Класифікація рослин відносно температурного фактору

Міністерство  аграрної політики та продовольства  України

Дніпропетровський державний аграрний університет

 

 

Кафедра садово-паркового

       господарства

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

«Класифікація рослин відносно температурного фактору»

 

 

 

 

 

 

                                           Виконала:

Студентка еколого-меліоративного

            факультету гр. ЕМ – 1 – 09

    Борисова О.П.

                 Перевірив:

  Феденко В.С.

 

 

 

 

 

 

Дніпропетровськ 2012

 

ВСТУП

Пристосованість онтогенезу рослин до умов середовища є результатом  їх еволюційного розвитку(мінливості, спадковості, відбору). Впродовж філогенезу кожного виду рослин в процесі  еволюції виробилися певні потреби  індивідуума до умов існування і  пристосованість до займаної їм екологічної  ніші. Жаростійкість, холодостійкість  і інші екологічні особливості конкретних видів рослин сформувалися в ході еволюції в результаті тривалої дії  відповідних умов. Так, теплолюбні рослини  і рослини короткого дня характерні для південних широт, менш вимогливі  до тепла і рослини довгого  дня - для північних.

У природі в одному географічному  регіоні кожен вид рослин займає екологічну нішу, що відповідає його біологічним  особливостям. Спадковість рослин формується під впливом певних умов зовнішнього  середовища. Важливе значення мають  і зовнішні умови онтогенезу рослин.

У більшості випадків рослини  і посіви(посадки) сільських­господарських культур, випробовуючи дію тих або інших несприятливих чинників, проявляють стійкість до них як результат пристосування до умов існування, що склалися історично, що відмічав ще К. А. Тимирязев.

Усі фізіологічні і біохімічні процеси йдуть лише в певних температурних  межах, які зазвичай лежать в досить вузьких межах. Чинник тепла має  велике значення і в географічному  розподілі рослин. Складаючи істотну  частину кліматичних умов, він  тим самим визначає північні і  південні межі ареалів, зональну структуру  рослинного покриву.

 

ТЕМПЕРАТУРА ЯК ЕКОЛОГІЧНИЙ  ЧИННИК

       Рослини - пойкілотермні організми, т. е. їх власна температура зрівнюється з температурою середовища, що оточує їх. Проте ця відповідність неповна. Звичайно, тепло, що виділяється при диханні і використовуване при синтезах, навряд чи грає яку-небудь екологічну роль, але все таки температура надземних частин рослини може значно відрізнятися від температури повітря в результаті енергообміну з довкіллям. Завдяки цьому, наприклад, рослини Арктики і високогір'їв, які заселяють місця, захищені від вітру, або ростуть впритул до грунту, мають сприятливіший тепловий режим і можуть досить активно підтримувати обмін речовин і зростання, незважаючи на постійно низькі температури повітря. Не лише окремі рослини і їх частини, але і цілі фітоценози виявляють іноді характерні відхилення від температури повітря. У один жаркий літній день в Центральній Європі температура на поверхні крон в лісах була на 4°С, а лугів - на 6 °С вище температури повітря і на 8 °З(ліс) або 6 °З(луг) нижче, ніж температура поверхні грунту, позбавленого рослинності.

 

Щоб охарактеризувати теплові  умови місця життя рослин, необхідно  знати закономірності розподілу  тепла в просторі і його динаміку в часі як відносно загальнокліматичних характеристик, так і конкретних умов зростання рослин.

Загальне уявлення про  забезпеченість того або іншого району теплом дають такі загальнокліматичні показники, як середньорічна температура для цієї місцевості, абсолютний максимум і абсолютний мінімум(т. е. найбільш висока і найбільш низька температура, зареєстрована в цьому районі), середня температура найтеплішого місяця(на більшій частині північної півкулі це липень, південної півкулі - січень, на островах і в прибережних районах - серпень і лютий); середня температура найхолоднішого місяця(у континентальних областях північної півкулі - січень, південного - липень, в прибережних районах - лютий і серпень).

Для характеристики теплових умов життя рослин важливо знати  не лише загальну кількість тепла, але  і його розподіл в часі, від якого  залежать можливості вегетаційного  періоду. Річну динаміку тепла добре  відбиває хід середньомісячних(чи середньодобових) температур, неоднаковий на різних широтах і при різних типах  клімату, а також динаміка максимальних і мінімальних температур. Межі вегетаційного  сезону визначаються тривалістю безморозного періоду, частотою і мірою вірогідності весняних і осінніх заморозків. Природно, поріг вегетації не може бути однаковим для рослин з різним відношенням до тепла; для холодостійких культурних видів умовно приймають 5°С, для більшості культур помірної зони 10°С, для теплолюбних 15°С. Вважають, що для природної рослинності помірних широт порогова температура початку весняних явищ складає 5°С.

У загальних рисах швидкість  сезонного розвитку пропорційна  накопиченій сумі температур(коштує, наприклад, порівняти повільний  розвиток рослин в холодну і затяжну  весну або "вибуховий" початок  весни при сильній хвилі тепла). Від цієї загальної закономірності є ряд відступів : так, наприклад, занадто високі суми температур вже  не прискорюють, а гальмують розвиток.

