Экология и эколого-биотехнологические аспекты использования фитотехнологий
Шрифт:
Результаты наших опытов для ряда травянистых растений показали усиление токсического действия кадмия при добавлении свинца и ослабление при добавлении цинка, усиление действия меди при добавлении цинка.
1.12. Экологическая роль растений
Растения в биосфере играют ведущую роль. Только содержащие хлорофилл зеленые растения способны аккумулировать энергию Солнца, создавая органические вещества из неорганических, при этом растения извлекают из атмосферы диоксид углерода и выделяют кислород, поддерживая ее постоянный состав. Следовательно, растения являются биологическим источником кислорода на Земле и оказывают значительное влияние на климат. Растения, во многих случаях – это первое звено в пищевой цепи, фитоценозы определяют фауну любого биоценоза суши. Культурные растения фактически являются основой современного сельского хозяйства, человек широко использует дикорастущие и культивируемые растения для изготовления лекарственных препаратов, в пищевых и декоративных целях. Растения растут в различных экосистемах, имеющих разную температуру, влажность, освещение и т. д., они образуют различные сообщества (фитоценозы) на суше, обусловливая разнообразие ландшафтов и экологических условий для других организмов. Растения участвуют в формировании почвы и торфа, а скопления ископаемых растений образовали месторождения бурого и каменного угля.
1.13. Биоиндикация
Растения, использующиеся в качестве показателей определенных экологических условий, называют индикаторами. В качестве индикаторов используют отдельные виды растений и растительные сообщества. Биоиндикационные исследования помогают проследить распределение многих вредных веществ, оценить общее состояние окружающей среды. На растения воздействуют присутствующие в воздухе и почве загрязняющие вещества, у чувствительных растений возникает повреждение листьев и т. д. Например, очень сильно реагируют на сернистый газ лишайники. При концентрации выше 0,3 мг/м3, первыми исчезают кустистые формы, далее листоватые, а последними накипные. В больших городах лишайники встречаются крайне редко.
Характерное действие загрязняющих веществ на городские газоны «краевой эффект», состоящий в образовании не покрытых растительностью участков вдоль дорог. Высокие концентрации тяжелых металлов отрицательно влияют на растения, замедляя их рост и развитие, вызывают образование некрозов, снижают фотосинтезирующую активность. У овсяницы, при концентрации свыше 75 мг/кг меди, замедляется рост и развитие. Засоление отрицательно действует на прорастание семян и рост растений в стартовый период (Гладков, 2003; Гладков и др. ,2014).
1.14. Экологическая сукцессия
Экологическая сукцессия процесс замещения во времени состава, структуры и формации экосистем под влиянием внешних и внутренних факторов.
Сукцессия (от лат. successio– преемственность, наследование) – это процесс саморазвития сообществ. В основе сукцессии лежит неполнота биологического круговорота в данной.
Существующие популяций в экосистемах меняют свое окружение в неблагоприятную сторону и в результате оказываются вытесненными популяциями других видов, для которых вызванные преобразования среды оказываются экологически выгодными. В экосистемах происходит смена господствующих видов. Длительное существование возможно лишь в том случае, когда изменения среды, вызванные деятельностью одних организмов, компенсируются деятельностью других, с противоположными экологическими требованиями.
В основном процессы сукцессии изменяются годами и десятилетиями, однако, иногда смены сообществ идут с громадными скоростями (в небольших водоемах). Последовательный ряд постепенно и закономерно сменяющих друг друга в сукцессии сообществ называется сукцессионной серией.
Пример сукцессии занятие организмами недавно образовавшегося вулканического острова.
Водоросли, лишайники попадают на остров и образуют сообщества (деревья не могут расти на голой скальной почве острова). Формирование слоя почвы дает возможность поселения мхов и папоротников. За этими растениями следуют цветковые растения (деревья, кустарники, травы).
Начальный этап сукцессий (по В.Н. Сукачеву) процесс первоначального формирования растительного покрова, связанный с миграцией растений на данную территорию, их отбором в процессе приспособления к ее условиям и конкуренция между ними за ресурсы среды.
Интересен процесс изменения растительности на песчаных дюнах. Сначала появляются многолетние растения, способные переносить засушливые условия. Они укрепляют поверхность дюны и вносят в песок органические вещества. Появившиеся однолетники способствуют обогащению субстрата органическим материалом, способствующих появлению новых вилов травянистых растений. Затем появляются проростков сосны, которые закрепляются здесь и спустя много поколений образуют сосновые леса на песчаных дюнах.
Наблюдать сукцессию можно на заброшенных агроэкосистемах, которые не используются для выращивания растений, они быстро покрываются разнообразными однолетними растениями. Сюда же попадают семена различных древесных хвойных и лиственных пород: сосны, ели, березы, осины. Попав на почву, семена начинают прорастать, причем в наиболее благоприятном положении оказываются мелколиственные породы. Хвойные (ель, сосна) не могут конкурировать из-за бурного развития трав и из-за влияния разлагающегося опада. Вначале изменения происходят быстро, затем скорость сукцессии снижается. Березы образуют густую поросль, световой режим изменяется, ель в этот период отстают от березовых.
К 10 годам березы формируют устойчивое березовое насаждение высотой до 10-12 м. Начинает подрастать ель, образуя подрост разной степени густоты.
По мере смыкания крон светолюбивые растения, характерные для начальных стадий сукцессии, постепенно начинают выпадать, уступая место теневыносливым и тенелюбивым. Меняется животный компонент экосистемы.
Смешанный елово-березовый лес постепенно сменяется лесом еловым. Ель перегоняет в росте соперницу-березу, создает значительную тень, и светолюбивая береза выпадает из древостоя. Естественный процесс смены березняка елью длится более 100 лет.
Климаксное сообщество устойчивое самовозобновляемое сообщество, находящееся в равновесии со средой.
В каждой природной зоне свой климакс: в тайге еловый лес, в широколиственных лесах липы и дубы.
Выделяют два вида сукцессионных смен: 1) с участием как автотрофного, так и гетеротрофного компонентов 2) с участием гетеротрофов. Сукцессии гетеротрофного типа возникают там, где создается предварительный запас или постоянное поступление органических соединений, за счет которых существует сообщество.
Различают сукцессии экзоэкогенетические (смена сукцессий вызвана внешними, абиотическими причинами: осушение болот человеком, загрязнение водоемов и др.) и эндоэкогенетические (изменение структуры и системы связей в сообществах). Обе категории сукцессий тесно взаимосвязаны и могут переходить одна в другую.
Сукцессии (по Ф. Клементсу) проходят через фазы обнажения (появление незаселенного пространства), миграции (заселение первичными формами жизни), эцезиса (колонизация и приспособления к условиям среды), соревнования (конкуренция с вытеснением первых поселенцев), реакции (условия существования и обратное воздействие на живые организмы) и стабилизации (формирование климатического биоценоза).