Жизненный цикл всех растений, как и других живых организмов, представляет собой сложный взаимосвязанный процесс. Самым существенным считается обмен веществ с окружающей средой. В этом разделе науки исследуется взаимная зависимость и взаимодействие между разнообразными растительными организмами и средой их обитания получил название экология растений. Как научная дисциплина он был признан в 1910 году, соединив в себе географию и физиологию растений, существующих самостоятельно. С учетом специфики их жизнедеятельности в этом разделе основной акцент делается на таких экологических факторах, как освещенность, влажность, химический состав почвы, воздействие температур и других природных условий. Изучение этих данных возможно благодаря знаниям, полученным из других наук, таких как химия, физика, био- и агрохимия, почвоведение и т. д.Экологическая наука позволяет понять нам, как среда обитания косвенно и прямо воздействует на живые простейшие организмы. Ее элементы, так необходимые для растительного мира, принято называть факторами жизнедеятельности растений. Именно этот раздел экологии позволяет получить знания о факторах в их совокупности с дальнейшим ростом, развитием и продуктивностью растений в целом, изучив при этом существующие противоречия между средой обитания и растительным миром, а также возможные варианты их решения. Как известно, в природном мире любой растительный вид и простейшие организмы используют лишь некоторую часть энергетических и материальных ресурсов, занимая при этом свое место в пространстве, которое получило название экологическая ниша. В дикой природе она в некоторой мере способствует ослаблению конкуренции со стороны других видов. Но человек, используя полученные знания о взаимодействии растений друг с другом, смог усилить эту конкуренцию, создав новые и улучшенные сорта растений. Этот раздел науки получил название селекция. Основные методы этой науки заключаются в отборе и гибридизации. Благодаря чему получается вывести новые виды растений, которые не являются генетическими однородными. В свою очередь, экология растений позволяет нам более подробно изучить взаимосвязь разнообразных селекционированных растений и их взаимодействие между собой. Таким образом, этот раздел экологии позволяет нам изучить воздействие разных факторов на растительный мир, учитывая его адаптацию к обстоятельствам окружающей среды, морфологические образования и причины создания разнообразных сообществ растений.
3. Краткий очерк истории экологии растений. Первые обобщения экологической информации о растениях были сделаны еще в античном мире. Ученик Аристотеля Теофраст (371 —286 до н.э.), который по праву считается «отцом ботаники». В двух больших дошедших до нас работах — «Естественная история растений» (10 томов) и «О причинах растений» (8 томов). Теофрасту принадлежит первое разделение растений на жизненные формы: деревья, кустарники, полукустарники и травы.Оживление ботанической науки наступило в пору позднего средневековья (XII—XIII вв.), с развитием торговых связей и путешествий, открытием университетов и светских школ. Новые веяния отразились в трудах крупнейшего ученого-схоласта Альберта Великого (1193—1280). Эпоха великих географических открытий (XV—XVI вв.) расширила кругозор ботаников и обогатила их сведениями о совершенно новом мире растений вновь открытых стран.
В начале XIX в. оформилась новая ветвь ботанической науки — география растений, основателем которой был А. Гумбольдт (1769—1859). От А. Гумбольдта ведет начало один из истоков современной экологии растений — экологическая география растений.Крупный вклад в развитие экологических идей в ботанике внес швейцарский ученый О. Декандоль (1778—1841). Ему принадлежит формулировка такого важного понятия, как местообитание вида (совокупность экологических условий, в которых он произрастает). Экологические воззрения получили мощный стимул к развитию в середине XIX в. в связи с эволюционными идеями Дарвина и его предшественников. В России следует отметить взгляды А. Н. Бекетова, изложившего их в статье «Гармония в природе» (1859) он в отличие от многих предыдущих телеологических истолкований видит в гармонии живых существ необходимость, подчеркивая приспособление их к жизни в определенных условиях. Термин «экология» был введен в науку в 1866 г. последователем и пропагандистом идей Дарвина, немецким ученым Э. Геккелем. Что касается собственно экологии растений, то заслуга ее оформления принадлежит датскому ботанику Е. Вармингу, который в 1895 г.обобщил и систематизировал основную современную ему экологическую информацию. Его сводка дважды издавалась на русском языке: в.1901 г. под названием «Онкологическая география растений» и в 1902 г. под заглавием «Распределение растений под влиянием внешних условий». Варминг впервые дал обзор и классификацию всех абиотических и биотических факторов, влияющих на жизнь растений.Так, еще в 1868 г. профессор Казанского университета Н. Ф. Леваковский опубликовал докторскую диссертацию «О влиянии некоторых внешних условий на форму корней», которая может считаться первым русским исследованием по экспериментальной экологии растений.В 1910 г. экология растений была официально признана самостоятельным разделом ботаники на Всемирном ботаническом конгрессе в Брюсселе. Ее содержание было определено как «изучение совокупности отношений растений и растительных сообществ к среде их обитания».
