Влажность как абиотический фактор среды кратко

Обновлено: 04.07.2024

Вода — самое pacпространенное на поверхности Земли химическое соединение и вместе с тем наиболее удивительное. Она — единственное вещество, встречающееся в природе одновременно во всех трех агрегатных состояниях — твердом, жидком и газообразном. Вода — универсальный растворитель.

Вода — очень прочное химическое соединение. Она имеет самое большое из всех жидкостей поверхностное натяжение, что обусловливает ее высокую капиллярность.

Газообразная вода — водяной пар — легче воздуха, благодаря чему возможно образование облаков, перенос воды в атмосфере и выпадение осадков. Большая тепловая буферность геосфер в значительной мере обусловлена такими свойствами воды, как высокая удельная теплоемкость, высокая скрытая теплота плавления и испарения. Свойства

многих веществ, растворенных в воде, а также молекулярных биологических структур, существенно зависят от конфигураций гидратных комплексов связанной воды.

Вода является важнейшим экологическим фактором для живых организмов и их постоянной составной частью, что отражено в таблице.

С экологической точки зрения вода — лимитирующий фактор как в наземныхтак и водных местообитаниях, если ее количество подвержено резким изменениям (приливы, отливы) или происходит ее потеря организмом в сильно соленой воде осмотическим путем.

В наземно-воздушной среде этот абиотический фактор характеризуется количеством осадков, значением влажности, иссушающими свойствами воздуха и доступной площадью водного запаса.

Число атмосферных осадков обусловлено физико-географическими условиями и неравномерно на земном шаре. Но для организмов важнейшим лимитирующим фактором является распределение осадков по сезонам года. В умеренных широтах даже при достаточном количестве годовых осадков их неравномерное распределение может привести к гибели растений от засухи или, наоборот, переувлажнения. В тропической

зоне организмам приходится переживать влажные и сухие сезоны, регулирующие их сезонную активность при постоянной почти круглый год температуре.

Влажность воздушной среды — количество водяных паров, содержащихся в единице объема воздуха при данной температуре. Однако чаще используется понятие относительной влажности, т. е. отношение абсолютной влажности к тому количеству водяных паров, которые смогут насытить данное пространство при данной температуре.

Отсюда способность влажности изменять эффекты температуры: понижение влажности ниже некоторого предела при данной температуре ведет к иссушающему действию воздуха, имеющему наиболее важное экологическое значение для растений.

Подавляющее большинство растений всасывает воду корневой системой из почвы.

Иссушение почвы затрудняет всасывание. Адаптация растений к таким условиям — увеличение всасывающей силы и активной поверхности корней. Величина этой силы у корней умеренной зоны от 2 до 4 ⋅ 106 Па, а у растений сухих областей — до 6 ⋅ 106 Па.

Как только выбрана доступная вода в данном объеме, корни растут далее вглубь и в стороны, и корневая система может достигнуть, например, у злаков длины 13 км на 1000 см3 почвы (без корневых волосков) (рис. 5.9).

Вода расходуется на фотосинтез, всего около 0,5 % всасывается клетками, а 97— 99 % уходит на транспирацию — испарение через листья. При достаточном количестве воды и питательных веществ рост растений пропорционален транспирации, а ее эффективность будет наивысшей. Эффективность транспирации — отношение прироста (чистой продукции) к количеству транспирированной воды. Измеряется в граммах сухого вещества на 1000 г воды. Для большинства растений, даже для большинства засухоустойчивых, она равна двум, т. е. на получение каждого грамма живого вещества тратится 500 г воды. Основная форма адаптации — не снижение транспирации, а прекращение роста в период засухи.

В зависимости oт способов адаптации растений к влажности выделяют несколько экологических групп: гигрофиты — наземные растения, живущие в очень влажных почвах и условиях повышенной влажности (рис, папирус, папоротник, рогоз, осоки, кислица, клюква, болотные растения); мезофиты — переносят незначительную засуху (древесные растения различных климатических зон, травянистые растения дубрав, большинство культурных растений и др.); ксерофиты — растения пустынь, сухих сте-

пей, саванн, сухих субтропиков, песчаных дюн и сухих, сильно нагреваемых склонов, способные накапливать влагу в мясистых листьях и стеблях — суккуленты (алоэ, кактусы и др.), а также склерофиты — обладающие большой всасывающей силой корней и способные снижать транспирацию растения с узкими мелкими листьями (полынь холодная, эдельвейс эдельвейсовидный, ковыли, типчак и др.).

Структурные и физиологические особенности гигрофитов призваны постоянно удалять избыточную влагу. Это осуществляется интенсивной транспирацией, которая мало отличается от физического испарения. Избыточная влага удаляется также путем гуттации — выделения воды через специальные выделительные клетки, расположенные по краю листа. Избыточная влага затрудняет аэрацию, а следовательно, дыхание

и всасывающую деятельность корней, поэтому удаление излишков влаги представляет собой борьбу растений за доступ к воздуху.

Структурные и физиологические особенности ксерофитов нацелены на преодоление постоянного или временного недостатка влаги в почве или воздухе. Решение данной проблемы осуществляется тремя способами: 1) эффективным добыванием (всасыванием) воды; 2) экономным ее расходованием; 3) способностью переносить большие потери воды.

