В почве сосредоточены корневые системы наземных растений.

Распределение организмов по средам жизни

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 (гидросфера, литосфера, атмосфера) и приспособились к существованию в строго определенных условиях.

Первой средой жизни стала вода. Именно в ней возникла жизнь. По мере исторического развития многие организмы начали заселять наземно-воздушную среду. В результате появились наземные растения и животные, которые бурно эволюционировали, адаптируясь к новым условиям существования. В процессе функционирования живого вещества на суше поверхностные слои литосферы постепенно преобразовались в почву. Почву стали заселять как водные, так и наземные организмы. Таким образом, на современной Земле четко выделяют четыре среды жизни – водная, наземно-воздушная, почва и живые организмы – существенно различающиеся своими условиями. Рассмотрим каждую из них.

2. Водная среда

2.1. Общая характеристика. Водная среда жизни, гидросфера, занимает до 71% площади земного шара. По объему запаса воды на Земле исчисляются в пределах 1370 млн. км³. Основное количество воды, более 98%, сосредоточено в морях и океанах, 1,24% представлено льдами полярных областей, в пресных водах рек, озер и болот количество воды не превышает 0,45%.

В водной среде обитает около 150000 видов животных (примерно 7% от общего их количества на земном шаре) и 10000 видов растений (8%).

Несмотря на то, что представители абсолютного большинства групп растений и животных остались в водной среде, число их видов значительно меньше, чем наземных. Значит, эволюция на суше проходила значительно быстрее. Наиболее разнообразен и богат растительный и животный мир морей и океанов экваториальных и тропических областей. На юг и север от этих поясов качественный состав организмов обедняется. В районе Ост-Индийского архипелага распространено около 40000 видов животных, а в море Лаптевых всего 400.

Характерной чертой водной среды является ее подвижность даже в стоячих водоемах, не говоря уже о проточных, быстро текущих реках. В морях и океанах наблюдаются приливы и отливы, штормы, в озерах вода перемещается под действием ветра и температуры. Движение воды обеспечивает снабжение водных организмов кислородом и питательными веществами, приводит к выравниванию температур во всем водоеме. Обитатели водоемов выработали соответствующие приспособления к подвижности воды. Водоросли крепко прикрепляются к подводным предметам, рыбы имеют тело, которое в поперечном разрезе почти округлое (форель, гольян), двигаются быстро навстречу течению и т.д.

2.2. Абиотические факторы водной среды

Вода как среда жизни обладает особыми физико-химическими свойствами. Температурный режим гидросферы коренным образом отличается от такового в других средах. Колебания температур в Мировом океане сравнительно не велики: самая низкая около 2⁰С, а самая высокая ≈ 36⁰С. Амплитуда колебаний здесь укладывается в 38⁰С. С глубиной температура воды в океанах падает, даже в тропических областях на глубине 1000 м не превышает 4-5⁰С. В пресных внутренних водоемах умеренных широт температура поверхностных слоев воды колеблется от -0,9⁰С до +25⁰С. Исключениями являются термальные источники – 83-95⁰С.

Такие термодинамические особенности водной среды, как высокая удельная теплоемкость, большая теплопроводность и расширение при замерзании, создают особо благоприятные условия для жизни. Поскольку температурный режим водоемов характеризуется большой стабильностью, организмы, обитающие в них, отличаются относительным постоянством температуры тела и обладают узким диапазоном приспособленности к колебаниям температуры среды. Даже незначительные отклонения в тепловом режиме ее могут привести к существенным изменениям в жизни животных и растений. Примером может служить «биологический взрыв» лотоса в самой северной части его обитания – в дельте Волги. Длительное время это экзотическое растение заселяло лишь небольшой залив, но с падением уровня Каспия, что сопровождалось образованием мелких озер и лиманов в устье Волги, вода в жаркие дни здесь прогревалась сильнее, чем прежде, это и способствовало разрастанию зарослей лотоса почти в 20 раз. В настоящее время происходит поднятие уровня воды, и процесс пошел в обратном направлении. Воде свойственны значительная плотность (в 800 раз превосходит воздушную) и вязкость. На растениях эти особенности сказываются в том, что у них слабо или вовсе не развивается механическая ткань. Большинству водных растений присуща плавучесть и способность находиться в воде во взвешенном состоянии. У многих животных покровы смазаны слизью, а тело имеет обтекаемую форму.