Лишь в конце 10-х — начале 20-х годов нынешнего века с появлением полевых приборов стали развиваться эколого-физиологические исследования в естественных условиях.
4. Роль света в жизни растений, его характеристики, распределение в пространстве. Живаяприр. не может сущ-ть без света, так как солн. радиация, достиг-я пов-ти Земли, явл. практически един-м ист-м энергии для поддерж.теплового баланса планеты, созд.орг-ких в-твфототрофнымиорг-ми биосферы, что в итоге обеспечивает формир. среды, способной удовлетворить жизн-е потребности всех жив. существ.Видимый свет нужен зеленым раст. для образ-я хлорофилла, формир. структуры хлоропластов; он регул.раб.устьичного аппарата, влияет на газообмен и транспирацию, стим-т биосинтез белков и нуклеиновых кислот, повышает активн. ряда светоч-х ферм-в. Свет влияет на деление и растяжение кл, ростовые проц. и на разв. раст, опред. сроки цветения и плодоношения, оказ-т формообразующее возд-ие. Световой режим любого местооб. зав-т от его географ широты, высоты над ур-м моря, сост. атмосферы, растительности, сезона и времени суток, солнечной активности и т. д. разнооб. свет.усл. велико: от сильно осв-х терр, как высокогорья, пустыни, степи, до сумеречного осв. в водных глубинах и пещерах. В разных местооб.разл. не только интен-ть света, но и его спектральный состав, прод-ть освещения, простр. и врем. распр-е света разной интенсивности и т. д.Экол. группы раст. по отн. к свету: Светолюбивые (гелиофиты) развитие при полном освещении; сильное затенение действует на них угнетающе. Это раст. открытых, хорошо осв-х местооб.: степные и луговые травы, прибрежные и водн. раст. (с плавающими листьями), б-во культ.растений открытого грунта, сорняки и др.Велич. листовых пластинок: у гелиофитов по сравнению с теплолюб. они обычно более мелкие. Ориентация листьев у светолюбов вертикальная или имеет разный угол по отн-ю к солн. лучам, чтобы избежать изб-го света и перегрева. У многих гелиофитов пове-ть листовой пластинки блестящая, покр. светлым восковым налетом, густо опушена, что способствует отражению палящих солнечных лучей или ослаблению их действия. По анатом.стр-ю. у гелиофитов хор. развиты осевые органы с оптим. Соот-ем ксилемы и механических тканей, менее сложные по форме листья с хар-ой диф-ой мезофилла на столбчатый и губчатый, высокой степенью жилкования, больш. числ. устьиц на единицу пов-ти листа. У них кол-во хлоропластов, в несколько раз больше, чем у тенелюбивых. Сами хлор-ты у гелиофитов более мелкие и светлые (с малым содержанием хлорофилла), способные к изменению ориентировки и перемещ. в кл: на сильном свету они занимают постенное положение и становятся «ребром» к направлению лучей, что защищает хлорофилл от разрушения. Тенелюбивые с оптимальным развитием в пределах 1/10—1/3 от полн. осв-я, для них приемлемы обл.слабойосв-ти. Этораст. нижних затененных ярусов сложн. раст-х сообществ — темнохвойных и широк-х лесов, а также водных глубин, расщелин скал, пещер и т. д. Тенелюбами являются и многие комнатные и оранжерейные раст. В лесах РБ копытень европейский, ветреница дубравная, сныть обыкновенная, чистотел большой, кислица обыкновенная, майник двулистный и др. Теневыносливые растения имеют широкую экол. амплитуду вын-ти по отн. к свету. Они лучше растут и разв-ся при полн. осв-ти, но хорошо адаптируются и к слабому свету.Это:ель, пихта, граб, бук, лещина, бузина, брусника, ландыш майский и др.