География, экология растений и фитоценология

География растений изучает закономерности и причины распределения растений на земном шаре, выявляет границы их распространения.

Экология изучает 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:

1. 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).

1. 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:

1. Прямая конкуренция между разными видами растений за свет, минеральные элементы питания, воду.
2. Косвенная конкуренция при дефиците общего ресурса: в лесу большую часть света перехватывают высокие деревья и создают условия неполного, отфильтрованного освещения для трав под пологом.
3. 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.
4. Механические воздействия – охлестывание сосны березой.
5. 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:

1. Насекомые (саранча, долгоносики, пилильщики), микроорганизмы (бактерии, грибы), птицы, млекопитающие (козы, коровы) поедают растения.
2. Распространение семян и плодов; опыление насекомыми; микориза, клубеньковые бактерии, микроорганизмы разлагают органику в почве до неорганических веществ.
3. Косвенное влияние – суслики, кроты роют землю и могут повредить корневую систему растений.

Антропогенные факторы среды:

1. Прямые воздействия: вырубка леса, осушение болот, устройство водохранилищ, распашка земель, уничтожение редких и лекарственных растений; загрязнение окружающей среды отходами промышленности, выбросами транспорта.
2. 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.

1. Сезонные (циклические) изменения повторяются из года в год в связи с изменениями условий произрастания растений в течение года.
2. Флюктуации – разногодичные изменения связаны с неодинаковыми метеорологическими и гидрологическими условиями, а также с особенностями жизни некоторых видов растений.
3. 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.