Большое влияние на водные организмы оказывают прозрачность воды и ее световой режим. Особенно это сказывается на фотосинтезирующих растениях. В мутных водоемах они обитают только в поверхностном слое.

Световой режим водоемов зависит от сезона. На севере в умеренных широтах, когда водоемы замерзают, а лед сверху еще покрывается снегом, проникновение света в толщу воды сильно ограничивается. Световой режим обусловливается также закономерным убыванием света с глубиной из-за того, что вода поглощает свет. При этом лучи с разной длиной волны поглощаются неодинаково, быстрее всего – красные, а менее – зеленые проникают значительно глубже. Цвет среды при этом меняется, соответственно этому с глубиной зеленые водоросли сменяются бурыми и красными.

Немаловажную роль играет соленость воды. Вода – это прекрасный растворитель многих минеральных соединений. В результате водоемам свойственен определенный химический состав.

Содержание кислорода в воде – это важный экологический фактор, так как содержание его в воде обратно пропорционально температуре. С понижением температуры растворимость кислорода и других газов увеличивается. Большое значение в жизни водных организмов имеет концентрация водородных ионов (рН). Пресноводные бассейны с рН = 37-4,7 – считаются кислыми, 6,95-7,3 - нейтральными, с рН больше 7,8 – щелочными. Морская вода более щелочная и рН ее значительно меньше изменяется, чем в пресной. С глубиной рН уменьшается.

2.3. Экологические группы гидробионтов

Толща воды – пелагиаль (pelagos – море) заселена пелагическими организмами, способными активно плавать или удерживаться в определенных слоях. В соответствии с этим пелагические организмы подразделяются на две группы – нектон и планктон. Нектон (nektos – плавающий) – это совокупность пелагических активно передвигающихся животных, не имеющих непосредственной связи с дном. В основном это крупные животные, способные преодолевать большие расстояния и сильные водные течения. Для них характерна обтекаемая форма тела и хорошо развитые органы движения. Типичными нектонными организмами являются рыбы, кальмары, ластоногие, киты. В пресных водоемах кроме рыб, к нектону относятся земноводные и активно перемещающиеся по воде насекомые.

Планктон (planktos – парящий) – это совокупность пелагических организмов, не обладающих способностью к быстрым активным передвижениям. Планктоновые организмы не могут противостоять течению. В основном это мелкие животные – зоопланктон и растения – фитопланктон. В состав планктона периодически включаются и парящие в толще воды личинки многих животных (комаров, стрекоз и т.д.). Планктоновые организмы являются важным пищевым компонентом многих водных животных (в том числе таких гигантов, как усатые киты), особенно если учесть, что для них, и прежде всего для фитопланктона, характерны сезонные вспышки массового размножения (цветение воды).

Бентос (benthos – глубина) – совокупность организмов, обитающих на дне (на грунте и в грунте) водоемов. В основном бентос представлен прикрепленными или медленно передвигающимися, а также роющимися в грунте животными, только на мелководье он состоит из организмов, синтезирующих органическое вещество, потребляющих его и разрушающих его.

2.4. Экологическая пластичность водных организмов

Водные организмы обладают меньшей экологической пластичностью, чем наземные, так как вода – более стабильная среда и абиотические факторы ее претерпевают незначительные колебания. Наименее пластичны морские животные и растения. Они очень чувствительны к изменениям солености и ее температуры. Так, кораллы не выдерживают даже слабого опреснения воды и обитают только в морях, притом на твердом грунте при температуре не ниже 20⁰С. Пресноводные животные и растения, как правило, более пластичнее, поскольку пресная вода как среда жизни более изменчива. Широту экологической пластичности гидробионтов оценивают по отношению не только ко всему комплексу факторов, но и к какому-либо одному из них. Экологическая пластичность служит важным регулятором расселения организмов. Виды с высокой экологической пластичностью распространены довольно широко, к примеру, элодея и т.д., однако диаметрально противоположен ей в этом смысле рачок артемия, он живет в небольших водоемах с очень соленой водой. Экологическая пластичность зависит от возраста и фазы развития организма. Так, морской брюхоногий моллюск во взрослом состоянии ежедневно при отливах обходится без воды, а его личинки ведут сугубо планктоновый образ жизни и пересыхания не переносят.

