Вода как климатический фактор

Содержание

1.2. Климатические факторы среды
Вода как экологический фактор
Скачать:
Предварительный просмотр:

1.2. Климатические факторы среды

Все разнообразие проявлений жизни на земле сопровождается превращениями энергии, получаемой в виде солнечного света и уравновешиваемой тепловым излучением с поверхности земли. Лучистая энергия, достигающая поверхности земли, на 10% состоит из ультрафиолетового излучения, по 45% приходится на видимый свет и инфракрасное излучение. Экологическими факторами являются качественные (длина волны) и количественные (интенсивность) характеристики, а также продолжительность воздействия и периодичность. У растений интенсивность фотосинтеза линейно растет с увеличением интенсивности света до границ зоны оптимума, при очень сильном освещении происходит падение уровня фотосинтеза.

По требованию к освещенности растения делят на светолюбивые (гелиофиты), тенелюбивые (сциофиты), теневыносливые (факультативные гелиофиты).

Реакция организмов на сезонные изменения длины дня называется фотопериодизмом. Фотопериодизм растений и животных – наследственно закрепленное, генетически обусловленное свойство. Животные также приспособлены к существованию в присутствии света (фотофилы), в темноте (фотофобы) или при любом освещении (эврифотные).

Температура организмов (и, следовательно, скорость обмена веществ) зависит от температуры окружающей среды.

Температурные границы существования жизни, при которых возможно нормальное строение и функционирование белков, находятся в пределах от 0 до 50 о С. Однако ряд организмов за счет специализированных ферментных систем приспособлен к активному существованию за этими пределами. Криофилы (хладостойкие организмы) живут при температуре до –10 о С, споры некоторых видов бактерий кратковременно выдерживают до 180 о С. У большинства видов жизнедеятельность и активность зависят, прежде всего, от тепла, поступающего извне, а температура тела – от хода внешних температур. Их называют пойкилотермными. Теплокровные животные (или гомойотермные) способны поддерживать постоянную оптимальную температуру независимо от умеренных колебаний температуры внешней среды. Гетеротермные животные в активной стадии поддерживают постоянную температуру, а во время пассивного периода (спячки) ведут себя как пойкилотермные.

Пойкилотермным видам для их нормального развития необходимо получать извне определенное количество тепла, измеряемого суммой эффективных температур (X), определяемых длительностью периодов (t) с превышением температуры окружающей среды (Т) над температурой порога развития (С). Упрощенно формула выглядит так:

По степени устойчивости к условиям крайнего дефицита тепла или, наоборот, к высоким температурам виды бывают:

нехолодостойкие, неморозостойкие, морозоустойчивые;
нежаростойкие, жаровыносливые или жаростойкие.

Основные пути температурной адаптации у животных: 1) химическая терморегуляция; 2) физическая терморегуляция; 3) поведение.

Примеры. Отбор растений в зонах низких температур идет в направлении максимального выживания низкорослых и стелющихся форм. В зонах высоких температур и пониженной влажности исторически сформировался своеобразный тип растений с незначительной листовой поверхностью; у многих пустынных растений образуется беловатое опушение, способствующее отражению солнечных лучей и предохраняющее от перегрева. Физиологические приспособления растений: накопление в клетках сахаров и других веществ, увеличивающих концентрацию клеточного сока, снижающих обводненность клеток, что делает растения более морозостойкими; или накопление солей, изменяющих температуру свертывания плазмы в жару.

У животных под действием теплового фактора формируются такие морфологические признаки, как отражательная поверхность тела, пуховой, перьевой, шерстяной покровы, жировые отложения. У насекомых холодной зоны – темная окраска. У животных с постоянной температурой тела в холодных климатических зонах наблюдается тенденция к уменьшению площади выступающих частей тела (правило Аллена). У близких в систематическом отношении гомойотермных видов в более холодных зонах масса тела выше: например, мыши и крысы, обитающие в холодильных камерах, крупнее обычных домовых. Для пойкилотермных видов наблюдается противоположная тенденция (правило Бергмана).