Листья ориен-ны к свету всей пов. листовой пластинки и распол. так, чтобы не затенять соседние листья (листовая мозаика). В листьях наблюд. слабая диф. на столбчатый и губчатый мезофилл или таковая совсем отсутствует, отм. сравнительно малое кол-во устьиц й т. д. Фотопериодизм- соотношение светлого (длина дня) и темного (длина ночи) периодов суток в теч. года. Реакция орг-в на сут. ритм осв-я, выраж-ся в изм. проц. их роста и развития, называется фотопериодизмом. По типу ФПР разл. след.груп. растений: 1)раст. короткого дня, кот. для перехода к цветению требуется 12 ч светлого времени и менее в сутки (конопля, капуста, хризантемы, табак, рис); 2) раст. длинного дня; для цветения и дальнейшего развития им нужна продолжительность беспрерывного светового периода более 12 ч в сутки (пшеница, лен, лук, картофель, овес, морковь); 3)фотопериодически нейтральные; для них длина фотопериода безразлична и цветение наступает при любой длине дня, кроме очень короткой (виноград, томаты, одуванчики, гречиха, флоксы и др.).
5. Растение и растительный покров как оптич. система. Экологические группы растенийпо отношению к свету. С точки зрения оптики растение представляет собой непрозрачное тело, которое частично поглощает солнечную радиацию, частично отражает и пропускает ее. Основной орган, воспринимающий радиацию, — лист, и от его оптических свойств в значительной степени зависит «энергоснабжение» растения. Спектральная область поглощения радиации листом включает ультрафиолетовые (УФ), видимые и инфракрасные (ИК) лучи. УФ-лучи почти полностью поглощаются клеточными оболочками, цитоплазмой, ферментами и различными пигментами; ИК-лучи — водой, содержащейся в тканях листа, и цитоплазмой. В диапазоне видимого света лист имеет два максимума поглощения: в области оранжево-красных (длина волны 660—680 им) и сине-фиолетовых (460—490 нм) лучей. Положение главного максимума поглощения в области красно-оранжевых лучей обусловлено тем, что в растениях преобладает зеленый пигмент—-хлорофилл, в наибольшей степени поглощающий лучи с длиной волны 630— 660 нм. Почему эволюция «выбрала» для растительного мира именно зеленую окраску?Кроме собственно оптических свойств листа на количество получаемой им радиации большое влияние оказывает положение листа как приемника солнечной радиации в пространстве. Большое значение имеет угол наклона листовой пластинки, от которого зависит приход солнечной энергии к листу. В связи с неодинаковой высотой Солнца на разной географической широте одни и те же углы наклона листьев означают для растений различный радиационный режим.По отношению к свету различают три группы растений: 1) светолюбивые (гелиофиты - солнце.), живущие только на хорошо освещенных местах (растения тундр, пустынь, степей, безлесных горных вершин); 2) теневыносливые (факультативные гелиофиты), которые могут жить при полном освещении, но хорошо переносят и некоторое затенение (многие луговые растения); 3) тенелюбивые (сциофиты - тень.), которые обитают только в затененных местах (копытень европейский, кислица и многие другие лесные растения). Отношение различных растений к продолжительности дня и периодичности солнечного освещения, так называемому фотопериодизму, неодинаково. В связи с этим различают две группы растений: 1) растения длинного дня, живущие в условиях, когда день заметно длиннее ночи (растения высоких широт и высокогорий); 2) растения короткого дня (день примерно равен ночи), растущие в тропиках и субтропиках, а также ранневесенние и поздне-осенние растения умеренного климата.
