Классификация факторов среды. Абиотические факторы

Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия: каждый фактор неодинаково влияет на различные функции организма.
Действие экологических факторов может приводить:
а)              к устранению некоторых видов с территории (климатические и физико-химические особенности которых им не подходят), что влечет за собой изменение их географического распространения;
б)              изменению плодовитости и смертности разных видов путем воздействия на развитие каждого из них и вызывая миграции, т.е. влияя на плотность популяций;
в)              появлению адаптивных модификаций: количественных изменений обмена веществ и таких качественных изменений, как диапауза, зимняя и летняя спячки, фотопериодические реакции и т.д.
В зависимости от причины возникновения и направленности воздействия среди абиотических и биотических факторов можно выделить несколько групп (см. табл. 3.1).
Охарактеризуем основные абиотические факторы, воздействующие на живой организм.
Климатические факторы
Климат конкретной местности определяется как характерный многолетний режим погоды, обусловленный солнечной радиацией, ее преобразованиями в деятельном слое земной поверхности и связанной с ними циркуляцией атмосферы и океанов. Основными климатическими характеристиками, имеющими значение в экологии являются: число дней солнечного сияния, суммарная солнечная радиация, радиационный баланс; среднегодовые величины и сезонные или месячные колебания температуры воздуха, ее суточный ход, ее абсолютные минимумы и максимумы; сроки перехода температуры через О °С и 10 °С; количество осадков, испаряемость влаги; сила и направление ветров; влажность воздуха.
Свет
Наиболее значимым фактором внешней среды является свет. Без него невозможна фотосинтетическая деятельность растений, а без последней невозможна жизнь вообще, поскольку зеленые растения имеют способность продуцировать необходимый для жизни живых существ кислород. Кроме того, свет является единственным источником тепла на планете Земля.
Однако есть и другие аспекты воздействия света на живые организмы. Тот’факт, что растениям необходим свет, существенно влияет на структуру сообществ. Распространение водных растений, океанических животных и планктона ограничено областью проникновения солнечных лучей.
В экологии под термином «свет» подразумевается весь диапазон солнечного излучения, достигающего земной поверхности. Солнце излучает в космическое пространство громадное количество электромагнитных волн разной длины и частоты. Спектр распределения энергии излучения Солнца за пределами земной атмосферы показывает, что около половины солнечной энергии излучается в инфракрасной области, 40 % - в видимой и 10 % - в ультрафиолетовой и рентгеновской областях. Земная атмосфера, включая озоновый слой, селективно, т.е. избирательно по частотным диапазонам, поглощает энергию электромагнитного излучения Солнца, и до поверхности Земли доходит в основном излучение с длиной волны от 0,3 до 3 мкм.
Хотя на Землю попадает лишь одна двухмиллиардная часть солнечного излучения, на каждый 1 м2 планеты приходится в среднем по 1,3 кВт энергии. Ее хватило бы для работы электрического чайника или утюга.
Для живого вещества важны качественные признаки света - длина волны, интенсивность и продолжительность воздействия. Излучение, воспринимаемое нашим глазом, - это лишь часть спектра электромагнитных колебаний. Эта область охватывает диапазон волн длиной 0,39-0,76 мкм[1]. Электромагнитные волны большей длины лежат в инфракрасной области спектра (0,76-4,0 мкм). Они воспринимаются человеком как

Рис. 33. Спектр электромагнитного излучения Солнца

тепло. Более короткие - ультрафиолетовые волны (менее 0,4 мкм) наши органы чувств непосредственно не воспринимают. Другие живые существа, в частности насекомые, наоборот, воспринимают инфракрасные и ультрафиолетовые излучения, недоступные человеку (рис. 3.3).
Известно, что животные и растения реагируют на изменение длины волны света. Цветовое зрение развито в разных группах животных по-разному: оно хорошо развито у некоторых видов членистоногих, рыб, птиц и млекопитающих, но у других видов тех же групп оно может отсутствовать. На рис. 3.4 показано восприятие цветочного луга человеком и пчелой.
Часть солнечных лучей, преодолев огромное расстояние, достигает поверхности Земли, освещает и обогревает ее. Подсчитано, что на нашу планету поступает около одной двухмил-

Рис. 3.4. Восприятие света человеком и пчелой (а); цветочный луг, каким его видим мы (5) и каким он представляется пчеле (в)

лиардной части солнечной энергии, а из этого количества лишь 0,1-0,2 % используется зелеными растениями на создание органического вещества.
Солнечная энергия, которую зеленые растения поглощают и используют, называется фотосинтетически активной радиацией (ФАР). В этом спектральном диапазоне (0,38-0,71 мкм) в живых организмах совершаются важнейшие фотобиологи- ческие процессы. Показатели ФАР очень изменчивы. Интенсивность фотосинтеза варьируется с изменением длины волны света. Например, при прохождении света через воду красная и синяя части спектра отфильтровываются и получающийся зеленоватый свет слабо поглощается хлорофиллом. Однако красные водоросли имеют дополнительные пигменты (фикоэритрины), позволяющие им использовать эту энергию и жить на большей глубине, чем зеленые водоросли.
Оказывается, для растений наиболее продуктивными являются не прямые солнечные лучи, которые падают перпен

дикулярно на зеленую поверхность листьев, а рассеянные. Прямая радиация Солнца в зависимости от высоты светила над горизонтом содержит 28-43 % ФАР. Рассеянная радиация при солнечном свете составляет 50-60 %, рассеянная радиация при ясном небе - до 90 % ФАР.
