%. Trebuie subliniat faptul că plantele reflectă în principal razele care sunt inactive din punct de vedere fiziologic.
În ceea ce privește lumina, se disting următoarele grupe ecologice de plante: iubitoare de lumină(ușoară), iubitoare de umbre(umbră), tolerant la umbră. Speciile iubitoare de lumină trăiesc în zona pădurii în zone deschise și sunt rare. Ele formează o acoperire de vegetație rară și joasă pentru a nu se ascunde reciproc. Plantele iubitoare de umbră nu suportă lumina puternică și trăiesc sub baldachinul pădurii la umbră constantă. Acestea sunt în mare parte ierburi de pădure. Plantele tolerante la umbră pot prospera în lumină bună, dar tolerează puțină umbră. Acestea includ majoritatea plantelor forestiere. În legătură cu un astfel de habitat specific, aceste grupuri de plante se caracterizează prin anumite trăsături adaptative. În pădure, plantele tolerante la umbră formează plantații dens închise. Arborii și arbuștii toleranți la umbră pot crește sub baldachinul lor, iar dedesubt pot crește și mai mulți arbuști și ierburi toleranți la umbră și iubitoare de umbră.
Figura 3.1 - Bilanțul radiației solare la suprafață
Pământul în timpul zilei (conform lui N. I. Nikolaykin, 2004)
Lumina este o condiție pentru orientarea animalelor. Dintre animale se disting specii diurne, nocturne și crepusculare. Regimul de lumină afectează și distribuția geografică a animalelor. Astfel, anumite specii de păsări și mamifere se stabilesc la latitudini mari cu o zi polară lungă vara, iar toamna, când ziua se scurtează, migrează sau migrează spre sud.
Unul dintre cei mai importanți factori de mediu, un factor de neînlocuit și universal, este temperatura . Determină nivelul de activitate al organismelor, afectează procesele metabolice, reproducerea, dezvoltarea și alte aspecte ale vieții lor. Distribuția organismelor depinde de aceasta. De menționat că, în funcție de temperatura corpului, se disting organisme poikiloterme și homeoterme. Organismele poikiloterme (din greacă - diferite și calde) sunt animale cu sânge rece, cu o temperatură internă a corpului variabilă care variază în funcție de temperatura ambiantă. Acestea includ toate nevertebratele și vertebratele - pești, amfibieni și reptile. Temperatura corpului lor, de regulă, este mai mare decât temperatura ambiantă cu 1–2 ° C sau egală cu aceasta. Odată cu creșterea sau scăderea temperaturii mediului dincolo de valorile optime, aceste organisme cad în stupoare sau mor. Absența unor mecanisme de termoreglare perfecte la animalele poikiloterme se datorează dezvoltării relativ slabe a sistemului nervos și nivelului scăzut de metabolism în comparație cu organismele homoioterme. Organismele homeoterme sunt animale cu sânge cald a căror temperatură este mai mult sau mai puțin constantă și, de regulă, nu depinde de temperatura ambiantă. Acestea includ mamiferele și păsările, la care constanța temperaturii este asociată cu o rată metabolică mai mare în comparație cu organismele poikiloterme. În plus, au un strat termoizolant (penaj, blană, strat de grăsime). Temperatura lor este relativ ridicată: la mamifere este de 36–37 ° C, iar la păsări în repaus - până la 40–41 ° C.
Regimul termic . După cum sa menționat, temperatura este un factor important de mediu care afectează existența, dezvoltarea și distribuția organismelor. În același timp, nu numai cantitatea absolută de căldură este importantă, ci și distribuția acesteia în timp, adică regimul termic. Regimul termic al plantelor constă în condiții de temperatură, care se caracterizează printr-o durată sau alta și se modifică într-o anumită secvență, în combinație cu alți factori. La animale, de asemenea, în combinație cu o serie de alți factori, determină activitatea lor zilnică și sezonieră. Regimul termic este relativ constant pe tot parcursul anului doar în zonele tropicale. Spre nord și sud, fluctuațiile zilnice și sezoniere ale temperaturii cresc odată cu distanța față de ecuator. Plantele și animalele, adaptându-se la ele, manifestă nevoi diferite de căldură în diferite perioade. De exemplu, germinarea semințelor are loc la temperaturi mai scăzute decât creșterea lor ulterioară, perioada de înflorire necesită mai multă căldură decât perioada de coacere a fructelor. În diferite organisme, procesele biologice la temperaturi optime se supun regula van't Hoff, conform căreia viteza reacțiilor chimice crește de 2-3 ori cu o creștere a temperaturii la fiecare 10 ° C. Pentru plante, ca și animale, cantitatea totală de căldură pe care o pot primi din mediu este importantă. Temperaturile care se situează peste pragul inferior de dezvoltare și nu depășesc pragul superior se numesc temperaturi efective. Cantitatea de căldură necesară dezvoltării este determinată de suma temperaturilor efective sau de suma căldurii. Temperatura efectivă este ușor de determinat, cunoscând pragul inferior de dezvoltare și temperatura observată. De exemplu, dacă pragul inferior pentru dezvoltarea unui organism este de 10°C, iar temperatura în acest moment este de 25°C, atunci temperatura efectivă va fi de 15°C (25–10°C). Suma temperaturilor efective pentru fiecare specie de plante și animale poikiloterme este o valoare relativ constantă.