Интенсивное добывание воды из почвы достигается ксерофитами благодаря хорошо развитой корневой системе. По общей массе корневые системы ксерофитов примерно в 10, а иногда в 300—400 раз, превышают надземные части. Длина корней может достигать 10—15 м, а у саксаула черного — 30—40 м, что позволяет растениям использовать влагу глубоких почвенных горизонтов, а в отдельных случаях — и грунтовых вод. Встречаются и поверхностные, хорошо развитые корневые системы, при-

способленные к поглощению скудных атмосферных осадков, орошающих лишь верхние горизонты почвы.

Экономное расходование влаги ксерофитами обеспечивается тем, что листья у них мелкие, узкие, жесткие, с толстой кутикулой, многослойным толстостенным эпидермисом и большим количеством механических тканей, поэтому даже при большой потере воды листья не теряют упругости и тургора. Клетки листа мелкие, плотно упакованные, благодаря чему сильно сокращается внутренняя испаряющая поверхность.

Кроме того, у ксерофитов повышенное осмотическое давление клеточного сока, благодаря чему они могут всасывать воду даже при больших водоотнимающих силах почвы.

К физиологическим адаптациям относится и высокая водоудерживающая способность клеток и тканей, обусловленная большой вязкостью и эластичностью цитоплазмы, значительной долей связанной воды в общем водном запасе и т. д. Это позволяет ксерофитам переносить глубокое обезвоживание тканей (до 75 % всего водного запаса) без потери жизнеспособности. Кроме того, одной из биохимических основ засухо устойчивости растений является сохранение активности ферментов при глубоком обезвоживании.

Мезофиты занимают промежуточное положение между гигрофитами и ксерофитами. Они распространены в умеренно влажных зонах с умеренно теплым режимом и достаточно хорошей обеспеченностью минеральным питанием. К мезофитам относятся растения лугов, травянистого покрова лесов, лиственные деревья и кустарники из областей умеренно влажного климата, а также большинство культурных растений и сорняки. Для мезофитов характерна высокая экологическая пластичность, позволяющая им адаптироваться к меняющимся условиям внешней среды. Специфичные пути регуляции водообмена позволили растениям занять самые различные по экологическим условиям участки суши.

Многообразие способов приспособления лежит, таким образом, в основе распространения растений на Земле, где дефицит влаги является одной из главных проблем экологической адаптации.

12. Адаптации животных к водному режиму.

По отношению к воде среди животных вы-

деляют следующие экологические группы: гигрофилы (влаголюбивые) (мокрицы, ногохвостки, наземные планарии, комары, наземные моллюски и амфибии); ксерофилы (сухолюбивые) (верблюды, пустынные грызуны, пресмыкающиеся), а также промежуточную группу — мезофилы (многие насекомые, птицы, млекопитающие).

Способы регуляции водного баланса у животных разнообразнее, чем у растений. Их можно разделить на поведенческие, морфологические и физиологические.

Поведенческие приспособления включают поиск водоемов, выбор мест обитания, рытье нор и т. д. В норах влажность воздуха приближается к 100 %, что снижает испарение через покровы, экономит влагу в организме.

К морфологическим способам поддержания нормального водного баланса относятся образования, способствующие задержанию воды в теле: раковины наземных моллюсков, отсутствие кожных желез и ороговение покровов пресмыкающихся, хитинизированная кутикула насекомых и др.

Физиологические приспособления регуляции водного обмена можно разделить на три группы: 1) способность ряда видов к образованию метаболической воды и довольствованию влагой, поступающей с пищей (многие насекомые, мелкие пустынные грызуны); 2) способность к экономии влаги в пищеварительном тракте за счет всасывания воды стенками кишечника, а также образования высококонцентрированной мочи

(овцы, тушканчики); 3) в наиболее экстремальных случаях дефицита влаги — прекращение терморегуляторной отдачи влаги (влагоотдачи), как это происходит у верблюдов, не имеющих доступа к воде. В такой ситуации отключается потоотделение и резко сокращается испарение с дыхательных путей.

Подавляющее большинство растений всасывает воду корневой системой из почвы.

способленные к поглощению скудных атмосферных осадков, орошающих лишь верхние горизонты почвы.

12. Адаптации животных к водному режиму.

По отношению к воде среди животных вы-

Субстрат (буквально) — это место прикрепления. Например, для древесных и травянистых форм растений, для почвенных микроорганизмов это почва. В ряде случаев субстрат можно считать синонимом среды обитания (например, почва — это эдафическая среда обитания). Субстрат характеризуется определенным химическим составом, который оказывает влияние на организмы. Если субстрат понимается как среда обитания, то он в этом случае представляет собой комплекс характерных для него биотических и абиотических факторов, к которым приспосабливается тот или иной организм.

Характеристика температуры как абиотического фактора среды

Температура — это экологический фактор, связанный со средней кинетической энергией движения частиц и выражающийся в градусах различных шкал. Наиболее распространенной является шкала в градусах Цельсия (°С), в основу которой положена величина расширения воды (температура кипения воды составляет 100°С). В СИ принята абсолютная шкала температур, для которой температура кипения воды Т кип. воды = 373 К.

Очень часто температура является лимитирующим фактором, определяющим возможность (невозможность) обитания организмов в той или иной среде обитания.

