АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Свет как важнейший экологический фактор. Роль света в жизни растений, животных, человека

Читайте также:
  1. For successful living/Для успешной жизни
  2. I. Любовь как сила жизни, что творит
  3. III. ИНДИВИДУАЛИЗМ КАК ВАЖНЕЙШИЙ БАЗОВЫЙ КОМПОНЕНТ АМЕРИКАНИЗМА
  4. Анализ стиля жизни
  5. Анамнез жизни (anamnesis vitae)
  6. АНАМНЕЗ ЖИЗНИ (ANAMNESIS VITAE).
  7. Бабушка. Картины сельской жизни
  8. Благодарность на заре жизни
  9. В 4. Вибрация, физические характеристики, нормирование и действие на организм человека. Виды средства защиты от вибрации.
  10. В 4. Вредные вещества, их классификация, нормирование, воздействие на организм человека. ПДК. Средства и методы защиты от воздействия вредных веществ на человека.
  11. В 4. Микроклимат производственных помещений, параметры микроклимата и их воздействие на организм человека. Способы нормализации микроклимата.
  12. В РОССИИ НЕТ ТЕПЛА, СВЕТА И ВЛАГИ

Общая характеристика солнечного света как экологического фактор. Как известно, солнечный свет представляет набор корпускулярных частиц (протонов, нейтронов) и электромагнитных волн, характеризуется определенными физическими свойствами. Большая часть загрязненных частиц отклоняется магнито­сферой Земли, не достигая поверхности, коротковолновые солнечные излучения (рентгеновское излучение), часть ультра­фиолетового излучения поглощаются в верхних слоях атмосферы. В итоге поверхности Земли достигает часть длинноволно­вых ультрафиолетовых, часть видимых и часть инфракрасных лучей. Солнечный свет является основным источником энер­гии в биосфере – на его долю приходится 99,9% энергии от энергетического баланса Земли. Благодаря солнечной энергии происходит нагревание воздушных масс, их перемещение в горизонтальном и вертикальном направлении, происходит испа­рение влаги, образование осадков, происходит нагревание суши, воды, возникает движение воды, происходит их перемеще­ние (течение) и т.д. Солнечный свет становится основным климатообразующим фактором на планете. Кроме того, он оказы­вает определенное воздействие на живые системы:

1) активизирует так называемые фотобиологические процессы синтеза органических соединений, у зеленых растений идет фотосинтез – процесс образование органических веществ из неорганических под действием солнечного света.

2) солнечные лучи регулируют биохимические процессы в организме, рост и развитие организма.

3) такие солнечные лучи влияют на поведение организма, у растений – фототропизм, фототаксис – у животных.

4) существует абиогенное действие солнечного света, когда погибают живые организмы (ультрафиолетовые лучи вы­зывают очищение организмов – их гибель).

Вся совокупность солнечных лучей достигает поверхности Земли. Рассматривается как световой климат, на него влияют многие факторы – высота Солнца над горизонтом, сезоны года, широта местности, климат, интенсивность атмосфер­ного воздуха и многие другие факторы. При прохождении Солнца на уровне горизонта солнечные лучи представлены только двумя спектрами – видимыми (25-28%) и инфракрасными (72%). При угле падения солнечных лучей в 60° возрастает коли­чество видимых лучей (44%), ультрафиолетовые лучи составляют 3% на долю инфракрасных приходится 53%, когда Солнце находится в зените доля ультрафиолетовых лучей увеличивается до 4%, видимые – 46%, а инфракрасные – 50%. При загряз­нении атмосферного воздуха пылью, дымами, газом, солнечная активность может ослабляться на 50%, облачная туманная погода уменьшает суммарное солнечное излучение на 45-50%. Солнечные лучи характеризуются различными физическими свойствами, т.е. разной проникающей способностью энергий, в связи с чем они по-разному влияют на живые организмы.

Биологическое действие ультрафиолетовых лучей. Ультрафиолетовые лучи в небольших количествах достигают поверхности планеты, по физическим свойствам они не­однородны и подразделяются на 3 группы:

1) ультрафиолетовые УФ-А-лучи имеют длину волны 320-400 нм.

2) УФ-В- лучи – 250-320 нм.

3) УФ-С-лучи 100-280 нм (коротковолновые).

Длина волны прямо пропорциональна энергии. С-лучи обладают наибольшей энергией. Они не достигают поверхности Земли, т.к. их энергия расходуется в верхних слоях атмосферы (стратосфере) на фотодиссоциацию молекул кислорода с по­следующим образованием озона: О2→20, О2+О→О3. Озон способствует образованию озонового экрана. Их эффект биологи­чески особенный. С-лучи оказывают негативное губительное влияние на живые организмы, вызывая гибель живых существ, поднимающихся выше озонового экрана, УФ-А- и В-лучи проникают к поверхности Земли: А-лучи составляют большую часть потока. В умеренных широтах А-98%, В-2% от потока УФ-излучения. Эти лучи обладают как выраженным абиоген­ным, так и биогенным действием. Биогенное действие выражается общестимулирующим, пигментообразующим и витамино­синтезирующим действиями этих лучей. Влияние УФ-лучей на организм человека связано с появлением эрители – покрас­нение кожи, которое образуется через 2-8 часов в диапазоне В-лучей после воздействия лучей.