Световой фактор играет для растений весьма важную роль: от интенсивности солнечного освещения зависит продуктивность, производительность растений. Однако световой режим на Земле довольно разнообразен. В лесу он иной, чем на лугу. Освещение в лиственном и темнохвойном еловом лесу заметно различается. Таких примеров можно привести множество. Конечно, растения стремятся как можно полнее использовать ту солнечную радиацию, которая достигает Земли. Присмотритесь к комнатным растениям на ваших подоконниках. Они так и тянутся к солнечному свету, а если его недостаточно, то вытягиваются, истончаются, листья их мельчают.
Каким же образом растения приспосабливаются к условиям различной освещенности в природе? Помог им в этом естественный отбор, благодаря которому возникли различные приспособления, позволяющие растениям жить в разнообразных условиях. По отношению к освещенности в естественных местообитаниях растения можно разбить на несколько групп. В связи с этим хочется остановиться на одном заблуждении. Во многих учебниках, справочниках по экологии дается такая градация растений по отношению к свету: светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые, т.е. одни растения любят светлые места произрастания, другие же, наоборот, обожают тень.
Следует заметить, что места, куда свет проникает в очень малых количествах, - это неблагоприятные условия существования для любых организмов. Не составляют исключений и растения. Тень - неблагоприятный фактор для их развития. И поэтому, в принципе, каждое растение старается «ухватить» как можно больше солнечного света для успешного обеспечения фотосинтетического процесса. Однако не всегда желания совпадают с возможностями, и по отношению к фактору освещенности в мире растений происходит жесткая конкуренция. Виды, уже приспособившиеся жить в комфортных условиях, не допускают других, которые в конкурентном отношении менее сильны. Такие виды и оттесняются в места с неблагоприятным световым режимом, в тень. Происходит раздел сфер влияния. Но и здесь, где, казалось бы, не каждое растение хочет расти, тоже свои раздоры. Ведь существуют места, например, в лесу, с различной освещенностью. В итоге одни растения остаются в слабой тени, другие же вынуждены отступить в еще большую тень. Эволюционным путем такие группы растений приспосабливаются жить в сильной тени, где конкурентов у них уже нет. Это не значит, что они не любят свет (якобы тенелюбивые). Они просто вынуждены терпеть эволюци- онно сложившиеся фитоценотические отношения. Конечно, в процессе длительной эволюции фотосинтетический аппарат у них приспособился к проявлению предельной интенсивности фотосинтеза в условиях малой освещенности. Но это как раз и есть то приспособление, благодаря которому им удалось уцелеть в условиях жесткой конкуренции. Развитие главенствующей древесной растительности эволюционно закрепило их статус. Так они и стали изгоями растительного мира.
Таким образом, все растения по отношению к свету можно разделить на следующие группы: растения теневые - сциофиты (от греч. «сциа» - тень и «фитон» - растение); растения теневыносливые; растения светолюбивые - гелиофиты (от греч. «гелиос» - солнце и «фитон» - растение).
Места обитания сциофитов - нижние затемненные ярусы; обитатели глубоких слоев водоемов. Прежде всего это растения, находящиеся под пологом леса (кислица, костяника, сныть).
Сциофиты характеризуются следующими признаками: листья крупные, нежные; листья темно-зеленого цвета; листья подвижные; характерна так называемая листовая мозаика (т.е. особое расположение листьев, при котором они макимально не заслоняют друг друга).
-Для сциофитов зоной оптимума служат затененные места, при сильной освещенности они чувствуют себя плохо. Растения этой группы адаптировались к условиям сильного затенения темнохвойных таежных, широколиственных и тропических влажных лесов. Обычно адаптация к условиям недостаточной освещенности сочетается у них с высокой потребностью в водоснабжении. В условиях сильной освещенности сциофиты не могут эффективно регулировать транспирацию и обычно высыхают. Типичные представители темных местообитаний - это зеленые мхи, плауны, кислица обыкновенная (Oxalis aceto- sella), копытень европейский {Asarum europaeum), седмичник европейский (Trientalis europaeus), барвинок малый (Vinca minor), майник двулистный (Majanthemum bifolium) и др.
Теневыносливые растения способны развиваться как при очень большом, так и при малом количестве света. В качестве примера таких растений можно указать некоторые деревья: ель обыкновенную (Picea abies), клен остролистный (Acerpla- tanoides), граб обыкновенный (Carpinus betulus)', кустарники - лещину (Corylus avellana), боярышник (Crataegus monogyna); травы - землянику (Fragaria vesca), герань полевую (Geranium pratense)-, многие комнатные растения.
Гелиофиты характеризуются следующими признаками: мелкие размеры листьев; встречается сезонный диморфизм: весной листья мелкие, летом - крупнее; листья располагаются под большим углом, иногда почти вертикально; листовая пластинка блестящая или густо опушенная; образуют разряженные насаждения.
Гелиофиты либо совсем не переносят, либо плохо переносят даже незначительное затенение. К этой группе относятся степные и луговые злаки, растения тундр, ранневесенние растения, большинство культурных растений открытого грунта, многие сорняки. Из видов этой группы можно отметить подорожник обыкновенный (Plantago major), иван-чай (Chamaerion angustifo- Нит), вейниктростниковидный (Calamagrostisarundinacea) и др.
