География, экология растений и фитоценология
География растенийизучает закономерности и причины распределения растений на земном шаре, выявляет границы их распространения.
Экологияизучает взаимосвязь растений и окружающей среды, влияние разных факторов ее на растения.
Геоботаника изучает состав, строение, развитие и распространение растительных сообществ, их использование и возможности преобразования.
Флора – это исторически сложившаяся совокупность видов растений, произрастающих на определенной территории. Каждому континенту или региону свойственна своя флора, т.е. совокупность семейств, родов и видов растений. Они сочетаются в фитоценозы – естественные сообщества.
Растительность – (растительный покров) вся совокупность растительных сообществ какой-либо территории.
Фитоценоз – совокупность растений на однородной территории (растительное сообщество), характеризующаяся определенным составом, сложением и взаимоотношениями между растениями и средой. Границы сообществ нечеткие и одно сообщество постепенно переходит в другое. Каждый фитоценоз – это часть экосистемы, представляющей собой единство живого и неживого компонентов.
Ареал – часть земной поверхности или акватории, в пределах которой встречается тот или иной вид.
Формы и типы ареалов:
- Сплошной (замкнутый) – известные местонахождения более или менее равномерно распределяются по всей площади распространения вида.
1) опоясывающие – вытянутые вдоль суши земного шара по широте.
2) циркумполярные – охватывают полярную северную окраину суши кольцом.
3) меридиональные – вытянутые в меридиональном направлении ареалы.
4) лучистые и бахромчатые – неправильные, ассиметричной формы с многочисленными выступами ареалы в разных направлениях (активно расселяющийся вид).
- Разорванный ареал распадается на нескольких относительно самостоятельных, изолированных частей.
Флористическое районирование суши -разделение суши, основанное на особенностях флоры различных территорий. Основная единица районирования - царство, которое характеризуется определенным набором эндемичных семейств. Царства по степени снижения ранга эндемиков в свою очередь подразделяются на подцарства, области и провинции.
| Царства | Область распространения | Состав флоры |
| I. Голарктическое (3 подцарства, 9 областей) | Занимает более половины всей суши, охватывая всю внетропическую часть северного полушария | Более 30 эндемичных (гинкговые, платановые и др.), и типичных семейств (ивовые, березовые, ореховые, буковые, лавровые, сосновые, магнолиевые, лютиковые и др.) |
| II. Палеотропическое (5 подцарств, 12 областей) | Охватывает тропики старого света, за искл. Австралии | 40 эндемичных семейств: банановые, панданусовые, непентесовые, до 300 видов пальм, мускатный орех, гвоздичное дерево, инжир. |
| III. Неотропическое (5 областей) | Включает центральную и тропическую часть Южной Америки | 25 эндемичных семейств (бромелиевые, кокаиновые); типичны кактусы, пальмы, хинное дерево, агавы, гевея, шоколадное дерево |
| IV. Капское (1 область) | Расположено на юге Африки | Более 7000 видов растений (эндемичны - 7 семейств и 210 родов). Серебряное, носороговое, железное и желтое деревья |
| V. Австралийское (3 области) | Австралия | Характеризуется высоким процентом (86%) эндемизма: брунониевые, давидсониевые, типичны акации, эвкалипты. |
| VI. Голантарктическое (4 области) | Патагония, Огненная земля, Нов. Зеландия, субантарктические острова | Относительно бедное в видовом отношении; 10 эндемичных семейств. |
Реликты (от лат. - остаток) - это виды или сообщества растений, сохранившиеся от исчезнувших, в прошлом широко распространенных флор: можжевельник высокий, дикая фисташка, ладанник крымский, иглица, карликовая березка, полярная ива, брусника, багульник.
Эндемики – это растения с крайне узким ареалом и ограниченные в своем распространении отдельной областью или страной (гинкго, вельвичия).
Экология растений
Биосфера– часть оболочки Земли, населенная живыми организмами.
Экосистема – участок биосферы различной величины. Сложившаяся устойчивая общность живых и неживых компонентов, в пределах которой происходит почти самостоятельный, саморегулирующийся круговорот веществ и энергии.
Природная среда -совокупность элементов живой и неживой природы, в которой существуют организмы, популяции и природные сообщества.
Экологические факторы - отдельные факторы среды, оказывающие прямое или косвенное влияние на свойства и состояние сообществ, отдельных организмов.
Три группы экологических факторов:
1) абиотические факторы (факторы неживой природы);
2) биотические факторы — взаимоотношения между особями в популяции и между популяциями в природном сообществе;
3) антропогенные факторы — деятельность человека, приводящая к изменению среды обитания живых организмов.
Оптимум -интенсивность фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма.Границы, за которыми существование организма невозможно, называют нижним и верхним пределами выносливости.
Толерантность - означает выносливость вида по отношению к колебаниям какого-либо экологического фактора. Если значение какого-либо фактора выходит за пределы выносливости, то такой фактор называют ограничивающим.
Лимитирующий фактор - это экологический фактор (свет, температура, почва, биогенные вещества и др.), который при определенном наборе условий окружающей среды ограничивает какое-либо проявление жизнедеятельности организмов. Например, некоторым растениям нужно меньше цинка, если они растут не на ярком солнечном свету, а в тени; значит, концентрация цинка в почве с меньшей вероятностью может быть лимитирующей для растений в тени, чем на свету.
Абиотические факторы среды:
1. Киматические (свет, температура, влажность, атмосферные осадки, ветер, давление и др.),
2. Эдафические (почвенные),
3. Гидрографические, или факторы водной среды.
4. Орографические – рельеф.
Свет служит основным источником энергии для всех жизненных процессов, происходящих на Земле. Солнечная радиация определяет тепловой баланс биосферы. На климат зоны помимо солнечной радиации влияет атмосферная циркуляция, рельеф и др. Существование крупных зональных типов растительности (тундра, тайга, степи, пустыни, саванны, влажные тропические леса и др.) обусловлено в основном климатическими причинами.
Температура— важный фактор, влияющий на рост, развитие, размножение, дыхание, синтез органических веществ и другие жизненно важные для организмов процессы. Для большинства наземных организмов температурный оптимум колеблется в пределах 15—30°С. В активном состоянии они не переносят отрицательных температур. Верхний температурный предел для большинства 40—45°С.
Эдафические факторы - совокупность физических и химических свойств почв, способных оказывать экологическое воздействие на живые организмы. На состав и разнообразие растений влияют следующие свойства почв: структура и состав, кислотность рН, наличие определенных химических элементов и др.
Биотические факторы среды:
1. Внутривидовые – взаимодействия между организмами одного вида
2. Межвидовые – взаимодействия с другими видами растений, микроорганизмов, животных.
Внутривидовые взаимодействия
Конкуренция – это взаимодействие, сводящееся к тому, что один организм потребляет ресурс (воду, минеральные вещества, свет, пространство, воздух), который был бы доступен для другого организма и мог им потребляться. При конкуренции происходит лишение одним живым существом части ресурса другого. Внутривидовое соперничество наиболее жесткое, так как растениям одного вида необходимы одинаковые условия жизни: определенная температура воздуха и почвы, количества воды, определенное количество и соотношение макро- и микроэлементов…
Межвидовые взаимодействия
Фитогенные:
- Прямая конкуренция между разными видами растений за свет, минеральные элементы питания, воду.
- Косвенная конкуренция при дефиците общего ресурса: в лесу большую часть света перехватывают высокие деревья и создают условия неполного, отфильтрованного освещения для трав под пологом.
- Паразитизм – форма прямых взаимоотношений между организмами, при которой один из них (паразит) живет за счет питания тканями или соками другого (хозяина). У растений паразитизм редок (повилика, заразиха), чаще встречаются полупаразиты – погремок, мытник, марьянник. Это зеленые растения, способные к фотосинтезу, имеют присоски на корнях, которыми прикрепляются к растению – хозяину и высасывают у них воду и минеральные вещества.
- Механические воздействия – охлестывание сосны березой.
- Аллелопатия – непрямое биохимическое сигнальное взаимодействие растений. Ядовитые метаболиты борщевика, дурмана, грецкого ореха угнетают рост других растений. Семена паразитических растений всходят в том случае, если на них влияют выделения корней растения – хозяина.
Зоогенные:
- Насекомые (саранча, долгоносики, пилильщики), микроорганизмы (бактерии, грибы), птицы, млекопитающие (козы, коровы) поедают растения.
- Распространение семян и плодов; опыление насекомыми; микориза, клубеньковые бактерии, микроорганизмы разлагают органику в почве до неорганических веществ.
- Косвенное влияние – суслики, кроты роют землю и могут повредить корневую систему растений.
