Наземно-воздушная среда обитания

Наземно-воздушная среда — самая сложная по экологическим условиям, так как располагается на границе двух оболочек Земли (литосферы и атмосферы). Эта среда качественно отличается от водной по своим физическим параметрам.

Наземно-воздушная среда характеризуется шестью основными абиотическими факторами, определяемые свойствами как атмосферы, так и литосферы (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Абиотические факторы наземно-воздушной среды

Рассмотрим каждый из них.

1. Низкая плотность воздуха затрудняет поддержание формы тела и потому провоцирует образование собственной опорной системы. Например, растения обладают разнообразными механическими тканями, животные — скелетом.

Малая плотность воздуха обусловливает также низкую сопротивляемость передвижению. Поэтому многие наземные животные использовали в ходе эволюции экологические выгоды этого свойства воздушной среды, приобретя способность к полету. К активному полету способны 75% видов всех наземных животных, преимущественно насекомые и птицы, но встречаются летуны и среди млекопитающих и рептилий. Но у всех этих видов основная функция их жизненного цикла — размножение — осуществляется на поверхности земли. Для большинства из них пребывание в воздухе связано только с расселением или поиском добычи.

• 2. Благодаря подвижности воздуха, существующим в нижних слоях атмосферы вертикальным и горизонтальным передвижениям воздушных масс возможен пассивный полет ряда организмов. Множество микроорганизмов и животных, споры, семена, плоды и пыльца растений регулярно присутствуют в воздухе и разносятся воздушными течениями. За счет ветра происходит опыление многих растений, например семейства буковых, березовых, ореховых, злаков, пальм.
• 3. Газовый состав воздуха. Кроме физических свойств воздушной среды, для существования наземных организмов чрезвычайно важны ее химические особенности. Газовый состав воздуха в приземном слое атмосферы довольно однороден в отношении содержания главных компонентов: азот -78% по объему, кислород -21% по объему, 1% составляют другие газы (аргон, углекислый газ, водород и т.д.) Однако различные примеси газообразных, капельножидких и твердых (пылевых) частиц, попадающих в атмосферу из отдельных источников, могут иметь существенное экологическое значение. Кислород из-за постоянно высокого его содержания в воздухе не является фактором, ограничивающим жизнь в наземной среде. Лишь в отдельных местах, в специфических условиях создается временный его дефицит, например, в скоплениях разлагающихся растительных остатков, запасах зерна, муки.

Содержание углекислого газа может изменяться в отдельных участках приземного слоя воздуха в довольно значительных пределах. Например, при отсутствии ветра в центре больших городов концентрация его возрастает в десятки раз. Закономерны суточные изменения содержания углекислоты в приземных слоях, связанные с ритмом фотосинтеза растений. Сезонные обусловлены изменениями интенсивности дыхания живых организмов, преимущественно микроскопического населения почв. Повышенное насыщение воздуха углекислым газом возникает в зонах вулканической активности, возле термальных источников и других подземных выходов этого газа. В высоких концентрациях углекислый газ токсичен. В природе такие концентрации встречаются редко.

В природе основным источником углекислоты является так называемое почвенное дыхание. Почвенные микроорганизмы и животные дышат очень интенсивно. Углекислый газ диффундирует из почвы в атмосферу, особенно энергично во время дождя. Много его выделяют почвы умеренно влажные, хорошо прогреваемые, богатые органическими остатками. Например, почва букового леса выделяет С02 от 15 до 22 кг/га в час, а неудобренная песчаная всего 2 кг/га.

В современных условиях мощным источником поступления дополнительных количеств С02 в атмосферу стала деятельность человека по сжиганию ископаемых запасов топлива.

Низкое содержание углекислого газа тормозит процесс фотосинтеза. В условиях закрытого грунта можно повысить скорость фотосинтеза, увеличив концентрацию углекислого газа; этим пользуются в практике тепличного и оранжерейного хозяйства. Однако излишние количества С02 приводят к отравлению растений.

Азот воздуха для большинства обитателей наземной среды представляет инертный газ, но ряд прокариотических организмов (клубеньковые бактерии, азотобактер, клостридии, сине-зеленые водоросли и др.) обладает способностью связывать его и вовлекать в биологический круговорот.