Температура
Любой организм способен жить в пределах определенного диапазона температур. Область распространения живого в основном ограничена областью чуть ниже О °С и до +50 °С. И хотя некоторые авторы указывают диапазон температур, при которых возможно существование живых организмов от -200 °С до +100 °С, большая часть обитающих на Земле видов приспособлена к жизни в довольно узкой температурной амплитуде, причем, как правило, верхние температурные границы оказываются более критическими, нежели нижние.
Конечно, известны и исключения, когда живые организмы переносили как высокие (некоторые цианобактерии могут существовать при 80-88 °С), так и низкие температуры. Например, одна из жужелиц Аляски (Pterostichus brevicomi) в условиях эксперимента перенесла охлаждение -87 °С в течение 5 ч. В исландских термальных (теплых) источниках температура воды обычно держится близ отметки +55 °С. Здесь часто можно встретить личинки мушки Scatella. Обычно к высоким температурам приспосабливаются беспозвоночные животные, такие, как мелкая амеба {Amoeba Umax), которая выдерживает температуру +54 °С (горячие источники
Италии). Позвоночные в подавляющем большинстве не в состоянии выдерживать такие экстремально высокие температуры, хотя и здесь есть исключения. Например, рыба карпозубик (Cyprinodon nevadensis) в горячих источниках пустыни штата Невада (США) выносит температуру воды около +42 °С.
Критические температуры для растений и животных могут варьировать чрезвычайно широко. Если живущие в пустыне рептилии могут без труда переносить 45-градусную жару, то большинство морских беспозвоночных гибнет при температуре более 30-32 °С. Наши обычные бабочки - крапивницы и капустницы во взрослом состоянии могут выживать при температурном интервале от 8 до 200 °С ниже нуля. И только после падения температуры тела ниже этих величин у них наступает переохлаждение, вызывающее необратимые изменения в организме. А тamp;кие организмы, как коловратки при высыхании могут выдерживать падение температуры до -60 °С. После повышения температуры они часто оживают.
Основным источником тепла, как и света, является солнечное излучение. Организм может выживать только в условиях, к которым приспособлен его метаболизм (обмен веществ). Если температура живой клетки падает ниже точки замерзания, клетка обычно физически повреждается и гибнет в результате образования кристаллов льда. Если же температура слишком высока, происходит так называемая денатурация белков. Именно это происходит при варке куриного яйца.
Воздействие различных температур на живые организмы приводит либо к увеличению, либо к уменьшению скорости обменных процессов и биохимических реакций. Повышение температуры ведет к пропорциональному возрастанию скорости реакции. Величину температурного ускорения химических реакций удобно отражать коэффициентом температурного ускорения Q10.
Qlo = Kt+\0/Kt,
где Kt - скорость реакции при температуре ?.
Данный коэффициент показывает во сколько раз изменяется скорость реакций при изменении температуры на 10 °С. Это положение называется правшам Вант-Гоффа и гласит, что подъем температуры на 10 °С приводит к 2-3-кратному ускорению химических процессов, т.е. величина коэффициента равна 2-3. Следует отметить, что в реакциях живых организмов коэффициент Q10 может колебаться в довольно широких пределах. Объясняется это тем, что в живых организмах химические процессы протекают с участием сложных ферментативных систем. Их активность зависит от температуры.
Однако скорость ферментативных реакций не является линейной функцией температуры. Поэтому для разных организмов, находящихся в специфических условиях среды, коэффициент температурного ускорения различный. Например, зависимость метаболизма рыб и многих водных животных от температуры выражается в изменении величины Q10 от 10,9 до 2,2 в диапазоне температур от 0 до +30 °С.
При сильном понижении температуры осуществление жизненных функций организма становится невозможным из- за резкого замедления обмена веществ. При повышении температуры обменные процессы организма резко возрастают, что в большинстве случаев приводит к его гибели. Большинство организмов способно в той или иной мере контролировать температуру своего тела с помощью различных ответных реакций. У подавляющего числа живых существ температура тела может изменяться в зависимости от температуры окружающей среды. Такие организмы не способны регулировать свою собственную температуру и называются пайкилотермными. Их активность в основном зависит от тепла, поступающего извне. Температура тела пойкилотермных организмов связана со значениями температуры окружающей среды. Пойкилотер- мия (холоднокровность) свойственна таким группам организмов, как растения, микроорганизмы, беспозвоночные, рыбы, рептилии и др.
Значительно меньшее количество живых существ способно к активному регулированию температуры тела. Это представители двух высших классов позвоночных - птицы и млекопитающие. Вырабатываемое ими тепло является продуктом биохимических реакций и служит существенным источником повышения температуры тела. Такая температура поддерживается на постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Организмы, способные поддерживать постоянную оптимальную температуру тела независимо от температуры среды, называются гомойотермные. За счет этого свойства многие виды животных способны жить и размножаться при температуре ниже нуля (северный олень, белый медведь, ластоногие, пингвины). Поддержание постоянной температуры своего тела обеспечивается гомойотермными (теплокровными) животными такими приспособлениями к условиям существования, как хорошая тепловая изоляция, создаваемая шерстяным покровом, плотное оперение, подкожные воздушные полости, толстый слой жировой ткани и т.п.
Частный случай гомойотермии - гетеротермия. Разный уровень температуры тела у гетеротермных организмов зависит от их функциональной активности. В период активности они обладают постоянной температурой тела, а в период отдыха или зимней спячки она значительно понижается. Гетеро- термность характерна для сусликов, сурков, барсуков, летучих мышей, ежей, бурых медведей, колибри и др.
Влажность
Вода - основа живой материи. Для громадного числа живых организмов вода является одним из главных экологических факторов. Исключительная значимость воды состоит в том, что она является основным условием существования всего живого на Земле. Все жизненные процессы в клетках живых организмов протекают в водной среде.
Вода медленно нагревается и медленно остывает. Нужны большие затраты энергии для превращения льда в жидкость и жидкой воды в пар. Эти свойства определяют роль воды как аккумулятора энергии и главного регулятора климата на Земле.
Максимальная плотность воды приходится на температуру +4 °С. У других жидкостей максимальная плотность соответствует температуре плавления. При температурах выше и ниже +4 °С вода имеет меньшую плотность, т.е. она расширяется. Поэтому лед не тонет в собственном расплаве. Благодаря этому водоемы замерзают с поверхности и образовавшаяся ледяная корка защищает их от полного промерзания, а живые организмы от гибели.
Вода - инертный и универсальный растворитель. Газы достаточно хорошо растворяются в ней, если способны вступать в химическое взаимодействие (аммиак, сероводород, сернистый газ, диоксид углерода). Прочие газы в ней мало растворимы. При понижении давления и повышении температуры растворимость газов уменьшается.
Вода химически не изменяется под действием большинства технических соединений, которые растворяет. Это очень важно для всех живых организмов на нашей планете, поскольку необходимые их тканям питательные вещества поступают в водных растворах в сравнительно мало измененном виде. В природных условиях вода всегда содержит то или иное количество примесей, взаимодействуя не только с твердыми и жидкими веществами, но растворяя также и газы.
Даже из свежевыпавшей дождевой воды можно выделить несколько десятков миллиграммов различных растворенных в ней веществ на каждый литр объема. Абсолютно чистую воду никогда и никому еще не удавалось получить ни в одном из ее агрегатных состояний; химически чистую воду, в значительной мере лишенную растворенных веществ, производят путем длительной и кропотливой очистки в лабораториях или на специальных промышленных установках.
В природных условиях вода не может сохранить «химическую чистоту». Постоянно соприкасаясь со всевозможными веществами, она фактически всегда представляет собой раствор различного, зачастую очень сложного свойства. В пресной воде содержание растворенных веществ обычно превышает 1 г/л. От нескольких единиц до десятков граммов на литр колеблется содержание солей в морской воде: например в Балтийском море их всего 5 г/л, в Черном - 18, а в Красном море - даже 41 г/л.
Вода способна к значительному переохлаждению, т.е. может оставаться в жидком состоянии ниже температуры плавления (даже при -30 °С). Ее удельная теплоемкость, удельная теплота плавления и кипения аномально высоки по сравнению с другими веществами, причем удельная теплоемкость воды минимальна при 40 °С. Теплоемкость воды принята за 1. Теплоемкость песка, например, составляет 0,2, а железа - лишь 0,107 теплоемкости воды. Способность воды накапливать большие запасы тепловой энергии позволяет сглаживать резкие температурные колебания на прибрежных участках Земли в различные времена года и в различную пору суток: вода выступает как бы регулятором температуры на всей нашей планете.
Большое экологическое значение имеют высокая плотность и вязкость воды. Плотность воды примерно в 1300 раз, а вязкость примерно в 55 раз выше, чем у воздуха. Вязкость с ростом давления уменьшается, а не повышается, как следовало бы ожидать по аналогии с другими жидкостями. Сжимаемость воды крайне невелика, причем с ростом температуры уменьшается. Удельная масса воды соизмерима с таковой тела живых организмов.
Из-за высокой плотности воды водные организмы (особенно активно движущиеся) сталкиваются с большой силой гидродинамического сопротивления. Эволюция многих групп водных животных по этой причине шла в направлении формирования формы тела и типов движения, снижающих лобовое сопротивление, что приводит к снижению энергозатрат на плавание. Так, обтекаемая форма тела встречается у представителей различных групп организмов, обитающих в воде, - дельфинов (млекопитающих), костистых и хрящевых рыб.
Высокая плотность воды является также причиной того, что механические колебания (вибрации) хорошо распространяются в водной среде. Это имело важное значение в эволюции органов чувств, ориентации в пространстве и коммуникации между водными обитателями. Вчетверо большая, чем в воздухе, скорость звука в водной среде определяет более высокую частоту эходокационных сигналов.
По сравнению’с почвой и воздухом вода отличается гораздо большей термостабильностью, что благоприятно для существования жизни. Когда вода начинает нагреваться, возрастает испарение, вследствие чего повышение температуры замедляется. При охлаждении воды ниже О °С и образовании льда, выделяющееся тепло тормозит дальнейшее понижение температуры.

По сравнению с воздухом, вода гораздо менее прозрачна, и падающий в нее свет довольно быстро поглощается и рассеивается.
