Следовательно, одно и то же экологическое воздействие может быть получено разными способами. Увядание растений можно приостановить за счет увеличения количества влаги в почве, а также в результате снижения температуры воздуха, уменьшающего испарение. Таким образом, создается эффект частичного взаимозамещения экологических факторов.

Однако, взаимная компенсация действия экологических факторов окружающей среды имеет определенные пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя. Например, отсутствие воды при наличии всех остальных благоприятных факторов приводит к гибели растений, подобная закономерность наблюдается при отсутствии хотя бы одного из основных элементов минерального питания. Крайний дефицит тепла в полярных пустынях нельзя восполнить ни обилием влаги, ни круглосуточной освещенностью (Чернова, Былова, 1988; Маврищев, 2007; Федорук, 2010; Гладков, 2011).

В окружающей среде всегда какой-либо фактор оказывается в минимуме или максимуме, он характеризуется как лимитирующий фактор, который ограничивает размножение. В городе же организмы обычно чувствуют недостаток многих полезных веществ и переизбыток токсикантов, поступающих из-за выбросов автотранспорта, промышленных производств и т. д. Таким образом, в мегаполисах наблюдается комплексное воздействие неблагоприятных экологических факторов, например тяжелых металлов, засоления и т. д.

Закон взаимодействия экологических факторов для антропогенных факторов можно сформулировать следующим образом: при взаимодействии антропогенных химических факторов наблюдается либо усиление токсического действия в результате простого суммирования или улучшения поглощения токсикантов, либо ослабление за счет подавления поглощения одного или ряда вредных веществ другим, или перевода токсиканта в физиологически инертные формы. При очень высоких концентрациях вредных веществ, при комплексном взаимодействии часто происходит усиление токсичного воздействия на растения. К большому сожалению, понятие предельно допустимая концентрация (ПДК) часто не учитывает комплексное воздействие неблагоприятных факторов, поэтому необходимо разработать экологические нормативы, например для почвенных условий, различных групп организмов которые учитывали комплексное воздействие хотя бы нескольких факторов. В идеале, например, для почв, необходимо провести анализ токсикантов, содержащихся в почвах определенного города, поселка и, с учетом наличия основных токсикантов, ввести понятие ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) комплексного воздействия, отдельно для каждых групп живых организмов (травянистых цветковых растений, хвойных и др). ОДК комплексного воздействия в почвенных условиях в случае ослаблении токсического действия должна соответствовать ОДК или ПДК наиболее токсического вещества, в случае усиления токсического действия ОДК комплексного воздействия – это максимальная концентрация загрязняющих химических веществ в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени не вызывает негативных последствий для живых организмов и их потомков.

Результаты наших опытов для ряда травянистых растений показали усиление токсического действия кадмия при добавлении свинца и ослабление при добавлении цинка, усиление действия меди при добавлении цинка.

1.12. Экологическая роль растений

Растения в биосфере играют ведущую роль. Только содержащие хлорофилл зеленые растения способны аккумулировать энергию Солнца, создавая органические вещества из неорганических, при этом растения извлекают из атмосферы диоксид углерода и выделяют кислород, поддерживая ее постоянный состав. Следовательно, растения являются биологическим источником кислорода на Земле и оказывают значительное влияние на климат. Растения, во многих случаях – это первое звено в пищевой цепи, фитоценозы определяют фауну любого биоценоза суши. Культурные растения фактически являются основой современного сельского хозяйства, человек широко использует дикорастущие и культивируемые растения для изготовления лекарственных препаратов, в пищевых и декоративных целях. Растения растут в различных экосистемах, имеющих разную температуру, влажность, освещение и т. д., они образуют различные сообщества (фитоценозы) на суше, обусловливая разнообразие ландшафтов и экологических условий для других организмов. Растения участвуют в формировании почвы и торфа, а скопления ископаемых растений образовали месторождения бурого и каменного угля.

1.13. Биоиндикация

Растения, использующиеся в качестве показателей определенных экологических условий, называют индикаторами. В качестве индикаторов используют отдельные виды растений и растительные сообщества. Биоиндикационные исследования помогают проследить распределение многих вредных веществ, оценить общее состояние окружающей среды. На растения воздействуют присутствующие в воздухе и почве загрязняющие вещества, у чувствительных растений возникает повреждение листьев и т. д. Например, очень сильно реагируют на сернистый газ лишайники. При концентрации выше 0,3 мг/м3, первыми исчезают кустистые формы, далее листоватые, а последними накипные. В больших городах лишайники встречаются крайне редко.

Характерное действие загрязняющих веществ на городские газоны «краевой эффект», состоящий в образовании не покрытых растительностью участков вдоль дорог. Высокие концентрации тяжелых металлов отрицательно влияют на растения, замедляя их рост и развитие, вызывают образование некрозов, снижают фотосинтезирующую активность. У овсяницы, при концентрации свыше 75 мг/кг меди, замедляется рост и развитие. Засоление отрицательно действует на прорастание семян и рост растений в стартовый период (Гладков, 2003; Гладков и др. ,2014).

1.14. Экологическая сукцессия

Экологическая сукцессия процесс замещения во времени состава, структуры и формации экосистем под влиянием внешних и внутренних факторов.

Сукцессия (от лат. successio– преемственность, наследование) – это процесс саморазвития сообществ. В основе сукцессии лежит неполнота биологического круговорота в данной.

Существующие популяций в экосистемах меняют свое окружение в неблагоприятную сторону и в результате оказываются вытесненными популяциями других видов, для которых вызванные преобразования среды оказываются экологически выгодными. В экосистемах происходит смена господствующих видов. Длительное существование возможно лишь в том случае, когда изменения среды, вызванные деятельностью одних организмов, компенсируются деятельностью других, с противоположными экологическими требованиями.

В основном процессы сукцессии изменяются годами и десятилетиями, однако, иногда смены сообществ идут с громадными скоростями (в небольших водоемах). Последовательный ряд постепенно и закономерно сменяющих друг друга в сукцессии сообществ называется сукцессионной серией.

Пример сукцессии занятие организмами недавно образовавшегося вулканического острова.

Водоросли, лишайники попадают на остров и образуют сообщества (деревья не могут расти на голой скальной почве острова). Формирование слоя почвы дает возможность поселения мхов и папоротников. За этими растениями следуют цветковые растения (деревья, кустарники, травы).

Начальный этап сукцессий (по В.Н. Сукачеву) процесс первоначального формирования растительного покрова, связанный с миграцией растений на данную территорию, их отбором в процессе приспособления к ее условиям и конкуренция между ними за ресурсы среды.

Интересен процесс изменения растительности на песчаных дюнах. Сначала появляются многолетние растения, способные переносить засушливые условия. Они укрепляют поверхность дюны и вносят в песок органические вещества. Появившиеся однолетники способствуют обогащению субстрата органическим материалом, способствующих появлению новых вилов травянистых растений. Затем появляются проростков сосны, которые закрепляются здесь и спустя много поколений образуют сосновые леса на песчаных дюнах.