В биосфере можно выделить четыре основные среды обитания, освоенные и заселенные живыми организмами:

• водная;

• наземно-воздушная;

• почвенная;

• среда, образуемая самими живыми организмами.

Водная среда (гидросфера) характеризуется жидким агрегатным состоянием и в зависимости от глубины может быть как аэробной (поверхностные слои различных водоемов), так и анаэробной (на больших глубинах океана, в водоемах с высокой температурой). Эта среда более плотная, чем воздушная, более благоприятная с позиции добычи организмом воды и ее сохранением в нем, а также более богата пищевыми ресурсами. В водной среде в далеком геологическом прошлом зародилась жизнь. Формы организмов, живущих в воде, многообразны; среди них существуют такие, которые дышат кислородом, как растворенным в воде, так и содержащимся в атмосфере, а также анаэробные организмы. В данной среде живут различные простейшие, водоросли, рыбы, членистоногие, моллюски, иглокожие и представители других типов и классов животного и растительного мира.

Наземно-воздушная среда в ходе эволюции освоена позже водной, она более сложна и требует более высокого уровня организации живого. Здесь существенную роль играют показатели воздушной среды (атмосферы): температура и состав воздуха, содержание кислорода, влажность, а также показатели, характеризующие погоду, интенсивность света, плодородие почвы, что особенно важно для растений. Это — аэробная среда, в которой осуществляется интенсивный обмен газов и воды, необходимой для жизнедеятельности живых существ. Поэтому живущие в данной среде организмы приспособлены к добыванию и сохранению влаги, а животные обладают способностью к достаточно быстрому и активному перемещению. В этой среде живут птицы, многие виды членистоногих, млекопитающие, различные виды покрытосеменных и т. п.

Почва как среда обитания множества микро- и макроорганизмов, а также корней растений имеет свои экологические особенности. В почве первостепенное значение имеют такие факторы, как структура, химический состав и влажность, а вот свет или резкие колебания температуры практически не играют роли. Здесь можно встретить разнообразных представителей типа простейших, различные водоросли, грибы, многообразные виды различных червей, моллюсков, различных представителей высших животных. Почва является субстратом различных видов высших растений, для которых характерна наземная среда.

Живой организм представляет собой специфическую среду обитания для паразитов и симбионтов. Главную роль здесь играет обилие пищи, относительная стабильность условий, защищенность от неблагоприятных внешних факторов, но в то же время и активное сопротивление организма-хозяина.

Каждая из этих сред имеет свои специфические условия жизни, которые характеризуются различными факторами.

Условия и факторы окружающей среды — взаимосвязанные понятия, которые характеризуют среду обитания организмов.

Условия среды обычно определяются как экологические факторы, оказывающие влияние (положительное или отрицательное) на существование и географическое распространение живых существ.

Экологические факторы очень многообразны как по своей природе, так и по воздействию на живые организмы. Условно все факторы среды подразделяют на следующие основные группы:

• абиотические;

• биотические;

• антропогенные;

• лимитирующие.

Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неживой (неорганической) среды, влияющих на условия и распространение жизни.

Прежде всего, к абиотическим факторам относятся физические факторы. Это поступающая от солнца лучистая энергия (порядка 0, 14 Дж/см² в секунду); освещенность земной поверхности; влажность атмосферного воздуха; атмосферные осадки;

газовый состав воздуха (азота около 78 %, кислорода около 21 %, инертных газов около 0, 93 %, углекислого газа около 0, 03 % и др. ); температура поверхности; давление атмосферного воздуха, ионизирующее излучение и др.

Почвенные абиотические факторы — химический и физический состав почвы, плотность, влажность, насыщенность кислородом и др.

Абиотические факторы водной среды — химический состав, прозрачность, температура, содержание кислорода и др.

Биотическими факторами называют совокупность факторов живой природы, когда жизнедеятельность одних организмов влияет на условия жизни других. Такие факторы можно классифицировать как:

• гомотипические — внутривидовые (взаимодействие особей одного вид), организмы образуют сообщества, где им приходится бороться за пищевые ресурсы, за обладание определенными пастбищами или территорией охоты, т. е. вступать в конкурентную борьбу;

• гетеротипические — межвидовые (взаимодействие особей разного вида), к ним можно отнести нейтрализм, хищничество, паразитизм и др.

Нейтрализм — это такая форма биотических взаимоотношений, когда сожительство двух видов на одной территории не влечет за собой ни положительных, ни отрицательных последствий для них. В этом случае виды не связаны непосредственно друг с другом и даже не контактируют между собой.

Симбиотические отношения — один из партнеров (или оба) извлекает пользу от другого: кооперация, комменсализм, мутуализм.

Кооперация представляет собой длительное, неразделимое взаимовыгодное сожительство двух и более видов. Самый простой тип симбиотических связей — протокооперация. При этой форме совместное существование выгодно для обоих видов, но не обязательно для них, т. е. не является непременным условием выживания популяций. Примером таких отношений можно назвать опыление пчелами разных луговых растений.

Комменсализм — это такое взаимодействие между организмами, когда жизнедеятельность одного доставляет пищу или убежище другому.

Мутуализм — взаимно полезное сожительство, когда присутствие партнера становится обязательным условием существования каждого из них.

Антибиотические отношения — такая форма взаимоотношений, при которой оба партнера (или один из них) испытывают отрицательное влияние: аменсализм, конкуренция, хищничество, паразитизм.

Аменсализм — это биотические взаимоотношения, при которых происходят торможения роста одного вида (аменсала) продуктами выделения другого. Эти отношения относятся к прямой конкуренции и называют антибиозом.

Конкуренция — отрицательное воздействие организмов друг на друга в борьбе за пищу, местообитание и другие необходимые жизненные условия. Конкуренцию подразделяют на внутривидовую и межвидовую. Как внутривидовая, так и межвидовая конкуренция может иметь большое значение в формировании разнообразия видов и численности организмов.

Внутривидовая конкуренция — это борьба за одни и те же ресурсы, происходящая между особями одного и того же вида. Это важный фактор саморегуляции популяций.

Межвидовая конкуренция чрезвычайно широко распространена в природе и касается практически всех, поскольку редко какой вид не испытывает хоть небольшого давления со стороны других. Формы проявления межвидовой конкуренции могут быть различными: от жесткой борьбы до почти мирного сосуществования. Но, как правило, из двух видов с одинаковыми экологическими потребностями один обязательно вытесняет другой. Межвидовая конкуренция может иметь два итога: либо вытеснение одного из двух видов из сообщества, либо расхождение обоих видов по экологическим нишам.

Хищничество — отношения между хищником и жертвой, заключается в поедании одного организма другим.

Паразитизм — взаимодействие между организмами, при котором один из них живет за счет другого, находясь на поверхности или внутри его тела.

Антропогенные факторы — это факторы, вызванные воздействием на окружающую среду хозяйственной деятельности человека. В результате жизнедеятельности человека образуются побочные продукты, которые можно классифицировать следующим образом: это отходы человека как биологического вида, которые не представляют для природы проблем, так как мало чем отличаются от воздействия других биологических видов, и отходы человека как социального творческого существа. Последние отходы деятельности человека имеют как естественное, так и искусственное (синтетическое) происхождение. Человек, вооруженный достижениями научно-технического прогресса, вовлекает в производство необходимой продукции колоссальное количество ресурсов, создавая при этом огромное количество отходов и изменяя условия обитания и факторы биосферы.