Plantele au diverse adaptări anatomice, morfologice și fiziologice care atenuează efectele nocive ale temperaturilor ridicate și scăzute: intensitatea transpirației (atunci când temperatura scade, evaporarea apei prin stomată are loc mai puțin intens și, ca urmare, transferul de căldură scade. si invers); acumularea în celule de săruri care modifică temperatura de coagulare a plasmei, proprietatea clorofilei de a împiedica pătrunderea celei mai fierbinți lumini solare. Acumularea zahărului și a altor substanțe în celulele plantelor rezistente la îngheț, care cresc concentrația de seva celulară, face planta mai rezistentă și are o mare importanță pentru termoreglarea lor. Influența regimului termic poate fi urmărită și la animale. Pe măsură ce distanța de la poli la ecuator crește, mărimile animalelor apropiate sistematic, cu o temperatură variabilă a corpului, iar cu o temperatură constantă a corpului, acestea scad. Această poziție reflectă regula lui Bergman. Unul dintre motivele acestui fenomen este creșterea temperaturii la tropice și subtropice. În formele mici, suprafața relativă a corpului crește și transferul de căldură crește, ceea ce afectează negativ animalele din latitudini temperate și înalte, în primul rând asupra animalelor cu temperatură variabilă a corpului. Temperatura corpului organismelor are un efect de modelare semnificativ. Sub influența factorului termic, ele formează astfel de caracteristici morfologice ca o suprafață reflectorizante; depozite de grăsime, pufos, tegumente de pene și lână la păsări și mamifere. În Arctica, la înălțimea munților, majoritatea insectelor sunt de culoare închisă, ceea ce contribuie la creșterea absorbției luminii solare. La animalele cu o temperatură constantă a corpului în zonele climatice reci, există tendința de a reduce zona părților proeminente ale corpului - regula lui Allen, deoarece dau cea mai mare cantitate de căldură mediului (Figura 3.2). La mamifere, la temperaturi scăzute, dimensiunea cozii, membrelor și urechilor este relativ redusă, iar linia părului se dezvoltă mai bine. Deci, dimensiunea urechilor vulpii (locuitor al tundrei) este mică, ele cresc la vulpe, tipice latitudinilor temperate, și devin destul de mari la vulpe (locuitor în deșerturile Africii). În general, în raport cu temperatura, modificările anatomice și morfologice atât la plante, cât și la animale vizează în primul rând reglarea nivelului de pierdere de căldură. Pe parcursul unei lungi dezvoltări istorice, adaptându-se la schimbările periodice ale condițiilor de temperatură, organismele, inclusiv cele care trăiesc în păduri, au dezvoltat nevoi diferite de căldură în diferite perioade ale vieții.
Figura 3.2 - Diferențele în lungimea urechilor la trei specii de vulpi,
locuind în zone geografice diferite
(după A. S. Stepanovskikh, 2003)
Regimul termic afectează și distribuția plantelor și animalelor pe tot globul. Ele sunt adaptate istoric la anumite regimuri termice. Prin urmare, factorul de temperatură este direct legat de distribuția plantelor și animalelor. Într-o măsură sau alta, determină populația diferitelor zone naturale de către organisme. În 1918, A. Holkins a formulat legea bioclimatică. El a stabilit că există o legătură regulată, destul de strânsă, între dezvoltarea fenomenelor fenologice și latitudinea, longitudinea și altitudinea deasupra nivelului mării. Esența acestei legi este că, pe măsură ce vă deplasați spre nord, est și către munți, apariția fenomenelor periodice (cum ar fi înflorirea, fructificarea, vărsarea frunzelor) în viața organismelor este întârziată cu 4 zile pentru fiecare grad de latitudine, 5. grade de longitudine si aproximativ 100 m inaltime. Se remarcă o legătură între limitele distribuției plantelor și animalelor cu numărul de zile dintr-un an cu o anumită temperatură medie. De exemplu, liniile de contur cu o temperatură zilnică medie de peste 7 ° C pentru mai mult de 225 de zile pe an coincid cu granița distribuției fagului în Europa. Cu toate acestea, nu temperaturile medii zilnice au o mare importanță, ci fluctuațiile acestora în combinație cu alți factori de mediu, condițiile ecoclimatice și microclimatice.
Distribuția căldurii este asociată cu diverși factori: prezența corpurilor de apă (în apropierea acestora, amplitudinea fluctuațiilor de temperatură este mai mică); caracteristicile reliefului, topografia zonei. Astfel, se observă diferențe de temperatură destul de mari pe versanții nordici și sudici ai dealurilor și râpelor. Terenul, determinând expunerea versanților, afectează gradul de încălzire a acestora. Acest lucru duce la formarea unor asociații de plante și grupuri de animale oarecum diferite pe versanții sudici și nordici. În sudul tundrei, vegetația forestieră se găsește pe versanții din văile râurilor, în luncile inundabile sau pe dealurile dintre câmpii, întrucât acestea sunt locurile care se încălzesc cel mai puternic.
Pe măsură ce temperatura aerului se schimbă, se schimbă și temperatura solului. Solurile diferite, în funcție de culoare, structură, umiditate, expunere, se încălzesc în moduri diferite. Încălzirea, precum și răcirea suprafeței solului, sunt împiedicate de acoperirea cu vegetație. În timpul zilei, temperatura aerului sub coronamentul pădurii este întotdeauna mai scăzută decât în spațiile deschise, iar noaptea este mai cald în pădure decât în câmp. Acest lucru afectează compoziția speciei a animalelor: chiar și în aceeași localitate, acestea sunt adesea diferite.
Factorii importanți de mediu includ umiditate (apa) . Apa este esențială pentru orice protoplasmă. Toate procesele fiziologice au loc cu participarea apei. Organismele vii folosesc soluții apoase (cum ar fi sângele și sucul digestiv) pentru a-și menține procesele fiziologice. Mai des decât alți factori de mediu limitează creșterea și dezvoltarea plantelor. Din punct de vedere ecologic, apa servește ca factor limitator atât în habitatele terestre, cât și în cele acvatice, unde cantitatea ei este supusă unor fluctuații puternice. Trebuie remarcat faptul că organismele terestre pierd în mod constant apă și au nevoie de reaprovizionare regulată. În procesul de evoluție, au dezvoltat numeroase adaptări care reglează schimbul de apă. Nevoia de apă a plantelor în diferite perioade de dezvoltare nu este aceeași, mai ales la diferite specii. Acesta variază în funcție de climă și tipul de sol. Pentru fiecare fază de creștere și etapă de dezvoltare a oricărei specii de plante, se distinge o perioadă critică când lipsa apei are un efect deosebit de negativ asupra activității sale vitale. Aproape peste tot, cu excepția zonelor tropicale umede, plantele terestre se confruntă cu secetă, o lipsă temporară de apă. Deficiența de umiditate reduce creșterea plantelor, este cauza staturii lor mici, a infertilității din cauza subdezvoltării organelor generatoare. Seceta atmosferică se manifestă puternic la temperaturi ridicate de vară, seceta solului - cu scăderea umidității solului. În același timp, există plante care sunt sensibile la una sau alta deficiență. Fagul poate trăi în sol relativ uscat, dar este foarte sensibil la umiditatea aerului. Plantele de pădure necesită un conținut ridicat de vapori de apă în aer. Umiditatea determină periodicitatea vieții active a organismelor, dinamica sezonieră a cursului ciclurilor de viață, afectează durata dezvoltării lor, fertilitatea și mortalitatea.
După cum puteți vedea, fiecare dintre acești factori joacă un rol important în viața organismelor. Dar efectul combinat al luminii, temperaturii, umidității este, de asemenea, important pentru ei. Gaze atmosferice (oxigen, dioxid de carbon, hidrogen), elemente biogene (fosfor, azot), calciu, sulf, magneziu, cupru, cobalt, fier, zinc, bor, siliciu; curenții și presiunea, salinitatea și alți factori abiotici de mediu afectează organismele. Datele generalizate privind principalii factori de mediu abiotici, ritmul și domeniul lor sunt prezentate în Tabelul 2.
Anterior |