роль климатических факторов в жизни растений и в формировании растительного покрова земли
Роль климатических факторов в жизни растений и в формировании растительного покрова земли
Влияние климата на распространение растений
Примеры климадиаграмм
Примеры климадиаграмм
Приуроченность распространения видов к крупным зонам растительности определяется прежде всего климатическими факторами. Напротив, распространение видов по континентам обусловлено прежде всего исторически, в то время как частные особенности распространения, то есть дифференцировка на небольших пространствах, а также по вертикали (на разных высотах), определяются опять же климатическими, а отчасти и почвенными (эдафическими) факторами.
Примеры климадиаграмм
Климадиаграммы. Поскольку влияние климата на распространение растений и формирование растительных сообществ очень велико, не удивительно, что многие иследователи занимались этим вопросом уже с давних пор. Для того чтобы иметь возможность судить о влиянии климата на мир растений, необходим как можно более наглядный и пригодный для этой цели способ отображения важнейших климатических факторов. Великое множество конкретных сведений, собранных метеорологическими станциями на протяжении десятилетий, может иметь для геоботаника лишь относительную ценность, даже когда он имеет возможность воспользоваться обобщенными средними величинами. О многих важных для роста растений климатических показателях сводные таблицы либо вообще ничего не говорят, либо для получения этих показателей нужны трудоемкие пересчеты. Кроме того, наглядность таблиц невелика. Прогресс был достигнут, когда эколог растений Г. Вальтер создал принцип построения так называемых климадиаграмм (диаграмм климата). Эти диаграммы весьма компактно и наглядно отражают существенные климатические факторы, которые важны для развития растений. Правда, чтобы впервые «вчитаться» в такую диаграмму, надо приложить некоторые усилия. А поскольку в следующих разделах книги климадиаграммы часто будут использоваться для характеристики зон растительности, постараемся дать общие объяснения на примере трех диаграмм. Все климадиаграммы в нашей книге построены по одним и тем же правилам и лишь иногда несколько отличаются от оригиналов.
На правой стороне диаграммы помещена шкала осадков (количество осадков, выпадающих за месяц); над этой шкалой отмечают среднегодовое количество осадков (на диаграмме Лагоса оно составляет 1830 мм; это усредненные сведения за много лет). Делению на шкале осадков, показывающему 20 мм, соответствует деление, обозначающее 10°С на шкале температур; 40 мм-20°С и т. д. Необходимость соблюдать это соотношение следует подчеркнуть особо, поскольку оно существенно влияет на информативность диаграммы в отношении потребности растений в воде. При этом выявляется следующее: если кривая осадков проходит выше кривой температур, то налицо избыток влаги (гумидные условия). Эту часть диаграммы всегда закрашивают синей краской. Если же кривая осадков находится ниже кривой температур, то этот участок диаграммы соответствует засушливому периоду (аридные условия) и его окрашивают в желто-коричневый цвет (см., например, рис. на стр. 23). Между кривой температур и кривой осадков прослеживается связь, так как первая может служить косвенным показателем испарения. (К сожалению, метеорологические станции испарение обычно не учитывают.) Кривая температур одновременно дает представление и о расходе воды, тогда как кривая осадков, напротив, показывает ее поступление. Обе кривые вместе при выбранном соотношении 2 : 1 характеризуют водный баланс.
Кривую осадков всегда делают синей, а поверхность, заштрихованная синими линиями, дает представление об интенсивности выпадения осадков. Ту часть диаграммы, которая соответствует количеству месячных осадков, не превышающему 100 мм, показывают штриховкой. Если же за месяц выпадает более 100 мм осадков, как это часто бывает, например, в тропиках, то соответствующую площадь на диаграмме закрашивают полностью и при этом уменьшают масштаб в 10 раз. Следовательно, здесь отрезку шкалы, который ниже показывает 20 мм, соответствуют 200 мм осадков. Масштаб уменьшают по нескольким причинам: во- первых, чтобы диаграммы не были слишком большими, во-вторых, потому что столь обильные осадки для растений не имеют серьезного значения, поскольку излишняя вода стекает по поверхности субстрата.
Вслед за названием географического пункта, где расположена метеостанция, в скобках указывают высоту положения этого пункта над уровнем моря.