Интенсивность действия факторов среды.
е имеющиеся в природе экологические факторы воздействуют на жизнь организмов по-разному и имеют различную степень важности для отдельных видов. В то же время набор факторов и их значимость для организмов зависят от среды обитания. В свою очередь, организмы сами могут оказывать влияние на условия своего существования. Например, наличие растительного покрова смягчает суточные колебания температуры вблизи поверхности Земли, колебания влажности и ветра, а также влияет на структуру и химический состав почв.

Некоторые свойства среды остаются относительно постоянными на протяжении длительных периодов времени. Таковы сила тяготения, интенсивность солнечного излучения, солевой состав океана, газовый состав и свойства атмосферы. Большинство же экологических факторов (температура, влажность, ветер, количество и равномерность выпадения осадков, укрытия, хищники, паразиты, конкуренты и пр. ) очень изменчиво как в пространстве, так и во времени. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно колеблется на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в пещерах. Паразиты живут в условиях избытка пищи, тогда как свободноживущие хищники часто испытывают голод.

Популяции организмов, обитающих в какой-то определенной среде, приспосабливаются к изменчивости факторов путем естественного отбора. У них вырабатываются те или иные морфологические и физиологические особенности, позволяющие существовать именно в этих и ни в каких других условиях. Для каждого влияющего на организм фактора существует благоприятная сила воздействия, называемая зоной оптимума экологического фактора или просто его оптимумом. Отклонение от оптимальной интенсивности действия фактора (уменьшение или увеличение) на организмы определенного вида действует угнетающе на их жизнедеятельность. Границы, за пределами которых наступает гибель организма, называются верхним и нижним пределом устойчивости.

На организм одновременно влияют многочисленные факторы среды. По отношению к одним факторам организмы обладают большой выносливостью и выдерживают значительные отклонения их интенсивности от оптимальной величины, к другим — организмы менее приспособлены и могут вынести лишь небольшие изменения.

Организмы с большим диапазоном выносливости ко всем факторам среды распространены более широко.

Отклонение интенсивности одного какого-либо фактора от оптимальной величины может сузить пределы выносливости к другому.

Лимитирующие факторы — факторы, которые ограничивают развитие живых организмов, если присутствуют в недостатке или избытке по сравнению с потребностью живого организма.

Закон лимитирующих факторов был впервые изучен и сформулирован Юстусом фон Либихом в 1840 г. в ходе наблюдений за влиянием на жизнедеятельность растений химических удобрений. Закон лимитирующих факторов, или закон минимумов Либиха, относится ко всем влияющим на организм факторам, абиотическим и биотическим. Состояние или величина фактора, обеспечивающая наилучший результат процессов роста и размножения организмов, называется оптимумом. Как правило, точное значение величины фактора, наиболее благоприятной для жизнедеятельности организма, установить невозможно, поскольку речь идет о некотором диапазоне значений, и, следовательно, лучше говорить о зоне оптимума.

Условия неоптимальные, но и не смертельные для вида, где он выживает, но испытывает стресс, называют стрессовыми зонами. Экстремальные значения фактора, при выходе за которые организм или популяция уже не могут выжить, называются пределами устойчивости. Диапазон условий, в пределах которого организм или популяция может жить и размножаться, называется диапазоном устойчивости. В его пределах существуют зоны оптимума и стрессовые зоны, а точки, ограничивающие его, т. е. минимальное и максимальное значение величины или состояния фактора, называются пределами устойчивости. Величина диапазона устойчивости по отношению к величине фактора и особенно величина зоны оптимума позволяют судить о выносливости организмов по отношению к данному элементу среды. В связи с этим различают виды широко приспособленные, которые могут существовать в условиях широкого диапазона экологического фактора, или эврибионты (от греч. «эйро» — широкий, всякий), и узкоприспособленные, способные жить лишь в условиях мало меняющегося действия фактора, или стенобионты (от греч. «стено» — узкий, ограниченный).

Впервые предположение о лимитирующем (ограничивающем) влиянии максимального значения фактора наравне с минимальным значением было высказано в 1913 г. американским зоологом В. Шелфордом, установившим фундаментальный биологический закон толерантности: любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору.

Толерантность — выносливость вида к воздействию на него тех или иных факторов среды или способность организмов выносить отклонения факторов среды от оптимальных для них значений.

Используемая литература: Графкина М. В., Михайлов В. Л., Иванов К. С.
Экология и экологическая безопасность автомобиля : учебник / М. В. Графкина, В. А. Михайлов, К. С. Иванов. — М. :
ФОРУМ, 2009. — 320 с. — (Высшее образование).

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Источник: privetstudent.com

Лекция 2. Среда обитания, экологические факторы и общие закономерности их действия

2.1. Понятие о среде обитания и условиях существования, характеристика сред жизни

 

Среда – это все, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его состояние, развитие, рост, выживаемость, размножение и т. д. Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком, его деятельностью. При этом одни элементы могут быть необходимы организму, другие почти или полностью безразличны для него, третьи оказывают вредное воздействие.
Среда обитания организма (организмов) представляет собой окружающую среду. Условия существования, или условия жизни, – это совокупность необходимых для организма элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может. Организмом является любое живое существо, обладающее совокупностью основных жизненных свойств. Главная и важная закономерность в системе «среда-организм» – это неразрывная связь и взаимное влияние среды и организма. Как организм испытывает воздействие среды (действие комплекса экологических факторов), так и среда претерпевает изменения в результате воздействия живых организмов. Облик нашей планеты был бы совсем иным, если бы на планете не было жизни (в атмосфере не было бы кислорода, не было бы такого явления как почва и др.). Указанная закономерность системы «среда-организм» была сформулирована В. И. Вернадским и получила название закона единства организма и среды его обитания: жизнь развивается в результате постоянного обмена веществом и информацией на базе потока энергии в совокупном единстве среды и населяющих ее организмов. Из данного закона следует эволюционно-экологический принцип, согласно которому вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям. Воздействие вида на среду эволюционно возрастает, что является важной экологической закономерностью. Согласно ей, любая биологическая система, находясь в подвижном равновесии с окружающей ее природной средой и эволюционно развиваясь, увеличивает свое воздействие на среду. Давление на среду растет до тех пор, пока не будет строго ограничено внешними факторами.

Различают абиотическую, биотическую, антропогенную среду. Абиотическая среда – совокупность факторов неживой природы (температура, влажность, радиация и др.), в которых существует данный организм. Биотическая среда – совокупность живых организмов, с которыми взаимодействует данный организм. Антропогенная среда – природная среда, непосредственно или косвенно измененная человеком. На Земле выделяют 4 среды жизни: водную, наземно-воздушную, почвенную (почву) и живые организмы (рисунок 2.1). В процессе длительного исторического развития живой материи и формирования все более совершенных форм живых существ организмы, осваивая новые места обитания, распределились на Земле соответственно ее минеральным оболочкам – гидросфере, литосфере, атмосфере и приспособились к существованию в строго определенных условиях. Первой средой жизни стала вода. Именно в ней возникла жизнь. По мере исторического развития организмы начали заселять наземно-воздушную среду. В результате появились наземные растения и животные, которые эволюционировали, адаптируясь к новым условиям существования. В процессе функционирования живого вещества на суше поверхностный слой литосферы постепенно преобразовался в почву. Ее стали заселять водные и наземные организмы, создавая специфический комплекс обитателей. Некоторые низкоорганизованные животные и все растения попадают в свою среду обитания пассивно и выживают, если они к ней приспособлены. Большинство же животных активно выбирают подходящую им среду или даже иногда сами ее создают (например, бобры строят плотины для повышения уровня воды).