Уникальные свойства воды предопределяют особую ее миссию в формировании лика планеты Земля, ее физической и химической среды, а также в появлении и поддержании удивительного явления - жизни. В его организме с массой тела 65 кг содержится около 40 л воды, из них почти 25 л находится внутри клеток, а 15 л - в составе внеклеточных жидкостей организма. Из 25 л внутриклеточных жидкостей около 95 % находится в свободном состоянии, а 5 % - иммобилизовано за счет связи с биологическими макромолекулами. Почти 89 % воды содержит человеческий мозг, до 80 % воды входит в состав человеческой крови, более чем на 70 % мышцы человека содержат все ту же воду, и даже в костях скелета около 20 % влаги. Особенно богаты водой ткани молодого организма. С годами человек высыхает, теряет влагу. В теле 3-месячного плода содержится 95 % воды, 5-месячного - 86, новорожденного ребенка - 70, взрослого человека - от 65 до 55 %.
Для поддержания водного баланса медики рекомендуют выпивать в сутки 2 л воды. При этом считается все: соки, кисели, супы, компоты и т.п. Еда на самом деле состоит в основном из воды. Даже в засушенной корочке черного хлеба ее около 5 %, в молоке - 87, в помидорах - 85, в мясе - 50-70 %.
Суточная же потребность в воде составляет для взрослого человека 9-10 л, т.е. около 15 % массы тела. Это не означает, что здоровый человек должен пить каждый день по ведру воды. Дело в том, что 7-8 л наши ткани создают сами. Эта так называемая эндогенная жидкость рождается в организме при сжигании питательных веществ кислородом, строительстве новых молекул, их переделке. И эту воду непрерывно «выпивают» ткани. Перераспределение ее идет через желудочно-кишечный тракт. Например, человек глотает со слюной 1,5 л воды, столько же дает желудок в виде желудочного сока, 3 л соков выделяет кишечник, 0,7 л - поджелудочная железа и 0,5 л образуется желчи.
Но «приток» эндогенной влаги меньше, чем ее потери через почки, кожу, легкие, и поэтому 2 л воды человек должен получить извне - либо в чистом виде, либо с различной пищей. За несколькими исключениями это правило распространяется и на животных.
Больше всего воды в течение суток из наземных животных нужно слону - около 90 л, причем для нормальной жизнедеятельности он должен пить ежедневно. Может, потому и стали слоны одними из лучших «гидрогеологов» среди зверей и птиц. Водоемы они чувствуют на расстоянии до 5 км! Только бизоны чуют еще дальше - на 7-8 км. В засушливое время слоны роют бивнями в руслах опустевших рек ямы, куда собирается вода. Буйволы, носороги и другие животные охотно пользуются слоновьими колодцами. Задними лапами роют колодцы и кенгуру. Глубина таких углублений доходит до 1 м.
Чтобы удовлетворить жажду, гиены иногда едят дыни, арбузы, другие овощи. Горный кенгуру (валлару) обдирает кору деревьев и слизывает проступающий сок. Сурок, жираф, коала, некоторые антилопы и многие другие обитатели саванн и пустынь живут без водопоя многие недели, но при условии, что они получают влагу с сочной зеленью. Верблюду же обходиться безо всякой воды помогает жир в горбах. При окислении 100 г жира в организме образуется 107 г воды.
Первый признак того, что организму не хватает воды - усталость. При потере всего 5 % из положенного организму количества жидкости пульс тут же учащается, а температура повышается. Если воду заменить на чай, кофе, вино, то эффект будет обратный. Все это мочегонное, поэтому жидкости в таких случаях теряется гораздо больше, чем выпивается. Если обезвоживание произойдет на 20 %, то надо срочно пить воду.
Тела животных содержат, как правило, не менее 50 % воды. Упоминавшийся великан из мира животных - слон - на 70 % состоит из воды; столько же ее в теле утки-кряквы; гусеницы, поедающие листья растений, состоят из воды на 85-90 %; у медуз воды более 98 %. Из животных наиболее «сухой» амбарный долгоносик (Sithophilus granarus). В его теле содержится всего 46 % воды.
Сочные плоды растений также содержат большое количество воды: в картофеле - 80 %, в помидоре - 95 %.
Организмы теряют воду прежде всего в процессе метаболизма; теряется она и при испарении с поверхности тела. Для поддержания жизнедеятельности животным приходится восполнять ее недостаток. Вода и растворенные в ней соли проникают в тела животных различными путями. Животные, обитающие в водной среде, получают ее через наружные покровы. Насекомые, моллюски, черви, амфибии адсорбируют влагу из воздуха. Поэтому лягушке пить совсем не обязательно. Для многих животных основной источник воды - пища. Бабочки питаются главным образом жидким кормом, комары довольствуются капельками росы.
Количество воды, которое может потерять живой организм без ущерба для себя, колеблется в широких пределах. Для млекопитающих эти величины составляют 10-15 % от их веса. Исключением среди млекопитающих являются верблюд, который способен возместить потерю воды в количестве до 30 % веса (выпивая сразу 10-15 ведер воды верблюд в четверть часа восстанавливает свой прежний вид), и домовая мышь, выдерживающая потерю до 40 % воды. Такая устойчивость к «высыханию» позволяет мыши селиться в жилищах человека.
Среди других животных, к примеру, дождевой червь может терять даже 43 % воды, и, хотя после этого он становится неподвижным и жизнь словно замирает в нем, его можно возродить. Чемпион же обезвоживания - африканская двоякодышащая рыба протоптерус. К концу спячки, которую она проводит в иле, в ней остается 10 % начального веса, и похудение идет в основном за счет потери воды.