Как нетрудно убедиться, климадиаграммы содержат весьма обширную информацию. Сходные диаграммы, даже если они построены по результатам наблюдений в разных районах земного шара, свидетельствуют о сходных экологических условиях и сходных типах растительности, в первую очередь в отношении их внешнего облика. Однако в видовом составе могут быть очень большие различия, поскольку, как уже упоминалось, в становлении растительных сообществ большую роль играют исторические факторы.
Если климадиаграммы оценивать с экологической точки зрения, то следует иметь в виду, что они обладают и некоторыми недостатками. Как известно, учет всех показателей, собираемых на станциях, проводится в так называемых метеорологических будках при соблюдении единых и определенных условий, в тени и на высоте 2 м над поверхностью почвы. Но растения (если речь идет не об обитателях леса, развивающихся под его пологом) естественно облучаются прямым солнечным светом, что необходимо учитывать при суждении об их водном и тепловом режимах. Во-вторых, из-за того, что приборы подняты над поверхностью, результаты измерений отражают лишь так называемый макроклимат. Он характеризует условия жизни деревьев, но не низкорослых растений; для выявления условий существования последних следует определять микроклимат припочвенных слоев воздуха. А микроклимат может весьма существенно отличаться от макроклимата, в чем мы впоследствии убедимся. Наконец, для построения климадиаграмм используют лишь среднемноголетние данные. В действительности же такие значения климатических характеристик могут соответствовать конкретным, но могут и не соответствовать. Между тем для растений важны не статистические усредненные, а фактические проявления климатических факторов, часто оказывающиеся даже экстремальными. С другой стороны, естественные растительные сообщества, находящиеся в равновесии с окружающей средой, развивались очень долго (леса, например, часто на протяжении сотен лет), и за это время проявлялись все экстремальные значения климатических факторов. Поэтому, несмотря на сказанное, средние величины все же позволяют охарактеризовать основные факторы внешней среды.
Границы ареалов и климатические изолинии. Границы распространения отдельных видов иногда обнаруживают поразительные совпадения с определенными климатическими изолиниями. Это могут быть изолинии, соответствующие какой-то температуре, количеству осадков, продолжительности воздействия того или иного климатического фактора или определенной его интенсивности и т. п. Выявлением такого рода зависимостей с давних времен занимались некоторые фитогеографы. Но часто результаты таких исследований не оправдывали ожиданий, поскольку обычно пытались сравнивать границы ареалов с изолинией проявления какого- либо одного климатического фактора. Конечно, известны случаи, когда граница ареала определяется одним решающим фактором, а именно тем, который выражен минимально, и тогда можно обнаружить известную взаимозависимость. Но если граница ареала определяется совокупностью факторов или рядом факторов, накладывающихся друг на друга, такие попытки ни к чему не приводят.
Из сказанного не следует делать вывод, что климатические изолинии непосредственно действуют как ограничивающие факторы и что между двумя этими явлениями якобы существует причинная связь. Здесь речь идет скорее о совпадениях, то есть о параллелизме двух разных явлений или факторов. Чтобы продемонстрировать различие между причинностью и совпадением, воспользуемся таким примером: вполне возможно, что в какой-то области граница ареала популяции аиста проходит почти параллельно линии, показывающей определенную частоту рождаемости людей. Это следует считать совпадением. Если же в таком параллелизме линий усмотреть причинную зависимость, то это значило бы, что аисты-то и приносят детей!
Местонахождения адониса весеннего (Adonis vernalis) в ГДР и на прилегающих территориях Центральной Европы. Желтым цветом. показаны области, где в год выпадает в среднем менее 500 м осадков
Влияние микроклимата. В Центральной Европе на склонах южной и юго-западной экспозиции нередко произрастают виды, распространенные в основном в значительно более теплых регионах, таких, как Средиземноморская область или уже упоминавшиеся восточноевропейские степи. Легко предположить, что существование изолированных местообитаний, находящихся далеко от основного, четко ограниченного ареала, определяет температура. В некоторых случаях измерения температур подтверждают вероятность такого предположения. Например, непосредственно над сухими, одетыми травяным покровом южными склонами близ Йены в полдень регистрировали температуру свыше 50-60°С, что примерно вдвое превышало температуру воздуха на высоте 2 м. На юге бассейна р. Эльбы в горах, сложенных песчаниками, средняя (за ряд лет) максимальная температура поросшего мхом участка, подвергавшегося прямому солнечному облучению, достигала 52,6°С. Если, учитывая результаты этих измерений, вычислить среднегодовую температуру, то она составит приблизительно 23,3°С, а это примерно соответствует среднегодовой температуре Сахары! Но на очень небольшом удалении от того места, где производились измерения, на затененном северо-восточном обрыве, также покрытом мхами, средняя максимальная температура оказалась равной всего 15,9°С. Рассчитанная же с ее учетом среднегодовая температура достигала приблизительно 6,2°С, а это температурный показатель макроклимата южной Скандинавии!