Водная среда жизни имеет ряд особенностей. Характерной чертой ее является подвижность – она ясно выражена в проточных, быстро текущих реках, ручьях и даже в стоячих водоемах это имеет место. В морях и океанах наблюдаются приливы и отливы, мощные течения, штормы; в озерах вода перемещается под действием ветра и температуры. Движение воды обеспечивает снабжение водных организмов кислородом и питательными веществами, приводит к выравниванию температуры во всем водоеме.

Рисунок 2.1 – Основные среды жизни (по А.С. Степановских, 2003)

В жизни водных организмов большую роль играет вертикальное перемещение воды. В летнее время наиболее теплые слои воды располагаются у поверхности, а холодные – у дна. Зимой, с понижением температуры, поверхностные холодные воды с температурой ниже 4° С располагаются над сравнительно теплыми. В результате нарушается вертикальная циркуляция воды. Весной поверхностная вода вследствие нагревания до 4° С становится более плотной и погружается вглубь, а на ее место с глубины поднимается более теплая вода. В результате такой вертикальной циркуляции в водоеме на определенное время температура всей водной массы выравнивается. С дальнейшим повышением температуры верхние слои воды становятся все менее плотными и уже не опускаются, возникает температурное расслоение. Осенью поверхностный слой охлаждается, становится более плотным и опускается вглубь, вытесняя на поверхность более теплую воду. Это происходит до наступления осеннего вертикального выравнивания воды. При охлаждении поверхностных вод ниже 4° С они снова становятся менее плотными и опять остаются на поверхности. В результате прекращается циркуляция воды и вновь наступает температурное расслоение. В озерах тропических широт температура воды на поверхности не опускается ниже 4° С, и температурный градиент в них четко выражен до самых глубинных слоев. Перемешивание воды, как правило, происходит здесь нерегулярно в наиболее холодное время года.

Вода как среда жизни обладает особыми физико-химическими свойствами. Температурный режим ее коренным образом отличается от такового в других средах. В Мировом океане амплитуда колебаний (различия между крайними значениями) составляет примерно 38° С, при самой низкой около –2° С, а самой высокой +36° С. В пресных внутренних водоемах умеренных широт температура поверхностных слоев воды колеблется от –0,9 до +25° С. Особо благоприятные условия для жизни создают такие термодинамические свойства водной среды как высокая удельная теплоемкость, большая теплопроводность, расширение при замерзании. Эти условия обеспечиваются и высокой скрытой теплотой плавления воды, в результате чего подо льдом температура не бывает ниже точки замерзания ее (для пресных вод около 0° С). Так как наибольшей плотностью вода обладает при 4° С, а при замерзании расширяется, то зимой лед образуется лишь сверху, основная же толща воды не промерзает, что обеспечивает сохранение жизни в водоемах подо льдом. Воде свойственны значительная плотность (в 800 раз больше, чем воздушной среды), вязкость. На растениях эти особенности сказываются в том, что у них слабо или совсем не развивается механическая ткань, поэтому стебли их очень эластичны и легко изгибаются. Большое влияние на водные организмы оказывает свет и световой режим. Особенно он сказывается на распространении растений. Световой режим обусловливается закономерным убыванием с глубиной, так как вода поглощает свет. Он зависит от мутности воды, которая связана с количеством взвешенных в воде частиц. Световой режим изменяется по сезонам года. Существенную роль в жизни водных организмов играет соленость воды. Разные водоемы имеют определенный химический состав. Наибольшее значение имеют карбонаты, сульфаты, хлориды. Количество растворенных солей в 1 л воды в пресных водах не превышает 0,5 г, в океанах и морях оно достигает 35 г. Одним из важнейших газов, содержащихся в воде, является кислород. Основной источник кислорода – фотосинтетическая деятельность зеленых растений, он также поступает из атмосферы. Различные животные проявляют неодинаковую потребность в кислороде. Например, форель очень чувствительна к его дефициту, а плотва и сазан неприхотливы в этом отношении. Углекислый газ, содержащийся в воде, обеспечивает фотосинтез водных растений, а также принимает участие в формировании скелетных образований животных. Содержание углекислого газа в воде в 700 раз больше, чем в атмосфере. Большое значение в жизни водных организмов имеет концентрация водородных ионов (рН). Пресноводные бассейны с рН = 3,7–4,7 считаются кислыми, 6,95–7,30 – нейтральными, с рН больше 7,8 – щелочными. Концентрация водородных ионов играет важную роль в распределении гидробионтов. Большинство пресноводных рыб выдерживают рН от 5 до 9. Если водородный показатель меньше 5, наблюдается массовая гибель рыб, а при величине выше 10 погибают многие рыбы и другие животные. Водная среда заселена многими видами растений и животных – от микроскопических организмов до самых крупных, представленных в современную эпоху.

В водной среде обитает примерно 150 000 видов животных, или около 7% общего их количества (рисунок 2.2) и 10 000 видов растений (8%).

 

Рисунок 2.2 – Распределение основных классов животных

по средам обитания (по Г. В. Войткевич, В. А. Вронскому, 1989)

 

Особенностью наземно-воздушной среды является то, что организмы, обитающие здесь, окружены воздухом, который представляет собой смесь газов, а не их соединения. Воздух как экологический фактор характеризуется постоянством состава – азота в нем содержится 78,08%, кислорода – около 20,9%, аргона – около 1%, углекислого газа – 0,03%. За счет диоксида углерода и воды синтезируется органическое вещество и выделяется кислород. При дыхании происходит реакция, обратная фотосинтезу – потребление кислорода. Кислород появился на Земле примерно 2 млрд. лет назад, когда происходило формообразование поверхности нашей планеты при активной вулканической деятельности. Постепенное увеличение содержания кислорода происходило в течение последних 20 млн. лет. Главную роль в этом играло развитие растительного мира суши и океана. Без воздуха не могут существовать ни растения, ни животные, ни аэробные микроорганизмы. Большинство животных в этой среде передвигаются по твердому субстрату – почве, а растения укореняются в ней. Воздух как газообразная среда жизни характеризуется низкими показателями влажности, плотности и давления, а также высоким содержанием кислорода. Действующие в наземно-воздушной среде экологические факторы отличаются рядом специфических особенностей: свет здесь по сравнению с другими средами интенсивнее, температура претерпевает более сильные колебания, влажность значительно изменяется в зависимости от географического положения, сезона и времени суток. Воздействие почти всех этих факторов тесно связано с движением воздушных масс – ветра. Воздух, как и другие факторы среды, оказывает на организмы прямое и косвенное действие. При прямом воздействии он имеет небольшое экологическое значение. Косвенное влияние воздуха осуществляется через ветры, которые меняют характер таких важных факторов, как температура и влажность, оказывают механическое действие на организмы. Нередко сильные ветры, дующие в одном направлении, изгибают ветви и стволы деревьев в подветренную сторону, что служит причиной появления флагообразных форм кроны. Ветер вызывает изменение интенсивности транспирации у растений. Это особенно сильно проявляется при суховеях, иссушающих воздух и часто вызывающих гибель растений. Определенную роль играет ветер в опылении растений-анемофилов (ветроопыляемые растения), которые выработали для этого ряд приспособлений: цветочные покровы у них обычно редуцированы и пыльца не защищена от ветра. Восходящие и особенно нисходящие потоки в атмосфере нередко создают условия для застаивания и накопления у поверхности почвы холодного воздуха, что вызывает задержку в развитии растений и животных. Воздушные потоки выполняют определенную роль в расселении растений и животных. Плоды растений (анемохоров) имеют множество приспособлений, увеличивающих их парусность, и разносятся ветром на большие расстояния. Для наземно-воздушной среды, как и для водной, характерна четко выраженная зональность. При этом любые сочетания растительного покрова и животного населения соответствуют морфологическим подразделениям географической оболочки Земли – климатическим зонам. Каждая климатическая зона характеризуется своеобразной растительностью и животным населением.

