Введение
Выбранная мной тема показалась мне актуальной, так как без растений невозможно представить жизни на Земле. Они создают условия существования для всех организмов: выделяют кислород, служат источником пищи для всех живых организмов и т.д. Мне стало интересно проследить за жизнью растений в окружающей их среде, потому что на данный момент на Земле тяжелая экологическая ситуация, и многие экологические факторы меняют окружающую среду, а, следовательно, меняются и обитатели этой среды, они приспосабливаются к условиям жизни. Но ведь не только окружающая среда влияет не растения. Растения тоже оказывают влияние на их среду обитания. Именно поэтому адаптация растений к окружающей среде является острой проблемой в наше время, и мне стало интересно изучить о ней больше.
Целью данной работы является изучение влияния окружающей среды, в частности, города на растения.
Задачи: по литературным источникам изучить условия обитания растений, пронаблюдать за тем, как изменяются и приспосабливаются растения к среде их обитания в городе, и как растения влияют на окружающую среду.
Среды обитания и экологические факторы
Среда обитания - это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Из среды организмы получают всё необходимое для жизни и в неё же выделяют продукты обмена веществ [7,c.23]. При изучении окружающей среды выделяют следующие ее основные составляющие: воздушную среду; водную среду (гидросферу); растительный мир; животный мир, человек, домашние и дикие животные, в том числе рыбы и птицы; почву (растительный слой); недра (верхняя часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых); климатическую и акустическую среду.
Воздействие на организмы оказывает не только окружающая среда, но и экологические факторы: абиотические (температура; свет; влажность; концентрация солей и т.д.), биотические (влияние организмов или популяций одного вида друг на друга; взаимодействие особей или популяций разных видов), антропогенные (прямое воздействие человека на популяции; воздействие человека на среду обитания различных видов).
Воздушная среда
Воздушная среда может быть наружной, внутренней производственной и внутренней жилой. Самый нижний и наиболее плотный слой атмосферы содержит до 80% всей ее массы и простирается в полярных и средних широтах. Наружный воздух у поверхности земли содержит по объему: 78,08% азота; 20,95% кислорода; 0,94% инертных газов и 0,03% углекислого газа. Часто воздух у поверхности земли имеет различные примеси, особенно в городах: там он содержит более 40 ингредиентов, чуждых природной воздушной среде. Атмосфера обладает мощной способностью к самоочищению от загрязняющих веществ. Движение воздуха приводит к рассеиванию примесей. Пылевые частицы выпадают из воздуха на земную поверхность под действием силы тяжести дождевых потоков. Многие газы растворяются во влаге облаков и с дождями также достигают почвы. Под воздействием солнечного света в атмосфере погибают болезнетворные микроорганизмы. Но в настоящее время объем ежегодно выбрасываемых в атмосферу вредных веществ резко возрос, составляет многие миллионы тонн и превышает пределы способности атмосферы к самоочищению.
Особенно вредной является сернистая кислота. Она может привести к хлорозу у деревьев (пожелтению или обесцвечиванию листьев) и карликовости. В мегаполисах, например, на стволах деревьев отсутствуют лишайники, являющиеся показателями чистого воздуха. Так же вреден городской воздух для хвойных, происходит отмирание верхушек деревьев, неправильное ветвление и т.д. Еще одним из вредных веществ является угарный газ (оксид углерода). Он образуется при неполном сгорании древесины, ископаемого топлива и табака, при сжигании твердых отходов и частичном анаэробном разложении органики. Примерно 50% угарного газа образуется в связи с деятельностью человека, в основном в результате работы двигателей внутреннего сгорания автомобилей. Внутренний воздух в жилищах, как правило, имеет повышенное содержание углекислого газа, а внутренний воздух производственных помещений обычно содержит примеси, характер которых определяется технологией производства. Атмосфера содержит много пыли, которая попадает туда с поверхности Земли и частично из космоса. В результате извержения вулканов, лесных пожаров, работы промышленных объектов и т.д. воздух загрязняется продуктами неполного сгорания. Больше всего пыли и других примесей в приземном слое воздуха. Даже после дождя в 1 см содержится около 30 тыс. пылинок, а в сухую погоду их в несколько раз больше. Пыль, оседая на растениях, забивает поры на листьях, препятствую процессам дыхания и сокращает количество света необходимого растениям. В результате происходящего на Земле фотосинтеза, растительность ежегодно образует 100 млрд. т. органических веществ, усваивая при этом около 200 млрд. т. углекислого газа и выделяя во внешнюю около 145 млрд. т. свободного кислорода. Полагают, что благодаря фотосинтезу образуется весь кислород атмосферы.
О роли в этом круговороте зеленых насаждений говорят следующие данные: 1 га зеленых насаждений в среднем за 1 час очищает воздух от 8 кг углекислого газа (выделяемого за это время при дыхании 200 человек). Взрослое дерево за сутки выделяет 180 литров кислорода, а за пять месяцев (с мая по сентябрь) оно поглощает около 44 кг углекислого газа. Количество выделяемого кислорода и поглощаемого углекислого газа зависит от возраста зеленых насаждений, видового состава, плотности посадки и других факторов [5,c.23].
Таким образом, можно сделать вывод, что загрязнения воздуха очень пагубно влияют на жизнедеятельность растений. Растения выделяют кислород, а мы им дышим, поэтому загрязнение воздуха - это наша общая проблема, и мы должны бороться с ней.
Водная среда
Водная среда включает поверхностные и подземные воды. Поверхностные воды в основном сосредоточены в океане, содержанием 1 млрд.375 млн. кубических километров - около 98% всей воды на Земле. Поверхность океана составляет 361 млн. квадратных километров. Вода в океане соленая, причем большая ее часть (более 1 млрд. кубических километров) сохраняет постоянную соленость около 3,5% и температуру, примерно равную 3,7º С. Заметные различия в солености и температуре наблюдаются в поверхностном слое воды, а также в окраинных и особенно в средиземных морях. Содержание растворенного кислорода в воде существенно уменьшается на глубине 50-60 метров. Подземные воды бывают солеными, солоноватыми (меньшей солености) и пресными; существующие геотермальные воды имеют повышенную температуру (более 30ºС).
Существуют многолетние растения, необходимое условие жизни которых - пребывание в пресной и соленой воде. Количество пресной воды составляет всего лишь 2,7% общего объема воды на Земле, причем очень малая ее доля (всего 0,36%) имеется в легкодоступных для добычи местах. Большая часть пресной воды содержится в снегах и пресноводных айсбергах. Но кроме этой проблемы существует еще одна, более важная. Это загрязнение пресных вод [8,c.23].
Сброс неочищенных сточных вод в водные источники приводит к микробиологическим загрязнениям воды. Для того чтобы растение продолжало свой рост и развитие ему нужна чистая, пресная вода.
В нашем городе, Санкт-Петербурге, одна из главных проблем - загрязнение вод бассейна р. Невы, а также Ладожского озера (основного бассейна водосбора питьевой воды для города) и негодность устаревших водопроводных сетей. Для решения это проблемы нужно срочно заменить участки обветшавшего водопровода и модернизировать водопроводные станции.
Экологические факторы
Экологические факторы во многом определяют развитие растительного мира и его плодородие. Характерной особенностью России является то, что большая часть ее территории имеет значительно более холодный климат, чем в других странах.
Адаптация растения к конкретным условиям среды обеспечивается за счет физиологических механизмов. Факторы внешней среды могут изменяться закономерно и случайно. Закономерно изменяющиеся условия среды (смена сезонов года) вырабатывают у растений генетическую приспособленность к этим условиям [2, c.23].
В естественных для вида природных условиях произрастания, растения в процессе своего роста и развития часто испытывают воздействие неблагоприятных факторов внешней среды, к которым относят температурные колебания, засуху, избыточное увлажнение, засоленность почвы и т.д. Каждое растение обладает способностью к адаптации в меняющихся условиях внешней среды в пределах, обусловленных его генотипом. Чем выше способность растения изменять метаболизм в соответствии с окружающей средой, тем шире его способность к адаптации. Это свойство отличает устойчивые сорта сельскохозяйственных культур. Как правило, несильные и кратковременные изменения факторов внешней среды не приводят к существенным нарушениям физиологических функций растений, что обусловлено их способностью сохранять относительно стабильное состояние при изменяющихся условиях внешней среды, т.е. поддерживать гомеостаз. Однако резкие и длительные воздействия приводят к нарушению многих функций растения, а часто и к его гибели.
При действии неблагоприятных условий снижение физиологических процессов и функций может достигать критических уровней. Нарушаются энергетический обмен, системы регуляции, белковый обмен и другие, жизненно важные функции растительного организма. При воздействии на растение неблагоприятных факторов (стрессоров) в нем возникает напряженное состояние, отклонение от нормы - стресс. Выделяют три основные группы факторов, вызывающих стресс у растений:
физические - недостаточная или избыточная влажность, освещенность, температура, радиоактивное излучение, механические воздействия;
химические - соли, газы (гербициды, инсектициды, ксенобиотики, фунгициды, промышленные отходы и др.);
биологические - поражение возбудителями болезней или вредителями, конкуренция е другими растениями, влияние животных, цветение, созревание плодов.
Сила стресса зависит от скорости развития неблагоприятной для растения ситуации. При медленном развитии неблагоприятных условий растение лучше приспосабливается к ним, чем при кратковременном, но сильном действии. В первом случае, как правило, в большей степени проявляются специфические механизмы устойчивости, во втором - неспецифические [5, c.23].
В неблагоприятных природных условиях устойчивость и продуктивность растений определяются рядом признаков, свойств и защитно-приспособительных реакций. Различные виды растений обеспечивают устойчивость и выживание в неблагоприятных условиях тремя основными способами: с помощью механизмов, которые позволяют им избежать неблагоприятных воздействий (состояние покоя, эфемеры и др.); посредством специальных структурных приспособлений; благодаря физиологическим свойствам, позволяющим им преодолеть пагубное влияние окружающей среды.
Защита от неблагоприятных факторов среды у растений обеспечивается структурными приспособлениями, особенностями анатомического строения (кутикула, корка, механические ткани и т.д.), специальными органами защиты (жгучие волоски, колючки), двигательными и физиологическими реакциями, выработкой защитных веществ (смол, фитонцидов, токсинов, защитных белков).
К структурным приспособлениям относятся мелколистность и даже отсутствие листьев, воскообразная кутикула на поверхности листьев, их густое опущение и погруженность устьиц, наличие сочных листьев и стеблей, сохраняющих резервы воды и др. Растения располагают различными физиологическими механизмами, позволяющими приспосабливаться к неблагоприятным условиям среды [5, c.23].
Антропогенные факторы порой оказывают очень неблагоприятное действие на растения. Переделывая природу и приспосабливая её к своим потребностям, мы изменяем среду обитания растений, влияя тем самым на их жизнь. Воздействие может быть косвенным и прямым. Косвенное воздействие осуществляется путём изменения ландшафтов - климата, физического состояния и водоёмов, строения поверхности земли, почв, растительности и животного населения. Большое значение приобретает увеличение радиоактивности в результате развития атомной промышленности и особенно испытаний атомного оружия. Человек сознательно и бессознательно истребляет или вытесняет одни виды растений и животных, распространяет другие или создаёт для них благоприятные условия. Для культурных растений и домашних животных человек создал в значительной степени новую среду, многократно увеличив продуктивность освоенных земель. Но это исключило возможность существования многих диких видов. Неправильная распашка земель и не только привела к гибели естественных сообществ, но и усилила водную и ветровую эрозию почв и обмеление рек. Вместе с тем возникновение селений и городов создало благоприятные условия для существования многих видов растений. Развитие промышленности не обязательно приводило к обеднению живой природы, но часто способствовало появлению новых форм. Развитие транспорта и других средств сообщения способствовало распространению как полезных, так и многих вредных видов растений. Прямое воздействие направлено непосредственно на живые организмы. Нарастающая сила и убыстряющиеся темпы изменения природы человеком вызывают необходимость её охраны. [4, с.23].
Следовательно, можно сделать вывод, что растения постоянно подвергаются воздействию окружающей среды, которая по-разному влияет на их развитие и жизнедеятельность.
Адаптация
Адаптация - это развитие любого признака, который способствует выживанию вида и его размножению. В процессе своей жизнедеятельности растения адаптируются к: загрязнению атмосферы, засолению почвы, различным биотическим и климатическим факторам и т.д. В своей работе я рассмотрю несколько важных, на мой взгляд, видов адаптаций растений. Все растения и животные постоянно адаптируются к окружающей среде. Чтобы понять, как это происходит, необходимо рассматривать не только животное или растение в целом, но и генетическую основу адаптации [2, c.23].
У каждого вида программа развития признаков заложена в генетическом материале. Материал и закодированная в нем программа передаются от одного поколения другому, оставаясь относительно неизменными, благодаря чему представители того или иного вида выглядят и ведут себя почти одинаково. Однако в популяции организмов любого вида всегда присутствуют небольшие изменения генетического материала и, следовательно, вариации признаков отдельных особей. Именно из этих разнообразных генетических вариаций процесс приспособления отбирает те признаки или благоприятствует развитию таких признаков, которые в наибольшей степени увеличивают шансы на выживание и тем самым на сохранение генетического материала. Адаптация, таким образом, может рассматриваться как процесс, посредством которого генетический материал повышает свои шансы на сохранение в последующих поколениях [3, c.23].
Адаптация растений к загрязнению атмосферы
Основные причины ухудшения состояния растительного покрова Земли - это разнообразие и разнонаправленность патологических явлений, возникающих у растений и их сообществ. Возникновение тех или иных патологических явлений не у одного или немногих растений одного вида, а у большего числа или же у всех растений - представителей одной популяции придает возникающим патологическим явлениям популяционное значение. Возникновение патологических явлений у многих или у большинства растений одного вида во всех или в большинстве популяций последнего придает им видовые значения, так как они способны изменить характеристики признаков, входящих в кодекс признаков вида. Даже при незначительных концентрация загрязнения воздуха, растения уменьшают свою интенсивность к фотосинтезу и замедляют рост. Характерно, например, уменьшение видового состава флоры в степных районах возникающие под влиянием дымогазовых выбросов металлургических и коксохимических предприятий. Для нейтрализации загрязнителей или уменьшения их концентрации вблизи промышленных зон и в черте города высаживают зеленые насаждения. Они обогащают воздух кислородом, фитонцидами, способствуют рассеиванию вредных веществ и поглощают их. Лесные культуры площадью 1га способны осадить из воздуха 25-34 т взвешенных веществ в год, усвоить огромное количество углекислого газа и других вредных веществ, очистить около 18 млн. м3 воздуха за год. Фитонциды выделяемые деревьями, очищают воздух городов от бактериального загрязнения. Оказывая большое влияние на чистоту воздуха, растительность сама при этом повреждается и гибнет. Продолжительность жизни деревьев в городах и промышленных зонах сокращается по сравнению с условиями леса в 5-8 раз (липа в лесу живет 300-400 лет, а в городе - 50 лет). Продолжительность жизни деревьев в городах и промышленных зонах сокращается по сравнению с условиями леса в 5-8 раз (липа в лесу живет 300-400 лет, а в городе - 50 лет) [5, c.23].
При озеленении территории следует выбирать древесные, кустарниковые и газонные растения, в зависимости от почвенно-климатических условий, качественного и количественного состава выбросов, закономерностей рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в данной местности, эффективности данной породы для очистки воздуха от конкретного загрязнителя или их комбинации (пыле - газопоглощение), а также ее пыле - и газоустойчивости.
Высокой устойчивостью к диоксиду серы обладают клен ясенелистный, роза морщинистая, чубушник венечный. Но они обладают низкой поглотительной способностью. Высокой поглотительной способностью и устойчивостью отличаются тополь бальзамический, дерен белый.
На промышленных площадках, сильно и постоянно загрязненных сероводородом, успешно растут яблоня дикая, вишня степная, алиссум морской. Накопление хлоридов в листьях в пределах 0,7-1,5% вызывает наиболее сильные повреждения у конского каштана обыкновенного, сирени обыкновенной, ясеня зеленого и слабые - у вяза сладкого, ивы белой, тополя канадского.
Для уменьшения вредного воздействия загрязняющих веществ в городах выводят зеленые насаждения. По характеру действия посадки разделяют на изолирующие и фильтрующие. Изолирующими называются посадки плотной структуры, которые создают на пути загрязненного воздушного потока механическую преграду, заставляющую поток обтекать массив. При нормальных метеоусловиях они снижают содержание газообразных примесей на 25-35% путем рассеивания и отклонения загрязненного воздушного потока, а также поглощающего действия зеленых насаждений. Фильтрующими называют посадки, продуваемые и разреженные, выполняющие роль механического и биологического фильтра при прохождении загрязненного воздуха сквозь массив.
Растения не обладают сформировавшейся в ходе эволюции системой адаптации к вредным газам. Газы и взвеси достаточно легко проникают в ткани, органы растений через устьица, приобретая возможность влиять на обмен веществ клеток, вступая в химические взаимодействия на уровне клеточных мембран и клеточных стенок. Пыль, оседая на поверхности растения, закупоривает устьица, что ведет к ухудшению газообмена, нарушению водного режима, а также затрудняет поглощение света [5, c.23].
Из этого следует, что загрязненный воздух мешает нормальной жизнедеятельности растений. Но для борьбы с загрязнениями воздуха используют растения, следовательно, они ведут борьбу с вредными веществами, находящимися в воздухе, а, значит, они делают не только свою жизнь лучше, но и нашу.