Екологічна роль сонячної радіації

1. Іонізуюче випромінювання (, РН, УФ дальнє) характеризується мутагенною, патогенною дією, але в енергетичному балансі Землі його частка невелика, оскільки випромінювання з довжиною хвилі менш як 0,28 мкм поглинає озон атмосфери, і воно не досягає земної поверхні.

2. Оптичне випромінювання (УФ-ближнє та ІЧ) чинить на живі організми енергетичну (насамперед теплову), біосинтетичну (фотосинтез, синтез хлорофілу, вітаміну D), морфологічну (визначає величину фітоелементів - стебел, листків), інформативну (фотоперіодизм, фототаксис, морфогенез) і каталітичну (регулювання активності ферментів) дію.

Оптичне випромінювання впливає на:

● інтенсивність синтезу органічної речовини, рівень обміну речовин;

● динаміку росту рослин, урожайність та якість урожаю;

● швидкість розвитку рослин, тривалість міжфазових періодів і вегетації загалом;

● архітектоніку рослинного покриву (просторове розміщення фітоелементів);

● тепловий та водний режими агроекосистеми.

Залежність інтенсивності фотосинтезу від щільності світла (освітленості) виражають світловими кривими (рис.5.3), на яких виділяють:

● компенсаційну точку (світловий компенсаційний пункт), у якій фотосинтез і розщеплення органічної речовини урівноважені (в умовах України відповідає щільності випромінювання 20 - 35 Вт/м²);

● зону оптимального освітлення, або радіації пристосування (інтенсивність фотосинтезу в цій зоні відповідає темпам накопчення біомаси та характеризує світлолюбність рослин);

● точку світлового насичення фотосинтезу - його максимальної інтенсивності за даних умов (з цієї точки на світловій кривій розпочинається рівень «плато», щільність випромінювання 200-250 Вт/м²).

Рис.5.3. Світлові криві (1, 2) та ККД (З, 4) фотосинтезу

світлолюбних (1, 3) та тіневитривалих (2, 4) рослин

(О.М. Шульгін, 1978)

Інфрачервоні (1Ч) промені сприяють посиленню синтезу органічної речовини рослинами через тепловий вплив на організм. Під їх впливом рослини набувають компактнішої будови.

3. Ультрафіолетові (УФ) промені мають високу проникну здатність. Під їх впливом у рослинних і тваринних організмах синтезується вітамін D. Ближнє ультрафіолетове випромінювання майже не чинить негативного впливу на зелені рослини, оскільки тканини їхніх зовнішніх покривів адаптуються до нього в процесі розвитку, а в помірних дозах воно корисне і сприяє нормальному обміну речовин і росту рослин (за експозиції у межах 10 год за умов достатньої освітленості), а дальнє УФ випромінювання – згубне.

Певна кількість УФ-радіації необхідна тваринам для синтезу вітаміну D, надлишкове опромінення може спричинити опіки і подразнення шкіри. Нижчі організми (гриби, бактерії, нематоди тощо) під впливом УФ-випромінювання гинуть за досить короткий час (бактерії – за 7 хв).

Тепло.

1. Джерела тепла для організмів. Можна виділити чотири джерела енергії, які впливають на температурний стан рослинного організму.

1. Основне джерело тепла – тепло ґрунту, води або повітря.

2. Для організмів на поверхні землі додатковим джерелом тепла є пряме сонячне випромінювання, особливо ІЧ-хвилі та ближні УФ-хвилі.

3. Джерелом тепла можуть бути органічні рештки, внаслідок мікробної ферментації яких виділяється тепло. Це дає змогу виживати організмам з підвищеними потребами у теплі під час морозів.

4. Постійним джерелом тепла для організмів є енергія, що вивільняється в процесі обміну речовин (дисиміляції).

Організми, температура тіла яких визначається теплом дисиміляції, називають ендотермами (гомойотерми). Вони здатні підтримувати сталу температуру свого тіла. Організми, температура тіла яких залежить від температури навколишнього середовища, називають екзотермами (пойкілотерми). До числа перших належать ссавці та птахи, до числа других – решта тваринних організмів та всі рослини. Особливу групу становлять гетеротерми, які в період активності мають сталу температуру, а у період перезимівлі чи відпочинку – знижену; до них належать деякі ссавці та птахи.

Від температури тіла великою мірою залежать швидкість і характер процесів, які відбуваються в організмі (фотосинтез, обмін речовин тощо). Це стосується як ферментів, які керують біохімічними процесами, так і самих процесів. Для фотосинтезу оптимальна температура нижча, ніж для дисиміляції.

Діапазон температур, у якому організми нормально розвиваються і розмножуються, називають зоною температурної толерантності. Організми із широкою зоною температурної толерантності називаються евритермними, з вузькою — стенотермними. Центром зони є тепловий оптимум, ближче до її країв знаходяться зони температурного заклякання — теплового і холодового; вони можуть змінюватися з віком чи фазою розвитку.

2. Концепції біологічного часу організмів як функції тепла. Існує дві концепції залежності часу розвитку організму від температурних реакцій.

Перша концепція виходить зі швидкостей біохімічних процесів і ґрунтується на правилі Вант-Гоффа, згідно якого швидкість хімічних реакцій подвоюється або потроюється з підвищенням температури на 10 °С.

С. Арреніус розвинув правило Вант-Гоффа і запропонував формулу, згідно якої залежність швидкості реакції від температури має експоненціальний характер.

Друга концепція виходить із кількості тепла, необхідного для здійснення процесів розвитку (суми ефективних температур). Кожній рослині для переходу до певної стадії її розвитку потрібен«біологічний час», який в сукупності визначається сумарною добовою температурою та тривалістю світлового дня.

Кожен міжфазовий період рослини проходить лише за температури, що перевищує певний поріг, який називають біологічним мінімумом. У процесі проходження фаз розвитку висота температурного порогу збільшується.

3. Теорія температурних градієнтів середовища вирощування рослин. Рослини як складова екосистеми не тільки впливають на динаміку і вертикальний розподіл температур повітря та ґрунту, а й самі зазнають зворотного впливу. Це знайшло своє відображення в теорії температурних градієнтів середовищаоселення рослин. Одним із основних її положень є різне пристосування і різні вимоги до температури надземних і підземних органів рослин.

Більшість вищих рослин пристосована до мінусового температурного градієнта середовища в період вегетації вдень, за якого температура ґрунту на 3 - 8 °С нижча за температуру повітря. У разі розвитку з насіння рослини інтенсивніше ростуть за плюсового температурного градієнта, тобто коли температура грунту перевищує температуру повітря. Перехід рослин на автотрофний спосіб життя потребує мінусового температурного градієнта.

Вода.