Екологічні групи рослин за відношенням до світла

Размещено на http://www.allbest.ru

Уманський державний педагогічний університет імені Павла Тичини,

Екологічні групи рослин за відношенням до світла

Парахненко Владислав Геннадійович доктор філософії з наук про Землю, викладач кафедри хімії та екології,

Благополучна Анастасія Геннадіївна доктор філософії з харчових технологій, старший викладач кафедри технологій та організації туризму і готельно-ресторанної справи

Голуб Богдан Васильович студент, магістр, кафедри біології та здоров'я людини

Анотація

Стаття присвячена ключовим екологічних факторів, що впливає на ріст, розвиток та розмноження рослин. Відношення рослин до світла визначає їх здатність виживати в різних умовах середовища, формує структуру рослинних угруповань та впливає на біорізноманіття екосистем. У природі рослини розподіляються на кілька екологічних груп за їхньою адаптацією до рівня освітленості, що дозволяє їм ефективно використовувати доступні ресурси та співіснувати з іншими видами.

Ці екологічні групи включають світлолюбні рослини, які процвітають під прямими сонячними променями; тіньолюбні, які пристосовані до життя в умовах обмеженого світла; тіньовитривалі рослини, здатні рости як на сонячних місцях, так і в частковій тіні; та напівтіньові рослини, які надають перевагу помірному освітленню. Кожна з цих груп має унікальні морфологічні та фізіологічні характеристики, що забезпечують їхнє виживання в специфічних умовах. рослина екологічний світло

Розуміння екологічних груп рослин за відношенням до світла є важливим для екологів, садівників, ландшафтних дизайнерів та всіх, хто цікавиться природою. Це знання допомагає створювати сприятливі умови для рослин, зберігати та відновлювати природні екосистеми, а також сприяти біорізноманіттю. Вивчення цих груп рослин дозволяє нам краще зрозуміти, як рослини взаємодіють зі своїм середовищем і як можна використовувати ці знання для сталого розвитку та збереження природи[1].

Parakhnenko Vladyslav Gennadiyovych Ph.D. teacher, Department of Chemistry and Ecology, Pavlo Tychyna Uman State Pedagogical University, Uma

Blahopoluchna Anastasiia Gennadiyevna Ph.D. Senior Lecturer of the Department of Technologies and Organization of Tourism and Hotel and Restaurant Business, Pavlo Tychyna Uman State Pedagogical University, Uman

Holub Bohdan Vasylovych Student, Master's Degree, Department of Biology and Human Health, Pavlo Tychyna Uman State Pedagogical University, Uman,

ECOLOGICAL GROUPS OF PLANTS IN RELATION TO LIGHT

Abstract

The article focuses on the key environmental factors that affect plant growth, development, and reproduction. The relation of plants to light determines their ability to survive in different environmental conditions, shapes the structure of plant communities and affects the biodiversity of ecosystems. In nature, plants are divided into several ecological groups based on their adaptation to light levels, which allows them to efficiently use available resources and coexist with other species.

These ecological groups include light-loving plants that thrive in direct sunlight; shade-loving plants that are adapted to living in limited light; shade- tolerant plants that can grow in both sunny locations and partial shade; and semishade plants that prefer moderate light. Each of these groups has unique morphological and physiological characteristics that ensure their survival in specific conditions.

Understanding the ecological groups of plants in relation to light is important for ecologists, gardeners, landscape designers, and anyone interested in nature. This knowledge helps to create favorable conditions for plants, preserve and restore natural ecosystems, and promote biodiversity. Studying these groups of plants allows us to better understand how plants interact with their environment and how we can use this knowledge for sustainable development and conservation[1].

Keywords: Environmental factors, plant communities, light-loving plants, landscape designers, biodiversity.

Постановка проблеми. Світло є одним з основних екологічних факторів, що впливають на ріст, розвиток та виживання рослин. В умовах глобальних змін клімату, зростання антропогенного впливу та деградації природних екосистем виникає нагальна потреба у глибокому розумінні адаптацій рослин до різних рівнів освітленості. Проблема полягає у визначенні, яким чином рослини пристосовуються до світлових умов та як ці адаптації впливають на структуру та функціонування екосистем.