3. Наземно-воздушная среда

Общая характеристика

Особенностью наземно-воздушной среды жизни является то, что организмы, обитающие здесь, окружены воздухом - газообразной средой, характеризующейся низкими влажностью, плотностью, а также высоким содержанием кислорода. Абсолютное большинство животных в этой среде передвигаются по твердому субстрату – почве, а растения укореняются в ней. Действующие экологические факторы в этой среде отличаются рядом специфических особенностей: свет интенсивнее, температура претерпевает большие колебания, влажность изменяется в зависимости от географического положения, сезона и времени суток. Воздействие почти всех этих факторов тесно связано с движением воздушных масс – ветра. У обитателей наземно-воздушной среды в процессе эволюции выработались специфические анатомо-морфологические, физиологические, поведенческие и другие адаптации. У них появились органы, обеспечивающие усвоение атмосферного кислорода в процессе дыхания (устьица растений, легкие и трахеи животных), сильное развитие получили скелетные образования, выработались сложные приспособления для защиты от неблагоприятных факторов, установилась тесная связь с почвой, выработалась большая подвижность животных в поисках пищи, появились летающие животные и переносимые воздушными течениями плоды, семена, пыльца растений.

Рассмотрим основные экологические факторы в наземно-воздушной среде жизни и особенности их воздействия на наземные растения и животных.

3.2. Экологические факторы

Воздух. Воздух как экологический фактор характеризуется постоянством состава кислорода (около 21%) и углекислого газа (0,03%). Без воздуха не могут существовать ни зеленые растения, ни аэробные микроорганизмы, ни животные. Незначительная плотность не оказывает существенного сопротивления организмам при их передвижении в горизонтальном направлении и в то же время затрудняет перемещение по вертикали.

Воздух, как и другие факторы среды, оказывает прямое и косвенное действие. При прямом воздействии он имеет небольшое экологическое значение. Косвенное влияние осуществляется через ветры, которые меняют характер таких важных факторов как температура и влажность, оказывают механическое действие на организмы; ветер вызывает изменение интенсивности транспирации у растений, определенную роль ветер играет в опылении растений, в расселении растений и животных (плоды, переносимые ветром, пауки и т.д.). Ветры определяют направление миграций таких насекомых, как луговой мотылек, пустынная саранча, малярийные комарыи др.

Атмосферные осадки. Количество осадков, их распределение в течение года, форма, в которой они выпадают влияют на водный режим среды. Осадки в виде дождя, града или снега изменяют влажность почвы, обеспечивают доступной влагой растения, дают питьевую воду животным. Большое значение для водного режима имеют сроки выпадения дождей, их частота им продолжительность. Выпадение осадков в период похолоданий растениям практически не дает необходимой влаги, летом наоборот. Важен также характер дождей. При ливневых – вода не успевает впитываться в почву и стекает быстро, унося часть плодородного слоя в реки и озера. Моросящие дожди, наоборот, хорошо увлажняют почву. Осадки в виде снега оказывают благоприятное влияние на организмы. Снежный покров создает определенный температурный режим почвы, позволяет многим растениям и животным переносить неблагоприятные условия.

Экоклимат и микроклимат. Для того чтобы выяснить влияние климатических факторов на организм, часто метеорологических данных недостаточно. Хорошо известно, поверхности предметов, обращенные к солнцу, всегда теплее, чем воздух над ними; холодный воздух по ночам скапливается в понижениях местности. В связи с этим местообитания организмов различаются температурным, световым режимом и режимом влажности. Иными словами, каждое местообитание характеризуется определенным экологическим климатом – экоклиматом, т.е. климатом приземного слоя воздуха. Растительность формирует свой фитоклимат. Например, под пологом леса влажность воздуха всегда выше, а колебания температуры – меньше, чем на полях. Четких различий между экоклиматом и микроклиматом не существует. Считается, что экоклимат – это климат больших территорий, а микроклимат – климат отдельных небольших участков.

Географическая зональность. Для наземно-воздушной среды 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 миром. Наряду с горизонтальной зональностью в наземной среде четко проявляется вертикальная поясность (от основания гор к вершинам).

