к Республиканскому слету юных экологов в конкурсе «Юный ботаник»

Характеристика экологических групп растений

по отношению к абиотическим факторам среды

Микротермы – растения, произрастающие в областях со средней годовой температурой от 0° до + 14°

Мезотермы – растения, обитающие в широтах со средней годовой температурой +15° - 20° (Средиземноморье)

Мегатермы – растения, произрастающих в областях со средней годовой температурой не ниже +20° (влажные тропики).

Криофиты – растения холодных сухих местообитаний. Образуют основу растительного покрова тундр и альпийских лугов

Группы растений по типу фотопериодической реакции

Фотопериодизм - реакция организмов на суточный ритм лучистой энергии, т. е. на соотношение светлого и тёмного периодов суток.

Фотопериодизм у растений – способность перехода от развития и роста вегетативных органов растений к формированию репродуктивных, к зацветанию под влиянием фотопериодов.

По характеру фотопериодические реакции зацветания растения делятся на: нейтральные, не обладающие фотопериодической чувствительностью и зацветающие почти одновременно при любой длине дня (конские бобы, гречиха); короткодневные , развитие которых замедляется при длине дня более 10–12 ч (просо, кукуруза, перилла и др.); длиннодневные , развитие которых идёт наиболее интенсивно при 24-часовом освещении и замедляется при укорочении дня (пшеница, салат, горчица и др.). Принадлежность растений к той или иной группе зависит от их географического происхождения и распространения: растения короткого дня произрастают в тропических и субтропических областях, растения длинного дня – главным образом в умеренных и северных широтах.

Группы растений по способу распространения семян

Анемохория - распространение плодов, семян, спор и других зачатков растений воздушными течениями, чему способствуют малые размеры и небольшой вес семян а также волоски на семенах и плодах (ивы, тополь), крылатые выросты (вяз, ясень, клен), ости (ковыли) и другие приспособления.

Зоохория - распространение плодов и семян животными. Различают эпизоохорию - перенос плодов или семян на наружных покровах, эндозоохорию - перенос животными в пищеварительном тракте, синзоохорию - распространение при заготовках животными плодов или семян впрок. В соответствии с этим растения делят на эпи-, эндо - и синзоохоры. У эпизоохоров на плодах или семенах имеются зацепки (крючочки, шипики), слизь или клейкие вещества (например, у череды, липучки, подорожника, омелы). У эндозоохоров сочные плоды или семена, имеющие мясистые выросты, поедаются животными и при прохождении через пищеварительный тракт не только не повреждаются, но иногда приобретают лучшую всхожесть (например, у вишни , жимолости, граната, бересклета). К синзоохорам относятся, например, лесной орех, кедровые орехи, зерновка злаков.

Мирмекохория – распространение плодов и семян муравьями.

Антропохория – распространение плодов и семян человеком.

Материалы из сборника «Ботанические экскурсии»

[. Ботанические экскурсии: Методическое руководство – Сыктывкар: 2009. – 60 с.]

1. Флора и растительность

Флора - это полная совокупность всех видов растений, произрастающих на той или иной территории. Флора территории любого размера формируется под влиянием ряда исторических, геологических, экологических факторов.

После сбора и определения видов составляется их общий список (флористический список, или конспект флоры). В конспектах флор указывают отдел, класс, семейство, вид. После названия располагают другую информацию о виде: встречаемость (можно принять упрощенную шкалу: обычно, часто, редко) и фитоценотическую приуроченность (например, сосняки лишайниковые, сфагновые болота, обочины дорог и др.). При необходимости более детального флористического исследования могут быть приведены и другие сведения: жизненная форма, географическая структура, приуроченность видов к экологическим факторам, хозяйственное использование (пищевое, кормовое, лекарственное и т. п.) и прочее.

Виды растений произрастают не изолировано друг от друга, а совместно, образуя более или менее сомкнутые группировки. При этом по территории виды растений распределены не равномерно и не случайно, а в соответствии с их экологическими потребностями. В результате в каждом конкретном местообитании формируется группировка совместно произрастающих растений, которая характеризуется определенным видовым составом и строением. Такая группировка растений называется растительное сообщество , или фитоценоз .

Полная совокупность растительных сообществ какой-либо территории называется растительностью .

Фитоценозы можно классифицировать, т. е. объединять по сходству каких-либо признаков в таксономические категории. Низшей единицей классификации считают ассоциацию , объединяющую фитоценозы сходные по видовому составу, структуре и условиям местообитания. Например, все однотипные фитоценозы елового леса с напочвенным покровом из брусники и мхов-мезофитов объединяют в одну ассоциацию - ельник бруснично-зеленомошный.

