Текст книги "Ландшафтное проектирование и ландшафтный дизайн. Часть 2"

1. Что такое ландшафтное освещение?

2. Какие виды садовых светильников вы знаете? Охарактеризуйте их.

Раздел 2
Декоративные растения в вашем саду

2.1. Основы экологии растений

Среда – это все, что окружает организм, т. е. это та часть природы, с которой организм находится в прямых или косвенных взаимодействиях. Под средой мы понимаем комплекс окружающих условий, влияющих на жизнедеятельность организмов. Он складывается из разнообразных элементов – факторов среды. Не все из них с одинаковой силой воздействуют на организмы. Так, сильный ветер зимой неблагоприятен для крупных, открыто обитающих животных, но он не действует на более мелких, которые укрываются под снегом или в норах, либо живут в земле. Те факторы, которые оказывают какое-нибудь действие на организмы и вызывают у них приспособительные реакции, называются экологическими факторами.

Влияние экологических факторов сказывается на всех процессах жизнедеятельности организмов и, прежде всего, на их обмене вещества. Приспособления организмов к среде носят название адаптаций. Способность к адаптации – одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться.

Классификация экологических факторов

Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. По своему характеру они подразделены на две крупные группы:

– абиотические,

– биотические.

Если подразделять факторы по причинам их возникновения, то можно выделить природные (естественные) и антропогенные. Антропогенные факторы могут также быть абиотическими и биотическими.

1. Абиотические факторы (или физико-химические факторы) – температура, свет, рН среды, соленость, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, ветер, течения. Это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

2. Биотические факторы – это формы воздействия живых существ друг на друга. Окружающий органический мир – составная часть среды каждого живого существа. Взаимные связи организмов – основа существования популяций и биоценозов.

3. Антропогенные факторы – это формы действия человека, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни.

Действие экологических факторов может приводить:

– к устранению видов из биотопов (смена биотопа, территории, сдвиг ареала популяции; например, миграции птиц);

– к изменению плодовитости (плотности популяций, репродукционные пики) и смертности (смерть при быстрых и резких изменениях условий окружающей среды);

– к фенотипической изменчивости и адаптациям: модификационная изменчивость – адаптивные модификации, зимняя и летняя спячка, фотопериодические реакции и т. п.

Абиотические факторы – факторы неживой природы. Выделяют следующие универсальные группы абиотических факторов:

1. Климатические факторы,

2. Эдафические факторы (факторы почвы),

3. Факторы водной среды.

В природе существует явление взаимодействия (констелляции) факторов и действует принцип обратной связи: выброс токсических веществ уничтожил лес – произошло изменение микроклимата и, как следствие, изменение экосистемы.

Климатические факторы зависят от широты и положения зоны на континенте. Климатическая зональность привела к формированию биогеографических зон и поясов (зона тундр, зона степей, зона тайги, зона широколиственных лесов, зона пустынь и саванн, зона субтропических лесов, зона тропических лесов). Есть множество вторичных факторов. Например, зоны муссонного климата, формирующие уникальный животный и растительный мир. Широта наиболее сильно сказывается на температуре. Положение зоны на континенте – причина сухости или влажности климата. Внутренние области суше периферийных, что сильно влияет на дифференциацию животных и растений на материках. Ветровой режим (составная часть климатического фактора) играет чрезвычайно важную роль в формировании жизненных форм растений.

В океане выделяются арктическо-антарктическая, бореальная, субтропическая и тропическо-экваториальная зоны.

Важнейшие климатические факторы: температура, влажность, свет.

Температура. От нее зависит уровень и интенсивность обмена веществ, фотосинтеза и других биохимических и физиологических процессов.

Жизнь на земле существует в широком диапазоне температур. Наиболее приемлемый для жизни диапазон температур от 0° до 50 °C. Для большинства организмов – это летальные температуры. Исключениями являются многие северные организмы, где наблюдается смена сезонов. Они способны переносить зимние минусовые температуры. У растений в это время замирает активная деятельность. Некоторые семена, споры и пыльца растений, нематоды, коловратки, цисты простейших выносили в экспериментальных условиях температуру – 190 °C и даже – 273 °C. Но все-таки это исключительные случаи. Температурный интервал жизнедеятельности организма определяется свойствами белков и активностью ферментов. Одним из приспособлений переносить неблагоприятные температуры является анабиоз – приостановка жизненных процессов организма.

