Відношення рослин до світла

Світло має велике значення в житті рослин. Під його впливом у рослинах відбувається фотосинтез, завдяки чому рослина створює органічні речовини, а в повітря виділяється кисень, необхідний для дихання всіх організмів.

Світло помітно впливає на ріст і розвиток рослин. При недостатньому освітленні порушується нормальний ріст і у більшості рослин формуються видовженні, тонкі стебла. Недостатня інтенсивність світла негативно впливає на якість урожаю — знижується вміст білка в зернових, цукру — в буряках, крохмалю — в картоплі, жиру — в насінні соняшнику тощо.

Фотосинтезу належить провідна роль в утворенні органічної речовини рослин. Завдяки цьому процесу утворюється 95 % маси сухих речовин рослини. Тому керування фотосинтезом посіву — один з найефективніших шляхів управлінням продуктивністю рослин.

До найважливіших факторів, що визначають рівень продуктивності посівів сільськогосподарських культур, належать: енергія сонячного світла, яка забезпечує проходження фотосинтезу; забезпечення посівів вуглекислим газом; рівень мінерального живлення, умови водопостачання та тепловий режим.

Основне завдання землеробства — використання енергії сонячної радіації з найбільшим коефіцієнтом корисної дії.

Необхідність переходу до біологічно чистої енергоощадної технології вирощування сільськогосподарських культур зумовлює максимальне використання потенційних можливостей рослин при спрямованому для цього керуванні життєво необхідними факторами їх життя.

За сучасними уявленнями, оптимальні за структурою, рівнем забезпечення водою, мінеральним живленням та вуглекислим газом посіви найпродуктивніших сортів можуть використовувати 5 % ФАР (фотосинтетично активної радіації) на фотосинтез та нагромадження органічної речовини. Але при середніх урожаях в країні (20-25 ц/га) зернові культури використовують не більше як 0,6-0,9 % ФАР. Отже, для збільшення врожаю цих культур існують великі резерви. Важливим для дальшого його зростання є створення високопродуктивних сортів та гібридів, які характеризуються підвищеною фотосинтетичною активністю, а також розроблення науково обґрунтованих технологій їх вирощування.

Формування більшої чи меншої асимілюючої поверхні всіх листків рослин, як правило, позначається на їх загальній продуктивності.

Валова продуктивність фотосинтезу залежить від середньої за обліковий або за весь період вегетації, інтенсивності фотосинтезу, площі листків і тривалості процесу. Проте ще не всі можливості використовуються для підвищення продуктивності синтезу. Найскладнішою є проблема підвищення інтенсивності фотосинтезу, на яку впливають такі фактори навколишнього середовища, як концентрація вуглекислоти в повітрі та ґрунті, інтенсивність світла, температура і вологість ґрунту й повітря, вміст мінеральних поживних речовин у ґрунті.

Дослідження показують, що середній вміст С02 в повітрі, який становить 0,03%, мінімальний для рослин. Тому збільшення його концентрації завжди сприяє підвищенню енергії фотосинтезу і є корисним для рослин.

Встановлено, що в процесі фотосинтезу сільськогосподарські рослини на 1га посіву за звичайних умов росту засвоюють з повітря за добу в середньому 120-250 кг С02. Для врожаю озимої пшениці 40 ц/га рослини повинні поглинути з повітря не менше як 20-25 т С02. Така кількість С02 міститься в шарі повітря заввишки 200 м на 1га посіву.

Розподіл С02 в різних шарах атмосфери неоднаковий. Найбільша його кількість міститься в приземному шарі, а також у повітрі ґрунту. Особливо багато С02 в ґрунтовому повітрі орного шару, де його кількість досягає 0,12-2,5%. Значна концентрація С02 в ґрунті (вище 1%) токсична для коренів рослин, життєдіяльності більшості аеробних мікроорганізмів.

У сонячні дні при енергійному фотосинтезі вміст С02 в повітрі, яке оточує рослину, зменшується до 0,012%. Основним джерелом поновлення С02 приземного шару повітря є ґрунт, де він утворюється внаслідок дихання мікроорганізмів, розкладання органічної речовини, добрив, рослинних решток, а також завдяки диханню кореневої системи рослин. На величину утворення і інтенсивність виділення С02 з ґрунту впливають запаси органічних речовин і елементів мінерального живлення в ґрунті, вологість, температура, структура, його будова тощо.

Різні ґрунти виділяють неоднакову кількість СО2: піщаний неудобрений за 1 годину на 1 га в середньому 2 кг, суглинок — 4, багаті перегноєм чорноземи різних типів — від 10 до 25, середньо удобрений ґрунт — 5 кг. Тому внесення органічних і мінеральних добрив, поліпшуючи живлення рослин, посилює процес утворення СО2 ґрунтовими мікроорганізмами.