Атмосфера способствует сохранению на планете тепла, которое в противном случае рассеивалось бы в холоде космического пространства. Сама же она благодаря силам притяжения Земли не улетучивается. Атмосфера не только поддерживает жизнь, она служит защитным экраном. На высоте 20–25 км от поверхности Земли под воздействием ультрафиолетовой радиации Солнца часть молекул кислорода расщепляется на свободные атомы кислорода. Последние могут вновь образовывать молекулу кислорода, его трехатомную форму, называемую озоном. Озон, образуя в высших слоях атмосферы тонкий слой – озоновый экран, обеспечивает хрупкой земной жизни дальнейшее ее существование.

Почва как среда обитания представляет собой совокупность выветренной материнской породы, живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Почва обладает специфическими физическими свойствами. Для нее характерна более или менее рыхлая структура, определенная водопроницаемость и аэрируемость. Она обладает также своеобразными биологическими особенностями, поскольку тесно связана с жизнедеятельностью организмов. Верхние слои ее содержат массу корней растений. В процессе роста, отмирания и разложения они разрыхляют почву и создают определенную структуру, а вместе с тем и условия для жизни других организмов. Роющие животные перемешивают почвенную массу, а после смерти становятся источником органического вещества для микроорганизмов. Благодаря специфическим свойствам почва выполняет одну из важных функций в жизни различных почвенных организмов и, прежде всего растений, обеспечивая им водоснабжение и минеральное питание.

Оптимальные запасы доступной для растений почвенной воды (рисунок 2.3) являются чрезвычайно существенным фактором. В почве различают биологически полезную и биологически бесполезную воду. Биологически полезной является вода, свободно передвигающаяся по капиллярам почвы и бесперебойно снабжающая растения влагой. Значение почвы в водоснабжении растений тем выше, чем она легче отдает им воду, что зависит от структуры почвы и степени набухаемости ее частиц. Различают физическую и физиологическую сухость почвы. При физической сухости почва испытывает недостаток влаги. Происходит это при атмосферной засухе, что обычно наблюдается в сухом климате и в местах, где почва увлажняется только за счет атмосферных осадков. Физиологическая сухость почвы – явление более сложное. Оно возникает в результате физиологической недоступности физически доступной воды. Растения даже на влажных почвах могут испытывать дефицит воды, когда низкая температура почвенного покрова, другие неблагоприятные условия препятствуют нормальному функционированию корневой системы. Так, на сфагновых болотах, несмотря на большое количество влаги, вода оказывается недоступной для многих растений из-за высокой кислотности почвы, плохой аэрации ее и наличия токсических веществ, нарушающих нормальную физиологическую функцию корневой системы. Физиологически сухими являются и сильно засоленные почвы. Из-за высокого осмотического давления почвенного раствора вода засоленных почв для многих растений оказывается недоступной. Почва играет важную роль в минеральном питании растений. Вместе с водой в растения через корневую систему поступает ряд минеральных веществ, находящихся в почве в растворенном состоянии. Однако корневое питание растений – это не простое всасывание веществ, а сложный биохимический процесс, в котором особую роль играют почвенные микроорганизмы, выделения которых усваиваются корневой системой. Поэтому большинство высших растений имеют микоризу, значительно увеличивающую активную поверхность корней. Важную роль в росте и развитии растений играет органическое вещество почвы. Перегной, или гумус, для почвенных обитателей является основным источником необходимых для жизни минеральных соединений и энергии. Он обусловливает плодородие почв и их структуру. Процессы минерализации органических веществ и перегноя обеспечивают постоянное поступление в почвенный раствор таких важнейших элементов питания растений, как азот, фосфор, сера, кальций, калий, микроэлементы. Гумус служит источником физиологически активных соединений (витамины, органические кислоты, полифенолы и др.), которые стимулируют рост растений. Перегнойные вещества обеспечивают также водоустойчивую структуру почв, что создает благоприятный для растений вводно-воздушный режим. Микроорганизмы, растения и животные, обитающие в почве, находятся в постоянном взаимодействии друг с другом, а также со средой обитания. Эти отношения очень сложны и многообразны. Животные и бактерии потребляют растительные углеводы, белки, жиры. Грибы разрушают целлюлозу, в частности древесину. Хищники питаются тканями своих жертв. Благодаря этим взаимоотношениям и в результате коренных изменений физических, химических и биохимических свойств горной породы в природе постоянно происходят почвообразовательные процессы.

Живые организмы как среда жизни. Для растений и животных, ведущих симбиотический или паразитический образ жизни, организм, на котором или в котором они поселяются, является специфической средой жизни (рисунок 2.4).

Рисунок 2.3 – Типы почвенной воды, доступной корням растений

(по Н. И. Николайкину, 2004)

1 – частицы почвы; 2 – гигроскопическая вода; 3 – капиллярная вода;

4 – воздух или гравитационная вода

 

Рисунок 2.4 – Живые организмы как среда жизни

(по А. С. Степановских, 2003)

Термин «симбиоз» означает «совместная жизнь». Различают несколько типов симбиоза, которые будут рассмотрены далее. При паразитизме многие паразиты почти полностью утратили связь с внешним миром – все их стадии проходят в организме хозяина (малярийный плазмодий, трихина спиральная). В процессе эволюции между паразитами и их хозяевами возникли сложные взаимоотношения. Паразит не только зависит от хозяина, но и влияет на него. У хозяина в результате вырабатываются самые различные защитные реакции. Паразиты, в свою очередь, приспосабливаются к этим реакциям, и, таким образом, процесс взаимного приспособления паразита к хозяину и, наоборот, хозяина к паразиту, осуществляется постоянно. Паразитизм как форма межвидовых отношений, которые сформировались на основе пищевых и пространственных связей организмов, не представляют собой резко обособленного явления в природе. С паразитизмом тесно переплетены другие формы биотических отношений: различные формы симбиоза животных с животными, растений с растениями и животных с растениями.

Предыдущая

Источник: ekolog.org

ЛЕКЦИЯ №6

ТЕМА: ОСНОВНЫЕ СРЕДЫ ЖИЗНИ

ПЛАН:

1. Понятие среды обитания организма.

2. Водная среда обитания (гидросфера).

3. Наземно-воздушная среда обитания (атмосфера).

4. Почва как среда обитания (литосфера, или педосфера).

5. Организм как среда обитания.

1. Понятие среды обитания организма

Живое неотрывно от среды. Каждый отдельный орга­низм, являясь самостоятельной биологической системой, постоянно находится в прямых или косвенных отношениях с разнообразными компонентами и явлениями окружающей его среды или, иначе, среды обитания, влияющими на состояние и свойства организма.

Среда — одно из основных экологических понятий, кото­рое означает весь спектр окружающих организм элементов и условий в той части пространства, где обитает организм, все то, среди чего он живет и с чем непосредственно взаимодейст­вует. При этом организмы, приспособившись к определенному комплексу конкретных условий, в процессе жизнедеятельнос­ти сами постепенно изменяют эти условия, т. е. среду своего существования.

Составные части и свойства среды многообразны и измен­чивы. В земных условиях существуют четыре основных типа среды обитания живых организмов: водная, наземная (воз­душная), почвенная, а также тело другого организма, исполь­зуемое паразитами.