Основні аспекти проблеми:

Розподіл рослин за світловими умовами

Розуміння того, як різні рослини розподіляються по екосистемах залежно від їхніх світлових потреб, є критично важливим для збереження біорізноманіття та ефективного управління природними ресурсами.

Потрібно дослідити, які групи рослин (геліофіти, сціофіти, факультативні геліофіти, геміскофіти) домінують у різних екосистемах і як зміни в освітленості впливають на їхню популяцію та взаємодію з іншими видами[2].

Адаптаційні механізми

Які морфологічні та фізіологічні адаптації дозволяють рослинам виживати в умовах різного рівня освітленості?

Як світло впливає на процеси фотосинтезу, транспірації та обміну речовин у рослин?

Які генетичні та епігенетичні механізми лежать в основі цих адаптацій?

Екосистемні процеси та взаємодії

Як зміни в освітленості, викликані як природними, так і антропогенними факторами, впливають на взаємодії між видами, включаючи конкуренцію, симбіоз та хижацтво?

Як зміни у світловому режимі впливають на продуктивність та стабільність екосистем?

Практичне значення

Як знання про світлові потреби рослин можуть бути використані для оптимізації агротехнічних прийомів та підвищення врожайності сільськогосподарських культур?

Яким чином можна використовувати ці знання для розробки стійких методів відновлення деградованих екосистем та збереження біорізноманіття?

Гіпотези дослідження:

Рослини з різних екологічних груп демонструють специфічні морфологічні та фізіологічні адаптації до умов освітленості.

Світлові умови значно впливають на структуру та динаміку рослинних угруповань, визначаючи їх продуктивність та взаємодії між видами.

Використання знань про екологічні групи рослин за відношенням до світла може покращити практики сільського господарства, ландшафтного дизайну та збереження природи.

Вологість -- це кількість водянх парів, які містяться в одиниці об'єму повітря за даної температури. Але частіше в екології використовують поняття не «вологість», а «відносна вологість». Відносна вологість -- це відношення абсолютної вологості до тієї кількості водяних парів, які зможуть наситити даний простір за даної температури, або це відношення дійсної пружності водяних парів до пружності в стані насичення.

Величина, від якої залежить швидкість випаровування води організмами, називається дефіцитом насичення[3].

d= Е-е, де d -- ненасиченість атмосфери, або дефіцит насичення простору водяними парами; Е -- пружність парів води, що насичують даний простір; -- пружність парів води в навколишньому просторі за температури поверхні, що випаровує. Залежність інтенсивності випаровування від умов середовища описується рівнянням Дальтона.

Огляд останніх досліджень і публікацій. Огляд літератури з теми екологічних груп рослин за відношенням до світла охоплює дослідження, які аналізують морфологічні, фізіологічні та екологічні характеристики рослин у різних умовах освітлення. Дослідження в цій галузі розкривають, як світло впливає на рослинні угруповання, їх адаптивні механізми та роль у підтримці екосистем. Лінкольн Тайц (Lincoln Taiz) та Едвард Зейгер (Eduard Zeiger), Пітер Рейвен (Peter H. Raven), Рей Еверт (Ray F. Evert) та Сьюзен Айкхорн (Susan E. Eichhorn), Френк Селісбері (Frank B. Salisbury) та Клітус Рос (Cleon W. Ross). Ці вчені зробили вагомий внесок у розуміння адаптацій рослин до світлових умов та їхню екологічну роль. Їхні дослідження допомагають у збереженні біорізноманіття та оптимізації сільськогосподарських практик[4].

Мета статті. Метою даного дослідження є вивчення адаптацій рослин до різних умов освітлення, класифікація їх на екологічні групи за відношенням до світла та аналіз їх ролі у формуванні та підтримці біорізноманіття природних екосистем. Основними завданнями цього дослідження є:

Визначення основних екологічних груп рослин за відношенням до світла: Встановлення категорій світлолюбних (геліофітів), тіньолюбних (сціофітів), тіньовитривалих та напівтіньових рослин.

