Плотность растений — это количество отдельных растений, присутствующих на единицу площади земли. Это проще всего интерпретировать в случае моноспецифических насаждений, где все растения принадлежат к одному виду и проросли в одно и то же время. Однако это также может указывать на количество отдельных растений, найденных в данном месте.
Определения и понятия
Плотность растений определяется как количество растений, присутствующих на единицу площади земли. В природе плотность растений может быть особенно высокой, когда семена, присутствующие в семенном банке, прорастают после зимы или в подлеске леса после того, как падение дерева открывает брешь в пологе. Из-за конкуренции за свет, питательные вещества и воду отдельные растения не смогут потреблять все ресурсы, необходимые для оптимального роста. Это указывает на то, что плотность растений зависит не только от доступного для роста пространства, но и от количества доступных ресурсов. Особенно в случае света, более мелкие растения будут потреблять меньше ресурсов, чем более крупные растения, даже меньше, чем можно было бы ожидать на основе различий в их размерах. По мере увеличения плотности растений это повлияет на структуру растения, а также на модели развития растения. Это называется «асимметричной конкуренцией» и приведет к отмиранию некоторых подчиненных растений в процессе, который был назван «самоистончением». Оставшиеся растения работают лучше, поскольку меньше растений теперь будут конкурировать за ресурсы. Ключевым фактором в агрономии и лесном хозяйстве является плотность популяции растений, которая обеспечивает экспериментальный подход для лучшего понимания конкуренции между растениями.
Моностенды
Многие процессы, связанные с плотностью растений, можно изучать в монокультурах одновозрастных особей, которые высеваются или сажаются одновременно. Их можно называть «монодревостоями», и их часто изучают в контексте вопросов сельского хозяйства, садоводства или лесоводства. Однако они также весьма актуальны в экологии. В целом общая надземная биомасса монодревостоя увеличивается с увеличением плотности, вплоть до точки, когда биомасса насыщается. Это то, что было названо «постоянной конечной урожайностью», и относится к общей биомассе растений на единицу площади земли. Производство семян на единицу площади земли не является постоянным, но часто снижается с плотностью после того, как общая биомасса на единицу площади земли достигает своего максимального значения.
Плотность посадки и самоистончение
Эксперименты с травянистыми растениями проводились с чрезвычайно высокой плотностью (до 80 000 растений на квадратный метр). При такой высокой плотности эти растения начнут конкурировать вскоре после прорастания, и в конечном итоге большое количество этих особей (до 95%) погибнет. В сельском хозяйстве фермеры избегают таких очень высоких плотностей, поскольку они не способствуют урожайности семян. Нормальная плотность в современном сельском хозяйстве зависит от конечного размера растения и варьируется от 5-10 растений на квадратный метр для кукурузы до 200-300 растений на квадратный метр для риса или ячменя. В лесном хозяйстве нормальная плотность составляет менее 0,1 растения на квадратный метр.
С плотностью увеличивается не только биомасса на квадратный метр, но и индекс листовой поверхности (LAI, листовая поверхность на площадь земли). Чем выше индекс листовой поверхности, тем выше будет доля перехваченного солнечного света, но прирост перехвата света и фотосинтеза не будет соответствовать увеличению LAI, и это является причиной того, что общая биомасса на единицу площади земли насыщается при высокой плотности растений.
Отдельное растение в моностенде
Биомасса
В отличие от общей биомассы на единицу площади земли, которая увеличивается с плотностью до достижения насыщения, средняя биомасса отдельных растений в монопосеве сильно снижается с плотностью растений, так что при каждом удвоении плотности отдельные растения будут становиться на ~30-40% меньше. Растения в более плотных посадках вкладывают относительно больше своей биомассы в стебли (более высокая доля массы стебля) и меньше в листья и корни.
Помимо веса, растения будут менять свой фенотип многими другими способами и на разных уровнях интеграции:
Листья
Отдельные растения в густых насаждениях имеют меньше листьев, и они часто меньше и уже (см. фото). Листья растений с высокой плотностью тоньше (выше SLA – площадь листа на единицу массы), особенно ниже в растительности, с аналогичной концентрацией азота на единицу массы, но более низким содержанием азота на единицу площади.
Стебли
Средняя высота растений или высота растительности часто остается на удивление схожей, но очень устойчивое различие заключается в том, что стебли растений с высокой плотностью имеют гораздо меньший диаметр. У них также меньше боковых побегов (побегов) в случае злаков или ветвей в случае трав и деревьев.
Корнеплоды
Рост корней в средах с высокой плотностью растений показывает, что на одно растение приходится меньше корней, но длина и общая плотность отдельного корня остаются примерно такими же, что, как ожидается, по-прежнему будет вызывать проблемы для растения в будущем росте.
Физиология
В густых насаждениях наблюдается сильный градиент света сверху вниз. Нижние листья в высокоплотных насаждениях, следовательно, будут иметь более низкую скорость фотосинтеза и более низкую скорость транспирации, чем аналогичные листья растений в разреженных насаждениях. Есть указания на то, что также хорошо освещенные верхние листья могут иметь более низкую фотосинтетическую способность в густорастущих растениях.
Производство семян
Поскольку густорастущие растения меньше, они также произведут меньше семян на особь. Но и семенная продукция как доля от общей биомассы растения (индекс урожая) ниже, как и вес отдельного семени.