Антропогенные факторы среды:
- Прямые воздействия: вырубка леса, осушение болот, устройство водохранилищ, распашка земель, уничтожение редких и лекарственных растений; загрязнение окружающей среды отходами промышленности, выбросами транспорта.
- Косвенные: изменение климатических, орографических условий существования растений, благодаря осушению болот, вырубке леса; ввоз растений, которые вытесняют местную флору.
Растительные сообщества
Фитоценоз (растительное сообщество) – исторически сложившаяся совокупность различных видов растений на однородном участке территории. Характеризуется определенными взаимоотношениями друг с другом и с условиями среды.
Каждое растительное сообщество имеет определенную структуру: подбор видов (флористический состав), горизонтальное и вертикальное распределение (ярусность).
Флористический состав сообщества зависит от биологических и экологических особенностей видов растений. Видовой состав обусловливает специфичность и внешний облик фитоценоза. Виды фитоценоза могут быть представлены разными жизненными формами. Это обеспечивает наиболее полное использование сообществом питательных веществ и энергии.
Доминанта – вид растения, встречающийся в большом количестве и занимающий большую площадь; играет в сообществе ведущую роль.
Надземная ярусность – расположение растений на разной высоте в связи с различной потребностью в условиях освещения. В смешанных лесах 7 ярусов.
Ярусами расположены и подземные органы растений – корни, луковицы, корневища и клубни. И это позволяет растениям поглощать минеральные вещества и воду из различных слоев почвы. Подземная ярусность «зеркальна надземной»: глубже всего проникают корни высоких деревьев, ближе к поверхности – корни травянистых растений, проростков, микориза. Верхний слой представляет собой особый ярус – лесную подстилку.
Динамика растительных сообществ
Растительные сообщества характеризуются относительной устойчивостью во времени. В результате влияния природных или антропогенных факторов фитоценозы изменяются.
- Сезонные (циклические) изменения повторяются из года в год в связи с изменениями условий произрастания растений в течение года.
- Флюктуации – разногодичные изменения связаны с неодинаковыми метеорологическими и гидрологическими условиями, а также с особенностями жизни некоторых видов растений.
- Вековые (сукцессия) – возможна постепенная смена фитоценоза другим в результате влияния природных или антропогенных факторов.
Зональная растительность
Зональная растительность - имеет свои характерные черты, которыми растительные сообщества этой зоны отличаются от фитоценозов других зон.
Зона тундры
| Климат | Почва | Растительность |
| Характерны отрицательные среднегодовые температуры, лето короткое (2—3 месяца), прохладное, заморозки возможны во все месяцы вегетационного периода. Суммы осадков преобладают над величиной испарения, и растения развиваются в условиях избыточного увлажнения. Осадков выпадает немного(400мм в год), но в условиях низких температур величина испарения меньше количества осадков. Снежный покров незначительный: в европейских тундрах около 50см, в Якутии около 25см. Часто дуют сильные ветры, сдувая маломощный снеговой покров и вызывая глубокое промерзание почвы. Летом в тундре полярный день. | Почвы очень холодные, летом на небольшой глубине t-почвы 10°С, а на глубине 1,5 —2м залегает вечная мерзлота. | Характерно отсутствие деревьев, преобладание мхов и лишайников, кустарников и кустарничков. Растительные сообщества малоярусны (1 — 3 яруса). Первый ярус составляют кустарники (багульник, голубика, ива сизая),второй — кустарнички (дриада) и травы (лисохвост альпийский, мятлик арктический, горец живородящий), третий — мхи и лишайники. Характерная черта тундровой растительности — низкорослость (15 — 20см). Распространены стланиковые, розеточные, подушковидные жизненные формы растений. Однолетников почти нет. Корни почти не углубляются внутрь почвы, располагаясь около поверхности. |
| Подзона | Растительность |
| Арктическая тундра | Растительный покров не сплошной, растительностью занято около 60% площади. Видовой состав очень беден. Преобладают дриадовые В травяном покрове много осок, пушиц, злаков, полярных маков. Много лишайников, особенно накипных, заселяющих камни и скалы. |
| Мохово-лишайниковая | Почва сплошь покрыта мхами и лишайниками, среди которых встречаются некоторые травянистые растения. |
