Условия обитания растений. Среда обитания и условия существования организмов. Экологические факторы Нетронутая человеком среда обитания многих растений и животных

Растения в местах их роста подвергаются воздействию самых разнообразных компонентов внешней среды. Любые компоненты или свойства окружающей среды, которые оказывают влияние на организмы, называют экологическими факторами.

Классификация экологических факторов. Факторы среды обитания, или экологические факторы, чрезвычайно разнообразны, имеют разную природу и специфику действия. Различают следующие группы экологических факторов:

1. Абиотические факторы - это совокупность прямых или косвенных воздействий неорганической или неживой природы. их, в свою очередь, делятся на:

а) климатические - условия освещенности, водоснабжения, температурный режим и т. п.;

б) едафични - включают тип почвы и совокупность его физических, химических и механических свойств;

в) орографические - рельеф, экспозиция склонов.

2. Биотические факторы - охватывают все формы воздействия живых организмов друг на друга. Это отношения растений между собой, с животными и др.

3. Антропогенные факторы - это все формы деятельности человека. Они обусловливают изменения структуры земной поверхности, круговорота веществ в биосфере, теплового баланса территории, вызывают снижение биоразнообразия и тому подобное. Растения могут подвергаться воздействию как прямых антропогенных следует, так и обусловленных ими последствий общего изменения среды обитания.

Более подробная схема классификации экологических факторов приведена на рис. 1.2.

Экологические факторы классифицируют также по периодичности, направленности действия и в зависимости от степени адаптации к ним организмов. С этих позиций различают следующие факторы:

1. Такие, действующих периодически (смены времени суток, сезонов года, приливно-отливные явления и т. П.).

Рис. 1.2.

2. Такие, что действуют не периодически, но время от времени повторяются. Сюда относят некоторые погодные явления - наводнения, ураганы, землетрясения и тому подобное.

3. Факторы направленного действия. Они обычно изменяются в одном направлении (потепление или похолодание климата, сукцессионного процессы в растительном покрове, заболачивание территорий и т. П.).

4. Факторы неопределенной действия. К ним относятся антропогенные факторы, наиболее опасные для организмов и их сообществ, а также случайные факторы различной природы.

Как любые классификационные схемы в биологии, классификация факторов среды обитания растений не является абсолютной. Фактически факторы взаимодействуют друг с другом, меняют их и сами растения. Поэтому важно понимать, что растение реагирует физиологическими и биохимическими процессами не в отдельный фактор как таковой, а на конкретное сочетание всех факторов.

С учетом особенностей жизнедеятельности растений все экологические факторы, которые влияют на физиологические процессы растений, делятся на две основные группы.

Ресурсы - это экологические факторы, которые непосредственно потребляются, расходуются растениями. К ним, например, относятся запасы биогенных минеральных веществ в почве, углекислый газ воздух, вода и др. Эти экологические факторы иногда называют "делимыми" в том смысле, что растения, которые совместно растут, вынуждены делить их между собой.

Условия - это такие экологические факторы, которые растениями не потребляются, но производят влияние на их жизнедеятельность. К условиям, в частности, относятся температура, кислотность почвы и т.п.

Тема Аутэкология

Аутэкология, изучающая отношения организмов к условиям среды, - наиболее старый раздел общей экологии. По существу как аутэкологию понимал экологию Э. Геккель. Аутэкологом был и Ч. Дарвин - автор теории приспособления организмов к условиям среды путем естественного отбора.

В состав этого раздела экологии входят характеристика факторов среды (факториальная экология) и способов приспособления (адаптации) организмов к различным ее условиям. В XX в. аутэкология пополнилась новыми разделами о функциональной роли организмов в экосистеме и их жизненных стратегиях.

Аутэкология исследует отношения организмов к условиям среды на уровне видов, что необходимо как для изучения популяций (это позволяет вынести «за скобки» те признаки, которые характерны для всех популяций одного вида), так и для изучения экосистем, элементами которых являются виды.

Среда - одно из основных экологических понятий; под ним подразумевается комплекс природных тел и явлений, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях. Широко употребляется термин внешняя среда, определяемая как совокупность сил и явлений природы, ее вещество и пространство, любая деятельность человека, находящиеся вне рассматриваемого объекта или субъекта и необязательно непосредственно контактирующие с ним. Понятие окружающая средаидентично предыдущему, но подразумевает непосредственный контакт с объектами или субъектами.

Различают также, природную среду - (совокупность естественных и измененных деятельностью человека факторов живой и неживой природы, проявляющих эффект воздействия на организмы), среду абиотическую - (все силы и явления природы, происхождение которых прямо не связано с жизнедеятельностью ныне живущих организмов) и среду биотическую - (силы и явления природы, обязанные своим происхождением жизнедеятельности ныне живущих организмов).

Водная среда жизни. Это самая древняя среда, в которой жизнь возникла и долго эволюционировала еще до того мо­мента, как первые организмы появились на суше. По составу водной среды жизни различаются два ее основных варианта: пресноводная и морская среды.