По характеру температуры тел а все организмы разделяют на две группы: пойкилотермные (температура их тела зависит от температуры окружающей среды и является практически такой же, как и температура среды) и гомойотермные (температура их тела не зависит от температуры внешней среды и является более или менее постоянной: если и колеблется, то в небольших пределах — доли градуса).

К пойкилотермным относятся растительные организмы, бактерии, вирусы, грибы, одноклеточные животные, а также животные с относительно низким уровнем организации (рыбы, членистоногие и т. д.).

К гомойотермным относятся птицы и млекопитающие, включая человека. Постоянная температура тела уменьшает зависимость организмов от температуры внешней среды, дает возможность расселения по большему числу экологических ниш как в широтном, так и в вертикальном расселении по планете Земля. Однако и помимо гомойотермности организмы вырабатывают приспособления для преодоления воздействия низких температур.

По характеру перенесения низких температур растения разделяют на теплолюбивые и холодостойкие. К теплолюбивым относят растения юга (бананы, пальмы, южные сорта яблонь, груш, персики, виноград и др.). К холодостойким относят растения средних и северных широт, а также растения, произрастающие высоко в горах (например, мхи, лишайники, сосна, ель, пихта, рожь и т. д.). В средней полосе России выращивают сорта морозостойких фруктовых деревьев, которые специально выводят селекционеры. Первые большие успехи в этой области были достигнуты И. В. Мичуриным и другими народными селекционерами.

Роль температуры как экологического фактора сводится к тому, что она влияет на обмен веществ: при низких температурах скорость биоорганических реакций сильно замедляется, а при высоких — значительно увеличивается, что приводит к нарушению равновесия в протекании биохимических процессов, а это вызывает различные заболевания, а иногда и летальный исход.

Влияние температуры, на растительные организмы

Для перенесения воздействия низких температур растения имеют различные приспособления.

2. Переход растений в стадию (фазу), устойчивую к воздействию низких температур — стадия спор, семян, клубней, луковиц, корневищ, корнеплодов и т. д. Древесные и кустарниковые формы растений сбрасывают листья, стебли покрываются пробкой, обладающей высокими теплоизоляционными свойствами, а в живых клетках накапливаются вещества-антифризы.

Влияние температуры на животные организмы

Температура по-разному влияет на пойкилотермных и гомойотермных животных.

Пойкилотермные животные активны только в период оптимальных для их жизнедеятельности температур. В период низких температур они впадают в спячку (земноводные, пресмыкающиеся, членистоногие и др.). Некоторые насекомые перезимовывают или в виде яиц, или в виде куколок. Нахождение организма в спячке характеризуется состоянием анабиоза, при котором процессы обмена очень сильно заторможены и организм может длительное время обходиться без пищи. В спячку пойкилотермные животные могут впадать и под воздействием высоких температур. Так, животные пустынь в нижних широтах в жаркое время дня находятся в норах, а период их активной жизнедеятельности приходится на раннее утро или поздний вечер (либо они ведут ночной образ жизни).

В спячку животные организмы впадают не только за счет воздействия температуры, но и за счет других факторов. Так, медведь (гомойотермное животное) впадает в спячку зимой из-за недостатка пищи.

Гомойотермные животные в меньшей степени в своей жизнедеятельности зависят от температуры, но температура влияет на них с точки зрения наличия (отсутствия) кормовой базы. Эти животные имеют следующие приспособления к преодолению воздействия низких температур:

1) животные перемещаются из более холодных областей в более теплые (перелеты птиц, миграции млекопитающих);

2) изменяют характер покрова (летний мех или оперение заменяются на более густой зимний; накапливают большой слой жира — дикие свиньи, тюлени и др.);

3) впадают в спячку (например, медведь).

Гомойотермные животные имеют приспособления для снижения воздействия температур (как повышенных, так и пониженных). Так, у человека имеются потовые железы, которые изменяют характер секреции при повышенных температурах (количество секрета увеличивается), изменяется просвет кровеносных сосудов в коже (при низких температурах он уменьшается, а при высоких — увеличивается) и т. д.

Излучения как абиотический фактор

И в жизни растений, и в жизни животных огромную роль играют различные излучения, которые или попадают на планету извне (солнечные лучи), или выделяются из недр Земли. Здесь рассмотрим в основном солнечные излучения.

Солнечные излучения неоднородны и состоят из электромагнитных волн разной длины, а следовательно, обладают и различной энергией. Поверхности Земли достигают лучи как видимого, так и невидимого спектра. К лучам невидимого спектра относятся инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, а лучи видимого спектра имеют семь наиболее различимых лучей (от красного до фиолетового). Энергия квантов излучений увеличивается от инфракрасного до ультрафиолетового (т. е. ультрафиолетовые лучи содержат кванты наиболее коротких волн и наибольшей энергии).

Солнечные лучи имеют несколько экологически важных функций:

1) благодаря солнечным лучам на поверхности Земли реализуется определенный температурный режим, имеющий широтный и вертикальный зональный характер;

2) солнечная энергия — источник энергии для всех организмов, живущих на Земле (исключая небольшую группу организмов-хемосинтетиков). Энергия Солнца является и источником энергии для гетеротрофных организмов (животных, бактерий, грибов и др.), так как эти организмы используют энергию химических связей веществ, синтезированных фотосинтетиками (т. е. растениями);

3) солнечная энергия является регулятором циклов жизни различных организмов.

