Н.М. Чернова, А.М. Былова
Общая экология. Учебник
М.: Дрофа, 2004
Глава 4. Основные среды жизни и адаптации к ним организмов
4.2. Наземно-воздушная среда жизни
4.2.1. Воздух как экологический фактор для наземных организмов
Низкая плотность воздуха определяет его малую подъемную силу и
незначительную спорность. Обитатели воздушной среды должны обладать собственной
опорной системой, поддерживающей тело: растения – разнообразными механическими тканями,
животные – твердым или, значительно реже, гидростатическим скелетом. Кроме
того, все обитатели воздушной среды тесно связаны с поверхностью земли, которая
служит им для прикрепления и опоры. Жизнь во взвешенном состоянии в воздухе
невозможна.
Правда, множество микроорганизмов и животных, споры, семена, плоды и
пыльца растений регулярно присутствуют в воздухе и разносятся воздушными
течениями (рис. 43), многие животные способны к активному полету, однако у
всех этих видов основная функция их жизненного цикла – размножение –
осуществляется на поверхности земли. Для большинства из них пребывание в
воздухе связано только с расселением или поиском добычи.
Рис. 43. Распределение членистоногих воздушного
планктона по высоте (по Дажо, 1975)
Малая плотность воздуха обусловливает низкую сопротивляемость
передвижению. Поэтому многие наземные животные использовали в ходе эволюции
экологические выгоды этого свойства воздушной среды, приобретя способность к
полету. К активному полету способны 75 % видов всех наземных животных,
преимущественно насекомые и птицы, но встречаются летуны и среди млекопитающих
и рептилий. Летают наземные животные в основном с помощью мускульных усилий, но
некоторые могут и планировать за счет воздушных течений.
Благодаря подвижности воздуха, существующим в нижних слоях атмосферы
вертикальным и горизонтальным передвижениям воздушных масс возможен пассивный
полет ряда организмов.
Анемофилия – древнейший способ опыления растений. Ветром
опыляются все голосеменные, а среди покрытосеменных анемофильные растения
составляют примерно 10 % всех видов.
Анемофилия наблюдается в семействах буковых, березовых, ореховых,
вязовых, коноплевых, крапивных, казуариновых, маревых, осоковых, злаков, пальм
и во многих других. Ветроопыляемые растения имеют целый ряд приспособлений,
улучшающих аэродинамические свойства их пыльцы, а также морфологические и
биологические особенности, обеспечивающие эффективность опыления.
Жизнь многих растений полностью зависит от ветра, и расселение
совершается с его помощью. Такая двойная зависимость наблюдается у елей, сосен,
тополей, берез, вязов, ясеней, пушиц, рогозов, саксаулов, джузгунов и др.
У многих видов развита анемохория– расселение с помощью
воздушных потоков. Анемохория характерна для спор, семян и плодов растений,
цист простейших, мелких насекомых, пауков и т. п. Пассивно переносимые
потоками воздуха организмы получили в совокупности название аэропланктона
по аналогии с планктонными обитателями водной среды. Специальные
адаптации для пассивного полета – очень мелкие размеры тела, увеличение его
площади за счет выростов, сильного расчленения, большой относительной
поверхности крыльев, использование паутины и т. п. (рис. 44). Анемохорные
семена и плоды растений обладают также либо очень мелкими размерами (например,
семена орхидей), либо разнообразными крыловидными и парашютовидными придатками,
увеличивающими их способность к планированию (рис. 45).
Рис. 44. Приспособления к переносу воздушными потоками
у насекомых:
1– комарик Cardiocrepis brevirostris;
2– галлица Porrycordila sp.;
3– перепончатокрылое Anargus fuscus;
4– хермес Dreyfusia nordmannianae;
5– личинка непарного шелкопряда Lymantria dispar
Рис. 45. Приспособления к переносу ветром у плодов и
семян растений:
1– липа Tilia intermedia;
2– клен Acer monspessulanum;
3– береза Betula pendula;
4– пушица Eriophorum;
5– одуванчик Taraxacum officinale;
6– рогоз Typha scuttbeworhii
В расселении микроорганизмов, животных и растений основную роль играют
вертикальные конвекционные потоки воздуха и слабые ветры. Сильные ветры, бури и
ураганы также оказывают существенное экологическое воздействие на наземные
организмы.
Малая плотность воздуха обусловливает сравнительно низкое давление на
суше. В норме оно равно 760 мм рт. ст. С увеличением высоты над уровнем моря
давление уменьшается. На высоте 5800 м оно равняется лишь половине нормального. Низкое давление может ограничивать распространение видов в горах. Для
большинства позвоночных верхняя граница жизни около 6000 м. Снижение давления влечет за собой уменьшение обеспеченности кислородом и обезвоживание
животных за счет увеличения частоты дыхания. Примерно таковы же пределы
продвижения в горы высших растений. Несколько более выносливы членистоногие
(ногохвостки, клещи, пауки), которые могут встречаться на ледниках, выше
границы растительности.
В целом все наземные организмы гораздо более стенобатны, чем водные, так
как обычные колебания давления в окружающей их среде составляют доли атмосферы
и даже для поднимающихся на большую высоту птиц не превышают 1/3
нормального.
Газовый состав воздуха. Кроме физических свойств воздушной среды,
для существования наземных организмов чрезвычайно важны ее химические
особенности. Газовый состав воздуха в приземном слое атмосферы довольно
однороден в отношении содержания главных компонентов (азот – 78,1 %,
кислород – 21,0, аргон – 0,9, углекислый газ – 0,035 % по объему)
благодаря высокой диффузионной способности газов и постоянному перемешиванию
конвекционными и ветровыми потоками. Однако различные примеси газообразных,
капельно-жидких и твердых (пылевых) частиц, попадающих в атмосферу из локальных
источников, могут иметь существенное экологическое значение.
Высокое содержание кислорода способствовало повышению обмена веществ у
наземных организмов по сравнению с первично-водными. Именно в наземной обстановке,
на базе высокой эффективности окислительных процессов в организме, возникла
гомойотермия животных. Кислород, из-за постоянно высокого его содержания в
воздухе, не является фактором, лимитирующим жизнь в наземной среде. Лишь
местами, в специфических условиях, создается временный его дефицит, например в
скоплениях разлагающихся растительных остатков, запасах зерна, муки и
т. п.
Содержание углекислого газа может изменяться в отдельных участках
приземного слоя воздуха в довольно значительных пределах. Например, при
отсутствии ветра в центре больших городов концентрация его возрастает в десятки
раз. Закономерны суточные изменения содержания углекислоты в приземных слоях,
связанные с ритмом фотосинтеза растений. Сезонные обусловлены изменениями
интенсивности дыхания живых организмов, преимущественно микроскопического
населения почв. Повышенное насыщение воздуха углекислым газом возникает в зонах
вулканической активности, возле термальных источников и других подземных
выходов этого газа. В высоких концентрациях углекислый газ токсичен. В природе
такие концентрации встречаются редко.
В природе основным источником углекислоты является так называемое
почвенное дыхание. Почвенные микроорганизмы и животные дышат очень интенсивно.
Углекислый газ диффундирует из почвы в атмосферу, особенно энергично во время
дождя. Много его выделяют почвы умеренно влажные, хорошо прогреваемые, богатые
органическими остатками. Например, почва букового леса выделяет СО2
от 15 до 22 кг/га в час, а неудобренная песчаная всего 2 кг/га.
В современных условиях мощным источником поступления дополнительных
количеств СО2 в атмосферу стала деятельность человека по сжиганию
ископаемых запасов топлива.
Низкое содержание углекислого газа тормозит процесс фотосинтеза. В
условиях закрытого грунта можно повысить скорость фотосинтеза, увеличив
концентрацию углекислого газа; этим пользуются в практике тепличного и
оранжерейного хозяйства. Однако излишние количества СО2 приводят к
отравлению растений.
Азот воздуха для большинства обитателей наземной среды представляет
инертный газ, но ряд прокариотических организмов (клубеньковые бактерии,
азотобактер, клостридии, сине-зеленые водоросли и др.) обладает способностью
связывать его и вовлекать в биологический круговорот.
Рис. 46. Склон горы с уничтоженной растительностью
из-за выбросов сернистого газа окрестными промышленными предприятиями
Местные примеси, поступающие в воздух, также могут существенно влиять на
живые организмы. Это особенно относится к ядовитым газообразным веществам –
метану, оксиду серы, оксиду углерода, оксиду азота, сероводороду, соединениям
хлора, а также к частицам пыли, сажи и т. п., засоряющим воздух в
промышленных районах. Основной современный источник химического и физического
загрязнения атмосферы антропогенный: работа различных промышленных предприятий
и транспорта, эрозия почв и т. п. Оксид серы (SО2), например,
ядовит для растений даже в концентрациях от одной пятидесятитысячной до одной
миллионной от объема воздуха. Вокруг промышленных центров, загрязняющих
атмосферу этим газом, погибает почти вся растительность (рис. 46).
Некоторые виды растений особо чувствительны к SО2 и служат чутким
индикатором его накопления в воздухе. Например, многие лишайники погибают даже
при следах оксида серы в окружающей атмосфере. Присутствие их в лесах вокруг
крупных городов свидетельствует о высокой чистоте воздуха. Устойчивость
растений к примесям в воздушной среде учитывают при подборе видов для
озеленения населенных пунктов. Чувствительны к задымлению, например,
обыкновенная ель и сосна, клен, липа, береза. Наиболее устойчивы туя, тополь
канадский, клен американский, бузина и некоторые другие.
|