Приир. Учебники и учебные пособия для высших учебных заведений в. А. Медведский Т. В. Медведская сельскохозяйственная экология
 Скачать 1.54 Mb.
|
|
Влажность. Вода – важнейший экологический фактор в жиз- ни наземных организмов. Протекание всех биохимических процессов в 25 клетках и нормальное функционирование организма в целом возможно только при наличии воды. Вода составляет 80% содержимого клетки. Организмы постоянно теряют воду, поэтому необходимо ее постоян- ное пополнение путем питья или потребления влажной пищи. Живот- ные засушливых областей используют метаболическую воду (окисле- ние 100 г жира – 100 г воды); при высокой влажности воздуха возмож- но поглощение воды через покровы тела. Потребность организмов в воде в разные периоды развития не одинаковы. Первостепенное значе- ние во всех проявлениях жизнедеятельности имеет водный обмен меж- ду организмом и окружающей средой. Влажность среды нередко явля- ется фактором, лимитирующим распространение и численность орга- низмов на Земле. Влажность – это параметр, характеризующий содержание во- дяного пара в воздухе. Различают абсолютную и относительную влаж- ности. Абсолютная влажность – это масса водяного пара в 1 куб. мет- ре воздуха. Измеряется абсолютная влажность воздуха в граммах. Она влияет на условия вегетации растений, на испарение. Относительная влажность – это отношение количества имею- щегося в воздухе пара к насыщенному количеству пара при данных условиях температуры и давления. Дефицит насыщения – это разность между максимальной и аб- солютной влажностью при определенной температуре и давлении. Влажность воздуха не одинакова на протяжении суток и в те- чении года. Она влияет на периодичность активной жизни организмов, сезонность жизненных циклов, на продолжительность их развития, плодовитость, смертность. По отношению к влажности все растения делятся на различ- ные экологические группы. Водные растения, полностью или большей своей частью по- груженные в воду – гидатофиты. К ним относятся такие обычные вод- ные растения, как кувшинка белая, кубышка желтая, стрелолист. Наземно-водные растения, погруженные в воду меньшей своей частью – гидрофиты. Среди них можно назвать тростник обыкновен- ный, рогоз узколистый. Растения, жизненный цикл которых проходит в условиях дос- таточного водоснабжения и высокой влажности воздуха - гигрофита- ми. Они плохо переносят даже кратковременное увядание, так как у 26 них плохо развита регуляция устьичной транспирации. К гигрофитам относят росянки, некоторые злаки, подорожники, орхидные, папирус, пальмы болотные. Им присущи большие листья, слабое развитие ку- тикулы и корневой системы. Растения умеренно увлажненных мест - мезофиты. Могут пе- реносить непродолжительную и не очень сильную засуху. К ним отно- сятся лиственные деревья, сельскохозяйственные культуры, луговые травы, вечно зеленые тропические деревья, листопадные деревья са- ванны. У мезофитов хорошо развита корневая система с корневыми волосками, устьица расположены на нижней части листа, что регули- рует интенсивную транспирацию. Растения, обитающие в условиях недостаточного увлажнения – ксерофиты. Это обитатели степей, полустепных пустынь. Они под- разделяются на 2 основных типа: суккуленты и склерофиты. Суккуленты – сочные растения с развитой водозапасающей паренхимой в разных органах. К ним относятся кактусы, листовые алоэ, агавы. Особенно много суккулентов в центральной Америке и Южной Африке. Склерофиты – это сухие на вид растения с узкими и мелкими листьями, с хорошо развитой корневой системой: ковыль, типчак, верблюжья колючка, саксаул, полынь. Влажность воздуха также очень важна для животных, так как от нее зависит величина испарения с поверхности тела. По отношению к водному режиму наземные животные подразделяются на три основ- ные экологические группы: гигрофильные (влаголюбивые), мезофиль- ные (предпочитающие умеренную влажность) и ксерофильные (сухо- любивые). Примером гигрофилов могут служить мокрицы, кровососущие комары, моллюски наземные, амфибии; мезофилов – обитатели с уме- ренной влажностью (птицы, млекопитающие); ксерофилов – грызуны, пресмыкающиеся, верблюды, некоторые насекомые: долгоносики, гу- сеницы платяной моли. Рассмотрение отдельных факторов среды – это не конечная цель экологического исследования, а способ подойти к сложным эко- логическим проблемам, дать сравнительную оценку важности различ- ных факторов, действующих совместно в реальных экосистемах. Температура и влажность являются ведущими климатически- ми факторами и тесно взаимосвязаны между собой. 