| Кустарниковые тундры | Характеризуется сомкнутым растительным покровом из кустарников и кустарничков |
| Лесотундра | На фоне сомкнутого низкорослого растительного покрова встречаются отдельно стоящие угнетенные деревья (виды берез, ели, лиственницы). |
Лесная зона
| Климат | Почва | Растительность |
| От умеренно континентального в европейской части России до резко континентального в Восточной Сибири и муссонного на Дальнем Востоке. Средняя температура июля от 14 до 19,5 °С. Зима сравнительно холодная, с устойчивыми сильными морозами, в средней полосе Нечерноземья зимой бывают частые оттепели. Годовое количество осадков 600 — 700мм, общая их сумма превышает величину испарения, поэтому растения находятся в условиях достаточного увлажнения. В летний период растения получают сравнительно много тепла и влаги, что благоприятствует их росту и развитию | подзолистые и дерново-подзолистые почвы, часто с признаками заболачивания. Под широко- лиственными лесами на юге и западе лесной зоны — серые лесные почвы. | Имеют сложное ярусное строение. Господствует древесный ярус — основной элемент леса. Деревья меньшей высоты и подрастающие деревья образуют подлесок; следующий ярус — кустарниковый — бывает многоярусным; травянистый или травяно-кустарничковый и мохово-лишайниковый ярусы также часто многоярусные. |
| Подзона | Растительность |
| Хвойные леса | Главенствующие породы могут составлять деревья одного вида (ельники, сосняки), два вида - елово-сосняки, елово-пихтарники и т.д. Но не более трех древесных пород. Встречаются кустарнички: черника, брусника толокнянка, линнея северная, в заболоченных местах растет клюква, багульник болотный и др. Из трав - виды плаунов, майник двулистный, седмичник европейский, различные виды грушанок и др. |
| Смешанные леса | Из широколиственных деревьев преобладают дуб черешчатый, клен платановидный и липа мелколистная. В подлеске преобладают кустарники из лещины обыкновенной. В травяно-кустарничковом ярусе много представителей еловых лесов: седмичник европейский, майник двулистный, кислица обыкновеннаяи др. и представителей широколиственных: медуница неясная, осока волосистая, зеленчук желтый. Моховой покров развит в основном в виде пятен. |
| Широколиственные леса | Зональная растительность представлена дубравами. Дуб черешчатый, липа мелколистная, клен платановидный, ясень высокий, реже встречаются ильм, вяз, клен полевой.В кустарниковом ярусе доминирует лещина обыкновенная, виды бересклета, рябина, жимолость, крушина. Травы: сныть обыкновенна, осока волосистая, ландыш майский, купена, копытень европейский, медуница неясная, хохлатка, фиалка удивительная, колокольчик персиколистный. Много эфемероидов: ветреница, пролеска сибирская, подснежник, чистяк весенний. Мох почти отсутствует. |
Степная зона
| Климат | Почва | Растительность |
| Континентальный тип климата с жарким сухим летом и холодной зимой с устойчивым снежным покровом. Количество осадков (300—500 мм) меньше величины испарения, поэтому в степях растения находятся в условиях недостатка увлажнения. Максимум осадков в виде ливней приходится на середину лета, в период жары. Растения не успевают впитывать влагу, и она быстро испаряется. Почти постоянно дуют ветры, иногда дуют суховеи. | Черноземы различных типов. | При движении с севера на юг в степях европейской части наблюдаются следующие закономерности: 1) травостой все более разреживается; 2) красочность степей идет на убыль, число двудольных во флористическом списке уменьшается; 3) на севере преобладают многолетники, к югу усиливается роль однолетников и увеличивается число узколистных злаков; 4) обедняется видовой состав. |
| Подзона | Растительность |
| Луговые степи (зона лесостепей) | Характеризуются чередованием дубрав и степной растительности, лесные участки встречаются по балкам и понижениям, в условиях повышенной влажности. Влажность выше, чем в других подзонах, травяной покров более высокий (до 1м) с преобладанием разнотравья из таволги, шалфея, произрастают широколиственные злаки: овсец опушенный, пырей средний. Узколистных злаков — ковыля и типчака довольно мало. |
| Разнотравно-типчаково-ковылъная | Характеризуется возрастанием роли узколистных дерновинных злаков и большей засухоустойчивостью растений. Среди разнотравья встречаются зопник колючий, шалфей поникающий. |