2. Водная среда обитания (гидросфера)

Водную среду обитания образуют важнейшие компоненты гидросферы Земли входят: Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. К континентальным водам относятся реки, озера и ледники.

Водная среда обитания является исходной для всех земных форм жизни. Подавляющее большинство организмов – первично-водные, то есть сформировавшиеся именно в водной среде обитания. Постоянные обитатели гидросферы называются гидробионты.

Состав водной среды. Большая часть поверхности Земли (около 366 из 510 млн. км2, или 72%) покрыто водой. Распрост­ранение и жизнедеятельность организмов в водной среде в значи­тельной степени зависят от ее химического состава. Недостатка в воде как в химическом веществе в водных средах нет, за исклю­чением случаев пересыхания водоемов. Тем не менее, проблемы, связанные с водой, возникают даже у водных организмов.

Прежде всего, водные организмы подразделяют на пресно­водные и морские в зависимости от солености воды, в которой они обитают. Соленость океанской воды меняется как по глу­бине, так и по акватории. В Северном Ледовитом океане она ниже 30/00, а в Красном море выше 420/00. Содержание солей в воде Мертвого моря достигает 26—27%, тогда как концент­рация солей в пресных водоемах около 0,05% .

Морская вода является сложным солевым раствором со средней соленостью 35,2 г в 1 кг воды, т. е. 3,52% по массе, или 3,520/00.

Соли и другие, растворенные в воде вещества, находятся преимущественно в виде ионов. Состав солей разнообразен, в океанической воде встречаются практически все химические элементы и их изотопы, но основную массу составляют девять основных ионов, соотношение между которыми постоянно и не зависит от уровня солености, места и глубины, поэтому ее можно определить по одному главному иону. Это со­отношение существует давно, не менее 1 млрд. лет, и акад. предложил принять его в качестве констан­ты для нашей планеты. Главный компонент солей морской воды — хлорид натрия, в пресных водах преобладают карбонаты. Повышение солености воды в среде обитания ведет к поте­ре воды организмом (путем осмоса).

Редкие организмы допускают большие колебания соленос­ти. Обычно они обитают в эстуариях (место впадения пресноводной реки в соленое море или длинный и узкий залив оке­ана) или в маршах (низменная лугово-болотная полоса вдоль морского побережья и у устья рек, заливаемая морской водой лишь при очень высоких приливах).

По составу растворенных минеральных веществ даже прес­ные воды могут существенно отличаться в различных природ­ных водоемах и прежде всего в подземных и поверхностных водах. Соленость воды влияет и на наземные растения. При чрезмерно интенсивном испарении воды либо ограниченности осадков почва может засоляться. Такая проблема существует при искусственном орошении.

Любые воды в природных водоемах, помимо растворенных веществ, содержат некоторое количество взвешенных частиц, наличие которых характеризует мутность воды, ее обратную характеристику — прозрачность, а также световой режим в глубине водоема.

Один из основных комплексных показателей химическо­го состава водной среды — кислотность (рН). Одни организмы эволюционно приспособлены к жизни в кислой среде (рН < 7), другие — в щелочной (рН > 7), третьи — в нейтральной (рН-7).

В составе природной водной среды всегда присутствуют растворенные газы, из которых первоочередное значение име­ют кислород и диоксид углерода, участвующие в фотосинтезе и дыхании водных организмов. В целом масса рас­творенных газов почти в 30 раз меньше массы газов в атмо­сфере.

Среди прочих растворенных в океане газов наиболее замет­ны сероводород, аргон и метан. На отдельных участках дна сероводород образует значительные скопления. Черное море, начиная с глубины 150—200 м, является сероводородным до самого дна. Сероводородные донные участки, возможно, ос­тались от первичного океана и населены, как и в давние вре­мена, организмами, обходящимися без свободного кислорода.

Состав газов, растворенных в водах океана, близок к соста­ву первичной атмосферы нашей планеты, в которой было заметно больше диоксида углерода и меньше кислорода. Состав воздуха. Один из главных абиотических факторов наземной (воздушной) среды обитания — состав воздуха, есте­ственной смеси газов, сложившейся в ходе эволюции Земли. Состав воздуха в современной атмосфере находится в состоя­нии динамического равновесия, зависящего от жизнедеятель­ности живых организмов и геохимических явлений глобально­го масштаба.

Воздух, лишенный влаги и взвешенных частиц, имеет на высоте уровня моря практически одинаковый состав во всех местностях земного шара, а также на протяжении суток и в разные периоды года. Однако в различные эпохи существо­вания планеты состав воздуха был различен. Считается, что наи­более сильно изменялось содержание диоксида углерода и кислорода.

Азот, присутствующий в атмосферном воздухе в наиболь­шем количестве, в газообразном состоянии для абсолютного большинства организмов, особенно для животных, является нейтральным. Только для ряда микроорганизмов (клубенько­вых бактерий, азотобактеров, сине-зеленых водорослей и др.) азот воздуха служит фактором жизнедеятельности. Эти мик­роорганизмы усваивают молекулярный азот, а после отмира­ния и минерализации снабжают высшие растения доступными формами этого химического элемента.

Присутствие в воздухе иных газообразных веществ или аэрозолей (твердых или жидких частиц, находящихся в возду­хе во взвешенном состоянии) в каких-либо заметных количе­ствах изменяет привычные условия среды обитания, влияет на живые организмы.

Рассмотрим особенности водной среды обитания на примере Мирового океана. В Мировом океане различают две экологические области: бенталь – дно океана и пелагиаль – толщу воды.

Бенталь. Население дна (бентали) называется бентос («глубинный»). По вертикали бенталь делится на ряд зон (перечислены только основные):

• литораль – часть берега, заливаемая во время приливов (занимает промежуточное положение между водной и наземно-воздушной средой обитания);

• сублитораль – материковая отмель, или континентальный шельф – часть бентали от нижней границы приливов до глубины примерно 200 м;

• батиаль – область более или менее крутого материкового склона до глубины ≈ 3…4 км;

• абиссаль – область океанического ложа с глубиной ≈ 3…6 км.

Пелагиаль. Население пелагиали (водной толщи) называется пелагос. Совокупность организмов, парящих в толще воды и неспособных к передвижению против течения, называется планктон («блуждающий»). Различают фитопланктон (совокупность фотосинтезирующих планктонных организмов) и зоопланктон (совокупность планктонных организмов, неспособных к фотосинтезу). Организмы, способные к активному перемещению против течения, называются нектон. По вертикали пелагиаль делится на зоны (перечислены только основные):

• нейсталь – поверхностный слой воды, граничащий с атмосферой (население нейстали называется нейстон; организмы, часть тела которых находится в воде, а часть над ее поверхностью, называются плейстон);

• эпипелагиаль – соответствует глубине сублиторали;

• батипелагиаль – соответствует глубине батиали;

• абиссопелагиаль – соответствует глубине абиссали.

Совокупность организмов, способных вести и пелагический, и бентосный образ жизни, называется пелагобентос. Совокупность организмов, обитающих на различных предметах и живых телах, находящихся в толще воды, называется перифитон.

Особенности водной среды обитания и приспособленность организмов к специфическим экологическим факторам:

1. Низкое содержание растворенного кислорода. Содержание О2 в атмосфере составляет 210 мл/л, растворимость О2 в воде зависит от температуры: при 0°С составляет 10,3 мл/л, а при 20°С – 6,6 мл/л. Таким образом, содержание кислорода в воде примерно в 20–30 раз меньше, чем в атмосфере. При этом фактическое содержание кислорода может снижаться до 1 мл/л. Поэтому содержание кислорода является лимитирующим (ограничивающим) фактором для большинства гидробионтов.

