Среда обитания живых организмов

 

Углекислого газа в воде достаточно - почти в 700 раз больше, чем в воздухе. Он используется в фотосинтезе растений и идет на формирование известковых скелетных образований животных (раковины моллюсков, покровы ракообразных, каркасы радиолярий и др.).

 

Каково отношение гидробионтов к кислотности?

 

В пресноводных водоемах кислотность  воды, или концентрация водородных ионов, варьирует гораздо сильнее, чем в морских - от pH=3,7-4,7 (кислые) до pH=7,8 (щелочные). Кислотностью воды определяется во многом видовой состав растений гидробионтов. В кислых водах болот растут сфагновые мхи и живут в обилии раковинные корненожки, но нет моллюсков-беззубок (Unio), редко встречаются другие моллюски. В щелочной среде развиваются многие виды рдестов, элодея. Большинство пресноводных рыб живут в диапазоне pH от 5 до 9 и массово гибнут за пределами этих значений. Кислотность морской воды убывает с глубиной.

 

Об экологической пластичности гидробионтов

 

Пресноводные растения и животные экологически более пластичны (эвритермны, эвригаленны), чем морские, обитатели прибрежных зон более пластичны (эвритермны), чем глубоководные. Есть виды, обладающие узкой экологической пластичностью по отношению к одному фактору (лотос - стенотермный вид, рачок артемия (Artimia solina) - стеногаленный) и широкой - по отношению к другим. Более пластичны организмы в отношении тех факторов, которые более изменчивы. И именно они распространены более широко (элодея, корненожки Cyphoderia ampulla). Зависит пластичность и от возраста и фазы развития.

 

Наземно-воздушная среда обитания

 

В ходе эволюции эта среда была освоена позже, чем водная. Ее особенность  заключается в том, что она  газообразная, поэтому характеризуется  низкими влажностью, плотностью и  давлением, высоким содержанием  кислорода. В ходе эволюции у живых  организмов выработались необходимые анатомо-морфологические, физиологические, поведенческие и другие адаптации. Животные в наземно-воздушной среде передвигаются по почве или по воздуху (птицы, насекомые), а растения укореняются в почве. В связи с этим, у животных появились легкие и трахеи, а у растений - устьичный аппарат, т.е. органы, которыми сухопутные обитатели планеты усваивают кислород прямо из воздуха. Сильное развитие получили скелетные органы, обеспечивающие автономность передвижения по суше и поддерживающие тела со всеми его органами в условиях незначительной плотности среды, в тысячи раз меньшей по сравнению с водой. Экологические факторы в наземно-воздушной среде отличаются от других сред обитания высокой интенсивностью света, значительными колебаниями температуры и влажности воздуха, корреляцией всех факторов с географическим положением, сменой сезонов года и времени суток. Воздействия их на организмы неразрывно связано с движением воздуха и положения относительно морей и океанов и сильно отличаются от воздействия в водной среде (табл. 1).

 

 

Таблица 5. Условия обитания организмов воздушной и водной среды (по Д.Ф. Мордухай-Болтовскому, 1974)

    

 

Условия (факторы) обитания  

Значение условий для организмов 

  

 

  

воздушной среды  

водной среды 

 

 

Влажность 

Очень важное (часто в дефиците) 

Не имеет (всегда в избытке) 

 

 

Плотность  

Незначительное(за исключением почвы) 

Большое по сравнению с ее ролью  для обитателей воздушной среды   

 

 

Давление  

Почти не имеет  

Большое (может достигать 1000 атмосфер)  

 

 

Температура  

Существенное (колеблется в очень  больших пределах - от -80 до +1ОО°С и  более)  

Меньшее по сравнению со значением  для обитателей воздушной среды (колеблется гораздо меньше, обычно от -2 до +40°С)  

 

 

Кислород  

Несущественное(большей частью в  избытке) 

Существенное (часто в дефиците) 

 

 

Взвешенные вещества 

Неважное; не используются в пищу (главным  образом минеральные) 

Важное (источник пищи, особенно органические вещества) 

 

 

Растворенные вещества в окружающей среде  

В некоторой степени (имеют значение только в почвенных растворах) 

Важное (в определенном количестве необходимы) 

 

 

  

  

  

 

 

 

У животных и растений суши выработались свои, не менее оригинальные адаптации  на неблагоприятные факторы среды: сложное строение тела и его покровов, периодичность и ритмика жизненных циклов, механизмы терморегуляции и пр. Выработалась целенаправленная подвижность животных в поисках пищи, появились переносимые ветром споры, семена и пыльца растений, а также растения и животные, жизнь которых всецело связана с воздушной средой. Сформировалась исключительно тесная функциональная, ресурсная и механическая взаимосвязь с почвой. Многие из адаптаций были рассмотрены нами выше, в качестве примеров при характеристике абиотических факторов среды. Поэтому сейчас повторяться нет смысла, т.б., что к ним мы вернемся еще на практических занятиях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Почва как среда обитания

 

Земля - единственная из планет имеет  почву (эдасфера, педосфера)- особенную, верхнюю оболочку суши. Эта оболочка сформировалась в исторически обозримое время - она ровесница сухопутной жизни на планете. Впервые на вопрос о происхождении почвы ответил М.В. Ломоносов ("О слоях земли"): "…почва произошла от согнития животных и растительных тел … долготою времени…". А великий русский ученый Вас. Вас. Докучаев (1899: 16) впервые назвал почву самостоятельным природным телом и доказал, что почва есть "…такое же самостоятельное естественноисторическое тело, как любое растение, любое животное, любой минерал … оно есть результат, функция совокупной, взаимной деятельности климата данной местности, ее растительных и животных организмов, рельефа и возраста страны…, наконец, подпочвы, т.е. грунтовых материнских горных пород. … Все эти агенты-почвообразователи, в сущности, совершенно равнозначные величины и принимают равноправное участие в образовании нормальной почвы…". И уже современный известный ученый почвовед Н.А. Качинский ("Почва, ее свойства и жизнь", 1975) дает следующее определение почвы: "Под почвой надо понимать все поверхностные слои горных пород, переработанные и измененные совместным воздействием климата (свет, тепло, воздух, вода), растительных и животных организмов".

 

Основными структурными элементами почвы  являются: минеральная основа, органическое вещество, воздух и вода.

 

Минеральная основа (скелет)(50-60% всей почвы) - это неорганическое вещество, образовавшееся в результате подстилающей горной (материнской, почвообразующей) породы в результате ее выветривания. Размеры скелетных частиц: от валунов и камней до мельчайших песчинок и илистых частиц. Физико-химические свойства почв обусловлены в основном составом почвообразующих пород.

 

От соотношения в почве глины  и песка, размеров фрагментов, зависят  проницаемость и пористость почвы, обеспечивающие циркуляцию, как воды, так и воздуха. В умеренном климате идеально, если почва образована равными количествами глины и песка, т.е. представляет суглинок. В этом случае почвам не грозит ни переувлажнение, не пересыхание. И то и другое одинаково губительно как для растений, так для и животных.

 

Органическое вещество - до 10% почвы, образуется из отмершей биомассы (растительная масса - опад листьев, ветвей и корней, валежные стволы, ветошь травы, организмы погибших животных), измельченной и переработанной в почвенный гумус микроорганизмами и определенными группами животных и растений. Более простые элементы, образовавшиеся в результате разложения органики, вновь усваиваются растениями и вовлекаются в биологический круговорот.

 

Воздух (15-25%) в почве содержится в полостях - порах, между органическими и минеральными частицами. При отсутствии (тяжелые глинистые почвы) или заполнении пор водой (во время подтоплений, таяния мерзлоты) в почве ухудшается аэрация и складываются анаэробные условия. В таких условиях тормозятся физиологические процессы организмов, потребляющих кислород - аэробов, разложение органики идет медленно. Постепенно накапливаясь, они образуют торф. Большие запасы торфа характерны для болот, заболоченных лесов, тундровых сообществ. Торфонакопление особенно выражено в северных регионах, где холодность и переувлажнение почв взаимообусловливают и дополняют друг друга.

 

Вода (25-30%) в почве представлена 4 типами: гравитационной, гигроскопической (связанной), капиллярной и парообразной.

 

Гравитационная - подвижная вода, занимают широкие промежутки между частицами почвы, просачивается вниз под собственной тяжестью до уровня грунтовых вод. Легко усваивается растениями.

