загрузка...
Экология  | Тепло как экологический фактор
Экология

Температура растения и окружающая среда

Зависимость температуры растения от температуры окружающей среды. При ответе на вопрос, в какой степени и как соответствует или зависит температура самого растения от температуры окружающей среды, мы пренебрежем количеством тепла, выделяемым самим растением (за счет дыхания), поскольку оно мало. Температура корня очень близка к температуре почвы, так как корень находится в тесном контакте с ней. Сложнее дело обстоит с надземными частями.

Всегда, ночью или днем, зимой или летом, в течение всей жизни растения его надземные части испытывают на себе воздействие потока тепловой радиации. При обычной температуре листья испускают и поглощают большое количество длинноволновой радиации. Прямая или отраженная радиация достигает всей поверхности листа. Часть потока энергии лист поглощает и при этом нагревается. Очень небольшая часть поглощенной листом энергии тратится (на фотосинтез, а большая — расходуется на транспирацию. 8—20% зеленых и до 45% инфракрасных лучей отражается. И наконец, определенная часть инсоляции (опять же преимущественно зеленые и инфракрасные лучи) проходит через лист.

Таким образом, поток энергии, поступающий из окружающей среды, воздействует на лист, а также на все растение и расходуется на поддержание физиологических процессов.

Поскольку лист воспринимает как падающую, так и отраженную энергию, то многое зависит от альбедо близлежащей поверхности. Например, сухие песчаные дюны отражают 30—60% падающей энергии, поэтому лист над поверхностью сухого песка может получить больше на 20% энергии, получаемой им только от Солнца. В результате всех этих процессов днем обычно наблюдается повышение температуры листа. Это особенно хорошо видно при сильной инсоляции", при низкой транспирации, отсутствии ветра, снижающего теплообмен.

Температура листа во многом зависит от его толщины и консистенции. Она повышается от прямых лучей и может превысить температуру воздуха; на рассеянном свету температура листа, как правило, ниже тем пературы воздуха. У тонких нежных листьев невысокая теплоемкость, и они сильнее реагируют на колебания инсоляции, чем мясистые суккулентные, у которых из-за небольшой поверхности меньше интенсивность теплообмена и ниже транспирация. Если мы рассмотрим суточный ход температуры более или менее обыкновенного листа катрана (Crambe та-ritima), то увидим, что ночью его температура несколько ниже температуры воздуха и поверхностного слоя почвы, (листья у катрана в невысокой розетке), а днем она выше температуры воздуха, но ниже температуры поверхностного слоя почвы и зависит от последней (рис. 7).

Рис. 7. Суточный ход температуры листа катрана (Crambe maritima) (1) в зависимости от температуры воздуха (2) и почвы (3) (по Walter, 1960)

В дневные часы температура листа во многом обусловлена его консистенцией (рис. 8). Листья мать-и-мачехи (4) не утолщенные, прогреваются меньше, чем утолщенные листья таких растений, как Salicornia (1) или Salsola (2).

Рис. 8. Зависимость температуры листа от консистенции, интенсивности инсоляции и температуры воздуха: 1—Salicornia herbacea; 2—Salsola kali; 3 — Honckenia peploides; 4 — Tussilago farjara; 5 — температура воздуха; 6—интенсивность инсоляции (по Walter, 1960)

Из рисунка видно, что температура листьев меняется в зависимости от изменений температуры воздуха и интенсивности инсоляции (от которой, собственно, зависит и температура воздуха). Дневной ход температуры листа обычно имеет максимум в полдень. Ветер снижает температуру листа, улучшает его теплообмен и сдувает пленку воздуха с его поверхности; несколько снижается температура при повышении транспирации. В случае сильной инсоляции листья нагреваются до температуры на 10—20° выше температуры окружающей среды. При нормальном водоснабжении температура листа мало отклоняется от температуры воздуха, но когда доступ воды затруднен и лист подвядает, начинается его перегрев.

В тропиках у кожистых листьев кофейного дерева отмечены температуры на 10—15° выше температуры воздуха, температура листа достигала 45°, У Sempervivum montanum (Альпы, 2200 м над ур. м.) при температуре воздуха 22° температура листьев в розетке была равна 51° (Лархер, 1978). Температура листа во многом зависит от наклона его пластинки по отношению к падающим солнечным лучам. Очень высокие температуры наблюдаются у суккулентов. Важно, кроме того, отметить, что лист, особенно тонкий, чутко реагирует на изменение инсоляции (рис. 9). Его температура быстро повышается при внезапном освещении солнцем и довольно быстро падает при затенении; такие смены происходят буквально за минуты; несколько инертнее мясистый лист.

В. Л. Вознесенский и Р. М. Рейнус (1977) показали, что температура ассимилирующих органов растений Юго-Восточных Каракумов в течение дня испытывает значительные колебания. Весной и летом она меняется от 8— 14 до 35—39°; осенью находится в пределах 4— 30°.

загрузка...

Рис. 9. Изменение температуры листа в зависимости от консистенции при внезапном освещении солнцем: 1 - температура листа, 2 - воздуха (по Гейгеру, 1960)

В самый жаркий период лета температура ассимилирующих органов достигает 40—43°. У длительно вегетирующих афилльных или с редуцированными листьями древесно-кустарниковых видов (саксаулы, песчаная акация, черкезы и др.) утром температура ассимилирующих органов обычно выше, чем окружающего воздуха, на 1,6°, но если температура воздуха поднимается выше 25°, то температура ассимилирующих органов становится ниже температуры воздуха. У некоторых кустарников (Astragalus paucijugus) и полукустарников пустынь Средней Азии, сбрасывающих листья в жаркий период, а также у травянистых облиственных многолетников (эфемеров и эфемероидов) температура ассимилирующих органов всегда ниже температуры воздуха. Максимальная разница (8,1°) отмечена у ревеня (Rheum turkestanicum).

В Арктике было отмечено, что первое, зацветшее 23/VI растение — Saxifraga oppositlfolia — при температуре воздуха 0,8° имело температуру листа 6,2°. В учебниках бытует ошибочное мнение о перезимовы-вании арктического хрена (Cochlearia officinalis) в цветущем состоянии, будто бы наблюдавшемся Чельманом (Kjellman, 1883). Соренсен (Sorensen, 1941) зарегистрировал лишь один случай перезимовывания в Северо-Восточной Гренландии Вгауа с соцветиями в любой стадии развития; после перезимовки она продолжала нормальный рост. Вероятно, замерзание цветков большинства видов не происходит без их травмирования. Но при благоприятных условиях иногда отмечается очень раннее зацветание некоторых видов еще при снежном покрове и при отрицательных среднесуточных температурах воздуха.

Рис. 10. Изменение распределении температур в различных частях арктического растения (Novosieversia glacialis) при температуре воздуха 11,7°. Справа тепловые условия в арктической фитосфере: 1—самый холодный слой воздуха; 2 — граница зоны прироста побегов; 3, 4, 5 — зона активных жизненных процессов; б —уровень вечной мерзлоты; 7— наиболее низкие температуры почвы (по Тихомирову, 1963)

Изучение распределения температур в различных частях одного и того же арктического растения (рис. 10) показывает, что наиболее нагреты части растений (розетки листьев, стебель), расположенные вблизи поверхности почвы. Таким образом, в арктической фитосфере (слое растений) тепловые условия весьма различны и Б. А. Тихомиров (1963) выделяет определенные слои наибольшего напряжения жизненных процессов (рис. 10, справа), связанные с максимумом тепловых условий.

Из вышесказанного следует, что совпадение температуры растения и воздуха представляет собой исключение, а несовпадение — правило. Поэтому иногда предлагают даже говорить о микроклимате растения наряду с микроклиматом местообитания.

Весьма интересные наблюдения с помощью термопар были проведены Т. К. Горышиной (1969) с ранневесенними эфемероидами дубрав. Известно, что эти растения, например пролеска сибирская (Scilla sibirica), начинают развиваться еще под снегом, а затем ростки, пробивая тонкий слой тающего снега, выходят наружу и вскоре зацветают. Во время пребывания под снегом температура ростка близка к температуре окружающего снега, а подземные органы имеют такую же температуру, что и почва. Но как только росток пробивает снег и выходит на поверхность, температурный режим растения значительно меняется (рис. 11). В дневные часы температура ростка уже превышает температуру воздуха на несколько градусов

Рис. 11. Изменения температуры частей растения (Scilla sibirica) по мере развития: 1 — под снегом; 2 — в фазе цветения; I — почва; II — подстилка; III — снег (по Горышиной, 1969)

В период дальнейшего роста большую роль играет прогрев подстилки (на рисунке — 21,8°). В период цветения температура цветка и листьев намного (на 7—8°) выше температуры воздуха. В начале развития, при более низких температурах, листья пролески прижаты к теплой подстилке, а позднее, по мере прогревания воздуха, они принимают вертикальное положение. Отметим также, что у пролески сибирской наблюдается очень большой температурный градиент растения (20°): температура цветков 22,4°, а луковицы — 2,4°.

  • Реклама