Світло як екологічний фактор

Розглядаючи екологічне значення світла, слід відзначити його основну роль у фотосинтезі зелених рослин, оскільки воно сприяє утворенню органічної речовини – рослинної біомаси, тобто первинної біологічної продукції, від трансформації і використання якої залежить життя на Землі.

Для рослин важливі промені видимої та невидимої частин спектра, особливо оранжево-червоні (0,65-0,68 мкм) і синьо-фіолетові (0,40-0,50 мкм). Найменше поглинаються жовто-сині (0,50-0,60), майже не поглинаються інфрачервоні. Причому "далеке" інфрачервоне проміння (довжина хвилі понад 1,05 мкм) бере участь у теплообміні рослин, а тому проявляє певний позитивний вплив, особливо при дії низьких температур оточуючого середовища (рис. 3.20).

 

В умовах високих температур інфрачервона радіація негативно впливає на рослини. Справа в тому, що це проміння поглинається головним чином не пігментами листя, а водою, яка міститься в тканинах і плазмі клітини, отже, воно може призвести до перегріву рослин.

Великою активністю відрізняються ультрафіолетові промені (0,06-0,30 мкм). Одні з них, які негативно впливають на рослини, не досягають поверхні Землі; їх затримує озоновий шар і різні частинки у верхній частині атмосферного купола Землі. Земної поверхні досягають найдовші з ультрафіолетових променів – з довжиною хвилі 0,38-0,40 мкм, так звані "близькі". Вони сприяють фотосинтезу рослин, особливо якщо останні одержують ці промені в помірних дозах. У таких випадках вони стимулюють ріст і розмноження клітин, сприяють синтезу високоактивних біологічних сполук, підвищуючи в рослинах вміст вітамінів, антибіотиків, а отже, й стійкість рослинних клітин до захворювань.

Сонячну енергію, яку зелені рослини поглинають і використовують у процесі фотосинтезу, називають фізіологічно активною радіацією, або скорочено ФАР, яка обмежена довжиною хвиль 0,38-0,71 мкм, але і в цих межах вона неоднаково поглинається рослинами. Активність ФАР залежить від присутності в рослині кольорових пігментів: хлорофілів, каротиноїдів, фікоціанів та інших, які вибірково працюють у спектрах ФАР.

 

Зелені пігменти (хлорофіли) мають два основних максимуми поглинання – в червоній і синьо-фіолетовій частинах спектра. Каротиноїди ж поглинають окремі промені лише в синьо-фіолетовій частині спектра. Активність ФАР і вплив хвиль окремих частин спектрів залежить від кута падіння променя, прозорості атмосфери, розсіювання тощо.

В житті рослин велике значення має також кількість падаючого світла, тобто інтенсивність освітлення. Як відомо, вона залежить передусім від широтності і протягом вегетаційного періоду змінюється. В містах через забруднення атмосфери освітлюваність на 5-15% нижча, ніж в приміських зонах. Рослинний покрив, особливо деревні угруповання, пропускають під намет лише незначну частину світла – 5-10% (рис. 3.21). У рослин у процесі природного відбору виникли численні пристосування, які дають їм змогу жити в різних умовах освітлюваності. За ставленням до світла рослини поділяють на три групи: світлолюбні, тіньолюбні та тіньовитривалі.

Світлолюбні рослини, або геліофіти, можуть нормально розвиватись лише при достатньо яскравому світлі. Прикладом можуть служити лучні трави – райграс високий, тимофіївка лучна; рослини степів – ковила, перекотиполе; пустель – верблюжа колючка, саксаул, кактуси. З лісових рослин – це дерева першого ярусу та трави-ефемери, які розвиваються до розпускання листя дерев і чагарників (анемона, ряст).

Тіньолюбні рослини, або сціофіти, розвиваються в умовах досить слабкої освітлюваності. При яскравому освітленні, особливо в умовах конкуренції з іншими видами, вони жити не можуть. До тіньолюбних належать рослини, які живуть у нижніх ярусах фітоценозів (кислиця, веснівка дволиста, копитняк, вороняче око).