6. Значение тепла в жизни растений. Физиологические процессы в растении протекают только при определенном количестве тепла. При низкой температуре растения останавливаются в росте и прекращаются микробиологические процессы в почве. Потребность в тепле различна не только у растений, относящихся к разным семействам, но и у одной и той же культуры в те или иные фазы развития. Отношение различных культур к теплу проявляется при прорастании семян и сохраняется во время роста и развития растений. Различают минимальные температуры, ниже которых физиологические процессы не идут, оптимальные температуры, при которых рост и развитие растений протекают хорошо, и максимальные, выше которых растения резко снижают продуктивность и даже погибают. Для каждой фазы роста и развития существуют свои минимальные, оптимальные и максимальные температуры. Оптимальная температура для роста и развития большинства культур 20—25 °С. При температуре немногим выше 30 °С наблюдается торможение роста, а при повышении ее до 50—52 °С растения погибают. Термические ресурсы климата обычно выражают средней многолетней суммой суточных температур воздуха за период, когда их величина превышает 10 "С. Сумму температур, накопленную за этот период, именуют активной. По величине суммы активных температур выделяют районы с различными ресурсами тепла и сопоставляют данные ресурсы с потребностями сельскохозяйственных культур. Потребность последних в тепле также выражают суммой активных температур путем сложения среднесуточных температур от посева до созревания. По сочетанию суммы температур выше 10 °С и возможности возделывания определенных сельскохозяйственных культур выделяют холодный (менее 1200 "С - редис, лук на перо, турнепс, капуста, горох, ранний картофель ячмень, овес), умеренный (1200—4000 °С - зерновые колосовые, зерновые бобовые, картофель, лен, кукуруза) и теплый (4000—8000 "С - теплолюбивых субтропических культур (хлопчатник, мандарины, чай) агроклиматические пояса. Методы регулирования теплового режима: увеличение влажности почвы путем полива или орошения ведет к значительному снижению температуры в результате затрат тепла на нагревание и испарение воды. Ранневесеннее боронование и рыхление почвы усиливают ее прогревание. Применение посадок и посевов на гребнях и грядах способствует уменьшению влажности почвы и лучшему ее прогреванию в северных районах, снегозадержание и посадка полезащитных лесных полос, снижающих скорость ветра, испарение с поверхности почвы и накапливающих снег зимой. В южных районах строительство прудов, водоемов увеличивает влажность почвы и воздуха, что значительно снижает испарение и нагревание почвы, применение навоза, компостов, особенно в парниках, рассадниках и теплицах, позволяет использовать тепло, выделяемое микроорганизмами при разложении органического вещества, и получать раннюю рассаду овощных культур. Такой прием, как мульчирование (покрытие поверхности почвы материалами различного цвета — солома, торф, перегной, зола), увеличивает или снижает нагревание почвы.
7. Х арактеристики теплового режима местообитания. У большинства растений активная жизнь протекает в довольно узких температурных пределах, в среднем от 0 до 50 °С. Температурные минимумы для многих растений лежат в интервале 5 — 15°С, оптимумы — при 15 — 30 °С, максимумы — при 37 — 50 °С. Но вообще температурные пределы существования растений весьма широки: у побегов опунции зарегистрирована температура 65 °С, в Якутии при температуре до -68 °С существуют леса, а некоторые покоящиеся споры и семена переносят температуру кипения воды и близкую к абсолютному нулю. Растения — это пойкилотермные организмы, т.е. температура их тел определяется температурой среды. Но днем их органы часто нагреваются выше температуры воздуха, а когда физиологобиохимические процессы идут с большой интенсивностью температура их может существенно превысить окружающую. При этом отдельные ткани и органы растений имеют различные кардинальные температурные точки. Например, у пшеницы (прорастание семян начинается при 0°С, рост листьев — при 6°С, а тычиночных нитей — при 15°С. Наряду с тепловыми хар-ми окружающей среды необходимо знать тем-ру самих раст. и ее изм., поскольку именно она представляет температурный фон для физиологических проц-в. Т-ра растений весьма непостоянна. Из-за турбулентных потоков и непрерывных изменений т-ры воздуха, непосредственно окружающего лист, действия ветра и т. д. т-ра растения варьирует с размахом в несколько десятых долей или даже целых градусов и с частотой в несколько секунд. Поэтому под «температурой растений» следует понимать более или менее обобщенную и в достаточной мере условную величину, характеризующую общий уровень нагрева.
8. температура растений как истинный тепловой фон для продолжения жизнедеятельности. Наряду с тепловыми хар-ми окружающей среды необходимо знать тем-ру самих раст. и ее изм., поскольку именно она представляет температурный фон для физиологических проц-в. Тем-рураст. измеряют с помощью электротермометров, имеющих миниатюрные полупроводниковые датчики. Датчики или прикладывают к поверхности растения, или «вживляют» в стебли, листья, под кору (например, для измерения температуры камбия). Одновременно обязательно измеряют температуру окружающего воздуха (затенив датчик).Т-ра растений весьма непостоянна. Из-за турбулентных потоков и непрерывных изменений т-ры воздуха, непосредственно окружающего лист, действия ветра и т. д. т-ра растения варьирует с размахом в несколько десятых долей или даже целых градусов и с частотой в несколько секунд. Поэтому под «температурой растений» следует понимать более или менее обобщенную и в достаточной мере условную величину, характеризующую общий уровень нагрева. Растения как пойкилотермные организмы не имеют собственной стабильной температуры тела. Их температура определяется тепловым балансом, т. е. соотношением поглощения и отдачи энергии. Эти величины зависят от многих свойств как окружающей среды (размеры прихода радиации, температура окружающего воздуха и его движение), так и самих растений (окраска и другие оптические свойства растения, величина и расположение листьев и т. д.). Первостепенную роль играет охлаждающее действие транспирации, которое препятствует очень сильным перегревам в жарких местообитаниях. В результате действия всех указанных причин температура растений обычно отличается от температуры окружающего воздуха. При этом возможны три ситуации:температура растения выше температуры окружающего воздуха («супратемпературные» растения, по терминологии О. Ланге), ниже ее («субтемпературные»), равна или очень близка к ней. Показания тонких термопар, вживленных под кору, позволили установить, что стволы древесных пород защищены по-разному: у березы температура камбия быстрее меняется в соответствии с колебаниями температуры наружного воздуха, в то время как у сосны она более постоянна благодаря лучшим теплозащитным свойствам коры. Превышение температуры растений над температурой воздуха встречается не только в сильно прогреваемых, но и в более холодных местообитаниях. Этому способствует темная окраска или иные оптические свойства растений, увеличивающие поглощение солнечной радиации, а также анатомо-морфологические особенности, способствующие снижению транспирации. Довольно заметно могут нагреваться арктические растения. Ранневесенним эфемероидам «подснежникам» нагревание листьев обеспечивает возможность достаточно интенсивного фотосинтеза в солнечные, но еще холодные весенние дни. Даже под снегом темноокрашенные части зимующих альпийских и арктических растений нагреваются солнечными лучами. Это приводит к образованию полостей и «парничков» вокруг растений, к более быстрому растаиванию снежной корки над ними.Совпадение температуры растений с температурой окружающего воздуха встречается гораздо реже в условиях, исключающих сильный приток радиации и интенсивную транспирацию, например у травянистых растений под пологом тенистых лесов (но не на солнечных бликах), а на открытых местообитаниях — в пасмурную погоду или при дожде.Различают разные экологические типы растений по отношению к температуре. У растений термофильных, или мегатермных (теплолюбивых), оптимум лежит в области повышенных температур. Они обитают в областях тропического и субтропического климата, а в умеренных поясах — в сильнопрогреваемых местообитаниях. Для криофильных,илимикротермных (холодолюбивых), растений оптимальны низкие температуры. К ним принадлежат виды, живущие в полярных и высокогорных областях или занимающие холодные экологические ниши. Иногда выделяют промежуточную группу мезотермных растений.