Рассмотрим роль отдельных излучений в природных экологических процессах.

Инфракрасные излучения несут большой запас тепловой энергии и обеспечивают тепловой режим планеты.

Растения, реализуя автотрофный способ питания, усваивают энергию оранжево-красного спектра (правда, отдельные водоросли — красные и бурые — могут усваивать энергию синего и даже фиолетового спектра). Зеленые лучи полностью отражаются растениями (отсюда и цвет растений).

Растения (в среднем) усваивают 1% солнечной энергии, доходящей до поверхности Земли. Водоросль хлорелла может усваивать 3% этой энергии, что представляет определенный интерес для хозяйственной деятельности человека и ее интенсификации.

Роль солнечного света в жизни растений

Роль света в жизни растений трудно переоценить, так как солнечная энергия является основой для реализации всех процессов жизнедеятельности, начиная от питания и заканчивая отправлением отдельных физиологических функций.

По отношению к свету различают несколько групп растений.

1. Светолюбивые — растения открытых пространств, на которые падает прямой свет. К ним относят растения степей, пустынь, полупустынь (ковыли, полыни, различные виды злаковых, например пшеница и др.), а также растения верхних ярусов лесов (сосна, береза и др.).

2. Теневыносливые — растения, которые могут произрастать в условиях некоторого затенения, например бук, дуб, граб, ель и др.

3. Тенелюбивые — растения, которые не могут существовать в условиях попадания на них прямого света. К ним относятся растения, живущие под пологом леса, например, папоротники, звездчатка, ландыши и др.

Кроме того, что солнечный свет для растений является источником энергии, он регулирует процессы их жизнедеятельности. Это явление называется фотопериодизмом. Итак, фотопериодизм — регуляция биоритма живых существ при помощи света. Различают суточный и сезонный фотопериодизм, а также периодизм процессов, протекающих на Солнце. Наиболее изучены суточный и сезонный фотопериодизм.

У растений днем реализуются процессы световой фазы фотосинтеза и, частично, темновой фазы, а ночью — темновая фаза фотосинтеза. С фотопериодизмом у растений связано явление фототропизм — движение отдельных органов растения к свету, например, движение головки подсолнуха в течение дня по ходу движения Солнца, раскрытие соцветий одуванчика утром и закрытие их вечером, рост комнатных растений в освещенную сторону и т. д. (суточный фотопериодизм).

Роль солнечного света в жизни животных

Солнечная энергия непосредственно животными не усваивается, и, тем не менее, она является источником их жизнедеятельности (почему?). Кроме того, что солнечная энергия — источник жизни животных, она играет огромную роль в их жизни за счет следующих процессов.

2. Солнечный свет позволяет животным легко ориентироваться в окружающей среде; свет эволюционно способствовал развитию органов зрения.

Влажность как абиотический фактор

Влажность — содержание воды в окружающей среде. Она зависит от климата, т.е. от количества осадков и их распределения по временам года, и местонахождения данной среды обитания на планете. В ряде случаев влажность может являться лимитирующим фактором в развитии той или иной общности организмов. Недостаток влаги приводит к резкому снижению продуктивности живого вещества. Часто от влажности на данной территории зависит характер органического мира, проживающего на ней. Так, флору и фауну пустынь и полупустынь определяет большой дефицит влаги, а органический мир болот — избыточное ее количество. С влажностью связана географическая зональность органического мира — тундра, лесотундра, тайга, лесостепь, степь, полупустыни, пустыни (от одной зоны к другой количество влаги закономерно понижается). Эти зоны связаны с одновременным изменением влажностного и температурного фактора (тундра и тайга).

Влияние влажности на экологические особенности растений

Строение и функции растений в значительной степени зависят от наличия влаги в среде обитания. По отношению к влажности растения разделяют на группы:

1. Ксерофиты — растения, которые живут в условиях недостаточной увлажненности. Это растения степей, полупустынь и пустынь. Они могут выдерживать недостаток влаги за счет того, что в их составе содержатся соединения, способные удерживать большое количество связанной воды. Для ксерофитов характерны узкие длинные листья, покрытые толстым слоем кутикулы, восковым налетом и сильной опушенностью. Листья этих растений имеют сероватый тусклый оттенок, листовые пластинки мелкие, а в ряде случаев листья подверглись редукции (их или совсем нет, или они превратились в колючки или чешуйки, а функции листьев выполняет стебель).

Вышеуказанные приспособления в значительной степени уменьшают транспирацию (испарение воды растением). У ксерофитов очень сильно развита корневая система, которая у растения размером несколько десятков сантиметров может достигать 10 м и более. К ксерофитам относят различные виды полыней, ковыль, саксаул и др.

2. Суккуленты — группа растений, близких к ксерофитам, но в отличие от них обладающих сильно утолщенным мясистым стеблем, содержащим большое количество воды. У суккулентов практически нет листьев или эти листья также сильно утолщены. Биологические особенности суккулентов сходны с таковыми для ксерофитов, так как они произрастают в тех же условиях, что и данная группа растений. К суккулентам относят кактусы, молодило, столетник и т. д.