Тіньовитривалі види, або факультативні геліофіти, як правило, рослини помірних зон – лісові та лучні трави: тонконіг лучний, костриця червона, суниці лісові, грястиця збірна, а серед дерев – липа, черемха, горобина, смерека тощо.

 

Чітка вираженість світлолюбності (чи тіньолюбності) властива, головним чином, видам, вузькопристосованим до світла (стенотипам). У широкопристосованих видів, до яких належать тіньовитривалі рослини, проявляються риси то одних, то інших екологічних форм. Водночас світлолюбні і тіньолюбні види мають свої характерні риси (класичний приклад кульбаби і сосни). Якщо взяти органи світлолюбних і тіньолюбних рослин, наприклад, кореневу систему, стебло і листя, то вони будуть значно відрізнятися за структурою, розмірами тощо. По-різному перебігає в них процес фотосинтезу.

Рослини упродовж життя потребують неоднакової кількості світла. Більшість деревних видів у молоді роки є справжніми тіньолюбами: клен гостролистий, бук, смерека, ялиця.

На рослини впливають не лише інтенсивність і якість світла, але й тривалість освітлення. З цим пов'язані добовий і сезонний ритми розвитку активності рослин, названі фотоперіодизмом.

Розрізняють два типи фотоперіодизму: короткоденний і довгоденний. Відомо, що довжина світлового дня, крім періоду року, визначається географічним положенням місцевості. Короткоденні види ростуть в основному у низьких широтах, а довгоденні – у помірних і високих. У видів з широким ареалом північні особини можуть відрізнятися за типом фотоперіодизму від південних. Таким чином, тип періодизму – це не екологічна, а систематична особливість виду.

У довгоденних рослин і тварин довгі весняні та ранньолітні дні стимулюють ростові процеси і підготовку до розмноження. Скорочені дні другої половини літа й осені гальмують ріст рослин і зумовлюють процеси підготовки до зими. Закономірність сезонного розвитку природи вивчає прикладна галузь екології – фенологія (наука про явища).

Світло є важливим фактором, який впливає на процеси розмноження рослин і тварин. У багатьох рослин нестача світла гальмує цвітіння, а отже, і розмноження. Мохи, які ростуть в умовах світлового дефіциту, розвивають лише вегетативні органи. Для багатьох тварин тривалість дня є фактором, що регулює ритм розмноження.

Сприйняття світлових сигналів тваринами відбувається за допомогою органів зору. Подразнення передаються через нервову систему, відомі три шляхи впливу їх на систему розмноження. Перший пов'язаний з ендокринною системою, яка виділенням гормонів ініціює статевий цикл. Другий шлях – це вплив через кормовий фактор. У багатьох тварин світло стимулює потребу в їжі, прискорює перебіг процесів розвитку, які зумовлюють дозрівання статевих органів. І нарешті, третій шлях – це безпосередня дія видимого випромінення. Крім того, його підсилення може впливати на процеси розмноження.

Часто світло виступає як фотоперіодичний стимулятор. Щоб рослина могла вступити в черговий цикл росту і розвитку, їй потрібно пережити холод і одержати таким чином фізіологічне підтвердження того, що зима минула. Тоді поряд з температурою й іншими стимулами виступає світло у вигляді тривалості фотоперіоду, сигналізуючи про припинення періоду спокою (і відповідно початок вегетації). Наприклад, для проростання насіння берези повислої (Betula pendula) такий фотоперіодичний стимул просто необхідний. Правда, якщо насіння берези охолоджувати, то воно проростає і без світлового стимулу.

Фотоперіодизм тісно пов'язаний з відомим механізмом біологічного годинника і служить універсальним засобом регулювання функцій у часі. Біологічний годинник зв'язує між собою ритми факторів середовища і фізіологічні, даючи змогу організмам передбачати добову, сезонну, припливно-відпливну й іншу періодичність. Характерним є те, що хоча вищі рослини і тварини різко відрізняються морфологічною будовою, зв'язки з фотоперіодичністю середовища у них подібні. Справа в тому, що довжина дня живими організмами сприймається чутливими рецепторами, такими, як око у тварин або спеціальний пігмент в листях рослин, а ці рецептори, в свою чергу, активізують один або декілька ланцюгових механізмів, які включають гормони і ферменти, зумовлюючи відповідний фізіологічний або поведінковий ефекти. Правда, сьогодні точно не відомо, який компонент цієї послідовності вимірює час.