9. Структурные и физиологические адаптации растений к крайним температурам. Высшие растения умеренных поясов эвритермны (организмы, способные существовать при больших колебаниях темп-ры среды). Растения дождевых тропических лесов и криофильные зеленые и диатомовые водоросли в полярных льдах и на снежных полях высокогорий стенотермны (организмы, приспособленные к относительно постоянным температурным условиям среды и не выносящие их колебания (например, все глубоководные и подземные обитатели, постоянные обитатели высоких широт и экваториального пояса)). Растения тропических лесов погибают при температуре +5 - +8°С, а в сибирской тайге выдерживают полное промерзание (- 50 °С). Основные пути адаптации к изменениям температур у растений - физиологические, морфологические перестройки. По степени адаптации к холоду выделяют 3 группы: 1) нехолодостойкие растения - повреждаются и гибнут при температурах близких к 0°С и выше. Это тропические леса, водоросли теплых морей, некторые грибы. 2) неморозостойкие растения - переносят низкие температуры, но гибнут при образовании льда. Это субтропические растения. 3) Льдо- или морозоустойчивые растения - произрастают в местах с холодными зимами. Растения подготавливаются к холодной зиме: размещением почек в защищенных местах, накоплением энергетического материала (крахмала, жиров), сбрасыванием листьев, обезвоживание и др. По степени адаптации к высоким температурам: 1) нежаростойкие – повреждаются при температуре +30°С…+40°С. Это эукариотические водоросли, водные цветковые, наземные мезофиты. 2) Жаростойкие эукариоты – растения сухих местообитаний с сильной инсоляцией (степей, пустынь, саванн), переносят нагревание до +50°С до 30минут. 3) Жароустойчивые прокариоты – термофильные бактерии и некоторые сине-зеленые водоросли, живут в горячих источниках при температуре +85…+90°С. 4) Пирофиты – устойчивые к пожарам. Растения саванн, чапарраля, имеют толстую корку, пропитанную огнеупорными веществами. Общая адаптация при повышении температуры: охлаждение при испарении влаги - транспирация влаги через устьица, вертикальное расположение листьев к солнцу, глазная отражающая листовая поверхность.
10.Осенне – зимний и летний покой растений. Способность переходить в состояние покоя — необходимый этап онтогенеза растений, внутренне обусловленный ритмичностью физиолого-биохимических процессов - приспособит.реакция в ответ на периодические изменения температурных условий внешней среды. Состояние покоя хар-ся прекращением видимого роста и сведением к мин. жизнед-ти, отмиранием и опадением листьев и надземных органов травянистых многолетников, образованием чешуек на почках, толстого слоя кутикулы и коры на стеблях. В тканях и клетках накопляются ингибиторы, которые тормозят ростовые и формообразовательные процессы, что делает растения неспособными к прорастанию даже в самых благоприятных искусств. созданных усл, а также во время случайных осенних и раннезимних потеплений.Различают период глубокого покоя, обусловленного соответствующей подготовкой и внутренним ритмом развития растительного организма, и период вынужденного покоя, в котором растения пребывают после глубокого покоя, когда их рост вынужденно сдерживается еще неблагоприятными условиями(низкой температурой, недостатком питательных веществ). Вынужденный покой легко прервать, создав растению благоприятные условия. Выход растений из глубокого покоя возможен только после его окончания и свершения в организме соответствующих биохим. и физиол.превращений, вызванных влиянием периода минусовых температур определенной длительности. После окончания периода покоя в растениях заметно увеличивается количество нуклеиновых кислот, исчезают ингибиторы роста и появляются ауксины — стимуляторы ростовых процессов.Многие растения переходят в состояние покоя не только зимой, но и в летнее время. Это ранневесенние цветущие растения (тюльпаны, крокусы, пролески). Большое количество растений тропических районов, пустынь и полупустынь также переходит в состояние летнего покоя. Состояние покоя разной длительности характерно и для свежесобранных семян и плодов, клубней, луковиц, корнеплодов.
11.Значение воды в жизни растений. Значение воды в жизни растений определяется целым рядом ее свойств. Среди них необходимо отметить способность ее быть растворителем и средой, в которой совершается передвижение веществ и их обмен.В растительном организме воды содержится от 70 до 95 %. С поступлением и передвижением ее в растениях связаны все жизненные процессы. При наличии воды и других факторов семена набухают и прорастают, растут ткани, поступают в растения и передвигаются в них питательные элементы, осуществляется фотосинтез и синтезируется органическое вещество. Вода — незаменимый терморегулятор для растений. Проходя через него, она регулирует температуру растительного организма и повышает его устойчивость к высоким и низким температурам. Вода поддерживает тургор клеток, распределяет по отдельным органам продукты ассимиляции.Растения нуждаются в воде с момента посева семян и до окончания формирования урожая. При этом в разные периоды жизни растения требуют неодинакового количества воды: меньше — в начальный период, больше — в период формирования мощной вегетативной массы и генеративных органов, к концу жизни потребность в воде уменьшается. Период острой потребности растения в воде называется критическим, у зерновых он совпадает с фазой выхода в трубку — колошением, у зернобобовых — цветения, у картофеля — цветения и клубнеобразованием. Недостаток влаги в это время резко снижает продуктивность растений.
