Взаимное влияние растений друг на друга в сообществе

Любят ли растения друг друга? И да и нет. Большинство растений произрастает в пределах растительных сообществ, состоящих из многих особей одного и того же вида или разных видов. Если важнейшие жизненные ресурсы, которыми располагает такое сообщество, т. е. пространство, питательные вещества, вода и свет ограничены, то каждое растение конкурирует со своими соседями за эти ресурсы. Доминируют обычно те растения, которые с самого начала развиваются быстро, захватывают большую часть питательных веществ, воды и т. п. И обгоняют в росте своих соседей.

Не составляют в этом смысле исключения и гербициды. У многих растений существуют собственные «гербициды », или фитотоксины, которыми они подавляют рост своих конкурентов. Отрицательно влияние, оказываемое растениями друг на друга при помощи веществ, выделяемых в окружающую среду, носит название аллелопатии.

Аллелопатия – это взаимодействие растений посредством выделения биологически активных веществ (фитонцидов, колинов, антибиотиков) во внешнюю среду. Иногда аллелопатию определяют только как вредное влияние одних растений на другие, но в более широком понимании аллелопатия – как отрицательное, так и положительное взаимодействие растений друг с другом путём выделения химических веществ. Аллелопатия как и другие взаимоотношения растений, лежит в основе возникновения, развития смены растительных группировок, играет огромную роль в почвообразовательном процессе. Растения с высокой аллелопатической активностью (например, пырей, ясень, мох) легко внедряются в сообщества, подавляя другие виды, но вызывают при этом почвоутомление и не могут быть доминантами. Большинство культивируемых растений относится к аллелопатически слабоактивным. Роль аллелопатии необходимо учитывать при создании смешанных посевов и посадок при обосновании севооборотов (чтобы избежать почвоутомления).

Известно четыре вида биологически активных веществ: антибиотики – вещества, образуемые микроорганизмами, подавляющие деятельность других организмов; фитонциды – летучие вещества, образуемые растениями, которые убивают или подавляют рост и развитие других организмов; маразмины - вещества завядания, действующие на высшие растения;колины – биологически активные вещества (БАВ) растений,тормозящие или стимулирующие развитие. БАВ выделяются корнями и надземными органами растений в процессе вегетации, а также при разложении в почве корневых и пожнивных остатков после уборки урожая. Они бывают летучими и водорастворимыми. Процесс выделения БАВ надземными органами растений может быть активным (фитонциды) и пассивным, связанным с вымывающим действием воды атмосферных осадков или в результате искусственного дождевания. В естественных условиях вычленить биохимическое влияние водорастворимых выделений надземных органов от биохимического влияния корневых выделений надземных органов очень трудно т. к. значительная часть надземных выделений попадает в почву, а затем, через корневую систему растений, и в само растение. Таким образом, их влияние на растение совместно, хотя ведущая роль остаётся за корневыми выделениями. Растения за счёт корневых выделений могут существенно изменить почвенную среду и тем самым влиять на корневую систему совместно произрастающих растений других видов. По большей части примеры аллелопатии наблюдаются в полузасушливых областях, потому что обильные дожди вымывают водорастворимые фитотоксины и облегчают также их микробное размножение. Об аллелопатии свидетельствуют отсутствие поблизости от данного типа растений других, конкурирующих с ним растений. Нередко растение, вырабатывающее фитотоксин, окружено полоской голой земли, и, хотя на этой голой земле воды, света и питательных веществ вполне достаточно, другие виды растений растут лишь на некотором расстоянии от источника фитотоксина. Фитотоксины могут быть летучими или могут распространяться с помощью воды. Например, шалфей – это небольшой полукустарник, которым зарастают луга. Ни в самих зарослях шалфея, ни в примыкающей зоне шириной 1-2 метра другие растения не растут. Даже на расстоянии нескольких метров от шалфея встречаются лишь отдельные экземпляры травянистых растений, рост которых заметно угнетён. Выяснилось, что и в воздухе вокруг кустиков шалфея, и в почве возле этих растений присутствуют два летучих вещества – цинеол и камфара токсичные для травянистых растений, резко подавляющие прорастание их семян. Шалфей выделяет эти вещества в конце весны. Эти вещества поглощаются почвенными частицами и остаются в почве на протяжении долгого времени. Когда с наступлением дождей семена трав начинают прорастать, цинеол и камфара проникают в корни проростков, подавляя рост молодых проростков настолько сильно, что те уже не могут выжить. Корни шалфея образуют вблизи поверхности почвы плотную массу, которая поглощает почти всю имеющуюся воду, что также затрудняет развитие других растений.

Широкий набор веществ включает группа фитотоксинов, распространяемых с помощью воды. Например, калифорнийская чапараль состоит из кустарниковой растительности, занимающей обычно нижнюю часть сухих склонов горных хребтов. Травянистые же растения здесь полностью отсутствуют. Фитотоксины, накапливающиеся в почве чапараля, попадают туда не из подстилки и не с корневыми выделениями, а с каплями дождя, стекающими с листьев. Они накапливаются на листьях в сухую погоду и затем очень быстро смываются с них даже самым слабым дождём, а иногда и во время тумана. Поэтому вблизи растений, вырабатывающих фитотоксины, подавлен и рост травянистых растений, и прорастание их семян. При исследовании в листовых смывах было обнаружено девять фенольных соединений с фитотоксическими свойствами. После вырубания кустарников токсичные вещества надолго сохраняются в почве, поэтому заросли чапараля могут удерживать своё доминирующее, обусловленное аллелопатией положение лишь в том случае, если их листья периодически омываются водой. Другие виды растений вырабатывают более стойкие токсины. Например, некоторые виды дубов вырабатывают юглон – вещество из класса хинонов, очень сильно подавляющее под большими растениями рост конкурирующей с ними растительности.

В прошлом такие природные фитотоксины практически не рассматривались, как гербициды; но со временем их, возможно, возьмут на вооружение, поскольку эти природные гербициды ценны тем, что оно безвредны.

б) Растительные сообщества.

Учение о растительных сообществах имеет дело уже не с отдельными растительными организациями, а с растительным покровом, который также взаимодействует со средой. Растительный покров на какой – либо территории представляет собой не случайный набор растений, а закономерное сочетание.

Виды в растительном сообществе не просто растут по соседству независимыми, изолированными единицами, а сосуществуют, участвуя в общей за источники пищи, площадь, свет, влагу. Поэтому растительный покров обычно представляет, собой полнее закономерное сообщество видов, сложившееся в результате постепенного формирования на основе различных экологических особенности видов и на основе конкуренции между ними за существование. Каждый вид и каждый индивидуум внутри вида, обладая теми или иными приспособлениями, подвергается отбору в растительном покрове, и шансы их на размножение в данном покрове, на вытеснение конкурентов или на совместное существование с ними определяются его экологическими свойствами. Более или менее определившееся растительное сообщество должно состоять из видов с различными экологическими особенностями.

Под растительным сообществом, или фитоценозом, понимается совокупность растений на данном однородном участке территории, находящаяся в состоянии взаимозависимости характеризующаяся как определённым составом и строением, так и определёнными взаимоотношениями со средой. Эта взаимосвязь определяется тем, что виды в фитоценозе в той или иной степени конкурируют из - за средств жизни, причём сильнее всего конкуренция проявляется между растениями одного вида или между видами с одинаковыми потребностями в одних и тех же факторах, в одно и тоже время. У растений, поглощающих питательные вещества из разных слоёв почвы и различно облучаемых солнцем, конкуренция меньше выражена, чем у растений в густых посевах, когда растения соседствуют в более или менее одинаковых условиях. Если растение на 1 мм выше соседних растений, оно лучше освещается и растёт. Лучший рост обеспечивает большую поверхность для фотосинтеза, поэтом корень проникает глубже и т. д. Малейшее преимущество даёт благоприятные последствия.

Типы сообществ слагаются исторически, они, следовательно, эволюционируют, принимая на данном этапе то или иное сложение, отражающее взаимоотношения между членами сообщества и между ними и средой.

Изучение фитоценозов предполагает выявления их видового состава, жизненных форм, входящих в их состав, характера местообитания, географического положения и распространения, хозяйственной годности, а также их динамики. Характер фитоценозов меняется не только посезонно, но и вследствие изменившихся внешних условий. Например, в результате осушения местности или усиленного выпаса скота данное сообщество может исчезнуть и замениться новым.

Взаимное влияние растений дуг на друга в сообществе.

Часто виды уживаются вместе, если их корневые системы занимают различные ярусы в почве; у одних видов корни занимают верхний горизонт, у других стержневые корни проникают на значительную глубину и поэтому не конкурируют с первыми; у третьих видов корневая система в свободных промежутках. Если встречаются в этом горизонте корни многих видов, конкуренция между ними обостряется. В сообществе разные виды располагаются не только подземными, но и наземными ярусами. Одни виды занимают верхний ярус – это световые растения, отличающиеся интенсивным ростом; другие составляют средний ярус; третьи, будучи настоящими теневыми видами , свободно вегетируют в нижнем ярусе, не испытывая угнетения со стороны верхних ярусов. Число ярусов бывает различным. Самый верхний ярус влияет на нижние. Иногда эта зависимость велика и даже имеет решающими последствиями. Например, если вырубить в лесу деревья, составляющие верхний ярус, то открывшийся широкий доступ света может погубить другие виды или сеянцы того же вида в подлеске, а заболевание леса моховым покровом может вызвать гибель видов из самого верхнего яруса.

Фитоценоз чаще состоит из нескольких ярусов. Самый нижний ярус часто образован низшими растениями – грибами, водорослями и др. Фитоценоз представляет совокупность низших и высших растений. Бывает, что растительный покров образован чистыми зарослями одного вида. Такой покров кажется одноярусным. Но при более детальном изучении легко обнаружить ярус низших растений, поэтому одноярусные покровы вряд ли возможны. К предполагаемым чистым покровам можно отнести заросли солероса на мокрых солончаках или тугайные заросли кендыря. Многоярусные фитоценозы можно наблюдать, например, в лиственных лесах лесостепной зоны России: лес, кустарниковый подлесок, несколько ярусов из трав (высокорослые, низшие, стелющиеся), куртинки мхов, шляпные микоризные грибы, бактерии.

В многочисленном растительном сообществе различают виды, господствующие в основном ярусе, занимающие в нем наибольшее пространство и определяющее тип сообщества: такие виды называются эдификаторами; следующий за ними по значению вид носит название субэдификатор; затем идут второстепенные виды.

По своему происхождению сообщества бывают природными (естественными) или антропогенными (т. е. обязанными своей структурой вмешательству человека). К антропогенным следует отнести организацию полезащитных полос, посев полевых и лугопастбищных травосмесей.

Каждый фитоценоз на протяжении года переживает смену аспектов. Ранней весной он характеризуется расцветом одних видов, в то время как другие лишь пробуждаются к жизни; в конце лета, наоборот, первые виды уже не заметны (листья, семена их осыпались), зато другие виды вступили в стадию полного цветения. Соответственно, этому характер сообщества сильно меняется по сезонам. Такие внешне меняющиеся сезонные проявления называются фенологическими аспектами. Следовательно, аспекты – это внешние изменения фитоценоза по сезонам года.

Фитоценозы подвижны, они не имеют застывших форм и качественно меняются в непрерывном ходе развития. В них постоянно появляются новые виды; характер развития, семенная продуктивность видов меняется по годам; колебания климата, почвенные процессы (и многое другое) отражаются на долговечности фитоценозов.

Экономическое значение фитоценоза огромно. На основании детального изучения их устанавливается промышленная и сельскохозяйственная ценность лесных площадей, кормовых угодий, рыбных кормовых угодий, торфяников и др. По фитоценозам можно устанавливать перспективы мелиорации, перспективы освоения земель для заселения или для звероводства, пушного промысла, охоты и т. д.

В естественных фитоценозах видовой состав растений формировался в процессе длительной эволюции и оказался отселекцирован под воздействием различных факторов среды, в том числе и аллелопатических. На каком – то конкретном отрезке времени создаются устойчивые сообщества, где биохимические взаимодействия растений на антогонистической основе происходит медленно и поэтому не всегда заметны. Кроме того, в природном сообществе исключаются или ограничиваются возможности произрастания растений с отрицательными аллелопатическими свойствами. Например, не «любят» друг друга дуб - белая акация; сосна – осина; ель – сирень. Наоборот, хорошо растут вместе растения с положительными аллелопатическими свойствами: сосна – липа; лиственница – рододендрон даурский; ель – рябина. Это объясняется определённым биохимическим влиянием БАВ одного вида на другой: токсических или стимулирующих. В естественных условиях не могут создаваться оптимальные условия для видов растений с резко выраженным антогонизмом биохимического воздействия, поэтому в длительно существующих природных фитоценозах остаются физиологически совместные растения.

Иное дело в агрофитоценозах. Большинство культивируемых растений относится к аллелопатически слабо активным. Тем не менее, агроценозах, где подбор растений производится по ботаническим морфологическим и другим хозяйственно – ценным признакам могут оказаться физиологически несовместимые компоненты, что отрицательно скажется на уровне и его качестве. Поэтому роль аллелопатии нужно учитывать при создании смешанных посевов посадок, при обосновании севооборотов, при выращивании монокультур, чтобы избежать почвоутомления.

Например, малину не рекомендуется выращивать более 8 – 10 лет на одном месте. При более длительном выращивании наблюдается явление, получившее название «утомление почвы». Наряду с другими причинами (обеднение почвы минеральными веществами, особенно микроэлементами, накоплением специфических болезней и вредителей), это вызывается также выделением в почве ядовитых веществ, вырабатываемых корневой системой растений. При совмещении растений, являющимися биологически антогонистами из – за угнетающего влияния БАВ, результат будет отрицательным и наоборот. Несовместимы картофель – томаты, огурцы; репа – томаты; капуста – томаты. В букетах предпочитают одиночество роза, сирень, лилия, ландыш. А вот лук, свекла, морковь; капуста, картофель и лук; огурцы и томаты при совместном посеве оказываются стимулирующими растениями.

Одиноко стоящие деревья липы, клёна, бука усиливают рост травы; а сосны, тополя, ивы действуют на них угнетающе. Небольшая примесь сорных растений может благоприятно влиять на аллелопатический режим почвы, стимулируя развитие почвенной микрофлоры, ускоряя разложение пожнивных остатков. В ряде случаев отмечено положительное влияние колинов сорняков на развитие культурных растений. Например, на развитие пшеницы положительно влияет биостимулятор агростемин, выделенный из семян куколя.

В результате положительного или отрицательного действия БАВ в растениях могут происходить значительные изменения морфологических признаков, анатомического строения, химического состава, что сказывается на урожае и его качестве.

Влияние гороха и фасоли на прорастание картофеля.

В сельском хозяйстве мы почти всегда имеем дело с монокультурой – нам требуется только один какой – нибудь вид, а все остальные мы относим к сорнякам. (Под словом «сорняк» понимают обычно такое растение, которое в данном месте и в данный момент нам не нужно). Но обычно хорошо приспособленные к условиям обитания сорняки растут быстрее, чем возделываемые культурные растения, выведенные в расчёте на высокую хозяйственную продуктивность, а вовсе не по признаку конкурентоспособности. Поэтому культивируемые растения часто нуждаются в помощи человека, для того, чтобы их не одолели конкурирующие с ними растения.

Наблюдать аллелопатические явления в естественных условиях довольно сложно, т. к. здесь на развитие растений влияют различные факторы. При постановке лабораторных опытов можно исключить их действие, создав одинаковые условия для развития растений. Аллелопатию можно продемонстрировать, используя корневые выделения или выделения надземных органов. Корневые выделения обладают более выраженным аллелопатическим воздействием, зато постановка опытов с колинами надземных органов отличается простотой и непродолжительностью. В лабораторных условиях можно выявить роль колинов отдельных растений или их органов на начальных этапах развития растений, т. е. при прорастании семян или росте проростков. Их реакция на воздействие аллелопатического фактора будет отражать отношение целого растительного организма к конкретному фактору. Основной метод исследований – метод биологических проб, отличающийся простотой, производительностью, чистотой контроля.

Водные вытяжки колинов можно приготовить следующим образом: взять 2 – 4 грамма соответствующих растений – доноров, залить 200 мл кипятка, настоять 15 минут, процедить. После того, как подобраны объекты исследования и получены растворы колинов, можно приступать к закладке опытов. Все биопробы закладываются в 3 – 4-х кратной повторности.

Для того, чтобы выяснить, как одни растения влияют на рост других, мы провели несколько опытов.

Опыт1 «Влияние колинов фасоли на прорастание картофеля».

Существует мнение, что картофель, посаженный вместе с фасолью или горохом, даёт повышенный урожай. Так ли это?

14. 04. 06 Мы взяли ростки картофеля и Колины фасоли. В один сосуд поместили ростки с колинами (это «опыт»). В другой сосуд – ростки картофеля без колинов (это «контроль»). В «опыте» 10 ростков, в «контроле» 7 ростков.

Понаблюдаем: 18. 04. 06 в «контроле» на всех отростках появляются корни от 2 до 3 см, на одном ростке около 9 – 11 корешков. А в «опыте» корешки длиной 0,5 – 1см, на одном ростке от 2 до 8 корешков. ( Приложение 1). В течение пяти дней корни на «контроле» продолжают активное развитие. А в «опыте» корни остались на прежнем уровне. ( Приложение 2).

Корневая система у картофеля без колинов мощная, а у картофеля с колинами корневая система слабая. Следовательно, колины фасоли препятствуют развитию корневой системы картофеля.

Опыт 2 «Влияние фасоли на рост и развитие картофеля».

Этот опыт поможет нам ещё раз ответить на вопрос: оказывает ли фасоль благоприятное воздействие на рост картофеля?

14. 04. 06 Посадили в четырёх ёмкостях с землёй картофель с фасолью на одинаковую глубину (это «опыт»). А в другие четыре ёмкости был посажен картофель без фасоли ( это «контроль»).

Наблюдаем: в «опыте» 27. 04. 06 взошла фасоль. А картофель и в «опыте», и в «контроле» ещё не взошёл.

В дальнейшем мы наблюдаем, что в «опыте» фасоль активно развивается и обгоняет в росте картофель.

Далее замечаем, что корневая система картофеля в «контроле» мощная, сильная. А корневая система в «опыте» слабая.

Продолжая опыт на дачном участке я вновь наблюдала: кусты картофеля, растущие рядом с фасолью плохо развивались, фасоль была вдвое выше картофеля! Хотя отдельный куст картофеля отлично развивался и рос. По окончанию опыта видим, что клубни картофеля, росшего совместно с фасолью, были маленькими, в небольшом количестве. Когда как клубни второго куста были крупными. Это вновь доказывает вышесказанную гипотезу.

Значит, мнение, что фасоль повышает урожайность картофеля, ошибочно. Следовательно, выращивать горох и фасоль вместе с картофелем нельзя.

Заключение.

Таким образом, мы выяснили, что некоторые растения могут расти и развиваться без всякого ущерба для себя рядом с другими растениями, выбирая разные способы произрастания: многоярусность, корневая система разной длины, различная требовательность к освещённости, влажности и др.

Некоторые растения лучше произрастают, когда рядом находятся определённые растения другого вида – они оказывают друг на друга взаимное благоприятное воздействие.

Но некоторые растения не выносят соседства других определенных растений, подавляя их рост и развитие, а иногда и совсем уничтожая эти растения.

Так что однозначно ответить на вопрос «Любят ли растения друг друга?» нельзя.

В дальнейшем я буду продолжать работу по изучению влияния растений друг на друга на дачном участке. Буду учитывать совместимость растений и рекомендовать мой опыт друзьям и знакомым.