Променева енергія сонця у більшості випадків впливає на особливості процесів росту, форму і розміщення листків у рослину та ін. Вона бере участь не тільки у формуванні органічної речовини, а й у її перетворенні й відкладанні, впливає побічно та безпосередньо на процеси загартування рослин і їх посухостійкість. Світло також впливає і на формування органів рослин.

У похмуру погоду або в загущених осінніх сходах у злаків конус наростання основного стебла та пагонів завжди виноситься ближче до поверхні ґрунту, їх ріст за умов недостатнього освітлення припиняється із запізненням. Все це зумовлює невелику продуктивність таких сходів. Науковими дослідженнями встановлено, що у зв’язку з різною інтенсивністю освітлення неоднаково відбуваються біологічні, фізіологічні та біохімічні процеси в рослинах, що в кінцевому результаті впливає на вміст хлорофілу, анатомію, морфологію окремих органів та габітус рослин. Світловий режим озимої пшениці впливає не тільки на розвиток, а й на процеси росту, висоту стебел, кількість листків, довжину та ширину листкової пластинки. У середньому в глибину травостою пшениці надходить тільки 15-20% сонячної радіації.

Для нормального росту і розвитку рослин озимої пшениці необхідна мінімальна інтенсивність освітлення — 1,8 тис. люксів. Пряме сонячне світло опівдні дає 30-40 тис. люксів. Недостатнє освітлення може послаблювати фотосинтез, що негативно впливає на врожай, а в поєднанні з багатим азотовим фоном призводить у зернових культур до різкого збільшення стерильних квіток.

Важливим якісним показником стану посівів, здатних з високим ККД засвоювати енергію світла та СО2 з повітря, є достатньо висока активна діяльність при великій сумарній поверхні асимілюючих органів, головним чином листків.

Зміни в інтенсивності освітлення часто тісно пов’язані зі змінами температурного режиму ґрунтів і посівів. Останні помітно впливають на проходження мікробіологічних процесів у ґрунті, а тим саме і на поживний режим ґрунту. Тому питання впливу світла на рослини є важливим як з теоретичного, так і з практичного боку. Оптимальний світловий режим посіву можна створити відповідною нормою висіву, способами сівби, розміщенням рослин на площі, кількістю їх у рядках та ін. Цими заходами можна помітно збільшувати коефіцієнт корисної дії фотосинтезу. Підраховано, що на поверхні Землі теоретично максимально можливе значення ефективності природного світла для фотосинтезу знаходиться в межах 16-24%.

Для підвищення продуктивності озимих культур, багаторічних трав велике значення має період весняного відновлення вегетації. Залежно від цього періоду рослини дістають різні дози стартової світлової і теплової енергії. На одних культурах вплив цього важливого екологічного фактора проявляється відразу ж після пробудження. За ранніх строків відростання озимі сильніше кущаться і вкорінюються, в них розвивається більша площа листкової поверхні, їхній фотосинтетичний потенціал підвищується. Ранній період відновлення вегетації озимини позитивно впливає на ріст вегетативної маси, освітленість у нижніх ярусах стеблостою, що призводить до формування міцних нижніх міжвузль і стійкості рослин до вилягання. Пізнє відновлення вегетації зумовлює формування низькорослих рослин, зрідженість стеблостою і зниження продуктивності культур.

Серед вищих рослин широко розповсюджений фотоперіодизм, пов’язаний з адаптацією їх до сезонних режимів освітлення. До фотоперіодичних реакцій відноситься цвітіння, бульбоутворення, формування репродуктивних органів, перехід до стану спокою та ін.

За реакцією на довжину дня рослин розділяють на три основні групи: довгого дня, короткого дня та нейтрального дня.

Рослини довгого дня цвітуть та плодоносять при довжині дня не менше 12 год. До них відносяться озимі та ярі злаки першої групи (пшениця, жито, ячмінь, овес), всі культури родини капустяних, горох, квасоля, сочевиця, вика, цукрові буряки, льон та картопля.

До групи короткого дня відносять види, цвітіння яких прискорюється з скороченням денного освітлення (менше 12 год.): злаки другої групи (кукурудза, просо, мочар, сорго), соя, квасоля, бавовник, тютюн, хміль та ін.

Тривалість вегетаційного періоду у короткоденних рослин зменшується у міру переміщення на південь, а у довгоденних — на північ.

До рослин нейтрального дня відносять види, які не мають фотоперіодичної чутливості та цвітуть одночасно за різної довжини дня — боби, гречка, соняшник та ін.

Крім цих груп, виділяють рослини проміжні, які зацвітають при середній тривалості дня; рослини короткоденні швидше зацвітають при дії на них спочатку коротким, а потім довгим днем; рослини довгокороткоденні — ті, які швидко зацвітають після перебування їх спочатку в умовах довгого, а потім короткого дня.

Фотоперіодична реакція видів та різновидностей рослин пов’язана з їх географічним походженням. Рослини короткого дня походять з тропічних та субтропічних країн. У помірних широтах переважають рослини довгого дня.

Для кожної рослини властива певна амплітуда світлової напруги. Виділяють три екологічні групи рослин по відношенню до світла: геліофіти, тіньовитривалі та тіньові (сунофіти). У тіньовитривалих рослин інтенсивність фотосинтезу може досягати максимуму — близько 50% повного денного освітлення.

Завданням технології є підвищення коефіцієнта використання світла рослинами посиленням у них ростових процесів і асиміляції.

§ 47. Екологічні групи рослин

Раніше ви дізналися про будову та процеси життєдіяльності різних груп рослин. Тепер розглянемо вплив умов навколишнього середовища на них.

Які чинники впливають на рослини? З власного повсякденного досвіду ви знаєте, що певну рослину можна знайти лише у відповідному місці: у лісі, на луці, болоті тощо. Тип місцевості, де поширений даний вид рослин, називають місцезростанням.

Усі чинники навколишнього середовища, які впливають на організми, називають екологічними. Серед них розрізняють чинники неживої природи – освітленість, температуру, вологість, вітер, склад ґрунту та повітря, рельєф місцевості, сніговий покрив тощо.

Чинники живої природи зумовлені взаємодією живих організмів між собою (симбіоз, хижацтво, запилення, поїдання рослин тваринами). На сьогодні особливого значення набув такий чинник, як діяльність людини, його ще називають антропогенним. За час існування людини вигляд нашої планети докорінно змінився, і переважно не на користь навколишнього природного середовища.

Найбільше рослини залежать від світла, температури, води, поживних речовин ґрунту, повітря.

Як світло впливає на рослини? Дію світла на рослину можна характеризувати його інтенсивністю (наприклад, у затінку чи на відкритому місці), тривалістю (наприклад, довжиною дня і ночі) тощо. Надмірне світло затримує ріст рослин у висоту. Тому на сонячних місцях зростають більш низькорослі рослини, ніж у тінистих. Розгляньте малюнок 186 і зробіть висновки про вплив інтенсивності світла на формування стовбура і крони сосни.

На відкритих, добре освітлених ділянках зростають світлолюбні види. Це береза, сосна, ковила та інші. Натомість тіньолюбні рослини, такі як зелені мохи, плаун булавоподібний, квасениця звичайна, смерека, часто надають перевагу затіненим місцезростанням з підвищеною вологістю.

Мал. 186. Залежність росту рослин сосни одного виду від інтенсивності світла: 1 – сосна, що виросла в лісі; 2 – сосна, що виросла на відкритому просторі

Багато рослин належать до тіньовитривалих. Це, наприклад, дуб звичайний, липа серцелиста, бузок звичайний. Вони можуть зростати на відкритих, добре освітлених місцях, але витримують також певний ступінь затінку.

За вимогливістю до тривалості освітлення розрізняють рослини короткого і довгого дня. Рослини короткого дня не цвітуть і не плодоносять, якщо світла частина доби становить понад 12 годин. До цієї групи належать ранні весняні рослини, а з культурних – кукурудза, соняшник, соя, рис, тобто рослини помірно теплої зони.

Рослини довгого дня не цвітуть і не плодоносять, якщо довжина дня становить менш ніж 12 годин. Це переважно високогірні рослини, а з культурних – жито, овес, картопля, ячмінь, льон, тобто рослини помірно прохолодної зони.

Потреби рослин у світлі обов’язково враховують, вирощуючи овочі й декоративні рослини в оранжереях, теплицях, а також під час висаджування плодово-ягідних культур, у селекційній роботі.

Як температура впливає на рослини? Основним джерелом тепла на нашій планеті є енергія променів Сонця. В оранжереях і теплицях температуру регулюють додатковим підігрівом.

Більшість рослин пристосовується до річних періодичних коливань температури. Пригадайте, в умовах помірної зони листяні дерева і чагарники на зиму скидають листки, що дає змогу переживати періоди низьких температур.

Організми, які живуть у помірних і прохолодних зонах, часто зазнають дії температури, нижчої ніж 0 °С. Наприклад, сосна сибірська, що зростає в тайзі, витримує температуру до -50 °С. Такі рослини називають морозостійкими.

