Znaczenie wody w życiu roślin jest trudne do przecenienia. Konieczne jest utrzymanie integralności strukturalnej komórek, tkanek i całego organizmu. Wszystkie procesy życiowe w roślinach zachodzą w środowisku wodnym. Woda bierze udział w procesie fotosyntezy i transporcie minerałów. Aby wytworzyć 1 część materii organicznej, roślina zużywa około 400 części wody. Ilość wody, która dopływa do roślin, determinuje cały przebieg metabolizmu, zapewniając nie tylko wzrost biomasy, ale także cechy anatomii i morfologii rośliny. Dla alg woda jest siedliskiem, a dla roślin lądowych ważnym czynnikiem środowiskowym.

Jak wiadomo, woda występuje w przyrodzie w postaci pary atmosferycznej, stanu kropelkowo-ciekłego i stałego-krystalicznego. Wilgotność nie jest taka sama w różnych częściach świata. Większość opadów przypada na strefę równikową (od 10° szerokości południowej do 10° szerokości geograficznej północnej). Zazwyczaj ilość opadów w tej strefie jest zróżnicowana, ale przeważają obszary z intensywnymi opadami deszczu. Szczególnie wysokie opady występują w górnym biegu Amazonki i na wyspach Archipelagu Malajskiego (Azja Południowo-Wschodnia). Tutaj ilość opadów osiąga czasami 12 000 mm rocznie. W Europie najbardziej mokrym miejscem są Crkvice nad brzegiem Morza Adriatyckiego (4620 mm rocznie), w Rosji jest to region Batumi (2500 mm rocznie), na Ukrainie - Karpaty (1000 - 1200 mm rocznie). Ale jednocześnie są regiony w tropikach, w których ilość opadów jest bardzo mała - nie mogą nawet zwilżyć powierzchni gleby. Tak więc na pustyni peruwiańskiej i libijskiej w ogóle nie ma opadów.

Ważnym warunkiem wpływającym na rozkład opadów jest temperatura. Wraz ze spadkiem temperatury od równika do bieguna zmniejsza się intensywność parowania i wilgotność powietrza. W zimnych obszarach powietrze nie może zawierać dużej ilości pary wodnej. Natomiast w ciepłym klimacie duża ilość pary może skroplić się z wody opadającej w postaci deszczu. Obecność dużych połaci wody odgrywa główną rolę w redystrybucji opadów na powierzchni ziemi. Im bliżej morza lub oceanu, tym więcej opadów. Na tę samą redystrybucję wpływa obecność systemów górskich. Na przykład na wybrzeżu Pacyfiku w Peru i częściowo w Chile znajduje się pustynia Atakama, na której od kilku lat nie pada deszcz. Powstał w wyniku pasm górskich, które zatrzymują chmury deszczowe napływające z oceanu. Coś podobnego obserwuje się tutaj na Ukrainie, na Zakarpaciu, gdzie pada nieco więcej niż we wschodnich Karpatach. Nie prowadzi to oczywiście do powstawania pustyń, lecz następuje pewne zatrzymanie wilgoci, co w pewnym stopniu znalazło odzwierciedlenie w powstaniu zbiorowisk roślinnych położonych na wschód od gór.

Badając ekologię roślin w danym rejonie Ziemi, należy pamiętać o różnej ilości opadów w ciągu roku. W strefie równikowej występują dwa okresy opadów: marzec – kwiecień i październik – listopad. Natomiast w Afryce w dorzeczu rzeki Kongo, przy bardzo dużej ilości rocznych opadów (do 2230 mm), zdarzają się bardzo suche okresy w roku (lipiec - sierpień), kiedy deszcz nie pada. Na średnich szerokościach geograficznych, w tym na Ukrainie, maksymalne opady występują często w lipcu - wrześniu i styczniu - lutym.

Rośliny w różny sposób pobierają wodę w okresie wegetacyjnym. Najwięcej wchłania się w obecności wilgotnej gleby, dobrze rozwiniętej powierzchni transpiracyjnej i ciepłego, suchego powietrza. Przykładem są lasy sosnowe rosnące na wysokich wydmach w klimacie umiarkowanym. W takich warunkach środowiskowych wysoki stopień transpiracji obserwuje się jedynie w sezonie wegetacyjnym bezpośrednio po opadach deszczu. Po letnich ulewach wchłaniane są duże ilości wilgoci, jednak proces ten zatrzymuje się kilka dni po zakończeniu połączonego działania grawitacji i zdolności chłonnej korzeni, w wyniku czego punkt stałego spadku.

Wilgotność gleby, przy której rośliny zaczynają wysychać, nazywa się wilgocią więdnącą. Zasoby wody, które pozostają po osiągnięciu punktu stałego spadku, są trudno dostępne i nazywane są zapasami martwymi.

W przypadku gleb piaszczystych rezerwa martwa wynosi 1–3%, glina piaszczysta – 5–7%, glina – 12–15%. NA gleby piaszczyste Na Polesiu, gdzie poziom wód gruntowych wynosi poniżej 3 - 5 m, sosna zwyczajna obniża pasma systemu korzeniowego do strefy wznoszenia kapilarnego i zapewnia mu wilgoć. Wzrost drzew następuje głównie w krótkich okresach letnich. Jednak w większości lasów woda zatrzymuje się w glebie przez dłuższy okres czasu. Gromadzi się zarówno w wyniku topniejącego śniegu, jak i deszczu. Oprócz, systemy korzeniowe drzewa są w stanie dotrzeć do poziomu wód gruntowych. Dlatego w takich warunkach transpiracja, a także wzrost drzew, może zachodzić przez dłuższy czas.

Cyklony powstające nad dobrze ogrzanym oceanem pochłaniają duże ilości pary wodnej i przenoszą ją na obszary kontynentalne, w tym do nas. Dzieje się to zimą. Latem aktywność cyklonów maleje. W regionach kontynentalnych temperatura wzrasta, powstają silne prądy wyporowe, które również przenoszą wilgoć.

Ocean jest głównym zbiornikiem wody na Ziemi, ponieważ zawiera 91,55% całej wody ziemskiej (tabela 5.1). Organizmy żywe (głównie producenci, czyli rośliny) zawierają jego znaczną ilość - 1,1 x miliard kg ton, ale w całkowitej ilości na planecie jest to mniej niż 0,0001%.

Według m. I. Budyko, całkowite roczne parowanie z oceanu wynosi 448 tys. km3 wody, a z lądu, zwłaszcza na skutek transpiracji roślinności – 71 tys. km3. W wyniku opadów do lądu przedostaje się 109 tys. km3 wody, a do oceanu – 411 tys. km3. Nawiasem mówiąc, z całkowitych opadów na lądzie 37 tys. km3 spływa z powrotem do oceanu. Zatem w przyrodzie istnieje stały obieg wody, który wraz z innymi czynnikami determinuje klimat terytoriów, a także stwarza warunki życia roślin (ryc. 5.1).

Tabela 5.1

Masa wody w hydrosferze i jej składniki

składniki hydrosfery	Masa wody (10 3 miliardy ton)	Udział (%):		czas pełny powrót do zdrowia (Lata)	Tradycyjnie warstwa na powierzchni Ziemi (m)
		rezerwy świeżej wody	ogólny szerokie rzesze
Świat Oceanu
Wody gruntowe
w tym świeże
Formacje śniegu i lodu
Małe komponenty:
jeziora		(Przaśny)		(Przaśny)
wilgotność gleby
bagna
wilgoć atmosferyczna
rzeki
biologiczny
CAŁKOWITY	1500496,3

Ryż. 5.1. Obieg wody w biogeocenozach lądowych

(Według A. A. Molchanova, 1964)

Parowanie z powierzchni ziemi należy rozpatrywać w połączeniu z opadami atmosferycznymi. Dla bilansu wodnego dowolnego terytorium ważne są nie tyle bezwzględne wartości opadów i parowania, ale stosunek między nimi.

Jeżeli ilość rocznych opadów przekracza ilość parowania w tym samym okresie, wówczas terytorium to należy do strefy wilgotnej, w przeciwnym razie - do strefy suchej.

Na około 1/3 powierzchni lądów występują niedobory wody, a na połowie tego obszaru panują skrajnie suche warunki z rocznymi opadami poniżej 250 mm i parowaniem przekraczającym 1000 mm. Niewielka ilość opadów sama w sobie nie wskazuje jeszcze na suchość terytorium: zimne strefy polarne są również ubogie w opady, ale nie są suche, ponieważ parowanie jest tutaj bardzo niskie. Regiony wyjątkowo wilgotne z dużą ilością opadów zajmują mniej niż 9% powierzchni lądu. Znaczące obszary suche znajdują się głównie pomiędzy 15° a 30° szerokości geograficznej północnej i południowej oraz za wysokimi pasmami górskimi. Wraz z odległością od morza obserwuje się stopniowe przejście od stref wilgotnych do suchych (ryc. 5.2). Ten ostatni charakteryzuje się suszą i zasoleniem gleb i wód. Jednakże stosunek rocznych opadów i parowania jest raczej przybliżonym wskaźnikiem wilgotności lub suchości terytorium. Ważne jest, aby rośliny otrzymywały wilgoć dokładnie wtedy, kiedy jej najbardziej potrzebują, czyli w okresie wegetacyjnym. Aby uzyskać bardziej obiektywne wnioski na temat oceny klimatu na danym terytorium, konieczne jest sporządzenie diagramów klimatycznych na podstawie obserwacji meteorologicznych przez cały rok.

Ryż. 5.2. Schemat zmian klimatu, roślinności i gleby wzdłuż profilu głównych krajobrazów europejskiej części Rosy z północnego zachodu na południowy wschód

(Według G. M. Wysockiego i G. F. Morozowa, 1934)

Uwaga: poziom próchnicy zaznaczony jest kolorem czarnym, horyzont iluwii zaznaczony jest paskami.

Przykładem przewagi parowania wilgoci nad opadami atmosferycznymi mogą być pustynie Azji Środkowej, które obejmują część Kazachstanu, południową część niziny aralsko-kaspijskiej i sięgają wysokich gór na wschodzie. Na południu wkraczają do Afganistanu. Opady atmosferyczne w południowej części pustyń środkowoazjatyckich występują głównie zimą, a latem nie występują w ogóle. Roczna ilość opadów nie przekracza 250 mm, ale na dużych obszarach spada do 100 mm lub mniej. Niskie temperatury w zimie wiążą się z niskim parowaniem: 1000 - 1400 (do 2500) mm, dzięki czemu rozwija się roślinność i jest ona zauważalna na piaszczystych pustyniach, nawet tam, gdzie wody gruntowe leżą bardzo głęboko. Na pustyniach Azji Środkowej niektóre formacje roślinne są związane z ilością opadów i charakterystyką ich rozkładu w ciągu roku, a także z podłożami tworzącymi glebę:

Efemeryczna pustynia na glebach lessowych, gliniastych;

Grupy roślin skalistej pustyni gipsowej

Formacje halofitowe na glebach gliniastych;

Pustynia Psamofitów na glebach piaszczystych.

Na przykład efemeryczne pustynie zajmują rozległe obszary na zachód od jeziora Bałchasz (Głodny Step) (Tabela 5.2). W marcu i kwietniu w regionie co 4-5 dni pada deszcz, który dobrze zwilża górne poziomy gleby. Pod koniec maja gleba wysycha i nagrzewa się do głębokości 10 cm do + 30 ° C i więcej. Wiosną szybko rozwijają się tu gatunki roślin tworzące podziemne organy wieloletnie (kluby, cebule, kłącza). To turzyca żywicielska (Carex hostii) bluegrass bulwastiya ( Poa Bulosa L.), geranium bulwasty (Bodziszek tuberosum L.), a także rodzaje porodu lub węża (Skorzonera), gwiazdy (Gagea) tulipan (Tilira) itp. Wiosenna pustynia przypomina kwitnącą łąkę - szata roślinna jest całkowicie zamknięta, a rośliny pozbawione są cech kseromorficznych. W niektórych miejscach można zobaczyć gigantyczną roślinę zielną z rodziny parasolowatych - śmierdzącą ferulę (Ferula foetida), który osiąga wysokość do 2 m. Kwiaty na tej roślinie pojawiają się 6-7 lat po wykiełkowaniu nasion. Po owocowaniu obumiera. Ale właśnie w charakterystyce korzenia feruli przejawia się przystosowanie tego gatunku do suchych warunków. Roślina tworzy potężny korzeń palowy o średnicy 17 - 29 cm, który wnika na głębokość zaledwie 20 cm. Następnie dzieli się na liczne korzenie boczne, które z kolei rosną poziomo do 2 m długości następnie pogłębiają się w pionie do 80 - 100 cm. W ten sposób korzenie jednej rośliny wnikają do 4 m3 gleby. Taka struktura korzeni zapewnia roślinie możliwość pozyskiwania wody z powierzchni i zwilżania głębszych warstw gleby, a mocny korzeń palowy pomaga przetrwać suche pory roku. Innym przykładem przystosowania się do suchego klimatu jest bulwiasta bluegrass, której cebulki tracą zdolność kiełkowania nawet po 8 latach przechowywania w stanie suchym. Ale od końca kwietnia w ciągu następnych 9 miesięcy pustynia będzie wyglądać na całkowicie wymarłą. Wyjątkiem są dwa małe gatunki zielne Aphanopleura pilosa. (Aphonopleura capillifolia) i dwumianowy pęcherzykowy (Diaartron pęcherzykowy). Ich kwiaty pojawiają się, gdy słońce wypala wszystko, co żyje, a gleba bez wody staje się twarda jak kamień. Jednocześnie dwuczłonowy pęcherzyk nie wysycha aż do jesieni (to zjawisko ekologiczne nie zostało dostatecznie zbadane).