 

ТЕМПЕРАТУРА РОСЛИН

Разом з тепловими характеристиками довкілля необхідно знати температуру  самих рослин і її зміни, оскільки саме вона представляє істинний температурний  фон для фізіологічних процесів. Температуру рослин вимірюють за допомогою електротермометрів, що мають  мініатюрні напівпровідникові датчики. Щоб датчик не вплинув на температуру  вимірюваного органу, необхідно, щоб  його маса була у багато разів менше  маси органу. Датчик має бути також  малоінерційним і швидко реагувати на зміни температури. Іноді для цієї мети використовують термопари. Датчики або прикладають до поверхні рослини, або "імплантують" в стебла, листя, під кору(наприклад, для виміру температури камбію). Одночасно обов'язково вимірюють температуру навколишнього повітря(затінивши датчик).

Температура рослин дуже непостійна. Із-за турбулентних потоків і безперервних змін температури повітря, що безпосередньо  оточує лист, дії вітру і т. д. температура  рослини варіює з розмахом в декілька десятих доль або навіть цілих  градусів і з частотою в декілька секунд. У зв'язку з цим під "температурою рослин" слід розуміти більш менш узагальнену і в достатній  мірі умовну величину, що характеризує загальний рівень нагріву. Рослини  як пойкілотермні організми не мають  власної стабільної температури  тіла. Їх температура визначається тепловим балансом, т. е. співвідношенням  поглинання і віддачі енергії. Ці величини залежать від багатьох властивостей як довкілля(розміри приходу радіації, температура навколишнього повітря  і його рух), так і самих рослин(забарвлення  і інші оптичні властивості рослини, величина і розташування листя і  т. д.). Первинну роль грає охолоджувальна дія транспірування, яка перешкоджає дуже сильним перегріванням в жарких місцях життя. Це легко показати в дослідах з пустинними рослинами: варто лише змастити вазеліном ту поверхню листа, на якій розташовані стоми, і лист на очах гине від перегрівання і опіків.

В результаті дії усіх вказаних причин температура рослин зазвичай відрізняється(іноді досить значно) від температури навколишнього  повітря. При цьому можливі три ситуації:

1) температура рослини  вище температури навколишнього  повітря   ("супратемпературные" рослини, по термінології О. Ланге)

2)   нижче її("субтемпературні")

3)   рівна або дуже  близька до неї. Перша ситуація  зустрічається досить часто в  найрізноманітніших умовах. Значне  перевищення температури рослини  над температурою повітря зазвичай  спостерігається у масивних органів  рослин, особливо в жарких місцях  життя і при слабкому транспіруванні. Сильно нагріваються великі м'ясисті стебла кактусів, потовщене листя молочаїв, очитків, молодила, у яких випар води дуже незначний. Так, при температурі повітря 40-45°С пустинні кактуси нагріваються до 55-60°С; у помірних широтах в літні дні соковите листя рослин з пологів Sempervivum і Sedum нерідко має температуру 45°С, а усередині розеток молодила - до 50°С. Таким чином, перевищення температури рослини над температурою повітря може досягати 20°С.

Сильно нагрівається сонцем різні м'ясисті плоди: наприклад, стиглі томати і кавуни на 10-15°С тепліше  повітря; температура червоних плодів в зрілих качанах аронника - Arum maculatum доходить до 50°С. Досить помітно буває підвищення температури всередині квітки з більш-менш закритим околоцветником, зберігає від розсіювання тепла, що виділяється при диханні. Іноді це явище може мати істотне адаптивне значення, наприклад, для квіток лісових ефемероїдів (проліски, хохлатки та ін.), ранньою весною, коли температура повітря ледь перевищує 0°С.

Своєрідний і температурний  режим таких масивних утворень, як деревні стовбури. У поодиноко  що стоять дерев, а також у листяних лісах в «безлистную» фазу (навесні і восени) поверхня стовбурів сильно нагрівається в денні години, причому найбільше з південної сторони; температура камбію тут може бути на 10-20°С вище, ніж на північній стороні, де вона має температуру навколишнього повітря. У спекотні дні температура темних стовбурів їли підвищується до 50-55°С, що може принести до опіків камбію. Показання тонких термопар, вживлених під кору, дозволили встановити, що стовбури деревних порід захищені по-різному: у берези температура камбію швидше змінюється відповідно до коливань температури зовнішнього повітря, у той час як у сосни вона більш постійна завдяки кращим теплозахисних властивостей кори. Нагрівання стовбурів дерев і безлистном весняному лісі істотно впливає на мікроклімат лісового співтовариства, оскільки стовбури - хороші акумулятори тепла.

