Embedded Files
Количество осадков и влажность также существенны для всего живого, ведь каждый организм состоит в основном из воды. Поэтому наземные растения, грибы и животные часто предпочитают жить в местах, где выпадает достаточно много осадков и велика влажность воздуха и почвы.
Все химические процессы протекают в водной среде. Максимальная плотность воды при тмпературе + 4 °C, тогда как у других жидкостей соответствует температуре плавления.
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.
В природных условиях вода не сохраняет «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–41 г/л.
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 0°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.
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 в пустынях выпадает менее 250 мм/г. Как видим, разница значительная.
Говоря об экологической роли воды, нужно учитывать характер выпадающих осадков. 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.
Влажность в жизни растений
Влажность в жизни растений
1. Водные растения - живущие в воде.
Обитание в водной среде обусловило особые черты организации водных растений: значительное увеличение поверхности тела в сравнении с его массой, что облегчает поглощение необходимых количеств кислорода и других газов, которых в воде содержится меньше, чем в воздухе. Увеличение поверхности растения достигается развитием больших тонких листьев (рдесты), расчленением листовой пластинки на тонкие нитевидные участки (уруть, роголистники, водные лютики), сильным развитием воздухоносных полостей и больших межклетников.
Корневая система водных растений развита слабо, корневые волоски отсутствуют: вода с растворёнными в ней минеральными веществами может проникать непосредственно в листья. Большая плотность водной среды обусловливает слабое развитие механических элементов в листьях и стеблях водных растений; немногочисленные механические элементы, имеющиеся в стеблях, расположены ближе к центру, что придаёт им большую гибкость; корни перистые: растениям не требуется поддержка в воде.
У водных растений сильно развита разнолистность (гетерофиллия): подводные, плавающие и надводные листья на одном и том же растении значительно различаются как по внутреннему, так и по внешнему строению. Так, подводные листья, как правило, не имеют устьиц; у плавающих на поверхности воды листьев устьица находятся только на верхней (адаксиальной) стороне, у надводных (воздушных) листьев устьица — на обеих сторонах. Сами устичные щели постоянно открыты, что свидетельствует о непрерывной транспирации. Эпидермис листьев ослизняется, а его клетки часто имеют красноватый или буроватый цвет, так как в них накапливаются антоцианы при пониженной температуре.
Так как интенсивность света в воде резко снижается, у многих водных растений в клетках эпидермиса имеются крупные хлорофилловые зёрна.
У водных растений слабо развиты или даже отсутствуют сосуды в проводящих пучках.
Почти все водные растения размножаются вегетативно. Некоторые водные растения (Наяда, Роголистник) опыляются под водой; у других цветки поднимаются над водой, где и происходит опыление. Семена и плоды распространяются птицами либо водными течениями.
Некоторые водные растения приспособились к периодическому высыханию водоёмов (например, Частуха, Стрелолист, Жеруха).
Все водные растения - можно подразделить на 2 группы:
а) Гидатофиты - это водные растения, которые целиком или большей частью погружены в воду, имеют очень слабые стебли и листья, которые опадают при извлечении из воды.
а) Гидрофиты - это получухопутные - полуводные растения, способные жить вне воды.
2. Гигрофиты (Влаголюбивые) - растения влажных мест обитания, непереносящие водного дефицита. Эти растения избыточно увлажнённых местообитаний с высокой влажностью воздуха и почвы (влажных лугов и лесов). Они отличаются крупным ростом, более или менее широкими листьями и неглубокой корневой системой. Они не имеют приспособлений, ограничивающих расход воды и неспособны выносить даже незначительную её потерю. Ярко выраженные гигрофиты – травянистые растения и эпифиты влажных тропических лесов. Они не выносят даже незначительных понижений влажности воздуха.