Поверхностные слои воды содержат больше кислорода, а в глубинные слои кислород может поступать или путем диффузии (которая в воде протекает очень медленно), или за счет вертикального перемешивания водных масс.

2. Высокая теплоемкость и высокая теплопроводность воды обеспечивают выравнивание температур. По отношению к температурному фактору все организмы делятся на пойкилотермные (неспособные регулировать температуру тела) и гомойотермные (поддерживающие постоянную температуру тела).

Прямое влияние температуры на пойкилотермных гидробионтов заключается в изменении характера обмена веществ. Высокая теплопроводность воды приводит к появлению теплоизолирующих (жировых) слоев у гомейотермных (теплокровных) животных. Многие гидробионты защищаются от льдообразования в клетках, повышая внутриклеточное  содержание антифризов (антифризы – вещества, снижающие температуру замерзания воды).

3. Сравнительно высокая вязкость воды. Оказывает наибольшее влияние на планктонные организмы (уменьшает скорость погружения и обеспечивает их парение в толще воды) и на нектонные организмы, передвигающиеся с большой скоростью (создает сопротивление). Для планктона характерно увеличение поверхности тела по сравнению с объемом тела, что облегчает парение. Для нектона характерна обтекаемая форма тела, что облегчает активное передвижение.

4. Высокая электропроводность воды делает возможным развитие электрических органов: высоковольтных (защита, нападение) и низковольтных (получение информации).

5. Интенсивное поглощение света в воде: красная часть спектра поглощается водой, а синяя часть – рассеивается; в итоге красные лучи доходят лишь до глубины 10 м, а сине-зеленые – до 160 м и более. По освещенности выделяют зоны:

• эуфотическая зона – благоприятные условия для фотосинтеза;

• дисфотическая, или сумеречная зона – неблагоприятные условия для фотосинтеза (здесь обитают, преимущественно, красные водоросли и цианобактерии);

• афотическая зона – фотосинтез невозможен.

6. Доступность водорастворимых веществ (ионы Na+, K+, Cl–, NH4+, NO3– ) и недоступность водонерастворимых веществ (связанные ионы Ca2+, ионы тяжелых металлов, фосфаты). Доступность элементов оказывает наибольшее влияние на водные растения. Лимитирующими факторами для водорослей являются концентрации биогенов: фосфатов и нитратов. По содержанию биогенов различают:

• эутрофные воды – высокое содержание биогенов;

• мезотрофные воды – умеренное содержание биогенов; олиготрофные воды – низкое содержание биогенов;

• дистрофные воды – высокое содержание биогенов в связанном состоянии.

7. Общая соленость воды оказывает наибольшее влияние на животных.

В соленых водах (гипертоническая среда) возникает проблема сохранения воды в пределах организма. У Одноклеточных животных реже сокращаются сократительные вакуоли, у Многоклеточных – развиваются дистальные (всасывающие) части почечных канальцев, нефридиев и других органов выделения. У костистых рыб избыток солей выделяется через жабры.

В пресных водах (гипотоническая среда) возникает проблема удаления воды из организма. У одноклеточных животных чаще сокращаются сократительные вакуоли, у многоклеточных – развиваются почечные (мальпигиевы) клубочки, проксимальные части почечных канальцев, нефридиев и других органов выделения, обеспечивающие интенсивное образование разбавленной мочи.

В разных зонах Мирового океана существуют свои особенности действия экологических факторов.

Литораль. В зоне литорали на морские организмы действуют экологические факторы, оказывающие на организмы благоприятное и неблагоприятное воздействие.

К благоприятным факторам в зоне литорали относятся: высокое содержание биогенов терригенного (материкового) происхождения; высокая аэрация воды вследствие прибоя; высокая освещенность.

Неблагоприятные (лимитирующие) факторы: периодическое обсыхание; разрушающее действие прибоя; перепады температур (температура воды и воздуха часто различаются); перепады солености (за счет стекания пресных вод и испарения морской воды в лужах); множество водных и наземных хищников.

Действие неблагоприятных (лимитирующих) факторов привело к развитию соответствующих адаптаций. Водоросли не высыхают, поскольку образуют густые скопления, сохраняющие влагу. Подвижные животные (черви, морские звезды, ракообразные, брюхоногие моллюски) скрываются в разнообразных укрытиях. Неподвижные животные  обычно имеют раковины и панцири или же уменьшают поверхность испарения (актинии втягивают щупальца). Некоторые животные (крабы, рыбы–периофтальмусы) продолжают активный образ жизни во время отлива. На участках с очень сильным прибоем организмы или приобретают раковины (рачки–балянусы, мидии, морские блюдечки, некоторые морские ежи), или характеризуются сильно расчлененной формой тела (водоросли, кишечнополостные, морские лилии).

Коралловые рифы. Экосистемы коралловых рифов формируются на отмелях, образованных рифообразующими кораллами с известковым (реже – роговым)  скелетом. Эти кишечнополостные требуют высокой температуры воды – не ниже 18°С (термофилы) – и высокой солености (галофилы). Кораллам необходимы симбиотические известковые водоросли (для образования известкового скелета и дополнительного питания), поэтому рифообразующие кораллы могут существовать только при высокой освещенности: на глубине не более 40…50 м. Освещенность зависит от прозрачности воды, поэтому  кораллы обитают в чистой воде. Кораллы поглощают большое количество кислорода (а его содержание в теплой воде и так невысокое), поэтому наиболее интенсивно они развиваются в прибойных участках.

Коралловые рифы относятся к наиболее продуктивным экосистемам Мирового океана (чистая первичная продуктивность составляет 1000 мг углерода на 1 кв. м за сутки) и отличаются высоким уровнем видового разнообразия (известно свыше 2500 видов коралловых рыб). Это связано с исключительно благоприятными условиями, в которых обитают кораллы, а также с тем, что биогены слабо мигрируют за пределы рифов.

Экосистемы коралловых рифов крайне уязвимы. Ливневые дожди вызывают опреснение воды и гибель живых кораллов (при их гниении дополнительно снижается содержание кислорода). Тропические ураганы и землетрясения разрушают сами рифы. Антропогенное загрязнение океана ослабляет живые кораллы, и они становятся уязвимыми для морских звезд «терновый венец».

Эпипелагиаль. К благоприятным факторам эпипелагиали открытого океана относятся: достаточно высокая аэрация; высокая освещенность. Лимитирующим фактором является низкое содержание биогенов за счет их миграции в придонные воды. Однако концентрация биогенов может возрастать за счет апвеллинга – выноса глубинных вод на поверхность, например, в приполярных зонах.

Основными продуцентами эпипелагиали являются планктонные диатомовые водоросли и перидинеи (способные к миксотрофному питанию) – около 1000 видов. Из-за низкого содержания биогенов продуктивность открытого океана очень низкая: ≈ 50 мг углерода/1 м2∙сутки в тропической зоне и 150…200 мг углерода/1 м2∙сутки в высоких широтах.

Разнообразие планктона в открытом океане выше, чем на шельфе, поскольку многие виды стеногалинны и не переносят опреснения прибрежных вод.

Абиссаль и абиссопелагиаль. Благоприятным фактором абиссали и абиссопелагиали является стабильность условий обитания. К лимитирующим факторам относятся: отсутствие света и невозможность фотосинтеза; высокое давление.

При снижении освещенности органы зрения у животных гипертрофируются, но при полном отсутствии света происходит полная редукция органов зрения. Для обитателей глубин характерна люминесценция с участием симбиотических светящихся бактерий.