УФ-доза – это минимальное количество УФ, которое вызывает на незагорелой коже человека едва заметное покраснение. Для каждого человека доза индивидуальна. От количества полученных биодоз зависит биологический эффект действия УФ-лучей.

Общестимулирующее влияние УФ-лучей связано с активизацией белкового метаболизма, что проявляется в увеличении содержания в организме общего и аминокислотного азота, уровня альбуминов и гамма-глобулинов в стимуляции костного мозга, что приводит к повышению гемоглобина в активизации ферментов тканевого дыхания, в повышением рези­стентности организма, к инфекциям, к токсичным и канцерогенным веществам к устойчивости организма к ионизирующим излучениям. Малые дозы УФ-лучей активизируют процессы в коре головного мозга, повышают умственную работоспособ­ность, эффективность отдыха и т.д. Кроме того, они оказывают стимулирующее действие на регенерацию клеток кожи, бла­годаря чему происходит быстрое заживание ран. УФ-лучи ослабляют болевую чувствительность кожных рецепторов.

Пигментообразующая функция, ослабляет действие кожи, проявляется в синтезе в клетках нижнего слоя эпидермиса – пигмента меланина, мигрирующего в клетки кожи. Меланин накапливается в клетках кожи, защищает организм от перегрева от инфракрасных лучей. Побочным эффектом от загарного и общестимулирующего действия является утолщение кожи (ги­перплазия).

Витаминообразующее действие проявляется в том, что УФ-лучи вызывают фотоизомеризацию некоторых производных холестерина с последующим синтезом витамина Д (Д1, Д2, Д3, Д4) – регулирует обмен кальция в организме. Больше всего витамина Д образуется в клетках кожи спины и рук, а меньше всего в коже стоп.

При увеличении суммарной эритемной дозы до 5 и более биодоз у человека наблюдаются различные неблагоприятные эффекты, угнетение синтеза ДНК, торможение функций ЦНС, гипертрофия клеток надпочечников, нарушение обмена вита­минов, липидов, выраженный лей­коцитоз, сухость кожи, появление морщин, в образовании пигментных пятен на коже, в развитии фотоаклерий, фотодермато­зов, в развитии добро- и злокачественных опухолей, развивается меланома кожи. УФ-лучи также вызывают катаракту.

Биологическое действие видимых лучей. Видимые лучи Солнца имеют длину 400-760 нм. Это излучение создает освещенность на поверхности планеты 40 тыс. люкс, Луна создает в полнолуние 1 тыс. люкс. Видимый свет оказывает общее биологическое действие в организме человека, животных, растений. Имеются особые вещества фотосинсибелизаторы, которые активизируются благодаря энергии види­мых лучей – зрительные пигменты, в крови – гематопорфирин, у растений – хлорофилл, каратиноиды и фикобелины. Види­мый свет оказывает влияние на рост и развитие организмов, на формирование их внешнего облика жизненной формы. У жи­вотных активизируются процессы возбуждения нервной системы, смене периода сна и бодрствования (определенных био­ритмов), способствует повышению жизненного тонуса. У человека дополнительно оказывает благоприятное влияние на пси­хоэмоциональную сферу. Для растений видимый свет является жизненно-важным фактором, т.к. именно его энергия преоб­разуется растениями в энергию химических связей органических веществ. Для человека и животных свет – источник инфор­мации об окружающем мире. Для человека важным является источник освещенности, т.к. от него зависит познавательная деятельность, умственная и физическая работоспособность, суточные ритмы. При сокращении длины светового дня нередко у людей может наблюдаться синдром сезонного расстройства, выраженном в упадке сил, эмоциональной депрессии, повы­шенной сонливости, повышенном аппетите, повышенной раздражительности. Чаще всего происходит в осенне-зимний пе­риод.

Для того, чтобы избавить человека от негативных последствий необходимо увеличивать продолжительность освеще­ния улиц и помещения, использовать яркие цвета в интерьере. Различные цвета по-разному влияют на организм на человека. Фиолетовый и синий угнетают нервную систему человека и психоэмоциональную сферу, голубой успокаивает, зеленый – индифферентный (безразличный), ярко-желтый – раздражает, красный – возбуждает нервную систему. В пограничных об­ластях видимые лучи обладают действием либо ультрафиолетовых лучей, либо инфракрасных лучей.

Биологическое действие инфракрасных лучей. Инфракрасные лучи имеют длину волны 760-3000 нм. Остальные длинноволновые лучи поглощаются атмосферой ИК-лучи, составляют большую часть солнечного спектра. Они вызывают так называемый тепловой эффект, т.е. усиливают коле­бательные движения атомов и молекул. ИК-лучи вызывают нагревание атмосферного воздуха почвы, в одной поверхности в конечном итоге создавая разнообразие климатических зон и погодных условий. Инфракрасное излучение влияет на жизне­деятельность растений и животных и на организм человека. Например, наиболее короткое инфракрасное излучение 760-1000 нм протекает сквозь ткани человека, в том числе через кости черепа на глубину до 5 см. Излучение с большей длиной оказы­вает поверхностное действие.

При локальном действии на ткани ИК-лучи ускоряют биохимические реакции, ферментативные и имунно-биохимические процессы, рост клеток, расширение тканей, активизирует кровоток, под действием ИК-лучей в клетках кожи образуются биологически активные вещества, которые вместе с нервные импульсами, активизируют состояние всего орга­низма повышается тонус вегетативной нервной системы, возникает противовоспалительное и болеутоляющее действие, что в свою очередь изменяются в физиотерапии. Избыток ИК-излучения приводит к перегреванию организма у человека может развиться солнечный удар (тахикардия, систологическое давление и другие симптомы).

Экологические группы по отношению и условию освещенности. Выделяются три группы растений:

1) гелиофиты (светолюбивые), которые произрастают на открытых участках (адонис, пролеска, тюльпан).

2) сциофиты (тенелюбивые) – живут в затенении (купена, чина, фиалка).

3) факульативные гелиофиты (теневыносливые) – растут и на открытых и затененных территориях (одуванчик, ле­щина, ель).

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 анато­мические, морфологические, биохимические и физиологические особенности, свойственные растениям каждой экологической группы. Рассмотрим, например, световые адаптации гелиофитов и сциофитов. Свет затормаживает рост, поэтому 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 эпидермиса и с толстой кутикулой, нередко с восковым налетом или густым опушением, с большим числом устьиц на единицу площади, нередко погруженных, с густой сетью жилок (соответст­венно большой их площадью), с хорошо развитыми механиче­скими тканями или с запасающей воду паренхимой. Листья часто фо­тометричные, т. е. повернутые ребром к полуденным лучам (или могут менять положение листочков сложного листа или сегментов простого рассеченного листа в зависимости от высоты стояния Солнца). Так, например, у степного растения со­форы листочки непарно-перистосложного 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 эпидермиса и мезофилла мельче, палисад­ная паренхима двух-многослойная (у некоторых саванновых растений Западной Африки – до 10 слоев), нередко развита под верхним и нижним эпидермисом. Мелкие хлоропласты с хорошо развитой гранальной структурой в большом числе (до 200 и больше) 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 П700. Отношение хлорофилла а к хло­рофиллу Ъ 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 СО2 идет путем С-4-дикарбоновых кислот, световое насыщение фотосинтеза не достигается даже при са­мой сильной освешенности. Это растения из засушливых областей (пустынь, саванн), при­надлежащие к 13 семействам цвет­ковых растений. Особенно много С-4-растений среди семейств мятликовых, осоковых, аизовых портулаковых, амарантовых, маревых, гвоздичных, молочайных. Они способны к вторичной фиксации и реутилизации С02, осво­бождающегося при световом дыхании, и могут фотосинтезировать при высоких температурах и при закрытых усть­ицах, что часто наблюдается в жаркие часы дня.

Обычно С-4-растения отличаются высокой продуктивностью, особенно сахарный тростник и кукуруза.

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 меньше 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 С02, особенно у поверхности почвы. Сциофиты этих лесов – зеленые мхи, плауны, кислица обыкно­венная, грушанки, майник двулистный и др.

Побеги у сциофитов, как правило, более вытянутые, чем у гелиофитов,- листья располагаются горизонтально, нередко хо­рошо выражена листовая мозаика. Листья темно-зеленые, более крупные и тонкие, с мезоморфной структурой. Клетки эпидерми­са крупнее, но с более тонкими наружными стенками и гонкой 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 сухого ве­щества в листьях. Меньше также хлорофилла П7(,о Отно­шение хлорофилла а к Хлорофиллу b равно примерно 3,2. У сциофитов больше воды в теле, ниже концентрация клеточного сока 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.

Фотосинтетический аппарат может перестраиваться при из­менении светового режима Так, листья кукурузы нижнего яру­са, попадая в условия затенения при сильном разрастании лис­тьев среднего и верхнего ярусов, становятся теневыми. У дре­весных и кустарниковых пород 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 розеточыых побегов сныти обыкно­венной имеют световую структуру и отличаются высокой интенсивностью фотосинтеза. В это время они Создают основную часть органиче­ского вещества годичной продукции. Листья хныти 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. Так, в дубравах Белгородской области весной интенсивность фотосинтеза у сныти 100-120 , а летом всего лишь 5-15 . Подобную двойственность в требовании 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 верхние 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 такие 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 используя свет при низком стоянии солнца, не препятствуют прохождению полу­денных лу­чей света к расположенным в нижнем ярусе листьям с горизон­тальной ориентацией.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.008 сек.)