Осадки (дождь, град, снег) часто играют и другую экологическую роль. Например, при ливневых дождях почва не успевает впитывать влагу, вода сильными потоками быстро стекает и зачастую сносит в озера и реки слабо укоренившиеся растения, мелких животных и плодородный слой почвы. В поймах рек дожди вызывая паводки и оказывают неблагоприятное воздействие на обитающих здесь растения и животных.
Многообразна экологическая роль снежного покрова. Для растений, почки возобновления которых находятся в почве или у ее поверхности, многих мелких животных снег играет роль теплоизолирующего покрова, защищая от низких зимних температур.
Такие растения, как вешенка лекарственная, копытень и др., уходят под снег, не сбрасывают листвы. Мелкие наземные животные ведут зимой активный жизни. Крупным животным зимний снежный покров нередко мешает добывать корм, передвигаться, особенно при образовании на поверхности ледяной корки.
От низких температур при сильных ветрах в малоснежные зимы страдают растения и животные. Белизна снежного покрова демаскирует темно окрашенных животных. [14]
Осадки помимо непосредственного воздействия на организмы обусловливают ту или иную влажность воздуха, которая, как уже отмечалось, играет важную роль в жизни растений и животных, так как влияет на интенсивность их водного обмена. Испарение с поверхности тела животных и транспирация у растений идут тем интенсивнее, чем меньше воздух насыщен парами воды. Избыточная влага удаляется путем гуттации - выделения воды через выделительные клетки, расположенные по краю или на острие листа.
На влажность оказывает влияние и конденсация водяных паров, часто происходящая в приземном слое воздуха при смене температуры. При количественной характеристике среды обитания растений по водному фактору используют показатели, отражающие содержание, распределение влаги не только в воздухе, но и почве. Почвенная вода, или влажность почвы, является одним из основных источников влаги для растений. В почве содержится и парообразная влага, занимающая все свободные от воды поры.
Общее количество воды, которое может быть удержано почвой (его определяют, добавляя избыток воды и затем ожидая, пока она не перестанет выходить каплями), называется полевой влагоемкостью. Содержание влаги в почве, при котором растение не удовлетворяет свою потребность в воде, называется коэффициентом завядания. [15]
2.5 Температурный режим
Для достижения определенной стадии развития, например у насекомых, - от яйца до имагинальной стадии всегда требуется определенная сумма температур. Произведение эффективной температуры на длительность развития дает специфическую для данного вида термальную постоянную развития.
Растения как пойкилотермные организмы не имеют собственной стабильной температуры тела. Их температура определяется тепловым балансом, т. е. соотношением поглощения и отдачи энергии. Первостепенную роль играет охлаждающее действие транспирации, которая препятствует сильным перегревам растений в жарких местообитаниях.
Наземные организмы по сравнению с водными отличаются большей эвритермностью. В наземно-воздушной среде осложняются условия жизни существованием погодных изменений. [9]
Свет, температура и влажность воздуха обусловливают у растений обычно не максимальную, а среднюю степень открытия устьиц, так как совпадение всех условий, способствующих их открытию, случается редко. Многолетний режим погоды характеризует климат местности. Каждое местообитание характеризуется определенным экологическим климатом, т. е. климатом приземного слоя воздуха, или экоклиматом. Большое влияние на климатические факторы оказывает растительность. В разных растительных ассоциациях формируется свой режим света, температуры, влажности, т. е. своеобразный фитоклимат. Локальные модификации климата, складывающиеся в приземном слое воздуха, называют микроклиматом. Четких же различий между экоклиматом и микроклиматом не существует. Считается, что экоклимат - это климат больших территорий, а микроклимат - климат отдельных небольших участков. Микроклимат оказывает влияние на живые организмы той или иной территории, местности. Наличие в одной местности многих микроклиматов обеспечивает сосуществование видов, обладающих неодинаковыми требованиями к внешней среде. [8]
2.6 Географическая поясность и зональность
Распространение живых организмов на Земле тесно связано с географическими поясами и зонами. На поверхности земного шара выделяют 13 географических поясов, закономерно сменяющихся от экватора к полюсам и от океанов в глубь континентов: арктический, антарктический, субарктический, субантарктический, северный и южный умеренные, северный и южный субарктические, северный и южный тропические, северный и южный субэкваториальные и экваториальный.
Внутри поясов выделяют географические зоны, где наравне с радиационными условиями принимаются во внимание увлажнение земной поверхности и соотношение тепла и влаги, свойственные данной зоне. Различают широтные и меридиальные, или долготные природные зоны. Первые тянутся с запада на восток, вторые - с севера на юг. В долготном направлении широтные зоны подразделяются на подзоны, а в широтном - на провинции. [16]
Каждая зона приурочена к определенному интервалу значений-показателей: особый характер геоморфологических процессов, особый тип климата, растительности, почв и животного мира. На территории бывшего СССР выделяли следующие географические зоны: ледяную, тундры, лесотундры, тайги, смешанных лесов, Русской равнины, муссонных смешанных лесов Дальнего Востока, лесостепей, степей, полупустынь, пустынь умеренного пояса, пустынь субтропического пояса, средиземноморского и влажных субтропиков.
Одним из важных условий изменчивости организмов и их зонального размещения на земле служит изменчивость химического состава среды. Биогеохимические провинции, которые определяются зональностью химического состава почв, а также климатической, фитогеографической и геохимической зональностью биосферы. [17]
Биогеохимические провинции - это области на поверхности Земли, различающиеся по содержанию (в почвах, водах и т. д.) химических соединений, с которыми связаны oпределенные биологические реакции со стороны местной флоры и фауны. Наряду с горизонтальной зональностью в наземной среде чета) проявляется высотная, или вертикальная поясность.
Растительность горных стран более богата, чем на прилегающих равнинах, и характеризуется повышенным распространением эндемических форм. Флора гор Средней Азии оценивается в 5500 видов, из них 25-30% эндемики, в то время как на прилегающих равнинах южных пустынь насчитывается всего 200 видов растений. [18]
При подъеме в горы повторяется та же смена зон, что и от экватора к полюсам. У подножия обычно располагаются пустыни, затем степи, широколиственные леса, хвойные леса, тундра и, наконец, льды. Однако полной аналогии все же нет. При подъеме в горы растения приспосабливаться к сухой или влажной среде. Своеобразен животный мир высокогорных районов. Пониженное давление воздуха, значительная солнечная радиация, резкие колебания дневных и ночных температур, изменение влажности воздуха с высотой способствовали выработке специфических физиологических адаптаций у горных животных. Каменистый грунт осложняет или почти исключает норовую деятельность животных. Многие мелкие животные (мелкие грызуны, пищухи, щерицы и др.) находят убежища в расщелинах скал, в пещерах. II) птиц для горных районов характерны горные индейки (улары), горные вьюрки, жаворонки, из крупных птиц - бородачи, грифы, кондоры. [19]
3. Почва как среда жизни
.1 Общая характеристика
Почва-основа природы суши. Можно до бесконечности поражаться самому факту, что наша планета Земля единственная из известных планет, которая имеет удивительную плодородную пленку - почву. В. В. Докучаев (1846-1903) впервые стал рассматривать почву как динамическую, а не инертную среду. Он доказал, что почва живой, населенный многочисленными организмами, она сложна по своему составу. Им было выявлено пять главных почвообразующих факторов, к которым относятся климат, материнская порода (геологическая основа), топография (рельеф), живые организмы и время.
Очень сложные химические, физические, физико-химические и биологические процессы протекают в поверхностном слое горных пород на пути их превращения в почву. Под почвой надо понимать все поверхностные слои горных пород, переработанные и измененные под воздейсвием климата (свет, тепло, воздух, вода), растительных и животных организмов, а на окультуренных территориях и деятельностью человека, способные давать урожай. Та минеральная порода, на которой почва образовалась и которая как бы родила почву, называется материнской породой. [20]
Минеральная основа (минеральный скелет) почвы - это неорганический компонент. Структура почвы определяется содержанием в ней песка и глины.
В почве, как правило, выделяют три основных горизонта, различающиеся по морфологическим и химическим свойствам: верхний перегнойно-аккумулятивный горизонт, горизонт вымывания, или иллювиальный, материнскую породу, или горизонт. Химизм почв частично определяется минеральным скелетом, частично органическим веществом. Большая часть минеральных компонентов представлена в почве кристаллическими структурами. Песок и алеврит состоят главным образом из кварца (кремнеземом). Кремнезем служит источником силикат-ионов и образуют электронейтральные кристаллы. Силикаты являются преобладающими почвенными минералами.
Большую роль в удержании воды и питательных веществ играет особенно многочисленная и важная группа илистых минералов. Большинство их встречается в виде мельчайших плоских кристаллов, образующих в воде коллоидную суспензию. В связи с очень малыми размерами частиц почвенные коллоиды имеют огромную суммарную поверхность - на 1 см3 почвы около 6 тыс. м2, или более половины гектара, Этим объясняется их большая способность к физической адсорбции. Физическая адсорбция определяет поглотительную способность почвы. Для почвы характерна биогенная аккумуляция химических элементов под влиянием растительности, которая отсутствует в коре выветривания. Химизм почвенного раствора является для почвенных организмов экологическим фактором первостепенной важности. На рост растений оказывает влияние реакция почвенного раствора (рН), связанная с содержанием в почве кислот (угольной кислоты, фульвокислот в глеево-подзолистых почвах) или щелочей (сода в солонцах), которая сильно зависят и от состава ионов, входящих в почвенный поглощающий комплекс. Обилие ионов водорода или алюминия вызывает кислую реакцию, ионов натрия - щелочную. Высокой кислотностью отличаются подзолистые и болотные почвы, щелочностью - солонцы. Черноземы имеют реакцию, близкую к нейтральной.
Для почвенного питания растений важен солевой режим почвы, характеризующийся содержанием и доступностью в почвенном растворе солей элементов, необходимых для жизнедеятельности растений (азота, калия, фосфора, кальция, серы, железа и др.). Среди разных типов засоленных почв основные - солончаки и солонцы, имеющие неодинаковый солевой и водный режимы. Нижние горизонты уплотнены и насыщены ионами натрия, при высыхании растрескиваются на столбы, глыбы и т. д. Животные и растения, обитающие на почве и в почве, постоянно воздействуют на субстрат, забирая у него питательные вещества. Из отмерших растений образовавшаяся органическая субстанция попадает в виде опада листвы и хвои в почву, перерабатывается микроорганизмами и превращается непосредственно или через животные организмы в почвенный гумус. [21]
Каждому типу почв соответствует определенный животный мир и определенная растительность. Отмирающие или уже отмершие организмы или их части накапливаются на поверхности н внутри почвы, образуя органическое вещество. Совокупность живущих в почве организмов называют эдафоном.
Органическое вещество почвы, состоящее из отмерших остатков растений и животных, называют гумусом. К таким животным относятся фитофаги, питающиеся тканями живых растений; сапрфаги - потребляющие мертвые вещества растений, некрофаги - питающиеся трупами животных; хищники - поедающие живых животных, копрофаги - уничтожающие экскременты животных. Все они составляют сложную систему, получившую название сапрофилъного комплекса животных. В круговороте ееществ в почве растении синтезируют органиченкое вещество. Животные производят механическое и биохимическое разрушение его и тем самым подготавливает его для гумусообразования. Микроорганизмы синтезируют почвенный гумус и затем разлагают его. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие. Мощность гумусового слоя и содержание гумуса в почве являются одним из важнейших показателей уровня плодородия почв. [3]
При изучении наземно-воздушной среды жизни, по физическому состоянию, подвижности, доступности и значению для растений почвенная вода подразделяется на гравитационную, гигроскопическую и капиллярную.
Гравитационная вода - подвижная вода. Вода в почве удерживается также вокруг отдельных коллоидных частиц в виде тонкой прочной связанной пленки. Это гигроскопическая вода. Гигроскопическая вода постепенно переходит в капиллярную, удерживающуюся вокруг почвенных частиц силами поверхностного натяжения. Помимо перечисленных форм воды в почве содержится парообразная влага, занимающая все свободные от воды поры.
Различают физическую и физиологическую сухость почвы. При физической сухости почва испытывает недостаток влаги. Физиологическая сухость почвы - явление более сложное.
Большую роль в формировании почвы играет рельеф. На одинаковых и одновозрастных формах рельефа образуются близкие и однотипные почвы. На местности с расчлененным рельефом, неодинаковым уровнем грунтовых вод наблюдаются различия в климате, режиме тепла, скорости испарения поверхностной влаги и в распределении атмосферных осадков. [5]
3.2 Экологические группы почвенных организмов
Неоднородность почвы приводит к тому, что для организмов разных размеров она выступает как разная среда. По степени связи с почвой как средой обитания животных объединяют в три экологические группы: геобионты, геофилы и геоксены. Геобионты - животные, постоянно обитающие в почве. Геофилы - животные, часть цикла развития которых (чаще одна из фаз) обязательно проходит в почве. Геоксены - животные, иногда посещающие почву для временного укрытия или убежища.
Почвенных обитателей в зависимости от их размеров и степени подвижности можно разделить на несколько групп. Микробиотип, микробиота - это почвенные микроорганизмы, составляющие основное звено детритной пищевой цепи. Мезобиотип, мезобиота - это совокупность сравнительно мелких, легко извлекающихся из почвы, подвижных животных.
Помимо постоянных обитателей почвы среди крупных животных нередко выделяют отдельную экологическую группу обитателей нор. К особой группе псаммофилов относят животных, заселяющих сыпучие подвижные пески. Животных, приспособившихся к жизни на засоренных почвах, называют галофилами. Обычно в засоленных почвах фауна в количественном и качественном отношении сильно обедняется. [7]
3.3 Отношение растений к почве
Нами было отмечено ранее, что важнейшим свойством почвы является ее плодородие, которое определяется в первую очередь содержанием гумуса, макро- и микроэлементов, таких, как азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, железо, медь, бор, цинк, молибден и др. Каждый из этих элементов играет свою роль в структуре и обмене веществ растения и не может быть заменен полностью другим. Различают растения, распространенные преимущественно на плодородных почвах, - эутрофные, или эвтрофные, и довольствующиеся небольшим количеством питательных веществ, - олиготрофные. Между ними выделяют промежуточную группу мезотрофных видов. Растения требовательные к повышенному содержанию азота в почве - нитрофилами.