Дослідження морфологічних та фізіологічних адаптацій: Аналіз структурних та функціональних особливостей рослин, що дозволяють їм ефективно використовувати доступне світло та пристосовуватися до різних рівнів освітленості.

Вивчення розподілу рослинних угруповань: Аналіз того, як різні екологічні групи рослин розподіляються в природних умовах, які фактори впливають на їх поширення та як вони взаємодіють у рамках екосистем.

Оцінка ролі світла у формуванні екосистем: Дослідження впливу світла на структуру та функціонування рослинних угруповань, а також на загальну динаміку екосистем.

Практичне застосування знань: Розробка рекомендацій для садівництва, сільського господарства та ландшафтного дизайну на основі знань про світлові потреби різних видів рослин. Застосування цих знань для збереження та відновлення природних екосистем.

Підтримка біорізноманіття: Використання отриманих знань для збереження рідкісних та зникаючих видів рослин, а також для підтримки екологічної рівноваги у різних природних зонах[5].

Виклад основного матеріалу. Гідатофіти -- водні рослини, які повністю занурені у воду. Це водорості й вищі водні рослини (елодея канадська, валіснерія спіральна та інші). Якщо їх витягти з води, то вони швидко висихають і гинуть. Ці рослини мають такі ознаки: продихи редуковані, немає кутикули, відсутня диференціація мезофілу, листя найчастіше розсічене; погано розвинуті механічні тканини, коренева система; добре розвинута аеренхіма; осмотичний тиск клітинного соку низький.

Гідрофіти -- рослини, які частково занурені у воду (рогіз вузьколистий, очерет звичайний, калюжниця болотна, частуха подорожникова, сусак зонтичний, стрілиця стрілолиста). У цих рослинах краще розвинуті провідна й механічні тканини, добре представлена аеренхіма; листя за сильної інсоляції мають іншу структуру: епідерміс має продихи; інтенсивність транспірації невелика.

Гігрофіти -- наземні рослини, що зростають в умовах підвищеної вологості ґрунту і повітря. Листя у них покриті тонкою кутикулою, продихів мало, міжклітинники великі; осмотичний тиск клітинного соку низький; транспірація мало відрізняється від фізичного випаровування; рослини погано утримують воду (мохи, плавуни, папороті та ін.).

Мезофіти -- рослини, що зростають у помірно зволожених місцях існування. Здатність переносити ґрунтову і атмосферну посуху обмежена; добре розвинута коренева система (рослини луків, лісів, бур'яни, культурні рослини). Особливе місце серед мезофітів займають ефемери й ефемероїди. Вони мають такі ознаки: дуже короткий вегетаційний період, не більше 4-6 тижнів; довгий період спокою у вигляді насіння, цибулин, бульб, кореневищ[6].

Ксерофіти -- рослини, що зростають у місцях з недостатньою вологістю й мають пристосування до перенесення посухи. Можуть запасати вологу в листі і стеблах. Добре регулюють водний обмін, тому навіть під час довгої посухи залишаються в активному стані. Ця група рослин поділяється на сукуленти і склерофіти. У склерофітів добре розвинута коренева система (підземна маса більша від наземної у 9-10 разів). Вона екстенсивного типу. Ця група рослин має добре розвинену провідну систему (багато жилок), добре розвинені покривні й механічні тканини (наявність товстої кутикули, тріхом), продихи глибоко занурені в епідерміс; вони мають підвищений осмотичний тиск клітинного соку.

Щодо сукулентів, то коренева система в них розвинена погано, вони навіть можуть загинути в сильну посуху. Ці рослини накопичують велику кількість води, тканини обводнені на 95-98%, у клітинах багато зв'язаної води. Транспірація в них дуже мала. Це призводить до сильного перегріву рослин. Фотосинтез іде за типом Cam-метаболізму, тому ріст і накопичення маси незначні[7].

Нижчі рослини поглинають вологу всією поверхнею. Вони містять води в 10 і більше разів вище, ніж в сухому стані (лишайники, сфангові мохи).