Наоборот, в жарких странах нормой жизни являются достаточно высокие температуры. Известен ряд микроорганизмов, способных жить в источниках с температурой выше 70 °C. Споры некоторых бактерий способны выдерживать кратковременное нагревание и до 160–180 °C.

По отношению к температурному фактору виды разделяются на следующие экологические группы:

– виды, предпочитающие холод, относятся к криофилам и криофитам.

– виды с оптимумом деятельности в области высоких температур относятся к термофилам и термофитам.

Процессы жизнедеятельности у каждого вида растений осуществляются при определенном тепловом режиме, который зависит от качества тепла и продолжительности его воздействия.

Разные растения нуждаются в разном количестве теплоты и обладают различной способностью переносить отклонения (как в сторону понижения, так и повышения) температуры от оптимальной.

Оптимальная температура – наиболее благоприятная температура для определенного вида растений в рассматриваемой стадии развития.

Максимальная и минимальная температуры, не нарушающие нормального развития растений, определяют пределы температур, допустимых для их выращивания в соответствующих условиях. Понижение температуры приводит к замедлению всех процессов, сопровождается ослаблением фотосинтеза, торможением образования органических веществ, дыхания, транспирации. Повышение температуры в пределах оптимальной зоны, активизирует эти процессы.

Отмечено, что интенсивность фотосинтеза растет с повышением температуры и достигает максимума в области 15–20 °C для растений умеренных широт и 25–30 °C для тропических и субтропических растений. Суточная температура осенью в помещениях почти не опускается ниже 13 °C. Зимой она находится в пределах 15–21 °C. Весной колебания температур возрастают. Она достигает 18–25 °C. В летнее время температура держится относительно высокой в течение суток и составляет 22–28 °C. Как видно, температура воздуха в помещениях почти укладывается в диапазон температур, необходимых для протекания процесса фотосинтеза на протяжении всего года. Температура, таким образом, не является столь лимитирующим фактором в комнатных условиях, как интенсивность освещения. Однако, её нужно учитывать при высаживании растений в открытый грунт.

Влажность. Все биохимические процессы в организмах протекают в водной среде. Вода необходима для поддержания структурной целостности клеток всего организма. Она принимает непосредственное участие в процессе образования первичных продуктов фотосинтеза.

Влажность определяется количеством атмосферных осадков. Распределение осадков зависит от географической широты, близости больших водных пространств, рельефа местности. Количество выпадающих осадков неравномерно распределяется в течение года. Кроме того, надо учитывать и характер выпадающих осадков. Летний моросящий дождь лучше увлажняет почву, чем ливень, несущий потоки воды, не успевающие впитаться в почву.

Растения, обитающие в различных по влагообеспеченности областях, по-разному приспосабливаются к недостатку или избытку влаги. Регуляция водного баланса в организме растений засушливых регионов осуществляется за счет развития мощной корневой системы и сосущей силы клеток корня, а также уменьшения испаряющей поверхности. Многие растения на сухой период сбрасывают листья и даже целые побеги (саксаул), иногда происходит частичная или даже полная редукция листьев. Своеобразным приспособлением к сухому климату является ритм развития некоторых растений. Так, эфемеры, используя весеннюю влагу, успевают в очень короткий срок (15–20 дней) прорасти, развить листья, отцвести и сформировать плоды и семена, с наступлением засухи они отмирают. Противостоять засухе помогает и способность многих растений накапливать влагу в своих вегетативных органах – листьях, стеблях, корнях.

По отношению к влажности выделяют следующие экологические группы растений.

Гидрофиты – растения, для которых вода является средой жизни.

Гигрофиты – растения, живущие в местах, где воздух насыщен водяными парами, а почва содержит много капельножидкой влаги – на заливных лугах, болотах, в сырых тенистых местах в лесах, на берегах рек и озер. Гигрофиты испаряют очень много влаги за счет устьиц, которые нередко располагаются на обеих сторонах листа. Корни мало-разветвленные, листья большие.