Современное распространение жизни на Земле напрямую связано с осадками. Влажность в разных точках земного шара неодинакова. Больше всего осадков выпадает в экваториальной зоне и особенно много - в верхнем течении реки Амазонки и на островах Малайского архипелага. Количество их в отдельных районах достигает 12 тыс. мм/г. Для сравнения в тундре и пустынях выпадает менее 250 мм/г. Как видим, разница значительная.
Говоря об экологической роли воды, нужно учитывать характер выпадающих осадков. Всем известно выражение «грибной дождь», когда продолжительно моросящая влага хорошо увлажняет почву. Для растений такой дождь гораздо более ценен, чем кратковременный ливень, несущий большие потоки воды. Атмосферные осадки в любой форме (дождь, туман, снег, иней и т.д.) создают приток воды в почву, через нее к растениям, а от них к травоядным животным. Различные типы осадков в разных местах могут отличаться по воздействию на водный баланс территории. Например, в лесах побережий и в пустынях очень важный вклад в общее количество осадков вносят роса и приземный туман. Отмечено, что на Западном побережье США туман за год дает в 2-3 раза больше воды, чем ее выпадает с осадками.
Животные по-разному относятся к влаге. Вода как физикохимическое тело оказывает непрерывное воздействие на жизнь гидробионтов (водных организмов). Она не только удовлетворяет физиологические потребности организмов, но и служит им опорой, доставляет кислород и пищу и уносит метаболиты, переносит половые продукты и самих гидробионтов. Благодаря подвижности воды в гидросфере возможно существование прикрепленных к субстрату животных, которых, как известно, нет на суше. Поэтому свойства воды - важнейший фактор абиотической среды водного населения.
Отличаются потребности в воде и в мире растений. Известно, что одни растения предпочитают влажную среду - окраины озер, болота, другие прекрасно чувствуют себя при значительном недостатке влаги и способны произрастать чуть ли не на голом песке. Такое отношение растительных организмов к воде выработалось у них за время длительного эволюционного процесса.
По отношению к влажности все растения делятся на различные экологические группы. Растения, для которых вода не просто экологический фактор, а среда обитания, составляют группу водных растений.
¦ Гидадофиты (от греч. «гидатос» - вода и «фитон» - растение) - полностью или большей своей частью погруженные в воду растения. К ним относятся такие обычные водные растения, как кувшинка белая (Nymphaea alba), кубышка желтая (Nuphar lutea), стрелолист {Sagittaria sagittifolia).
и Гидрофиты (от греч. «гидро» - вода) - растения, погруженные в воду меньшей своей частью. Среди них можно назвать тростник обыкновенный {Phragmites australis), частуху подорожниковую (Alisma plantago-aquatica), рогоз узколистный (Typha angustifolia) и др.
Растения с надземными частями, не погруженными в воду, разделяются еще на следующие группы. Гигрофиты (греч. «гигрос» - влажный) - растения, приуроченные к избыточно увлажненным местообитаниям, где воздух насыщен водяными парами. Это калужница болотная (Caltha palustjis), чистяк весенний (Ficaria vema), вахта трехлистная (Menyanthes trifoliata).
л Мезофиты (от греч. «мезос» - средний) - растения умеренно влажных местообитаний. В наших условиях это наиболее обширная экологическая группа растений. Здесь и обычные луговые травы (клевер луговой, ползучий, средний (Trifo- hum pratense, Т. repens, Т. medium) и большинство лесных трав (ландыш майский (Convallaria majalis), майник двулистный (Majanthemum bifolium), папоротник орляк (Pteridium aquili- num), почти все лиственные деревья (осина, береза, клен, ольха), многие полевые культуры и сорняки. Ксерофиты (от греч. «ксерос» - сухой) - растения, приспособившиеся к местам с засушливым климатом и способные переносить большой недостаток влаги. К ним относятся такие обитатели сухих песчаных почв, как молодило (Semper- vivum tectorum) и очиток едкий (Sedum acre).
Среди ксерофитов выделяют две группы растений. Одни имеют сочные, мясистые стебли или листья. Эта группа носит название суккулентов (от лат. «суккулентус» - сочный, жирный). Все эти растения в процессе эволюции выработали свойство накапливать воду в листьях или стеблях. В зависимости от того, в каких частях суккулентов развивается водозапасающая ткань, их делят на стеблевые и листовые. У стеблевых суккулентов листья чаще всего превращены в колючки или чешуйки. К ним относятся такие популярные у цветоводов растения, как кактусы. Некоторые кактусы способны концентрировать в своих стеблях до 3 тыс. л воды и экономно расходовать ее в условиях засушливого климата. К листовым суккулентам относятся разводимые многими в лечебных целях виды из рода длоэ и бриофиллюм.
Суккуленты встречаются в разных семействах растительного царства и обитают на всех материках земного шара, но больше всего их произрастает в засушливых пустынях и полупустынях Африки и Америки.
Вторая группа растений-ксерофитов имеет жесткие кожистые листья и стебли, которые эффективно задерживают испарение воды. Они способны без вреда для себя потерять до 20-25 % содержащейся в них влаги. Эта группа растений носит название склерофиты (от греч. «склерос» - твердый, жесткий). По внешнему виду склерофиты являются полной противоположностью суккулентам. Листья и стебли их не содержат запасов воды и кажутся суховатыми. К склерофитам относятся ковыли, многие полыни, саксаул, верблюжья колючка, оливковое дерево, пробковый дуб.