Световые гигрофиты – растут на открытых местообитаниях, где воздух и почва постоянно влажные (подмаренник болотный (Galium palusrte), калужница болотная (Caltha palustris), окопник лекарственный (Symphytum officinale), частуха подорожниковая (Alisma plantago-aquatica)) (рис. 9).
Теневые гигрофиты – растут под пологом сырых лесов в разных климатических зонах (адокса мускусная (Adoxa moschatellina), кислица (Oxalis acetosella)) (рис. 10)
Характерные черты гигрофитов – это тонкие нежные листовые пластинки с небольшим числом устьиц, не имеющие толстой кутикулы, рыхлое сложение тканей листа с крупными межклетниками, слабое развитие водопроводящей системы, тонкие, слаборазветвлённые корни (рис. 9, 10). Устьица у гигрофитов большей частью широко открыты, поэтому их транспирация мало отличается от физического испарения. Её интенсивность очень велика. Они теряют воды за час в 4 – 5 раз больше, чем весит лист. Высокая оводнённость тканей гигрофитов поддерживается в основном за счёт постоянного притока влаги из окружающей среды.
Избыточная влага удаляется путём гуттации – выделения воды через специальные выделительные клетки, расположенные по краю листа
3. Мезофиты - растения умеренного водоснабжения. К данной группе относят луговые и лесные травы, культурные и сорные растения. Они очень разнообразны по своей морфологической организации. Для них характерен интенсивный обмен веществ, быстрый рост, крупные размеры растения, высокая продуктивность. Они занимают промежуточное положение между гигрофитами и ксерофитами. Имеют умеренно развитые корневые системы как экстенсивного, так и интенсивного типа, со всеми переходами между ними.
Лист имеет более или менее плотную палисадную паренхиму (за исключением теневых листьев) и рыхлую губчатую паренхиму с системой межклетников (рис. 11). Сеть жилок сравнительно негустая. Покровные ткани могут иметь отдельные ксероморфные черты (чаще всего, редкое опушение).
4. Ксерофиты - – растения, приспособленные к низкому водоснабжению. Это растения сухих степей, пустынь. Они способны переносить почвенную и атмосферную засуху, для этого имеют разнообразные приспособления. Они используют увеличение поглощения и сокращение расхода воды. Способны переносить большие потери влаги.
Ксерофиты, как правило, имеют сильно развитые корневые системы. Они могут быть экстенсивного (мало разветвлённые и глубоко проникающие в почву) или интенсивного типа (охватывают относительно небольшой объём почвы и благодаря очень густому ветвлению максимально используют почвенную влагу (степные злаки). На корнях ксерофильных видов имеются специальные приспособления для запасания влаги (корневые шишки у таволги обыкновенной (Filipendula vulgaris)).
У ксерофитных растений сильно развита водопроводящая система, что хорошо заметно по густоте жилок в листьях, подводящих воду к тканям. У них наблюдается сокращение транспирирующей поверхности за счёт мелких, узких, сильно редуцированных листовых пластинок (таволга обыкновенная (Filipendula vulgaris), типчак (Festuca valesiaca)).
У ксерофитов часто встречается сезонный диморфизм листьев - листовая поверхность уменьшается в наиболее жаркие и сухие периоды вегетационного сезона (пустынные кустарники, растения сухих субтропиков Средиземноморья). В тропических областях с ярко выраженным сухим периодом распространён летний листопад. Защита листьев от больших потерь влаги на транспирацию осуществляется с помощью покровных тканей - толстостенной эпидермы, густого опушения (коровяк (Verbascum thapsus), вероника седая (Veronica incana)).
У других растений листья покрыты толстым слоем кутикулы или воскового налёта. Устьица расположены в специальных углублениях ткани листа, иногда снабжены волосками. У ковылей и других степных злаков в жару из-за потерь воды водоносных клеток эпидермы и снижения тургора лист сворачивается в трубку. Так устьица оказываются изолированными от окружающего воздуха внутри замкнутой полости. Во влажную погоду тургор восстанавливается, а листовая пластинка вновь развёртывается (рис. 13).
Для ксерофитов также характерно усиленное развитие механической ткани, предупреждающее повисание листовых пластинок при больших потерях воды. Клетки тканей листьев у ксерофитов имеют мелкие размеры и плотную упаковку и мало межклетников (рис. 12). Формирование некоторых черт ксероморфной структуры – прямое следствие недостатка воды, тормозящего растяжение клеток в растущем листе.
Растения засушливых местообитаний имеют высокое осмотическое давление клеточного сока. У ксерофитов высокая водоудерживающая способность тканей и клеток (содержание «защитных» веществ, высокая вязкость и эластичность цитоплазмы). Для них характерна высокая интенсивность транспирации (при благоприятном водоснабжении ксерофиты теряют воды больше, чем мезофиты). У них на единицу площади приходится гораздо больше устьиц, чем у гигрофитов. Усиленной транспирации соответствует и лучшее развитие проводящей системы. При наступлении засушливых условий транспирация ксерофитов сильно сокращается за счёт закрывания устьиц и сильного обезвоживания листа. Они способны переносить глубокое обезвоживание (водный дефицит от 35 до 75%). При таком глубоком обезвоживании эти растения сохраняют активность ферментов. Некоторые растения вырабатывают сезонные ритмы в соответствии с влагообеспеченностью местообитания (в областях средиземноморского климата растения вегетируют весной и осенью, а летом и зимой находятся в покое). Подобное явление бывает у растений сухих степей - состояние полупокоя в середине лета.
5. Психрофиты - растения влажных и холодных почв в холодных местообитаниях высокогорий и северных широт относятся к группе психрофитов. Наибольшее разнообразие психрофитов отмечается в тундрах и во влажно-холодных альпийских поясах гор. В этих условиях преобладают низкие температуры воздуха и почвы, что делает влагу в почве малодоступной для растений. По многим особенностям структуры и физиологии психрофиты близки к ксерофитам.
К группе психрофитов относятся вечнозелёные хвойные деревья и кустарники северных лесов – ель (Picea abies), сосна кедровая (Pinus sibirica), пихта сибирская (Abies sibirica). Листья их имеют игловидную форму – хвоя. Структура их типично ксероморфная, что связано с зимним испарением и затруднённым прохождением воды по трахеидам. На поперечном срезе хвоинки сосны или ели на поверхности листа видна эпидерма с толстой кутикулой и восковым налётом. Устьица углублённые, лежат в продольных бороздках листа. Зимой устьица закрываются смоляными «пробочками», что ещё более снижает транспирацию. Под эпидермой находится гиподерма с одревесневшими толстыми оболочками клеток и смоляные ходы, окружённые толстостенными склеренхимными волокнами. Всё это придаёт прочность хвое и защищает её от потери воды.
К психрофитам относят вечнозелёные кустарнички тундр и болот - багульник болотный (Ledum palustre), брусника (Vaccinium vitis-idaea), клюква обыкновенная (V. oxycoccos)). Они живут в условиях вечной «мерзлоты», иссушающих ветров, короткого вегетационного периода. В основном это низкорослые или стелющиеся кустарнички, которые имеют очень слабый годичный прирост побегов, сильную разветвлённость, часто подушковидную форму, с мелкими часто вечнозелёными листьями. Вечнозелёные листья при первых благоприятных условиях весной способны к фотосинтезу и это очень важно при коротком лете.
У этих растений наряду с признаками ксероморфности имеются и гигроморфные черты: крупные размеры клеток, наличие межклетников и губчатой ткани, негустая сеть жилок. Поэтому ксероморфность не объяснить только недостатком воды. Достаточное водоснабжение, но слабое минеральное питание и холодная почва вызывают общую задержку их роста, а произрастание на открытых местах, не защищённых от ветра зимой и хорошо освещённых летом, привело к образованию мощной кутикулы. Она играет роль экрана, отражающего солнечные лучи и уменьшающего испарение.