Рослини, які зростають за постійної дії помірних низьких температур, називають холодолюбними. Це мешканці тундри, високогір’я тощо. Натомість теплолюбні рослини надають перевагу місцезростанням, де не відчувається тривала дія низьких температур. Це, наприклад, рослини тропічних лісів. Деякі рослини (кактуси, рослини пустель) виробили захисні механізми, які дозволяють витримувати нагрівання до +55 . +65 °С. Бруньки в них укриті захисними лусками і смолистими речовинами.

Цікаво знати, що температура суттєво впливає на розселення рослин по земній поверхні. Ви знаєте, що Земля має низку кліматичних зон у напрямку від полюсів до екватора. Територія України розташована здебільшого в помірно теплій зоні із жарким літом і холодною зимою. Рослинний покрив від хвойних і мішаних лісів у північно-західних областях переходить до злакових степів на півдні.

Як вода впливає на рослини? Вода є важливим екологічним чинником. З водою у рослину надходять мінеральні елементи живлення, переміщуються по ній та виводяться продукти життєдіяльності.

За участі води відбуваються фотосинтез, дихання, випаровування, ріст.

Мал. 187. А. Водні рослини: 1 – елодея канадська; 2 – ряска; 3 – латаття біле. Б. Наземні рослини: 4 – чистотіл; 5 – дуб звичайний; 6 – соняшник

Є рослини, які повністю або частково ростуть у воді і поза водним середовищем існувати не здатні (мал. 187, А).

Серед наземних рослин (мал. 187, Б) є такі, що ростуть в умовах підвищеної вологості ґрунту і повітря: на болотах, по берегах річок, у вологих ділянках, під покривом лісу. До таких вологолюбних рослин належать чистотіл, розрив-трава, багато видів папоротей. Їхні корені слабо розвинені, поверхневі, а листки інтенсивно втрачають воду. Тому після вирубування лісу і зниження вологості повітря вони зникають.

Деякі рослини пристосовані до зростання в умовах постійної або сезонної нестачі вологи. Це рослини пустель, посушливих степів, піщаних дюн.

Пристосування рослин до таких умов різні. В одних корені глибоко проникають у ґрунт (наприклад, у чорного саксаулу – до 30 м), в інших вони дуже розгалужені (як-от у полину сизого чи кактусів).

Мал. 188. Сукуленти: 1 – опунція; 2 – молочай; 3 – очиток. Завдання. Зверніть увагу на будову сукулентів. Зазначте, чим вона зумовлена

Від перегріву ці рослини захищає інтенсивне випаровування води. З культурних рослин посухостійкими є кавуни, соняшник, люцерна, кукурудза. Інші рослини мають пристосування, які зменшують випаровування води під час дії засухи: опушення листків у шавлії, скручування листків у ковили – при цьому продихи опиняються всередині трубки.

Особливу групу рослин посушливих районів становлять сукуленти – рослини із соковитими стеблами або листками, у яких вони запасають воду (кактуси, молочаї, очитки, агави; мал. 188).

Є рослини, які зростають у місцях достатнього зволоження, але спроможні витримувати періодично незначну нестачу вологи. Це більшість польових і овочевих культур, хлібні злаки, олійні, кормові, технічні, більшість лучних трав.

УЗАГАЛЬНИМО ЗНАННЯ

• Тип місцевості, де поширений певний вид рослин, називають місцезростанням.
• Чинники довкілля, які впливають на організми та їхні угруповання, називають екологічними. Їх поділяють на чинники неживої (температура, вологість, освітленість тощо) та живої (різноманітні типи зв’язків між організмами) природи. Як окрему групу екологічних чинників розглядають діяльність людини, що впливає на навколишнє природне середовище.
• Рослини виробили різноманітні механізми, які дали їм змогу пристосуватися до найрізноманітніших місцезростань.

Поповніть свій біологічний словник: місцезростання, екологічні чинники.

ПЕРЕВІРТЕ ЗДОБУТІ ЗНАННЯ

Виберіть одну правильну відповідь

• 1. Назвіть чинники неживої природи: а) вирубування лісів; б) вплив паразитів; в) вплив хижаків; г) температура повітря.
• 2. Назвіть характеристики рослин, які відносять до сукулентів: а) запасають поживні речовини в підземних частинах; б) запасають поживні речовини в надземних частинах; в) запасають воду в листках або стеблі; г) здатні розмножуватися спорами.

Дайте відповідь на запитання

• 1. Що таке місцезростання?
• 2. Які є групи рослин за потребою світла?
• 4. Яке значення має тепло для живих організмів?
• 5. Яке значення має вода для життя рослин?

Наведіть приклади рослин, які пристосовані до різних умов середовища: морозостійкі, світлолюбні, тіньовитривалі, теплолюбні, холодолюбні, вологолюбні, посухостійкі.

Поміркуйте. Для чого людині потрібно знати про вплив екологічних чинників на організми?