Местные примеси, поступающие в воздух, также могут существенно влиять на живые организмы. Прежде всего это относится к ядовитым газообразным веществам — метану, оксиду серы, оксиду углерода, оксиду азота, сероводороду, соединениям хлора, а также к частицам пыли, сажи, засоряющим воздух в промышленных районах. Оксид серы (S02), например, ядовит для растений даже в концентрациях от одной пятидесятитысячной до одной миллионной от объема воздуха. Вокруг промышленных центров, загрязняющих атмосферу этим газом, погибает почти вся растительность.

4. Свойства грунта и рельеф местности составляют эдафические факторы среды. Они влияют на условия жизни наземных организмов, в первую очередь растений.

Характер корневой системы растений зависит от водного режима, аэрации, сложения, состава и структуры почвы. Например, корневые системы древесных пород (березы, лиственницы) в районах с многолетней мерзлотой располагаются на небольшой глубине и распростерты вширь. Там, где нет многолетней мерзлоты, корневые системы этих же растений менее распростерты и проникают вглубь.

Рельеф местности и характер грунта влияют на специфику передвижения животных. Например, копытные, страусы, дрофы, живущие на открытых пространствах, нуждаются в твердом грунте для усиления отталкивания при быстром беге. У ящериц, обитающих на сыпучих песках, пальцы окаймлены бахромкой из роговых чешуй, которая увеличивает поверхность опоры.

5. Погодные условия. Условия жизни в наземно-воздушной среде осложняются, кроме того, погодными изменениями. Погода —

это непрерывно меняющееся состояние атмосферы у земной поверхности до высоты примерно 20 км (граница тропосферы). Изменчивость погоды проявляется в постоянном изменении температуры и влажности воздуха, облачности, осадков, силы и направления ветра и т.п. Для погодных изменений наряду с закономерным чередованием их в годовом цикле характерны непериодические колебания, что существенно усложняет условия существования наземных организмов.

Многолетний режим погоды характеризует климат местности. В понятие климата входят не только средние значения метеорологических явлений, но также их годовой и суточный ход, отклонения от него и их повторяемость. Климат определяется географическими условиями района.

Для большинства наземных организмов, особенно мелких, важен не столько климат района, сколько условия их непосредственного местообитания. Очень часто местные элементы среды (рельеф, экспозиция, растительность и т.д.) так изменяют в конкретном участке режим температуры, влажности, света, движения воздуха, что он значительно отличается от климатических условий местности. Такие локальные модификации климата, складывающиеся в приземном слое воздуха, называют микроклиматом. В каждой зоне микроклиматы очень разнообразны, например, широко известны различия температуры, влажности воздуха и силы ветра на открытом пространстве и в лесу, в травостое и над оголенными участками почвы, на склонах северной и южной экспозиций. Особый устойчивый микроклимат возникает в пещерах и других закрытых местах.

Большое значение оказывают осадки. Они обеспечивают водой, способствуют созданию запасов влаги в определенной местности. Кроме этого, они могут играть и другую экологическую роль. Так, сильные ливневые дожди или град оказывают иногда механическое воздействие на растения или животных.

6. Дефицит воды. Дефицит влаги — одна из наиболее существенных особенностей наземно-воздушной среды. Режимы влажности среды на суше очень разнообразны — от полного и постоянного насыщения воздуха водяными парами в некоторых районах тропиков до практически полного их отсутствия в сухом воздухе пустынь. Водообеспечение наземных организмов зависит также от режима выпадения осадков, наличия водоемов, запасов почвенной влаги, близости грунтовых вод и т.п. В целом для наземных организмов потери воды приводят к гибели скорее, чем голодание.

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Перечислите абиотические факторы наземно-воздушной среды.
• 2. Какие структурные особенности в живых организмах обусловлены низкой плотностью воздуха?
• 3. Назовите газы, входящие в состав атмосферного воздуха.
• 4. Что в себя включают эдафичсскис факторы среды? Приведите примеры влияния данных факторов на жизнедеятельность живых организмов.
• 5. В чем отличие погоды, климата и микроклимата?