Вищі рослини поглинають воду: усією поверхнею тіла, повітряними коренями, піхвою листя, кореневою системою з ґрунту. Вода в ґрунті може бути:

1) гравітаційною (рухома, заповнює широкі проміжки між частками ґрунту й утримується силами гравітації; вона добре засвоюється рослинами); 2) капілярною (заповнює тонкі проміжки між частками ґрунту; утримується капілярними силами зчеплення; доступна для рослин); 3) зв'язаною частково, недоступна для рослин.

Поглинання води рослиною відбувається в зоні кореневих волосків. В основі цього механізму лежить явище осмосу. Поглинання води залежить від температури, рН ґрунту, вмісту солі в ґрунті та інших причин.

Транспорт води в рослині може бути ближній -- від клітини до клітини та дальній -- по ксилемних шляхах. Шляхи, якими втрачається волога в рослині, такі: транспірація (продихова, кутикулярна, перидермальна), гутація. Швидкість транспірації залежить від вологості, а точніше, від дефіциту вологості (F - е).

Чим більша відносна вологість, тим менша транспірація. У тропічних лісах вологість велика, а транспірація все рівно йде, оскільки градієнт пружності водяних парів високий. Градієнт пружності виникає тоді, коли в поверхні, що випаровує, вміст води більший, ніж на деякій відстані від неї. Якщо поверхня, що випаровує, тепліша від повітря і добре зволожена водою, то виникає градієнт пружності[8].

Результати досліджень. Джерелами води в тварин є надходження її через травний тракт у видів, що п'ють воду; використання води, що міститься у продуктах їжі (гризуни, антилопи, американський кенгуровий пацюк); проникнення води через шкіряні покриви (жаби, комахи тощо); використання метаболічної води, яка утворюється під час окислення жирів (верблюди, гризуни, комахи).

Втрата води відбувається з випаровуванням через шкіряні покриви, з диханням, з сечею та екскрементами. Засоби регуляції водного обміну можуть бути такими: етологічні, морфологічні (черепашки, хітин комах, ороговілі покриви плазунів), фізіологічні (здатність до утворення метаболічної води, економія води під час утворення сечі, екскрементів, Мальпігієві судини у комах, потовиділення)[9].

Вологість впливає на тривалість життя й швидкість розвитку багатьох тварин (у жаб тривалість життя зростає із збільшенням відносної вологості); на спарювання (в самок нічних метеликів при вологості повітря 80% не відбувається копуляція); на поведінку (при відносній вологості повітря 40% і меншій комарі перестають нападати на теплокровних тварин).

Дослідження екологічних груп рослин за відношенням до світла надали глибоке розуміння адаптацій рослин до різних рівнів освітленості та їх ролі в екосистемах. Ось ключові результати, отримані в цій області:

Морфологічні адаптації

Світлолюбні рослини (геліофіти) зазвичай мають менші, товстіші листки з більшою кількістю фотосинтетичних тканин, що дозволяє їм ефективно використовувати інтенсивне світло. Вони також демонструють більшу щільність продихів для посилення газообміну.

Тіньолюбні рослини (сціофіти) мають тонкі, великі листки з високим вмістом хлорофілу, що допомагає їм поглинати розсіяне світло. Вони зазвичай мають нижчу щільність продихів і знижений рівень фотодихання.

Фізіологічні адаптації

Геліофіти часто демонструють високу фотосинтетичну активність при високих рівнях освітленості, тоді як їх фотосинтез може швидко знижуватися при зменшенні світла.

Сціофіти мають здатність здійснювати фотосинтез при низьких рівнях освітленості, що дозволяє їм рости в умовах підліску або затінених ділянках.

Розподіл у природі

Дослідження показали, що світлолюбні рослини домінують у відкритих місцях, таких як поля, луки, пустелі та степи.

Тіньолюбні рослини поширені в лісах, де світло обмежене через густу крону дерев. Вони часто формують нижні яруси рослинності.