Формация объединяет ассоциации, в которых в главном ярусе доминирует один и тот же вид растений. Например, все ассоциации с господством сосны обыкновенной образуют сосновую формацию, господством ели - еловую. Формации объединяются в типы растительности по принадлежности господствующих в главном ярусе видов к одной и той же жизненной форме. Выделяют такие типы растительности как: леса, луга, болота и т. д.

1. Экскурсии в лес

1.1. Общая характеристика леса

Лес представляет собой сложное растительное сообщество (фитоценоз), в котором доминирующей жизненной формой являются древесные растения, под пологом которых растут кустарники, кустарнички, травянистые растения, мхи и лишайники. В любом лесу всегда имеются растения, создающие его основу. Такие растения называются лесообразующими, доминирующими. В зависимости от лесообразующих видов древесных растений лес получает и соответствующее название: еловый, сосновый (бор), березовый, смешанный и т. д.

В лесу легко убедиться, как влияет место произрастания дерева на его форму и внешний вид. Обратим внимание на внешний вид деревьев, выросших в лесу, существенно отличающихся от внешнего вида деревьев, выросших на открытых участках. У последних крона (совокупность ветвей) более могучая – значительно шире и низко спускается.

Под пологом леса, встречается сравнительно ограниченное число теневыносливых видов, у которых приспособления к существованию при малом свете наиболее ярко выражены: кислица, майник двулистный, седмичник европейский, воронец, вороний глаз, копытень европейский, папоротники и некоторые другие. Важнейшими приспособлениями являются относительно большая поверхность листвы, помогающая улавливать световые лучи, рыхлость листовых пластинок, обеспечивающая проникновение внутрь их даже слабого света. При наличии приспособлений к собиранию света у растений, произрастающих в тени, отсутствуют приспособления для сокращения испарения воды (развитая кутикула на кожице, обусловливающая жесткость листьев; волоски; восковой налет и др., что характерно для ксерофильных растений, т. е. растений сухих мест обитания). Это связано с тем, что растения верхнего яруса защищают растения нижних ярусов от излишнего испарения.

В лесу из светолюбивых пород, если почва хорошая, травянистый покров может достигнуть значительного развития (проективное покрытие до 90%) при большом разнообразии видов. Он является сильным конкурентом молодых древесных всходов.

Лес оказывает непосредственное влияние на формирование почвы. Ежегодно деревья сбрасывают листья, из которых образуется лесная подстилка; под воздействием микроорганизмов она разлагается и превращается в перегной.

Следует обратить внимание и на другие особенности лесной почвы. Так, весной, летом и осенью ее верхний горизонт обладает большей влажностью, чем соответствующий горизонт в поле. Зимой в связи со значительной глубиной и рыхлостью снегового покрова в лесу почва под ним вовсе не промерзает или промерзает не так глубоко, как в безлесных местах. Не промерзшая лесная почва легко впитывает и проводит в грунт талые воды во время зимних оттепелей, а также весной. Лес, таким образом, более экономно расходует зимние осадки, что и является одной из его важных особенностей.

Под пологом зрелого леса образуется подрост, т. е. молодое поколение деревьев, возникшее самосевом. На месте вырубленного леса новые молодые деревья появляются или вегетативным путем, или из семян. Первый способ возобновления преобладает у большинства лиственных пород; чаще они образуют поросль от пней, реже - отпрыски от корней. Сосна и ель возобновляются исключительно из семян.

В лесу можно наблюдать процесс естественного изреживания (самоизреживания) леса в результате конкуренции между деревьями за свет, питательные вещества, иногда и воду. Разные деревья обладают разной жизнеспособностью и выживаемостью. Вследствие этого одни деревья начинают постепенно отставать от других и, наконец, засыхают. В итоге можно выделить деревья, возвышающиеся кронами над общим пологом леса (деревья 1 класса по классификации, предложенной Крафтом); деревья, кроны которых, будучи сомкнуты, образуют основной полог леса (деревья II класса); деревья, входящие в общий полог, но меньшего роста и с менее развитой кроной (деревья III класса), и, наконец, деревья, явно отставшие в росте. Последние, в свою очередь, могут быть разбиты на две группы: деревья с сильно сдавленной вершиной, помещающейся частью в общем пологе, частью ниже его (деревья IV класса), и деревья, кроны которых находятся целиком под общим пологом, уже засыхающие или совсем засохшие (деревья V класса).

1. гидатофиты - это водные растения целиком или почти целиком погруженные в воду. Среди них - цветковые, которые вторично перешли к водному образу жизни. К примеру, рдесты в большинстве это обычные, широко распространенные виды (рдест пронзенолистный, гребенчатый, плавающий, альпийский, низкий и т.д.); кувшинки представлены двумя видами - водяная лилия и желтая кувшинка. А также калужница плавающая, плавающий стрелолист, но они встречаются в водоемах Сахалина очень редко.

Вытянутые из воды, эти растения быстро высыхают и погибают. У них редуцированы устьица и нет кутикулы, транспирация у таких растений отсутствует, а вода выделяется через особые клетки - гидатоды.

Листовые пластинки у гидатофитов, как правило, тонкие, без дифференцировки мезофилла, часто рассеченные, что способствует более полному использованию ослабленного в воде солнечного света и усвоению СО2. Нередко выражена разнолистность - гетерофилия, у многих видов есть плавающие листья, имеющие световую структуру, поддерживаемые водой побеги часто не имеют механических тканей, в них хорошо развита аэренхима.

Корневая система цветковых гидатофитов сильно редуцирована, иногда отсутствует совсем или утратила свои основные функции (у рясок). Поглощение воды и минеральных солей происходит всей поверхностью тела. Цветоносные побеги, как правило, выносят цветки над водой (реже опыление совершается в воде), а после опыления побеги снова могут погружаться, и созревание плодов происходит под водой (рдесты).

• 2. гидрофиты - это растения наземно-водные, частично погруженные в воду, растущие по берегам водоемов, на мелководьях, на болотах. Встречаются в районах с самыми разными климатическими условиями. К ним относятся калужница, белокрыьник, лизихитон, осока свинцово-зеленая (редкий вид). У них лучше, чем у гидатофитов, развиты проводящие и механические ткани. Хорошо развита аэренхима. В аридных районах при сильной инсоляции их листья имеют световую структуру. У гидрофитов есть эпидерма с устьицами, интенсивность транспирации очень высока, и они могут расти только при постоянном интенсивном поглощении воды.
• 3. гигрофиты - наземные растения, живущие в условиях повышенной влажности воздуха и часто на влажных почвах. Среди гигрофитов различают теневые и световые. Теневые гигрофиты - это растения нижних ярусов сырых лесов (недотрога, бодяк огородный). Из-за высокой влажности воздуха у них может быть затруднена транспирация, поэтому для улучшения водного обмена на листьях развиваются гидатоды, или водяные устьица, выделяющие капельно-жидкую воду. Листья частотонкие, с теневой структурой, со слабо развитой кутикулой, содержат много свободной и малосвязанной воды. Обводненность тканей достигает 80% и более. При наступлении даже непродолжительной и несильной засухи в тканях создается отрицательный водный баланс, растения завядают и могут погибнуть. К световым гигрофитам относятся виды открытых местообитаний, растущие на постоянно влажных почвах и во влажном воздухе (белокопытник камчатский, ползучий лютик, вахта, зюзник мелкоцветковый, подмаренник трехнадрезный, обычный белокрыльник, топяной хвощ).

Переходные группы - мезогигрофиты и гигромезофиты.

Мезофиты могут переносить непродолжительную и не очень сильную засуху. Это растения, произрастающие при среднем увлажнении, умеренно теплом режиме и достаточно хорошей обеспеченности минеральным питанием. К мезофитам можно отнести вечнозеленые деревья верхних ярусов тропических лесов, листопадные деревья саванн, древесные породы влажных вечнозеленых субтропических лесов, летнезеленые лиственные породы лесов умеренного пояса, кустраники подлеска, травянистые растения дубравного широкотравья, растения заневных и не слишком сухих суходольных лугов, пустынные эфемеры и эфемероиды, многие сорные и большинство культурных растений.

По способности регулировать свой водный обмен одни приближаются к гигрофитам (мезогигрофиты), другие - к засухоустойчивым формам (мезоксерофиты). водный влажность корневой растение

4. ксерофиты растут в местах с недостаточным увлажнением и имеют приспособления, позволяющие добывать воду при ее недостатке, ограничивать испарение воды или запасать и на время засухи. Ксерофиты лучше, чем все другие растения, способны регулировать водный обмен, поэтому и во время продолжительной засухи остаются в активном состоянии. Это растения пустынь, степей, жестколистных вечнозеленых лесов и кустарниковых зарослей, песчаных дюн.

Ксерофиты подразделяются на два основных типа: суккуленты и склерофиты.

Суккуленты - сочные растения с сильно развитой водозапасающей паренхимой в разных органах. Стеблевые суккуленты - кактусы, стапении, кактусовидные молочаи; листовые суккуленты - алоэ, агавы, молодило, очитки; корневые суккуленты - аспагарус. В пустынях центральной Америки и южной Африки суккуленты могут определять облик ландшафта.

Листья, а в случае их редукции стебля суккулентов имеют толстую кутикулу, часто мощный восковой налет или густое опушение. Устьица погруженные, открываются в щель, где задерживаются водяные пары.

Склерофиты - растения сухие на вид, часто с узкими и мелкими листьями, иногда свернутыми в трубочку. Листья могут быть рассеченными, покрытыми волосками и восковым налетом. Хорошо развита скленхима, поэтому растения без вредных последствий могут терять до 25%влаги на завядая. В клетках преобладает связанная вода. Сосущая сила корней до нескольких десятков атмосфер, что позволяет успешно добывать воду из почвы. Склерофиты можно подразделить на две группы: эуксерофиты и стипаксерофиты.

К эуксерофитам относятся многие степные растения с розеточными и полурозеточными, сильно опушенными побегами, полукустарнички, некоторые злаки, полынь холодная, эдельвейс эдельвейсовидный. Наибольшую биомассу эти растения создают в период, благоприятный для вегетации, а в жару уровень обменных процессов у них очень низок.

Стипаксерофиты - группа узколистных дерновидных злаков (ковыли, тонконоги, типчак). Характеризуются низкой транспирацией в засушливый период и могут переносить особенно сильное обезвоживание тканей свернутые в трубочку листья имеют внутри влажную камеру. Транспирация идет через погруженные в бороздки устьица внутрь этой камеры, что снижает потери влаги.

Кроме названных экологических групп растений выделяют еще целый ряд смешанных или промежуточных типов.

Различные пути регуляции водообмена позволили растениям заселить самые различные по экологическим условиям участки суши. Многообразие приспособлений лежит, таким образом, в основе распространения растений по поверхности земли, где дефицит влаги является одной из главных проблем экологических адаптаций.

Световой режим любого местообитания определяется интенсивностью прямого и рассеянного света, количеством света (годовой суммарной радиацией), его спектральным составом, а также альбедо – отражательной способностью поверхности, на которую падает свет.

Перечисленные элементы светового режима очень переменчивы и зависят от географического положения, высоты над уровнем моря, от рельефа, состояния атмосферы, характера земной поверхности, растительности, от времени суток, сезона года, солнечной активности и глобальных изменений в атмосфере.

У растений возникают различные морфологические и физиологические адаптации к световому режиму местообитаний.

По требованию к условиям освещения принято делить растения на следующие экологические группы:

1) светолюбивые (световые), или гелиофиты, – растения открытых, постоянно хорошо освещаемых местообитаний;

2) тенелюбивые (теневые), или сциофиты, – растения нижних ярусов тенистых лесов, пещер и глубоководные растения; они плохо переносят сильное освещение прямыми солнечными лучами;

3) теневыносливые, или факультативные гелиофиты, – могут переносить большее или меньшее затенение, но хорошо растут и на свету; они легче других растений перестраиваются под влиянием изменяющихся условий освещения.

Можно отметить некоторые общие приспособительные особенности, свойственные растениям каждой экологической группы.

Световые адаптации гелиофитов и сциофитов. Гелиофиты часто имеют побеги с укороченными междоузлиями, сильно ветвящиеся, нередко розеточные. Листья гелиофитов обычно мелкие или с рассеченной листовой пластинкой, с толстой наружной стенкой клеток эпидермы, нередко с восковым налетом или густым опушением, с большим числом устьиц на единицу площади, часто погруженных, с густой сетью жилок, с хорошо развитыми механическими тканями. У ряда растений листья фотометричные, т. е. повернуты ребром к полуденным лучам или могут менять положение своих частей в зависимости от высоты стояния Солнца. Так, у степного растения софоры листочки непарноперистосложного листа в жаркий день подняты вверх и сложены, у василька русского так же ведут себя сегменты перисторассеченного листа.

Оптический аппарат гелиофитов развит лучше, чем у сциофитов, имеет большую фотоактивную поверхность и приспособлен к более полному поглощению света. Обычно у них лист толще, клетки эпидермы и мезофилла мельче, палисадная паренхима двухслойная или многослойная (у некоторых саван‑ных растений Западной Африки – до 10 слоев), нередко развита под верхней и нижней эпидермой. Мелкие хлоропласты с хорошо развитой гранальной структурой в большом числе (до 200 и более) расположены вдоль продольных стенок.

Хлорофилла на сухую массу в листьях гелиофитов приходится меньше, но зато в них содержится больше пигментов I пигментной системы и хлорофилла П 700 . Отношение хлорофилла а к хлорофиллу b равно примерно 5: 1. Отсюда высокая фотосинтетическая способность гелиофитов. Компенсационная точка лежит в области более высокой освещенности. Интенсивность фотосинтеза достигает максимума при полном солнечном освещении. У особой группы растений – гелиофитов, у которых фиксация СО 2 идет путем С4‑дикарбоновых кислот, световое насыщение фотосинтеза не достигается даже при самой сильной освещенности. Это растения из засушливых областей (пустынь, саванн). Особенно много С4‑растений среди семейств мятликовых, осоковых, аизовых, портулаковых, амарантовых, маревых, гвоздичных, молочайных. Они способны к вторичной фиксации и реутилизации СО 2 , освобождающегося при световом дыхании, и могут фотосинтезировать при высоких температурах и при закрытых устьицах, что часто наблюдается в жаркие часы дня.

Обычно С4‑растения, особенно сахарный тростник и кукуруза, отличаются высокой продуктивностью.

Сциофиты – это растения, постоянно находящиеся в условиях сильного затенения. При освещенности 0,1–0,2 % могут расти только мхи и селягинеллы. Плауны довольствуются 0,25‑0,5 % полного дневного света, а цветковые растения встречаются обычно там, где освещенность в пасмурные дни достигает не менее 0,5–1% (бегонии, недотрога, травы из семейств имбирные, мареновые, коммелиновые).

В северных широколиственных и темнохвойных лесах полог сомкнутого древостоя может пропускать всего 1–2% ФАР, изменяя ее спектральный состав. Сильнее всего поглощаются синие и красные лучи, и пропускается относительно больше желто‑зеленых лучей, дальних красных и инфракрасных. Слабая освещенность сочетается с повышенной влажностью воздуха и повышенным содержанием в нем СО 2 , особенно у поверхности почвы. Сциофиты этих лесов – зеленые мхи, плауны, кислица обыкновенная, грушанки, майник двулистный и др.

Листья у сциофитов располагаются горизонтально, нередко хорошо выражена листовая мозаика. Листья темно‑зеленые, более крупные и тонкие. Клетки эпидермы крупнее, но с более тонкими наружными стенками и тонкой кутикулой, часто содержат хлоропласты. Клетки мезофилла крупнее, палисадная паренхима однослойная или имеет нетипичное строение и состоит не из цилиндрических, а из трапециевидных клеток. Площадь жилок вдвое меньше, чем у листьев гелиофитов, число устьиц на единицу площади меньше. Хлоропласты крупные, но число их в клетках невелико.

У сциофитов по сравнению с гелиофитами меньше хлорофилла П 700 . Отношение хлорофилла а к хлорофиллу b равно примерно 3: 2. С меньшей интенсивностью протекают у них такие физиологические процессы, как транспирация, дыхание. Интенсивность фотосинтеза, быстро достигнув максимума, перестает возрастать при усилении освещенности, а на очень ярком свету может даже понизиться.

У лиственных теневыносливых древесных пород и кустарников (дуба черешчатого, липы сердцевидной, сирени обыкновенной и др.) листья, расположенные по периферии кроны, имеют структуру, сходную со структурой листьев гелиофитов, и называются световыми, а в глубине кроны – теневые листья с теневой структурой, сходной со структурой листьев сциофитов.

Факультативные гелиофиты, или теневыносливые растения , в зависимости от степени теневыносливости имеют приспособительные особенности, сближающие их то с гелиофитами, то со сциофитами. К этой группе можно отнести некоторые луговые растения, лесные травы и кустарники, растущие и в затененных участках леса, и на лесных полянах, опушках, вырубках. На осветленных местах они разрастаются часто сильнее, однако оптимальное использование ФАР у них происходит не при полном солнечном освещении.

У деревьев и кустарников теневая или световая структура листа часто определяется условиями освещения предыдущего года, когда закладываются почки: если закладка почек идет на свету, то формируется световая структура, и наоборот.

Если в одном и том же местообитании закономерно периодически изменяется световой режим, растения в разные сезоны могут проявлять себя то как светолюбивые, то как теневыносливые.

Весной в дубравах под полог леса проникает 50–60 % солнечной радиации. Листья розеточных побегов сныти обыкновенной имеют световую структуру и отличаются высокой интенсивностью фотосинтеза. В это время они создают основную часть органического вещества годичной продукции. Листья сныти летней генерации, появляющиеся при развитом древесном пологе, под который проникает в среднем 3,5 % солнечной радиации, имеют типичную теневую структуру, и интенсивность фотосинтеза их значительно ниже, в 10–20 раз. Подобную двойственность по отношению к свету проявляет и осока волосистая, светолюбивая весной и теневыносливая летом. По‑видимому, это свойственно и другим растениям дубравного широкотравья.

Отношение к световому режиму меняется у растений и в онтогенезе. Проростки и ювенильные растения многих луговых видов и древесных пород более теневыносливы, чем взрослые особи.

Иногда у растений меняются требования к световому режиму, когда они оказываются в иных климатических и эдафических условиях. Так, обычные теневыносливые растения хвойного леса – черника, седмичник европейский и некоторые другие – в тундре приобретают особенности гелиофитов.

Наиболее общая адаптация растений к максимальному использованию ФАР – пространственная ориентация листьев. При вертикальном расположении листьев, как, например, у многих злаков и осок, солнечный свет полнее поглощается в утренние и вечерние часы – при более низком стоянии солнца. При горизонтальной ориентации листьев полнее используются лучи полуденного солнца. При диффузном расположении листьев в разных плоскостях солнечная радиация в течение дня утилизируется наиболее полно. Обычно при этом листья нижнего яруса на побеге отклонены горизонтально, среднего направлены косо вверх, а верхнего располагаются почти вертикально.

Считают, что кукуруза является одной из самых высокопродуктивных сельскохозяйственных культур потому, что наряду с высоким КПД фотосинтеза у нее наблюдается диффузное расположение листьев, при котором полнее поглощается ФАР.

На севере, где высота стояния солнца меньше, встречается больше растений с вертикальным расположением листьев, а на юге – с горизонтальным. Для получения большей биомассы выгодны также посевы и насаждения, в которых сочетаются растения с разной пространственной ориентацией листьев, причем в верхнем ярусе лучше иметь растения с вертикальным расположением листьев, которые полнее используют свет при низком стоянии солнца, не препятствуют прохождению полуденных лучей к расположенным в нижнем ярусе листьям с горизонтальной ориентацией.

Живые организмы взаимодействуют сокружающей ихсредой. Для того чтобы выдерживать неблагоприятные условия и применять их с максимальной пользой, они развивают определённые морфологические, анатомические, физиологические ирепродуктивные функции. Совокупность видов со сходными характеристиками и требованиями к окружающей среде по какому-либо фактору называют экологической группой. Выделяют экологические группы растений по отношению к свету, воде и почве.

Что такое адаптация организмов

Любая особенность организма или его части, которая позволяет ему существовать в собственных условиях обитания, называется адаптацией. Каждая особь развивается в определённой адаптации, а также в сообществе. Завершение жизненного цикла — это результат целого ряда приспособлений, которые имеют значение для выживания.

Классификация растений по отношению к почве

Механизмы для адаптации включают в себя такие функции, как предотвращение разрушения жизненно важных вегетативных тканей, помощь в производстве и эффективное распространение репродуктивных органов. Экологические группы растений и животных разделяют на гидробионты (способные плавать или жить в воде), наземные и почвенные организмы.

Датский учёный, ботаник и микробиолог Йоханнес Эугениус Варминг в 1895 впервые определил влияние контролирующих или ограничивающих факторов на флору. Он выделил несколько экологических групп растений по отношению к воде и исходя из характера субстрата, в котором они растут.

Варминг систематизировал растения на основе природного субстрата (почвы) в следующие группы:

• растения кислых почв (оксилофиты);
• растения засоленных почв (галофиты);
• произрастающие на песке (псамофиты);
• растущие на поверхности скал (литофиты);
• произрастающие в расщелинах скал (хазмофиты).

Эпифиты не включены в приведённую выше систематизацию из-за того, что они не имеют постоянной связи с землёй.

Классификация растений по отношению к влаге

Вторая классификация Йоханнеса Варминга, созданная в 1909 году, основывается на отношении экологической группы растений к воде.

Организмы делятся согласно потребности во влаге и в почве следующим образом:

1. Гидрофиты — растущие возле воды.
2. Ксерофиты — приспособленные к выживанию в условиях малого количества влаги в местах обитания.
3. Мезофиты — растущие в среде, которая не является ни очень сухой, ни очень влажной.

Какие экологические группы растений выделяют у засухоустойчивых организмов? Ксерофильные особи дополнительно классифицируются на основе их мест обитания:

• оксилофиты (растут на кислых почвах);
• галофиты (на засоленных почвах);
• литофиты (на скалах);
• псаммофиты (на песке и гравии);
• херсофиты (на пустырях);
• эремофиты (в степях);
• психрофиты (на холодных почвах);
• псилофиты (в саванне);
• склерофиты (деревья и кустарники).

Особенности гидрофитов

Гидрофиты (от греч. Hudor — вода и Phyton — растения) — экологическая группа растений, которые растут в мокрых местах или в воде. Стебли и листья таких особей могут быть частично или полностью погруженными в воду. Примеры водных организмов: пузырчатка, валлиснерия, лотос, водяной гиацинт, ряска.

Особенность адаптации в водной среде состоит в том, что условия этой среды регулярно меняются. Растениям приходится развиваться при минимуме питательных веществ, находящихся в растворённом состоянии. При увеличении глубины водоёмов, света и кислорода становится всё меньше. Зональность водной растительности с увеличением глубины — это устройство для максимальной утилизации световой энергии.

В водной среде постоянно происходит движение, начиная с небольшой вертикальной циркуляции, заканчивая сильным течением. Поскольку влага составляет большую часть тела растений и животных (от 70 до 90% воды в протоплазме), она влияет на все жизненные процессы напрямую. Для гидрофитов темпы и масштабы фотосинтеза, дыхания, поглощения питательных веществ, роста и других обменных процессов зависят от количества доступной воды. Низкая относительная влажность воздуха увеличивает потери влаги за счёт транспирации и влияет на рост организмов. И наоборот, особи в регионах с высокой влажностью показывают снижение транспирации.

Некоторые водные группы высших растений, вероятно, произошли от мезофитов. В ходе эволюции изменения в физиологии, морфологии и поведении, относящиеся к водному образу жизни, повлияли на то, что мезофитные особи приспособились к жизни во влажной среде.

Особенности ксерофитов

Ксерофиты — экологическая группа растений, которые растут в сухих местах обитания.

Засухоустойчивые районы могут быть следующих типов:

1. Физически сухие, где влагоудерживающая способность почвы очень низкая, а климат сухой.
2. Физиологически сухие, где вода присутствует в избыточном количестве, но не может быть поглощена растениями. Такие места могут быть слишком солёными, кислыми, жаркими или холодными.
3. Места обитания бывают сухие как физически, так и физиологически.

Характеристики ксерофитов

Для ксерофитов характерно произрастание в пустынных и полупустынных районах, но они могут расти в местах, где доступна вода в достаточном количестве. Эти организмы выдерживают экстремальные засушливые условия, низкую влажность и высокую температуру.

При произрастании в благоприятной среде растения развивают специальные структурные и физиологические особенности, которые направлены в основном на следующие цели:

• чтобы поглотить столько воды, сколько они могут получить от окружающей среды;
• для удержания влаги в своих органах на очень долгое время;
• чтобы уменьшить коэффициент транспирации доминимума.

Классификация ксерофитов

Ксерофиты подразделяются на несколько экологических групп растений, в зависимости от степени сопротивления засушливым условиям:

1. Рефугиоксерофиты или организмы, избегающие засухи — недолговечные ксерофиты. В критические периоды они выживают в виде семян и плодов, которые имеют твёрдый и устойчивый внешний слой. При появлении благоприятных условий семена прорастают в новые растения небольшого размера, завершающие жизненный цикл за несколько недель. Такие особи остаются без изменений в экстремальных условиях. Они распространены в полупустынной зоне, где сезон дождей длится недолго.
2. Склерофиты — небольшие по размеру растения, способные переносить или терпеть недостаток влаги и впадающие в анабиоз.
3. Засухоустойчивые особи могут противостоять экстремальной засухе.

Ксерофиты растут на различных биотопах. Некоторые — на каменистых почвах и в пустынях, на песке и гравии.

Особенности мезофитов

Мезофиты — экологическая группа растений, относящихся к сухопутным, места обитания которых не являются ни чрезмерно влажными, ни слишком сухими. Эти растения не способны находиться в воде или на заболоченных почвах и не могут выжить в сухих местах. Другими словами, мезофиты — это организмы, произрастающие в тех регионах, где климат и почва благоприятны. Флора лесов, лугов и возделанных полей относится к этой категории.

Экологические группы растений-мезофитов могут быть классифицированы на две главные категории:

• травы;
• деревья и кустарники.

Классификация древесных растений

Группа древесных растений, в свою очередь, делится на следующие классы: мезофиты, лиственные леса и тропофиты. Мезофильные пространства, поросшие кустарником, возникают там, где температурные и другие условия не являются благоприятными для развития леса. Во многих местах ксерофитные и мезофитные пространства сливаются друг с другом.

Лиственные леса находятся в районах, где количество осадков довольно высокое (около 75 - 150 см в год) и равномерное, а температура средняя. Такие места характеризуют деревья, которые избавляются от листвы в определённые периоды года. Листья сохраняются в течение примерно 5 - 8 месяцев. Это явление характерно для умеренных и холодных регионов. Большинство растений опыляются ветром. Почва очень богата микрофлорой. Лиственные леса названы в честь доминирующих деревьев этих конкретных общин: дубовый лес, берёзовый лес.

Особенности тропофитов

Тропофиты — интересная группа тропических организмов, которые могут быть включены в группу мезофитов. Как правило, в тропических регионах климат остаётся более или менее равномерным в течение года, но в некоторых регионах существует чередование влажного и сухого сезона. Растения, произрастающие в подобных условиях, разработали структурные изменения, благодаря которым научились выдерживать регулярный цикл благоприятных и неблагоприятных сезонов. Тропофит способен вести себя как мезофит в период дождей и как ксерофит в сухой сезон. Осыпание листьев может произойти в начале зимы или летом.

Влажность является важным лимитирующим фактором среды, так как без воды не может существовать ни один организм. Вода – это универсальный растворитель, а все обменные процессы в клетках протекают в растворах; вода непосредственно участвует в биохимических реакциях; многие виды способны существовать только в воде. Её содержание в клетках достигает 70-90 %.

Влажность атмосферного воздуха связана с насыщением его водяными парами. В связи с неравномерностью выпадения осадков различают влажные (до 2 000 мм/год – гумидные ) и засушливые (менее 250 мм/год –аридные ) зоны. Умеренные зоны располагаются там, где выпадает промежуточное количество осадков (250-750 мм/год). Наибольшая влажность наблюдается на побережье морей и океанов (100 %), а наименьшая – в пустынях (2-4 %). Сезонные и суточные колебания влажности наряду со светом и температурой регулируют активность организмов.

По отношению к воде растения подразделяются на три экологические группы: гигрофиты, ксерофиты и мезофиты.

Гигрофиты – растения, населяющие места с высокой влажностью воздуха и почвы. Это растения влажных тропических лесов (папирус, рис), верховых болот (росянка, клюква), прибрежные (тростник, камыш). Они не имеют приспособлений, ограничивающих расход воды, и не способны переносить дефицит влаги. Для гигрофитов характерны:

Тонкие листовые пластинки с широко открытыми устьицами;

Наличие воздухоносной паренхимы;

Высокая интенсивность транспирации.

Ксерофиты – засухоустойчивые растения сухих мест (полупустынь и пустынь). По физиологическим и морфологическим приспособлениям их можно подразделить на несколько подтипов: суккуленты, гемиксерофиты и склерофиты.

Суккуленты – мясистые, сочные растения, с относительно малой внешней поверхностью. В тканях листа (агавы, алоэ) или стебля (кактусы) суккулентов содержится запас воды. Во время редких дождей их корни интенсивно впитывают влагу, которая запасается в водоносной паренхиме. Небольшое количество и погруженное положение устьиц, мощная кутикула или даже пробка в качестве покровной ткани, малая испаряющая поверхность обеспечивают экономное испарение воды. Интенсивность физиологических процессов невысокая. Растут суккуленты медленно. В нашей флоре к суккулентам относятся очитки, молодило (сем. толстянковых).

Гемиксерофиты отличаются хорошо развитой корневой системой, бесперебойно снабжающей их водой, высоки уровнем обмена веществ, энергичным фотосинтезом и дыханием, они много испаряют воды. Надземные части имеют приспособления, направленные на уменьшение транспирации: мелкие листья, опушение, кутикула, восковой налет. Густая сеть жилок, многочисленные мелкие устьица – также типичные признаки гемиксерофитов.

Рис. Суккулентное растение – древовидный кактус из пустыни Аризона.

Настоящие ксерофиты (склерофиты) обладают водоудерживающей способностью и рядом физиологических особенностей, позволяющих им выдерживать сухость воздуха и почвы, - интенсивный фотосинтез, высокое осмотическое давление клеточного сока, обусловленное значительным содержание органических веществ, сильное обезвоживание цитоплазмы. Морфологическими признаками ксерофитов являются:

Узкие жесткие листья;

Малая листовая поверхность;

Подвижность листьев, их способность свертываться и менять положение в пространстве;

Редукция листьев в колючки (верблюжья колючка, ковыли, саксаулы, чертополох, эфедра);

Опушение;

Кутикула;

Восковой налет; сильная склерификация стеблей и листьев;

Клетки мелкие;

Большое количество устьиц;

Густая сеть жилок;

Корневую систему ли поверхностная, которая улавливает влагу утренней росы и редких осадков, либо проникающая на большую глубину до грунтовых вод.

Мезофиты произрастают в местах с умеренной влажностью почвы и воздуха. Они занимают промежуточное положение между гигро- и ксерофитами. Степень специализации тканей у них выражена сильнее, чем у гигрофитов, но слабее, чем у ксерофитов. В зависимости от особенностей водного режима они отклоняются то в одну (гигромезофиты), то в другую (ксеромезофиты) сторону. Мезофиты характерны для нашей почвенно-климатической зоны. Это растения лугов, лесов, большинство культурных растений (клевер, тимофеевка, мятлик, пшеница, сурепка, листопадные деревья и др.).

Для активной жизни необходимо достаточное содержание воды в организме. Неизбежные потери воды, а вода расходуется непрерывно почками, в результате транспирации с поверхности тела, при газообмене в процессе дыхания и фотосинтеза и др., необходимо пополнять путем питья или потребления влажной пищи. Значительная часть животных (мелкие грызуны, пресмыкающиеся, членистоногие) засушливых областей никогда не пьет и довольствуется только водой, находящейся в пище. Некоторые животные (верблюд, рисовый и амбарный долгоносики, гусеницы платяной моли и др.) используют метаболическую воду, которая образуется при окислении жиров (из 100 г жира – 100-110 г воды); при высокой влажности воздуха возможно поглощение воды через покровы тела. Ряд животных пустынных районов обладают способностью к длительному быстрому бегу (антилопы, сайгаки, куланы), что позволяет им совершать дальние миграции на водопой.

С другой стороны для организмов также характерны различные способы экономии воды:

Плотные покровы;

Редкие дыхательные движения;

Обезвоженные продукты выделения;

Пониженное потоотделение;

Ночной образ жизни;

Спячка (грызуны, насекомые, черепахи) и др.