Эдафические факторы (факторы почвенной среды)
Жизнь многих организмов теснейшим образом связана с почвой. Почва - это удивительный мир, в котором существуют бок о бок многочисленные мельчайшие, мелкие и более крупные организмы. Она обильно пронизана корнями многочисленных растений, которые используют ее как питательную среду. Условия их жизни в первую очередь зависят от особенностей и свойств почвы.
Вся совокупность физических и химических свойств почвы, оказывающих экологическое воздействие на живые организмы относится к эдафическим факторам (от греч. «эда- фос» - основание, земля, почва). К основным эдафическим факторам относятся механический состав (размер частиц почвы), относительная рыхлость, структура, водопроницаемость, аэрируемость, химический состав самой почвы и циркулирующих в ней веществ (газов, воды).
Механический состав почвы определяется содержанием в ней механических элементов (гранулометрический состав) (табл. 3.2).
Таблица 3.2. Характеристика механических элементов почвы

Механические элементы	Диаметр частиц, мм
Камни	Более 3
Гравий	3-1
Песок крупный	1-0,5
Песок средний	0,5-0,25
Песок мелкий	0,25-0,05
Пыль крупная	0,05-0,01
Пыль средняя	0,01-0,005
Пыль мелкая	0,005-0,001
Ил грубый	0,001-0,0005
Ил тонкий	0,0005-0,0001
Коллоиды	Менее 0,0001

Характер гранулометрического состава почвы может иметь экологическое значение для животных, которые по крайней мере в какой-то период обитают в почве или ведут роющий образ жизни. Личинки насекомых, как правило, не могут жить в слишком каменистой почве; роющие перепончатокрылые, откладывающие яйца в подземных ходах, многие саранчевые, зарывающие яйцевые коконы в землю, нуждаются в том, чтобы она была достаточно рыхлой.
Важной характеристикой почвы является ее кислотность. Из школьного курса химии хорошо известно, что кислотность среды, определяемая водородным показателем (pH), является величиной, характеризующей концентрацию ионов водорода в растворе, и численно равна отрицательному десятичному логарифму этой концентрации: pH=-lg[H+]. Водные растворы могут иметь pH от 0 до 14. Нейтральные растворы имеют pH 7, кислая среда характеризуется значениями pH меньше 7, а щелочная - больше 7. Кислотность может служить индикатором скорости общего метаболизма сообщества. Если pH почвенного раствора слишком низка, то в ней содержится мало биогенных элементов, поэтому продуктивность такой почвы крайне мала.
По отношению к степени кислотности почвы можно выделить следующие экологические группы растений: ацидофильные виды могут расти на кислых почвах с pH почвенного раствора менее 6,7 (это растения сфагновых болот, вереск (Calluna vulgaris), багульник (Ledum palustre), виды родов хвощ (Equisetum), черника (Vaccinium myrtillus), многие мхи); нейтрофильные виды растут на почвах со значением pH близко к нейтральному (большинство культурных растений, виды родов клевер (Trifolium), люцерна (Medicago), тимофеевка (РМеит), орех (Juglands) и др.); базифильные виды малочувствительны к щелочной реакции и растут при pH более 7 (в основном это растения меловых отложений, степей, пустынь и полупустынь); индифферентные виды могут произрастать на почвах с разным значением pH (ландыш (Convallaria majalis), овсяница овечья (Festuca ovina) и др.).
По отношению к плодородию почвы (валовому составу химических элементов) различают следующие экологические группы растений: олиготрофы (от греч. «олигос» - небольшой и «трофе» - питание) - растения бедных, малоплодородных почв (сосна обыкновенная (Pinus sylvestris); мезотрофы (от греч. «мезос» - средний) - растения с умеренной потребностью к питательным веществам - большинство наших лесных растений; эвтрофы (от греч. «эу» - хорошо) - растения, требовательные к содержанию большого количества питательных веществ в почве (дуб (Quercus robuf), лещина (Corylus avellana), сныть (Aegopodium podagraria).
Орографические факторы
На распространение организмов по земной поверхности влияют такие орографические факторы, как особенности элементов рельефа, высота над уровнем моря, экспозиция и крутизна склонов.
Макрорельеф (горы, долины, низменности) влияет на распределение растительности в крупных географических масштабах. Одним из главных орографических факторов является высота над уровнем моря. С высотой снижаются средние температуры, увеличивается суточный перепад температур, возрастают количество осадков, скорость ветра и интенсивность радиации, понижаются атмосферное давление и концентрации газов. Все эти факторы влияют на растения и животных, обуславливая вертикальную зональность.
Характерный пример - вертикальная зональность в горах. Подъем в гору часто напоминает путешествие от экватора к полюсу. Здесь с поднятием на каждые 100 м температура воздуха понижается в среднем на 0,55 °С. Одновременно с этим изменяется влажность, сокращается длительность вегетационного периода. С увеличением высоты местообитания существенно изменяется развитие растений и животных. У подножия гор могут находиться тропические моря, а на вершине - дуть арктические ветры. С одной стороны гор может быть солнечно и тепло, с другой - влажно и холодно.