Большая масса теплокровных животных в холодном климате обусловлена большими относительными теплопотерями маленьких организмов. Проиллюстрируем теплопотери, т.е. теплопродукцию по потреблению кислорода на 1 кг массы тела в куб. см в час для различных животных при температуре среды меньшей, чем температура, свойственная для пойкилотермных организмов (29 о С):

Вид	Вес тела особи, г	Потребление О₂ на 1 кг массы, см 3 /ч
Лошадь	400000	220
Баран	50000	284
Кролик	3000	478
Крыса	115	1800
Мышь	13	4130

Влажность среды. Эволюция организмов обусловливалась также необходимостью приспособления к добыванию и сохранению влаги.

Режимы влажности на суше очень разнообразны, что привело к развитию у наземных организмов множества адаптаций к различным режимам водообеспечения и, соответственно, к большому разнообразию экосистем, к биоразнообразию.

Адаптация растений к поддержанию водного баланса происходила:

через процесс регулирования поглощения воды из субстрата: низшие наземные растения поглощают влагу всей поверхностью, мохообразные – ризоидами, большинство высших растений –корнями (корневые системы различают по типу ветвления на экстенсивные – охватывающие большой объем почвы, и интенсивные – охватывающие небольшой объем почвы);
через регулирование испарения воды поверхностью тел.

Животные получают воду через питье, вместе с сочной пищей, в результате реакций метаболизма из других пищевых продуктов.

По отношению к уровню водопотребления выделяются:

влаголюбивые растения (гидрофиты) и животные (гидрофилы);
сухолюбивые растения (ксерофиты) и животные (ксерофилы);
промежуточные и смешанные типы (соответственно растения-мезофиты и животные-мезофилы могут подразделяться еще на целый ряд подтипов).

Способы регуляции водного баланса у животных разнообразней, чем у растений. Их разделяют на поведенческие, морфологические («морфо» – форма), физиологические.

Газовый состав воздуха в приземном слое атмосферы довольно однороден в отношении содержания главных компонентов (азот – 78%, кислород – 21, аргон – 0,9, углекислый газ – 0,03% по объему). Указанные концентрации кислорода и углекислого газа являются до какой-то степени лимитирующими для многих высших растений. Способность приспосабливаться к пониженному содержанию кислорода сопряжена у животных с увеличением содержания гемоглобина в крови, у растений – с повышением количества хлорофилла в тканях.

В качестве дополнительных компонентов в атмосферном воздухе присутствуют так называемые загрязняющие вещества, вызывающие физическое и химическое загрязнение, в основном антропогенного происхождения. Хотя есть и природные источники загрязнения атмосферного воздуха: вулканическая деятельность; лесные пожары; пыление пересохших почв и некоторые другие.

Ветер оказывает формообразующее влияние на растения, сказывается на водном балансе растений, при этом играя существенную роль, например, в безлесье тундры. Ветром распространяются семена, пыльца, споры многих растений, а также многие виды мелких животных. Растения-анемофилы (ветроопыляемые) выработали для этого ряд приспособлений: цветочные покровы у них редуцированы, пыльники ничем не защищены от ветра. Там, где постоянно дует сильный ветер, у животных развиваются плотные покровы, предохраняющие тело от охлаждения и потери влаги. На океанических островах с постоянными сильными ветрами многие насекомые утрачивают способность летать.

В антропосфере ветер проветривает загрязненные селитебные территории, обеспечивает трансграничные переносы массовых выбросов загрязняющих веществ (так, дымовые выбросы промышленных комплексов одних стран выпадают в виде кислотных дождей в соседних и даже не совсем соседних странах).

Давление воздуха на суше в норме равно 1,01325 ∙10 5 Па, или 760 мм рт. ст. Снижение давления влечет уменьшение обеспеченности кислородом и обезвоживание животных за счет увеличения частоты дыхания. Этот же фактор (наряду с температурной высотной зональностью) ограничивает распространение в горы высших растений.

На суше комплекс экологически важных факторов (свет, температура, вода, т. е. осадки) имеет переменную интенсивность, поэтому у основной части видов животных и растений наблюдается периодичность функций, прямо или косвенно связанная с этими переменами.

