Світло як екологічний фактор (частина 1)
Розглядаючи екологічне значення світла, слід відзначити його основну роль у фотосинтезі зелених рослин, оскільки воно сприяє утворенню органічної речовини – рослинної біомаси, тобто первинної біологічної продукції, від трансформації і використання якої залежить життя на Землі.
Для рослин важливі промені видимої та невидимої частин спектра, особливо оранжево-червоні (0,65-0,68 мкм) і синьо-фіолетові (0,40-0,50 мкм). Найменше поглинаються жовто-сині (0,50-0,60), майже не поглинаються інфрачервоні. Причому “далеке” інфрачервоне проміння (довжина хвилі понад 1,05 мкм) бере участь у теплообміні рослин, а тому проявляє певний позитивний вплив, особливо при дії низьких температур оточуючого середовища (рис. 3.20).
Рис. 3.20. Спектри не зміненого атмосферою сонячного випромінювання (І; 2,00·кал·см-2·хв-1), сонячного випромінювання на рівні моря в ясний день (ІІ; 1,34·кал·см-2·хв-1), сонячного світла, яке пройшло крізь суцільну хмарність (ІІІ), сонячного світла, яке пройшло крізь намет рослинності ( IV ), та світла чистого блакитного неба ( V ).
В умовах високих температур інфрачервона радіація негативно впливає на рослини. Справа в тому, що це проміння поглинається головним чином не пігментами листя, а водою, яка міститься в тканинах і плазмі клітини, отже, воно може призвести до перегріву рослин.
Великою активністю відрізняються ультрафіолетові промені (0,06-0,30 мкм). Одні з них, які негативно впливають на рослини, не досягають поверхні Землі; їх затримує озоновий шар і різні частинки у верхній частині атмосферного купола Землі. Земної поверхні досягають найдовші з ультрафіолетових променів – з довжиною хвилі 0,38-0,40 мкм, так звані “близькі”. Вони сприяють фотосинтезу рослин, особливо якщо останні одержують ці промені в помірних дозах. У таких випадках вони стимулюють ріст і розмноження клітин, сприяють синтезу високоактивних біологічних сполук, підвищуючи в рослинах вміст вітамінів, антибіотиків, а отже, й стійкість рослинних клітин до захворювань.
Сонячну енергію, яку зелені рослини поглинають і використовують у процесі фотосинтезу, називають фізіологічно активною радіацією, або скорочено ФАР, яка обмежена довжиною хвиль 0,38-0,71 мкм, але і в цих межах вона неоднаково поглинається рослинами. Активність ФАР залежить від присутності в рослині кольорових пігментів: хлорофілів, каротиноїдів, фікоціанів та інших, які вибірково працюють у спектрах ФАР.
Рис. 3.21. Епюра вертикального розподілу значень основних мікрометеорологічних характеристик внутрішньої атмосфери (аеротопу) екосистеми вологого тропічного лісу в Пуерто-Ріко.
Зелені пігменти (хлорофіли) мають два основних максимуми поглинання – в червоній і синьо-фіолетовій частинах спектра. Каротиноїди ж поглинають окремі промені лише в синьо-фіолетовій частині спектра. Активність ФАР і вплив хвиль окремих частин спектрів залежить від кута падіння променя, прозорості атмосфери, розсіювання тощо.
В житті рослин велике значення має також кількість падаючого світла, тобто інтенсивність освітлення. Як відомо, вона залежить передусім від широтності і протягом вегетаційного періоду змінюється. В містах через забруднення атмосфери освітлюваність на 5-15% нижча, ніж в приміських зонах. Рослинний покрив, особливо деревні угруповання, пропускають під намет лише незначну частину світла – 5-10% (рис. 3.21).
✅Роль сонячного світла в житті рослин
Роль світла в житті рослин важко переоцінити, оскільки сонячна енергія є основою для реалізації всіх процесів життєдіяльності, починаючи від живлення і закінчуючи відправленням окремих фізіологічних функцій.
Щодо світла розрізняють кілька груп рослин.
- Світлолюбні – рослини відкритих просторів, на які падає пряме світло. До них відносять рослини степів, пустель, напівпустель (ковили, полину, різні види злакових, наприклад пшениця та ін), а також рослини верхніх ярусів лісів (сосна, береза тощо).
- Тіньовитривалі – рослини, які можуть виростати в умовах деякого затінення, наприклад бук, дуб, граб, ялина та ін
- Тіньолюбні – рослини, які не можуть існувати в умовах попадання на них прямого світла. До них відносяться рослини, що живуть під пологом лісу, наприклад, папороті, зірчатка, конвалії тощо.
Крім того, що сонячне світло для рослин є джерелом енергії, він регулює процеси їх життєдіяльності. Це явище називається фотоперіодизмом.
Отже, фотоперіодизм – регуляція біоритму живих істот за допомогою світла. Розрізняють добовий і сезонний фотоперіодизм, а також періодизм процесів, що протікають на Сонці. Найбільш вивчені добовий і сезонний фотоперіодизм.
У рослин днем реалізуються процеси світлової фази фотосинтезу і, частково, темнової фази, а вночі – темнова фаза фотосинтезу. З фотоперіодизмом у рослин пов’язано явище фототропізм – рух окремих органів рослини до світла, наприклад, рух головки соняшника протягом дня по ходу руху Сонця, розкриття суцвіть кульбаби вранці і закриття їх увечері, зростання кімнатних рослин в освітлену сторону і т. д. (добовий фотоперіодизм).
Сезонний фотоперіодизм яскраво спостерігається в широтах зі зміною пір року (в середніх і північних широтах). Навесні дні стають довшими, температура повітря підвищується, тому в рослинах починається сокорух, бруньки набухають і розкриваються.
З настанням осені, яка рослинами сприймається не зміною температури, а довжиною світлового дня, починається закладка бруньок, підготовка до зими, до листопаду, відбувається формування міцного деревного покриву у деревних і чагарникових форм.
Для ефемерів – рослин з коротким терміном життя – ранньою весною починається інтенсивний період життєдіяльності, який до настання несприятливого періоду високих температур і посухи завершується, і рослини у формі цибулин і інших пристосувань «перечікують» час до настання сприятливого періоду.
Світло впливає і на процес розвитку рослинних організмів. Деякі рослини еволюційно формувалися при «короткому дні» (не більше 12 годин на добу), їх називають рослинами «короткого дня», а інші рослини (вони виростають в середніх і високих широтах) – при «довгому дні» (тривалість дня може досягати 20 годин і більше), їх називають рослинами «довгого дня» (журавлина, морошка та ін.)
Рослини «довгого дня» не можуть нормально розвиватися на півдні (вони не дають насіння), то ж відноситься і до рослин «короткого дня», якщо їх вирощувати на півночі, створюючи всі сприятливі умови, зберігаючи тривалість світлого часу доби.
Таблиця з поясненнями ролі сонячного світла в житті рослин
| Аспект | Роль сонячного світла в житті рослин |
|---|---|
| Фотосинтез | Сонячне світло є основним джерелом енергії для фотосинтезу, процесу, під час якого рослини конвертують сонячну енергію в хімічну енергію глюкози. |
| Фототропізм | Рослини використовують сонячне світло для орієнтації своїх стебел та листків у напрямку світла. Цей процес називається фототропізмом, і він дозволяє рослинам максимізувати ефективність фотосинтезу. |
| Трансформація енергії | Сонячне світло стимулює конвертацію сонячної енергії в хімічну енергію, яка зберігається в молекулах глюкози та інших органічних сполуках. Ця енергія служить як джерело поживи для рослин та інших організмів, які харчуються рослинами. |
| Регуляція процесів | Сонячне світло впливає на регуляцію різних фізіологічних процесів в рослинах, таких як ріст, розвиток та цвітіння. Вплив сонячного світла регулює фотоперіодизм, що визначає, коли рослина переходить в різні стадії свого життєвого циклу. |
| Забезпечення харчових ресурсів | Сонячне світло дозволяє рослинам виробляти органічні речовини, такі як цукри та білки, які надалі використовуються як харчові ресурси для рослин, тварин та інших організмів. Споживачі вищого порядку отримують енергію, поїдаючи рослини або інших організмів, які харчуються рослинами. |
| Регуляція температури | Сонячне світло впливає на температуру навколишнього середовища, і рослини використовують цю інформацію для регуляції своєї температури. Регулюючи власну температуру, рослини можуть оптимізувати умови для фотосинтезу та інших фізіологічних процесів. |
Висновок: Сонячне світло відіграє важливу роль в житті рослин, надаючи їм енергію для фотосинтезу, впливаючи на їхні фізіологічні процеси, температуру та інші аспекти життєдіяльності. Рослини використовують сонячне світло як основне джерело енергії та фактор регуляції для забезпечення свого зростання, розвитку та вироблення харчових ресурсів.