Tabela 5.2

Dynamika zawartości wody w glebie Stepu Gołodnego wiosną (wilgotność, %)

Typowy przykład pustyni środkowoazjatyckiej wyraźnie pokazuje, że większość fitomasy jej roślin koncentruje się w glebie. Jest to typowe nawet dla dość dużych drzew. W efemerydach system korzeniowy jest słaby i znajduje się w górnej warstwie gleby. Inne gatunki mają zarówno korzenie rozmieszczone poziomo, jak i te, które wnikają głęboko i sięgają do niższych poziomów gleby, zawierając wilgoć dostępną dla roślin nawet w lecie. W ten sposób zapewnione jest pewne zaopatrzenie w wodę dla tych gatunków przez cały rok. Intensywność transpiracji roślin pustynnych jest ściśle określona przez objętość pochłoniętej wody. Przy odpowiedniej wilgotności rośliny intensywnie transpirują, co samo w sobie jest oznaką intensywnej wymiany gazowej i intensywnej fotosyntezy oraz produkcji materii organicznej. W lipcu rośliny wydają najwięcej wilgoci na transpirację. Latem, wraz z pogarszającymi się warunkami zaopatrzenia w wodę i rosnącym niedoborem wody, tempo parowania maleje. Przejawia się to w tym, że wszystkie gatunki zmniejszają powierzchnię transpiracyjną poprzez zrzucanie części liścia.

Przez stopień i charakter dostarczania wilgoci Rośliny pustynne dzielą się na cztery grupy:

hydrofity, związane z wodami gruntowymi, które występują stosunkowo wysoko nad powierzchnią lub nawet wypływają na powierzchnię;

freatofity, które rozwijają się na różnych obszarach o niższych wodach gruntowych;

trichohydrofity, którego system korzeniowy nie sięga poziomu wód gruntowych, ale przenika przez krawędź kapilary;

ombrofity, które zasilane są wyłącznie wodą deszczową.

Zatem wilgotność gleby odgrywa bardzo ważną rolę w reżimie wodnym roślin. Z tego rośliny otrzymują największą ilość wody.

Ilość wilgoci w glebie i jej dostępność determinują przebieg wielu procesów fizjologicznych roślin, rytm ich rozwoju, a także wpływają na ich wygląd.

Pobór wody z gleby przez rośliny zależy od zdolności absorpcyjnej systemu korzeniowego, stanu wilgotności gleby oraz sił utrzymujących wodę w glebie. Cała wilgotność gleby dzieli się na dostępną i niedostępną dla roślin:

Dostępne są grawitacyjne (wypełniające szczeliny pomiędzy cząstkami gleby) i kapilarne (zawarte w kapilarach gleby). Ten ostatni dostarcza roślinom największą część wody;

Do niedostępnej wilgoci gleby zalicza się: film (adsorpcyjny), który pokrywa cząstki gleby, higroskopijny i koloidalny.

Różne gleby różnie zatrzymują wilgoć. Mają największą pojemność wilgoci gleby gliniaste, najmniejsza – piaszczysta (tab. 5.3). Szybkość wznoszenia kapilarnego jest odwrotnie proporcjonalna do wielkości cząstek: im są one mniejsze, tym większą wysokość osiąga podciąganie kapilarne, ale tym wolniej. Dostępność wilgoci w glebie jest ograniczona przez kilka czynników:

Niska temperatura gleby;

Wysokie stężenie łatwo rozpuszczalnych soli;

Wysoka kwasowość gleby;

Brak powietrza glebowego;

Brak tlenu w wodach gruntowych.

Tabela 5.3

Zależność wysokości przypływu wody od składu mechanicznego gleby

(Według A.A. Rode'a, 1963)

Wielkość cząstek gleby, mm	Wysokość podnoszenia wody, mm

Badając ekologiczną rolę wody, należy zawsze mieć na uwadze równowagę pomiędzy zaopatrzeniem w wodę a jej zużyciem. Wejście często następuje przez system korzeniowy, a uszkodzenie następuje w wyniku transpiracji. Jeśli dopływ wilgoci nie rekompensuje kosztów, roślina umiera. Dzieje się tak, gdy w glebie brakuje wilgoci, występują choroby roślin, podwyższona temperatura lub suchy wiatr. W zależności od czasu działania tego lub innego negatywnego czynnika w roślinach zachodzą różne zmiany, które prowadzą najpierw do spowolnienia ich rozwoju, a następnie do śmierci:

Turgor komórkowy zmniejsza się:

Zatrzymuje się podział i wzrost komórek; aparaty szparkowe zamykają się i zatrzymuje się dopływ CO2 do roślin;

Intensywność fotosyntezy maleje;

Zwiększa się intensywność oddychania;

Substancje organiczne są spożywane;

Transpiracja jest bardzo powolna;

Odbiór zwalnia i zatrzymuje się całkowicie składniki odżywcze z gleby;

Korzenie ssące obumierają i tym podobne.

W różnych okresach życia rośliny różnie tolerują brak wilgoci, taki okres nazywa się krytycznym. Większość roślin jest najbardziej wrażliwa podczas tworzenia organów generatywnych. Różne rośliny w tych samych warunkach różnie tolerują brak wilgoci w glebie. Zależy to od siły ssania komórek systemu korzeniowego. Przykładowo rośliny tundry rosnące na glebach zasolonych i w rejonach suchych charakteryzują się wysokim ciśnieniem osmotycznym komórek korzeni. Ten sam gatunek, który rośnie w tundrze i na średnich szerokościach geograficznych, na północy ma siłę ssącą o 10–20% większą. Rozmiar systemu korzeniowego ma znaczenie. Tak więc roczne sadzonki dębu mają całkowitą długość korzenia 114 m, jesionu - 186 m, a długość części nadziemnych wynosi 20 - 25 cm. U niektórych roślin pszenicy w okresie dojrzewania nasion całkowita długość korzenia sięga 64 - 80 km. Ważna jest także głębokość wnikania korzeni w glebę. Na przykład długość korzeni ciernia wielbłądziego (ryc. 5.3) za lucerną może sięgać warstw wodonośnych na głębokości 18 m. Po dotarciu do horyzontu rozwój systemu korzeniowego następuje na głębokości.

Ryż. 5.3. System korzeniowy wielbłąda ciernie i sosna zwyczajna (a - torfowisko torfowiskowe, b - na glebie piaszczystej)

Kolejnym czynnikiem determinującym bilans wodny roślin jest jej wydatek występujący podczas transpiracji. Rośliny wykształciły urządzenia chroniące przed wysokimi temperaturami i brakiem wody:

Zdolność aparatów szparkowych do zamykania się w przypadku braku wody lub ich głębokiego umiejscowienia w liściach;

Opuszczanie liści i pojedynczych pędów (juzgan, saxaul)

Zmniejszenie obszaru transpiracji (w trawach pierzastych liście zwijają się w rurkę)

Częściowe lub całkowite zmniejszenie liści (kolce u kaktusów i cierni wielbłądziej, szydełkowate u saksaułu białego, łuski u jałowca kozackiego)

Pojawienie się urządzeń ograniczających parowanie lub zatrzymujących wilgoć transpiracyjną (grube włoski na liściach dziewanny, błyszcząca powierzchnia liście borówki brusznicy, błyszczące łuski oleastu srebrzystego, odparowanie olejku eterycznego w celu zmniejszenia nagrzewania liści, kryształy soli mineralnych w mieszance, tworzenie woskowej i żywicznej powłoki w celu ograniczenia parowania, tworzenie gęstych tkanek powłokowych)

Regulacja parowania poprzez codzienne ruchy pędów i liści (dziki molokan)

Reorganizacja rytmów życia (efemerydy)

Okresowe zawieszenie i kilkukrotne wznowienie rozwoju w sezonie wegetacyjnym (niektóre rodzaje turzyc)

Zdolność do gromadzenia wilgoci w narządach wegetatywnych (aloes, kaktusy).

Zatem w procesie ewolucji rośliny rozwinęły różne adaptacje do warunków życia związanych z wilgocią. Dlatego zaczęto je dzielić na pewne grupy według wymagań wilgotnościowych.

Hydrofity (od greckiego Higros – woda, fiton – roślina) to rośliny rosnące w środowisku wodnym.

Są to rośliny, które rosną częściowo lub całkowicie zanurzone w wodzie, takie jak rzęsa, ożypałka, groty strzał, lilie wodne i dzbany. Ponieważ woda tworzy specyficzne reżim temperaturowy, reżim oświetlenia i nasycenie gazami i składnikami pokarmowymi rozwinęły się hydrofity konkretne urządzenia:

Rozwinięta stosunkowo duża powierzchnia liści;

Wszystkie narządy pokryte są śluzem, aby zapobiec wypłukiwaniu soli;

Słabo rozwinięte tkanki mechaniczne;

Wszystkie narządy mają objętość powietrza;

Słabo rozwinięte tkanki powłokowe ułatwiają wchłanianie gazów i składników odżywczych z wody;

Liście zanurzone w wodzie mają typową strukturę cienia, natomiast te znajdujące się na powierzchni mają strukturę lekką;

Słaby rozwój systemu korzeniowego, aż do całkowitego zniknięcia;

Rozmnażanie wegetatywne jest wysoko rozwinięte.

Higrofity – (od greckiego Hidros – mokry, fiton – roślina) – rośliny lądowe rosnące w warunkach dużej wilgotności (gleba lub powietrze).

Mają przeważnie cienkie, duże blaszki liściowe z słabo rozwiniętą osłonką, słabo rozwiniętym systemem korzeniowym i cienkimi łodygami. Rosną na terenach podmokłych, wilgotnych lasach, terenach zalewowych, wzdłuż brzegów rzek i zbiorników wodnych. Wśród znanych nam roślin są olsza czarna, żurawina bagienna, zegarek trójlistny (zegarek), nagietek bagienny, fiołek bagienny, turzyce, wierzby bagienne. Ponieważ słabo regulują transpirację, bardzo trudno jest im przetrwać suszę. Rekultywacja drenażowa prowadzi do ich śmierci.

Mezofity (z greckiego Mesos – średni, pośredni, fiton – roślina) to ekologiczna grupa roślin rosnąca w warunkach średniej wilgotności.

Wyróżniają się różnorodnością form i nie mają tak specyficznych cech morfologicznych i anatomicznych jak kserofity i higrofity. Do tej grupy zalicza się wiele roślin: świerk, buk, borówka brusznica, golmierz, kopytnica europejska, tymotka, kostrzewa, konwalia, osika, brzoza, lipa, klon, owies, ziemniaki, jabłonie itp. Rośliny te dominują w klimacie umiarkowanym warunki.

Kserofity (od greckiego Xeros – suchy, pośredni, fiton – roślina) to rośliny miejsc suchych, przystosowane do życia w warunkach długotrwałej lub sezonowej suszy glebowej i atmosferycznej.

Posiadają specjalne urządzenia, które zapobiegają parowaniu wody i zapobiegają przegrzaniu roślin. Przez długi czas dominowała teoria niemieckiego naukowca A. Schimpera, że ​​kserofity korzystają z wody oszczędnie, czyli charakteryzują się niskim współczynnikiem transpiracji. Ale w 1952 r. Radziecki naukowiec N.A. Maksimov udowodnił, że główna różnica między mezofitami i kserofitami nie polega na intensywności transpiracji, ale na zdolności rośliny odporne na suszę znoszą odwodnienie w okresach suszy. Rosną na stepach i pustyniach. Znane gatunki tej grupy roślin obejmują dąb omszony, sosnę krymską, trawę pierzastą, piołun i bluegrass. Na północnej Ukrainie kserofity występują w górnych partiach wydm (szałwia, różne rodzaje piołunu). Kserofity dzielą się na dwie grupy:

sukulenty(z greckiego Succulentus – soczysty)

sklerofity(z greckiego Skleros - twardy, twardy).

Charakteryzując temperaturę jako czynnik środowiskowy, omówiono niektóre cechy sukulentów. U niektórych sukulentów liście zmieniły się w kolce lub łuski. Funkcje asymilacyjne pełnią zielone łodygi. Przeciwnie, w postaci liści nie ma łodyg. Pędy i liście sukulentów są często nagie, pokryte grubym naskórkiem i woskowym filmem. Ich korzenie rosną szybko, osiągają znaczne rozmiary i są szeroko rozpowszechnione warstwa powierzchniowa gleba. Siła wchłaniania korzeni przez sukulenty jest niska. Rośliny z tej grupy charakteryzują się specyficznym metabolizmem. W procesie oddychania cukry nie rozkładają się na CO2 i H2O, jak u większości roślin, ale gromadzą się substancje pośrednie – kwasy organiczne. W ciągu dnia kwasy te rozkładają się, uwalniając dwutlenek węgla, który jest natychmiast wchłaniany przez samą roślinę. Tkanki asymilacyjne reprezentowane są głównie przez miąższ rurkowy, pośrodku którego znajduje się miąższ magazynujący wodę.

Do sklerofitów zalicza się saxaul, różne rodzaje trawy pierzastej i piołunu oraz cierń wielbłąda. Ze względu na dużą liczbę tkanek mechanicznych rośliny te są twarde i mogą stracić nawet 25% wilgoci. System korzeniowy ma dużą siłę wchłaniania. Ma różną strukturę, ale częściej wnika bardzo głęboko w warstwy wodonośne gleby. Typowy sklerofit to niska roślina o długich korzeniach. Na przykład cierń wielbłąda ma do 1 m wysokości, a jego system korzeniowy ma do 30 m długości. Liście są albo zredukowane, albo małe, pokryte gęstą skórką, często owłosione i mogą się zwijać. Uprawa kserofitów w ciepłym, ale wilgotnym klimacie prowadzi do intensywniejszego wzrostu i zwiększenia wielkości liści. Zamiast kolców mogą rozwinąć się miękkie liście. Wskazuje to, że rośliny te zostały wyparte przez inne gatunki, gdy warunki uprawy były niesprzyjające.