Психрофитами являются и листопадные кустарнички – карликовая берёза (Betula nana), голубика (Vaccinium uliginosum), черника (V. myrtillus). Это типичные мезофиты, а небольшие размеры их связаны с низкой температурой и короткой вегетацией. Строение листа этой группы довольно разнообразно, но степень развития жилок и число устьиц сходны с показателями, характерными для мезофитов. Осмотическое давление у них невысоко – 8–17 атм.
Влажность в жизни животных
Влажность в жизни животных
Физиологическое значение воды для живых организмов состоит в том, что она обеспечивает сохранение структуры и нормальное функционирование живой клетки путём воздействия на биологические мембраны и протекающие с их участием процессы. Вода является универсальным растворителем, обладает плотностью, проницаемостью и даже может компенсировать перепады температур.
По отношению к воде можно выделить три экологических группы животных:
1. Гигрофилы – влаголюбивые животные, нуждающиеся в высокой влажности среды. У них слабо развиты или вообще отсутствуют механизмы регуляции водного обмена. Они не могут накапливать в значительном количестве и удерживать длительное время запасы воды в теле. Такие животные, как правило, обитают во влажной среде и вынуждены постоянно пополнять запасы воды (мокрицы, комары, наземные планарии, немертины и т.д.). Типично гигрофильной группой являются наземные моллюски и амфибии.
2. Мезофиллы – животные обитающие в условиях умеренной влажности. К ним можно отнести озимую совку. Многие другие насекомые, птицы, млекопитающие, являясь также типичными мезофиллами, существуют в районах с невысокой влажностью воздуха и сравнительно легко переносят её колебания.
3. Ксерофилы – это сухолюбивые животные, не переносящие высокой влажности. У всех ксерофилов хорошо развиты механизмы регуляции водного обмена и приспособления к удержанию воды в теле. Приспособления к жизни в засушливых условиях могут быть самыми различными. Так, слоновая черепаха запасает воду в мочевом пузыре; многие насекомые, грызуны и др животные получают воду с пищей; некоторые млекопитающие избегают дефицита влаги путём отложения жиров, при окислении которых образуется метаболическая вода. За счёт метаболической воды живут многие насекомые, питающиеся сухим кормом, верблюды, курдючные овцы, жирнохвостые тушканчики и др.
Водный баланс животных организмов.
Животные получают воду тремя основными путями: через питьё, вместе с сочной пищей и в результате метаболизма, т.е. за счёт окисления и расщепления жиров, белков и углеводов.
Потери воды у животных происходят через испарение покровами или со слизистых оболочек дыхательных путей, путём выведения из тела мочи и непереваренных остатков пищи.
Влажность воздуха также очень важна для животных, так как от неё зависит величина испарения с поверхности тела.
Способы регуляции водного баланса у животных разнообразнее, чем у растений. Их можно разделить на поведенческие, морфологические и физиологические.
К числу поведенческих приспособлений относятся поиски водопоев, выбор мест обитания, рытьё нор и т.д. В норах влажность воздуха приближается к 100%, даже когда на поверхности очень сухо. Это снижает необходимость испарения через покровы, экономит влагу в организме.
К морфологическим способам поддержания нормального водного баланса относятся образования, способствующие задержанию воды в теле: раковины наземных улиток, ороговевшие покровы рептилий и т.д.
Физиологические приспособления к регуляции водного обмена – это способность к образованию метаболической влаги, экономии воды при выделении мочи и кала, развитие выносливости к обезвоживанию организма, величина потоотделения и отдачи воды со слизистых.
Выносливость к обезвоживанию, как правило, выше у животных, подвергающихся тепловым перегрузкам. Для человека потеря воды, превышающая 10% массы тела, смертельна. Верблюды переносят потери воды до 27%, овцы – до 23, собаки – до 17%.
Page updated
Google Sites
Report abuse