Водой покрыто более 70% поверхности планеты. Тем не менее, за счет сравнительной выравненности условий этой среды («вода всегда мокрая») разнообразие организмов в водной среде намного меньше, чем на суше. Лишь каждый десятый вид царства растений связан с водной средой, разнообразие водных животных несколько выше. Общее соотношение числа видов «суша/вода» - около 1:5.

Плотность воды выше плотности воздуха в 800 раз. И давление на населяющие ее организмы также много выше, чем в наземных условиях: на каждый 10 м глубины оно возрастает на 1 атм. Одно из основных направлений приспособления организ­мов к жизни в водной среде - повышение плавучести за счет увеличения поверхности тела и формирования тканей и органов, содержащих воздух. Организмы могут парить в воде (как представители планктона - водоросли, простейшие, бактерии) или активно перемещаться, как рыбы, формирующие нектон. Значительная часть организмов прикреплена к поверхности дна или перемещается по ней. Как уже отмечалось, важным фактором водной среды является течение.

Основу продукции большинства водных экосистем составляют автотрофы, использующие солнечный свет, пробивающийся через толщу воды. Возможность «пробивания» этой толщи определяется прозрачностью воды. В прозрачной воде океана в зависимости от угла падения солнечного света автотрофная жизнь возможна до глубины 200 м в тропиках и 50 м в высоких широтах (например, в морях Северного Ледовитого океана). В сильно взмученных пресноводных водоемах слой, заселенный автотрофами (его называют фотическим), может составлять всего несколько десятков сантиметров.

Наиболее активно поглощается водой красная часть спектра света, поэтому, как отмечалось, глубоководья морей заселены красными водорослями, способными за счет дополнительных пигментов усваивать зеленый свет. Прозрачность воды определяется несложным прибором - диском Секки, который представляет собой окрашенный в белый цвет круг диаметром 20 см. О степени прозрачности воды судят по глубине, на которой диск становится неразличимым.

Важнейшей характеристикой воды является ее химический состав - содержание солей (в том числе биогенов), газов, ионов водорода (рН). По концентрации биогенов, особенно фосфора и азота, водоемы разделяются на олиготрофные, мезотрофные и эвтрофные. При повышении содержания биогенов, скажем, при загрязнении водоема стоками, происходит процесс эвтрофикации водных экосистем.

Содержание кислорода в воде примерно в 20 раз ниже, чем в атмосфере, и составляет 6-8 мл/л. Оно снижается при повышении температуры, а также в стоячих водоемах в зимнее время, когда вода изолирована от атмосферы слоем льда. Снижение концентрации кислорода может стать причиной гибели многих обитателей водных экосистем, исключая особо устойчивые к дефициту кислорода виды, подобные карасю или линю, которые могут жить даже при снижении содержания кис­лорода до 0,5 мл/л. Содержание углекислого газа в воде, напротив, выше, чем в атмосфере. В морской воде его может содержаться до 40-50 мл/л, что примерно в 150 раз выше, чем в атмосфере. Потребление углекислого газа фитопланктоном при интенсивном фотосинтезе не превышает 0,5 мл/л в сутки.

Концентрация ионов водорода в воде (рН) может меняться в пределах 3,7-7,8. Нейтральными считаются воды с рН от 6,45 до 7,3. Как уже отмечалось, с понижением рН биоразнообразие организмов, населяющих водную среду, быстро убы­вает. Речной рак, многие виды моллюсков гибнут при рН ниже 6, окунь и щука могут выдержать рН до 5, угорь и голец выживают при понижении рН до 5-4,4. В более кислых водах сохраняются лишь некоторые виды зоопланктона и фитопланктона. Кислотные дожди, связанные с выбросами в атмосферу больших количеств оксидов серы и азота промышленными предприятиями, стали причиной подкисления вод озер Европы и США и резкого обеднения их биологического разнообразия.

Наземно-воздушая среда жизни. Воздух отличается значительно более низкой плотностью по сравнению с водой. По этой причине освоение воздушной среды, которое произошло много позже, чем зарождение жизни и ее развитие в вод­ной среде, сопровождалось усилением развития механических тканей, позволившим организмам противостоять действию закона всемирного тяготения и ветра (скелет у позвоночных животных, хитиновые панцири у насекомых, склеренхима у растений). В условиях только воздушной среды ни один организм постоянно жить не может, и потому даже лучшие «летуны» (птицы и насекомые) должны периодически опускаться на землю. Перемещение организмов по воздуху возможно за счет специальных приспособлений - крыльев у птиц, насекомых, некоторых видов млекопитающих и даже рыб, парашутики и крылышки у семян, воздушные мешки у пыльцы хвойных пород и т.д.

Воздух - плохой проводник тепла, и потому именно в воздушной среде на суше возникли эндотермные (теплокровные) животные, которым легче сохранить тепло, чем эктотермным обитателям водной среды. Для теплокровных водных животных, включая гигантов-китов, водная среда вторична, предки этих животных когда-то жили на суше.

Для жизни в воздушной среде потребовались более сложные механизмы размножения, которые исключали бы риск высыхания половых клеток (многоклеточные антеридии и архегонии, а затем семязачатки и завязи у растений, внутреннее оплодотворение у животных, яйца с плотной оболочкой у птиц, пресмыкающихся, земноводных и др.).