W obrębie jednej strefy przyrodniczo-klimatycznej oraz w obrębie określonych fitocenoz rośliny dzieli się także na grupy ze względu na wymagania wilgotnościowe. Przykładem może być skład gatunkowy fitocenoz leśnych strefy stepowej Ukrainy. Obejmuje:

Kserofity - sosna zwyczajna, szarańcza miodowa, akacja biała, oleaster, dąb omszony, sosna krymska, ailanthus;

Mezokserofity - kora brzozy (postać korkowa), owoc dzikiej róży, migdały, tarnina;

Kseromozofity - dąb pospolity, psiankowata, jesion wyniosły, grusza, jabłoń;

Mezofity - grab, leszczyna, wiąz, lipa pospolita, klon pospolity, modrzew syberyjski, jawor;

Mezohigrofity - topola biała i czarna, osika, brzoza omszona, rokitnik łamliwy, kalina, czarny bez;

Higrofity - wierzba biała, wierzba krucha, olsza czarna, czeremcha.

Gatunek drzewa pospolity w lasach Polesia Ukrainy – sosna zwyczajna – posiada ciekawe cechy ekologiczne. (Pinus sylvestris). Z powodzeniem rośnie w różnych (pod względem wilgotności gleby i głębokości wód gruntowych) warunkach ekologicznych - od wierzchołków wydm na równinach sandrowych po bagna oligotroficzne i mezotroficzne (ryc. 5.4). Oznacza to, że zarówno tam, gdzie poziom wód gruntowych znajduje się na głębokości 4–5 m lub większej, jak i tam, gdzie dochodzi do powierzchni. Zazwyczaj sosna zwyczajna jest klasyfikowana jako kserofit, co tłumaczy się jej zdolnością do tolerowania znacznej ilości suchego powietrza i wzrostu na suchych glebach. Na przykład drewno to z powodzeniem tworzy nasadzenia w warunkach stepowych Ukrainy. Ponieważ jednak rośnie nawet w najbardziej ubogich w składniki odżywcze warunkach glebowych (odwierty) i przy różnych warunkach wilgotności, można go zaklasyfikować do prawie każdej z powyższych grup roślin. Jednak sosna tworzy najbardziej produktywne, zamknięte nasadzenia, gdy poziom gruntu znajduje się 1,5 - 2 m bliżej powierzchni gleby, niż jest to wymagane w warunkach, w których rosną typowe kserofity.

Ryż. 5.4. Zależność wzrostu sosny od gleb piaszczystych i głębokości wód gruntowych

(Według P. S. Pogrebnyaka)

A1 - las porostowo-sosnowy (Pinetum cladinsum) z osłoną porostową

A2 - las sosnowy zielony mchowy ( Pinetum hylocomiosum) z borówkami (Vaccinium vitis-idaea)

A3 - las sosnowy jagodowy (Pinetum myrtillosum) z domieszką brzozy o głębokości wód gruntowych 1 - 2 m A4 - las sosnowy buyakhovo-bagnovy (Pinetum uligino-ledosum) na glebach torfowo-glejowo-bielicowych A5 - torfowiska wysokie z rzadkimi sosnami na torfowych „glebach pijanych”

Rośliny dostosowują się nie tylko do ogólnej wilgotności obszaru, ale także do sezonowych i krótszych wahań. Ze względu na przystosowanie się do krótkotrwałych wahań warunków zaopatrzenia w wodę i parowania G. Walter podzielił rośliny lądowe na dwie grupy:

Poikilohydryczne, o zmiennej zawartości wody w tkankach;

Homojohydryczny. które są w stanie utrzymać względnie stałą zawartość wody w tkankach.

Do pierwszej grupy należą bakterie, sinice, porosty, niektóre rodzaje mchów i zarodnikujące rośliny naczyniowe oraz niewielka liczba okrytozalążkowych. Są to prokarioty lub eukarionty, które mają małe komórki bez centralnej wakuoli. Podczas suszenia kurczą się, nie zmieniając ultrastruktury protoplazmy, a tym samym bez utraty żywotności. Wraz z utratą wody różne funkcje życiowe, takie jak fotosynteza i oddychanie, ulegają osłabieniu. Rośliny te pobierają wodę z wilgotnego podłoża lub po zwilżeniu przez deszcz, rosę i mgłę metodą kapilarną i pęcznieją. Kiedy roślina pęcznieje, przywracane są normalne procesy metaboliczne.

Większość roślin należy do drugiej grupy. ich komórki mają dużą centralną wakuolę, a dzięki obecności wewnętrznego środowiska wodnego protoplazma staje się mniej zależna od warunków zewnętrznych. Ale taka komórka, a zatem i cała roślina, utraciła zdolność do wysychania. Rośliny zaliczone do tej grupy muszą rosnąć na terenach o mniej lub bardziej stałym źródle wilgoci.

Omawiając wilgotność jako czynnik środowiskowy, należy zwrócić uwagę na fakt, że nie tylko wilgoć wpływa na rośliny, ale także rośliny w dużej mierze determinują wilgotność fitocenozy. Od dawna wiadomo, że lasy wpływają na wilgotność powietrza w fitocenozie i terenach przyległych, wilgotność gleby i poziom wód gruntowych.

Kiedy pada deszcz, wilgoć utrzymuje się na liściach, pędach i pniach drzew. Podczas lekkiego deszczu korona świerków zatrzymuje 80% opadów, a sosny - 60 %. Drzewa liściaste zatrzymują znacznie mniej wilgoci deszczowej. Nawet w gęstym lesie bukowym do gleby dociera około 50% wody deszczowej. Fitocenozy traw również zatrzymują dość dużo wilgoci. Na przykład na łąkach regionu petersburskiego tylko jedna trzecia opadów dociera do gleby. Część wilgoci trafia do zwilżenia organów wegetatywnych roślin, a część gromadzi się na ich powierzchni w postaci kropli.

Wilgotność powietrza w fitocenozach leśnych jest nieco wyższa niż na terenach przyległych ze względu na znaczną transpirację wilgoci przez rośliny, zmniejszenie siły wiatru, obniżenie wysokich temperatur i zmniejszenie parowania z powierzchni gleby. Latem na gęstych plantacjach liściastych wilgotność powierzchni gleby jest wyższa niż w obszarze koszenia, o prawie 15–20% (Molchanov, 1961). W zbiorowiskach zielnych zjawisko to obserwuje się tylko częściowo, w niewielkiej warstwie powietrza w pobliżu powierzchni gleby. Wilgotność powietrza różni się znacznie w zależności od rodzaju lasu. Tak więc w czystych lasach sosnowych latem gleba piaszczysto-gliniasta jest o 10 – 12% wyższa niż w dąbrowach robotniczych. W lesie wilgotność względna powietrza maleje wraz z wysokością, w koronach osiąga pewną stałą wartość, a najniższe wartości opuszczając korony. Specyficzne warunki wilgotności powietrza (wraz z innymi warunkami środowiskowymi) w fitocenozach leśnych lasy tropikalne wyjaśnić obecność w nich epifitów.

Mają przystosowania do pobierania składników odżywczych i wody środowisko(na przykład gąbczaste osłony korzeni, które łatwo wchłaniają wodę, specjalne formacje z liści i pędów zatrzymujące wodę itp.).

Fitocenozy transpirują bardzo dużą ilość wilgoci. Las w pewnych warunkach może w ciągu roku odparować więcej wody, niż potrzebuje. Na przykład dojrzały las bukowy sezon wegetacyjny do atmosfery przedostaje się od 3600 do 5400 ton wody na 1 hektar. Jest to rodzaj pompy, której działanie wpływa na reżim hydrologiczny nie tylko terytorium, na którym rośnie, ale także okolic. Na przykład liczni przedstawiciele eukaliptusa wyróżniają się zdolnością do intensywnego wchłaniania i odparowywania wilgoci. Nazywa się je nawet „pompami na drzewa”. Szacuje się, że w ciągu roku jedno drzewo eukaliptusowe może odparować nawet 14 ton wody. Ta umiejętność służy do drenażu tereny podmokłe. Najbardziej znanym przykładem jest sadzenie drzew eukaliptusowych w celu osuszenia niziny Kolchidy (kaukaskie wybrzeże Morza Czarnego) podczas walki z malarią w ZSRR.

W suchych strefach klimatycznych plantacje leśne służą do zatrzymywania śniegu i przekształcania spływu powierzchniowego w spływ podpowierzchniowy, zwiększając w ten sposób wilgotność gleby.

Na Ukrainie występuje duża liczba bagien i terenów podmokłych (szczególnie na Polesiu), gdzie tworzą się specyficzne fitocenozy i rosną różne rośliny higrofitowe.

Bagno to obszar powierzchni ziemi charakteryzujący się nadmierną wilgocią, gromadzeniem się nierozłożonej materii organicznej i obecnością roślinności kochającej wilgoć.

Bagna powstają, gdy zbiorniki wodne zarastają, lasy i pożary lasów zostają zalane, łuki i tym podobne. Ze względu na warunki występowania i odżywienie wodno-mineralne bagna dzielą się na:

nizinny (eutroficzny)

przejściowe (mezotrony)

jazda konna (oligotroficzna).

Nisko położone (eutroficzne) bagna charakteryzuje się najbogatszymi glebami. Szata roślinna jest tu bogata i różnorodna i składa się z brzozy omszonej, olchy lepkiej (czarnej), wierzby krzewiastej, trzciny, kugi, skrzypu, turzycy, zegarka, pięciornika, zielonych mchów hipnotycznych itp. Torfowiska wysokie (oligotroficzne). ubogie w składniki mineralne, rozwijają się głównie w strefie leśnej. Do pospolitych higrofitów zalicza się sosnę zwyczajną, brzozę omszoną, niektóre rodzaje turzycy, wełniankę, żurawinę i mchy torfowiec. Te ostatnie stanowią podstawę torfowisk wysokich. Mchy torfowe są w stanie wchłaniać wodę. Około połowa komórek torfowca jest pusta. Są wypełnione wodą, zwiększając masę rośliny 20 - 50 razy. Łodyga tego mchu rośnie ku górze, osiągając długość ponad 150 cm. Ciągły wzrost i wysoka wilgotność torfowca jest ważnym czynnikiem środowiskowym. Zmusza rośliny kwitnące torfowisk wysokich do przystosowania się do wzrostu wysokości torfowiska. Tutaj mogą rosnąć tylko te rośliny, których kłącza mogą również urosnąć na wysokość, lub te, które mogą tworzyć dodatkowe korzenie na pędach (ryc. 5.5). Natomiast fitocenoza powstająca na torfowiskach wysokich charakteryzuje się niską biomasą i małą różnorodnością roślin. Rośliny, w tym drzewiaste, są skarłowaciałe, a zagęszczenie roślin jest poniżej średniej. Torfowiska przejściowe (mezotroficzne). charakteryzują się umiarkowanym odżywianiem mineralnym i zajmują pozycję pośrednią między nizinami a wyżynami. Szatę roślinną charakteryzują brzozy omszone, sosny, niektóre turzyce, błoto, żurawina, wełnianka i mchy torfowiec.

Ryż. 5.5. Cechy budowy roślin torfowiskowych wysokich

(Po bierze, 1927)

a - rosiczka okrągłolistna z pokrywy torfowca, poziom jej rozety zwiększa się rocznie o 3 cm

b - świerk w wieku 9 lat, którego pień zakopany jest pod mchem na głębokość 20 cm

Rozmieszczenie fitocenoz na kuli ziemskiej podlega pewnym wzorcom zależnym od relacji czynników środowiskowych. Dość pełny obraz zaopatrzenia w wilgoć roślinności na danym obszarze daje różne szanse, biorąc pod uwagę kilka wskaźników klimatycznych, w tym opady czy wilgotność. Obejmują one współczynnik hydrotermalny G. T. Selyaninova (GTK), który definiuje się jako stosunek ilości opadów w sezonie wegetacyjnym do ilości temperatur aktywnych (powyżej + 10°C) w tym samym czasie:

gdzie R jest ilością opadów w danym okresie, kody t °> 10 ° C;

Σ (t °> 10 ° C) - suma temperatur aktywnych powyżej 10 ° C.

Oznacza to, że przy obliczaniu współczynnika hydrotermalnego Selyaninova uwzględnia się dwie cechy warunków środowiskowych - ilość opadów i temperaturę powietrza. Załóżmy, że północna granica stepu pokrywa się z wartością GTK = 1, dla pustyni GTK = 0,5, dla lasów liściastych GTK = 1,5. Zatem dla strefy nadmiaru wilgoci HTC > 1,5, gdy GKV waha się w zakresie od 1 do 1,5, powstają wystarczające warunki nawilżania; przy wartościach GKT od 0,7 do 1 odczuwalny jest brak wilgoci.

Podsumowując charakterystykę wilgotności jako czynnika środowiskowego, należy zauważyć, że w prawie takich samych warunkach geograficznych na Ziemi występują zarówno suche pustynie, jak i lasy tropikalne (ryc. 5.6). Różnice przejawiają się w ilości opadów przypadających na dane terytorium w ciągu roku, od 0,2–200 mm na pustyni do 900–2000 mm w tropikach. W pierwszym przypadku szata roślinna charakteryzuje się małą liczbą gatunków i ich niską produktywnością, w drugim tworzy się fitocenoza o złożonej budowie, dużej różnorodności gatunkowej i dużej biomasie.

Ryż. 5.6. Zależność typów roślinności od warunków klimatycznych

(Według M. I. Nikolaikina, N. E. Nikolaikina, A. P. Melekhova, 2004)

Zatem wilgotność jest jednym z czynników środowiskowych determinujących rodzaj grupy roślin. W procesie ewolucji rośliny wykształciły szereg specyficznych przystosowań mających na celu zarówno maksymalne wykorzystanie wody, jak i jej nadmiar lub niedobór. Ponadto środowisko wodne jest domem dla dużej i ważnej grupy roślin niższych glonów.