Еще один орографический фактор - экспозиция склона. На северных склонах растения образуют теневые формы, на южных - световые. Растительность представлена здесь главным образом засухоустойчивыми кустарниками. Склоны, обращенные на юг, получают больше солнечного света, поэтому интенсивность света и температура здесь выше, чем на дне долин и на склонах северной экспозиции. С этим связаны существенные различия в прогревании воздуха и почвы, скорости таяния снега, иссушения почвы.
Важным фактором рельефа является также крутизна склона. Влияние этого показателя на условия жизни организмов сказываются главным образом через особенности почвенной среды, водного и температурного режимов. Для крутых склонов характерны быстрый дренаж и смывание почв, поэтому здесь почвы маломощные и более сухие. Если уклон превышает 35°, почва и растительность обычно не образуются, а создаются осыпи из рыхлого материала.
Пирогенный фактор (пожары)
Пожары являются весьма значимым экологическим фактором. По выражению Ю. Одума пожар является «частью “климата” в большинстве наземных местообитаний и формирует историю их флоры» (Одум, 1986). В настоящее время экологи пришли к однозначному мнению, что пожар надо рассматривать как один из естественных абиотических факторов наряду с климатическими, эдафическими и другими факторами. При правильном использовании огонь может стать очень ценным экологическим инструментом. Следует отметить, что в отличие от других экологических факторов, человек может регулировать пожары, в связи с чем они могут быть определенным ограничивающим фактором при распространении растений и животных.
Возникновению пожаров могут способствовать как естественные факторы (удар молнии), так и случайные и неслучайные действия человека. Различают два типа пожаров.
Наиболее трудно поддаются сдерживанию и регулированию пожары верховые. Чаще всего они весьма интенсивны и разрушают всю растительность и органику почвы. Такие пожары оказывают ограничивающее воздействие на многие организмы.
Низовые пожары, наоборот, обладают избирательным действием: для одних организмов они оказываются более губительными, для других - менее, и таким образом способствуют развитию организмов с высокой устойчивостью к пожарам. Кроме того, небольшие низовые пожары дополняют действие бактерий, разлагая умершие растения и ускоряя превращение минеральных элементов питания в форму, пригодную для использования новыми поколениями растений.
Если низовые пожары случаются регулярно раз в несколько лет, на земле остается мало валежника, это снижает вероятность возгорания крон. В лесах, не горевших более 60 лет, накапливается столько горючей подстилки и отмершей древесины, что при ее воспламенении верховой пожар почти неизбежен.
Иногда пожары являются даже обязательными факторами в циклах развития некоторых деревьев, например, сосны. В южных штатах США по Атлантическому побережью сосновые леса сохраняются благодаря периодическим пожарам. Некоторые виды сосен выбрасывают семена только после воздействия тепла от пожара, который проходит на уровне подлеска. После пожара проростки сосны лучше растут, так как не встречают конкуренции с другими видами, обычно присутствующими в подлеске.
В местообитаниях, подверженных частым пожарам, как, например, на юге Калифорнии, многие растения откладывают запасы питательных веществ в устойчивых к огню розетках корней, которые после окончания пожара дают новую поросль. Отрастающие от корней побеги закрепляют почву быстрее и лучше, чем если бы это происходило при развитии новых растений только из семян.
Кроме всего прочего, в местообитаниях с малоплодородной почвой пожары способствуют обогащению ее зольными элементами и питательными веществами.
При достаточной влажности (прерии Северной Америки) пожары стимулируют рост трав за счет деревьев. Особенно важную регулирующую роль пожары играют в степях и саваннах. Здесь периодические пожары уменьшают вероятность вторжения пустынных кустарников.
Растения выработали специальные адаптации (приспособления) к пожару, так же, как они сделали по отношению к другим абиотическим факторам. В частности, почки злаков и сосен скрыты от огня в глубине пучков листьев или хвоинок. В периодически выгорающих местообитаниях эти виды растений получают преимущества, так как огонь способствует их сохранению, избирательно содействуя их процветанию. Широколиственные же породы лишены защитных приспособлений от огня, он для них губителен. Семена многих однолетних растений устойчивы к огню, что дает им возможность появиться на выжженных участках прежде, чем их вытеснят кустарники. Кроме того, точки роста злаков находятся под землей, так что травы быстро и пышно отрастают после выгорания сухих надземных частей.
Стремительно надвигающийся степной пожар губителен для мелких животных, не способных спастись бегством. Однако они успевают спрятаться от огня в норах, глубоко в почве, либо под камнями, или среди корней злаков. Крупные животные успевают спастись от очагов возгорания.
Пожары поддерживают устойчивость лишь некоторых экосистем. Листопадным и влажным тропическим лесам, равновесие которых складывалось без влияния огня, даже низовой пожар может причинить большой ущерб, разрушив богатый гумусом верхний горизонт почвы, приведя к эрозии и вымыванию из нее биогенных веществ.
Следует отметить, что по своей неосторожности человек нередко бывает причиной увеличения частоты диких пожаров, поэтому необходимо активно бороться за пожарную безопасность в лесах и зонах отдыха. Частное лицо ни в коем случае не имеет права намеренно или случайно вызывать пожар в природе. Вместе с тем необходимо знать, что использование огня специально обученными людьми является частью правильного землепользования.

<< | >>

↑

Источник: Маврищев, В. В.. Основы экологии: учебник. 2007

Еще по теме Классификация факторов среды. Абиотические факторы:

- Детская психология - Общая экология - Природопользование - Социальная экология - Экологический мониторинг - Экология города и региона - Экология человека -