Свет как экологический фактор

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Для зеленых автотрофных растений свет является одним из важнейших факторов жизни, поскольку представляет им необходимую лучистую энергию для фотосинтеза, т. е. участвует в образовании органических веществ, необходимых для роста и развития. Кроме того, свет оказывает непосредственное влияние на рост, на многие процессы дифференциации в клетках и тканях, на само органообразование. Для жизни растений важно, что в процессе фотосинтеза они продуцируют больше веществ, чем необходимо для покрытия расходов на дыхание, т. е. образуется положительный баланс веществ, без которого немыслим рост и существование растения: Как и при каких условиях образуется положительный баланс веществ, эта проблема подлежит экологическому исследованию. Практиков сельского или лесного хозяйства интересует урожай, т. е. продуктивность самого фотосинтеза. Весьма важен вопрос, как распределяются ассимиляты, как они используются самим растением и в фитоценозе в целом, т. е. как свет влияет на продуктивность растительного покрова.

В противоположность теплу и воде свет распределен более или менее равномерно, т. е. на Земле фактически нет такой зоны, где бы рост растения не был возможен из-за недостатка света. Если в полярных областях, где господствует длительная ночь, растения отсутствуют вовсе или их рост очень затруднен, то это связано не с недостатком света, а в первую очередь с неблагоприятными температурными условиями. Поэтому для расчленения растительности на зоны и подзоны свет играет подчиненную роль. Но его значение особенно велико в распределении растений на малых площадях, в местообитаниях, т. е. в определении структуры сообщества. Когда мы сравниваем флоры солнечного и теневого местообитаний, то их различия вызываются в первую очередь условиями освещения, хотя тепловой и водный режимы играют здесь тоже немаловажную роль.

1. Экологические факторы среды

Экологическими факторами внешней среды называются определенные свойства среды обитания, оказывающие влияние на живой организм, в частности, растение. Те элементы среды, которые индифференты по отношению к живым организмам, не рассматривают как экологические факторы, например, инертный газ. Все живые организмы неразрывно прямо или косвенно взаимосвязаны с окружающим пространством. Экологические факторы очень широко варьируют в пространстве и времени. Поэтому растения постоянно приспосабливаются к условиям среды и регулируют работу систем внутренних органов в соответствии со значениями конкретных экологических факторов. Но не все экологические факторы имеют равноценное значение в жизнедеятельности определенного вида растений. Так, для большинства растений-автотрофов интенсивность освещения по значимости стоит на первом месте, тогда как для грибов-гетеротрофов свет практически не влияет на скорость протекания обменных процессов. При этом каждый вид растений может существовать только при совокупности экологических факторов с определенной интенсивностью действия в соответствующем диапазоне величин.

Вода также важный экологический фактор, ведь существуют влаголюбивые или засухоустойчивые растения. Чем больше интенсивность действия какого-либо экологического фактора будет отклоняться от благоприятного значения, тем больше угнетается жизнедеятельность организма. Оптимальная интенсивность действия определенного экологического фактора - наиболее благоприятная для поддержания процессов жизнедеятельности растений каждого конкретного вида.

Воздействие экологических факторов среды можно расценить как действие раздражителей, лимитирующих факторов и модификаторов. Раздражители обусловливают адаптивные изменения физиологических процессов растения. Лимитирующие факторы создают невозможные условия существования данного вида растения в определенной среде. Модификаторы провоцируют морфологические и физиологические трансформации организмов растений. Природно-экологические факторы динамичны, непостоянны, поэтому растения подвергаются воздействию их режимов, то есть последовательности изменений за определенный временной промежуток. Следует отметить, что растения, приспособившись к жизни в конкретных условиях, сами в процессе жизнедеятельности преображают среду своего обитания и впоследствии обеспечивают постоянство условий среды. К примеру, леса поддерживают влажность грунта и обеспечивают ему защиту от разрушения, а растительность болот увлажняет воздух и способствует накоплению воды, которая питает небольшие реки и ручьи. Также важно то, что жизнедеятельность растений обеспечивает постоянство газового состава атмосферного воздуха, а из остатков растений образуется перегной, уголь, торф, нефть.

Классификация экологических факторов по природе происхождения: абиотические (факторы неживой природы), биотические (факторы живой природы) и антропогенные (деятельность человека). К абиотическим факторам относят климатические (температура, давление воздуха, влажность), химические (концентрация солей в воде, кислотность, газовый состав воздуха), физические (солнечная радиация, шум, магнитные поля, теплопроводность), орографические (рельеф местности, высота над уровнем моря), эдафогенные (состав почвы, её воздухопроницаемость, кислотность). Биотические факторы обусловлены деятельностью живых организмов. Это фитогенные факторы, возникающие благодаря влиянию растений, зоогенные ЁC животных, микробиогенные ЁC микроорганизмов, микогенные ЁC грибов. Антропогенные экологические факторы условно делятся на группы: физические, химические, социальные и биологические. Своей хозяйственной деятельностью человек коренным образом изменяет природную среду. К физическим антропогенным факторам относят воздействие на растительный мир вибрации и шума, поездки в поездах и автомобилях, использование атомной энергии. Химические факторы ЁC это применение ядохимикатов и минеральных удобрений, загрязнение нашей планеты промышленными отходами и выхлопными газами. Социально-экологические факторы обусловлены отношениями людей между собой и жизнью в обществе. Биологические антропогенные факторы включают продукты питания человека, микроорганизмы, средой обитания которых является непосредственно человек. Все организмы, населяющие нашу планету, должны охраняться человеком. Но особенное значение имеет сохранение и воспроизведение мира растений, ведь от него зависит жизнь на Земле.

2. Свет как экологический фактор

Живая природа не может существовать без света, так как солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, является практически единственным источником энергии для поддержания теплового баланса планеты, создания органических веществ фототрофными организмами биосферы, что в итоге обеспечивает формирование среды, способной удовлетворить жизненные потребности всех живых существ. Количество света, которое получает растение, сказывается и на его внешнем облике, и на внутреннем строении. Деревья, выросшие в лесу, имеют более высокие стволы, менее раскидистую крону. Если они росли под пологом других деревьев, то они угнетены и гораздо хуже развиты, чем их ровесники на открытом пространстве.

Теневые и световые растения могут различаться и по расположению листовых пластинок в пространстве. В тени листья располагаются горизонтально, чтобы уловить как можно больше солнечных лучей. На свету, где света достаточно ЁC вертикально, чтобы избежать перегрева.

Растения, выросшие в тени, имеют более крупные листья и более длинные междоузлия, чем растения того же или близкого вида, выросшие на солнце. Листья не одинаковы по внутреннему строению: в световых листьях столбчатая ткань развита лучше, чем в теневых. В стеблях световых растений более мощная механическая ткань и древесина.

Биологическое действие солнечного света зависит от его спектрального состава, продолжительности, интенсивности, суточной и сезонной периодичности. Солнечная радиация представляет собой электромагнитное излучение в широком диапазоне волн, составляющих непрерывный спектр от 290 до 3 000 нм. Ультрафиолетовые лучи (УФЛ) короче 290 им, губительные для живых организмов, поглощаются слоем озона и до Земли не доходят. Земли достигают главным образом инфракрасные (около 50% суммарной радиации) и видимые (45%) лучи спектра. На долю УФЛ, имеющих длину волны 290ЎЄ380 нм, приходится 5% лучистой энергии. Длинноволновые УФЛ, обладающие большой энергией фотонов, отличаются высокой химической активностью. В небольших дозах они оказывают мощное бактерицидное действие, способствуют синтезу у растений некоторых витаминов, пигментов, а у животных и человека ЎЄ витамина D; кроме того, у человека они вызывают загар, который является защитной реакцией кожи. Инфракрасные лучи длиной волны более 710 нм оказывают тепловое действие. В экологическом отношении наибольшую значимость представляет видимая область спектра (390ЎЄ710 нм), или фотосинтетически активная радиация (ФАР), которая поглощается пигментами хлоропластов и тем самым имеет решающее значение в жизни растений. Видимый свет нужен зеленым растениям для образования хлорофилла, формирования структуры хлоропластов; он регулирует работу устьичного аппарата, влияет на газообмен и транспирацию, стимулирует биосинтез белков и нуклеиновых кислот, повышает активность ряда светочувствительных ферментов. Свет влияет также на деление и растяжение клеток, ростовые процессы и на развитие растений, определяет сроки цветения и плодоношения, оказывает формообразующее воздействие.

Световой режим любого местообитания зависит от его географической широты, высоты над уровнем моря, состояния атмосферы, растительности, сезона и времени суток, солнечной активности и т. д. Поэтому разнообразие световых условий на нашей планете чрезвычайно велико: от таких сильно освещенных территорий, как высокогорья, пустыни, степи, до сумеречного освещения в водных глубинах и пещерах. В разных местообитаниях различаются не только интенсивность света, но и его спектральный состав, продолжительность освещения, пространственное и временное распределение света разной интенсивности и т. д. Соответственно, разнообразны и приспособления растений к жизни при том или ином световом режиме.

2.1 Экологические группы растений по отношению к свету

По отношению к количеству света, необходимого для нормального развития, растения подразделяют на три экологические группы. Светолюбивые, или гелиофиты, с оптимумом развития при полном освещении; сильное затенение действует на них угнетающе. Это растения открытых, хорошо освещенных местообитаний: степные и луговые травы, прибрежные и водные растения (с плавающими листьями), большинство культурных растений открытого грунта, сорняки и др. Тенелюбивые, или теневые, с оптимальным развитием в пределах 1/10ЎЄ1/3 от полного освещения, т. е. для них приемлемы области слабой освещенности. К тенелюбам относятся растения нижних затененных ярусов сложных растительных сообществ ЎЄ темнохвойных и широколиственных лесов, а также водных глубин, расщелин скал, пещер и т. д. Тенелюбами являются и многие комнатные и оранжерейные растения. В лесах Беларуси и России типичными теневыми растениями являются копытень европейский, ветреница дубравная, сныть обыкновенная, чистотел большой, кислица обыкновенная, майник двулистный и др. Теневыносливые растения имеют широкую экологическую амплитуду выносливости по отношению к свету. Они лучше растут и развиваются при полной освещенности, но хорошо адаптируются и к слабому свету. К ним относится большинство видов зоны смешанных лесов ЎЄ ель, пихта, граб, бук, лещина, бузина, брусника, ландыш майский и др.

2.2 Адаптация растений к световому режиму

Под влиянием различных условий светового режима у растений выработались соответствующие приспособительные качества. Прежде всего это касается величины листовых пластинок: у гелиофитов по сравнению с теплолюбивыми они обычно более мелкие. Ориентация листьев у светолюбов вертикальная или имеет разный угол по отношению к солнечным лучам, чтобы избежать избыточного света и перегрева. Листья теневыносливых растений, напротив, ориентированы к свету всей поверхностью листовой пластинки и расположены так, чтобы не затенять соседние листья (листовая мозаика).

У многих гелиофитов поверхность листовой пластинки блестящая, покрыта светлым восковым налетом, густо опушена, что способствует отражению палящих солнечных лучей или ослаблению их действия.

Световые и теневые растения имеют четкие различия и по анатомическому строению. Так, у гелиофитов хорошо развиты осевые органы с оптимальным соотношением ксилемы и механических тканей, менее сложные по форме листья с характерной дифференцировкой мезофилла на столбчатый и губчатый, высокой степенью жилкования, большим числом устьиц на единицу поверхности листа. У светолюбивых растений количество хлоропластов, приходящихся на единицу площади листовой пластинки, в несколько раз больше, чем у тенелюбивых. Сами хлоропласты у гелиофитов более мелкие и светлые (с малым содержанием хлорофилла), способные к изменению ориентировки и перемещениям в клетке: на сильном свету они занимают постенное положение и становятся «ребром» к направлению лучей, что защищает хлорофилл от разрушения.

Теневыносливые растения встречаются в местообитаниях с различным световым режимом благодаря увеличению ассимилирующей поверхности, снижению интенсивности дыхания и уменьшению относительной массы нефотосинтезирующих тканей, увеличению размеров хлоропластов и концентрации хлорофилла. Кроме того, в листьях наблюдается слабая дифференцировка на столбчатый и губчатый мезофилл или таковая совсем отсутствует, отмечается сравнительно малое количество устьиц и т. д.

2.3 Фотопериодизм

Огромное влияние на жизнедеятельность растений и животных оказывает соотношение светлого (длина дня) и темного (длина ночи) периодов суток в течение года. Реакция организмов на суточный ритм освещения, выражающаяся в изменении процессов их роста и развития, называется фотопериодизмом. Регулярность и неизменная повторяемость из года в год данного явления позволила организмам в ходе эволюции согласовывать свои важнейшие жизненные процессы с ритмом этих временных интервалов. Под фотопериодическим контролем находятся практически все метаболические процессы, связанные с ростом, развитием, жизнедеятельностью и размножением растений и животных.

По типу фотопериодической реакции (ФПР) различают следующие основные группы растений:

. Растения короткого дня, которым для перехода к цветению требуется 12 ч светлого времени и менее в сутки (конопля, капуста, хризантемы, табак, рис);

. Растения длинного дня; для цветения и дальнейшего развития им нужна продолжительность беспрерывного светового периода более 12 ч в сутки (пшеница, лен, лук, картофель, овес, морковь);

. Фотопериодически нейтральные; для них длина фотопериода безразлична и цветение наступает при любой длине дня, кроме очень короткой (виноград, томаты, одуванчики, гречиха, флоксы и др.).

Растения длинного дня произрастают преимущественно в северных широтах, растения короткого дня ЎЄ в южных.

экологический световой растение фотопериодизм

3. Практическая часть

При определении влияния освещенности на прирост однолетних и двулетних стеблей мною были исследованы 2 вида деревьев ЁC береза бородавчатая и сосна обыкновенная. Влияние света на эти растения я выявляла путем измерения однолетних и двулетних стеблей, которые находились и в тени и на свету. Также измерялись длина междоузлий березы и длина мутовок сосны. Все данные занесены в таблицы.

У сосны обыкновенной побеги, произрастающие на свету, как однолетние, так и двулетние, превышают длину побегов, произрастающих в тени. Можно сделать вывод, что сосна является светолюбивым растением, поскольку побеги произрастающие на свету более массивные, ровные по сравнению с теневыми побегами, вид которых угнетенный. Что касается длины мутовок сосны, то большого различия нет т.к. длина мутовок не всегда зависит от освещенности.

Исследуя зависимость длины побегов от освещенности березы бородавчатой, можно также сделать вывод, что она относится к светолюбивым растениям. Побеги, развивающиеся на свету длиннее побегов, развивающихся в тени. У световых побегов междоузлия расположены чаще, чем у теневых, и соответственно у него большая фотосинтетическая поверхность.

Заключение

Значение света для растительности очень велико; это самый явственный географически деятель, напряженность которого меняется в зависимости от времени года, географической широты и абсолютной высоты местности. Значение света столь же велико для выработки жизненных форм и растительных сообществ, как и для местного распределения растений. Непосредственные солнечные лучи (за исключением полярных и альпийских стран) имеют меньшее значение, чем свет рассеянный. Существенное влияние оказывают изменения напряженности света и продолжительность освещения.

Свет оказывает влияние:

1) на питание. В отсутствии света нет ассимиляции угольной кислоты, нет жизни на земле. Начиная с известного минимума (различного для разных видов растений) ассимиляция увеличивается с возрастанием напряженности света, до известного максимума. Слишком сильное освещение вредно;

2) на испарение, т. к. часть световых лучей превращается в растении в теплоту, содействующую испарению. В этом отношении существует также для каждого вида растений известный оптимум. От слишком сильного испарения растения защищают себя различным образом. Свет кроме того, оказывает влияние на явления роста, движения и вообще на все почти жизненные процессы.

Нет почти такого уголка на земной поверхности, где бы, благодаря недостатку освещения, растительная жизнь была невозможна, так как, если освещение слишком слабо в известное время года (напр., во время полярных ночей), то за то в другое время оно приобретает достаточную силу, что бы вызвать проявление жизни. Связанная со светом жизнь прекращается, однако, скоро по мере углубления в землю или в воду; на значительных глубинах могут жить только немногие, самые простые организмы.

Сила света имеет большое влияние на распределение видов и на богатство растительного сообщества не делимыми. В случае недостаточного освещения растения растут плохо, истощаются и гибнут. Общеизвестна разница между растениями, обитающими в лесах, тенистых местах, и растущими в местах освещенных.

Список используемой литературы

Бавтуто Г.А. Ботаника: Морфология и анатомия растений: Учеб. пособие / Г. А. Бавтуто, В.М. Еремин. ЁC Мн.: Выш. Шк., 1997. ЁC 375с.: ил.

Хржановский В.Г. Курс общей ботаники (систематика, элементы экологии и географии растений). Учебник для сельхозвузов / В.Г. Хржановский. М., «Высш. Школа», 1976. 480 с. с ил. И табл.

Тихомиров Ф.К. Ботаника: Учебник для с.-х. вузов / Ф.К. Тихомиров. ЁC4-е изд., доп. ЁC М.: Высш. школа, 1978. ЁC 439 с., ил. и табл.

Рой Ю.Ф. Диссертация: Анатомическая структура однолетних стеблей взрослых деревьев и ее сезонная динамика. Брест, 1997.

Размещено на Allbest.ru