Котловинное понижение с болотом, возникшим в результате зарастания озера, в районе с конечно-моренным рельефом
Даже в Арктике поверхность почвы участка, на который солнечные лучи падают почти отвесно, может сильно нагреваться, примерно до 50°С.
Распространение в Центральной Европе бореальных * видов, таких, как багульник болотный (Ledum palustre), шейхцерия болотная (Scheuchzeria palustris), голубика (Vaccinium uliginosum), клюква болотная (Vaccinium oxycoccos) и др., часто ограничивается болотами, расположенными в котловинах. Здесь температура также играет существенную роль. В таких местообитаниях температура сильно колеблется как в течение суток, так и на протяжении года, чему нередко способствует скопление над ними масс холодного воздуха. Для этих болот характерны весенние и осенние заморозки и вообще относительно позднее начало и раннее окончание вегетационного периода. Если бы здесь продолжительное время проводились измерения показателей микроклимата, результаты которых были бы наглядно отображены на климадиаграммах, то, бесспорно, об этом можно было бы судить более обстоятельно.
Экотипы и смены биотопов. Ареалы большинства видов охватывают довольно большие территории, нередко значительные части целых континентов (разумеется, сейчас речь идет не о растениях- космополитах), и при этом простираются через области с разными климатическими условиями.
Сложенный ракушечником и обращенный к югу склон долины реки Лёйтры близ Йены, травостой которого богат растениями степей и пустошей
Если вид в разных частях своего ареала встречается в различных местообитаниях, то это вовсе не всегда следует объяснять возникновением экотипов. Как раз в краевых частях ареалов часто можно обнаружить смену местообитаний, или биотопов.
Мы уже упоминали, что многие виды равнинных восточноевропейских степей в Центральной Европе встречаются только на склонах южной экспозиции, характеризующихся особым микроклиматом с благоприятным для этих растений температурным режимом. Кроме того, многие из них связаны с известковыми почвами, тогда как в областях своего основного распространения они одинаково хорошо растут на всех почвах. Примерами таких растений могут служить прострел обыкновенный (Pulsatilla vulgaris), астра златокудрая, или солонечник льновидный (Aster linosyris, = Galatella linosyris) и многие среднеевропейские орхидеи. В целом можно сказать, что виды, произрастающие в областях с континентальным климатом и встречающиеся на востоке на всех почвах (то есть не приуроченные к каким- либо определенным почвам), тем больше предпочитают известковые почвы, чем дальше к западу или к северу находятся местообитания их представителей. И наоборот, имеются виды, живущие в основном в районах с влажным и прохладным атлантическим климатом, где колебания температуры незначительны; здесь эти виды, в частности вереск обыкновенный (Calluna vulgaris), встречаются на открытых территориях и растут на самых разных почвах, но в восточных областях они приурочены к кислым, а нередко и к влажным почвам и еще дальше на восток становятся лесными растениями. С другой стороны, многие лесные растения Центральной Европы, произрастающие на легких или умеренно влажных почвах, в сухих областях юго- восточной Европы встречаются только в заболоченных и пойменных лесах.
Распространение пихты белой (Abies alba) (1) и бука лесного (Fagus sylvatica) (2) в Европе
Такую смену биотопов не следует уподоблять изменению экологического «поведения» растений, скорее речь идет об относительном постоянстве местообитаний. Впервые на это обратил внимание уже упоминавшийся нами эколог растений Вальтер, который дал такую формулировку: «Если в пределах ареала какого-либо вида растений климат меняется определенным образом, то этот вид в свою очередь часто меняет местообитание, или биотоп, что в известной степени компенсирует изменения климата. А это значит, что обеспеченность местообитания вида теплом и водой в пределах ареала остается сравнительно постоянной». В этом и заключается суть правила относительного постоянства местообитаний.
Схема высотного распространения бука лесного (наверху) и пихты белой на профиле, проведенном от южной Скандинавии до Апеннин
Высотные пояса. До сих пор мы рассматривали распространение растений преимущественно, так сказать, по горизонтали. Но можно говорить и об их распространении по вертикали, то есть на разных высотах. Всякий, кому доводилось бывать в горах, мог, поднимаясь все выше, заметить, что на разных высотах состав видов разный и большинство из них доходит только до определенной высоты или начинает встречаться лишь с определенной высоты. На картах ареалов такое «поэтажное» распространение отобразить трудно, а то и вовсе невозможно. Но для наглядного изображения этого явления можно использовать схемы-профили, например такие, как приведенные здесь и показывающие вертикальное распространение бука лесного (Fagus sylvatica) и пихты белой, или европейской (Abies alba). Эти профили начинаются на севере (примерно в южной Швеции) и тянутся через Балтийское море, Среднеевропейскую равнину, горы Центральной Европы и Альпы до Апеннин на юге. Чем южнее растут эти деревья, тем выше их можно встретить (это относится к буку и пихте). Что касается, например, пихты, то она вообще обитает лишь в горных районах. Такая высотная поясность в распространении растений обусловлена климатом и находится в соответствии с правилом относительного постоянства местообитаний.
Климатические экологические факторы
Значение тепла для жизнедеятельности растений
Отношение растений к теплу рассматривают в двух аспектах: потребность растений в тепловой энергии и устойчивость к экстремальным воздействиям низких и высоких температур. Различают: устойчивость растений к очень высокой температуре воздуха и почвы — жаростойкость (жароустойчивость), устойчивость растений к пониженным температурам
По способности переносить понижения температуры древесные породы подразделяют на пять групп:
Кустарники: боярышник багряный, бузина красная, дерен сибирский, акация желтая, кедровый стланник, лох серебристый, сосна горная.
Кустарники: самшит, лавровишня, бирючина обыкновенная, айва японская, дейция, калина, лох узколистный, скумпия золотистая, спирея, чубушник или жасмин, шиповник.
Однако в практике наиболее целесообразно использовать данные о результатах интродукции видов в местных дендропарках и ботанических садах (в Москве это каталог ГБС РАН «60 лет интродукции», готовится к печати справочник по БС биофака МГУ, визуальные обследования Царицынского дендропарка и др.).
Следует также иметь ввиду, что сохранность растений зимой часто определяется режимом предшествующего лета. В частности, влаголюбивые растения (даже аборигены) часто гибнут после летних засух. Напротив, растения из более теплых и сухих мест за время сырого и прохладного лета не успевают пройти всего феноцикла, входят в зиму неподготовленными и чаще всего погибают. Для таких растений коллекционерам стоит порекомендовать попробовать акклиматизировать их в простых неотапливаемых теплицах, которые по приходу тепла за лето значительно превосходят условия открытого грунта. На зиму крышу надо частично снять, чтобы не препятствовать формированию снегового покрова.
Способы приспособлений растений к экстремальным температурам:
Выше уже говорилось, что повысить морозостойкость растений до некоторой степени можно внесением под зиму калийных и фосфорных удобрений, прищипыванием побегов для стимулирования одревеснения.
Климатические факторы и их значение в жизни растений
От климата зависят температурный и световой режимы и влагообеспеченность, необходимые для развития растений и лимитирующие их географическое распространение. Большинство растений не может расти при температуре ниже +5. С, и многие виды погибают при отрицательных температурах. С увеличением температур возрастают потребности растений во влаге. Свет необходим для фотосинтеза, а также для цветения и развития семян. Затенение почвы кронами деревьев в густом лесу подавляет рост более низких растений. Важным фактором является также ветер, существенно изменяющий режим температуры и влажности.
Растительность каждого региона является индикатором его климата, поскольку распространение сообществ растений в значительной степени обусловлено климатом. Растительность тундры в условиях субполярного климата сформирована только такими низкорослыми формами, как лишайники, мхи, травы и невысокие кустарники. Короткий вегетационный период и широкое распространение многолетней мерзлоты затрудняют рост деревьев всюду, кроме речных долин и склонов южной экспозиции, где почва летом оттаивает на бльшую глубину. Хвойные леса из ели, пихты, сосны и лиственницы, называющиеся также тайгой, растут в условиях субарктического климата.
Влажные районы умеренных и низких широт особенно благоприятны для произрастания лесов. Самые густые леса приурочены к районам умеренного морского климата и влажным тропикам. Области влажного континентального и влажного субтропического климата тоже большей частью залесены. При наличии сухого сезона, например в районах субтропического климата с сухим летом или переменно-влажного тропического климата, растения соответствующим образом адаптируются, формируя либо низкорослый, либо разреженный древесный ярус. Так, в саваннах в условиях переменно-влажного тропического климата преобладают злаковники с одиночными деревьями, растущими на больших расстояниях одно от другого.
В семиаридных климатах умеренных и низких широт, где всюду (кроме речных долин) слишком сухо для роста деревьев, господствует травянистая степная растительность. Злаки здесь низкорослые, возможна также примесь полукустарников и полукустарничков, например полыни в Северной Америке. В умеренных широтах злаковые степи в более влажных условиях у границ своего ареала сменяются высокотравными прериями. В аридных условиях растения растут далеко одно от другого, часто имеют толстую кору или мясистые стебли и листья, способные запасать влагу. Самые засушливые районы тропических пустынь совершенно лишены растительности и представляют собой обнаженные каменистые или песчаные поверхности.
40)Ареал,классификация границы ареалов.
АРЕАЛ (от лат. area — площадь, пространство), область распространения на земной поверхности систематических групп живых организмов или сообщества.Границы ареала животных или растений сформировались в процессе эволюции биосферы и зависят от условий окружающей среды. Они могут изменяться под воздействием естественных факторов (увеличение численности вида), влиянием человеческой деятельности (при вырубке лесов, вспашке степей, загрязнении окружающей среды и т. п.).
Ареалы никогда не остаются постоянными, пульсация ареалов, регрессирующие 1.Простой ареал имеет сплошную территорию. Установление границ простых ареалов не составляет особых трудностей, если организмы лишены возможности активно перемещаться (растения), либо ведут оседлый образ жизни (некоторые животные).
2. Сложный ареал имеет разорванную территорию. Для птиц это может быть область размножения, зимовок, вместе с миграционным путем. Среди животных много видов, которые в различные периоды жизненного цикла или сезоны меняют область распространения (птицы, млекопитающие).
3. Сплошной – это ареал, все участки которого доступны для особей вида, занимающего его. Перемещение особей с одного участка на другой в пределах сплошного ареала осуществляется при помощи естественных факторов расселения и не носит случайный характер. Внутри сплошного ареала нет непреодолимых географических барьеров, разделяющих его на отдельные участки. Все простые ареалы являются сплошными. Следует отметить, что ареалы также бывают первичные и вторичные, причем первичный ареал, в котором происходит становление вида, является сплошным.
4. Разорванный ареал (дизъюнктивный) – возникает при изменении условий существования вида: появляются горные системы, изменяется климат.
а) Гомогенная (однородная) дизъюнкция, когда не граничащие друг с другом участки заселены одной и той же формой вида (русская выхухоль).
б) Гетерогенная (разнородная) дизъюнкция, когда разорванные участки заселены разными подвидами одного вида, разными видами одного рода (дуб скальный, дуб монгольский). или разными родами одного семейства. Гомогенные разрывы ареала в возрастном отношении моложе гетерогенных.
5.Выделяются типы ареалов в зависимости от занимаемой площади. Площадь ареала может быть сопоставима с площадью почти всей суши или ограничиваться небольшим участком. В зависимости от размеров занимаемой территории выделяют различные ареалы :
а) Узколокальные – характерны для видов, имеющих крайне ограниченную площадь распространения (нелетающие насекомые: жуки-бомбардиры на 1-2 горных хребтах Кавказа; обитатели пещер: летучие мыши).
б) Локальные – по площади несколько больше узколокальных.
в) Субрегиональные – больше локальных.
г) Региональные – больше субрегиональных.
Если вид распространен по всей территории региона, его считают трансрегиональным. Под регионом в данном случае понимают определенную крупную территориальную единицу, как правило на одном материке.
д) Полирегиональные – более широкие ареалы, включающие регионы, расположенные на нескольких, но не более чем на трех материках (белая куропатка). К полирегиональным относятся ареалы следующих представителей флоры Евразии: евразиатские виды в пределах умеренной зоны Евразии; евросибирские виды, встречающиеся по всей Европе, в западной и Восточной Сибири до Дальнего Востока.
е) Космополитические ареалы – характерны для таксономических категорий, обитающих не менее чем на трех материках. Они свойственны обычно водным и болотным растениям, нередко распространяемым перелетными птицами (тростник, ряска), сорным травам, многим морским животным, некоторым насекомым.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет