Ботаника с основами геоботаники

Размещено на http://www.allbest.ru/

Геоботаника

Вариант III

План

1. Фотопериодизм и его значение для расселения растений

2. Понятие о почве и ее плодородии

3. Азональная растительность

Список литературы

1. Фотопериодизм и его значение для расселения растений

Фотопериодизм (от фото... и период), реакция организмов на суточный ритм лучистой энергии, т. е. на соотношение светлого и тёмного периодов суток. Ф. присущ растениям и животным и проявляется в разнообразных процессах жизнедеятельности.

Ф. у растений - способность перехода от развития и роста вегетативных органов растений к формированию репродуктивных, к зацветанию под влиянием фотопериодов. Термин "Ф." предложили в 1920 амер. учёные У. Гарнер и Г. Аллард, открывшие это явление.

По характеру фотопериодические реакции зацветания растения делятся на: нейтральные, не обладающие фотопериодической чувствительностью и зацветающие почти одновременно при любой длине дня (конские бобы, гречиха); короткодневные, развитие которых замедляется при длине дня более 10-12 ч (просо, кукуруза, перилла и др.); длиннодневные, развитие которых идёт наиболее интенсивно при 24-часовом освещении и замедляется при укорочении дня (пшеница, салат, горчица и др.); промежуточные (стенофотопериодические), зацветающие при средней длине дня (например, тропические растения Micania scandens, Tephrosia Candida) и не зацветающие ни на коротком (менее 10 ч), ни на длинном (более 16 ч) дне; крайнедневные (амфифотопериодические), зацветающие как на коротком (менее 10 ч), так и на длинном (более 16 ч) дне (Madia elegans, Setaria verticillata); коротко-длиннодневные (например, Scabiosa succisa), быстро зацветающие при выращивании их вначале на коротком, а затем на длинном дне; длинно-короткодневные (например, Cestrum nosturnum), быстро зацветающие при выращивании их на длинном дне, а затем на коротком. Принадлежность растений к той или иной группе зависит от их географического происхождения и распространения: растения короткого дня произрастают в тропических и субтропических областях, растения длинного дня - главным образом в умеренных и сев. широтах. Это указывает на приспособительный характер фотопериодической реакции не только к длине дня как экологическому фактору, но и ко всему комплексу внешних условий. Ф. - своеобразные часы, синхронизирующие ритм онтогенеза с сезонным ритмом. Например, растения короткого дня приспособились к жизни в условиях жаркого и сухого лета субтропиков или, наоборот, к условиям периодических проливных дождей и при более длинном дне в эти сезоны не цветут и не плодоносят.

Восприятие фотопериодических условий осуществляется рядом пигментных систем (например, фитохромом) листьев, в которых при изменении обмена веществ образуются фитогормоны, и меняется баланс между стимуляторами и ингибиторами цветения. При передвижении продуктов фотосинтеза в верхушки стеблей и стеблевые почки создаётся возможность образования цветочных зачатков. Т. о., Ф. процесса зацветания разграничивается на листовую и стеблевую фазы. Природу процессов, лежащих в основе явлений Ф. зацветания, по-видимому, надо искать в соотношениях трофических и гормональных факторов, т. е. по взаимосвязи процессов фотосинтеза и дыхания с последующими специфическими процессами, происходящими на свету или в темноте, ведущими к биосинтезу конечных продуктов, обусловливающих репродуктивное развитие. Ф., влияя на ростовые процессы, на скорость развития, на соотношение этих процессов, влияет тем самым на морфогенез (образование клубней, луковиц, корнеплодов, на форму стеблей и листьев и т.д.), на физиологические особенности - устойчивость к морозу и засухе, к заболеваниям, состояние покоя у растений. Регуляция процессов роста и развития с помощью Ф. используется в практике селекции и семеноводства, овощеводства и цветоводства. фотопериодизм почва гумус азональный

Наступление неблагоприятных факторов обычно коррелирует с изменением длины дня. Самые заметные колебания в длительности светлого времени суток наблюдается в высоких широтах: за полярным кругом бывает полярный день (24 часа света/сутки) и полярная ночь (0 часов света/сутки). Чем ближе тропическим областям, тем незначительнее изменение длины суток. И, наконец, на экваторе день всегда равен ночи (12 часов света/сутки). Таким образом, на экваторе растения не могут оценить изменение длины дня. В тропических районах длина дня меняется незначительно, отсюда происходят растения, наиболее чувствительные к изменениям длины дня. Этим растениям приходится оценивать время с точностью до 1-3%! Растения умеренных широт оценивают длину дня менее точно, но она играет более заметную регуляторную роль в развитии. Закономерное изменение длины дня в течение года называют фотопериодизмом. Физиологический ответ на этот внешний стимул - это фотопериодическая реакция растений.

Рассмотрим уменьшение длины дня как внешний регуляторный фактор. Для растений умеренных широт уменьшение длины дня говорит о надвигающемся похолодании. Соответственно растения готовятся к состоянию покоя: происходит листопад, питательные вещества перемещаются из надземной части в подземную, рост останавливается.

Для растений из Средиземноморской области сокращение длины дня говорит о наступлении зимы - самого влажного сезона года с приемлемыми для роста температурами. Они должны давать противоположную физиологическую реакцию: активизировать рост и цветение.

Эти два противоположных ответа на длину дня можно назвать типичными. Кроме того, существуют климаты, в которых влажный период приходится не на зимнее, а на осеннее или весеннее время. Тогда растению приходится оценивать не общую тенденцию, а точно измерять интервал и определять благоприятный сезон. Если длина дня меньше или больше "эталонной", это говорит о неблагоприятных условиях, и растение готовится к покою.

Бывает и "симметричная" ситуация, когда климат в целом благоприятен, но весной или осенью наблюдается засуха. Тогда измеренная "эталонная" длина дня говорит о неблагоприятных условиях, и растения впадают в состояние покоя.

По отношению к длине дня физиологи выделяют несколько групп растений.

1. Нейтральные растения (НР) - длина дня не оказывает заметного влияния, растения цветут по достижении определенного возраста или размера. Обычно нейтральные растения происходят из экваториальных областей.

2. Длиннодневные растения (ДДР) - зацветают только в том случае, если длина дня больше некоторой критической величины. ДДР происходят из умеренных областей с равномерным увлажнением по сезонам.

3. Короткодневные растения (КДР) - зацветают только тогда, когда длина дня меньше, чем некоторая критическая величина. Они происходят из субтропических и тропических областей с зимним максимумом увлажнения. (Есть и растения с количественной реакцией на короткий день: цветение ускоряется на коротком дне, хотя длина дня не играет принципиальной роли).

4. Длиннокороткодневные растения (ДКДР) - для цветения необходима определенная последовательность: сначала длинные дни, а затем короткие. Эти растения настроены на благоприятный осенний период.

5. Короткодлиннодневные растения (КДДР) - для цветения необходима смена коротких дней на длинные (но не наоборот). Благоприятный период у этой группы ассоциируется с весенним сезоном.

6. Среднедневные растения (СДР) - для цветения необходим определенный интервал длины дня: ни при увеличенной, ни при уменьшенной длине дня эти растения не цветут. Это - сравнительно редкий тип регуляции цветения.

7. Амфифотопериодичные растения (АФПР) - для цветения неблагоприятен узкий интервал, а при большей или меньшей длине дня цветение наступает. Этот тип физиологических ответов также достаточно редок.

Под контролем фотопериода находятся самые разнообразные процессы. Так, у многих растений от длины дня зависит перестройка работы меристемы побега и образование цветков. При определенной длине дня возникают и почки у многих деревьев. Земляника образует расселительные побеги - усы - при наступлении длинных дней. Сбрасывание листьев у репчатого лука и тюльпанов происходит на длинном дне, а у березы и осины - на коротком. Образование запасающих органов (кочанов у капусты, клубней у диких видов картофеля и топинамбура) также зависит от длины дня. Растения пустынь могут изменять листья С-3 типа на С-4 и наоборот, а водные растения - сменяют подводные листья на надводные, получая из внешней среды фотопериодический сигнал и т.д.

