3. Экологические характеристики света.
Экологически значимыми являются следующие показатели света: продолжительность воздействия (длина дня), интенсивность (в энергетических величинах), качественный состав лучистого потока (спектральный состав).
Животные и растения тонко реагируют на изменение длительности светового воздействия, они способны ощущать незначительные изменения соотношения светового и темнового периодов суток. Эта способность живых организмов реализована в таком общебиологическом явлении, как фотопериодизм, который связан с биоритмологией, и в частности с феноменом биологических часов, образую легко приспособляемый механизм регулирования функций организмов во времени.
Энергетической количественной характеристикой солнечного излучения считают поток лучистой энергии, падающий в единицу времени на перпендикулярную лучам поверхность. Эта величина называется интенсивностью радиации, или облучённостью. Она выражается в джоулях на квадратный сантиметр в минуту (Дж/см2 в 1 мин). Наряду с этим пользуются и величиной освещённости – величиной светового потока, приходящей на единицу площади поверхности. Единица освещённости – люкс (лк), световой поток в 1 люмен, приходящийся на 1 м2.
Зелёный лист растения в нормальном состоянии поглощает до 85% попадающей на него энергии ФАР. Из остальных 15% энергии около 7,5% отражается поверхностью листа и его внутренними клетками и столько же пропускается. Сильнее всего в области ФАР отражается и пропускается листом участок спектра, соответствующий зелёным лучам.
Спектральная область поглощения радиации листом или другим биологическим объектом включает ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные лучи. Ультрафиолетовые лучи практически полностью поглощаются первыми слоями клеток покровных тканей. Наиболее длинноволновые из них (λ > 360 нм) частично доходят до хлорофиллоносных клеток мезофилла. Ультрафиолетовые лучи характеризуются самой высокой энергией квантов и высокой фотохимической активностью. С помощью их в животном организме осуществляется биосинтез витамина D. Эти лучи лучше всего воспринимаются зрительным аппаратом многих насекомых, у растений они оказывают формообразовательный эффект и способствуют синтезу некоторых биологически активных соединений (витаминов, непластидных пигментов).
Видимый участок спектра обусловил появление у растительных и животных организмов многих важных приспособлений. У зелёных растений сформировался светопоглотительный пигментный комплекс, с помощью которого осуществляется процесс фотосинтеза, возникла яркая окраска цветов, что способствует привлечению опылителей. Для животных особенно важна роль видимого света, его спектральных участков и плоскости поляризации в пространственной ориентации, в регуляции многих физиолого-биохимических процессов.
Инфракрасные, или тепловые, лучи несут основное количество тепловой энергии. Лучше всего поглощается тепловая радиация водой, количество которой в организмах довольно велико. Это приводит к нагреванию всего организма, что имеет особенное значение для холоднокровных животных (насекомых, рептилий и др.). Для растений важнейшая функция инфракрасных лучей состоит в осуществлении транспирации, с помощью которой из листьев отводится водяными парами излишек тепла, а также создаются условия для вхождения углекислого газа через устьица.
Эффективное использование лучистой энергии растительностью, повышение биологической продуктивности посева осуществляется путём целесообразного увеличения количества и общей площади фотосинтезирующих элементов, что достигается многоэтажным расположением листьев на отдельном растении и ярусным расположением растений в фитоценозе. При этом расположение листьев подчиняется известным закономерностям. Верхние листья расположены почти вертикально, средние – наклонно, а нижние, получающие преимущественно рассеянный свет – горизонтально. Рациональность такой структуры листовых пологов доказана моделированием оптимальной структуры растительного покрова.
Аналогичные закономерности обнаруживаются в пространственном положении элементов кроны и их листового аппарата у растений произрастающих одиночно или небольшими группами. Путём соответствующих агротехнических мероприятий (разные типы обрезки, применение рострегулирующих веществ типа ретардантов) представляется возможность направленно формировать такую архитектонику кроны насаждений плодовых культур в промышленных садах интенсивного типа, которая обеспечивает не только эффективное поглощение лучистой энергии, но и устойчивость дерева к механическим деформациям, вызываемым весом плодов.
В любом фитоценозе наблюдается градиентное ослабление лучистого потока, что зависит, прежде всего, от густоты облиственности, расположения листьев и их оптических свойств. Густоту облиственности выражают количественно с помощью индекса листовой поверхности (ИЛП), или сокращённо – листового индекса (ЛИ). Величина ИЛП указывает общую площадь всех листьев над определённой площадью поверхности почвы и представляет собой безразмерный показатель степени покрытия субстрата листьями.
суммарная площадь всех листьев
ИЛП =
площадь поверхности почвы, занятой растением
В обычных условиях суммарная площадь листьев многих сельскохозяйственных растений может достигать на 1 га посева от 4 до 8 га, т.е. ИЛП колеблется от 4 до 8, однако оптимальная площадь листьев 1 га посева должна составлять 40-60 тыс. м2. Величина ИЛП очень вариабельна у древесных растений. Так, в буковом лесу он составляет 6-7, в сосновом – от 7 до 10, в еловом – 11-12.
Лекция 6. ВОДА КАК АБИОТИЧЕСКИЙ ФАКТОР
План лекции
1. Общая характеристика гидросферы.
2.Потеря воды и пополнение её запасов организмами.
3. Классификация организмов в зависимости от их потребности в воде.
Для многих видов животных и растений вода продолжает оставаться средой обитания. Значение воды в процессах жизнедеятельности определяется тем, что она является основной средой в клетке, где осуществляются реакции и процессы метаболизма, выступает важнейшим исходным промежуточным или конечным продуктом биохимических превращений. Значимость воды определяется и её количественным содержанием. Живые организмы состоят не менее чем на ¾ из воды.