Цикл дикарбоновых кислот (С 4 )

Растения, имеющие такие циклы связывания СО₂, имеют принципиальные физиологические различия и по-разному реагируют на свет, температуру и влажность.

У С₃ -растений (рис, пшеница, картофель, овощи) максимальная интенсивность фотосинтеза наблюдается при умеренной освещенности и температуре; высокие температуры и яркий солнечный свет подавляют фотосинтез. Чтобы произвести 1 г сухого органического вещества С₃ растениям необходимо до 1 литра воды.

У С₄- растений (злаков, однолетних и двудольных растений) существует высокая адаптивность к яркому свету и высоким температурам, они более эффективно используют воду: чтобы произвести 1 г сухого органического вещества С ₄- растениям необходимо не менее 400 г воды.

II путь – хемосинтез, у растений практически не встречающийся.

Фотосинтез происходит почти по всей поверхности Земли на суше и в слое воды в пределах досягаемости солнечных лучей (до 200 м), создает огромный геохимический эффект и может быть выражен во влечении в биотический круговорот не только углерода, но и биогенов — азота, фосфора, серы и металлов — K, Na, Ca, Mg, Al. Фотосинтез осуществляет хлорофилл, содержащийся в растениях, водорослях и бактериях.

Биомасса и продуктивность основных биомов Земли:

	Основные биомы, категории земель	Площадь млн.км²	Биомасса в расчете на сухое вещество	Годовая продукция в расчете на сухое вещество	Р/В
т/га	млрд. т.	т/га	млрд. т.
	Тундра, лесотундра	4,2	8,5	3,6	2,6	1,1	0,306
	Таежные и горные хвойные леса	12,8		162,6	7,9	10,1	0,062
	Лиственно-хвойные леса, бореальные	6,6		114,7	9,8	6,1	0,053
	Широколиственные листопадные леса	7,6		182,4		8,4	0,046
	Субтропические леса	5,3		202,5	16,4	8,7	0,043
	Влажные тропические леса	10,3		598,5	27,8	28,6	0,048
	Саванны, чапарраль	6,2		42,2	9,1	5,6	0,133
	Степи и прерии	2,8		2,8		1,7	0,607
	пустыни	22,7	2,1	4,8	1,6	3,6	0,75
	Пашни, обрабатываемые земли	15,1	9,7	14,6	6,7	10,1	0,691
	Освоенные и окультуренные пастбища	26,3	8,9	23,4	6,8	18,1	0,774
	Воды суши	2,4	0,3	0,1	0,7	0,2
	Сооружения, дороги, горные выработки	9,8	-	-	-	-	-
	Полярные и высокогорные льды	17,2	-	-	-	-	-
Итого для всей суши:	148,9	-	1352,2	-	102,2	0,076
Океан:	361,1	-	7,8	-		4,615
Всего по земному шару:		-		-	138,2	0,102

Мировое распределение биомов и их продукции весьма неравномерно. Продуктивность практически равна нулю в пустынях, лишенных растений, в Антарктиде, в высокогорных льдах и снежниках.

Ричард Уиттекер делит по продуктивности все сообщества на 4 типа:

I - сообщества высшей продуктивности. Более 3 000 г/м² в год. Пример: тропические леса, посевы риса, сахарного тростника. Запас биомассы (превышение продуцирования над разложением) более 50 кг/м² в лесных сообществах и соответствует продуктивности однолетних сельскохозяйственных культур.

II - сообщества высокой продуктивности: 1 000 — 2 000 г/м² в год. Пример: листопадный лес умеренного климата, луга с применением удобрений, посев кукурузы. При благоприятных условиях максимальная биомасса приближается к I типу, минимальная равна чистой продукции однолетних культур.

III - сообщества умеренной продуктивности: 250 — 1 000 г/м² в год. Пример: основная масса сельскохозяйственных угодий, степи, саванны. Биомасса в степях в зависимости от увлажнения может достигать 2 000 г/м² в год

IV - сообщества низкой продуктивности: менее 250 г/м ². Примеры: пустыни, полупустыни, тундры.

На территории России основными факторами, определяющими продуктивность, являются: температура, увлажненность, продолжительность вегетационного периода. Первичная продукция растений прямо пропорциональна этим величинам, она растет с севера на юг и с востока на запад. Годовой прирост растительности меняется от 2 ц/га на побережье островах Северного Ледовитого океана, до 200 ц/га — в Краснодарском крае, Черноморском побережье Кавказа.

Общая годовая продуктивность сухого органического вещества на Земле 100 – 150 млрд. т в год, причем 2/3 образуется на суше и 1/3 в океане. Биомасса распределяется иначе:

Биомасса растений и животных в биосфере:

	Млрд.т	%
континент	Растения	1341,3	98,62
Животные	10,9	0,81
Сумма	1352,2	99,43
океан	Растения	0,7	0,05
Животные	7,1	0,52
Сумма	7,8	0,57
Всего:

Температурный режим в жизни растений.

Климатические особенности, важные для растений

Солнечная энергия не только обеспечивает растения и процесс фотосинтеза светом, но и создает температурные условия, необходимые для жизнедеятельности растений.

Световой и температурный режимы на Земле меняются в течение суток, сезона, года. Температурный режим зависит от широты местности и высоты над уровнем моря, на него влияют близость больших водоемов (морей, океанов и озер) и льдов, постоянные и временно дующие ветра, цвет и структура почвы (от альбедо зависят поглощение и отражение солнечных лучей) и др. Солнечные лучи, проходя через толщу атмосферы, нагревают воздух и почву. Нагревание земной поверхности идет тем быстрее, чем прозрачнее атмосфера, чем прозрачнее атмосфера и чем выше стоит солнце над горизонтом.

Около половины солнечной лучистой энергии, достигающей поверхности Земли, приходится на тепловые инфракрасные лучи. Чем выше Солнце над горизонтом, тем короче путь лучей через атмосферу, тем меньше они рассеиваются и поглощаются в ней и, следовательно, сильнее нагревают поверхность планеты. В ночное время происходит охлаждение поверхности за счет теплового излучения. При этом часть такого теплового излучения рассеивается в космическом пространстве, а часть задерживается самой атмосферой – каплями воды, кристалликами льда, пылевыми частицами, молекулами газов и т.д. Поэтому часть тепловых лучей отражается от этих частиц и может вновь направляться к поверхности Земли. Ослаблению количества тепла, уходящего в космическое пространство, способствует облачность, укрывающая Землю как одеяло – так объясняется потепление, сопровождающее пасмурную погоду.

Температура воздуха на поверхности земного шара крайне неравномерна, что, конечно же, сказывается на растительности. Поэтому на Земле от экватора к полюсам выделяют несколько климатических зон со специфическим составом растений:

1. Тропическая зона, в которой минимальная среднегодовая температура превышает +16 ⁰С при незначительных месячных и годовых колебаниях. Вегетационный период продолжается круглый год; вегетация у отдельных растений может быть прервана лишь засухой, но вновь восстанавливается в период дождей.

2. Субтропическая зона имеет более значительные колебания температуры внутри года. Вегетационный период продолжается круглый год, но в течение 1-4 месяцев имеется период относительно пониженных температур.

3. Умеренно теплая зона, в которой минимальная среднегодовая температура превышает 0⁰ С, но ниже +16⁰. Существует период с пониженными зимними температурами. Перерыва в вегетации из-за недостатка тепла нет, но теплолюбивых растений во флоре очень мало.

4. Умеренно холодная зона отличается частой среднегодовой температурой ниже нуля, в ней хорошо выражены сезоны года. Вегетационный период продолжается 7-8 месяцев и прерывается недостатком тепла осенью. Постоянно здесь может существовать только древесная растительность, переносящая низкие температуры.

5. Холодная полярная зона имеет среднегодовую температуру ниже 0⁰С. Вегетационный период очень короткий – всего 3-4 месяца, а лето продолжается 2-3 месяца. В течение всего вегетационного периода наблюдаются ночные заморозки и быстрый переход от зимы к лету и от лета к зиме – весна и осень весьма кратковременны.

В среднем на каждый градус широты (от экватора к полюсам) наблюдается уменьшение средней годовой температуры примерно на 0,5⁰С. В последние двадцать лет в связи с потеплением на Европейской территории России изотермы сдвигаются на северо-восток – рост температуры на один градус сопровождается переходом примерно на 300 километров в этом направлении. Снижение средней годовой температуры наблюдается с повышением местности над уровнем моря – при подъеме на каждые 100 метров становится холоднее примерно на 0,5⁰С, что также сказывается на видовом составе и продуктивности растений. Температура поверхностного слоя почвы подвержена более заметным колебаниям, чем воздух на высоте человеческого роста. Почва, имеющая более темный цвет и плохо прикрытая растениями быстро нагревается и быстро остывает, что влияет на состояние флоры.

Сильные морозы зимой в отсутствие снежного покрова, поздние заморозки весной и ранней осенью, жара и засуха в летний период приводят к резкому снижению жизнедеятельности растений, вплоть до полной гибели. Все растений могут существовать только в определенных температурных условиях, что связано с реализацией наследственных свойств и ходом всех физиологических процессов.