Из-за нехватки света отсутствуют фотосинтезирующие продуценты. Следовательно, глубоководные экосистемы являются зависимыми от экосистем эпипелагиали, и их собственная продуктивность стремится к нулю. При наличии неорганических окислителей (например, вблизи гидротермальных сульфатных источников) продуцентами являются десульфирующие и другие хемосинтезирующие бактерии. Они участвуют в образовании симбиотических систем с различными беспозвоночными.

3. Наземно-воздушная среда обитания (атмосфера)

Наземно-воздушная обитания – самая сложная по экологическим условиям. Выход в наземно-воздушную среду обитания у разных групп организмов оказался возможным благодаря появлению специфических адаптаций, в том числе, и ароморфного характера. Постоянные обитатели наземно-воздушной среды обитания называются аэробионты.

Особенности наземно-воздушной среды обитания и приспособленность организмов к специфическим экологическим факторам:

1. Недостаток воды часто является лимитирующим фактором для наземных организмов.

2. Низкая теплоемкость и низкая теплопроводность воздуха приводит к значительным перепадам температуры: при изменении прямой освещенности, суточные перепады, сезонные перепады (сезонность характерна для умеренных и высоких широт). В то же время, низкая теплоемкость и теплопроводность воздуха делают возможным развитие теплокровности  у птиц и млекопитающих.

3. Низкая вязкость и низкая плотность воздуха позволяет приобретать разнообразную форму тела у животных. В то же время лимитирующим фактором становится гравитация. Для летающих животных необходимо формирование обтекаемой формы тела и крыльев. Для крупных животных необходимо формирование скелета. Для растений необходимо наличие механических тканей и определенной формы кроны.

4. Поглощение света происходит за счет топических межвидовых взаимодействий, что приводит к появлению ярусности.

5. Высокое содержание кислорода при низкой влажности воздуха приводит к появлению у животных разнообразных органов дыхания (трахеи, легкие).

6. Неравномерное распределение элементов минерального питания сказывается, в первую очередь, на растениях, что приводит к мозаицизму.

4. Почва как среда обитания (литосфера, или педосфера)

Почва, или педосфера – это рыхлый поверхностный слой суши, обладающий плодородием. Почва представляет собой трехфазную систему, в которой твердые частицы окружены воздухом и водой. В состав почвы входят разнообразные типы вещества: живое вещество (живые организмы), биогенное вещество (органические и неорганические вещества, происхождение которых связано с деятельностью живых организмов), косное вещество (горные породы) и другие. Поэтому почва представляет собой особый тип вещества в биосфере – биокосное вещество.

Состав почв. Почва — слой веществ, лежащих на поверх­ности земной коры. Она представляет собой продукт физиче­ского, химического и биологического преобразования горных пород и является трехфазной средой, включающей твердые, жидкие и газообразные компоненты, находящиеся в следующих соотношениях (в %):

минеральная основа	обычно 50—60% от общего состава
органическое вещество	до 10
вода	25—35
воздух	15—25

В данном случае почва рассматривается среди прочих аби­отических факторов, хотя на самом деле она является важнейшим звеном, связывающим абиотические и биотические фак­торы среды обитания.

Минеральный неорганический состав почвы. Горная порода под действием химических и физических факторов природной среды постепенно разрушается. Образую­щиеся части различны по размеру — от валунов и камней до крупных песчинок и мельчайших частиц глины. Механические и химические свойства почвы в основном зависят от мелкого грунта (частицы менее 2 мм), который принято подразделять в зависимости от размера 8 (в мкм) на следующие системы:

песок	5 = 60—2000
алеврит (иногда называемый «пылью»)	8 = 2—60
глину	8 менее 2

Структура почвы определяется относительным содержани­ем в ней песка, алеврита, глины и обычно иллюстрируется ди­аграммой — «треугольником почвенной структуры».

Значение почвенной структуры становится понятным при сравнении свойств чистого песка и глины. «Идеальной» поч­вой считается состав, содержащий равные количества глины и песка в сочетании с частицами промежуточных размеров. В та­ком случае образуется пористая, крупчатая структура. Соот­ветствующие почвы называют суглинками. Они имеют досто­инства двух крайних типов почв без их недостатков. Большая часть минеральных компонентов представлена в почве крис­таллическими структурами. Песок и алеврит состоят в основном из инертного минерала — кварца (SiO2), называемого кремнеземом.

Глинистые минералы в большинстве встречаются в виде мельчайших плоских кристаллов, часто шестигранной формы, состоящих из слоев гидроокиси алюминия или глинозема (Al2O3) и слоев силикатов (соединений силикат-ионов SiO с катионами, например, алюминия А13+ или железа Fe3+, Fe2+). Удельная поверхность кристаллов очень велика и со­ставляет 5—800 м2 на 1 г глины, что способствует удержанию воды и питательных веществ в почве.

В целом считается, что свыше 50% минерального состава почвы составляет кремнезем (SiO2), 1—25% — глинозем (А12О3), 1 —10% — оксиды железа (Fe3O4), 0,1—5% — оксиды магния, калия, фосфора, кальция (MgO, К2О, Р2О3.

 сельском хозяйстве почвы делят на тяжелые (глины) и легкие (пески), чем отражают величину усилий, необходимых для обработки почвы сельскохозяйственными орудиями.

Содержание воды в почве. Вода необходима всем почвен­ным организмам, она поглощается корнями растений и прини­мает участие в процессах разрушения материнской породы, подстилающей почву. Благодаря воде происходит миграция и дифференциация химических элементов в почве. Более пра­вильно жидкую часть почвы рассматривать как почвенный раствор.

Общее количество воды, которое может быть удержано почвой, складывается из гравитационной, физически связан­ной, капиллярной, химически связанной и парообразной воды.

Гравитационная вода может свободно просачиваться вниз через почву, достигая уровня грунтовых вод, что ведет к вы­мыванию различных питательных веществ.

Физически связанная (гигроскопическая) вода адсорбиру­ется на частицах почвы в виде тонкой прочно связанной плен­ки. Ее количество зависит от содержания твердых частиц. В глинистых почвах такой воды значительно больше (около 15% веса почвы), чем в песчаных (около 0,5%). Гигроскопиче­ская вода наименее доступна растениям. Капиллярная вода удерживается вокруг почвенных час­тиц за счет сил поверхностного натяжения. При наличии уз­ких пор или канальцев капиллярная вода может подниматься от уровня грунтовых вод вверх, играя центральную роль в ре­гулярном снабжении растений влагой. Глины удерживают больше капиллярной воды, чем пески.

Химически связанная вода и парообразная практически недоступны корневой системе растений.

Содержание воздуха в почве. Поры почвы, не занятые водой, заполняет почвенный воздух. Насыщенность воздухом (аэрация) играет важную роль в почвенных процессах. С уве­личением размера частиц грунта объем пор возрастает.

По сравнению с составом атмосферного воздуха из-за ды­хания организмов с глубиной уменьшается содержание кисло­рода (до 10%) и увеличивается концентрация диоксида угле­рода (достигая 19%). В течение года и суток состав почвенного воздуха сильно меняется. Тем не менее почвенный воздух по­стоянно обновляется и пополняется за счет атмосферного.

Заболачивание почвы обусловливает вытеснение воздуха водой, и условия становятся анаэробными. Так как микроор­ганизмы и корни растений продолжают выделять СО2, обра­зующий с водой Н2СОд, то замедляется обновление гумуса и накапливаются гуминовые кислоты. Все это повышает кис­лотность почвы, которая, наряду с истощением запасов кисло­рода, неблагоприятно отражается на почвенных микроорга­низмах. Длительные анаэробные условия ведут к отмиранию растений.