3. Мезофиты — растения, произрастающие в условиях среднего увлажнения, что означает достаточное количество осадков для реализации процессов жизнедеятельности растений, в том числе и для транспирации. У мезофитов поверхность листьев достаточно крупная, растения испаряют довольно много воды, но устьица, как правило, располагаются на нижней поверхности листа, за счет чего в период недостаточного увлажнения транспирация ослабляется, что позволяет успешно пережить неблагоприятное для растений время. К мезофитам относят тополь, березу, айву, грушу, травянистые растения лугов и т. д.

4. Гигрофиты — растения, живущие в условиях повышенной влажности, произрастающие на болотистых почвах и требующие для нормальной жизнедеятельности большого количества воды (осока, камыш, растения влажных джунглей и т. д.).

5. Гидрофиты — водные растения, живущие либо полностью погруженными в воду, либо на ее поверхности находятся листовые пластинки, а остальная часть растения расположена в воде. Примером гидрофитов являются кувшинки, элодея, водоросли.

Экологическая роль воды в жизни животных

Относительно воздействия воды на животных их разделяют на сухопутных, водных и земноводных. Сухопутных животных можно разделить на животных лесов, степей и пустынь, так как эти зоны отличаются увлажненностью.

К сухопутным животным относят многих млекопитающих, различных пресмыкающихся и других животных.

К водным животным относятся рыбы, водные млекопитающие (киты), водные членистоногие, головоногие и другие моллюски и т. д.

К земноводным относят класс земноводных (лягушки, жабы и т.д.), класс млекопитающих (например, тюлени, гиппопотам и др.).

Необходимость в воде сухопутные животные восполняют за счет поглощения воды либо в водоемах (питье), либо с пищей. Наибольший дефицит воды испытывают животные степей, пустынь и полупустынь. Они по-разному приспособлены к перенесению недостатка влаги. Так, лошади способны преодолевать большие расстояния в поисках воды и пищи. Верблюды могут длительное время обходиться без воды, накапливая ее в форме жира в горбах (а курдючные овцы — в особых расширениях хвоста — курдюках); при окислении жиров образуется большое количество воды, которую организм использует для своей жизнедеятельности. При недостатке воды некоторые животные впадают в спячку. Приспособлением к преодолению недостатка воды у животных является переход к ночному образу жизни.

Характеристика воздуха, климата и микроклимата как абиотических факторов

Одним из важных абиотических факторов является воздух.

Воздух — это природная смесь газов, имеющая относительно постоянный состав. В норме он содержит, % по объему: молекулярного азота — 78, молекулярного кислорода — 21, углекислого газа — 0,03, инертных газов — 1, небольшое количество паров воды.

Постоянство состава природного воздуха может нарушаться как за счет природных явлений (например, извержения вулканов, землетрясения, лесные пожары), так и в результате деятельности человека. Воздух необходим для любых аэробных организмов (и для растений, и для животных), так как обеспечивает процесс дыхания (газообмен), а для растений является источником газового минерального питания (без углекислого газа невозможен фотосинтез).

При отсутствии воздействия человека состав воздуха, тем не менее, может различаться в зависимости от высоты над уровнем моря (с высотой содержание кислорода и углекислого газа уменьшается, так как эти газы тяжелее азота). Воздух приморских районов обогащен парами воды, в которых содержатся морские соли в растворенном состоянии. Воздух леса отличается от воздуха полей примесями соединений, выделяемых различными растениями (так, воздух соснового бора содержит большое количество смолистых веществ и эфиров, убивающих болезнетворные микроорганизмы, поэтому этот воздух является целебным для больных туберкулезом).

Важнейшим комплексным абиотическим фактором является климат.

Климат — это совокупный абиотический фактор, включающий в себя определенный состав и уровень солнечной радиации, связанный с ним уровень температурного и влажностного воздействия и определенный режим ветров. Климат зависит также от характера растительности, произрастающей на данной территории, и от рельефа местности.

На Земле наблюдается определенная широтная и вертикальная климатическая зональность. Различают влажный тропический, субтропический, резко континентальный и другие разновидности климата.

Повторите сведения о различных видах климата по учебнику физической географии. Рассмотрите особенности климата той территории, на которой вы живете.

Климат как совокупный фактор формирует тот или иной тип растительности (флоры) и тесно связанный с ним тип фауны. Большое влияние на климат оказывают поселения людей. Климат больших городов отличается от климата пригородных зон.

Сравните температурный режим города, в котором вы живете, и режим температур области, где находится город.

Как правило, температура в черте города (особенно в центре) всегда выше, чем в области.

С климатом тесно связан микроклимат. Причиной возникновения микроклимата являются различия в рельефе на данной территории, наличие водоемов, что приводит к изменению условий на разных территориях данной климатической зоны. Даже на относительно небольшой территории дачного участка на отдельных его частях могут возникать различные условия для произрастания растений из-за разных условий освещения.

Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ

Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation

Абиотические факторы. Влажность

Влажность воздуха — величина, характеризующая содержание водяных паров в атмосфере Земли, одна из наиболее существенных характеристик погоды и климата.

Влажность воздуха в земной атмосфере колеблется в широких пределах. Так, у земной поверхности содержание водяного пара в воздухе составляет в среднем от 0,2% по объёму в высоких широтах до 2,5% в тропиках.

Тропические леса на склонах гор. В год на 1 м 2 выпадает до 6 м 3 воды. Деревья, поросшие мхом, окутаны туманом, вызванным интенсивным испарением.

С высотой влажность быстро убывает. На высоте 1,5—2 км упругость пара вдвое меньше, чем у земной поверхности. На тропосферу приходится 99% водяного пара атмосферы. В среднем над каждым квадратным метром земной поверхности в воздухе содержится около 28,5 кг водяного пара.

Приспособления растений к условиям избыточного увлажнения. Растения, обитающие в избыточно увлажнённых местах с высокой влажностью воздуха и почвы, имеют для этого специальные приспособления и называются гигрофитами .

Ярко выраженные гигрофиты — травянистые растения и эпифиты влажных тропических лесов, не выносящие понижения влажности воздуха. Даже в разгар сезона дождей мелкие эпифитные папоротники на стволах деревьев теряют тургор и засыхают, если на них в течение 2—3 часов падают солнечные лучи.

Черты гигрофитов имеют травянистые растения тёмнохвойных лесов ( кислица, майник двулистный, двулепестник альпийский ).

К гигрофитам можно отнести и виды, растущие на открытых и хорошо освещённых местообитаниях, но в условиях избытка почвенной влаги — близ водоёмов, в дельтах рек, в местах выхода грунтовых вод. В средних широтах примером могут служить прибрежные виды: калужница, дербенник иволистный, а в странах жаркого климата — сыть папирусная, циперус (болотная пальма) . Из культурных растений сюда можно отнести рис , культивируемый на полях, залитых водой.

Калужница болотная растёт в медленно текущей или стоячей воде вдоль речек и ручьёв, в озёрах, на заболоченных участках и по сырым канавам.

Рисовые поля держат затопленными водой. Рис может переносить кислород от листьев до затопленных корней.

Характерные структурные черты гигрофитов — тонкие нежные листовые пластинки с небольшим числом устьиц, не имеющие толстой кутикулы, рыхлое сложение тканей листа с крупными межклетниками, слабое развитие водопроводящей ткани, тонкие слаборазветвлённые корни.

Приспособления растений к условиям засухи. Растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху, оставаясь физиологически активными, называются ксерофитами . Их характерные местообитания — пустыни, степи, саванны, песчаные дюны и сильно прогреваемые склоны.

Особенности морфологии и физиологии ксерофитов позволяют им приспособиться к постоянному или временному недостатку влаги. Для сохранения необходимого количества жидкости в организме растения экономно расходуют воду и обладают рядом приспособлений, позволяющих переносить большие потери жидкости.

Обычно корневая система ксерофитов мощная, хорошо развитая, по массе превышающая надземные части. У некоторых растений встречаются хорошо развитые поверхностные корневые системы, приспособленные к поглощению атмосферных осадков, орошающих верхние горизонты почвы.

Длина корней у саксаула достигает 30 м, что позволяет ему добывать воду глубоких почвенных горизонтов.

Листья ксерофитов мелкие, узкие с толстой кутикулой и большим количеством механических тканей, поэтому даже при большой потере воды они не теряют упругости и тургора.

Клетки листа мелкие, образующие плотную ткань, благодаря чему сильно сокращается внутренняя испаряющая поверхность.

К физиологическим адаптациям относится высокая водоудерживающая способность клеток и тканей, обусловленная большой вязкостью цитоплазмы. Это позволяет ксерофитам переносить глубокое обезвоживание тканей (до 75% всего водного запаса) без потери жизнеспособности.

К группе ксерофитов относятся и суккуленты — растения с сочными мясистыми листьями или стеблями, содержащими сильно развитую водоносную ткань.

Различают листовые и стеблевые суккуленты (надземные части представлены мясистыми стеблями ( кактусы , некоторые молочаи ).

Длительные засушливые периоды преодолеваются ими путём накопления воды в особых водоносных тканях, экономное расходование обеспечивается восковым налётом на листьях и стеблях, немногочисленными, закрытыми днём устьицами. Таким образом, транспирация у суккулентов чрезвычайно мала.

Корневая система суккулентов поверхностная, мало развитая, рассчитана на поглощение воды из верхних слоёв почвы, увлажнённых редко выпадающими дождями. В засуху корни могут отмирать, но после дождей за несколько дней отрастают новые корни.

Растения-эфемеры — однолетние травянистые растения с очень коротким вегетационным периодом.

Такие растения характерны для степей, полупустынь и пустынь. Они интенсивно развиваются, цветут и дают плоды во влажный период, обычно приходящимся на весну. В период летней засухи их надземные вегетативные побеги отмирают, и растения продолжают существовать только в виде луковиц или корневищ, находящихся в почве и защищённых от высыхания.

Приспособления животных, позволяющие переносить недостаток влаги. Наземные животные теряют воду как в процессе метаболизма, так и в процессе испарения с поверхности тела.

Возместить потерю жидкости в организме животное может, получив воду из окружающей среды непосредственно или с пищей, а также в результате обменных процессов. Такая метаболическая вода очень важна, например, в жизни грызунов, населяющих засушливые области — они питаются сухим кормом.

Грызуны, живущие в пустыне, выделяют очень концентрированную мочу и сухой помёт. З емноводные в лагу поглощают и теряют через кожу.

Некоторые животные (улитки, земноводные) могут впитывать влагу кожей.

Количество воды, которое животное может временно потерять без особого вреда для организма, для разных видов колеблется. Млекопитающие переносят потерю до 10% от собственного веса. Исключение составляет верблюд, способный переносить потерю 20—30% жидкости, и домовая мышь, выносящая до 30%.

Из приспособлений, связанных с жизнью в пустынях, можно отметить светлый окрас. Для некоторых млекопитающих характерна разная длина передних и задних конечностей, сильное развитие ушных раковин. Жизнь в пустынных районах приурочена к тёмному времени суток, когда жара спадает и животные выходят из своих нор, служащих им защитой от зноя.

Потеря жидкости холоднокровными животными может быть ещё больше — так ящерицы способны терять до 46% воды, от испарения влаги их защищает роговой покров и отсутствие потовых желёз.

Из насекомых рекордсменами по потере влаги можно считать жужелиц .

Исключительно высокие потери влаги переносят обитатели моховых болот — коловратки и тихоходки . Они способны выдерживать потерю 98—99% веса, переходя в состояние покоя с интенсивностью обмена веществ, близкой к нулю. В таком состоянии они могут находиться годами.

Важным фактором для заселения засушливых мест является защита от испарения. У насекомых засушливых районов испарение через покровы не происходит, они регулируют отдачу воды, закрывая дыхальца.

Улитки засушливых мест отличаются чрезвычайно толстой раковиной и светлой окраской, отражающей солнечные лучи. В сухое время года они закупоривают раковину крышечкой из слизи. Сухолюбивые виды не используют против испарения никаких особых защитных приспособлений. Саранча испаряет воду через кутикулу. Пополняет недостаток влаги, поедая сочный растительный корм.

В наземных условиях влажность чаще других экологических факторов лимитирует рост и развитие организмов. Объясняется это тем, что вода играет большую роль в их жизни. Она является универсальным растворителем, средой для биохимических реакций в клетке. Молекулы воды могут непосредственно участвовать в реакциях как субстрат (гидролиз, фотосинтез). Являясь основным структурным компонентом клеток, вода обусловливает их тургор. У некоторых животных (круглые и кольчатые черви) она служит гидростатическим скелетом. Обладая высоким поверхностным натяжением, вода выполняет транспортную функцию (передвижение веществ) в организме. Благодаря высокой удельной теплоемкости, теплопроводности и теплоте парообразования вода обеспечивает поддержание теплового баланса в организме и предотвращает его перегрев. Она служит средой обитания для водных организмов.

Из курса географии вы уже знаете, как сильно различается увлажненность наземных местообитаний в разных географических зонах. Она зависит от годового количества осадков. Имеет значение распределение их по временам года, запас почвенной влаги и грунтовых вод.

Недостаточная или избыточная увлажненность среды — главная экологическая проблема наземных обитателей. Степень увлажненности среды влияет на внешний облик и внутреннее строение организмов. В связи с этим выделяют различные экологические группы растений и животных.

Экологические группы растений по отношению к влаге и их адаптации

В наземной среде обеспеченность местообитаний водой и ее доступность весьма нестабильны. Выработка адаптаций к дефициту влаги — ведущее направление эволюции растений при освоении суши. По отношению к влаге принято делить все наземные растения на три экологические группы: гигрофиты, ксерофиты, мезофиты. Эти группы различаются между собой специфическими приспособлениями к водному режиму среды.

Гигрофиты (от греч. hygros — влажный, phyton — растение) — растения, живущие на сильно увлажненных почвах и при высокой влажности воздуха. Представителями гигрофитов являются: пушица, рис, тростник, калужница болотная, многие осоки, папирус и др. Они встречаются во всех климатических зонах.

Гигрофиты имеют приспособления для интенсивной транспирации. У них тонкие листовые пластинки с постоянно открытыми устьицами. У некоторых растений есть специфические водяные устьица. Через них вода выделяется в капельно-жидком состоянии.

У гигрофитов слабо развиты механическая ткань, кутикула и эпидермис. В мезофилле листьев имеются крупные межклетники. У некоторых видов в корнях и стеблях возможно наличие аэренхимы (от греч. aer — воздух, enchyma — ткань) — ткани, запасающей воздух (болотные гигрофиты). Слабо развита корневая система (корни тонкие, часто без корневых волосков). Гигрофиты не способны перенести даже небольшой недостаток влаги в почве и быстро увядают.

Ксерофиты (от греч. xerox — сухой, phyton — растение) — растения, приспособившиеся к жизни в засушливых местах (степи, пустыни, полупустыни, саванны, высокогорья). Они способны длительно выдерживать недостаточное увлажнение.

У ксерофитов приспособленность к сухим местообитаниям связана с ограничением затрат воды на транспирацию. У одних представителей она сопровождается активным добыванием воды при ее недостатке в почве. А у других — способностью запасать воду в тканях и органах на время засухи. В зависимости от типа адаптаций выделяют две формы ксерофитов — суккуленты и склерофиты.

Суккуленты (от лат. succulentus — сочный) — многолетние растения, способные запасать воду в своих тканях и органах, а затем экономно ее расходовать. В зависимости от того, в каких органах запасается вода, различают три типа суккулентов: листовые, стеблевые и корневые.

Листовые суккуленты накапливают воду в мясистых листьях. Из курса географии вы знаете, что листовые суккуленты встречаются в засушливых областях Центральной Америки (агава), Африки (алоэ). В наших широтах их можно встретить на сухих песчаных почвах (очиток, молодило). Стеблевые суккуленты имеют сильно развитые водозапасающие ткани в коре и сердцевине стебля. Они широко представлены в американских пустынях (кактусы) и засушливых областях Африки (молочаи). Корневые суккуленты запасают воду в тканях подземных частей растений. Растущее в Мексике невысокое дерево сейба мелколистная имеет на корнях вздутия диаметром до 30 см, в которых накапливается вода.

Суккуленты интенсивно всасывают воду поверхностными корнями и запасают ее в паренхиме вегетативных органов. Почвенная влага из глубоких слоев почвы для них недоступна. Эпидермис у этих растений покрыт мощной кутикулой. Часто имеется восковой налет или густое опушение. Немногочисленные устьица погруженного типа днем чаще всего закрыты. У стеблевых суккулентов листья редуцированы до колючек (кактусы). Функция фотосинтеза перешла к стеблю, который приобрел зеленый цвет.

Склерофиты (от греч. scleros — твердый) — растения со сниженной транспирацией и способностью активно добывать воду при ее недостатке в почве — полынь, саксаул, бодяк, ковыль, чертополох. Они не запасают влагу на период засухи, а добывают ее и экономно расходуют. Обитают склерофиты преимущественно в степях и пустынях, засушливых местообитаниях умеренной зоны.

Склерофиты имеют сухие жесткие листья и стебли, покрытые толстой кутикулой. Из-за сильного развития механических тканей при водном дефиците у них не наблюдается увядания. Они могут переносить глубокое обезвоживание и без заметного ущерба терять 25-75 % водного запаса (гигрофиты вянут при потере 1-2 % воды).

В периоды засух транспирация уменьшается за счет ряда морфологических адаптаций. Во-первых, у склерофитов мелкие, часто в виде игл или колючек, листья. Они имеют восковой налет или опушение и устьица погруженного типа. Во-вторых, клетки склерофитов способны удерживать воду благодаря высокой
вязкости цитоплазмы.

Мезофиты (от греч. mesos — средний) — растения, обитающие в условиях умеренного увлажнения. Они способны переносить кратковременный недостаток влаги. К ним относится большинство лиственных древесных растений. Мезофитами являются луговые и многие лесные травы, злаки, сорняки, почти все культурные растения умеренной зоны. Это наиболее распространенная экологическая группа растений.

По сравнению с гигрофитами и ксерофитами мезофиты имеют адаптивные признаки промежуточного характера. У них умеренно развита корневая система. На корнях имеются корневые волоски, в листьях — небольшое количество устьиц. В зависимости от обеспеченности влагой устьица могут в любое время открываться или за крываться.

В семенах у мезофитов, обитающих в степях и пустынях, содержится ингибитор (замедлитель) прорастания. Он вымывается лишь при количестве осадков, достаточном для вегетации. Такое приспособление предотвращает прорастание семян и гибель проростков в период засухи.

Адаптации животных к различному водному режиму

Сухопутные животные для восполнения потери воды вследствие выделения и испарения нуждаются в периодическом ее потреблении. В зависимости от водного режима у них выработались разные типы адаптаций: физиологические, морфологические и поведенческие.

К физиологическим адаптациям относятся особенности процессов жизнедеятельности, восполняющие дефицит влаги в организме. Например, млекопитающие пьют воду, земноводные поглощают ее кожными покровами. Мелкие животные пустынь (грызуны, пресмыкающиеся, членистоногие) добывают воду, поедая растения с сочными побегами.

Есть животные, которые могут получать воду за счет окисления жиров (окисление 100 г жира дает 105 г воды). Поэтому обильные отложения жира — горб верблюда, курдюк овцы — служат своеобразными резервуарами химически связанной воды.

К морфологическим адаптациям относятся приспособления, задерживающие воду в теле животных. Насекомые и паукообразные имеют многослойную хитинизированную кутикулу. У пресмыкающихся есть роговой покров тела (роговые чешуи и пластинки). У наземных моллюсков — раковины. У птиц тело покрыто перьями, а у млекопитающих — шерстью.

Поведенческие адаптации заключаются в том, что большинство животных активны в поисках воды. Они периодически посещают места водопоя. Порой им приходится мигрировать на сухой период в районы с большей влажностью. Способность совершать далекие миграции к водопою характерна для антилоп, сайгаков, куланов. Некоторые животные в сухой период переходят на ночной образ жизни или впадают в летнюю спячку (суслики, сурки, черепахи).

Вода влияет на скорость обмена веществ, участвует в терморегуляции, выполняет транспортную функцию в организме. По отношению к увлажненности среды обитания выделяют экологические группы наземных растений: гигрофиты, ксерофиты (суккуленты, склерофиты), мезофиты. Животные для регуляции водного баланса выработали физиологические, морфологические и поведенческие адаптации.

Читайте также: