Ни один из факторов так неинтересен для экологов, как свет, отмечал Ю. Одум. Среди жизненно важных экологических факторов солнечный свет занимает особое место. Радиация Солнца породила жизнь на Земле. Биосферу можно рассматривать как продукт преобразования солнечной энергии в энергию живого вещества, т. е. биомассы всех организмов, населяющих нашу планету.
С физической точки зрения солнечная радиация состоит из волн разной длины. Лучистую энергию растения используют избирательно. При фотосинтезе они потребляют лучи с длиной волны от 380 до 740 нм. Область солнечного спектра, используемая растениями для фотосинтеза, получила название фотосинтетически активной радиации (ФАР). Со стороны более коротких волн к ФАР примыкает ультрафиолетовая радиация (УФ), а более длинных — инфракрасная (ИК).
Проходя расстояние от Солнца до поверхности Земли, солнечная радиация сильно изменяется. Одна часть лучей отражается и поглощается облаками и аэрозолями, другая — отбрасывается в виде рассеянного света. На внешней границе атмосферы Земли интенсивность солнечной радиации составляет 1,39 кВт/м2 (солнечная константа). До поверхности Земли доходит лишь около половины (47 %) этой радиации. Происходят потери и фотосинтетически активной радиации. ФАР теряется не только в верхних слоях атмосферы, но и непосредственно в сообществе растений (фитоценозе). Часть радиации от насаждений отражается, часть ими поглощается, и, наконец, остальная часть ФАР доходит до поверхности почвы. Так, в посевах подсолнечника отражается 6 % радиации, поглощается 75, доходит до почвы 19 %. В посевах кукурузы 7 % радиации отражается, 86 — поглощается, 7 % доходит до почвы и теряется (рис. 5 и 6).
Коэффициент полезного действия поглощенной растениями солнечной энергии невелик. На фотосинтез используется лишь небольшая часть радиации, всего около 1,5%. У сельскохозяйственных культур КПД использования лучистой энергии обычно выше, чем у диких предков и сородичей. Так, на фотосинтез кормовая свекла использует 1,90 % поглощенной солнечной энергии, вика — 1,98, клевер — 2,18, картофель — 2,38, рожь — 2,42, пшеница — 1,68, овес — 2,74, лен — 3,61, люпин — 4,79 %. От эффективности использования ФАР зависит урожайность растений. Чем выше эффективность использования света в фотосинтезе, тем выше урожайность сельскохозяйственной культуры.
На поверхности земного шара свет распределен неравномерно. Интенсивность солнечной радиации зависит от географического расположения того или иного региона. Так, на севере из-за низкого солнцестояния освещенность местности относительно слабая, ниже, чем в регионах, расположенных южнее. На юге, в частности на экваторе, лучи Солнца падают на Землю отвесно, поэтому здесь интенсивность солнечной радиации достигает максимальных величин.
Интенсивность освещения земной поверхности зависит от рельефа местности. Особенности природных условий того или иного региона земного шара влияют и на качество радиации, ее спектральный состав. Во многих регионах Северного «полушария создаются благоприятные условия для образования рассеянного света, богатого длинноволновыми лучами. На юге иная картина: здесь свет прямой, и в световом спектре преобладает коротковолновая радиация.
Интенсивность света и его спектральный состав — мощный ботанико-географический экологический фактор. Широтные различия в интенсивности и спектральном составе радиации во многом определили особенности формирования типов растительности, характерных для тундр, тайги, степей и других географических зон земного шара. Световой режим, сложившийся в том или ином регионе, выполняет роль фактора естественного отбора растений. Поэтому в одних местообитаниях преобладают светолюбивые растения (гелиофиты), в других — тенелюбивые, теневыносливые (сциофиты).
Примером крайнего светолюбив может служить акация беловатая, широко распространенная в суданской саванне. Любопытно, что растение сбрасывает листья не в жаркий период года, а в сезон дождей. В дождливый период года, когда небо покрыто тучами, акация беловатая находится в состоянии светового голодания, что приводит к отмиранию листьев (Двора- ковский, 1983). В лесной зоне светолюбивых растений мало. Они встречаются лишь на свободных от леса местах. Здесь, на солнцепеке, растут мать-и-мачеха, лапчатка песчаная, другие растения-светолюбы. Пшеница, рожь, кукуруза, сахарная свекла, картофель, томат и некоторые иные виды культурных растений относятся к светолюбивым. Их посевы (посадки) размещают на открытых местообитаниях, т. е. на полях, в садах и огородах, расположенных обычно на территориях ранее сведенных лесов.
Солнечная радиация — это экологический фактор, оказывающий сильное влияние не только на растительные, но и на животные организмы. Лучи Солнца активизируют обмен веществ в организме животных, повышают их продуктивность и воспроизводительную способность. Под влиянием солнечных лучей изменяются функционально-морфологические свойства глаз, слизистых оболочек, кожи и волосяного покрова. Солнечную радиацию широко используют в животноводстве и ветеринарии.
Под действием солнечного света, особенно ультрафиолетовых лучей, происходит активизация витамина D в организме. Витамин D обладает антирахитическим действием, он служит регулятором минерального обмена в организме и способствует укреплению костей.
Прогулки (моцион) лошадей, крупного рогатого скота, свиней, овец и коз в погожие солнечные дни — один из эффективных методов повышения продуктивности, воспроизводительной способности животных и предохранения их от заболеваний (гелиотерапия и гелиопрофилактика рахита, остеодистрофии и др.) (Никитин).
Солнечная радиация — это не только источник энергии, без которого жизнедеятельность растений и животных невозможна. Свет — это лимитирующий фактор, так как при его недостатке или избытке жизнедеятельность организмов нарушается. ^Резкое ослабление, как и усиление, воздействия солнечной радиации на организмы может стать причиной снижения воспроизводительной способности растений и животных.
В местообитаниях, где освещенность минимальна, недостаточна (например, пещеры, расщелины скал), растения могут испытывать световое голодание. Часто причиной светового голодания у культурных растений является переуплотнение популяций (при загущении посева). В загущенных посевах сельскохозяйственных культур, выращенных на хорошо увлажненных почвах, отмечают недоразвитость механических тканей соломы и полегание хлебов.
При нарушении условий выращивания наблюдается полегание всходов овощных культур в парниках и теплицах. Из-за дефицита света покровные ткани растений становятся тонкими. Устойчивость растительных организмов к воздействию болезнетворных агентов снижается.
Световая недостаточность негативно влияет на рост и развитие крупного рогатого скота, овец, коз, свиней, кур. У животных снижаются упитанность, продуктивность, воспроизводительная способность, нарушается витаминно-минеральный обмен, ухудшается качество животноводческой продукции. Развиваются болезни: у молодых животных рахит, у взрослых — остеодистрофия. При рахите и остеодистрофии поражается костная система; кости размягчаются, искривляются. Иногда они становятся хрупкими и ломкими, что приводит к перелому костей.
Свет высокой интенсивности — это раздражитель, который может оказывать вредное влияние на организм. Прямое действие лучей на протоплазму клеток губительно (Одум). Слишком интенсивная радиация может стать причиной заболевания растений и животных. Прямой солнечный свет разрушает хлорофилл, нарушает обменные процессы, вызывает деструктивные изменения в органах и тканях растительного организма. Патогенное действие избыточного освещения особенно резко проявляется у теневыносливых растений. У сельскохозяйственных животных бывает солнечный удар. 2.4.2.