Интересно, что фотопериодические ответы бывают не только у растений. Так, у птиц и крупных млекопитающих сезонная миграция связана с фотопериодической регуляцией. Не менее важна сезонная половая активность ряда животных. Фотопериод влияет на пищевое поведение: под влиянием коротких дней животные умеренных широт начинают искать более калорийную пищу. Человек также подвержен фотопериодическому воздействию, которое часто не осознается, а действует на уровне инстинктов. Фотопериодом регулируются сезонные эмоциональные состояния, сезонные изменения пищевых предпочтений и связанные с ними летне-зимние колебания веса и т.д.

2. Понятие о почве и ее плодородии

Первое научное определение почвы дал В.В. Докучаев: "Почвой следует называть "дневные", или наружные, горизонты горных пород (все равно каких), естественно измененные совместным воздействием воды, воздуха и различного рода организмов, живых и мертвых".

В отличие от горных пород почвы обладают весьма существенным качественным свойством - плодородием.

Под плодородием следует понимать способность почвы обеспечивать потребность растений в элементах питания, воде.

Различают естественное плодородие почвы, которое создавалось под влиянием естественных факторов почвообразования, и эффективное плодородие, которое создаётся трудом человека, зависит от его воздействия на почву, от уровня науки и техники.

К. Маркс указывал, что хотя плодородие и является объективным свойством почвы, экономически оно постоянно предполагает известное отношение к данному уровню развития земледельческой химии и механике. Плодородие - это не статическое (неподвижное) свойство, а динамическое, и при правильном разумном использовании почвы оно непрерывно возрастает.

Почвообразовательный процесс

Многие миллионы лет потребовалось для того, чтобы массивные горные породы, покрывающие землю, превратились в почву.

Прежде чем начался почвообразовательный процесс, прошёл длительный период создания рыхлого (рухлякового) слоя на поверхности земной коры под воздействием атмосферных факторов - воды, воздуха, солнечного тепла. Происходило так называемое - физическое выветривание, состоящее в измельчении горных пород под воздействием физических факторов: температуры, воды, переносящей и перетирающей обломки горных пород, ветра и др. Этот процесс разрушения горной породы под влиянием физического выветривания можно наблюдать и в настоящее время.

Одновременно с физическим выветриванием происходило химическое выветривание горных пород и минералов под воздействием воды, углекислоты, кислорода в ходе процессов гидролиза, гидратации и окисления. При этом растворимые соли выщелачивались и породы приобретали новые физические свойства: связность, влагоёмкость, поглотительную способность.

Огромную роль в изменении поверхности земли сыграли ледники.

Под воздействием живых организмов и продуктов их жизнедеятельности на фоне физических и химических превращений протекало биологическое выветривание горных пород и минералов. Многочисленные виды бактерий (нитрификаторы, серобактерии), грибов, водорослей, мхов, лишайников, высших растений и животных способствовало механическому разрыхлению пород, а также извлечению минеральных веществ, превращению их в органические соединения и аккумуляции в поверхностных слоях.

В результате длительного геологического процесса под влиянием физического, химического и биологического выветривания и перемещений горные породы измельчались и превращались в продукты другого химического состава с другими физическими свойствами: поверхность их, представляющая более или менее однородную массу, являлась материнской породой для образования почвы.

Совокупность явлений, под влиянием которых формируется почва, называется почвообразовательным процессом.

Факторы почвообразования

В.В. Докучаев говорил, что почва есть результат совокупного, весьма тесного, векового взаимодействия между водой, воздухом, землёй, растительными и животными организмами и возрастом страны. Он выделил следующие факторы почвообразования: материнские породы, растительный и животный мир, климат, рельеф, возраст страны.

Почвообразующие породы. Материнской, или почвообразующей, породой называется верхний слой земли, на котором и из которого образуется почва. Механический, минералогический и химический состав материнской породы, её физические и физико-химические свойства обязательно влияют на состав и свойства почвы. Например, карбонатные почвы формируются на глинах, богатых известью, а подзолистые - преимущественно на кислых отложениях. При одних и тех же климатических условиях на разных материнских породах образуются и разные почвы.

Основными почвообразующими породами на территории нашей страны являются континентальные осадочные породы, возникшие в четвертичный период.

Растительный и животный мир. Важнейшим фактором почвообразования является растительность. От её характера зависят количество и свойства перегноя, (гумуса), аккумуляция минеральных веществ в верхних горизонтах почвы, а также физические свойства почвы.

Многолетняя древесная растительность корнями глубоко проникает в почву, добывая там воду и минеральные вещества, способствует накоплению снега, даёт ежегодный опад в виде хвои или листьев, образующий лесную подстилку. В процессе разложения опада выделяются органические кислоты, оказывающие сильное влияние на минеральную часть почвы, на формирование почвенного профиля.

Травянистая растительность образует густую сеть корней в верхних слоях почвы. Часть корней ежегодно отмирает и вместе с остатками надземной массы обогащает почву органическим веществом, создаёт её структуру.

Мхи, обладающие высокой влагоёмкостью, способствуют заболачиванию почв и образованию торфяников.

В почвообразовании исключительно велика роль микроорганизмов. В почве их огромное количество (до нескольких миллиардов на 1 г). они разлагают остатки растений и животных, превращают их в гумус, сложные органические и минеральные соединения переводят в простые минеральные соли, доступные для использования их растениями.

В почве обитает большое количество животных организмов (черви, грызуны, насекомые, простейшие), которые также оказывают большое влияние на свойства почвы.

Климат. Количество осадков, температура воздуха, ветер, испарения воды из почвы и другие метеорологические условия, из которых складывается климат местности, оказывает очень сильное влияние на формирование почвы. Прежде всего они определяют характер растительности, а также накопления перегноя и минерализации органического вещества в почве.

От количества осадков и степени испарения воды из почвы зависит направление передвижения солей: промываются они в грунтовые воды или, наоборот, преобладает процесс засоления почвы вследствие подъёма грунтовых вод.

Рельеф. Влияние рельефа сказывается на водном и тепловом режимах почвы. На повышенных элементах рельефа наблюдается меньшая влажность почвы, большая глубина залегания грунтовых вод. В пониженных частях рельефа, наоборот, отмечается большая влажность, близость грунтовых вод, даже заболачивание.

Возраст страны. Это понятие определяется периодом, в течение которого идёт почвообразовательный процесс. На территории России он раньше наступил там, где не было оледенения, или там, где поверхность почвы скорее освободилась от льда, поэтому почвы на севере более молодые, чем на юге.

Деятельность человека. В современных условиях, когда на огромном пространстве земли под действием природных факторов почвы сформировались, решающее влияние на изменение почвенного покрова оказывает производственная деятельность человека. Осушаются болота, орошаются пустыни, вырубаются леса или создаются новые лесонасаждения - все это оказывает влияние на почву. Интенсивное сельскохозяйственное использование земли, в частности применение удобрений, известкование, гипсование, обработка почв, возделывание тех или иных культур, изменяет агрономически важные свойства почвы.

3. Азональная растительность

Азональная растительность - такой тип растительности, который встречается как включение в зональную растительность, напр., луга в поймах рек полупустынь и пустынь.

Термин азональная растительность ввел Пачоский в 1915. По Пачоскому азональная растительность это естественная растительность, встречающася во всех зонах на неплакорных местообитаниях.

В качестве примера азонального сообщества рассмотрим луг, который может появляться во всех странах с умеренным климатом и влажностью, где человек, главным образом, культурный, достаточно долгое время оказывал свое влияние, где атмосферные осадки и влажность воздуха распределяются равномерно в течение всего года, там часто появляются искусственные сообщества злаков и других трав, именно луга и пастбища, которые обязаны своим возникновением и развитием исключительно человеку. Большая часть из этих сообществ развивается на месте прежнего леса; лес должен был уступить вторжению человека. Если бы эти сообщества были предоставлены самим себе, они с течением времени непременно превратились бы в лес. Другие луга, например, по берегам рек, где появление леса невозможно вследствие разливов, ледохода и т. п., ни в каком случае не могут считаться продуктами культуры. Луга встречаются также и в своем естественном виде, пастбища же никогда.

Луга стоят на границе мезофильных и гидрофильных сообществ; одни из лугов стоят ближе к гидрофильным сообществам, другие принадлежат несомненно к мезофильным. Почва имеет определенную влажность (60- 80% воды в состоянии насыщения).

Подпочвенная вода лежит здесь не так высоко, как в болотах; ея уровень изменяется более и она более подвижна, чем болотная, вследствие чего почва периодически проветривается. Почва здесь обыкновенно богата, глубоким гумусом, но иногда состоит из песка, особенно если это новые луга.

Луга - это сообщество высоких, многолетних травянистых растений, преимущественно злаков. Растительный покров здесь всегда сплошной и представляет густой, плотный войлок из корней и корневищ; почва между растениями не видна, так как трава высока (обыкновенно вышиной в 1 фут и более). Густоте покрова не мало способствует то, что луга обыкновенно выкашиваются или служат для пастьбы; покос сильно влияет на естественные условия лугов, так как мешает созреванию семян, вызывает сильное ветвление и изменяет флористические отношения. Травянистый покров летом свеже-зеленого цвета и как по числу видов, так и по числу индивидуумов состоит, главным образом, из злаков: Deschampsia, Avena, Dactyhs, Festuca, Poa, HoIcus, Anthoxanthum, Alopecurus, Phleum, Bnza, Agrostis и т д. Часто на одном и том же лугу довольно равномерно смешаны 20-30 видов. Кроме того, луга образуются многими одно- или двудольными многолетними травами (Ranimculaceae, Compositae, Papilionaceae, и др.), но деревья, кустарники и однолетния травы почти не встречаются.

Луга отличаются богатством цветками, вследствие чего с ними связана целая масса насекомых, затем также и своей свеже-зеленой окраской, подобно луговым болотам, в общем с ними сходным, но по бедности цветками составляющим полную им противоположность. Между травами, особенно когда оне невысоки, находят часто приют многие мхи: Hypnum, Aulacomnium, Mnium, Bryum и т. д.

Период покоя растительности начинается только с морозом; тем не менее, несмотря на то, что зимой луга увядают и становятся желтосерыми, ойкологически они стоят очень близко к вечнозеленой растительности, так как под старыми листьями выходят новые, ярко-зеленые; кроме того, часто, при теплой погоде, завядшие листья снова принимают зеленую окраску. Рост злаков начинается только при 9-10 град. Приспособленность растительности выражается в следующем:

1. Большая часть видов многолетни, для цветущих один раз, очевидно, недостаточно света и места (полупаразитныя Rmanthaceae как здесь, так и в других сообществах составляют исключение); из однолетних здесь встречается Linum catharticum, из двулетних, например, Cirsium palustre.

2. Некоторые виды имеют преимущественно ползучия корневища и образуют ковры (из злаков Роаpratensis, Festuca rubra, Agrostis vulgaris и alba, затем некоторые Carices и др.). Многолетними травами с ползучими корневищами будут Lathyrus pratensis, Valeriana dioica, Epilobium palustre, Mentha, Lycopus, Equisetum palustre и т. д.