| Типчаково-ковылъные степи | Отличаются очень редким и низким травостоем (до 40см). Здесь господствуют узколистные дерновинные злаки — типчак, ковыль Лессинга, однолетние эфемеры; некоторые эфемероиды; из жизненных форм преобладают «перекати-поле» (качим метельчатый). Видовой состав травостоя бедный. |
Зона пустынь
| Климат | Почва | Растительность |
| Резко континентальный. Характерны высокие колебания годовых и суточных температур. Температура июля 25°С, зимой температуры ниже нуля. Лето долгое и жаркое, зима морозная, со снеговым покровом. Летом поверхность почвы нагревается до 60 — 70°С. Годовое количество осадков не более 200 — 300мм, а величина испарения в несколько раз превышает годовое количество осадков. Растения испытывают крайне острый недостаток влаги. Часто дуют сухие и порывистые ветры. | Почвы более или менее засолены. Характерны сероземы и серо-бурые пустынные почвы | Две основные группы жизненных форм: растения-ксерофиты, приспособившиеся к перенесению неблагоприятных условий (полукустарники и многолетние травы), эфемеры - не переносящие засуху и успевающие закончить вегетацию до ее наступления. Из полукустарников главенствуют главным образом полыни и маревые. Верблюжья колючка цветет в разгар жары, корни ее уходят до глубины грунтовых вод, на 10—15 м вглубь. Обычно у пустынных растений подземная часть намного превосходит надземную. |
| Подзона | Растительность |
| Полупустыни | Фитоценозы образованы видами степной и пустынной растительности. На более сухих почвах растут полукустарники пустынь, в микропонижениях, на более влажных почвах — дерновинные узколистные злаки степей. Подзона представляет собой пеструю мозаику чередования степной и пустынной растительности. |
| Северные глинистые пустыни | Характеризуются разреженным растительным покровом с господством полукустарников из полыни и маревых растений «солянками»: лебеда серая, анабазис солончаковый, анабазис безлистный. Северные глинистые пустыни по характеру растительности называют еще полынно-солянковыми. |
| Южные глинистые пустыни | Господствуют низкорослые эфемероиды, мятлик луковичный, осока короткостолбиковая. |
Контрольные вопросы
1. Дыхание клубней, клубнелуковиц, луковиц, семян и условия их хранения.
2. Роль почвенных микроорганизмов в минеральном питании растений.
3. Завядание растений от недостатка влаги.
4. Засухоустойчивость растений.
5. Прорастание семян и условия, необходимые для этого процесса.
6. Способы распространения семян и плодов.
7. Химические методы регулирования роста у растений.
8. Устойчивость растений к неблагоприятным условиям среды.
9. Морозо -, жаро-, солеустойчивость растений.
10. Роль бактерий в природе и жизни человека.
11. Зеленые и бурые водоросли, их хозяйственное значение.
12. Роль лишайников в природе и хозяйственной деятельности человека.
13. Значение мхов в природе.
14. Папоротники, используемые при озеленении населенных мест и интерьеров.
15. Роль покрытосеменных в природе, значение для человека и животных.
16. Роль человека в распределении растений на земной поверхности.
Литература
1. Биология: Справ. материалы: Учеб. пособие для учащихся /Под ред. Д.И. Трайтака
2. Бобылева О.Н. Цветоводство открытого грунта: Учеб. пособие для 10-11 кл.-М.Академия,2004г.
3. Ботаника: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования/ (А.С.Родионова и др.).- М.: Издательский центр «Академия»,2006.
4. Ботаника: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования/ (А.С.Родионова и др.).- М.: Издательский центр «Академия»,2006.
5. Ботаника с основами экологии: Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по спец. № 2121 «Педагогика и методика нач. обучения»/Л. В. Кудряшов, М. А. Гуленкова, В. Н. Козлова, Г. Б. Родионова. — М.: Просвещение, 1979.
6. Вронский В.А. Прикладная экология: учебное пособие. Ростов н/Д.: Изд –во «Феникс»,1996.
7. Долгачева В.С. Ботаника : учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений / В.С. Долгачева, Е.М. Алексахина. -2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия»,2006.
8. Кузнецов В.В. Физиология растений: Учеб. для вузов/ Вл. В. Кузнецоа, Г.А.Дмитриева. –М.: Высш. шк., 2005.
9. Лемеза Н.А., Л.В. Камлюк, Н.Д. Лисов Биология в экзаменационных вопросах и ответах. 2-е изд., испр. и доп. – М.: Рольф, Айрис-пресс,1998.