В целом возможностей для формирования разнообразных сочетаний факторов в условиях наземно-воздушной среды много больше, чем водной. Именно в этой среде особенно ярко проявляются различия климата разных районов (и на разных высотах над уровнем моря в пределах одного района). Поэтому разнообразие наземных организмов много выше, чем водных.

Почвенная среда жизни. Большая часть суши покрыта тонким слоем (по сравнению с толщей земной коры) почвы, названной В.И. Вернадским биокосным телом. Почва представляет собой сложный многослойный «пирог» из горизонтов с разными свойствами, причем состав и толщина «пирога» в разных зонах различны. Общеизвестны зональный (от подзолов и серых лесных до черноземов, каштановых и бурых почв) и гидрогенный (от влажно-луговых до болотно-торфянистых) ряды почв. В южных районах почвы могут быть, кроме того, засолены на поверхности (солончаковатые почвы и солончаки) или в глубине (солонцы).

Любая почва представляет собой многофазную систему, в состав которой входят:

1) минеральные частицы - от тончайшего ила до песка и гравия;

2) органическое вещество - от тел только что умерших животных и отмерших корней растений до гумуса, в котором это органическое вещество подверглось сложной химической обработке;

3) газовая (воздушная) фаза, характер которой во многом определяется физическими свойствами почвы - ее структурой и соответственно плотностью и порозностью. Газовая фаза почвы всегда обогащена углекислым газом и парами воды и может быть обеднена кислородом, что сближает условия жизни в почве с условиями водной среды;

4) водная фаза. Вода в почве также может содержаться в разных количествах (от избытка до крайнего дефицита) и в разных качествах, быть гравитационной - свободно перемещающейся по капиллярам и наиболее доступной для корней растений и животных организмов, гигроскопической, входящей в состав коллоидных частиц, и газовой, т. е. в форме пара.

Эта многофазность почв делает их среду наиболее насыщенной жизнью. В почвах сконцентрирована основная биомасса животных, бактерий, грибов, в ней расположены корни растений, живущих в наземно-воздушной среде, но извлекающих из почвы воду с элементами питания и поставляющие в «темный мир» почвы органическое вещество, накопленное в процессе фотосинтеза на свету. Почва - это главный «цех по переработке» органического вещества, через нее протекает до 90% углерода, возвращаемого в атмосферу.

Гигантское разнообразие жизни в почве включает не только те организмы, которые живут в ней постоянно - позвоночные (кроты), членистоногие, бактерии, водоросли, дождевые черви и др., но и те организмы, которые связаны с ней лишь в начале своей «биографии» (саранчовые, многие жуки и т. д.).

Адаптация растений к некоторым вариантам экстремальных почвенных условий (засуха, засоление) будет рассмотрена в следующей лекции.

Клещевой энцефалит-заболевание, поражающее центральную нервную систему человека. Оно вызывается вирусом, переносчики и хранители вируса - иксодовые клещи. Излюбленные места обитания клещей - южная часть таежных лесов на всем протяжении европейской и азиатской частей России.

Современная систематика живых организмов строится на основе степени родства организмов. В основу экологических классификаций могут быть положены самые разнообразные критерии: способы питания, передвижения, отношения к температуре, влажности, свободному кислороду и т.п. Разнообразие адаптации к среде создает необходимость множественных классификаций.

Среди приспособлений живых организмов к среде особую роль играют морфологические адаптации. Изменения в наибольшей степени затрагивают органы, находящиеся в непосредственном соприкосновении с внешней средой. В результате наблюдается конвергенция (сближение) морфологических (внешних) признаков у разных видов, в то время как анатомические и другие признаки изменяются в меньшей степени, отражая родство и происхождение видов.

Морфологический (морфофизиологический) тип приспособления животного или растения к определенным условиям обитания и определенному образу жизни называют жизненной формой организма. Существует большое количество классификаций жизненных форм растений и животных, основанных на разных признаках. Первые классификации основывались на внешнем виде растений, определяющем ландшафт местности. Ниже приводится одна из таких классификаций.

- Деревья - многолетние растения с деревенеющими надземными частями, ярко выраженным одним стволом, не ниже 2 м высоты.

- Кустарники - многолетние растения с деревенеющими надземными частями. В отличие от деревьев, не имеют ясно выраженного одного ствола; ветвление начинается от самой земли, поэтому образуется несколько равноценных стволов.

- Кустарнички сходны с кустарниками, но низкорослы, не выше 50 см.

Полукустарники отличаются от кустарничков тем, что у них одревесневают только нижние части побегов, верхние часто отмирают.

- Лианы - растения с лазающими, цепляющимися и вьющимися стеблями.

- Суккуленты - многолетние растения с сочными стеблями и листьями, содержащими запас воды.

- Травяные растения - многолетние и однолетние растения, у которых отмирают на зиму надземные части (многолетники, двулетники) или отмирает все растение (однолетники).

