Экология растений Растение и среда

Развитие каждого растения, его жизненный цикл зависят не только от наследственности, но и от условий окружающей среды. Изучение зависимости между растениями и средой, в которой они обитают, составляет содержание экологии растений.

Зависимость между растением и средой разнообразна. Прежде всего она заключается в том, что растения во внешней среде находит условия, необходимые для его развития: усваивает из окружающей среды нужные вещества (воду с минеральными солями, углекислый газ, кислород), поглощает солнечную энергию. В результате в организме растения происходит построение сложных органических веществ. В то же время совершается распад и возвращение во внешнюю среду продуктов жизнедеятельности растений – кислорода при фотосинтезе, углекислого газа при дыхании, воды при транспирации, выделение в почву продуктов обмена, а после гибели растений – остатков органических веществ.

Одновременно происходит более длительный процесс – приспособление растений к условиям окружающей среды, что повторяется из поколения в поколение. Таким образом, определенные условия существования становятся необходимыми для данного вида, составляют его природу. Растения, произрастающие в различных климатических зонах, приспосабливаются, например, к высоким или низким температурам.

В тропическом поясе благодаря высоким температурам и обилию влаги растения быстро растут и многие из них достигают огромных размеров. Высокие температуры при сухости воздуха и почвы способствуют ускоренному прохождению периодов развития, цветение наступает быстро, но растения остаются низкорослыми.

Не только среда влияет на растения и видоизменяет их, но и растения, в свою очередь, изменяют среду. Так, леса значительно улучшают климат, уменьшая силу ветра, задерживают таяние снега. Растения оказывают огромное влияние на почву, создавая ее структуру, способствуя развитию микрофлоры, улучшая химический состав, то есть повышают плодородие.

Изучение взаимного влияния между растениями и средой их обитание позволяет установить, к каким условиям местообитания данное растение лучше приспособлено, когда дает наибольший урожай.

Зная экологию отдельных видов растений и растительных сообществ на сенокосах и пастбищах, условия, которые требуются этим растениям, можно правильно разрабатывать агротехнику луговодства, наиболее рационально использовать естественные и искусственные кормовые угодья.

Внешняя среда представляет собой сложный комплекс, слагающийся из большого числа отдельных факторов, которые обледенены в климатические, почвенные, топографические, биологические и антропогенные факторы. Между климатическими и почвенными факторами, например, существует тесная взаимосвязь. Почвенные условия в значительной мере определяются климатом. Климатические факторы, например, вода, воздух, тепло, влияют на свойства почвы.

Климатические факторы

Рост и развитие растений зависят от обеспеченности водой, теплом светом, воздухом.

Вода для растений играет исключительно важное значение. Без нее их жизнь невозможна. Растения получают влагу в основном из почвы, куда она поступает в виде дождя, снега, росы, почвенных и грунтовых вод.

В водном режиме растений огромное значение имеют дождевые воды. Годовое количество атмосферных осадков в разных районов неодинаково. В некоторых местностях ежегодное количество атмосферных осадков достигает 10000 мм, но имеются места, где количество атмосферных осадков не превышает 100-120 мм в год, а иногда они совсем отсутствуют.

В отдельных случаях растение испытывает недостаток воды даже при большом содержании ее в почве, что может быть связано с физическими свойствами почвы и температурными условиями. Подобное явление характерно для многих типов местообитаний. Вызывается оно недостатком кислорода, большой кислотностью, высоким содержанием солей и другими причинами.

Другой важнейший фактор роста – тепло. Для прорастания семян и дальнейшего роста и развития растений необходима определенная температура воздуха и почвы. Потребность в тепле у различных растений не одинакова.

Повышенное количество тепла с весны до созревания растений благоприятно отражается на их урожае. В случае недостатка тепла растения не успевают образовывать семена в течение лета. При очень высоких температурах рост замедляется.

В разные фазы развития растениям необходима различная температура. Так, кущение растений усиливается при сравнительно низкой температуре, в период от цветения до кущения благоприятно повышение температуры, а после цветения потребность в тепле снижается.

В жизни растений огромное значение имеет световой режим. Сила света влияет на интенсивность роста растений, стебли под влиянием света становятся упругими и приобретают определенную форму. Растения, выращенные в темноте, бывают бледными, лишенными хлорофилла, с вытянутыми слабыми стеблями, которые из-за слабого развития механических тканей неспособны самостоятельно держаться. Кроме того, в таких растениях уменьшается содержание ценных питательных веществ, например, белка.

Большое значение для растений имеет продолжительность освещения в течение суток. Растения южного происхождения развиваются и зацветают быстрее при коротком дне. При удлиненном дне они образуют мощную вегетативную массу, поздно, а иногда и совсем не зацветают и семена не успевают созреть. Растения северных широт, относящиеся к растениям длинного дня, при более продолжительном дне раньше зацветают и созревают, а при сокращении дня у них сильно развивается вегетативная масса, но запаздывают цветение и созревание.

Воздух необходим растениям для дыхания и фотосинтеза, в процессе которого усваивается углекислый газ. Многие кормовые растения, злаковые травы, осока опыляются с помощью ветра.

Экологическое значение воздуха заключается в том, что его влажность сильно изменяется в зависимости от географического положения. Движение воздуха оказывает влияние на транспирацию растений. Во время сильного зноя, сопровождаемого сухостью воздуха, влияние ветра становится сильно ощутимым, корневая система часто не в состоянии дать растению достаточное количество воды, в результате чего листья опадают, интенсивность фотосинтеза уменьшается, резко снижается урожайность.

Растения, произрастающие в разных климатических зонах, приспосабливаются к тем или иным температурам, приобретают такие важные свойства, как засухоустойчивость и морозостойкость, обусловленные соответствующими климатическими факторами.

По отношению к влаге кормовые растения подразделяются на следующие экологические типы: мезофиты, гигрофиты и ксерофиты.

Мезофиты – растения, распространенные в районах среднего увлажнения. Это переходная форма от гигрофитов к ксерофитам. Наиболее благоприятные условия для мезофитов – влажность почвы – 75-80% наименьшей влагоемкости.

Следует отметить, что выше грунтовых вод обычно располагается горизонт почвы, насыщенный влагой в результате подъема ее по капиллярам. При залегании этого горизонта на глубине, доступной для корней луговых трав, растения наиболее полно обеспечиваются водой. Чем ближе грунтовые воды к поверхности почвы, тем устойчивее ее водный режим, однако, при очень близком залегании грунтовых вод снижается микробиологическая активность почвы, ухудшается обеспеченность растений питательными веществами, ослабляются рост и развитие луговых растений.

К мезофитам относится большинство луговых злаковых и бобовых растений: тимофеевка луговая, пырей ползучий, люцерна, клевер и др. Мезофиты – очень распространенная группа растений, они не имеют особых черт, присущих только данной экологической группе.

Мезофильная растительность произрастает в основном в областях с умеренным климатом, а так же встречается в полярных и тропических районах. Растения этой группы весьма разнообразны. Листья мезофитов, как правило, тонкие, плоские, имеют тонкую эпидерму и рыхлую губчатую ткань. Многие из мезофитов обладают высокими кормовыми достоинствами, хотя среди них встречается немало вредных и ядовитых растений.

Гигрофиты произрастают на влажных лугах, болотах, побережьях рек, а так же лесах влажных районов. Это высокие растения с широкими листьями и слабой корневой системой. Устьица, расположенные на обеих сторонах лица, не закрываются. К гигрофитам относятся осока, ситник, многие лютиковые и др. Кормовое достоинство некоторых из них невысокое. Бобовые травы в избыточно влажных местах встречаются очень редко.

Наряду с гигрофитами, влаголюбивыми растениями, произрастающими на суше, выделяют гидрофиты, то есть ботанические виды, для которых вода служит местом обитания. В воде растут высшие растения и водоросли. Запасы гидрофитов в дальневосточных морях позволяют наладить их промышленную заготовку на корм скоту.

Ксерофиты – растения сухих местообитаний, произрастающие в условиях недостатка влаги. Они обладают способностью переносить почвенную и атмосферную засуху. Ксерофиты имеют мощно развитую корневую систему, которая обеспечивает их влагой даже при малом содержании ее в почве. Они отличаются, как правило, замедленной транспирацией, особенно в знойные часы, очень высоким осмотическим давлением в клетках корня, что дает возможность всасывать почвенный раствор при малых количествах влаги. Снижение транспирации до минимальных размеров достигается различными приспособлениями, а именно: попеременным закрыванием и раскрыванием устьиц, особым строением их, защитой устьиц от прямого действия солнечных лучей, утолщением наружных клеточных оболочек и т. д.

К типичным ксерофитам относятся многие растения юга степей, полупустынь и пустынь: ковыль, полынь и др.

Ксерофиты в связи с их местообитанием в условиях недостаточного снабжения водой имеют узкие небольшие листья, часто у них очень мало листьев и они слаборазвиты. Эпидермис нередко многослойный, с сильноразвитой кутикулой, поэтому листья очень толстые. Кроме того, у ксерофитов клетки мелкие, плотно сложенные, большое количество проводящих пучков, межклетники незначительно развиты, но сильно развиты механические ткани, что нередко придает стеблям жесткость. Все это в известной мере может характеризовать ксерофиты как кормовые растения, часто невысокого достоинства, хотя среди них есть немало видов с хорошими кормовыми качествами.

Для растений большое значение имеет распределение количества осадков в течение года. От этого зависят степень развития растительного покрова в тот или иной период, а так же характер растительности.

Недостаток влаги в сухих местообитаниях обусловил распространение там ксерофильных растений с сочными стеблями или листьями, в особой ткани, которой запасается вода, расходуемая растением по мере надобности.

У многих растений сухих мест – склерофитов наблюдаются уменьшение листовой поверхности, превращение ее в шипы, иглы, сбрасывание листьев на лето, а иногда отсутствие листьев.

В связи с разнообразием луговой растительности она отличается пластичностью, то есть произрастает и в чрезмерно засушливых и влажных погодных условиях.

В засушливых районах произрастает также особая группа растений – эфемеры и эфемероиды.

Эфемеры – однолетние растения степей и пустынь, успевают пройти весь цикл развития в короткий ранневесенний период, когда имеется достаточно влаги. Это очень небольшие растения с плохо расчлененными стеблями, маленькими листьями и слаборазвитой корневой системой. К эфемерам относятся кострец кровельный, клоповник и др.

Сходны с эфемерами по кратковременности вегетации эфемероиды - многолетние растение, которые способны приостанавливать свои жизненные процессы в засушливое время и вновь начинать рост и развитие в наступающий влажный период. Так, многочисленные виды луковичных растений ранней весной цветут, летом листья их отмирают и в засушливый летний период сохраняются в покоящейся луковице.

В среднеазиатских пустынях к особенно распространенным эфемероидам относятся мятлик луковичный, осока песчаная, осока пустынная и др.

Некоторые растения, например ксерофиты, могут переносить почвенную и атмосферную засуху. Способность трав сохранять жизнеспособность в условиях высоких температур при сухости воздуха и почвы, в условиях резкого и длительного недостатка влаги, а затем при наступлении нормальных условий продолжать свой рост и развитие и давать нормальный урожай называется засухоустойчивостью.

Засухоустойчивость определяется климатическими и экологическими условиями обитания, при которых растения выработали определенные свойства, характерные для ксерофитов. Огромное значение в этом отношении имеет мощная корневая система, дающая возможность использовать почвенную влагу, даже находящуюся на большой глубине.

К засухоустойчивым растениям относятся такие многолетние травы, как житняк, ковыль, кострец, некоторые мезофиты. Луговые травы различаются так же по влагоустойчивости – свойству, противоположному засухоустойчивости.

Влагоустойчивость заключается в способности растений сохранять жизнеспособность при избыточном увлажнении, иногда очень длительном, а после наступления нормальных условий давать урожай.

Влагоустойчивость может быть двоякого рода: устойчивость растений к затоплению с поверхности почвы и устойчивость при подтоплении снизу, из-под почвы. Обычно, затопление водой с поверхности происходит весной на заливных лугах, а так же при лиманном и обычном орошении.

Способность растений переносить неблагоприятные условия перезимовки, не поддаваться вымерзанию, выпреванию, выпиранию корней из почвы называется зимостойкостью.

Выпревание и вымокание обычно наблюдаются под глубоким снежным покровом, когда образуется застой воды при медленном таянии снега. Выпирание растений отмечается при попеременном оттаивании и замерзании почвы зимой. Почва оседает и как бы выпирает растения, узлы кущения обнажаются, в результате чего происходят вымерзание и разрыв корней.

Морозостойкость, то есть способность переносить не только заморозки, но и длительные морозы, у разных групп растений различна. Зимостойкость растений может резко изменяться в зависимости от условий их роста, развития и использования.

Растения слаборазвитые, а часто с запозданием скошенные и стравленные и, вследствие этого накопившие к зиме мало запасных питательных веществ, становятся незимостойкими.