Wilgoć jest najważniejszym czynnikiem środowiskowym dla wszystkich żywych organizmów.

Woda jest głównym środowiskiem komórki, w którym zachodzą procesy biochemiczne i fizjologiczne leżące u podstaw jej życiowej aktywności, a sama uczestniczy w najważniejszych z nich: fotosyntezie, oddychaniu, wzroście. Szczególna rola wody dla organizmów lądowych polega na konieczności jej ciągłego uzupełniania w wyniku strat spowodowanych parowaniem.

Woda jest najważniejsza część organizmach żywych jego zawartość waha się w bardzo szerokich granicach: od 10-11% w nasionach do 98% w algach. Bez wody wzrost roślin nie jest możliwy, gdyż po podziale komórek ciśnienie turgorowe wytworzone przez wodę powoduje rozciąganie błon. Dlatego w latach suchych rośliny praktycznie nie rosną. Dlatego też podlewanie w przypadku niedostatecznych opadów ma ogromne znaczenie dla wzrostu roślin.

W zależności od dostępności wody powierzchnię Ziemi dzieli się zwykle na strefy:

• suchy lub suchy, w którym ilość odparowanej wilgoci przewyższa ilość opadów;
• wilgotny lub mokry, w którym ilość odparowanej wilgoci jest mniejsza niż ilość opadów.

Temperatura i ruch mas powietrza - wiatru - mają ogromny wpływ na reżim wodny obszaru. Na wysokie temperatury i wiatrem, powietrze i gleba stają się bardziej suche, co powoduje zwiększoną utratę wody przez organizmy lądowe.

Ogromne znaczenie ma sezonowość opadów w ciągu roku, a także ich wahania dobowe.

Wilgotność powietrza i opady determinują okresowość aktywnego życia organizmów, ich rozmieszczenie w siedliskach, wpływają na śmiertelność, płodność itp. Tak więc, gdy na pustyniach zaczyna się pora sucha, wiele zwierząt (na przykład ciemnoskóre chrząszcze pustynne) zapada w sen zimowy i budzi się dopiero po jesiennych deszczach.

Deszcze są głównymi dostawcami wilgoci dla roślin lądowych w okresie wegetacyjnym woda pitna dla zwierząt. Czas opadów, ich częstotliwość i czas trwania mają ogromne znaczenie dla reżimu wodnego. Ważny jest także charakter deszczu. Podczas ulewnych opadów gleba nie ma czasu na wchłonięcie wody, co prowadzi do rozwoju erozji wodnej. Korony drzew liściastych bardzo dobrze zatrzymują opady atmosferyczne, gorzej iglaste. Podczas lekkich opadów woda w ogóle nie przedostaje się pod koronę drzew liściastych. Kiedy woda deszczowa przedostaje się do gleby, jest ona najbardziej dostępna dla drzew. Tylko bardzo ulewne deszcze mogą wyrządzić szkody. Powodują mechaniczne uszkodzenia roślin i powodują dużą wilgotność gleby, wypierając powietrze niezbędne do oddychania korzeni. W tym przypadku korzenie obumierają i mówi się, że rośliny są „namoczone”.

Śnieg. Przede wszystkim jest to podaż dostępnej wody, ale stopień jej dostępności zależy od szybkości topnienia, a podaż zależy od grubości pokrywy śnieżnej. Podczas intensywnego topnienia woda przedostaje się poprzez spływ powierzchniowy do zbiorników, wypłukując żyzną warstwę, co może prowadzić do erozji gleby. Śnieg chroni glebę i roślinność przed zamarznięciem.

Wpływ śniegu na zwierzęta jest niejednoznaczny. Dla małych gryzoni głęboka pokrywa śnieżna stanowi dobrą ochronę przed niskimi temperaturami. Dla kopytnych taka osłona jest destrukcyjna: utrudnia, a czasem uniemożliwia poruszanie się, gdyż zwierzęta wiszą w śniegu i umierają z głodu.

Lód jako forma wilgoci ma raczej negatywną konotację niż pozytywną. Kiedy w przestrzeniach międzykomórkowych tkanek roślinnych pojawi się lód, następuje śmierć komórki. Tworzenie się lodu na powierzchni gleby powoduje zamieranie upraw, a na małych głębokościach ich wybrzuszanie. Zamrożenie zbiorników przyczynia się do gwałtownego pogorszenia wymiany powietrza, a całej populacji zbiorników brakuje tlenu. Długotrwałe przebywanie zbiornika pod lodem i zamarzanie małych zbiorników na dno, jak to miało miejsce mroźnej zimy 1995-1996, prowadzi do masowego umierania ryb.

Opady w postaci mrozu, gradu, szronu i mgły mogą być w takim czy innym stopniu zarówno szkodliwe, jak i korzystne. Znany jest destrukcyjny wpływ gradu na rośliny.

Dla organizmów żywych ważna jest nie tylko ilość wilgoci, ale także jej rozkład w zależności od pory roku i dobowe wahania. Zapotrzebowanie roślin na wodę nie jest jednakowe w różnych okresach rozwoju, różni się także w zależności od klimatu i rodzaju gleby.

Zgodnie z metodą regulowania reżimu wodnego rośliny dzielą się na kilka grup ekologicznych:

• poikilohydryczne - niezdolne do aktywnego regulowania reżimu wodnego (u roślin, które nie mają aparatów szparkowych, zawartość wody zależy od wahań jej ilości w środowisku zewnętrznym, jak u porostów);
• homojohydryczny - większość roślin zdolnych do aktywnej regulacji gospodarki wodnej (obecność aparatów szparkowych, naskórka, włosków).

Według znaczenia roślin dla warunków życia wyróżnia się je:

• hydrofity - rośliny miejsc o nadmiernej wilgoci i wodne pół zanurzone, które nie mają adaptacji do regulacji reżimu wodnego (niecierpek, szczaw pospolity, grot strzały, chastuha babki lancetowatej itp.);
• mezofity - rośliny obszarów umiarkowanie wilgotnych. Mają dobrze rozwinięty system korzeniowy i szereg urządzeń regulujących reżim wodny. Należą do nich łąki i wiele traw leśnych, drzewa liściaste i większość upraw rolnych;
• kserofity – rośliny siedlisk suchych, przystosowane do braku wilgoci. Niektóre z nich mają potężny system korzeniowy, czerpiący wodę z głębokich warstw (cierń wielbłąda); inne mają dobrze rozwinięte pokwitanie, tkanki mechaniczne i inne cechy adaptacyjne (wiele traw, piołun).

Wiele roślin magazynuje wodę w łodygach lub liściach (sukulenty). Należą do nich kaktusy, agawy i aloes.

Zwierzęta otrzymują wodę na trzy główne sposoby: poprzez picie, wraz z pożywieniem oraz w wyniku metabolizmu, czyli poprzez utlenianie i rozkład tłuszczów, białek i węglowodanów.

Podobnie jak rośliny, zwierzęta lądowe również zamieszkują siedliska o różnych reżimach wodnych. Zwierzęta zamieszkujące siedliska wilgotne – higrofile – nie posiadają mechanizmów regulujących gospodarkę wodną. Należą do nich wszy, komary, węże, krokodyle, ślimaki lądowe i płazy.

Mezofile stanowią większość zwierząt.

Zwierzęta siedlisk suchych – kserofile – mają dobrze rozwinięte mechanizmy regulacji metabolizmu wody i przystosowywania się do zatrzymywania wody w organizmie. Dlatego wiele owadów pustynnych nigdy nie pije wody i zadowala się wilgocią dostarczaną z pożywieniem. Wiele zwierząt przystosowało się do życia dzięki wodzie metabolicznej powstałej podczas utleniania nagromadzonych zapasów tłuszczu (wielbłądy, skoczki grubogoniaste, gąsienice ciem rzecznych, ryjkowce ryżowe i stodołowe). Większość zwierząt kserofilnych posiada szereg przystosowań do zatrzymywania wody, takich jak wodoodporne powłoki, brak gruczołów skórnych, uwalnianie końcowych produktów metabolizmu azotu w postaci kwasu moczowego, zwiększone wchłanianie zwrotne wody w kanalikach nefronów układu moczowego. nerek i zmniejszona potliwość. Ważną rolę odgrywają różne adaptacyjne reakcje behawioralne: zakopywanie w ziemi, kopanie dołów, wychodzenie w cień, odpowiednia orientacja ciała w stosunku do promieni słonecznych, letnia hibernacja. W przypadku aktywnie poruszających się zwierząt ważne jest przemieszczanie się do zbiorników wodnych jako źródeł wody.

1. Zmienność geograficzna populacji i jej charakter adaptacyjny. Clines, izofeny.

Zróżnicowanie geograficzne populacji- jest to odmienność fenotypowa i genotypowa przestrzennie oddzielonych populacji tego samego gatunku. Zmienność geograficzna jest nieuniknioną konsekwencją zmienności geograficznej środowiska. Cechy i fenotypy zmieniają się w różnych częściach zakresu ze względu na zmieniające się warunki życia - ze względu na zmiany kierunków doboru naturalnego.

Z pokolenia na pokolenie populacje podlegają ciągłej selekcji ze względu na warunki środowiskowe w celu maksymalnej adaptacji do warunków tej części zasięgu, czyli ekosystemu, w którym żyje populacja. Im większa jest przestrzenna separacja między porównywanymi populacjami, tym bardziej różnią się one częstością występowania cech i tym bardziej różnią się populacje pod względem fenologicznym.

Na przykład w brzozie omszonej na Uralu Cis, w populacjach znajdujących się w różnych obszary naturalne, zmienia się częstotliwość osobników o określonym kształcie liścia. Osobniki o liściach rombowych w tundrze - 4%, w środkowej tajdze - 8%, w południowej tajdze - 28%, w lasach liściastych - 21%, w leśno-stepowym - 20%, w stepie - 16%. Geograficznie odległe lub izolowane populacje (lub grupy populacji) mają tak zmienioną częstotliwość występowania cech i taki specyficzny ich zestaw, że określa się je jako populacje geograficzne, czyli podgatunki. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku gatunków o szerokim zasięgu. W tym przypadku gatunek składa się z systemu pojedynczych zastępców (łac. vicarius - zastępowanie), zastępujących populacje geograficzne. Tym samym w zasięgu trzmiela polnego zamieszkującego Europę zidentyfikowano 25 populacji geograficznych.

Ze względu na zmienność geograficzną różne populacje tego samego gatunku w różnych częściach jego zasięgu naturalnie różnią się od siebie pewnymi cechami. Bardzo często można zaobserwować taką zmienność geograficzną dowolnej cechy, w której częstotliwość jej występowania lub stopień ekspresji stopniowo maleje lub odwrotnie, wzrasta, czasem nawet na całej długości zasięgu. Ten typ zmienności nazywa się klinalny, a krzywa przedstawiająca charakter zmiany cechy jest nachylona.

Kliny mogą mieć różne kierunki i różne długości. Stromość klina może się znacznie różnić w różnych częściach zakresu. Jeśli na mapie narysujesz punkty, w których ta cecha jest wyrażona w tym samym stopniu i połączysz je liniami, to te ostatnie będą położone pod kątem prostym do kierunku klina i będą do siebie równoległe. Takie linie łączące punkty o tym samym stopniu rozwoju cechy nazywane są izofenami. Na podstawie izofenów można wyraźnie prześledzić wzór zmienności geograficznej. Zatem u motyla borówki odsetek osobników o białym zabarwieniu naturalnie maleje w kierunku z południa na północ.

Badanie zmienności geograficznej cech zwierząt doprowadziło do ustalenia niektórych ogólne wzorce sformułowane w formie specjalnych zasad. Spośród nich niektóre zasady dotyczące zwierząt stałocieplnych są powszechnie znane.

Reguła Bergmana. W cieplejszych częściach pasma gatunki reprezentowane są przez mniejsze osobniki, a w zimniejszych - przez większe osobniki. Tak więc w warunkach wybrzeża Morza Czarnego zając brunatny ma długość czaszki mniejszą niż 8 cm, podczas gdy na północnej granicy swojego zasięgu przekracza 10 cm. Średnia długość czaszki zająca białego w Szkocji wynosi 7 cm oraz w Skandynawii i Grenlandii - 9 cm.

Reguła Allena. Zgodnie z tą zasadą wystające części ciała u ssaków i ptaków (ogony, uszy, kończyny) w zimniejszych częściach zasięgu są nieco krótsze

Reguła Glogera. Ilość czarnych pigmentów (eumelanin) wzrasta w ciepłych i wilgotnych częściach obszaru występowania gatunku, podczas gdy na obszarach suchych dominują pigmenty czerwonawe i żółtawo-brązowe (feomelaniny). I tak, u sikorki brązowogłowej (Parus atricapillus), zgodnie z mikroskopową analizą pigmentów upierzenia, liczba feomelanin w naturalny sposób wzrasta z północy na południe. Podobny związek pomiędzy rozwojem określonego pigmentu a warunkami klimatycznymi stwierdzono także w przypadku biedronek, niektórych motyli i innych owadów.

1. Koncepcja ekosystemu energetycznego. Prawo Lindemanna.

Życie na Ziemi istnieje dzięki energii słonecznej.

Światło jest jedynym zasobem pożywienia na Ziemi, którego energia w połączeniu z dwutlenkiem węgla i wodą powoduje proces fotosyntezy. Rośliny fotosyntetyzujące tworzą materię organiczną, którą żywią się roślinożercy, mięsożercy itp., ostatecznie rośliny „karmią” resztę świata żywego, tj. energia słoneczna przekazywana jest za pośrednictwem roślin do wszystkich organizmów.

Energia jest przenoszona z organizmu na organizm, tworząc łańcuch pokarmowy lub troficzny: od autotrofów, producentów (twórców) do heterotrofów, konsumentów (jedzących) i tak dalej 4-6 razy z jednego poziomu troficznego na drugi.

Poziom troficzny to lokalizacja każdego ogniwa w łańcuchu pokarmowym. Pierwszy poziom troficzny to producenci, cała reszta to konsumenci. Drugi poziom troficzny to konsumenci roślinożerni; trzeci - mięsożerni konsumenci żywiący się formami roślinożernymi; czwartą są konsumenci spożywający inne zwierzęta mięsożerne itp. Konsumentów można zatem podzielić na poziomy: konsumenci pierwszego, drugiego, trzeciego itd. zamówienia.

Tylko konsumenci specjalizujący się w określonym rodzaju żywności są wyraźnie rozdzieleni pomiędzy poziomami. Istnieją jednak gatunki żywiące się mięsem i pokarmem roślinnym (ludzie, niedźwiedzie itp.), które mogą zostać uwzględnione łańcuchy pokarmowe na dowolnym poziomie.

Pokarm wchłonięty przez konsumenta nie jest całkowicie wchłaniany – od 12 do 20% u niektórych zwierząt roślinożernych, do 75% i więcej u zwierząt mięsożernych. Koszty energii związane są przede wszystkim z utrzymaniem procesów metabolicznych, zwane kosztami oddychania, szacowanymi na podstawie całkowitej ilości CO2 wydzielanego przez organizm. Znacznie mniejsza część przypada na tworzenie tkanek i pewne zaopatrzenie w składniki odżywcze, czyli na wzrost. Pozostała część pożywienia jest wydalana w postaci odchodów. Ponadto znaczna część energii ulega rozproszeniu w postaci ciepła podczas reakcji chemicznych zachodzących w organizmie, a zwłaszcza podczas aktywnej pracy mięśni. Ostatecznie cała energia wykorzystywana do metabolizmu jest zamieniana na ciepło i rozpraszana w środowisku.

Zatem większość energii jest tracona podczas przejścia z jednego poziomu troficznego na inny, wyższy.

W przybliżeniu straty wynoszą około 90%: nie więcej niż 10% energii z poprzedniego poziomu jest przenoszone na każdy następny poziom. Tak więc, jeśli zawartość kalorii producenta wynosi 1000 J, to kiedy dostanie się do ciała fitofaga, pozostaje 100 J, w ciele drapieżnika jest już 10 J, a jeśli ten drapieżnik zostanie zjedzony przez innego, to tylko Na swój udział pozostanie 1 J, czyli 0,1% kaloryczności pokarmów roślinnych.

Jednak tak ścisły obraz transferu energii z poziomu na poziom nie jest do końca realistyczny, ponieważ łańcuchy troficzne ekosystemów są ze sobą ściśle powiązane, tworząc sieci troficzne. Ale ostateczny rezultat: rozproszenie i utrata energii, która musi zostać odnowiona, aby mogło istnieć życie.

Nie wolno nam również zapominać o martwej materii organicznej, którą odżywia się znaczna część heterotrofów. Wśród nich znajdują się saprofagi i saprofity (grzyby), które wykorzystują energię zawartą w detrytusie. Dlatego wyróżnia się dwa rodzaje łańcuchów troficznych: łańcuchy wypasu, czyli wypasu, które rozpoczynają się od spożycia organizmów fotosyntetycznych, oraz detrytyczne łańcuchy rozkładu, które rozpoczynają się od pozostałości martwych roślin, zwłok i odchodów zwierzęcych.

Zatem wchodząc do ekosystemu, przepływ energii promienistej dzieli się na dwie części, rozprzestrzeniając się przez dwa rodzaje sieci troficznych, ale źródło energii jest wspólne - światło słoneczne.

Prawo Lindemana (R. Lindeman, 1942)

Nie więcej niż 10% energii przechodzi z jednego poziomu troficznego piramidy ekologicznej na inny poziom troficzny.

1. Struktura przestrzenna ekosystemów, kontinuum i dyskretność. Ekoton i efekt krawędzi.

Struktura przestrzenna ekosystemu. Populacje różne rodzaje w ekosystemie są one rozmieszczone w określony sposób – tworzą strukturę przestrzenną. Istnieją pionowe i poziome struktury ekosystemu.

Podstawą konstrukcji pionowej jest roślinność.

Zbiorowisko roślinne zazwyczaj determinuje wygląd ekosystemu. Rośliny znacząco wpływają na warunki życia innych gatunków. W lesie są to duże drzewa, na łąkach i stepach - wieloletnie zioła, a w tundrze dominują mchy i krzewy.

Mieszkając razem, rośliny tej samej wysokości tworzą rodzaj podłóg - schody. W lesie np. wysokie drzewa tworzą pierwszy (górny) poziom, drugi poziom jest utworzony z młodych osobników drzew wyższego poziomu i starszych drzew o mniejszej wysokości. Trzeci poziom składa się z krzewów, czwarty - z wysokich traw. Najniższy poziom, do którego dociera bardzo mało światła, to mchy i nisko rosnące trawy.

Nawarstwianie obserwuje się także w zbiorowiskach zielnych (łąki, stepy, sawanny). Występuje także warstwowość podziemna, co wiąże się z różną głębokością wnikania systemów korzeniowych roślin w glebę: niektóre korzenie wnikają głęboko w glebę, osiągając poziom wód gruntowych, inne mają powierzchowny system korzeniowy, który wychwytuje wodę i składniki odżywcze z górnych warstw gleby. warstwa gleby.

Dzięki wielopoziomowemu układowi rośliny najskuteczniej wykorzystują strumień światła, a konkurencja jest zmniejszona: zajmują rośliny światłolubne górny poziom, a pod ich baldachimem rozwijają się te odporne na cień.

Zwierzęta są również przystosowane do życia w tej czy innej warstwie roślin (niektóre w ogóle nie opuszczają swojej warstwy). Na przykład wśród owadów są: podziemne, żyjące w glebie (świerszcz kretowy, pająk norowy); naziemny, powierzchowny (mrówka, śmierdzący robak); mieszkańcy łąki (konik polny, mszyca, biedronka) i mieszkańcy wyższych warstw ( różne muchy, ważki, motyle).

Ze względu na niejednorodność rzeźby, właściwości gleby i różne cechy biologiczne rośliny rozmieszczone są w mikrogrupach w kierunku poziomym, różniących się składem gatunkowym. Zjawisko to nazywa się mozaikowością. Mozaikowy charakter roślinności jest swego rodzaju „ozdobą” utworzoną przez skupiska roślin różnych gatunków.

Dzięki pionowym i poziomym strukturom organizmy żyjące w ekosystemie efektywniej wykorzystują minerały gleby, wilgoć i strumień światła.

Ważną konsekwencją zasady indywidualności ekologii gatunków jest stopniowa zmiana składu zbiorowisk roślinnych i ekosystemów wzdłuż gradientów środowiskowych. Takie stopniowe zmiany nazywane są kontinuum. Z tego powodu poszczególne zbiorowiska i ekosystemy wyróżniane są równie warunkowo, jak organizacje ekologiczne gatunek.

Pojęcie kontinuum zostało sformułowane na początku XX wieku. niezależnie przez dwóch naukowców - rosyjskiego L.G. Ramensky’ego i Amerykanina G. Gleasona. W drugiej połowie XX w. Największy wkład w jego rozwój wnieśli R. Whittaker, J. Curtis, R. McIntosh i M. Austin.

Istnieją dwa rodzaje kontinuów: ekoklina i ekoton. Ekoklina to absolutne kontinuum, w obrębie którego nie ma stref szybkich i powolnych zmian w składzie gatunkowym zbiorowisk wzdłuż nachylenia. Ten typ kontinuum przeważa w przypadkach, gdy zmiana składu zbiorowisk następuje bez zmiany formy życiowej roślin, tj. zmiany roślinności trawiastej lub leśnej. Przykład ekokliny pokazano na ryc. 7 wynika z niego, że zmiana zbiorowisk roślinnych wzdłuż nachylenia następuje stopniowo i jedynie warunkowo można wyznaczyć granice zbiorowisk odpowiadających różnym warunkom zasolenia gleby.

Ryż. 7. Ekoklina roślinności trawiastej równiny zalewowej dolnej Wołgi wzdłuż gradientu całkowitego zasolenia (lista gatunków jest zawężona za Golubem i Mirkinem, 1986). 1 – Phalaroides arundinacea, 2 – Bolboschoenus borodinii, 6 – Argusia sibirica, 7 – Atriplex litoralis, 8 – Tripolium vulgare.

Ekoton – jest to rodzaj kontinuum, w którym wzdłuż gradientu tworzą się mniej lub bardziej jednorodne zbiorowiska, połączone strefą szybkiego i widocznego wizualnie przejścia. Typowym przykładem ekotonu jest roślinność krawędziowa (ryc. 8), tj. strefy styku lasu z użytkami zielonymi (łąki lub stepy).

Ryż. 8. Efekt ekotopowy w roślinności skraju lasu (wg Kucherova, 2001). Liczba gatunków: 1 – ogólna, 2 – łąki, 3 – leśne, 4 – krawędziowe.
Podobne kontinua typów ekokliny i ekotonu przejawiają się także w charakterze zmian w heterotroficznej faunie i florze, przede wszystkim owadach i zwierzętach glebowych. Ekoton charakteryzuje się bogactwem gatunkowym i stanowi strefę przejściową.

1. Ewolucja biosfery. Geochronologiczna skala rozwoju świata organicznego. Hipoteza Gai.

Jednym z najważniejszych obszarów badań ewolucji jest badanie rozwoju form życia. Należy tutaj zwrócić uwagę na kilka kroków:

1. Komórki bez jądra, ale z nicią DNA (przypominające współczesne bakterie i sinice). Wiek tych najstarszych organizmów wynosi ponad 3 miliardy lat. Ich właściwości: 1) mobilność; 2) odżywianie oraz zdolność do magazynowania żywności i energii; 3) ochrona przed niepożądanymi wpływami; 4) reprodukcja; 5) drażliwość; 6) przystosowanie się do zmian warunki zewnętrzne; 7) zdolność do wzrostu.

2. W kolejnym etapie (około 2 miliardy lat temu) w komórce pojawia się jądro. Organizmy jednokomórkowe posiadające jądro nazywane są pierwotniakami. Istnieje 25–30 tysięcy gatunków. Najprostsze z nich to ameby. Ciliates mają również rzęski. Jądro pierwotniaka jest otoczone podwójną błoną z porami i zawiera chromosomy i jąderka. Pierwotniaki kopalne - radiolary i otwornice - główne części osadów skały. Wiele pierwotniaków ma złożone układy motoryczne.

3. Około 1 miliard lat temu pojawiły się organizmy wielokomórkowe. W wyniku działalności roślin – fotosyntezy – z dwutlenku węgla i wody powstała materia organiczna, wykorzystując energię słoneczną wychwyconą przez chlorofil. Pojawienie się i rozprzestrzenianie się roślinności doprowadziło do radykalnej zmiany składu atmosfery, która początkowo zawierała bardzo mało wolnego tlenu. Rośliny asymilujące węgiel z dwutlenku węgla stworzyły atmosferę zawierającą wolny tlen – nie tylko aktywny środek chemiczny, ale także źródło ozonu, który blokował drogę krótkotrwałych promienie ultrafioletowe na powierzchnię Ziemi.

L. Pasteur zidentyfikował dwa ważne punkty w ewolucji biosfery: 1) moment, w którym poziom tlenu w atmosferze ziemskiej osiągnął około 1% obecnego poziomu. Od tego momentu możliwe stało się życie aerobowe. Geochronologicznie jest to Archaean. Przyjmuje się, że akumulacja tlenu przebiegała spazmatycznie i trwała nie dłużej niż 20 tysięcy lat: 2) osiągając zawartość tlenu w atmosferze około 10% współczesnej. Doprowadziło to do pojawienia się przesłanek do powstania ozonosfery. W rezultacie życie stało się możliwe w płytkich wodach, a następnie na lądzie.

Paleontologia zajmująca się badaniem pozostałości kopalnych potwierdza fakt, że wzrasta złożoność organizmów. W najstarszych skałach występuje kilka rodzajów organizmów o prostej budowie. Stopniowo wzrasta różnorodność i złożoność. Wiele gatunków pojawiających się na dowolnym poziomie stratygraficznym następnie znika. Interpretuje się to jako powstawanie i wymieranie gatunków.

Zgodnie z danymi paleontologicznymi można przypuszczać, że w proterozoicznej epoce geologicznej (700 mln lat temu) pojawiły się bakterie, glony i prymitywne bezkręgowce; w paleozoiku (365 milionów lat temu) - rośliny lądowe, płazy; w mezozoiku (185 milionów lat temu) - ssaki, ptaki, drzewa iglaste; do kenozoiku (70 milionów lat temu) - grupy współczesne. Oczywiście należy mieć na uwadze, że zapis kopalny jest niekompletny.

Na przestrzeni wieków nagromadzone szczątki roślin utworzyły w skorupie ziemskiej ogromne rezerwy energetyczne związków organicznych (węgiel, torf), a rozwój życia w Oceanie Światowym doprowadził do powstania skał osadowych składających się ze szkieletów i innych pozostałości organizmów morskich .

Do ważnych właściwości systemów żywych należą:

1. Zwartość. 5? 10-15 g DNA zawartego w zapłodnionym jaju wieloryba zawiera informacje dotyczące zdecydowanej większości cech zwierzęcia ważącego 5? 107g (masa wzrasta o 22 rzędy wielkości).

2. Umiejętność tworzenia porządku z chaosu ruch termiczny cząsteczek i w ten sposób przeciwdziałać wzrostowi entropii. Istoty żywe zużywają ujemną entropię i działają wbrew równowadze termicznej, zwiększając jednak entropię środowiska. Im bardziej jest to skomplikowane żywa materia, zwłaszcza że zawiera ukrytą energię i entropię.

3. Wymiana materii, energii i informacji z otoczeniem.

Istoty żywe potrafią przyswajać substancje otrzymane z zewnątrz, czyli przestawiać je, przyrównywać do własnych struktur materialnych i tym samym wielokrotnie je odtwarzać.

4. Pętle sprzężenia zwrotnego powstające podczas reakcji autokatalitycznych odgrywają ważną rolę w funkcjach metabolicznych. „Podczas gdy w świecie nieorganicznym sprzężenie zwrotne pomiędzy „konsekwencjami” (produktami końcowymi) reakcji nieliniowych a „przyczynami”, które je spowodowały, jest stosunkowo rzadkie, w układach żywych sprzężenie zwrotne (jak ustaliła biologia molekularna) jest wręcz przeciwnie. raczej reguła niż wyjątek” (I. Prigogine, I. Stengers. Porządek z chaosu. M., 1986, s. 209). Autokataliza, kataliza krzyżowa i autoinhibicja (proces odwrotny do katalizy, jeśli dana substancja jest obecna, to nie powstaje podczas reakcji) zachodzą w układach żywych. Do tworzenia nowych struktur potrzebne jest pozytywne sprzężenie zwrotne, a do trwałej egzystencji potrzebne jest sprzężenie zwrotne negatywne.

5. Życie przewyższa jakościowo inne formy istnienia materii pod względem różnorodności i złożoności składników chemicznych oraz dynamiki przemian zachodzących w organizmach żywych. Układy żywe charakteryzują się znacznie wyższym poziomem porządku i asymetrii w przestrzeni i czasie. Zwartość strukturalna i efektywność energetyczna istot żywych są wynikiem najwyższego rzędu na poziomie molekularnym.

6. W samoorganizacji układów nieożywionych cząsteczki są proste, ale mechanizmy reakcji są złożone; Przeciwnie, w samoorganizacji systemów żywych schematy reakcji są proste, ale cząsteczki są złożone.

7. Żywe systemy mają przeszłość. Nieożywione tego nie mają. „Kompletne struktury fizyki atomowej składają się z pewnej liczby komórek elementarnych, jądra atomowego i elektronów i nie wykazują żadnych zmian w czasie, chyba że doświadczą zakłóceń z zewnątrz. W przypadku takiego zakłócenia zewnętrznego, one jednak w jakiś sposób na nie reagują, ale jeśli naruszenie nie było zbyt duże, po jego ustaniu wracają do pierwotnej pozycji. Ale organizmy nie są formacjami statycznymi. Starożytne porównanie żywej istoty z płomieniem sugeruje, że organizmy żywe, podobnie jak płomień, reprezentują formę, przez którą materia w pewnym sensie przepływa jako strumień” (W. Heisenberg. Physics and Philosophy. Part and Whole. M. ., 1989, s. 233).

8. Życie organizmu zależy od dwóch czynników - dziedziczności, określonej przez aparat genetyczny, oraz zmienności, zależnej od warunków środowiskowych i reakcji jednostki na nie. Ciekawe, że teraz życie na Ziemi nie mogło powstać z powodu atmosfery tlenowej i sprzeciwu innych organizmów. Życie raz narodzone podlega ciągłemu procesowi ewolucji.

9. Zdolność do nadmiernej samoreprodukcji. „Postęp reprodukcji jest tak wysoki, że prowadzi do walki o życie i jej konsekwencji - naturalna selekcja„(C. Darwin. Works. T. 3. M.-L., 1939, s. 666).

Hipotezę Gai wysunął angielski naukowiec James Lovelock, który pracował w NASA na początku lat 60. XX wieku, kiedy dopiero rozpoczynały się poszukiwania życia w Układzie Słonecznym. Opierając się na fakcie, że atmosfera ziemska znacznie różni się od atmosfer planet pozbawionych życia, Lovelock argumentował, że nasza planeta i jej biosfera są rodzajem żywego organizmu. Powiedział: „Ziemia to coś więcej niż dom, to żywy organizm, a my jesteśmy jego częścią”.

Znaczenie hipotezy polega na tym, że przyczyniła się ona do opracowania systematycznego podejścia do badań Ziemi, w którym planetę postrzega się jako jedną całość, a nie jako zbiór pojedynczych części.

1. Temperatura jako główny czynnik środowiskowy. Adaptacje do niskich i wysokich temperatur.

Zwierzęta poikilotermiczne są w stanie przystosować się do wysokich temperatur. To również się zdarza różne sposoby: przenikanie ciepła może nastąpić w wyniku odparowania wilgoci z powierzchni ciała lub z błony śluzowej górnych dróg oddechowych, a także w wyniku regulacji naczyń podskórnych (np. U jaszczurek prędkość przepływu krwi przez naczynia skóry zwiększają się wraz ze wzrostem temperatury).

Najdoskonalszą termoregulację obserwuje się u ptaków i ssaków – zwierząt hometermicznych. W procesie ewolucji nabyli zdolność utrzymywania stałej temperatury ciała dzięki obecności czterokomorowego serca i jednego łuku aorty, co zapewniało całkowite oddzielenie przepływu krwi tętniczej i żylnej; wysoki metabolizm; pióra lub włosy; regulacja wymiany ciepła; dobrze rozwinięty system nerwowy nabył umiejętność aktywnego życia różne temperatury. Większość ptaków ma temperaturę ciała nieco powyżej 40 oC, podczas gdy ssaki mają nieco niższą temperaturę ciała. Bardzo ważna dla zwierząt jest nie tylko zdolność do termoregulacji, ale także zachowania adaptacyjne, budowa specjalnych schronień i gniazd, wybór miejsca o korzystniejszej temperaturze itp. Potrafią także przystosować się do niskich temperatur na kilka sposobów: oprócz piór i sierści zwierzęta stałocieplne wykorzystują drżenie (mikroskurcze zewnętrznie nieruchomych mięśni), aby zmniejszyć utratę ciepła; utlenianie brązowej tkanki tłuszczowej u ssaków wytwarza dodatkową energię, która wspomaga metabolizm.

Przystosowanie zwierząt stałocieplnych do wysokich temperatur jest pod wieloma względami podobne do podobnych przystosowań zwierząt zimnokrwistych - pocenie się i odparowanie wody z błony śluzowej jamy ustnej i górnych dróg oddechowych, u ptaków - tylko ostatnia metoda, ponieważ nie mają gruczołów potowych; rozszerzenie naczyń krwionośnych znajdujących się blisko powierzchni skóry, co zwiększa wymianę ciepła (u ptaków proces ten zachodzi w nieopierzonych obszarach ciała, np. przez grzebień). Temperatura, a także reżim świetlny, od którego zależy, zmieniają się naturalnie w ciągu roku i w związku z szerokością geograficzną. Dlatego wszelkie adaptacje są ważniejsze dla życia w niskich temperaturach.

1. Struktura demograficzna ludności.

Wszystkie procesy chemiczne zachodzące w organizmie zależą od temperatury. Zmiany warunków termicznych, często obserwowane w przyrodzie, głęboko wpływają na wzrost, rozwój i inne przejawy życia zwierząt i roślin. Wyróżnia się organizmy o niestabilnej temperaturze ciała – poikilotermiczne i organizmy o stałej temperaturze ciała – homeotermiczne. Zwierzęta poikilotermiczne są całkowicie zależne od temperatury otoczenia, natomiast zwierzęta homeotermiczne są w stanie utrzymać stałą temperaturę ciała niezależnie od zmian temperatury otoczenia. Zdecydowana większość lądowych roślin i zwierząt w stanie aktywnego życia nie toleruje temperatura ujemna i umiera. Górna granica temperatury życia nie jest jednakowa dla różnych gatunków – rzadko przekracza 40-45 oC. Niektóre sinice i bakterie żyją w temperaturach 70–90 °C; niektóre mięczaki (do 53 °C) mogą również żyć w gorących źródłach. Dla większości zwierząt i roślin lądowych optymalne warunki temperaturowe wahają się w raczej wąskich granicach (15-30°C). Górny próg temperatury życia wyznacza temperatura krzepnięcia białek, gdyż nieodwracalna koagulacja białek (naruszenie struktury białka) następuje w temperaturze około 60 oC.

W procesie ewolucji organizmy poikilotermiczne wykształciły różne adaptacje do zmieniających się warunków temperaturowych środowiska. Głównym źródłem energii cieplnej u zwierząt poikilotermicznych jest ciepło zewnętrzne. Organizmy poikilotermiczne rozwinęły różne adaptacje do niskich temperatur. Niektóre zwierzęta, np. ryby arktyczne, które stale żyją w temperaturze -1,8 oC, zawierają w płynie tkankowym substancje (glikoproteiny), które zapobiegają tworzeniu się kryształków lodu w organizmie; owady gromadzą w tym celu glicerol. Inne zwierzęta odwrotnie, w wyniku aktywnego skurczu mięśni, zwiększają produkcję ciepła w organizmie - w ten sposób podnoszą temperaturę ciała o kilka stopni. Jeszcze inne regulują wymianę ciepła poprzez wymianę ciepła pomiędzy naczyniami układu krwionośnego: naczynia wychodzące z mięśni stykają się ściśle z naczyniami wychodzącymi ze skóry, przenoszącymi schłodzoną krew (zjawisko to jest charakterystyczne dla zimnej wody ryba). Zachowanie adaptacyjne polega na tym, że wiele owadów, gadów i płazów wybiera miejsca na słońcu, aby się ogrzać, lub zmienia różne pozycje, aby zwiększyć powierzchnię grzewczą.

U wielu zwierząt zmiennocieplnych temperatura ciała może się różnić w zależności od stanu fizjologicznego: na przykład u owadów latających wewnętrzna temperatura ciała może wzrosnąć o 10-12 oC lub więcej z powodu wzmożonej pracy mięśni. Rozwinęły się owady społeczne, zwłaszcza pszczoły skuteczna metoda utrzymywanie temperatury poprzez termoregulację zbiorową (w ulu możliwe jest utrzymanie temperatury 34-35 oC, niezbędnej do rozwoju larw).

Woda jest najbardziej rozpowszechnionym związkiem chemicznym na powierzchni Ziemi i jednocześnie najbardziej niesamowitym. Jest to jedyna substancja występująca w przyrodzie jednocześnie we wszystkich trzech stanach skupienia – stałym, ciekłym i gazowym. Woda jest uniwersalnym rozpuszczalnikiem.

Woda jest bardzo silnym związkiem chemicznym. Zawiera największą ze wszystkich cieczy napięcie powierzchniowe, co decyduje o jego dużej kapilarności.

Woda gazowa – para wodna – jest lżejsza od powietrza, co umożliwia powstawanie chmur, przenikanie wody do atmosfery i opady atmosferyczne. Duża zdolność buforowania termicznego geosfer wynika w dużej mierze z takich właściwości wody, jak duże ciepło właściwe, wysokie ciepło utajone topnienia i parowania. Nieruchomości

Wiele substancji rozpuszczonych w wodzie, a także struktury biologii molekularnej w istotny sposób zależą od konfiguracji kompleksów hydratów związanej wody.

Woda jest najważniejszym czynnikiem środowiskowym dla organizmów żywych i ich stałym składnikiem, co znajduje odzwierciedlenie w tabeli.

Z ekologicznego punktu widzenia woda jest czynnikiem ograniczającym zarówno w siedliskach lądowych, jak i wodnych, jeśli jej ilość ulega gwałtownym zmianom (przypływy) lub jest tracona przez organizm w wodzie silnie zasolonej na drodze osmozy.

W środowisku gruntowo-powietrznym ten czynnik abiotyczny charakteryzuje się wielkością opadów, wartością wilgotności, właściwościami suszącymi powietrza oraz dostępną powierzchnią zasobów wodnych.

Ilość opadów zależy od warunków fizycznych i geograficznych i jest nierównomierna na całym świecie. Jednak dla organizmów najważniejszym czynnikiem ograniczającym jest rozkład opadów według pory roku. W umiarkowanych szerokościach geograficznych, nawet przy wystarczających rocznych opadach, ich nierównomierne rozmieszczenie może prowadzić do śmierci roślin z powodu suszy lub, odwrotnie, zalania. W tropikach

W tej strefie organizmy muszą doświadczyć pory mokrej i suchej, regulując swoją aktywność sezonową przy stałej temperaturze prawie przez cały rok.

Rośliny przystosowane do warunków pustynnych zawierają inhibitor kiełkowania, który jest zmywany dopiero przy określonej ilości opadów wystarczającej dla wegetacji (np. 10 mm) i dopiero wtedy kiełkuje. Rozpoczyna się krótkotrwały „kwiat pustyni” (zwykle wiosną).

Wilgotność środowisko powietrzne- ilość pary wodnej zawarta w jednostkowej objętości powietrza w danej temperaturze. Częściej jednak stosuje się pojęcie wilgotności względnej, czyli stosunku wilgotności bezwzględnej do ilości pary wodnej, która może nasycić daną przestrzeń w danej temperaturze.

Stąd zdolność wilgoci do modyfikowania działania temperatury: spadek wilgotności poniżej pewnej granicy w danej temperaturze prowadzi do wysuszającego efektu powietrza, co ma dla roślin najważniejsze znaczenie ekologiczne.

Zdecydowana większość roślin pobiera wodę z gleby poprzez system korzeniowy.

Wysychanie gleby utrudnia wchłanianie. Przystosowanie roślin do takich warunków polega na zwiększeniu siły ssania i powierzchni czynnej korzeni. Wielkość tej siły w korzeniach strefy umiarkowanej wynosi od 2 do 4 ⋅ 106 Pa, a w roślinach regionów suchych - do 6 ⋅ 106 Pa.

Po wybraniu dostępnej wody w danej objętości korzenie rosną dalej do wewnątrz i na boki, a system korzeniowy może osiągnąć np. w zbożach długość 13 km na 1000 cm3 gleby (bez włośników) (ryc. 5.9). ).

Woda jest wydawana na fotosyntezę, tylko około 0,5% jest wchłaniana przez komórki, a 97-99% jest wydawana na transpirację - parowanie przez liście. Przy wystarczającej ilości wody i składników odżywczych wzrost roślin jest proporcjonalny do transpiracji, a jej efektywność będzie najwyższa. Efektywność transpiracji to stosunek wzrostu (produkcji netto) do ilości przetranspirowanej wody. Mierzy się ją w gramach suchej masy na 1000 g wody. W przypadku większości roślin, nawet tych najbardziej odpornych na suszę, wynosi ona dwa, czyli na uzyskanie każdego grama żywej materii zużywa się 500 g wody. Główną formą adaptacji nie jest zmniejszenie transpiracji, ale zaprzestanie wzrostu w okresach suszy.

W zależności od sposobów adaptacji roślin do wilgoci wyróżnia się kilka grup ekologicznych: higrofity – rośliny lądowe żyjące w bardzo wilgotne gleby i warunkach dużej wilgotności (ryż, papirus, paproć, ożypałka, turzyca, szczaw pospolity, żurawina, rośliny bagienne); mezofity - tolerują niewielką suszę ( drewniane rośliny różne strefy klimatyczne, rośliny zielne lasy dębowe, większość roślin uprawnych itp.); kserofity – rośliny pustynne, suche ste-

pei, sawanny, suche subtropiki, wydmy i suche, silnie nagrzane zbocza, zdolne do gromadzenia wilgoci w mięsistych liściach i łodygach - sukulenty (aloes, kaktusy itp.), A także sklerofity - posiadające dużą siłę ssania korzeni i zdolny do ograniczenia transpiracji rośliny o wąskich małych liściach (zimny piołun, szarotka szarotka, trawa pierzasta, kostrzewa itp.).

Strukturalne i fizjologiczne cechy higrofitów mają na celu ciągłe usuwanie nadmiaru wilgoci. Osiąga się to poprzez intensywną transpirację, która niewiele różni się od parowania fizycznego. Nadmiar wilgoci usuwa się również poprzez gutację - uwalnianie wody przez specjalne komórki wydalnicze zlokalizowane wzdłuż krawędzi liścia. Nadmiar wilgoci utrudnia napowietrzanie i tym samym oddychanie

oraz aktywność ssania korzeni, zatem usuwanie nadmiaru wilgoci oznacza walkę roślin o dostęp do powietrza.

Strukturalne i fizjologiczne cechy kserofitów mają na celu przezwyciężenie trwałego lub tymczasowego braku wilgoci w glebie lub powietrzu. Problem ten rozwiązuje się na trzy sposoby: 1) efektywne odsysanie (ssanie) wody; 2) jego ekonomiczne wykorzystanie; 3) zdolność do tolerowania dużych strat wody.

Intensywne pobieranie wody z gleby kserofity osiągają dzięki dobrze rozwiniętemu systemowi korzeniowemu. Pod względem masy całkowitej systemy korzeniowe kserofitów są około 10, a czasem 300-400 razy większe niż części nadziemne. Długość korzeni może sięgać 10-15 m, a dla saxaula czarnego - 30-40 m, co pozwala roślinom wykorzystywać wilgoć z głębokich poziomów glebowych, a w niektórych przypadkach z wód gruntowych. Istnieją również powierzchowne, dobrze rozwinięte systemy korzeniowe,

zdolne do pochłaniania skąpych opadów atmosferycznych, nawadniające tylko górne poziomy gleby.

Oszczędne zużycie wilgoci przez kserofity zapewnia fakt, że ich liście są małe, wąskie, twarde, z grubym kutikulią, wielowarstwowym, grubościennym naskórkiem i dużą liczbą tkanek mechanicznych, dzięki czemu nawet przy dużej utracie wody liście nie tracą elastyczności i turgoru. Komórki liści są małe, gęsto upakowane, dzięki czemu wewnętrzna powierzchnia parowania jest znacznie zmniejszona.

Ponadto kserofity mają zwiększone ciśnienie osmotyczne soków komórkowych, dzięki czemu mogą wchłaniać wodę nawet przy dużych siłach usuwania wody z gleby.

Do adaptacji fizjologicznych zalicza się także dużą zdolność zatrzymywania wody przez komórki i tkanki, wynikającą z dużej lepkości i elastyczności cytoplazmy, znacznego udziału wody związanej w całkowitym zaopatrzeniu w wodę itp. Dzięki temu kserofity tolerują głębokie odwodnienie tkanek ( do 75% całkowitego zaopatrzenia w wodę) bez utraty żywotności. Ponadto jedną z biochemicznych podstaw odporności roślin na suszę jest zachowanie aktywności enzymów podczas głębokiego odwodnienia.

Mezofity zajmują pozycję pośrednią między higrofitami i kserofitami. Występują powszechnie na obszarach umiarkowanie wilgotnych o umiarkowanej wilgotności tryb ciepły i dość dobre zaopatrzenie w składniki mineralne. Do mezofitów zalicza się rośliny łąkowe, lasy zielne, drzewa i krzewy liściaste z obszarów o klimacie umiarkowanie wilgotnym, a także większość roślin uprawnych i chwastów. Mezofity charakteryzują się dużą plastycznością ekologiczną, co pozwala im przystosować się do zmieniających się warunków środowiskowych. Specyficzne sposoby regulacji wymiany wody umożliwiły roślinom zajmowanie obszarów lądowych o różnorodnych warunkach środowiskowych.

Różnorodność metod adaptacyjnych leży zatem u podstaw rozmieszczenia roślin na Ziemi, gdzie niedobór wilgoci jest jednym z głównych problemów adaptacji ekologicznej.

12. Przystosowanie zwierząt do reżimu wodnego.

W odniesieniu do wody wśród zwierząt, ty

dzielą się na następujące grupy ekologiczne: higrofile (lubiące wilgoć) (wszy, skoczogonki, planarianki lądowe, komary, mięczaki lądowe i płazy); kserofile (kochające suchość) (wielbłądy, gryzonie pustynne, gady), a także grupa pośrednia - mezofile (wiele owadów, ptaków, ssaków).

Metody regulacji bilansu wodnego u zwierząt są bardziej zróżnicowane niż u roślin. Można je podzielić na behawioralne, morfologiczne i fizjologiczne.

Adaptacje behawioralne obejmują poszukiwanie zbiorników wodnych, wybieranie siedlisk, kopanie nor itp. W norach wilgotność powietrza zbliża się do 100%, co ogranicza parowanie przez powłokę i oszczędza wilgoć w organizmie.

Morfologiczne metody utrzymania prawidłowego bilansu wodnego obejmują formacje sprzyjające zatrzymywaniu wody w organizmie: muszle mięczaków lądowych, brak gruczołów skórnych i rogowacenie powłoki gadów, chitynowany naskórek owadów itp.

Przystosowania fizjologiczne do regulacji metabolizmu wody można podzielić na trzy grupy: 1) zdolność wielu gatunków do wytwarzania wody metabolicznej i zadowalania się wilgocią dostarczaną z pożywieniem (wiele owadów, małe gryzonie pustynne); 2) zdolność do oszczędzania wilgoci w przewodzie pokarmowym w wyniku wchłaniania wody przez ściany jelit, a także tworzenia silnie stężonego moczu

(owce, jerboa); 3) w najbardziej skrajnych przypadkach niedoboru wilgoci - ustanie termoregulacyjnego uwalniania wilgoci (utrata wilgoci), jak to ma miejsce u wielbłądów nie mających dostępu do wody. W takiej sytuacji pocenie zostaje wyłączone, a parowanie z dróg oddechowych ulega znacznemu zmniejszeniu.

Światło, temperatura i wilgotność jako czynniki środowiskowe

test

3. Wilgotność jako czynnik środowiskowy

Początkowo wszystkie organizmy były wodne. Podbiwszy ziemię, nie stracili zależności od wody. Integralna część Wszystkie żywe organizmy są wodą. Wilgotność to ilość pary wodnej w powietrzu. Bez wilgoci i wody nie ma życia.

Wilgotność jest parametrem charakteryzującym zawartość pary wodnej w powietrzu. Wilgotność bezwzględna to ilość pary wodnej w powietrzu, zależna od temperatury i ciśnienia. Ilość tę nazywa się wilgotnością względną (tj. stosunkiem ilości pary wodnej w powietrzu do ilości pary nasyconej w określonych warunkach temperatury i ciśnienia).

W naturze istnieje codzienny rytm wilgotności. Wilgotność waha się w pionie i poziomie. Czynnik ten, wraz ze światłem i temperaturą, odgrywa dużą rolę w regulacji aktywności organizmów i ich rozmieszczenia. Wilgotność modyfikuje również wpływ temperatury.

Ważnym czynnikiem środowiskowym jest suszenie na powietrzu. Szczególnie dla organizmów lądowych ogromne znaczenie ma wysuszające działanie powietrza. Zwierzęta przystosowują się, przenosząc się do chronionych miejsc i prowadząc aktywny tryb życia w nocy.

Rośliny pobierają wodę z gleby i prawie cała (97-99%) wyparowuje przez liście. Proces ten nazywa się transpiracją. Parowanie chłodzi liście. Dzięki parowaniu jony transportowane są przez glebę do korzeni, jony przemieszczają się pomiędzy komórkami itp.

Pewna ilość wilgoci jest absolutnie niezbędna organizmom lądowym. Wiele z nich do normalnego funkcjonowania wymaga wilgotności względnej 100%, a wręcz przeciwnie, organizm w normalnym stanie nie może długo żyć w absolutnie suchym powietrzu, ponieważ stale traci wodę. Woda jest istotną częścią żywej materii. Dlatego utrata wody w określonej ilości prowadzi do śmierci.

Rośliny żyjące w klimacie suchym przystosowują się poprzez zmiany morfologiczne i redukcję organów wegetatywnych, zwłaszcza liści.

Zwierzęta lądowe również się dostosowują. Wiele z nich pije wodę, inne wchłaniają ją przez organizm w postaci cieczy lub pary. Na przykład większość płazów, niektóre owady i roztocza. Większość zwierząt pustynnych nigdy nie pije; zaspokajają swoje potrzeby wodą dostarczaną wraz z pożywieniem. Inne zwierzęta uzyskują wodę w procesie utleniania tłuszczu.

Woda jest absolutnie niezbędna organizmom żywym. Dlatego organizmy rozprzestrzeniają się po całym swoim środowisku w zależności od potrzeb: organizmy wodne żyją stale w wodzie; hydrofity mogą żyć tylko w bardzo wilgotnym środowisku.

Hydrofity i higrofity z punktu widzenia wartości ekologicznej należą do grupy stenogirów. Wilgotność w dużym stopniu wpływa na funkcje życiowe organizmów, np. wilgotność względna wynosząca 70% była bardzo korzystna dla dojrzewania polowego i płodności samic szarańczy wędrownej. Pomyślnie rozmnażane powodują ogromne szkody gospodarcze w uprawach w wielu krajach.

Dla ocena środowiskowa Rozmieszczenie organizmów służy jako wskaźnik suchości klimatu. Suchość służy jako czynnik selektywny w klasyfikacji ekologicznej organizmów.

Zatem, w zależności od charakterystyki wilgotności lokalnego klimatu, gatunki organizmów dzielą się na grupy ekologiczne:

1. Hydatofity to rośliny wodne.

2. Hydrofity to rośliny lądowo-wodne.

3. Higrofity to rośliny lądowe żyjące w warunkach dużej wilgotności.

4. Mezofity to rośliny rosnące przy średniej wilgotności

5. Kserofity to rośliny, które rosną przy niewystarczającej wilgotności. Oni z kolei dzielą się na: sukulenty - sukulenty (kaktusy); sklerofity to rośliny o wąskich i małych liściach, zwiniętych w rurki. Dzieli się je również na eukserofity i stypakserofity. Euxerofity to rośliny stepowe. Stypakserofity to grupa traw darniowych wąskolistnych (trawa pierzasta, kostrzewa, tonkonogo itp.). Z kolei mezofity dzielą się również na mezohigrofity, mezokserofity itp.

Chociaż wilgotność ma mniejsze znaczenie niż temperatura, jest jednak jednym z głównych czynników środowiskowych. Przez większą część historii przyrody żywej świat organiczny reprezentowany był wyłącznie przez organizmy wodne. Integralną częścią zdecydowanej większości żywych istot jest woda i prawie wszystkie z nich wymagają środowiska wodnego do rozmnażania się lub łączenia gamet. Zwierzęta lądowe zmuszone są do tworzenia w swoich ciałach sztucznego środowiska wodnego w celu zapłodnienia, co prowadzi do tego, że to drugie staje się wewnętrzne.

Wilgotność to ilość pary wodnej w powietrzu. Można go wyrazić w gramach na metr sześcienny.

Połączenia biotyczne organizmów w biocenozach. Problem wytrącania się kwasu

Czynnik środowiskowy to pewien stan lub element środowiska, który ma określony wpływ na organizm. Czynniki środowiskowe dzielą się na abiotyczne, biotyczne i antropogeniczne...

Zanieczyszczenie środowiska stałymi odpadami przemysłowymi i bytowymi

Odkrycie pestycydów – chemicznych środków ochrony roślin i zwierząt przed różnymi szkodnikami i chorobami – jest jednym z najważniejszych osiągnięć nowoczesna nauka. Obecnie na świecie na 1 hektar zużywa się 300 kg środków chemicznych...

Ogólne zasady monitoring glebowo-ekologiczny

Przystosowania roślin do reżimu wodnego

ekologiczna wodna roślina lądowa Ciało rośliny składa się w 50-90% z wody. Cytoplazma jest szczególnie bogata w wodę (85-90%) i jest jej dużo w organellach komórki. Woda ma ogromne znaczenie w życiu roślin...

Problemy zanieczyszczenia atmosfery i zubożania warstwy ozonowej

Zatorowość związana jest z różnego rodzaju zatorami występującymi w procesie działalności człowieka. Za magazynem kruszywa odprowadzane do atmosfery ciecze odpadowe rozdzielane są na substancje gazopodobne (dwutlenek siarki SO2, dwutlenek węgla CO2, ozon O3...

Obliczanie podstawowych parametrów środowiskowych w pomieszczenia produkcyjne i środowisko wewnętrzne w sprzęcie

Normalizując parametry powietrza w pomieszczeniach, wychodzą one z tzw. zakresu parametrów dopuszczalnych. Zakres dopuszczalnych parametrów wyznacza dolny dopuszczalny poziom temperatury...

Rola terenów zielonych w mieście

Wraz ze wzrostem wilgotności powietrza maleje przezroczystość atmosfery, a co za tym idzie, zmniejsza się ilość promienistej energii słonecznej docierającej do powierzchni ziemi...

Światło jest jedną z form energii. Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki, czyli prawem zachowania energii, energia może przechodzić z jednej formy w drugą. Zgodnie z tym prawem...

Światło, temperatura i wilgotność jako czynniki środowiskowe

Temperatura jest najważniejszym czynnikiem środowiskowym. Temperatura ma ogromny wpływ na wiele aspektów życia organizmów w ich rozmieszczeniu geograficznym...

Czynnik społeczny i środowiskowy jako podstawa kształtowania podejścia do rozwoju nowoczesnego miasta

ecocity ecocity Ostatnio problemy społeczne, gospodarcze i środowiskowe we współczesnych miastach gwałtownie się pogorszyły. W ciągu ostatnich 40 lat obciążenie ekonomiczne kompleksów naturalnych gwałtownie wzrosło...

Funkcje zarządzania środowiskowego

Czynniki środowiskowe wpływające na zdrowie człowieka

Człowiek zawsze pragnie wybrać się do lasu, w góry, nad brzeg morza, rzeki czy jeziora. Tutaj czuje przypływ siły i wigoru. Nic dziwnego, że mówią, że najlepiej odpocząć na łonie natury. W najpiękniejszych zakątkach powstają sanatoria i domy wczasowe...

Ekologia

Zgodnie z art. 1 ustawy federalnej „O ochronie środowiska” kontrola środowiskowa to system środków mających na celu zapobieganie, identyfikowanie i zwalczanie naruszeń przepisów w dziedzinie ochrony środowiska...

Rozwój gospodarczy i czynnik środowiskowy

W sercu każdego Rozwój gospodarczy Istnieją trzy czynniki wzrostu gospodarczego: zasoby pracy, sztucznie stworzone środki produkcji (kapitał lub kapitał sztuczny), zasoby naturalne...

Ekosystemy

Warunki zaopatrzenia w wilgoć w naszej strefie są w miarę sprzyjające bytowi organizmów. Większość żywych istot składa się w 70-95% z wody. Woda jest potrzebna do wszystkich procesów biochemicznych i fizjologicznych...

W życiu organizmów woda pełni rolę najważniejszego czynnika środowiskowego. Jest główną częścią protoplazmy komórek, tkanek, soków roślinnych i zwierzęcych. Wszystkie procesy biochemiczne asymilacji i dysymilacji, wymiana gazowa w organizmie zachodzą przy odpowiednim zaopatrzeniu w wodę. Woda z rozpuszczonymi w niej substancjami warunkuje ciśnienie osmotyczne płynów komórkowych i tkankowych, w tym wymianę międzykomórkową. W okresie aktywnego życia roślin i zwierząt zawartość wody w ich organizmach jest zwykle dość wysoka.

W nieaktywnym stanie organizmu ilość wody może znacznie się zmniejszyć, ale nawet w okresie odpoczynku nie znika całkowicie. Na przykład w suchych mchach i porostach zawartość wody w całkowitej masie wynosi 5-7%, a w suszonych na powietrzu ziarnach zbóż - co najmniej 12-14%. Organizmy lądowe ze względu na ciągłą utratę wody wymagają regularnego uzupełniania. Dlatego w procesie ewolucji opracowali urządzenia regulujące wymianę wody i zapewniające ekonomiczne zużycie wilgoci. Adaptacje mają charakter anatomiczny, morfologiczny, fizjologiczny i behawioralny. Zapotrzebowanie różnych gatunków roślin na wodę nie jest takie samo w zależności od okresu ich rozwoju. Zależy to od klimatu i gleby. uprawy zbóż w okresach kiełkowania i dojrzewania nasion potrzebują mniej wilgoci niż podczas najbardziej intensywnego wzrostu. Oprócz wilgotnych tropików, rośliny występują prawie wszędzie

chwilowy brak wody. susza. Latem przy wysokich temperaturach często dochodzi do suszy atmosferycznej i glebowej (spadek wilgotności gleby dostępnej dla rośliny). Brak lub niedobór wilgoci ogranicza wzrost roślin i może powodować niski wzrost i bezpłodność z powodu niedorozwoju narządów generatywnych.

We wszystkich przejawach życia pierwszorzędne znaczenie ma wymiana wody pomiędzy ciałem a środowiskiem zewnętrznym. Wilgotność środowiska jest często czynnikiem ograniczającym rozmieszczenie i liczbę organizmów na Ziemi. Na przykład wymagają roślin stepowych, a zwłaszcza leśnych wysoka zawartość wilgoć w powietrzu, ale rośliny pustynne przystosowały się do niskiej wilgotności.

Wilgotność powietrza determinuje częstotliwość aktywnego życia organizmów, sezonową dynamikę cykli życiowych, wpływa na czas rozwoju, płodność i śmiertelność. Na przykład gatunki roślin, takie jak przetacznik wiosenny, niezapominajka piaskowa, alyssum pustynny itp., korzystając z wiosennej wilgoci, potrafią kiełkować w bardzo krótkim czasie (12-30 dni), rozwijać pędy generatywne, kwitnąć, tworzyć owoce i nasiona. Te rośliny jednoroczne nazywane są efemerydami (od greckiego „efemeros” – ulotne, jednodniowe). Niektóre gatunki roślin wieloletnich, zwane efemerydami lub geoefemerydami, również wykazują przystosowanie do sezonowego rytmu wilgotności. Na niekorzystne warunki wilgotnością, mogą opóźniać swój rozwój do czasu osiągnięcia optymalnego poziomu lub podobnie jak efemerydy przejść cały cykl w niezwykle krótkim okresie wczesnej wiosny. Obejmuje to typowe rośliny południowych stepów - hiacynt stepowy, rośliny drobiowe, tulipany itp.

Zwierzęta mogą być również efemerydami. Są to owady, skorupiaki (tarcze, które wiosną licznie pojawiają się w leśnych kałużach), a nawet ryby żyjące w małych zbiornikach i kałużach, na przykład afrykańskie notobranch i aphiosemiones z rzędu Carpiformes.

Ze względu na wilgotność wyróżnia się organizmy euryhygrobiontowe i tenohygrobiontowe.

Organizmy Euryhygrobiont przystosowały się do życia przy różnych wahaniach wilgotności. W przypadku organizmów stenohydrobiontycznych wilgotność musi być ściśle określona: wysoka, średnia lub niska. Rozwój zwierząt jest nie mniej ściśle związany z wilgotnością

środowisko.

Jednak zwierzęta w przeciwieństwie do roślin mają zdolność aktywnego poszukiwania warunków o optymalnej wilgotności i posiadają bardziej zaawansowane mechanizmy regulacji metabolizmu wody.

poprzez żywność i inne czynniki. Na przykład podczas suszy z silnym spalaniem roślinności zmniejsza się liczba zwierząt fitofagicznych. Rozwój zwierząt etapowy wymaga ściśle określonych warunków wilgotnościowych. Przy braku wilgoci w powietrzu lub pożywieniu zwierząt płodność jest gwałtownie zmniejszona, a przede wszystkim form kochających wilgoć. Niewystarczająca ilość wody w paszy ogranicza tempo wzrostu większości zwierząt, spowalnia ich rozwój, skraca długość życia i zwiększa śmiertelność.

W konsekwencji reżim wodny, tj. kolejne zmiany w dostawie, stanie i zawartości wody w środowisku zewnętrznym (deszcz, śnieg, mgła, nasycenie parą powietrza, poziom wód gruntowych, wilgotność gleby) mają istotny wpływ na aktywność życiową

organizmy żywe.

W zależności od siedliska wśród roślin lądowych wyróżnia się następujące grupy ekologiczne:

higrofity,

mezofity,

kserofity.

Higrofity(od greckiego „hygros” - mokry, „phyton” - rośliny) - rośliny żyjące w wilgotnych miejscach, nie tolerujące niedoboru wody i charakteryzujące się niską odpornością na suszę. Ogólnie rzecz biorąc, dość szeroką gamę siedlisk, cech reżimu wodnego oraz cech anatomicznych i morfologicznych wszystkich higrofitów łączy brak urządzeń ograniczających zużycie wody i niemożność tolerowania niewielkiej utraty wody.

Mezofity- są to rośliny o siedliskach umiarkowanie wilgotnych. Mają dobrze rozwinięty system korzeniowy. Mezofity obejmują wiele trawa łąkowa(koniczyna, tymotka), większość roślin leśnych (konwalia itp.), znaczna część drzew liściastych (osika, brzoza, lipa), wiele drzew polnych (żyto, kapusta itp.), uprawy owoców i jagód ( jabłko, porzeczka, malina, wiśnia itp.) i chwasty.

Kserofity(od greckiego „xeros” - suchy, „phyton” - roślina) - są to rośliny o suchych siedliskach, które tolerują znaczny brak wilgoci - suszę glebową i atmosferyczną. Kserofity występują najliczniej i są najbardziej zróżnicowane na obszarach o gorącym i suchym klimacie. Należą do nich gatunki roślin pustynnych, suchych stepów, sawann i suchych subtropików. Istnieją różne sposoby przezwyciężenia braku wilgoci: zwiększenie jej wchłaniania i zmniejszenie zużycia, a także zdolność do tolerowania dużych strat wody.

W procesie ewolucji rośliny i zwierzęta rozwinęły różne adaptacje do reżimu wodnego (Tabela 2).

Tabela 2

Przystosowanie się do suchych warunków u roślin i zwierząt (wg N. Green i in., 1993)

Zmniejsz utratę wody
Liście zamieniły się w igły lub	Euforbie, drzewa iglaste
Zanurzone szparki	Pinus, Ammophila
Liście zwinięte w cylinder
Gruby woskowy naskórek	Większość liści
	kserofity, owady
Gruba łodyga o dużym przełożeniu	Cactaceae, Euphorbiaceae (konary)
zmniejszenie objętości do powierzchni
Owłosione liście	Wiele roślin alpejskich
Zrzucanie liści podczas suszy	Fouguieria splendens
W nocy aparaty szparkowe są otwarte i zamknięte	Gruboszowate
Skuteczne wiązanie CO2 w nocy za pomocą	C-4 - rośliny, np. Zea
Szparki nie są w pełni otwarte
Wydalanie azotu w postaci moczu	Owady, ptaki i niektóre
	Gady
Wydłużona pętla Henlego w nerkach	ssaki pustynne,
	np. wielbłąd, pustynia
Tkaniny są odporne na wysokie
	Wiele roślin pustynnych.
temperatury w wyniku spadku
pocenie się lub transpiracja.
Zwierzęta chowają się w dziurach.	Wiele małych pustyni
	ssaki, na przykład
Otwory oddechowe są zakryte	pustynny szczur
	Wiele owadów
Zawory
Zwiększona absorpcja wody
Rozległy korzeń powierzchowny	Niektóre, takie jak kaktusowate,
Długie korzenie	Opuntia i Euphorbiaceae
	Wiele roślin alpejskich
Kopanie przejść do wody	(szarotka)

Magazynowanie wody W komórkach śluzowych i ścianach komórkowych W wyspecjalizowanym pęcherzu W postaci tłuszczu (woda jest produktem utleniania tłuszczu)	Cactaceae i Euphorbiceae Żaba pustynna Szczur pustynny
Fizjologiczna odporność na utrata wody Żywotność zostaje zachowana pomimo widocznego odwodnienia Utrata znacznej części masy ciała i jej szybkie przywrócenie przy użyciu dostępnej wody	Niektóre epifityczne paprocie i mchy, wiele mszaków i porostów, turzyce Dżdżownica (traci do 70% swojej masy), wielbłąd (traci do 30% swojej masy)
„Unikanie problemu” Przeżywają niekorzystny okres w postaci nasion Przetrwa niesprzyjające okresy w postaci cebul i bulw. Rozsiewa nasiona w nadziei, że niektórzy znajdą sprzyjające warunki. Zachowanie unikające. Letnia hibernacja w kokonie	Eschscholzia californicaNiektóre lilieRóżne rośliny Organizmy glebowe, roztocza, dżdżownice Dżdżownice, dwudyszne

Temperatura i wilgotność są głównymi czynnikami klimatycznymi i są ze sobą ściśle powiązane.

Jeśli ilość wody w powietrzu pozostaje stała, wilgotność względna wzrasta wraz ze spadkiem temperatury. Jeżeli powietrze zostanie schłodzone do temperatury poniżej punktu nasycenia wodą (100%), następuje kondensacja i opady atmosferyczne. W miarę nagrzewania spada jego wilgotność względna. Połączenie temperatury i wilgotności często odgrywa decydującą rolę w rozmieszczeniu roślinności i zwierząt. Interakcja temperatury i wilgotności zależy nie tylko od ich wartości względnej, ale także od ich wartości bezwzględnej. Na przykład temperatura ma bardziej wyraźny wpływ na organizmy w warunkach wilgotności zbliżonej do krytycznej, tj. jeśli wilgotność jest bardzo wysoka lub bardzo niska, wilgotność odgrywa również bardziej krytyczną rolę w temperaturze.

zbliżone do wartości granicznych. Stąd te same typy organizmów B Różne obszary geograficzne preferują różne siedliska.