Более поздние классификации основывались на приспособительных признаках растений к условиям существования. Среди специалистов-ботаников популярна классификация К. Раункиера (1905) по положению почек или верхушек побегов в течение неблагоприятного времени года по отношению к поверхности почвы и снегового покрова (рис 1). Этот признак имеет глубокий биологический смысл: защита меристем, предназначенных для продолжения роста, обеспечивает непрерывное существование особи в условиях резко изменяющейся среды. Согласно этой системе растения делятся на пять групп:

Фанерофиты (P) - деревья, кустарники, лианы, эпифитные растения, почки, возобновления которых находятся высоко над поверхностью почвы (не ниже 30 см) и благодаря чешуйкам, смолистым выделениям хорошо защищены от вымерзания и зимнего иссушения;

Хамефиты (Сh ) - невысокие растения - кустарнички и полукустарнички; у них почки возобновления на зимующих побегах расположены на высоте 20-30 см над уровнем почвы, что обеспечивает их зимовку под защитой снежного покрова. К ним относятся брусника (Vaccinium vitisidaea), черника (Vaccinium myrtillus), барвинок (Vinca minor);

Рис. 1 - Жизненные формы растений по Раункиеру:

1 - 3 - фанерофиты, 4,5 - хамефиты, 6,7 - гемикриптофиты, 8 - 11 - криптофиты, 12 - терофит, 13 - семя с зародышем.

Гемикриптофиты (Н) - травянистые многолетники, у которых основная часть надземных органов отмирает, прикрывая почки возобновления, находящиеся на уровне почвы. Это крапива двудомная (Urtica dioica), одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale) и др.

Криптофиты (К) - обширная группа растений, у которых почки возобновления и верхушки видоизмененных побегов находятся под землей или в другом субстрате. Группа подразделяется на три подгруппы:

а) геофиты, у которых зимующие почки расположены на подземных органах (луковицах, корневищах, корнях);

б) гелофиты - растения прибрежных и болотистых местообитаний, зимующие почки которых находятся ниже дна водоема. Сюда относятся: стрелолист (Saggitaria saggitifolia), частуха (Alisma plantagoaquatica), сусак зонтичный (Butonus umbellatus);

в) гидрофиты - водные растения с плавающими или погруженными листьями. Почки возобновления у них зимуют на дне водоема на многолетних корневищах как, например, у кувшинки белой (Nymphaea alba) или в виде специализированных почек - турионов, как это наблюдается у ряски малой (Lemna minor), рдеста пронзеннолистого (Potamogeton perfoliatus).

Терофиты (Тh) - однолетние растения, переживающие сухой или холодный период в виде семян или спор, снабженных морфологическими и физиологическими приспособлениями эффективного противодействия неблагоприятным условиям.

Распределение перечисленных групп растений по климатическим зонам (в процентном соотношении) образует их биологический спектр :

Зона Р Ch H К Th

Тропическая 69(8)* 6 12 5 16

Пустынная 4 8 1 5 82

Средиземноморье 12 6 29 11 42

Умеренная 8 6 52 25 9

Арктическая 1 22 60 15 2

* Цифра в скобках показывает распределение эпифитных растений.

Д.Н. Кашкаров (1945) классифицировал жизненные формы животных по характеру передвижения в разных средах.

I. Плавающие формы.

1 Чисто водные:

а) нектон;

б) планктон;

в) бентос.

2 Полуводные:

а) ныряющие;

б) неныряющие;

в) лишь добывающие из воды пищу.

II. Роющие формы.

1 Абсолютные землерои (всю жизнь проводящие под землей).

2 Относительные землерои (выходящие на поверхность).

III. Наземные формы.

1 Не делающие нор:

а) бегающие;

б) прыгающие;

в) ползающие.

2 Делающие норы:

а) бегающие;

б) прыгающие;

в) ползающие.

3 Животные скал.

IV. Древесные лазающие формы:

а) не сходящие с деревьев;

б) лишь лазающие по деревьям.

V. Воздушные формы:

а) добывающие пищу в воздухе;

б) высматривающие пищу с воздуха.

Биологические ритмы - это периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Они в той или иной форме присущи всем живым организмам и отмечаются на всех уровнях организации: от внутриклеточных процессов до биосферных. Биологические ритмы наследственно закреплены и являются следствием естественного отбора и адаптации организмов. Ритмы бывают внутрисуточные, суточные, сезонные, годичные, многолетние и многовековые.

Примерами биологических ритмов являются: ритмичность в делении клеток, синтезе ДНК и РНК, секреции гормонов, суточное движение листьев и лепестков в сторону Солнца, осенние листопады, сезонное одревеснение зимующих побегов, сезонные миграции птиц и млекопитающих и т.д. Биологические ритмы делят на экзогенные и эндогенные.

Экзогенные (внешние) ритмы возникают как реакция на периодические изменения среды (смену дня и ночи, сезонов, солнечной активности).

Эндогенные (внутренние) ритмыгенерируются самим организмом. Ритмичность имеют процессы синтеза ДНК, РНК и белков, работа ферментов, деление клеток, биение сердца, дыхание и т.д. Внешние воздействия могут сдвигать фазы этих ритмов и менять их амплитуду. Среди эндогенных различают физиологические и экологические ритмы.

Физиологические ритмы (биение сердца, дыхание, работа желез внутренней секреции и др.) поддерживают непрерывную жизнедеятельность организмов.

Экологические ритмы (суточные, годичные, приливные, лунные и др.) возникли как приспособление живых существ к периодическим изменениям среды.