 

Степова рослинність

Для природного рослинного покриву степової зони України характерне абсолютне панування трав'янистої рослинності, пристосованої до посушливого клімату. Основу травостою складають багаторічні дерновинні злаки (ковила, типчак) і меншою мірою – кореневищні. Різнотрав'я відіграє другорядну роль, причому його кількість і різноманітність різко зменшуються з півночі на південь. Гострий дефіцит вологи – головна причина безлісся степів. Невеликі лісові острівці можна побачити лише в долинах річок і по балках.

 

На Україні степова зона займає 40% усієї території. Характерною її ознакою є рівнинний рельєф, що розрізається річковими долинами, балками та ярами. Клімат континентальний, з високими температурами влітку і морозними зимами. Кількість опадів – від 450 мм на півночі зони до 350 – на півдні. З півночі на південь змінюються й грунти степової зони республіки: від родючих чорноземів до солонцюватих, а також каштанових грунтів крайнього півдня – безструктурних і бідних на гумус.

Через жарке літо, невелику кількість опадів і нерівномірне випадання їх протягом літа, сильне випаровування у степу часто бувають посухи й жорстокі суховії – чорні бурі. Цілинний степ стійко витримує таку негоду. Протистояти вітру степовим травам допомагають тонкі, але цупкі й розгалужені корені в одних та довгі, міцні – в інших. Рослини мають безліч пристосувань і для перенесення спеки: густе опушення, шар воску або іншої речовини, що вкриває рослину; зменшення поверхні листків, вертикальне положення листків тощо. Деякі рослини розвиваються у весняний період, коли достатньо

вологи. З настанням спеки в них уже достигають плоди, надземна частина засихає, а під землею зберігаються до наступної весни цибулини, бульби. Такі рослини називаються ефемероїдами. На півдні степу ростуть однорічники, які швидко розвиваються в роки з вологою весною і за короткий час закінчують цикл свого розвитку. Називаються вони ефемерами.

 

Протягом вегетаційного періоду степ змінює свій вигляд: залежно від цвітіння тих чи інших рослин він то голубий, то жовтий, то білий з різними відтінками. Така мінливість – результат пристосування видів до метеорологічних умов: одні починають свою вегетацію раніше, інші – пізніше; одні ростуть швидко, інші – повільно; одні цвітуть кілька днів, інші два-три місяці. Тому і зовнішній вигляд фітоценозів, який називають аспектом, у різний періодрізний. Наприклад, у південних типчаково-ковилових степах навесні, в квітні, зовнішній вигляд фітоценозів зумовлюють ефемери і ефемероїди, що цвітуть у цей час. У травні тут панує пірчаста ковила з домішкою типчака, тонконога та степового різнотрав'я; в червні аспект створюють рослини типу перекоти-поле; в липні – ковила волосиста і т. д.

 

З півночі на південь степова рослинність значно змінюється. Так, у найпівнічніших районах степової зони зустрічаються лучні степи, для яких характерні не тільки степові, а й лучні трави. Дерновинних злаків мало, переважають кореневищні широколисті: стоколос, пирій, куничник та ін. На цих степах дуже багате і буйне різнотрав'я, в якому переважають вологолюбні види: шавлія лучна, конюшина гірська, сон-трава тощо.

У справжніх степах, що лежать далі на південь, панують вузьколисті дерновинні злаки. Ці степи поділяються на різнотравно-типчаково-ковилові, де значне місце належить посухостійкому різнотрав'ю, і типчаково-ковилові з дуже бідним різнотрав'ям.

Ще далі на південь лежать пустинні степи з розрідженим травостоем, у складі якого, крім дерновинних злаків, посухостійкі напівчагарники: полини, солянки тощо. На крайньому півдні степової зони великі ділянки займають солончаки зі своєрідною рослинністю: у більшості рослин соковиті, м'ясисті стебла і дуже редуковані листки.

 

Тепер у степовій зоні України немає великих цілинних масивів. Вони давно розорані для вирощування культурних рослин. Від цілинних степів залишилися окремі ділянки на незручних для розорювання місцях, уздовж доріг. Найповніше уявлення про степи дають ділянки, оголошені заповідними. На Україні їх кілька. Михайлівська цілина – єдина заповідна степова ділянка у лісостеповій зоні України (Лебединський район Сумської області, площа 202 га). Вологолюбні лучні рослини переважають тут не тільки в пониззях, а й на рівнині. Хомутовський степ лежить на південному сході республіки (Новоазовський район Донецької області, площа 1028 га). Це досить великий масив різнотравно-типчаково-ковилового степу. Кам'яні Могили займають ділянку в південно-східній частині Приазовської височини (Володарський район Донецької області, площа 401 га). Це мальовниче й своєрідне поєднання гранітних відслонень із цілинним степом.

Природне середовище

 

Структура фітоценозів.

Популяція - це форма існування виду в природі. Рослинні популяції формують фітоценоз. Кожна популяція в рослинному угріупованні складається з особин різного віку Радянський дослідник Т. О. Работ-нов виділив такі основні періоди життя рослин:

• латентний період (період первинного спокою) - рослини знахо­дяться у стані спокою у вигляді насіння, плодів чи інших діаспор;

• віргінілший період - період від проростання зачатків до утворення генеративних органів, складається з трьох стадій (сходи, ювенінь-на і імматурна);

• генеративний період - це період розмноження насіїшям або інши­ми зачатками (діаспорами);

• сенігьний період - це період вегетації' після генеративного розмно­ження.

Латентний період у різних рослин триває неоднаково. Деякі види птрачають схожість насіння, якщо воно не потрапило у сприятливі для проростання умови, дуже швидко (протягом кількох днів). Це верби, тополі, волоський горіх, кінський каштан. У більшості інших видів насіння може зберігатися роками. Завдяки цьому в ґрунті накопичу-І'тііся велика кількість насіння багатьом: видів, навіть тих, що не рос-іуп, на даній площі і були занесені з сз'сідніх ділянок. Наприклад, у лучІ юму фітоценозі в середньому міститься від кількох тисяч до кіль­кох десятків тисяч життєздатного насіння. Таким чином, у ґрзщті однієї ДІЛЯНКИ зберігається насіння та плоди рослин, характерних не лише для да І юго, а й для інших фітоценозів. Саме тому за однакових еколо-Ичііііх умов на різних ділянках можуть розвиватися відмінні фітоце-Ип 111 І'ривалість віргінільного періоду також неоднакова в різних ви- ДІИ. ()л,і І і види можуть давати квіти лише протягом короткого періоду, ІИіііі кііітнуть кілька тижнів, місяців і навіть років. Тривалість генера-ПІВігоїо і сенільного періодів також різна. Під час останнього росли-ИИ Міри ча ють здатність до генеративного розмноження.

Иі копа структура популяції має важишве значення при оцінці ролі

"... и і І ііііого виду в структурі фітоценозу Якщо популяція представ-

'ішн ііг.ііикою кількістю статевозрілих і молодих особин, то цей вид Пупс посідати чільне місце у фітоценозі. І, навпаки, якщо вид пред-ІІіикичіий старими рослинами, то зрозуміло, що життя даної попу- тШ Пуде мс тривалим. За кількісним співвідношенням різних віко-ІИ<і І (іуіі популяції поділяються на три типи:

1)вікові групи;

2) інвазійні, коли переважають особини у вигляді насіння, сходів, віргініпьних рослин;

3)регресивні, коли переважають старі екземпляри рослин.

На одній і тій самій площі, в одному фітоценозі можуть бути від­мінні за віковою структурою популяції різних рослин. Так, скажімо, старе березове насадження поступово змінюється молодими дерева-ми ялини. Останні є тіньовитр»ивалими рослинами, тому їх сходи з'яв­ляються під наметом березового лісу і з часом у міру випадання берези займуть всю площу і перейдуть у верхній ярус. У цьому випадку попу­ляцію беїіези слід оцінювати як регресивну, а ялини - як інвазійн).

Тип популяції характеризує місце виду і його життєздатність у фі­тоценозі, а кількісне співвідношення між віковими структурами по­пуляцій різних видів дозволяє встановити фазу розвитку рослинного угруповання і перспективи його існування. Вікова структура рослин­них попуняцій може змінюватися залежно від інтенсивності впливу антрополжного чинника.

Сутність поняття середовще

Навколишнє середовище - це сукупність матеріальних тіл, явищ і енергії, які впливають на живі організми.

Тобто, усе, що оточує організм і безпосередньо чи опосередковано впливає на нього, є навколишнім середовищем. Однак до деяких ха­рактеристик навколишнього середовища рослини або міїлочутливі, або зовсім на них не реагують. Скажімо, рослини практично нечутливі до вмісту в повітрі інертних газів. Водночас не слід забувати, що зовсім недавно до таких незначущих факторів середовища відносили магні­тне поле Землі, сильний шум та деякі інші. Проте сучасні дані свід­чать, що такий вплив є.

► Природне середовище — те саме, що й навколишнє середовище, але незалежне від прямого або опосередкованого впливу людини.

► Середовище абіотичне — усі сили та явища природи, походження яких безпосередньо не пов'язане з життєдіяльністю нині існую­чих організмів.

► Середовище антропогенне — природне середовище, яке безпосеред­ньо або опосередковано змінене людиною.

► Середовище біотичне — сили і явища природи, які завдячгують своє­му походженню життєдіяльності іси[уючих нині живих організмів.

Отже, з наведеного випливає, що на всі організми та угруповання справ;іяють вплив абіотичне та біотич:не середовище, що будь-який компонент середовища не є ізольованим і що між цими елементами існують складні, взаємодіючі зв'язки. Усе це утворює своєрідну систе­му. Розрізняють такі ієрархічні екологічні системи:

- моноцен;

- демоцен;

- плеоцен.

Найпростішою екологічною системою є моноцен. Така система складається з окремого організму, а також його безпосереднього ото­чення або середовища. У межах цієї екологічної системи реалізується перший тип екологічної залежності - дія і реакція. Кожний організм використовує середовище для отримання поживних речовин і енергії (з повітря - вуглекислий газ, кисень і вологу, з ґрунту - хімічні елеме­нти та воду, від Сонця - сонячну радіацію). Водночас організм вили­няє на середовище шляхом виділення продуктів життєдіяльності.

Настутшою ієрархічною одиницею екологічних систем є демоцен. І І,с екологічна система, яка складається: з популяції та середовища на-нколо неї. Популяції, які організми, використовують енергетичні та харчові можливості середовища й одночасно активно впливають на ііг.оі'о. На зміни середовища популяції реагують зміною чисельності, сиікнідношенням статей, зміною вікової структури тощо.

Головною екологічною одиницею є плеоцен, до складу якого вхо­ди 1 ь усі популяції в межах певного місцеперебування. Подібні угру-ііопіііііія називаються біогеоценозами, або екосистемами.

Інші дослідники зазначають, що характерною особливістю біогеоценозу є те, що через територію або акваторію, яку він займає, не проходить жодна суттєва біоценотична, ґрунтово-геохімічна, геоморфюлогічна і мікроклііматична межа (Ти-мофєєв-Ресовський, Тюрюканов, 1966). Ця особливість і визначає од­норідність біогеоценозу Учені підкреслюють, що біогеоценоз є еле­ментарною одиницею біосфери.

Біогеоценоз — це найменша одиниця, у якій здійснюється в біо­сфері біогеохімічна робота і речовинний та енергетичний круїю-обш У жодній з частин біогеоценозу ці явища повною мірою не можуть здійснитися окремо.

екосистема — це сукупність різних видів організмів, які прожива­ють разом, та умов їх існування, що знаходяться в закономірному взаємозв'язку один з одним.