 

Гигроскопическая, или связанная - адсорбируется вокруг коллоидных частиц (глина, кварц) почвы и удерживается в виде тонкой пленки за счет водородных связей. Освобождается от них при высокой температуре (102-105°С). Растениям она недоступна, не испаряется. В глинистых почвах такой воды до 15%, в песчаных - 5%.

 

Капиллярная - удерживается вокруг почвенных  частиц силой поверхностного натяжения. По узким порам и каналам - капиллярам, поднимается от уровня грунтовых вод или расходится от полостей с гравитационной водой. Лучше удерживается глинистыми почвами, легко испаряется. Растения легко поглощают ее.

 

Парообразная - занимает все свободные от воды поры. Испаряется в первую очередь.

 

Осуществляется постоянный обмен  поверхностных почвенных и грунтовых  вод, как звено общего круговорот воды в природе, меняющий скорость и  направление в зависимости от сезона года и погодных условий.

 

Строение почвенного профиля

 

Строение почв неоднородно как  по горизонтали, так и по вертикали. Горизонтальная неоднородность почв отражает неоднородность размещения почвообразующих  пород, положения в рельефе, особенности  климата и согласуется с распределением по территории растительного покрова. Для каждой такой неоднородности (типа почв) характерна своя вертикальная неоднородность, или почвенный профиль, формирующийся в результате вертикальной миграции воды, органических и минеральных веществ. Этот профиль представляет собой совокупность слоев, или горизонтов. Все процессы почвообразования протекают в профиле с обязательным учетом его расчленения на горизонты.

 

Независимо от типа почвы в ее профиле выделяют три основных горизонта, различающиеся по морфологическим и химическим свойствам между собой и между аналогичными горизонтами в других почвах:

 

1. Перегнойно-аккумулятивный  горизонт А. В нем накапливается  и преобразуется органическое  вещество. После преобразования  часть элементов из этого горизонта  выносится с водой в нижележащие.

 

Этот горизонт наиболее сложный и важный из всего  почвенного профиля по своей биологической  роли. Он состоит из лесной подстилки - А0, образованной наземным опадом (отмершая органика слабой степени разложенности  на поверхности почвы). По составу и мощности подстилки можно судить об экологических функциях растительного сообщества, его происхождении, стадии развития. Ниже подстилки располагается темноокрашенный гумусовый горизонт - А1, образованный измельченными, разной степени разложения остатками растительной массы и массы животных. В деструкции остатков участвуют позвоночные животные (фитофаги, сапрофаги, копрофаги, хищники, некрофаги). По мере измельчения органические частицы поступают в следующий нижний горизонт - элювиальный (А2). В нем происходит химическое разложение гумуса на простые элементы.

 

2. Иллювиальный, или горизонт вмывания В. В  нем оседают и преобразуются  в почвенные растворы соединения, вынесенные из горизонта А.  Это гуминовые кислоты и их  соли, вступающие в реакцию с корой выветривания и усваиваемые корнями растений.

 

3. Материнская  (подстилающая) порода (кора выветривания), или горизонт С. Из этого  горизонта - тоже после преобразования - минеральные вещества переходят  в почву.

 

Экологические группы почвенных организмов

 

Исходя  из степени подвижности и размеров, вся почвенная фауна сгруппирована  в следующие три экологические  группы:

 

Микробиотип, или микробиота (не путать с эндемиком  Приморья - растением микробиотой  перекрестнопарной!): организмы, представляющие промежуточное звено между растительными и животными организмами (бактерии, зеленые и сине-зеленые водоросли, грибы, простейшие одноклеточные). Это водные организмы, но мельче обитающих в воде. Живут в порах почвы, заполненных водой - микроводоемах. Основное звено детритной пищевой цепи. Могут высыхать, а с возобновлением достаточной влажности вновь оживают.

 

Мезобиотип, или мезобиота - совокупность мелких, легко извлекающихся из почвы  подвижных насекомых (нематоды, клещи (Oribatei), мелкие личинки, ногохвостки  (Collembola) и др. Очень многочисленны - до миллионов особей на 1м2. Питаются детритом, бактериями. Пользуются естественными полостями в почве, сами не роют себе ходов. При снижении влажности уходят вглубь. Приспособления от высыхания: защитные чешуйки, сплошной толстый панцирь. "Паводки" мезобиота пережидает в пузырьках почвенного воздуха.