Физиологические ритмы существенно варьируют в зависимости от состояния организма, экологические - более стабильны и соответствуют внешним ритмам.

Экологические ритмы способны подстраиваться к изменениям цикличности внешних условий, но лишь в определенных пределах. Такая подстройка возможна благодаря тому, что в течение каждого периода имеются определенные интервалы времени (время потенциальной готовности), когда организм готов к восприятию сигнала извне, например яркого света или темноты. Если сигнал несколько запаздывает или приходит преждевременно, соответственно сдвигается фаза ритма. В экспериментальных условиях при постоянном освещении и температуре этот же механизм обеспечивает регулярный сдвиг фазы в течение каждого периода. Поэтому период ритма в этих условиях обычно не соответствует природному циклу и постепенно расходится по фазе с местным временем.

Эндогенный компонент ритма дает организму возможность ориентироваться во времени и заранее готовиться к предстоящим изменениям среды. Это так называемые биологические часы организма. Многим живым организмам свойственны циркадные и цирканные ритмы. Циркадные (околосуточные) ритмы - повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений с периодом от 20 до 28 ч. Цирканные (окологодичные) ритмы - повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений с периодом от 10 до 13 месяцев. Циркадные и цирканные ритмы регистрируются в экспериментальных условиях при постоянной температуре, освещенности и т.д.

Ритмический характер имеют физическое и психологическое состояния человека. Нарушение установившихся ритмов жизнедеятельности может снижать работоспособность, оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Изучение биоритмов имеет большое значение при организации труда и отдыха человека, особенно в экстремальных условиях (в полярных условиях, в космосе, при быстром перемещении в др. часовые пояса и т.д.).

Несовпадение во времени между природными и антропогенными явлениями часто приводит к разрушению природных систем. Например, при проведении слишком частых рубок леса.

ВЫВОДЫ

1. Таким образом, среда обитания это непосредственное окружение организма, включающее в себя совокупность абиотических и биотических факторов отдельного организма или биоценоза в целом, влияющих на их рост и развитие, т. е. это часть природы, непосредственно окружающая данные живые организмы, все то, среди чего они живут.

2. В процессе эволюции организмы освоили 4 среды обитания: водную, почвенную, наземно-воздушную, организменную, а также выработали определенные приспособления (адаптации) к каждой среде обитания.

3. Среди приспособлений живых организмов к среде особую роль играют морфологические адаптации. Изменения в наибольшей степени затрагивают органы, находящиеся в непосредственном соприкосновении с внешней средой. Морфологический тип приспособления животного или растения к определенным условиям обитания и определенному образу жизни называют жизненной формой организма.

4. Периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явленийэтобиологические ритмы. Они в той или иной форме присущи всем живым организмам и отмечаются на всех уровнях организации: от внутриклеточных процессов до биосферных. Биологические ритмы наследственно закреплены и являются следствием естественного отбора и адаптации организмов. Ритмы бывают внутри суточные, суточные, сезонные, годичные, многолетние и многовековые.

Жизнь растения, как и всякого другого живого организма, представляет сложную совокупность взаимосвязанных процессов; наиболее существенный из них, как известно, обмен веществ с окружающей средой. Среда является тем источником, откуда растение черпает пищевые материалы, затем перерабатывает их в своем теле, создавая такие же вещества, как те, из которых состоит тело растения,-- совершается усвоение почерпнутых из среды веществ, их ассимиляция. Одновременно с этим процессом в организме совершается разрушение составных частей тела; разложение их на более простые. Этот противоположный процесс называют диссимиляцией. Ассимиляция, диссимиляция, неразрывно связанное с ними поступление веществ из окружающей среды и выделение в среду ненужных, отработанных -- все это и есть обмен веществ. Следовательно, обменные явления тесно связывают организм растения со средой. Связь эта двоякая. Во-первых, растение оказывается зависимым от среды. В среде должны быть все необходимые для жизни растения материалы. Недостача, тем более отсутствие той или иной категории пищевых материалов должны привести к замедлению или даже прекращению жизненных явлений, к смерти. Во-вторых, поглощая из среды питательные вещества и выделяя в среду продукты своей жизнедеятельности (например, в форме опадающих листьев, омертвевших поверхностных слоев коры и т. п.), растение изменяет окружающую его среду. Следовательно, не только растение зависит от среды, но и среда всегда в какой-то мере зависит от растений.

Изменения среды растениями связаны не только с внесением в нее продуктов обмена веществ, но и с той физической работой, которую осуществляет растение. Когда корни растения внедряются в почву, они производят механическую работу разрушения или местного уплотнения субстрата. Работа, производимая растением, не ограничивается механическим воздействием на субстрат. В сущности, все физиологические функции растения представляют определенные формы работы. Это подводит к представлению о связях между растениями и средой и в ином плане: всякая работа связана с затратой энергии. Но энергия, как известно, «не исчезает и не творится вновь». Поэтому если растение расходует энергию, то, очевидно, оно должно откуда-то ее получать.

Источником энергии для растений, содержащих хлорофилл, служит лучистая энергия света, за счет которой растение строит органическое вещество, содержащее как бы законсервированную энергию. У растений, не имеющих хлорофилла, например грибов, источником энергии служит органическая пища, т. е. либо само созданное зеленым растением органическое вещество, либо оно же, но в форме, уже измененной другими организмами.

Энергия, в той или иной форме поступающая в растения, претерпевает в нем сложные изменения, выделяясь в конечном счете в окружающую среду. Можно сказать, что связь между растением и средой не ограничивается обменом и преобразованием веществ -- параллельно этому совершается и энергетический обмен.

Среда жизни растения неоднородна, в составе ее можно отличить много компонентов, тесно связанных друг с другом. Каждый из элементов среды, оказывающий воздействие на организм, называют экологическим фактором. Разнообразие экологических факторов можно объединить в две категории: факторы биотические и факторы абиотические.

Среда обитания (экологическая ниша) - совокупность конкретных абиотических и биотических условий, в которых обитает данная особь , популяция или вид , часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Среда обитания (экологическая ниша), часто перекрывается с термином "ареал" - географическое распространение биологического вида. Например - бурый медведь. Среда обитания (экологическая ниша)- леса. Ареал - везде, где есть такие леса (Европа, Азия, Северная Америка). Из среды организмы получают всё необходимое для жизни и в неё же выделяют продукты обмена веществ . Термин часто считается синонимом окружающей среды . Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть частично или полностью безразличны организму, другие необходимы, а третьи оказывают отрицательное воздействие.

Различают естественную и искусственную (созданную человеком) среду обитания. Естественные среды обитания в основном делятся на наземно-воздушную, почвенную, водную и внутриорганизменную. Отдельные свойства и элементы среды, воздействующие на организмы, называют экологическими факторами . Все экологические факторы можно разделить на три большие группы:

Возможно также выделить следующие компоненты среды обитания: естественные тела среды обитания, гидросреду, воздушное пространство среды, антропогенные тела, поле излучений и тяготения среды.

Энциклопедичный YouTube

• 1 / 3

  Просмотров:

Почва представляет собой рыхлый тонкий поверхностный слой суши, контактирующий с воздушной средой. Важнейшее ее свойство - плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Почва представляет собой не просто твердое тело, а сложную трехфазную систему, в которой твердые частицы окружены воздухом и водой. Она пронизана полостями, заполненными смесью газов и водными растворами, и поэтому в ней складываются чрезвычайно разнообразные условия, благоприятные для жизни множества микро- и макроорганизмов. В почве сглажены температурные колебания по сравнению с приземным слоем воздуха, а наличие грунтовых вод и проникновение осадков создают запасы влаги и обеспечивают промежуточный между водной и наземной средой режим влажности. В почве концентрируются запасы органических и минеральных веществ, поставляемых отмирающей растительностью и трупами животных (рис. 1.3).

Рис. 1.3.

Почва неоднородна по своей структуре и физико-химическим свойствам. Неоднородность условий в почве резче всего проявляется в вертикальном направлении. С глубиной резко меняется ряд важнейших экологических факторов, влияющих на жизнь обитателей почвы. Прежде всего это относится к структуре почвы. В ней выделяют три основных горизонта, различающихся по морфологическим и химическим свойствам (рис. 1.4): 1) верхний перегнойно-аккумулятивный горизонт А, в котором накапливается и преобразуется органическое вещество и из которого промывными водами часть соединений выносится вниз; 2) горизонт вмывания, или иллювиальный В, где оседают и преобразуются вымытые сверху вещества, и 3) материнскую породу, или горизонт С, материал которой преобразуется в почву.

Колебания температуры резки только на поверхности почвы. Здесь они могут быть даже сильнее, чем в приземном слое воздуха. Однако с каждым сантиметром вглубь суточные и сезонные температурные изменения становятся все меньше и на глубине 1-1,5 м практически уже не прослеживаются.

Рис. 1.4.

Все эти особенности приводят к тому, что, несмотря на большую неоднородность экологических условий в почве, она выступает как достаточно стабильная среда, особенно для подвижных организмов. Все это определяет большую насыщенность почвы жизнью.

В почве сосредоточены корневые системы наземных растений. Чтобы растения могли выжить, почва как среда обитания должна удовлетворять их потребность в минеральных элементах питания, в воде и кислороде, при этом важны значения pH (относительная кислотность и соленость (концентрация солей).

1. Минеральные элементы питания и способность почвы их удерживать. Для питания растений необходимы такие минеральные питательные компоненты {биогены), как нитраты {N0 3), фосфаты (Р0 3 4),

калий (К +) и кальций (Са 2+ ). За исключением соединений азота, которые образуются из атмосферного N 2 при круговороте этого элемента, все минеральные биогены изначально входят в химический состав горных пород наряду с «непитательными» элементами, такими как кремний, алюминий и кислород. Однако эти биогены недоступны растениям, пока они закреплены в структуре пород. Чтобы ионы биогенов перешли в менее связанное состояние или в водный раствор, порода должна быть разрушена. Порода, которую называют материнской, разрушается в процессе естественного выветривания. Когда ионы биогенов высвобождаются, они становятся доступными растениям. Будучи исходным источником биогенов, выветривание все же слишком медленный процесс, чтобы обеспечить нормальное развитие растений. В естественных экосистемах основной источник биогенов - разлагающиеся детрит и метаболические отходы животных, т.е. круговорот биогенов.

В агроэкосистемах происходит неизбежное удаление биогенов с собранным урожаем, так как они входят в состав растительного материала. Их запас регулярно пополняют, внося удобрения.

• 2. Вода и водоудерживающая способность. Влага в почве присутствует в различных состояниях:
• 1) связанная (гигроскопическая и пленочная) прочно удерживается поверхностью почвенных частиц;
• 2) капиллярная занимает мелкие поры и может передвигаться по ним в различных направлениях;
• 3) гравитационная заполняет более крупные пустоты и медленно просачивается вниз под влиянием силы тяжести;
• 4) парообразная содержится в почвенном воздухе.

Если слишком много гравитационной влаги, то режим почвы близок к режиму водоемов. В сухой почве остается только связанная вода и условия приближаются к наземным. Однако даже в наиболее сухих почвах воздух влажнее наземного, поэтому обитатели почвы значительно менее подвержены угрозе высыхания, чем на поверхности.

В листьях растений существуют тонкие поры, через которые происходит поглощение углекислого газа (С0 2) и выделение кислорода (0 2) в процессе фотосинтеза. Однако они же пропускают пары воды из влажных клеток, находящихся внутри листа, наружу. Чтобы компенсировать эти потери водяных паров листьями, называемые транспирацией, необходимо по меньшей мере 99% всей поглощаемой растением воды; на фотосинтез расходуется менее 1%. Если воды недостаточно для восполнения потерь на транспирацию, растение вянет.

Очевидно, что если дождевая вода стекает по поверхности грунта, а не впитывается, пользы от нее не будет. Поэтому весьма важна инфильтрация, т.е. впитывание воды с поверхности почвы. Так как корни большинства растений в нее не очень глубоко проникают, вода, которая просачивается глубже, чем на несколько сантиметров (а для мелких растений - на гораздо меньшую глубину), становится недоступной. Следовательно, в период между дождями растения зависят от запаса воды, удерживаемого поверхностным слоем почвы, как губкой. Величина этого запаса называется водоудерживающей способностью почвы. Даже при редких осадках почвы с хорошей водоудерживающей способностью могут запасти достаточно влаги для поддержания жизни растений на протяжении довольно длительного сухого периода.

Наконец, запас воды в почве сокращается не только в результате его использования растениями, но и за счет испарения с поверхности почвы.

Итак, идеальной будет почва с хорошей инфильтрацией и водоудерживающей способностью и покровом, снижающим потери воды от испарения.

3. Кислород и аэрация. Чтобы расти и поглощать биогенные элементы, корням необходима энергия, генерируемая при окислении глюкозы в процессе клеточного дыхания. При этом потребляется кислород и в качестве отхода образуется углекислый газ. Следовательно, обеспечение диффузии (пассивного движения) кислорода из атмосферы в почву и обратное перемещение углекислого газа - еще одна важная черта почвенной среды. Его называют аэрацией. Обычно аэрацию затрудняют два обстоятельства, приводящих к замедлению роста или гибели растений: уплотнение почвы и насыщение ее водой. Уплотнением называют сближение между собой почвенных частиц, при котором воздушное пространство между ними становится слишком ограниченным, чтобы происходила диффузия. Водонасыщение - результат переувлажнения.

Потери воды растением при транспирации должны компенсироваться запасами капиллярной воды в почве. Этот запас зависит не только от обилия и частоты осадков, но и от способности почвы впитывать и удерживать воду, а также от прямого испарения с ее поверхности когда все пространство между частицами почвы заполняется водой. Это можно назвать «затоплением» растений.

Дыхание корней растений - это поглощение ими кислорода из окружающей среды и выделение в нее углекислого газа. В свою очередь, эти газы должны иметь возможность диффундировать между частицами почвы

• 4. Относительная кислотность (pH). Большинству растений и животных требуется близкое к нейтральному значение pH = 7,0; в большинстве естественных сред обитания такие условия соблюдаются.
• 5. Соль и осмотическое давление. Для нормальной жизнедеятельности клетки живого организма должны содержать определенное количество воды, т.е. требуют водного баланса. Однако сами они не способны активно закачивать или выкачивать воду. Их водный баланс регулируется отношением - концентрацией солей с внешней и внутренней сторон от клеточной мембраны. Молекулы воды притягиваются ионами соли. Клеточная мембрана препятствует прохождению ионов, а вода быстро движется сквозь нее в направлении большей их концентрации. Это явление называется осмосом.

Клетки контролируют свой водный баланс, регулируя внутреннюю концентрацию соли, а вода поступает внутрь и наружу под действием осмоса. Если концентрация соли вне клетки слишком высока, вода поглощаться не может. Более того, под действием осмоса она будет оттягиваться из клетки, что приведет к обезвоживанию и гибели растения. Сильно засоленные почвы практически представляют собой безжизненные пустыни.

Обитатели почвы. Неоднородность почвы приводит к тому, что для организмов разных размеров она выступает как разная среда.

Для мелких почвенных животных, которых объединяют под названием микрофауна (простейшие, коловратки, тихоходки, нематоды и др.), почва - это система микроводоемов. По существу, это водные организмы. Они живут в почвенных порах, заполненных гравитационной или капиллярной водой, а часть жизни могут, как и микроорганизмы, находиться в адсорбированном состоянии на поверхности частиц в тонких прослойках пленочной влаги. Многие из этих видов обитают и в обычных водоемах. Однако почвенные формы намного мельче пресноводных, и, кроме того, попадая в неблагоприятные условия среды, они выделяют на поверхности своего тела плотную оболочку - цисту (лат. cista - ящик), защищающую их от высыхания, воздействия вредных веществ и т.д. При этом физиологические процессы замедляются, животные становятся неподвижными, принимают округлую форму, перестают питаться, и организм впадает в состояние скрытой жизни (инцистированное состояние). Если инцистированная особь вновь попадает в благоприятные условия, происходит эксцистирование; животное покидает цисту, превращается в вегетативную форму и возобновляет активную жизнедеятельность.

Для дышащих воздухом несколько более крупных животных почва предстает как система мелких пещер. Таких животных объединяют под названием мезофауна. Размеры представителей мезофауны почв - от десятых долей до 2-3 мм. К этой группе относятся в основном членистоногие: многочисленные группы клещей, первичнобескрылые насекомые (напрмер, двухвостки), мелкие виды крылатых насекомых, многоножки симфилы и др.

Более крупных почвенных животных, с размерами тела от 2 до 20 мм, называют представителями макрофауны. Это личинки насекомых, многоножки, энхитреиды, дождевые черви и др. Для них почва - плотная среда, оказывающая значительное механическое сопротивление при движении.

Мегафауна почв - это крупные землерои, в основном из числа млекопитающих. Ряд видов проводит в почве всю жизнь (слепыши, слепушонки, сумчатые кроты Австралии и др.). Они прокладывают в почве целые системы ходов и нор. Внешний облик и анатомические особенности этих животных отражают их приспособленность к роющему подземному образу жизни. У них недоразвиты глаза, компактное, вальковатое тело с короткой шеей, короткий густой мех, сильные копательные конечности с крепкими когтями.

Кроме постоянных обитателей почвы, среди крупных животных можно выделить большую экологическую группу обитателей нор (суслики, сурки, тушканчики, кролики, барсуки и т. п.). Они кормятся на поверхности, но размножаются, зимуют, отдыхают, спасаются от опасности в почве.

По целому ряду экологических особенностей почва является средой, промежуточной между водной и наземной. С водной средой почву сближают ее температурный режим, пониженное содержание кислорода в почвенном воздухе, насыщенность его водяными парами и наличие воды в других формах, присутствие солей и органических веществ в почвенных растворах, возможность двигаться в трех измерениях.

С воздушной средой почву сближают наличие почвенного воздуха, угроза иссушения в верхних горизонтах, довольно резкие изменения температурного режима поверхностных слоев.

Промежуточные экологические свойства почвы как среды обитания животных позволяют предполагать, что почва играла особую роль в эволюции животного мира. Для многих групп, в частности членистоногих, почва послужила средой, через которую первоначально водные обитатели смогли перейти к наземному образу жизни и завоевать сушу. Этот путь эволюции членистоногих доказан трудами М.С. Гилярова (1912-1985).

В таблице 1.1 приведена сравнительная характеристика абиотических сред и адаптации к ним живых организмов.

Характеристика абиотических сред и адаптации к ним живых организмов

Таблица 1.1

Среда	Характеристика	Адаптация организма к среде
	Самая древняя. Освещенность убывает с глубиной. При погружении на каждые 10 м давление возрастает на одну атмосферу. Дефицит кислорода. Степень солености возрастает от пресных вод к морским и океаническим. Относительно однородная (гомогенная) в пространстве и стабильная во времени	Обтекаемая форма тела, плавучесть, слизистые покровы, развитие воздухоносных полостей, осморегуляции
Почвенная	Создана живыми организмами. Осваивалась одновременно с наземно-воздушной средой. Дефицит или полное отсутствие света. Высокая плотность. Четырехфазная (фазы: твердая, жидкая, газообразная, живые организмы). Неоднородная (гетерогенная) в пространстве. Во времени условия более постоянны, чем в наземно-воздушной среде обитания, но более динамичны, чем в водной и организменной. Самая богатая живыми организмами среда обитания	Форма тела вальковатая (гладкая, округлая, цилиндрической или веретеновидной формы), слизистые покровы или гладкая поверхность, у некоторых имеется копательный аппарат, развитая мускулатура. Для многих групп характерны микроскопические или мелкие размеры как приспособление к жизни в пленочной воде или в воздухоносных порах
Наземновоздушная	Разреженная. Обилие света и кислорода. Гетерогенная в пространстве. Очень динамичная во времени	Выработка опорного скелета, механизмов регуляции гидротермического режима. Освобождение полового процесса от жидкой среды

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Перечислите структурные элементы почвы.
• 2. Какие характерные особенности почвы как среды обитания Вы знаете?
• 3. Какие элементы и соединения относятся к биогенам?
• 4. Проведите сравнительный анализ водной, почвенной и наземно-воздушной сред обитания.