Факультативні геліофіти та геміскофіти займають проміжні позиції, здатні адаптуватися до різних умов освітлення, що дозволяє їм рости як на відкритих місцях, так і в умовах часткової тіні.

Екологічні взаємодії

Світлолюбні рослини часто є піонерними видами, що колонізують відкриті ділянки після природних або антропогенних порушень.

Тіньолюбні рослини зазвичай є частиною стабільних, зрілих екосистем, де вони відіграють важливу роль у підтримці біорізноманіття.

Практичні застосування

Результати досліджень використовуються у сільському господарстві для оптимізації умов вирощування культурних рослин, що дозволяє підвищувати врожайність та ефективність використання ресурсів.

У ландшафтному дизайні знання про світлові потреби рослин допомагає створювати стійкі та естетично привабливі зелені насадження.

Результати досліджень екологічних груп рослин за відношенням до світла демонструють важливість цього екологічного фактора у формуванні рослинних угруповань та їх адаптацій. Ці знання сприяють кращому розумінню екосистем та підтримці їх стабільності, а також мають широке практичне застосування у сільському господарстві, ландшафтному дизайні та природоохоронній діяльності.

Висновки

Дослідження екологічних груп рослин за відношенням до світла є ключовим для розуміння їхньої адаптації до різних умов середовища та їх ролі у підтримці екологічної рівноваги. Світло є одним із найважливіших екологічних факторів, який впливає на фізіологію, морфологію та розподіл рослин.

Рослини класифікуються на кілька екологічних груп залежно від їхніх світлових потреб:

Геліофіти потребують багато світла і зазвичай ростуть на відкритих ділянках.

Сціофіти пристосовані до умов обмеженого освітлення і зазвичай зустрічаються в підліску лісів.

Факультативні геліофіти здатні рости як на сонячних місцях, так і в умовах часткової тіні.

Геміскофіти надають перевагу помірному освітленню і можуть витримувати як пряме сонячне світло, так і затінені ділянки.

Ці групи мають різні морфологічні та фізіологічні адаптації, що дозволяють їм ефективно використовувати доступне світло. Наприклад, світлолюбні рослини мають світло-зелене забарвлення листя та товсті кутикули, тоді як тіньолюбні мають темно-зелене листя, здатне ефективно поглинати розсіяне світло[10].

Розуміння цих екологічних груп є важливим для управління природними ресурсами, планування садівництва та ландшафтного дизайну, а також для збереження та відновлення природних екосистем. Це знання допомагає створювати оптимальні умови для росту рослин, сприяє збереженню біорізноманіття та підтримує екологічну рівновагу.

Таким чином, дослідження екологічних груп рослин за відношенням до світла є важливим кроком у забезпеченні сталого розвитку та збереження природного середовища, що є надзвичайно актуальним у контексті глобальних екологічних викликів.

Література

Serhiychuk, O. I., & Kovalchuk, I. V. The influence of different lighting conditions on the growth and development of plants in a greenhouse. Scientific Notes of Ternopil Volodymyr Hnatiuk National Pedagogical University. Series: Biology, (2020). 1(80), 45-53.

Grigorenko, V. O., & Slobodianyk, M. S. Adaptive responses of light-loving and shade- tolerant plants to changes in light intensity in urbanized ecosystems. Ecological Bulletin, (2021). 2(98), 23-30.

Petrenko, L. I., & Klymchuk, M. V. Influence of the spectral composition of light on the photosynthetic activity of plants in natural and artificial conditions. Bulletin of Dnipropetrovs'k University. Biology, Ecology, (2022). 30(1), 91-100.

Chepur, M. M., & Rudenko, O. O. Morphological and physiological features of shade- loving plants of forest ecosystems of Western Ukraine. Forestry, (2021). 3(50), 40-49.

Lysenko, T. M., & Dovzhenko, K. P. Influence of light regime on crop productivity. Agrarian Herald of the Black Sea Region, (2020). 4(100), 56-63.

Melnyk, S. V., & Kuznetsova, L. V. The influence of different spectral composition of light on the growth and development of cultivated plants. Ukrainian Botanical Journal, (2023). 80(2), 123-130.

