1. Экология растений

Экология растений — наука об отношениях между растениями и окружающей средой. Слово «экология» происходит от греческого «ойкос» — жилище, убежище и «логос» — наука. Определение термина «экология» было дано зоологом Э. Геккелем в 1869 г., в ботанике он был впервые употреблен в 1885 г. датским ученым Е. Вармингом.

Хозяйственное освоение целинных и залежных земель, районов развития мерзлоты, пустынь и болот, акклиматизация растений, борьба за урожай основаны на знании экологии растений.

Последние десятилетия характеризуются бурным ростом экологических исследований почти во всех странах. Это связано с чрезвычайно обострившейся проблемой охраны природной среды.

Среда, в которой живет растение, неоднородна и включает в себя многие элементы, или факторы, которые оказывают на растение то или иное влияние. Их называют экологическими факторами. Совокупность экологических факторов, без которых растения не могут жить, составляют условия его существования (тепло, свет, вода, минеральные питательные вещества и т. п.).

Каждый экологический фактор характеризуется определенным диапазоном значений. В связи с этим принято выделять три кардинальные точки значения интенсивности фактора: минимум, максимум и оптимум. Области недостаточного и избыточного значения фактора, лежащие между оптимумом и минимумом, оптимумом и максимумом, названы зонами пессимума, в которых развитие растения ухудшается. Наилучшее развитие вида идет при оптимальном значении фактора. Способность вида существовать при различных значениях фактора называют его экологической валентностью или экологической амплитудой. Различают виды с широкой экологической амплитудой, могущие существовать при широких диапазонах значений фактора, и виды с узкой экологической амплитудой, существующие при незначительных колебаниях фактора. За пределами минимального и максимального значения фактора растение существовать не может.

Экологические факторы можно разделить на три группы: абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы - это факторы физической среды, в которой обитают растения, т.е. климатические, эдафические (почвенно-грунтовые), гидрологические.

Биотические факторы — это факторы воздействия на растение окружающих живых организмов (фитогенные, зоогенные). Например, животные поедают растения, многие растения и животные паразитируют на растениях, насекомые и птицы опыляют растения.

Антропогенные факторы—факторы воздействия человека. Их выделяют в особую группу потому, что деятельность человека приобрела в настоящее время всеобъемлющий характер. Примером антропогенных воздействий могут являться занос и истребление растений, вырубка лесов, выпас домашних животных и т. д.

СВЕТ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР

Свет имеет важнейшее физиологическое значение в жизни зеленых растений, так как только на свету возможен процесс фотосинтеза. Под пологом высоких растений свет не только ослабевает, но и теряет свой спектр. В лесу он имеет два максимума – в красных и зеленых лучах.

В водной среде затененность зелено-голубая, и растения водные, как и лесные, являются теневыми растениями. Убывание силы света в воде с глубиной может идти в разном темпе, что зависит от степени прозрачности воды. Изменение состава света отражается на распределении групп водорослей, имеющих различную окраску. Ближе к поверхности растут зеленые водоросли, глубже — бурые, на больших глубинах красные.

Освещенность влияет на анатомическое строение листьев. Световые листья толще и грубее теневых. Они имеют более толстую кутикулу, более толстостенную кожицу, хорошо развитые механические и проводящие ткани. Хлоропластов в клетках световых листьев больше, чем теневых, но они мельче и имеют более светлую окраску. Устьиц у световых листьев на единицу поверхности больше, чем у теневых. Больше и суммарная длина жилок.

Интенсивность дыхания намного меньше у теневых листьев, чем у световых.

По отношению к свету различают три группы растений:

1) светолюбивые (гелиофиты), живущие только на хорошо освещенных местах (растения тундр, пустынь, степей, безлесных горных вершин);

2) теневыносливые (факультативные гелиофиты), которые могут жить при полном освещении, но хорошо переносят и некоторое затенение (многие луговые растения);

3) тенелюбивые (сциофиты), которые обитают только в затененных местах (копытень европейский, кислица и многие другие лесные растения).

ВОДА КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР

По отношению к водному режиму местообитания выделяют экологические группы растений: гидатофиты, гидрофиты, гигрофиты, мезофиты, ксерофиты.

Гидатофиты — водные растения, целиком или большей своей частью погруженные в воду, например водоросли, кувшинки, рдесты, кубышка, элодея (водяная чума), наяда, уруть, пузырчатка, роголистник и др. У этих растений листья либо плавают на поверхности воды, как у кубышки и кувшинок, либо все растение целиком находится под вой (уруть, роголистник). У подводных растений лишь во время цветения и плодоношения цветки и плоды появляются на поверхности. Среди гидатофитов есть растения, прикрепленные корнями к грунту (кувшинка) и не укореняющиеся в грунте (ряска, водокрас). Все органы гидатофитов пронизаны воздухоносной тканью – аэренхимой, которая представляет собой систему

Гидрофиты — водные растения, прикрепленные к грунту и погруженные в воду своими нижними частями. Они растут в прибрежном поясе водоемов (частуха подорожниковая, стрелолист, тростник, рогоз, многие осоки). Вегетацию эти растения начинают, будучи полностью погруженными в воду. В отличие от гидатофитов у них хорошо развита механическая ткань и водопроводящая система.

Гигрофиты — растения избыточно увлажненных местообитаний, но таких, где обычно нет воды на поверхности. Вследствие высокой влажности воздуха у этих растений резко замедляется или вовсе исключается испарение, что отражается на их минеральном питании, поскольку восходящий ток воды в растении замедляется. Листовые пластинки у этих растений часто тонкие, иногда состоят из одного слоя клеток (некоторые травянистые и эпифитные растения дождевых тропических лесов). К гигрофитам умеренной зоны относят сердечник, недотрогу, болотный подмаренник, некоторые хвощи. (По ручью в Нижнем Судке розоцвет бальзамина).

Мезофиты - растения, обитающие в условиях среднего увлажнения. К ним относятся листопадные деревья и кустарники умеренной зоны, большая часть луговых и лесных трав (клевер луговой, тимофеевка луговая, ландыш, сныть) и многие другие растения.

Ксерофиты — растения, живущие в условиях резкого дефицита влаги (многие растения степей и пустынь). Они могут переносить перегрев и обезвоживание. Повышенная способность ксерофитов добывать воду связана с хорошо развитой мошной корневой системой, иногда достигающей глубины 1,5 м и более.

У ксерофитов имеются различные приспособления, ограничивающие испарение воды. Сокращение испарения достигается уменьшением размеров листовой пластинки (полыни), вплоть до ее полной редукции (испанский дрок, эфедра), заменой листьев колючками (верблюжья колючка), свертыванием листа в трубочку (ковыль, типчак). Испарение уменьшается и в том случае, если на листьях развивается толстая кутикула (агава). Среди ксерофитов выделяют группу склерофитов и суккулентов, у склерофитов хорошо развита механическая опорная ткань как в листьях, так и в стеблях.

Склерофиты обладают приспособлением к ограничению транспирации или к усилению поступления воды, что позволяет им интенсивно ее расходовать. Своеобразную группу растений засушливых местообитаний представляют суккуленты, которые в отличие от склерофитов имеют мягкие, сочные ткани с большим запасом воды.

Например, некоторые кактусы североамериканских пустынь накапливают до 1000—3000 л воды.