Большая часть злаков образует дерн, например, Deschampsia caespitosa, Avena pubescens, Dactylis glomerata, Alopecurus pratensis, Anthoxanthum, Festuca elatior, Poa trivialis, Briza media, Holcus lanatus и др. Большая часть многолетних трав также не имеет или почти не имеет никаких вегетативных органов распространения (Myosotis palustris, Rumex Acetosa, Succisa pratensis, Geranium pratense, Polygonum viviparum, Lychnis, Flos cuculi, Parnassia, виды Ranunculus, Caltha, Trollius, Primula и др.). Причиной этого служит, вероятно, препятствие, которое оказывают безчисленные и тесно сплетающиеся корни и корневища злаков для видов с стелющимися побегами. Луковичныя и клубневыя растения встречаются реже (Orchis; Colchicum в Средней и Южной Европе).

3. Листья тонки, плоски, широки, гибки и голы, не имеют ни толстаго эпидермиса, ни другого какого-нибудь способа защиты от испарения. Листья злаков имеют с обеих сторон устьица и не могут свертываться. Механическая ткань развита слабо или вовсе не развита. Флора на разных лугах, разумеется, весьма различна, в зависимости, главным образом, от разницы во влажности почвы, от флористических областей и от большаго или меньшаго влияния культуры (от употребления для пастбища, для покоса, проведения канав, орошения). Weber (I) приводить поэтому много "субформаций" естественных лугов, из которых к мезофильным лугам должны быть причислены следующие: в травянистых местностях высоких геестов "субформации" Роа pratensis (около 2-3 m. выше средняго уровня почвенной воды), Роа trivialis (1-1,5 m. над этим уровнем), Deschampsia caespitosa (в июне и июле 0,4-0,7 m. выше уровня воды канав). "Субформации" Carex panicea, Carex acuta и Molinia caerulea принадлежать скорее к луговым болотам или представляют переход от них к лугам. Из переходной области от геестов к маршам "субформация" Festuca elatior, а из затопляемых травянистых местностей, настоящих маршей, "субформации" Agrostis alba, Poa pratensis и Lolium perenne должны быть также причислены к мезофильным лугам или пастбищам. Луга, подобные нашим северным, встречаются еще на равнинах Южной Европы; под тропиками же они, вероятно, совершенно отсутствуют, исключая, конечно, горныя страны.

В горных местностях настоящие луга встречаются довольно часто, например, в Норвегии и Швейцарии. Долинные луга Giinther Beck'a представляют именно такие луга; они скашиваются по большей части 2 раза и содержат около 12 видов злаков и много других трав. В одной Швейцарии встречается масса различных типов лугов (Stebler und Schroeter).

Восточно-азиатские луга отличаются большей высотой злаков; двусеменодольныя травы достигают там тоже гораздо большей высоты, иногда нескольких футов. Отличительный черты луга, таким образом, исчезают; возникают сообщества высоких мноюлетних трав, примеры которых встречаются во многих местностях Азии; по опиcaнию Kittlitz'a, это смешанныя сообщества стройных, высоких многолетних трав, главным образом, исполинских видов Heracleum, которые возвышаются над роскошной луговой почвой (рис. 92); сюда же присоединяются и парковые ландшафты Восточной Азии, в которых злаковые луга перемешаны с деревьями и кустарниками, чем напоминают саванны (ср. Griesebach). Об этих разнообразных сообществах существуют такия неполныя и немногочисленныя сведения, что до сих пор невозможно указать их настоящее место. То же самое относится и к "травянистым местностяы криков" в Узамбаре, которыя описывает Engler: "на небольшой высоте над уровнем моря тянутся, иногда на разстоянии нескольких часов вглубь страны, большия песчаныя или каменистыя поля, которыя в дождливое время стоят большей частью под водой". Здесь растут Cyperaceae, Eriocaulaceae, Ipomoea pes caprae и т. д.

Гигантския Heracleum на лугах Камчатки.

Список литературы

1. Ботаника: Учебник для студентов вузов Изд. 3-е, перераб., доп. - 528 с, Издательство Колос 2003 г.

2. Суворов, Владимир Васильевич. "Ботаника с основами геоботаники Учебное пособие для сельскохозяйственных вузов"

Размещено на Allbest.ru