Различается суточная, сезонная периодичность, а также многолетняя изменчивость. Многолетняя изменчивость связана с периодическими локальными изменениями климата, в свою очередь обусловленными изменениями солнечной активности, а также с аналогичными колебаниями функционирования у других видов растений и животных.

Источник

Вода как экологический фактор

Пустыня, песок … Жара. В тени 80 градусов Цельсия. Ничего живого на сотни, тысячи километров. Ни кустика, ни былинки. Только ночью, когда жара спадает, в пустыне просыпается какая-то жизнь. А утром снова. … И, вдруг, среди этого царства смерти — буйство жизни — оазис. Деревья, кустарники, трава, животные, люди. Что же случилось? Да, просто, здесь вырыли глубокие колодцы, и в них оказалась вода. А вода — это жизнь.

На Земле нет ни одного живого организма, даже самого примитивного, в теле которого не было бы воды, и который мог бы без нее обходиться. С человеком и животными все понятно, а для чего нужна вода растениям, вот это вопрос…

Цель работы: Изучить воду(Н2О) как экологический фактор

Скачать:

Вложение	Размер
367_goruleva_svetlana_voda_kak_ekologicheskiy_faktor.doc	67.5 КБ

Предварительный просмотр:

«Вода как экологический фактор»

Исполнитель – ученица 9 «Б» класса 367 школы

г. Санкт-Петербурга Фрунзенского района

Горулева Светлана Андреевна

Руководитель – учитель биологии 367 школы

г. Санкт-Петербурга Фрунзенского района

Гончарова Ирина Евгеньевна

Вода как экологический фактор.

Цель работы: Изучить воду(Н2О) как экологический фактор.

Выделить функции воды
Оценить роль воды

Найти экологическую роль
Разделить наземные растения на более или менее приспособленных к воде

Вода является основной частью растительных организмов. Её содержание доходит до 90 % от массы организмов, и она участвует прямо или косвенно во всех жизненных проявлениях. Вода- это та среда, в которой протекает все процессы обмена веществ. Она составляет основную часть цитоплазмы, поддерживает ее структуру, Молекулы белков, нуклеиновых кислот, мембраны сохраняет свою структуру и активность при наличии водородных связей . Высокое содержание воды придает содержимому клетки (цитоплазме) подвижный характер. Все реакции гидролиза, многочисленные окислительно-восстановительные реакции идут с участием воды. Вода способствует стабилизации температуры растений. Вода — растворитель разнообразных веществ, она обеспечивает транспорт минеральных, органических веществ и газов по растению, участник биохимических превращений. Она принимает участие в фотосинтезе, дыхании, гидролитических процессах, а также служит источником О2.Вода обеспечивает связь органов друг с другом, координацию их деятельности.

Из этого можно сделать вывод, что вода не только самая распространенная, но и самая важная в природе жидкость. Достаточно сказать, что в воде зародилась жизнь. Без нее невозможно существование животных и растений. Жизнь есть только там, где есть вода. В действительности вода удивительна и необыкновенна, это — подлинное чудо природы. Но не только жизнь есть там, где есть вода, а и, наоборот, там, где есть вода, обязательно есть жизнь. «Вода без жизни в биосфере неизвестна» — говорил академик В.И. Вернадский.

«Вода составляет в среднем 80–90 % массы растения. Содержание воды зависит от типа, возраста органов, их физиологического состояния. Особенно богаты водой сочные плоды (80–95 % сырой массы), молодые корни (70–90 %) и молодые листья (80–90 %). А наиболее бедны водой зрелые семена в состоянии анабиоза, когда процессы жизнедеятельности сведены к минимуму» — Цитата из книги Шапиро Я.С. «Агробиология».

1. Оценка обеспеченности растений водой в условиях конкретной экосистемы

1.1 Функции воды и ее источники

Вода — это важнейший экологический ресурс в жизни растений. Поэтому большое значение имеет оценка обеспеченности растений водой в условиях конкретной экосистемы.

Водный ток обеспечивает связь между отдельными органами растений. Питательные вещества передвигаются по растению в растворенном виде. Насыщенность водой обеспечивает прочность тканей, сохранение структуры травянистых растений, определенную ориентировку организмов растений в пространстве. Рост клеток в фазе растяжения идет главным образом за счет накопления воды в вакуоли.

Таким образом, вода обеспечивает протекание процессов обмена, коррелятивные взаимодействия, связь организма со средой. Для нормальной жизнедеятельности клетка должна быть насыщенна водой

Основным источником влаги является вода, находящаяся в почве, и основной орган поглощения воды является корневая система. Роль этого органа, прежде всего заключается в том, что благодаря огромной поверхности обеспечивается поступление воды в растения из возможно большого объема почвы. Сформировавшаяся корневая система представляет собой сложный орган с хорошо дифференцированной внешней и внутренней структурой.

1.2 Роль воды и степень обеспеченности ей растений

Вода является необходимым условием существования всех живых организмов на Земле. Особая роль воды для наземных организмов (особенно растений) заключается в необходимости постоянного пополнения ее, из-за потерь при испарении. Например, в ряде районов Узбекистана и на Кольском полуострове за год выпадает одинаковая сумма осадков 350 мм. Но на Кольском полуострове испаряемость всего лишь 300 мм, а в Узбекистане 1200 мм в год. Поэтому в Узбекистане воды недостаточно и земледелие нуждается в поливе, а на Кольском полуострове влага всегда в избытке.

«Испаряемость зависит в основном от прихода солнечной радиации и обусловленного этим температурного режима. Поэтому для характеристики обеспеченности растений водой широко используют гидротермический коэффициент (сокращенно — ГТК). Итак, благодаря показателю ГТК, мы можем судить о степени обеспеченности растений водой в любой экосистеме в течение интересующего нас периода времени». Поэтому вся эволюция наземных организмов шла в направлении приспособления к активному добыванию и экономному использованию влаги. Наконец, для многих видов растений, животных, грибов и микроорганизмов вода является непосредственной средой их обитания.

2. Адаптация к дефициту воды

2.1 Экологическая роль воды

Увлажненность местообитания и, как следствие, водообеспечение наземных организмов зависят, прежде всего, от количества атмосферных осадков, их распределения по временам года, наличия водоемов, уровня грунтовых вод, запасов почвенной влаги и т д. Влажность оказывает влияние на распространение растений , как в пределах ограниченной территории, так и в широком географическом масштабе, определяя их зональность (смена лесов степями, степей — полупустынями и пустынями).

При изучении экологической роли воды учитывается не только количество выпадающих осадков, но и соотношение их величины и испаряемости. Области, в которых испарение превышает годовую величину суммы осадков, называются аридными (сухими, засушливыми). В аридных областях растения испытывают недостаток влаги в течение большей части вегетационного периода. В влажных областях растения обеспечены водой в достаточной мере.

Экологические группы растений по отношению к влаге и их адаптации к водному режиму. Высшие наземные растения, ведущие прикрепленный образ жизни зависят от обеспеченности почвы и воздуха влагой. По приспособленности к местообитаниям с разными условиями увлажнения и по выработке соответствующих приспособлений среди наземных растений различают три основные экологические группы: гигрофиты, мезофиты и ксерофиты. Условия водоснабжения существенно влияют на их внешний облик и внутреннюю структуру.

Гигрофиты — растения избыточно увлажненных местообитаний с высокой влажностью воздуха и почвы. Для них характерно отсутствие приспособлений, ограничивающих расход воды, и неспособность переносить даже незначительную ее потерю. Наиболее типичные гигрофиты — травянистые растения влажных тропических лесов и нижних ярусов сырых лесов в разных климатических зонах (чистотел большой, недотрога обыкновенная, кислица обыкновенная и др.), прибрежные виды (калужница болотная, плакун-трава, рогоз, камыш, тростник), растения сырых и влажных лугов, болот (белокрыльник болотный, сабельник болотный, вахта трехлистная, осоки), некоторые культурные растения.

Характерные структурные черты гигрофитов — тонкие листовые пластинки с небольшим числом широко открытых устьиц, рыхлое сложение тканей листа с крупными межклетниками, слабое развитие водопроводящей системы (ксилемы), тонкие слаборазветвленные корни, часто без корневых волосков. К физиологическим адаптациям гигрофитов следует отнести низкое осмотическое давление клеточного сока, незначительную водоудерживающую способность и, как следствие, высокую интенсивность транспирации, которая мало отличается от физического испарения. Избыточная влага удаляется также путем гуттации — выделения воды через специальные выделительные клетки, расположенные по краю листа. Избыточная влага затрудняет аэрацию, а следовательно, дыхание и всасывающую деятельность корней, поэтому удаление излишков влаги представляет собой борьбу растений за доступ воздуха.

Ксерофиты — растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху, оставаясь физиологически активными. Это растения пустынь, сухих степей, саванн, сухих субтропиков, песчаных дюн и сухих, сильно нагреваемых склонов. Структурные и физиологические особенности ксерофитов нацелены на преодоление постоянного или временного недостатка влаги в почве или воздухе. Решение данной проблемы осуществляется тремя способами:

1) эффективным добыванием (всасыванием) воды

2) экономным ее расходованием

3) способностью переносить большие потери воды

Интенсивное добывание воды из почвы достигается ксерофитами благодаря хорошо развитой корневой системе. По общей массе корневые системы ксерофитов примерно в 10 раз, а иногда и в 300—400 раз превышают надземные части. Длина корней может достигать 10—15 м, а у саксаула черного — 30—40 м, что позволяет растениям использовать влагу глубоких почвенных горизонтов, а в отдельных случаях и грунтовых вод. Встречаются и поверхностные, хорошо развитые корневые системы, приспособленные к поглощению скудных атмосферных осадков, орошающих лишь верхние горизонты почвы.

Экономное расходование влаги ксерофитами обеспечивается тем, что листья у них мелкие, узкие, жесткие, с толстой кутикулой, с многослойным толстостенным эпидермисом, с большим количеством механических тканей, поэтому даже при большой потере воды листья не теряют упругости и тургора. Клетки листа мелкие, плотно упакованы, благодаря чему сильно сокращается внутренняя испаряющая поверхность. Кроме того, у ксерофитов повышенное осмотическое давление клеточного сока, благодаря чему они могут всасывать воду даже при больших водоотнимающих силах почвы.

К физиологическим адаптациям относится и высокая водоудерживающая способность клеток и тканей, обусловленная большой вязкостью и эластичностью цитоплазмы, значительной долей связанной воды в общем водном запасе и т. д. Это позволяет ксерофитам переносить глубокое обезвоживание тканей (до 75% всего водного запаса) без потери жизнеспособности. Кроме того, одной из биохимических основ засухоустойчивости растений является сохранение активности ферментов при глубоком обезвоживании.

К группе ксерофитов относятся и суккуленты — растения с сочными мясистыми листьями или стеблями, содержащими сильно развитую водоносную ткань. Различают листовые суккуленты (агавы, алоэ, молодило, очитки) и стеблевые, у которых листья редуцированы, а надземные части представлены мясистыми стеблями (кактусы, некоторые молочаи и др.). Фотосинтез у стеблевых суккулентов осуществляется периферическим слоем паренхимы стебля, содержащим хлорофилл. Длительные засушливые периоды преодолеваются ими путем накопления воды в водоносных тканях, связывания ее коллоидами клеток, экономного расходования, которое обеспечивается защитой эпидермиса растений восковым налетом, погруженными в ткань листа или стебля немногочисленными днем закрытыми устьицами. В результате транспирация у суккулентов чрезвычайно мала: в пустынях кактусы из рода Camegia транспирируют в сутки всего лишь I —3 мг воды на 1 г сырой массы. Корневая система поверхностная, мало развитая, рассчитана на поглощение воды из верхних слоев почвы, увлажненных редко выпадающими дождями. В засуху корни могут отмирать, но после дождей быстро (за 2—4 дня) отрастают новые. Суккуленты приурочены главным образом к засушливым зонам Центральной Америки, Южной Африки, Средиземноморья.

Мезофиты — занимают промежуточное положение между гигрофитами и ксерофитами. Они распространены в умеренно влажных зонах с умеренно теплым режимом и достаточно хорошей обеспеченностью минеральным питанием. К мезофитам относятся растения лугов, травянистого покрова лесов, лиственные деревья и кустарники из областей умеренно влажного климата, а также большинство культурных растений и сорняки. Для мезофитов характерна высокая экологическая пластичность, позволяющая им адаптироваться к меняющимся условиям внешней среды.

Специфичные пути регуляции водообмена позволили растениям занять самые различные по экологическим условиям участки суши. Многообразие способов приспособления лежит, таким образом, в основе распространения растений на Земле, где дефицит влаги является одной из главных проблем экологической адаптации.

3. Оценки эффективности использования воды растениями

«Коэффициент водопотребления в значительной степени зависит от почвенных и климатических условий. Для одних и тех же сортов по мере их продвижения из влажного климата в сухой КВ возрастает примерно в 2 раза. В засушливые годы КВ выше, чем во влажные».

На значительной территории России величина возможного урожая в основном определяется обеспеченностью растений влагой. Поэтому задача земледельца состоит в создании таких условий, при которых коэффициент водопотребления снижается. Снижение коэффициента водопотребления происходит в случае изменения условий произрастания растений, при котором повышается их урожайность (внесение удобрений, поливы и пр.).

Итак, вода очень важна не только для людей, но для растений. Водный ток обеспечивает связь между отдельными органами растений. Вода обеспечивает протекание процессов обмена, коррелятивные взаимодействия, связь организма со средой. Для нормальной жизнедеятельности клетка должна быть насыщенна водой. Особая роль воды для наземных организмов заключается в необходимости постоянного пополнения ее, из-за потерь при испарении. Влажность оказывает влияние на распространение растений , как в пределах ограниченной территории, так и в широком географическом масштабе, определяя их зоны обитания. Растения делятся в зависимости от потребности ими водой на гигрофиты, ксерофиты, суккуленты, мезофиты. Вода — самое нужное полезное ископаемое. Она нужна для питания и охлаждения всем растениям, животным и людям. Без воды погибнет вся жизнь на Земле.

Из всего выше перечисленного можно вывести общее заключение, что при дефиците влаги растения могут адаптироваться т.е. образование корневой системы, которая достигает влажных зон почвы; ограничение расхода воды на транспирацию; запасание воды в тканях растений. Так как вода является основной составной частью растительных организмов. Вода- это та среда, в которой протекает все процессы обмена веществ. Водный ток обеспечивает связь между отдельными органами растений. Питательные вещества передвигаются по растению в растворенном виде. Насыщенность водой (тургор) обеспечивает прочность тканей, сохранение структуры травянистых растений, определенную ориентировку организмов растений в пространстве. Рост клеток в фазе растяжения идет главным образом за счет накопления воды в вакуоли. Таким образом, вода обеспечивает протекание процессов обмена, коррелятивные взаимодействия, связь организма со средой. Для нормальной жизнедеятельности клетка должна быть насыщенна водой. Основным источником влаги является вода, находящаяся в почве, и основным органном поглощения воды является корневая система. Роль этого органа прежде всего заключается в том, что благодаря огромной поверхности обеспечивается поступление воды в растения из возможно большого объема почвы. Сформировавшаяся корневая система представляет собой сложный орган с хорошо дифференцированной внешней и внутренней структурой.

1. Шапиро Я.С. Агробиология. Просвет науки 2009г.

2. Якушкина Н.И. Физиология растений. М., Просвещение, 1980г.

3. Козловский Водный обмен растений. М., Колос. 1969г.

4. Сказкин Ф.Д. Критический период у растений к недостаточному водоснабжению. М., Наука. 1968г.

5. Радкевич В.А. Экология. Мин., Высшая школа. 1983г.

6. Генкель П.А. Физиология устойчивости растительных организмов. М., Изд-во МГУ. 1967г. т.3.

Источник