Мезофиты – растения умеренно увлажненных местообитаний. К ним относятся луговые травы, все лиственные деревья, многие полевые культуры, овощные, плодово-ягодные. Они имеют хорошо развитую корневую систему, большие листья с устьицами на одной стороне.

Ксерофиты – растения, приспособившиеся к жизни в местах с засушливым климатом. Они распространены в степях, пустынях и полупустынях. Ксерофиты делятся на две группы: суккуленты и склерофиты.

Суккуленты (от лат. succulentus – сочный, жирный, толстый) – это многолетние растения с сочными мясистыми стеблями или листьями, в которых запасается вода.

Склерофиты (от греч. skleros – твердый, сухой) – это типчак, ковыль, саксаул и другие растения. Листья и стебли их не содержат запаса воды, кажутся суховатыми, благодаря большому количеству механической ткани, листья их твердые и жесткие.

Эдафические факторы (факторы почвы). В распространении растений большое значение могут иметь и другие факторы, например, характер и свойства почвы. Эдафические факторы – почвенно-грунтовые условия произрастания растений, относятся к абиотическим факторам.

Эдафические факторы включают:

– почву, ее возраст, мощность, плодородие, увлажнение, присутствие элементов питания в ней и др. Они непосредственно действуют на растение своими физико-механические свойствами (гранулометрическим составом, плотностью, уровнем грунтовых вод, характером материнских пород, структурно-агрегатным составом почвогрунтов), которые в совокупности создают тот или иной водный, воздушный и тепловой режимы;

– химическими свойствами (реакцией среды, обменной способностью и составом поглощенных катионов, содержанием и формой макро– и микроэлементов, определяющими режим питания растений и оказывающими влияние на физические свойства почвогрунтов);

– биоэдафическими свойствами, складывающимися под воздействием растительных и животных организмов, населяющих почву и, в свою очередь, влияющих на химических свойства почвогрунтов.

Таким образом, 5 главных почвообразующих факторов:

– материнская порода (геологическая основа);

– климат;

– топография (рельеф);

– живые организмы;

– время.

В настоящее время еще одним фактором почвообразования можно назвать деятельности человека.

В состав почвы входят четыре основных структурных компонента:

1. Минеральная основа (50–60 % общего состава почвы). Минеральная основа (минеральный скелет) – неорганический компонент, образовавшийся из материнской породы в результате ее выветривания. Минеральные фрагменты – это скелетный материал почвы. Его разделяют на коллоидные частицы (меньше 1 мкм), мелкий грунт (меньше 2 мм) и крупные фрагменты. Механические и химические свойства почвы определяются мелкими частицами.

Выделяют следующие структуры почвы: мучнистую, пороховатую, зернистую, ореховатую, комковатую, глинистую.

В почве, как правило, выделяют 3 основных горизонта, различающихся по механическим и химическим свойствам. В пределах каждого слоя выделяют более дробные горизонты, различающиеся по своим свойствам.

Верхний перегнойно-аккумулятивный горизонт (А), в котором накапливается и преобразуется органическое вещество и из которого промывными водами часть соединений выносится вниз.

Аоо – собственно подстилка

Ао – муль (слой гумификации)

А1 – гумусовая минеральная почва

А2 – эллювиальный горизонт (зона вымывания)

Горизонт вымывания или иллювиальный (В), где оседают и преобразуются вымытые сверху вещества.

В1,

В2

Материнскую породу или горизонт (С), материал, который преобразуется в почву.

Структура почв зависит от количества соединений кальция. Главное свойство почвы – ее плодородие, т. е. способность обеспечивать растения водой, минеральными солями, воздухом. Мощность гумусового слоя определяет плодородие почвы.

2. Органическое вещество (до 10 %). Органическое вещество почвы подразделяется на гумус (мёртвое органическое вещество) и эдафон (живое органическое вещество)

Структура почвы в большой степени зависит от количества и состава гумуса. Гумус различается по виду, форме и характеру составляющих его элементов, которые подразделяются на гуминовые и негуминовые вещества. Негуминовые вещества образуются из соединений, входящих в ткани растений и животных, например, белков и углеводов. При разложении данных веществ выделяется углекислый газ, вода, аммиак. Энергия, образующаяся при этом используется почвенными организмами. При этом происходит полная минерализация элементов питания. Гуминовые вещества в результате жизнедеятельности микроорганизмов перерабатываются в новые, обычно высокомолекулярные соединения – гуминовые кислоты или фульвокислоты.

Гумус подразделяется на питательный, который легко перерабатывается и служит источником питания микроорганизмов и устойчивый, который с трудом поддаётся переработке и выполняет физические и химические функции, контролируя баланс питательного вещества, количество воды и воздуха в почве. Гумус плотно склеивает минеральные частицы почвы, улучшая ее структуру. Таким образом, гумус служит основным поставщиком и резервом элементов питания растений. Тёмный цвет гумуса способствует лучшему прогреванию почвы, а его высокая влагоёмкость – удержанию воды почвой. Гумус прочно склеивает минеральные частицы, образуя комочки, улучшающие структуру почвы. Данные свойства благоприятствуют условиям роста растений на почвах, богатых гумусом.

3. Воздух (15–20 %). Все поры, свободные от влаги заполнены воздухом. На легких (песчаных) почвах аэрация лучше, чем на тяжелых (глинистых). Воздушный режим и режим влажности связан с количеством атмосферных осадков.

4. Вода (25–35 %). Вода почвы подразделяется на гравитационную, гигроскопическую, капиллярную, парообразную. Гравитационная вода – является основной разновидностью подвижной воды, заполняет широкие промежутки между частицами почвы, просачивается вниз под действием силы тяжести, пока не достигнет грунтовых вод. Растения легко усваивают ее.

Гигроскопическая вода в почве удерживается за счет водородных связей вокруг отдельных коллоидных частиц в виде тонкой, прочной связанной пленки. Высвобождается только при температуре 105 – 110 °C и практически недоступна для растений. Количество гигроскопической воды зависит от содержания в почве коллоидных частиц. В глинистых почвах ее до 15 %, в песчаных – 5 %.

По мере накопления количества гигроскопической воды она переходит в капиллярную, удерживающуюся в почве силами поверхностного натяжения. Капиллярная вода легко поднимается к поверхности по порам от грунтовых вод, легко испаряется, свободно поглощается растениями.

Парообразная влага занимает все свободные от воды поры.

Существует постоянный обмен почвенных, грунтовых и поверхностных вод, меняющий свою интенсивность и направленность в зависимости от климата, сезонов.

Основными свойствами почвы как экологической среды являются:

– ее физическая структура,

– механический состав,

– химический состав,

– кислотность,

– окислительно-восстановительные условия,

– содержание органических веществ,

– аэрация,

– влагоемкость

– увлажненность.

Каждому типу почв соответствует определенный растительный, животный мир и совокупность бактерий – эдафон. Растения подразделяются на группы в зависимости от требовательности к плодородию почвы, которое определяется в первую очередь содержанием гумуса, макро– и микроэлементов, таких, как азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, железо, медь, бор, цинк, молибден и др.

Эутотрофные или эвтрофные – растут на плодородных почвах.

Мезотрофные – менее требовательные к плодородию почвы.

Олиготрофные – довольствующиеся небольшим количеством питательных веществ.

В зависимости от требовательности растений к отдельным микроэлементам почвы выделяют следующие группы.

Нитрофилы – требовательны к наличию в почве азота, поселяются там, где есть дополнительные источники азота – растения вырубок (малина, хмель, вьюнок), мусорные (крапива, щирица), поселяющиеся на опушках леса (зонтичные), растения пастбищ.

Кальциефилы – требовательны к наличию в почве кальция, поселяются на карбонатных почвах, содержащих более 3 % карбонатов (венерин башмачок, лиственница сибирская, бук, ясень).

Кальциефобы – растения, избегающие почв с большим содержанием кальция (сфагнумовые мхи, болотные, вересковые, береза бородавчатая, каштан).

В зависимости от требований к РН почвы все растения подразделяются на 3 группы.

Ацидофилы – растения, предпочитающие кислые почвы рН 3,5 – 4,5, (вереск, белоус, щавель, щавелек малый).

Базифилы – растения, предпочитающие щелочные почвы 7,0 – 7,5 (мать-и-мачеха, горчица полевая).