12. Характеристика местообитания по степени водообеспечения. Для растений очень важно, насколько хорошо почва удерживает поступившую влагу. Свойство почвы поглощать и удерживать воду называют водоудерживающей способностью. Количество воды, которое почва способна удерживать в своих порах, называют влагоемкостью - зависит от гранулометрического состава почвы, содержания в ней гумуса, структурного состояния почвы. С увеличением содержания в почве глинистых частиц и органического вещества влагоемкость возрастает и наибольшей величины достигает на торфяных почвах. Структурные почвы обладают более высокой влагоемкостью, чем
бесструктурные. Повышенная влагоемкость почвы приводит к переувлажнению ее при выпадении даже небольшого количества осадков, а низкая (например, песчаной почвы) - к недостатку влаги в засушливые периоды. Оптимизация влагоемкости почвы обеспечивается правильной обработкой, внесением органических удобрений, выращиванием в севообороте многолетних трав и другими приемами, направленными на создание мощного, рыхлого, структурного корнеобитаемого слоя почвы. В зависимости от условий удержания влаги различают следующие основные виды влагоемкости: Предельная полевая влагоемкость (наименьшая) - это максимальное количество капиллярно-подвешенной воды, удерживаемое почвой после обильного увлажнения и стекания гравитационной воды при отсутствии подпора грунтовых вод. Величина ее (в % от массы сухой почвы) у песчаных почв 3-5, супесчаных - 10-12, суглинистых и глинистых - 13-22. В гумусовом горизонте чернозема она может достигать 40-45 %. При наименьшей влагоемкости в почве содержится наибольшее количество доступной для растений влаги, так как 50-75 % пор почвы заполнено водой.
Капиллярная влагоемкость - это наибольшее количество капиллярно-подпертой влаги, удерживаемое почвой над уровнем фунтовых вод. Полная влагоемкость - это наибольшее количество воды, удерживаемое почвой при полном заполнении всех пор водой. Такое содержание воды в почве может быть после снеготаяния, обильных дождей или при избыточном поливе. Наиболее благоприятное увлажнение для сельскохозяйственных растений создается в минеральных почвах при насыщении их водой на 60- 80 % полной влагоемкости.
13. Эколого-физиологические показатели водного режима растений. Водный режим играет важную роль в обеспечении нормального хода обмена веществ и физиолого-биохимических процессов у растений. Изменения в водном балансе растений, вызванные ухудшением экологической обстановки является самым мощным ограничивающим рост и развитие растений внешним фактором – даже слабый дефицит воды может привести к значительным качественным и количественным изменениям физиолого-биохимических процессов и их направленности в растении. Однако на одно и то же неблагоприятное воздействие генотипы реагируют по-разному, что связанно с их структурно-функциональными свойствами. Вода играет исключительную роль в жизни любого организма, так как является структурным компонентом протоплазмы клеток, тканей, растительных и животных секретов (на долю воды приходится 60-80% массы клетки). Значение воды в жизни клетки определяется ее физико-химическими свойствами. Полярная молекула воды способна притягиваться к любым другим молекулам и образовывать гидраты, т. е. является растворителем. Многие химические реакции могут протекать только в присутствии воды. Вода является в живых системах «тепловым буфером», поглощая тепло при переходе из жидкого состояния в газообразное. Таким образом, она предохраняет неустойчивые структуры клетки от повреждения при кратковременном освобождении тепловой энергии, производит охлаждающий эффект при испарении с поверхности и регулирует температуру тела. Теплопроводные свойства воды определяют ее ведущую роль терморегулятора климата в природе. Вода медленно нагревается и медленно охлаждается: летом и днем вода морей, океанов и озер нагревается, а ночью и зимой также медленно охлаждается. Между водой и воздухом происходит постоянный обмен углекислым газом. Кроме того, вода выполняет транспортную функцию, перемещая вещества почвы сверху вниз и обратно.