27 При неизменном количестве воды в воздухе, когда температу- ра падает, относительная влажность увеличивается. Если воздух охла- ждается до температуры ниже точки водонасыщения (100%), происхо- дит конденсация и выпадают осадки. При нагревании его относитель- ная влажность падает. Сочетание температуры и влажности часто иг- рает решающую роль в распределении растительности и животных. Взаимодействие температуры и влажности зависит не только от отно- сительной, но и от абсолютной их величины. Например, температура оказывает более выраженное влияние на организмы в условиях влаж- ности, близкой к критической, т.е. если влажность очень велика или очень мала. Влажность также играет более критическую роль при тем- пературе, близкой к предельным значениям. Отсюда одни и те же виды организмов в различных географических зонах предпочитают разные местообитания. Например, широко распространенные виды на юге произрастают на северных склонах, а на севере встречаются только на южных. Биологические ритмы. Одно из основных свойств живой природы – это цикличность большинства происходящих в ней процессов. Между движением не- бесных тел и живыми организмами на Земле существует связь. Живые организмы не только приспосабливаются к физическим факторам среды, но и обладают различными механизмами, точно оп- ределяющими положение Солнца, реагирующими на ритм приливов, фазы Луны и движение нашей планеты. Для распределения своих функций во времени и «программирования» своих жизненных циклов они используют естественную периодичность этих факторов, чтобы как можно более оптимально использовать благоприятные условия. В процессе исторического развития циклические явления, происходящие в природе, были восприняты, усвоены живой материей и у организмов выработалось свойство периодически изменять свое физиологическое состояние. Равномерное чередование во времени каких-либо состояний организма называется биологическим ритмом. Различают внешние и внутренние ритмы организма. Внешние ритмы имеют географическую природу и связаны с вращением Земли относительно Солнца и Луны относительно Земли. Внутренние, фи- зиологические ритмы возникли исторически. Ни один физиологиче- ский процесс в организме не осуществляется непрерывно и все они 28 подчиняются определенному ритму. Каждая система имеет свой соб- ственный период. Данную ритмику называют эндогенной. Внутренние ритмы организма интегрированы в целостную систему и в конечном итоге выступают в виде общей периодичности поведения организма. Организм как бы отсчитывает время, ритмиче- ски осуществляя свои физиологические функции. Время выступает как один из важнейших экологических факторов, на который должны реа- гировать живые организмы, приспосабливаясь к внешним цикличе- ским изменениям природы. Изменения в жизнедеятельности организмов часто совпадают с внешними циклами, среди которых важное место занимают суточные и сезонные. Суточный режим обусловлен периодическим изменением ос- вещенности из-за вращения Земли вокруг своей оси. В растениях фото- синтез идет только в светлое время суток, открывание и закрытие цветков, поднятие и опускание листьев, интенсивность дыхания при- урочены к определенному времени суток. Некоторые виды животных активны только днем и, наоборот, некоторые избегают попадать на солнечный свет. По типу суточной активности животные делятся на две группы – дневную и ночную. Однако имеются виды животных с приблизи- тельно одинаковой активностью как днем, так и ночью. У них покой и бодрствование чередуются короткими периодами. Такой ритм называ- ется полифазным. Сезонная периодичность относится к числу наиболее общих явлений в живой природе. Смена времен года наиболее заметно проте- кает в зонах умеренного климата и северных широтах. Периодичность в жизни животных и растений является результатом приспособления их к годичному изменению метеорологических условий. Она опреде- ляется в выработке определенного ежегодного ритма в их жизнедея- тельности. Потребность растений умеренных широт в чередовании в те- чение года холодных и теплых периодов получила название сезонного термопериодизма. Нередко решающим фактором сезонной периодичности явля- ется увеличение продолжительности дня. У многих живых организмов имеются специальные физиологические механизмы, реагирующие на продолжительность дня и в соответствии с этим изменяющие их образ 29 действий. Например, сезонные изменения мехового покрова некоторых млекопитающих определяются относительной продолжительностью дня и ночи и мало или совсем не зависят от температуры. Смена времен года связана не только с периодами обилия или недостатка пищи, но и с ритмом размножения. У домашних животных и животных в естественной природной среде умеренного пояса потом- ство обычно появляется весной и подрастает в период, когда больше всего растительной пищи. Однако размножение многих мелких млеко- питающих часто не имеет строгой сезонности. В зависимости от коли- чества кормов размножение может идти в любой сезон года. Фотопериодизм. Надежный сигнал, по которому организмы умеренной зоны упорядочивают свою активность – это длина дня, или фотопериод. В отличие от других сезонных факторов длина дня в дан- ное время года и в данном месте всегда одинакова. Явление фотопе- риода было открыто американскими учеными на растениях табака. Ритмические изменения морфологических, биохимических и физических свойств и функций организма под влиянием чередования и длительности освещения получили название фотопериодизма. По типу фотопериодической реакции выделяют следующие основные группы растений: растения короткого дня, растения длинно- го дня, нейтральные к длине дня растения. Животные, особенно насекомые, также чувствительны к про- должительности дня. С ней связаны, прежде всего, процессы размно- жения и эмбрионального развития, приспособительные реакции (диа- пауза, линька, миграции). У животных и растений суточная периодичность светового режима обуславливает многочисленные приспособления к дневному и ночному образу жизни. Все их физиологические процессы имеют су- точный режим. Эти реакции основаны на правильном чередовании продолжительности дня и ночи. Организмы имеют приспособления к неблагоприятным сезон- ным явлениям. Так, для растений свойственно состояние покоя, харак- теризующееся прекращением роста и замедлением физиолого- биохимических процессов. Отмечают органический, глубокий и выну- жденный покой растений. У животных приспособления к переживанию неблагоприятных сезонных явлений более разнообразны. Своеобразным приспособлени- ем к неблагоприятным сезонным факторам служит спячка. В период 30 зимней или летней спячки у животных значительно снижается уровень обмена веществ и потребление кислорода. Животные впадают в глубо- кое оцепенение. Для членистоногих характерна диапауза – длительная приос- тановка развития. У многих животных широко распространенным при- способлением к неблагоприятным условиям являются миграции. Не- достаток пищи или ухудшение погодных условий побуждают некото- рых насекомых, птиц, млекопитающих к первоначально ненаправлен- ным откочевкам. Регулярные миграции многих перелетных птиц опре- деляются ежегодно или изменениями погоды или фотопериодом. 31 2. ОСНОВНЫЕ СРЕДЫ ЖИЗНИ На нашей планете живые организмы освоили четыре среды жизни. Водная среда была первой, в которой возникла и распростра- нилась жизнь. Далее организмы начали заселять наземно-воздушную среду. Появились наземные растения и животные, которые адаптиро- вались к новым условиям жизни. Функционирование живого вещества на суше привело к образованию почвы. Почву заселили как водные, так и наземные организмы. Четвертой средой жизни стали сами живые организмы. Водная среда. Водная среда жизни, гидросфера, занимает до 71% площади земного шара. Основное количество воды (до 94%) сосредоточено в морях и океанах, 1,2% льда, пресные воды рек, озер, болот не превы- шают 0,45%. В водной среде обитает примерно 150 тысяч видов жи- вотных (7%) и 10 тысяч видов растений (8%). Характерной чертой водной среды является ее подвижность. Обитатели водоемов выработали соответствующие приспособления к подвижности в данной среде (форма тела, органы прикрепления и др.). Поскольку температурный режим водоемов характеризуется большой стабильностью, организмы, обитающие в них, отличаются относитель- ным постоянством температуры тела и обладают узким диапазоном приспособленности к колебаниям температурной среды (стенотермно- стью). Эвритермные виды встречаются главным образом в мелких кон- тинентальных водоемах и на литорали морей высоких и умеренных широт, где значительны суточные и сезонные колебания температуры. Воде свойственна значительная плотность. В этом отношении она в 800 раз превосходит воздушную среду. В среднем в водной тол- ще на каждые 10 м глубины давление возрастает на 1 атмосферу. В связи с этим у растений слабо развивается механическая ткань, поэто- му стебли их эластичны и легко изгибаются. Погруженные гидрофиты обладают хорошей плавучестью, создаваемой специальными приспо- соблениями, такими, как воздушные мешки, вздутия. Плавучесть также повышается с увеличением поверхности тела. Организмы в водной среде распределены по всей ее толще (в океане животные встречаются на глубине до 10 тыс. метров, переносят давление от нескольких до нескольких сот атмосфер). Но вместе с тем 32 следует отметить, что многие обитатели морей и океанов относительно стенобионтны и приспособлены к определенным глубинам (мелковод- ные и глубоководные виды). Толща воды – пелагиаль – заселена пелагическими организма- ми, способными активно плавать или парить в определенном слое во- ды. В соответствии с этим организмы делятся на 2 группы: нектон и планктон, а обитатели дна образуют третью экологическую группу организмов – бентос. Нектон (плавающий) – это совокупность пелагических, актив- но передвигающихся животных, не имеющих непосредственной связи с дном. В основном это крупные животные, способные преодолевать большие расстояния и сильные течения (рыбы, кальмары, ластоногие, киты). В пресных водоемах кроме рыб к ним относятся земноводные и активные насекомые. Планктон – (парящий) – это совокупность пелагических орга- низмов, не обладающих способностью к быстрым активным передви- жениям. Это зоо- и фитопланктон. Планктонные организмы являются важным пищевым компонентом для водных животных (киты). Бентос (глубина) – это совокупность организмов, обитающих на дне или в грунте водоемов. Он подразделяется на зообентос и фи- тобентос. Бентосные организмы различают по образу жизни – подвиж- ные, малоподвижные и неподвижные; по способу питания – фотосин- тезирующие, плотоядные, растительноядные, детритные; по размерам – макро- , мезо- и микроорганизмы. Плотность водной среды обеспечивает возможность живот- ным организмам опираться на нее, что важно для безскелетных форм. Опорность среды служит условием парения в воде. К такому образу жизни приспособлены многие гидробионты. Большое влияние на водные организмы оказывает прозрач- ность воды и ее световой режим. Интенсивность света в воде сильно ослаблена, так как часть падающей радиации отражается от поверхно- сти воды, другая поглощается ее толщей. Поглощение света связано с прозрачностью воды Особенно это сказывается на распространении фотосинтезирующих растений. Так, растения, живущие на поверхно- сти воды, не испытывают недостатка света, а погруженные и особенно глубоководные относятся к «теневой флоре». Им приходится адапти- роваться не только к недостатку света, но и к изменению его состава выработкой дополнительных пигментов. В мелководной зоне, как пра- 33 вило, преобладают зеленые водоросли. В более глубоких зонах встре- чаются бурые водоросли, имеющие кроме хлорофила бурые пигменты фикофеин, фукоксантин и др. Еще глубже обитают красные водоросли, содержащие пигмент фикоэритрин. Прослеживается способность к улавливанию солнечных лучей с разной длиной волны. Данное явление получило название хроматической адаптации. С глубиной заметно меняется окраска, видовой состав и у жи- вотных. В светлых, поверхностных слоях воды обитают ярко и разно- образно окрашенные животные, глубоководные виды обычно лишены пигментов. В больших глубинах океана обитают животные, окрашен- ные в цвета с красным оттенком, что помогает им скрываться от вра- гов. Немаловажную роль в жизни водных организмов играет соле- ность воды. Вода является хорошим растворителем многих минераль- ных соединений, наибольшее значение имеют карбонаты, сульфаты, хлориды. Количество растворенных солей на 1л воды в пресных водо- емах не превышает 0,5 г, в морях и океанах оно достигает 35 г. Для жизни пресноводных животных существенную роль играет кальций. Пресноводные растения и животные обитают в гипотонической среде, т.е. в среде, где концентрация растворенных веществ ниже, чем в жид- костях тела и тканей. Из-за разницы в осмотическом давлении вне и внутри тела в организм постоянно проникает вода, поэтому гидробио- нты пресных вод вынуждены постоянно удалять ее. У них хорошо вы- ражены процессы осморегуляции. Концентрация солей в жидкостях тела и тканях морских орга- низмов изотонична концентрации растворенных солей в окружающей воде. В связи с этим осморегуляторные функции у них развиты слабее, чем у пресноводных. Осморегуляция является одной из причин того, что многие морские растения и животные не сумели заселить пресные водоемы и оказались типичными морскими жителями. Типично мор- ские и типично пресноводные организмы не переносят значительных изменений солености воды. Концентрация водородных ионов также сказывается на рас- пределении водных организмов. Морская вода щелочная и рН ее меньше изменяется, чем в пресной. С увеличением глубины рН уменьшается. |