4. Почва как среда жизни

Особенности почвы. Почва представляет собой рыхлый тонкий поверхностный слой суши, контактирующий с воздушной средой. Несмотря па незначительную толщину, эта оболочка Земли играет важнейшую роль в распространении жизни. Почва представляет собой не просто твердое тело, как большинство пород литосферы, а сложную трехфазную систему, в которой твердые частицы окру­жены воздухом и водой. Она пронизана полостями, заполненными смесью газов и водными растворами, и поэтому в ней складываются чрезвычайно разнообразные условия, благоприятные для жизни множества микро- и макроорганизмов. В почве сглажены температурные колебания по сравнению с приземным слоем воз­духа, а наличие грунтовых вод и проникновение осадков создают запасы влаги и обеспечивают режим влажности, промежуточный между водной и наземной средой. В почве концентрируются запасы органических и минеральных веществ, поставляемых отмирающей растительностью и трупами животных. Все это определяет большую насыщенность почвы жизнью.

В почве сосредоточены корневые системы наземных растений.

В среднем на 1 м² почвенного слоя приходится более 100 млрд. клеток простейших, миллионы коловраток и тихоходок, десятки миллионов нематод, десятки и сотни тысяч клещей и первичнобескрылых насекомых, преимущественно коллембол, тысячи других членистоногих, десятки тысяч энхитреид, десятки и сотни дожде­вых червей, моллюсков и прочих беспозвоночных. Кроме того, 1 см² почвы содержит десятки и сотни миллионов бактерий ми­кроскопических грибов, актиномицетов и других микроорганизмов. В освещенных поверхностных слоях в каждом грамме обитают сотни тысяч фотосинтезирующих клеток зеленых, желто-зеленых, диатомовых и сине-зеленых водорослей. Живые организмы столь же характерны для почвы, как и её неживые компоненты. Поэтому В.И. Вернадский отнес почву к биокосным телам природы, подчеркивая насыщенность ее жизнью и неразрывную связь с нею.

Неоднородность условий в почве резче всего проявляется в вертикальном направлении. С глубиной резко меняется ряд важнейших экологических факторов, влияющих на жизнь обитателей почвы. Прежде всего, это относится к структуре почвы. В ней выделяют три основных горизонта, различающихся по морфологическим и химическим свойствам:

1) верхний перегнойно-аккумулятивный горизонт (А), в котором накапливается и преобразуется органическое вещество и из которого промывными водами часть соединений выносится вниз;

2) горизонт вмывания, или иллювиальный (В), где оседают и преобразуются вымытые сверху вещества;

3) материнскую породу, или горизонт (С ), материал которой преобразуется в почву.

В пределах каждого горизонта выделяются более дробные слои, также сильно различающиеся по свойствам. Например, в зоне умеренного климата под хвойными или смешанными лесами горизонт А состоит из подстилки (А_о)—слоя рыхлого скопления растительных остатков, темноокрашенного гумусового слоя (A₁), вкотором частицы органического происхождения перемешаны с минеральными, и подзолистого слоя (А₂) — пепельно-серого по цвету, в котором преобладают соединения кремния, а все раство­римые вещества вымыты в глубину почвенного профиля. Как структура, так и химизм этих слоев очень различны, и поэтому обитатели почвы, перемещаясь всего на несколько сантиметров вверх или вниз, попадают в другие условия.

Размеры полостей между частицами почвы, пригодных для обитания в них животных, обычно быстро уменьшаются с глубиной. Например, в луговых почвах средний диаметр полостей на глубине 0—1 см составляет 3 мм, 1—2 см — 2 мм, а на глубине 2—3 см — всего 1 мм; глубже почвенные поры еще мельче. Плот­ность почвы также изменяется с глубиной. Наиболее рыхлы слои, содержащие органическое вещество. Порозность этих слоев опре­деляется тем, что органические вещества склеивают минеральные частицы в более крупные агрегаты, объем полостей между кото­рыми увеличивается. Наиболее плотен обычно иллювиальный го­ризонт В, сцементированный вымытыми в него коллоидными ча­стицами.

Влага в почве присутствует в различных состояниях:

1) свя­занная (гигроскопическая и пленочная) прочно удерживается поверхностью почвенных частиц;

2) капиллярная занимает мелкие поры и может передвигаться по ним в различных направлениях;

3) гравитационная заполняет более крупные пустоты и медленно просачивается вниз под влиянием силы тяжести;

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: