Значение освещенности в жизни растений

К границам биосферы приходят космические потоки вещества и энергии (видимый свет и тепловые инфракрасные лучи; ультрафиолетовое, ионизирующее, радиоактивное, рентгеновское, коротковолновое излучения, различающиеся длинами волн и энергией). Поток энергии, приходящей к поверхности Земли, представляет совокупность видимого света, инфракрасных лучей, радиоизлучения, УФ-излучения, рентгеновского и иных излучений, что отражено в шкале электромагнитных волн. Следовательно, все живые существа на Земле, включая растения, постоянно подвергаются воздействию разнообразных световых волн.

Бóльшая часть их задерживается в верхних слоях атмосферы и на границе с космическим пространством в тропосфере. Часть энергии поступает в биосферу из глубинных слоев Земли. Поток поступающей на Землю энергии является главной причиной изменений биосферы во времени и пространстве.

Ритмические изменения морфологических, физических и биохимических свойств и функций под влиянием чередования и длительности освещённости называют фотопериодизмом. Такая реакция – способность живых организмов реагировать на продолжительность светового дня - свойственна растениям различных таксономических групп, и по этому признаку выделяют растения короткого дня (цветение и плодоношение которых наступает при 8-12-часовом освещении – табак и конопля); растения длинного дня, которым для цветения нужна продолжительность дня не менее 12 часов – картофель, пшеница; растения, безразличные (нейтральные) к длине дня – горчица, томаты. Однако при очень короткой длине светового дня (до 6 часов) у многих растений наблюдается световое голодание сопровождающееся угнетением роста.

Фотопериодизм имеет важное значение в географическом распространении растений и в регуляции их сезонного развития. В высоких и умеренных широтах большинство растений относится к «длинному дню» и приспособлены к продолжительному освещению. Тропические виды в большинстве своём короткодневные или нейтральные.

Энергия в экосистемах. Для функционирования любой экосистемы необходимы:

1. Солнечная либо другая энергия.

2. Элементы питания в виде неорганических и органических компонентов, содержащихся в почвах, воде, донных отложениях.

3. Автотрофные и гетеротрофные организмы, осуществляющие процесс концентрации энергии, образования органического вещества и перераспределение его в биосфере Земли.

В отличие от веществ, непрерывно циркулирующих по разным биомам экосистем, которые всегда могут повторно использоваться, энергия может быть использована только один раз. Экосистемы — открытые биологические системы, и односторонний приток энергии определяется действием законов термодинамики.

Первый закон термодинамики гласит, что «энергия может превращаться из одной формы в другую, но не может быть создана или уничтожена». Пример, в экосистемах солнечная энергия переходит в потенциальную энергию, создаваемых органических веществ.

Второй закон термодинамики: «Не существует ни одного процесса, связанного с превращениями или перераспределения энергии без потерь некоторой части энергии». Это означает, что не существует процессов, идущих со стопроцентной эффективностью, часть энергии обязательно рассеивается в форме тепла.

Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце, и поток энергии превышает 20 млн.Эдж (10 ¹³Дж).

Из за шарообразности Земли, к границе атмосферы приходит только ¼ этого потока. К поверхности Земли поступает 1,54 ЭДж (7%). Из этого количества отражается от поверхности 30%, превращается в тепло 46%, идет на испарение и выпадение осадков (участвует в круговороте воды) 23%, фотосинтез 0,8%, участвует в перемещении ветровых и водных масс 0,2%.

Для сравнения: собственное тепло Земли 0,5% от солнечной энергии, энергия приливов и отливов 0,0017%.

Вся продуктивность всех экосистем в перерасчете на энергию составляет менее 1% от солнечной. Величина падающей на землю энергии 1,54ЭДж, в 5 раз превышает все годовое производство энергии на всех электростанциях и в 5,5 раз энергию всех энергетических полезных ископаемых, доступных для человечества и накопленных в течении как минимум 100 млн. лет.

1. На границе земной атмосферы с космосом количество солнечной энергии практически постоянно, оно определяется величиной 1,98 калорий/см² в минуту, и называется «солнечной постоянной».

Изменение общего потока солнечного излучения зависит от:

• Географического расположения экосистемы (от полюса к тропикам поток возрастает).

• От экспозиции склона (южный склон получает больше радиации, чем северный).

• От рельефа местности (в холмистых и гористых областях солнечной энергии приходит меньше, чем на равнине).

Каждый биотоп, входящий в экосистему, характеризуется:

1) световым режимом — продолжительностью светового дня и темновой фазы.

2. интенсивностью радиации (Дж/см² в мин.).

3. величиной Альбедо, равной отношению % отраженной энергии к падающей. Величина Альбедо зависит от угла падения лучей и свойств отражающей поверхности и составляет:

Земля в целом 28%; Город зимой 20-25%; Пастбище 20%;

Пустыня 30%; Ледники и снежники 70-90%; Водная поверхность 6-30%.

Один из основных принципов функционирования экосистем гласит: «Экосистемы существуют за счет, не загрязняющей среду и практически вечной, солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно». Солнечная энергия является одним из важнейших экологических факторов, определяющих существование живых организмов; с одной стороны — он служит первичным источником энергии, с другой — прямое воздействие света на живые клетки губительно.