Перевищення температури  рослин над температурою повітря  зустрічається не тільки в сильно прогріваються, але і в більш  холодних місцях. Цьому сприяє темне  забарвлення або інші оптичні  властивості рослин, що збільшують поглинання сонячної радіації, а також  анатомо-морфологічні особливості, які сприяють зниженню транспірації. Досить помітно можуть нагріватися арктичні рослини: один приклад - карликова іва - Salix arctica на Алясці, у якої вдень листя тепліше повітря на 2-11°С і навіть у нічні години полярного «цілодобового дня» - на 1-3°С. Ранневесенним ефемероїдам «подснежникам» нагрівання листя забезпечує можливість досить інтенсивного фотосинтезу в сонячні, але ще холодні весняні дні. Навіть під снігом (точніше під тонким шаром прозорого фірна) темнофарбовані частини зимуючих альпійських і арктичних рослин нагріваються сонячними променями. Це призводить до утворення порожнин і «парничков» навколо рослин, до більш швидкого растаиванию сніжної кірки над ними. Коли над поверхнею снігу у високогір'ях Альп і Карпат з'являються темно-бузкові дзвонові квітки сольданелл - Soldanella alpina, S. hungarica, створюється враження, що рослини пробивають сніг, «пожвавити його теплотою дихання» (думку, поширену в старій науково-популярної літератури). Насправді розрахунки показують, що ця теплота мізерно мала. Ще один цікавий приклад нагрівання під снігом у літній час в Антарктиді температура лишайників буває вище 0°С навіть під шаром снігу більше 30 см. Очевидно, в таких суворих умовах природний відбір зберіг форми з найбільш темній забарвленням, у яких завдяки такому нагріванню можливий позитивний баланс вуглекислотного газообміну.

Досить значно можуть нагріватися  сонячними променями голки хвойних  порід дерева взимку: навіть при  негативних температурах можливо перевищення над температурою повітря на 9-12°С, що створює сприятливі можливості для зимового фотосинтезу. Експериментально показано, що якщо для рослин створити сильний потік радіації, то навіть при низькій температурі близько -5, -6°С листя може нагрітися до 17-19°С, тобто фотосинтезировать при цілком «літніх» температурах.

Для холодних місцеперебувань  або сезонних екологічних ніш  підвищення температури рослини  екологічно дуже важливо, оскільки фізіологічні процеси при цьому отримують  незалежність у відомих межах  від навколишнього теплового фону.

Зниження температури  рослин порівняно з навколишнім  повітрям найчастіше наголошується  в сильно освітлених і прогріваються  місцях (степах, пустелях), де листова  поверхню рослин сильно редукована (див. нижче), а посилена транспірація сприяє виведенню надлишку тепла і запобігає  перегріву (нагадаємо, що для випаровування 1 г води при 20°С потрібно 2438 Дж - 582 кал). Недарма іноді говорять про «гидротерморегуляции» рослин. У інтенсивно транспирирующих видів охолодження листя (різниця з температурою повітря) досягає 15°С. Це крайній приклад, але і зниження на 3-4°С може захистити від згубного перегріву.

У найзагальніших рисах можна  сказати, що в жарких місцепроживання температура надземних частин рослин нижче, а в холодних - вище температури повітря. Ця закономірність простежується і на одних і тих же видах: так, в холодному поясі гір Північної Америки, на висотах 3000-3500 м, рослини тепліше, а в низкогорном - холодніше повітря.

Збіг температури рослин з температурою навколишнього повітря  зустрічається набагато рідше в  умовах, що виключають сильний приплив  радіації та інтенсивну транспирацию, наприклад у трав'янистих рослин під пологом тінистих лісів (але не на сонячних відблисках), а на відкритих місцях - в похмуру погоду або при дощі.

В цілому, на думку багатьох авторів, збіг температури рослини  і середовища є винятком, а розбіжність - правилом, у зв'язку з чим іноді  говорять - з великою часткою умовності  навіть про «власному мікрокліматі рослин».

Розрізняють різні екологічні види рослин по відношенню до температурі. У рослин термофільних, або мегатермных (теплолюбних), оптимум лежить в області підвищених температур. Вони живуть в областях тропічного і субтропічного клімату, а в помірних поясах - в сильнопрогреваемых місцях. Для криофильных,або микротермных (холодолюбивых), рослин оптимальні низькі температури. До них належать види, які живуть в полярних і високогірних областях або займають холодні екологічні ніші. Іноді виділяють проміжну групу мезотермных рослин.

 

 

ДІЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО СТРЕСУ

Спека і мороз шкодять  життєвих функцій і обмежують  поширення виду залежно від їх інтенсивності, тривалості та періодичності, але в першу чергу від стану  активності і ступеня загартування рослин. Стрес-це завжди незвичайна навантаження, яка не обов'язково повинна бути небезпечною для життя, але яка  неодмінно викликає в організмі  «реакцію тривоги», якщо тільки він  не знаходиться у вираженому стані  заціпеніння. Відпочиваючі стадії, такі, як сухі спори, а також пойкилогидрические рослини в висохлому стані, нечутливі, так що вони можуть пережити без пошкодження будь-яку зазначену на Землі температуру.