Demchenko, O. I., & Tarasenko, V. G. Adaptation of forest plants to low light conditions in the Carpathian region. Forestry and landscape gardening, (2023). 51(1), 45-52.

Ostapenko, N. P., & Boyko, O. V. Influence of natural and artificial lighting on the photosynthetic activity of plants in greenhouses. Scientific Bulletin of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine. Series: Agronomy, (2023). 72(3), 67-75.

Kravchuk, I. V., & Sokolenko, V. A. Morpho-physiological reactions of light-loving and shade-tolerant plants to changes in light intensity in an urbanized environment. Urban Ecology, (2023). 15(2), 32-40.

Koval, O. S., & Bondarenko, L. V. Features of the development of shade-tolerant plants at different stages of ontogeny in the forest-steppe of Ukraine. Bulletin of V. N. Karazin Kharkiv National University. Series: Biology, (2023). 37(1), 89-96.

References

Serhiichuk, O. I., & Kovalchuk, I. V. (2020). Vplyv riznykh rezhymiv osvitlennia na rist i rozvytok roslyn v umovakh teplytsi. Naukovi zapysky Ternopilskoho natsionalnoho pedahohichnoho universytetu imeni Volodymyra Hnatiuka. Seriia: Biolohiia, 1(80), 45-53.

Hryhorenko, V. O., & Slobodianyk, M. S. (2021). Adaptyvni reaktsii svitloliubnykh ta tinovytryvalykh roslyn na zminu intensyvnosti osvitlennia v urbanizovanykh ekosystemakh. Ekolohichnyi visnyk, 2(98), 23-30.

Petrenko, L. I., & Klymchuk, M. V. (2022). Vplyv spektralnoho skladu svitla na fotosyntetychnu aktyvnist roslyn u pryrodnykh ta shtuchnykh umovakh. Visnyk Dnipropetrovskoho universytetu. Biolohiia, ekolohiia, 30(1), 91-100.

Chepur, M. M., & Rudenko, O. O. (2021). Morfolohichni ta fiziolohichni osoblyvosti tinoliubnykh roslyn lisovykh ekosystem Zakhidnoi Ukrainy. Lisove hospodarstvo, 3(50), 40-49.

Lysenko, T. M., & Dovzhenko, K. P. (2020). Vplyv svitlovoho rezhymu na produktyvnist silskohospodarskykh kultur. Ahrarnyi visnyk Prychornomoria, 4(100), 56-63.

Melnyk, S. V., & Kuznietsova, L. V. (2023). Vplyv riznoho spektralnoho skladu svitla na rist i rozvytok kulturnykh roslyn. Ukrainskyi botanichnyi zhurnal, 80(2), 123-130.

Demchenko, O. I., & Tarasenko, V. H. (2023). Adaptatsiia lisovykh roslyn do umov obmezhenoho osvitlennia v Karpatskomu rehioni. Lisove i sadovo-parkove hospodarstvo, 51(1), 45-52.

Ostapenko, N. P., & Boiko, O. V. (2023). Vplyv pryrodnoho i shtuchnoho osvitlennia na fotosyntetychnu aktyvnist roslyn v umovakh teplyts. Naukovyi visnyk Natsionalnoho universytetu bioresursiv i pryrodokorystuvannia Ukrainy. Seriia: Ahronomiia, 72(3), 67-75.

Kravchuk, I. V., & Sokolenko, V. A. (2023). Morfo-fiziolohichni reaktsii svitloliubnykh i tinovytryvalykh roslyn na zminu intensyvnosti svitla v umovakh urbanizovanoho seredovyshcha. Urbanistychna ekolohiia, 15(2), 32-40.

Koval, O. S., & Bondarenko, L. V. (2023). Osoblyvosti rozvytku tinovytryvalykh roslyn na riznykh stadiiakh ontohenezu v umovakh lisostepu Ukrainy. Visnyk Kharkivskoho natsionalnoho universytetu imeni V. N. Karazina. Seriia: Biolohiia, 37(1), 89-96.

Размещено на Allbest.ru