Нейтрофилы – растения, предпочитающие нейтральные почвы (лисохвост луговой, овсяница луговая).

Растения, произрастающие на засоленных почвах, называются галофиты (солерос европейский, сарсазан шишковатый), а растения, не выдерживающие избыточного засоления – гликофиты. Галофиты имеют высокое осмотическое давление, позволяющее использовать почвенные растворы, способны выделять избыток солей через листья или накапливать их в своем организме.

Растения, адаптированные к сыпучим пескам, называются псаммофиты. Они способны образовывать придаточные корни при засыпании их песком, на корнях образуются придаточные почки при их обнажении, часто имеют высокую скорость роста побегов, летучие семена, прочные покровы, имеют воздушные камеры, парашюты, пропеллеры – приспособления к незасыпанию песком. Иногда целое растение способно оторваться от грунта, высохнуть и вместе с семенами перенестись ветром в другое место. Всходы быстро прорастают, споря с барханом. Имеются приспособления к перенесению засухи – чехлы на корнях, опробковение корней, сильное развитие боковых корней, безлистные побеги, ксероморфную листву.

Растения, произрастающие на торфяных болотах, называются оксилофитами. Они приспособлены к высокой кислотности почвы, сильному увлажнению, анаэробным условиям (багульник, росянка, клюква, сфагнумовые мхи).

Растения, обитающие на камнях, скалах, каменистых осыпях относятся к литофитам. Как правило, это первые поселенцы на скальных поверхностях: автотрофные водоросли, накипные лишайники, листовые лишайники. Они, выделяя продукты метаболизма, способствуют разрушению горных пород и тем самым играют существенную роль в длительном процессе почвообразования. Со временем на поверхности и, особенно в трещинах камней накапливаются в виде слоя органические остатки, на которых поселяются мхи. Под моховым покровом образуется примитивный слой почвы, на которой поселяются литофиты из высших растений. Их называют растениями щелей – хас-мофитами. Например, камнеломка, можжевельник, сосна. Они обладают своеобразной формой роста (искривлённой, ползучей, карликовой и т. д.), связанной как с жёсткими водными и тепловыми режимами, так и с недостатком питательного субстрата на скалах.

К экологическим факторам, влияющим на жизнь и распределение организмов, можно отнести также состав и движение воздуха, характер рельефа и многие, многие другие.

Свет как экологический фактор является важнейшим источником энергии на нашей планете. Если для животных свет по своему значению уступает температуре и влажности, то для фотосинтезирующих растений он является важнейшим.

Основным источником света является Солнце. Основные свойства лучистой энергии как экологического фактора определяются длиной волны. В пределах излучения различают видимый свет, ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, радиоволны, проникающую радиацию.

Для растений важны оранжево-красные, сине-фиолетовые и ультрафиолетовые лучи. Желто-зеленые лучи либо отражаются растениями, либо поглощаются в незначительных количествах. Отраженные лучи и придают растениям зеленую окраску. Ультрафиолетовые лучи оказывают на живые организмы химическое действие (изменяют скорость и направление биохимических реакций), а инфракрасные лучи – тепловое.

Многие растения обладают фототропической реакцией на свет. Тропизм – это направленное движение и ориентация растений, например, подсолнечник поворачивает своё соцветие за солнцем.

Кроме качества световых лучей большое значение имеет и количество падающего на растение света. Интенсивность освещения зависит от географической широты местности, от сезона, времени суток, от облачности и местной запыленности атмосферы. Зависимость тепловой энергии от широты местности показывает, что свет является одним из климатических факторов.

Жизнь многих растений зависит от фотопериода. День сменяется ночью и растения прекращают синтезировать хлорофилл. Полярный день заменяется полярной ночью и растения, и многие животные перестают активно функционировать и замирают (зимняя спячка).

По отношению к свету растения разделяются на три группы: светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые. Светолюбивые могут нормально развиваться лишь при достаточном освещении, они не переносят или переносят плохо даже незначительное затемнение. Тенелюбивые встречаются только в затененных местах и никогда не встречаются в условиях сильной освещенности. Теневыносливые растения характеризуются широкой экологической амплитудой по отношению к световому фактору.