Характерный для заболоченных почв серый оттенок при­дает восстановленная форма железа (Fe2+), окисленная форма (Fe3+) окрашивает почву в желтый, красный и коричневый цвета.

Почва является экологическим фактором наземно-воздушной среды обитания и, в то же время, представляет собой самостоятельную среду обитания. Постоянные обитатели почвы называются эдафобионты.

Особенности действия экологических факторов в почве:

— достаточно высокое и стабильное содержание воды и разнообразных газов (промежуточное между водной и наземно-воздушной средой);

— высокая концентрация органических и неорганических веществ;

— стабильный температурный режим;

— низкая освещенность (за исключением самых поверхностных слоев) – лимитирующий фактор для фотосинтезирующих организмов.

— неоднородность почвы по вертикали и горизонтали создает условия для формирования множества экологических ниш.

Почва является средой обитания, промежуточной между водной и наземно-воздушной. С водной средой почву сближает: неоднородность по вертикали, насыщенность почвенного воздуха водяными парами и наличие других форм воды, присутствие минеральных и органических веществ в почвенных растворах, возможность передвигаться в трех измерениях. С наземно-воздушной средой почву сближает: наличие почвенного воздуха, возможность пересыхания верхних горизонтов, резкие изменения температуры в верхних слоях.

Экологические группы прокариот. Неоднородность почвы в физико-химическом отношении создает благоприятные условия для разнообразных типов обмена веществ. По характеру обмена веществ у прокариот выделяются следующие группы:

• анаэробные гетеротрофы, не способные использовать неорганические окислители (в результате происходит анаэробное дыхание – брожение углеводов и гниение белков).

• анаэробные гетеротрофы, использующие неорганические окислители. Эти организмы полностью окисляют органические вещества с помощью сульфатов, нитратов, трехвалентного железа.

• аэробные гетеротрофы (к аэробному дыханию способно большинство обитателей почвы).

• факультативные анаэробы в присутствии кислорода осуществляют аэробное дыхание, а при недостатке кислорода переходят на анаэробное брожение или анаэробное дыхание с использованием неорганических окислителей (в то же время, существуют и облигатные анаэробы, для которых кислород является ядом).

• хемоавтотрофы (хемосинтезирующие прокариоты) (используют для восстановления углекислого газа энергию окисления неорганических веществ с помощью кислорода (аэробные хемоавтотрофы) или нитратов (анаэробные хемоавтотрофы)).

Экологические группы грибов. Высокая концентрация органических веществ в верхних слоях почвы создает благоприятные условия для гетеротрофных организмов. Например, в почве широко распространены различные группы грибов.

Грибы-сапротрофы питаются мертвым органическим веществом. Существует несколько групп грибов–сапротрофов: подстилочные, гумусовые, ксилотрофы, копротрофы.

При взаимодействии с корнями высших растений микоризные грибы образуют микоризу. Между растением и грибом возникают сложные отношения, и в итоге происходит развитие высшего растения.

Экологические группы животных. Экологические группы животных выделяют по размерам тела. В состав почвенной фауны входят: микрофауна, мезофауна, макрофауна и мегафауна.

Микрофауна включает мельчайших животных, населяющих водную фазу почвы. В сущности, это водные организмы. Представители микрофауны способны переносить промерзание зимой и высыхание летом в состоянии анабиоза.

Мезофауна включает более крупных беспозвоночных. Лимитирующим фактором для этих организмов является содержание влаги: при недостатке влаги им угрожает пересыхание, а при избытке влаги – гибель от недостатка воздуха.

К макрофауне относятся еще более крупные беспозвоночные (размеры тела до нескольких сантиметров): дождевые черви, мокрицы, многоножки, личинки крупных насекомых (жуков), медведки. Для них почва является плотной средой. Часть из них передвигается, раздвигая почвенные частицы, а часть – роет новые ходы. В последнем случае развиваются разнообразные приспособления для рытья ходов. Неблагоприятные условия эти животные переносят на глубине в десятки сантиметров.

К мегафауне относятся относительно крупные млекопитающие–землерои (кроты, слепыши, цокоры). Эти организмы характеризуются компактным телом с короткой шеей и сильными копательными конечностями; глаза недоразвиты.

Кроме постоянных обитателей почвы выделяются группа обитателей нор: кролики, суслики, барсуки. Они кормятся на поверхности, но размножаются, зимуют, отдыхают и спасаются от опасности в норах.

5. Организм как среда обитания

Любой организм (даже самый мелкий) представляет собой сложную систему, которая обеспечивает разнообразные условия обитания для других организмов. Если организмы одного вида используют организм другого вида как среду обитания, то между ними возникают разнообразные биотические взаимодействия.

Совместное существование двух и более разноименных видов называется симбиоз (в широком смысле этого слова). В простейшем случае формируется двухкомпонентная система из двух организмов разных видов. В зависимости от типа взаимоотношений между симбионтами возможны частные типы симбиотических взаимодействий: комменсализм, паразитизм, мутуализм. Организм как среда обитания имеет ряд преимуществ перед другими средами обитания: большое количество доступных пищевых ресурсов для гетеротрофных организмов, защищенность обитателей организмов, стабильность водного режима, температурного режима, водно-солевого режима (сходство с водной средой обитания). Положительные стороны организма как среды обитания приводят к дегенерации тела эндосимбионтов (яркий пример – постепенная редукция систем органов у сосальщиков и ленточных червей); как правило, наблюдается гигантизм – эндосимбионтные формы значительно крупнее, чем родственные им свободноживущие формы.

В то же время организм как среда обитания имеет и отрицательные стороны: ограниченность жизненного пространства, недостаток кислорода, трудности с распространением от одной особи хозяев к другой, защитные реакции организма хозяина, недостаток света для фотоавтотрофных организмов.

Отрицательные стороны организма как среды обитания приводят к появлению соответствующих черт специализации у эндосимбионтов:

• ограниченность жизненного пространства приводит к возрастанию конкуренции между эндопаразитами (например, цепни–солитеры существуют в кишечнике хозяина в единственном экземпляре);

• недостаток кислорода приводит к переходу на анаэробное дыхание и даже к утрате дыхательных ферментов (пример – взрослые аскариды);

• трудности с распространением от одной особи хозяев к другой приводят к гипертрофированию половых систем и повышению плодовитости, к гермафродитизму (или постоянному контакту разнополых особей), к появлению различных способов бесполого размножения, к формированию жизненных циклов со сменой хозяев;

• защитные реакции организма хозяина приводят к формированию различных прикрепительных органов, мощных защитных покровов и даже к изменению антигенной структуры эндосимбионтов (особенно у РІРёСЂСѓСЃРѕРІ);

• недостаток света для фотоавтотрофных организмов приводит к тому, что фотоавтотрофные эндосимбионты могут населять только поверхностные слои тела хозяина.

Сходство организма как среды обитания с водной средой обитания позволяет многим видам совершить переход из водной среды обитания в организм как среду обитания без существенных морфологических и физиологических изменений.

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое среда обитания?

2. Какие среды обитания вам известны?

3. Чем характеризуется наземно-воздушная среда обитания?

4. В чем особенность организмов, населяющих водную среду обитания?

5. Каково значение почвы? С какими ее характеристиками это связано?

6. Каковы адаптации живых организмов населяющих внутреннюю среду других организмов?

Источник: pandia.ru