Земно-въздушната среда е най-сложна по отношение на условията на околната среда. Животът на сушата изискваше адаптации, които се оказаха възможни само при достатъчно високо ниво на организация на растенията и животните.

4.2.1. Въздухът като фактор на околната среда за земните организми

Ниската плътност на въздуха определя неговата ниска подемна сила и ниска подвижност на въздуха. Обитателите на въздуха трябва да имат собствена опорна система, която поддържа тялото: растенията - с различни механични тъкани, животните - с твърд или много по-рядко хидростатичен скелет. Освен това всички обитатели на въздуха са тясно свързани с повърхността на земята, която им служи за привързване и опора. Животът, висящ във въздуха, е невъзможен.

Вярно е, че много микроорганизми и животни, спори, семена, плодове и цветен прашец на растения редовно присъстват във въздуха и се пренасят от въздушни течения (фиг. 43), много животни са способни на активен полет, но при всички тези видове основната функция е на жизнения им цикъл - размножаването - се извършва на повърхността на земята. За повечето от тях престоят във въздуха е свързан само със заселване или търсене на плячка.

ориз. 43. Разпределение на членестоноги от въздушен планктон по височина (по Dajo, 1975)

Ниската плътност на въздуха причинява ниско съпротивление при движение. Следователно в хода на еволюцията много сухоземни животни са използвали екологичните предимства на това свойство на въздушната среда, придобивайки способността да летят. 75% от видовете на всички сухоземни животни са способни на активен полет, главно насекоми и птици, но летци се срещат и сред бозайници и влечуги. Сухопътните животни летят главно с помощта на мускулни усилия, но някои могат да се плъзгат и с помощта на въздушни течения.

Благодарение на подвижността на въздуха и вертикалните и хоризонтални движения на въздушните маси, съществуващи в долните слоеве на атмосферата, е възможно пасивно летене на редица организми.

Анемофилия – най-старият начинопрашване на растенията. Всички голосеменни растения се опрашват от вятъра, а сред покритосеменните растения анемофилните растения съставляват приблизително 10% от всички видове.

Анемофилия се наблюдава при семействата бук, бреза, орех, бряст, коноп, коприва, казуарина, гъши крак, острица, житни, палми и много други. Опрашваните от вятъра растения имат редица адаптации, които подобряват аеродинамичните свойства на техния прашец, както и морфологични и биологични характеристики, които осигуряват ефективност на опрашването.

Животът на много растения зависи изцяло от вятъра и разпръскването става с негова помощ. Такава двойна зависимост се наблюдава при смърч, бор, топола, бреза, бряст, ясен, памучна трева, опашка, саксаул, джузгун и др.

Развили са се много видове анемохория– уреждане с помощта на въздушни течения. Анемохорията е характерна за спори, семена и плодове на растения, протозойни цисти, малки насекоми, паяци и др. Организмите, пасивно транспортирани от въздушни течения, се наричат ​​общо аеропланктон по аналогия с планктонните обитатели на водната среда. Специални адаптации за пасивен полет са много малки размери на тялото, увеличаване на площта му поради израстъци, силно разчленяване, голяма относителна повърхност на крилата, използване на мрежа и др. (Фиг. 44). Анемохорните семена и плодове на растенията също имат или много малки размери (например семена от орхидеи), или разнообразие от подобни на крило и парашут придатъци, които увеличават способността им да планират (фиг. 45).

ориз. 44. Адаптации за транспорт чрез въздушни течения при насекоми:

1 – комар Cardiocrepis brevirostris;

2 – жлъчка Porrycordila sp.;

3 – Hymenoptera Anargus fuscus;

4 – Hermes Dreyfusia nordmannianae;

5 – ларва на цигански молец Lymantria dispar

ориз. 45. Адаптации към пренасяне на вятъра в плодовете и семената на растенията:

1 – липа Tilia intermedia;

2 – клен Acer monspessulanum;

3 – бреза Betula pendula;

4 – памучна трева Eriophorum;

5 – глухарче Taraxacum officinale;

6 – опашка Typha scuttbeworhii

При разпръскването на микроорганизми, животни и растения основна роля играят вертикалните конвекционни въздушни течения и слабите ветрове. Силните ветрове, бурите и ураганите също имат значително въздействие върху околната среда върху земните организми.

Ниската плътност на въздуха причинява относително ниско налягане на сушата. Нормално е 760 mmHg. Чл. С увеличаване на надморската височина налягането намалява. На височина 5800 м е само наполовина нормално. Ниското налягане може да ограничи разпространението на видовете в планините. За повечето гръбначни животните горната граница на живота е около 6000 m. Границите на напредване в планините са приблизително същите висши растения. Малко по-издръжливи са членестоногите (пружинки, акари, паяци), които могат да бъдат намерени на ледниците над линията на растителността.

Като цяло, всички сухоземни организми са много по-стенобатични от водните, тъй като нормалните колебания на налягането в тяхната среда възлизат на части от атмосферата и дори за птици, издигащи се на големи височини, не надвишават 1/3 от нормалното.

Газов състав на въздуха.Освен физичните свойства на въздуха, неговите химични свойства са изключително важни за съществуването на земните организми. Газовият състав на въздуха в приземния слой на атмосферата е доста равномерен по отношение на съдържанието на основните компоненти (азот - 78,1%, кислород - 21,0, аргон - 0,9, въглероден диоксид– 0,035% от обема) поради високия дифузионен капацитет на газовете и постоянното смесване от конвекция и вятърни потоци. Въпреки това различни примеси от газообразни, капково-течни и твърди (прахови) частици, навлизащи в атмосферата от местни източници, могат да имат значително екологично значение.

Високото съдържание на кислород допринесе за повишаване на метаболизма в сухоземните организми в сравнение с първичните водни. Именно в земна среда, въз основа на високата ефективност на окислителните процеси в тялото, възниква животинската хомеотермия. Кислородът, поради постоянно високото си съдържание във въздуха, не е фактор, ограничаващ живота в земната среда. Само на места, при определени условия, се създава временен дефицит, например в натрупвания на разлагащи се растителни остатъци, запаси от зърно, брашно и др.

Съдържанието на въглероден диоксид може да варира в определени области на повърхностния слой въздух в доста значителни граници. Например при липса на вятър в центъра на големите градове неговата концентрация нараства десетки пъти. Има редовни ежедневни промени в съдържанието на въглероден диоксид в повърхностните слоеве, свързани с ритъма на фотосинтезата на растенията. Сезонните са причинени от промени в интензивността на дишането на живите организми, главно микроскопичното население на почвите. Повишено насищане на въздуха с въглероден диоксид възниква в зони на вулканична активност, в близост до термални извори и други подземни изходи на този газ. Във високи концентрации въглеродният диоксид е токсичен. В природата такива концентрации са рядкост.

В природата основният източник на въглероден диоксид е така нареченото почвено дишане. Почвените микроорганизми и животните дишат много интензивно. Въглеродният диоксид дифундира от почвата в атмосферата, особено интензивно по време на дъжд. Разпространен е в почви, които са умерено влажни, добре затоплени и богати на органични остатъци. Например, почвата на букова гора отделя CO 2 от 15 до 22 kg/ha на час, а неторената песъчлива почва отделя само 2 kg/ha.

В съвременните условия човешката дейност за изгаряне на запасите от изкопаеми горива се е превърнала в мощен източник на допълнителни количества CO 2 , постъпващи в атмосферата.

Азотът във въздуха е инертен газ за повечето обитатели на земната среда, но редица прокариотни организми (нодулни бактерии, Azotobacter, клостридии, синьо-зелени водорасли и др.) имат способността да го свързват и да го включват в биологичния цикъл.

ориз. 46. Планински склон с унищожена растителност поради емисиите на серен диоксид от околните промишлени предприятия

Местните замърсители, влизащи във въздуха, също могат значително да повлияят на живите организми. Това се отнася особено за токсичните газообразни вещества - метан, серен оксид, въглероден оксид, азотен оксид, сероводород, хлорни съединения, както и прахови частици, сажди и др., които замърсяват въздуха в индустриалните зони. Основен модерен източникхимическо и физическо замърсяване на атмосферата, антропогенно: работата на различни промишлени предприятия и транспорт, ерозия на почвата и др. Серният оксид (SO 2), например, е токсичен за растенията дори в концентрации от една петдесет хилядна до една милионна от обемът на въздуха. Около индустриалните центрове, които замърсяват атмосферата с този газ, почти цялата растителност умира (фиг. 46). Някои растителни видове са особено чувствителни към SO 2 и служат като чувствителен индикатор за натрупването му във въздуха. Например, много лишеи умират дори със следи от серен оксид в околната атмосфера. Наличието им в горите около големите градове показва висока чистота на въздуха. При избора на видове за озеленяване в населените места се взема предвид устойчивостта на растенията към примеси във въздуха. Чувствителни към дим, например, обикновен смърч и бор, клен, липа, бреза. Най-устойчиви са туята, канадската топола, американският клен, бъзът и някои други.

4.2.2. Почва и релеф. Метеорологични и климатични особености на земно-въздушната среда

Едафични фактори на околната среда.Свойствата на почвата и релефа също оказват влияние върху условията на живот на земните организми, предимно на растенията. Свойствата на земната повърхност, които оказват екологично въздействие върху нейните обитатели, се наричат ​​общо едафични фактори на околната среда (от гръцки "edaphos" - основа, почва).

Характерът на кореновата система на растенията зависи от хидротермичния режим, аерацията, състава, състава и структурата на почвата. Например, кореновите системи на дървесни видове (бреза, лиственица) в райони с вечна замръзналост са разположени на малка дълбочина и са широко разпространени. Там, където няма вечна замръзналост, кореновите системи на същите тези растения са по-малко разпространени и проникват по-дълбоко. При много степни растения корените могат да достигнат вода от голяма дълбочина; в същото време те имат много повърхностни корени в богатия на хумус почвен хоризонт, откъдето растенията абсорбират елементи на минерално хранене. На подгизнала, слабо аерирана почва в мангрови гори много видове имат специални дихателни корени - пневматофори.

Редица екологични групи растения могат да бъдат разграничени във връзка с различните свойства на почвата.

И така, според реакцията на киселинността на почвата, те разграничават: 1) ацидофиленвидове - растат на кисели почвис pH по-малко от 6,7 (растения от сфагнови блата, бяла трева); 2) неутрофилен –гравитират към почви с pH 6,7–7,0 (повечето култивирани растения); 3) базофилен– растат при pH над 7,0 (мордовник, горска анемона); 4) безразличен –може да расте на почви с различни стойности на pH (момина сълза, овча власатка).

Във връзка с брутния състав на почвата има: 1) олиготрофенрастения, които се задоволяват с малко количество пепелни елементи (бял бор); 2) еутрофен,такива, които се нуждаят от голямо количество пепелни елементи (дъб, цариградско грозде, многогодишна дървесна трева); 3) мезотрофен,изискващи умерено количество пепелни елементи (обикновен смърч).

Нитрофили– растения, които предпочитат богати на азот почви (коприва).

Растения от солени почви образуват група халофити(солерос, сарсазан, кокпек).

Някои видове растения са ограничени до различни субстрати: петрофитирастат на скалисти почви и псамофитиобитават подвижни пясъци.

Релефът и естеството на почвата оказват влияние върху специфичното движение на животните. Например копитни животни, щрауси, дропли, които живеят открити пространства, се нуждаят от твърда основа, за да подобрят отблъскването при бързо бягане. При гущерите, които живеят на подвижни пясъци, пръстите на краката са покрити с ресни от рогови люспи, което увеличава опорната повърхност (фиг. 47). За сухоземните обитатели, които копаят дупки, плътните почви са неблагоприятни. Естеството на почвата в някои случаи влияе върху разпространението на сухоземни животни, които копаят дупки, ровят се в почвата, за да избягат от топлина или хищници, или снасят яйца в почвата и т.н.

ориз. 47. Ветриловиден гекон - обитател на пясъците на Сахара: А - ветрилообразен гекон; B – крак на гекон

Характеристики на времето.Условията на живот в наземно-въздушна среда са сложни, освен това, промени във времето.Времето – това е непрекъснато променящо се състояние на атмосферата на земната повърхност до надморска височина от около 20 km (граница на тропосферата). Променливостта на времето се проявява в постоянна промяна в комбинацията от фактори на околната среда като температура и влажност, облачност, валежи, сила и посока на вятъра и др. Промените на времето, заедно с естественото им редуване в годишния цикъл, се характеризират с непериодичност. колебания, което значително усложнява условията за съществуване на земните организми. Времето засяга живота на водните обитатели в много по-малка степен и само върху населението на повърхностните слоеве.

Климат на района.Характеризира се дългосрочният метеорологичен режим климат на района. Понятието климат включва не само средните стойности на метеорологичните явления, но и техния годишен и дневен цикъл, отклонения от него и тяхната честота. Климатът се определя от географските условия на района.

Зоналното разнообразие на климата се усложнява от действието на мусонните ветрове, разпределението на циклоните и антициклоните, влиянието на планинските вериги върху движението на въздушните маси, степента на отдалеченост от океана (континенталност) и много други местни фактори. В планините има климатична зоналност, много подобна на смяната на зони от ниски ширини към високи ширини. Всичко това създава изключително разнообразие от условия за живот на сушата.

За повечето сухоземни организми, особено малките, важен е не толкова климатът на района, колкото условията на тяхното непосредствено местообитание. Много често местните елементи на околната среда (релеф, експозиция, растителност и т.н.) променят режима на температура, влажност, светлина, движение на въздуха в определен район по такъв начин, че той значително се различава от климатичните условия на района. Такива местни изменения на климата, които се развиват в повърхностния слой на въздуха, се наричат микроклимат. Всяка зона има много разнообразен микроклимат. Могат да бъдат идентифицирани микроклимати на произволно малки площи. Например в венчетата на цветята се създава специален режим, който се използва от живеещите там насекоми. Разликите в температурата, влажността на въздуха и силата на вятъра са широко известни на открито и в горите, в тревни насаждения и над оголени площи на почвата, по склоновете на северни и южни изложения и др. Специален стабилен микроклимат възниква в дупки, гнезда, хралупи , пещери и други затворени места.

Валежи.В допълнение към осигуряването на вода и създаването на запаси от влага, те могат да играят и други екологични роли. Така обилните валежи или градушка понякога имат механичен ефект върху растенията или животните.

Екологичната роля на снежната покривка е особено разнообразна. Дневните температурни колебания проникват в снежната покривка само до 25 см, като температурата остава почти непроменена. При студове от -20-30 °C под слой сняг от 30-40 cm температурата е само малко под нулата. Дълбоката снежна покривка предпазва възобновителните пъпки и предпазва зелените части на растенията от измръзване; много видове отиват под снега, без да отделят листата си, например космат трева, Veronica officinalis, копитна трева и др.

ориз. 48. Схема за телеметрично изследване на температурния режим на лешник, разположен в снежна дупка (по А. В. Андреев, А. В. Кречмар, 1976)

Малките сухоземни животни живеят и през зимата активно изображениеживот, оформяйки цели галерии от проходи под снега и в неговата дебелина. Редица видове, които се хранят със снежна растителност, дори се характеризират със зимно размножаване, което се отбелязва например при леминги, дървесни и жълтогърли мишки, редица полевки, водни плъхове и др. глухар, тундрова яребица - ровят се в снега за през нощта (фиг. 48).

Зимната снежна покривка затруднява получаването на храна за големи животни. Много копитни животни (северни елени, диви свине, мускусни говеда) се хранят изключително със заснежена растителност през зимата, а дълбоката снежна покривка и особено твърдата кора на повърхността й, която се появява при ледени условия, ги обричат ​​на глад. По време на номадското скотовъдство в предреволюционна Русия огромно бедствие в южните райони беше юта – масова смъртност на добитъка в резултат на ледени условия, лишаващи животните от храна. Движението по рохкав дълбок сняг също е трудно за животните. Лисиците, например, в снежни зими предпочитат райони в гората под гъсти смърчови дървета, където слоят сняг е по-тънък, и почти никога не излизат на открити поляни и горски ръбове. Дълбочината на снега може да ограничи географското разпространение на видовете. Например, истинските елени не проникват на север в онези райони, където дебелината на снега през зимата е повече от 40–50 cm.

Белотата на снежната покривка разкрива тъмни животни. Изборът на камуфлаж, който да съответства на цвета на фона, очевидно е изиграл основна роля за появата на сезонни промени в цвета на яребица, планински заек, хермелин, невестулка и арктическа лисица. На Командорските острови, заедно с белите лисици, има много сини лисици. Според наблюденията на зоолозите, последните се задържат предимно в близост до тъмни скали и свободната от лед лента за прибой, докато белите предпочитат места със снежна покривка.

Земно-въздушната среда се характеризира с особеностите на екологичните условия, които са формирали специфични адаптации в земните растения и животни, което се отразява в различни морфологични, анатомични, физиологични, биохимични и поведенчески адаптации.

Ниската плътност на атмосферния въздух затруднява поддържането на формата на тялото, поради което са се образували растения и животни поддържаща система. В растенията това са механични тъкани (лико и дървесни влакна), които осигуряват устойчивост на статични и динамични натоварвания: вятър, дъжд, снежна покривка. Напрегнатото състояние на клетъчната стена (тургор), причинено от натрупването на течност с високо осмотично налягане във вакуолите на клетките, определя еластичността на листата, стъблата на тревата и цветята. При животните опората за тялото се осигурява от хидроскелета (при кръглите червеи), екзоскелета (при насекомите) и вътрешния скелет (при бозайниците).

Ниската плътност на околната среда улеснява движението на животните. Много сухоземни видове са способни на полет (активен или плъзгащ се) - птици и насекоми, има и представители на бозайници, земноводни и влечуги. Полетът е свързан с движение и търсенето на плячка е възможно благодарение на модифицираните предни крайници и развитите гръдни мускули. При плъзгащите се животни между предните и задните крайници са се образували кожни гънки, които се разтягат и играят ролята на парашут.

Високата мобилност на въздушните маси е формирала най-древния метод за опрашване на растенията чрез вятър (анемофилия), който е характерен за много растения. средна лентаи разпръскване от вятъра. Тази екологична група организми (аеропланктон) се адаптира поради голямата си относителна повърхност поради парашути, крила, издатини и дори мрежи или поради много малкия си размер.

Ниско атмосферно налягане, което обикновено е 760 мм живак(или 101 325 Pa), малки спадове на налягането, са формирали чувствителност към силни спадове на налягането в почти всички земни жители. Горната граница на живота за повечето гръбначни животни е около 6000 m. Намаляването на атмосферното налягане с увеличаване на надморската височина намалява разтворимостта на кислорода в кръвта. Това увеличава честотата на дишане и в резултат на това честото дишане води до дехидратация. Тази проста зависимост не е характерна само за редки видове птици и някои безгръбначни.

Газовият състав на наземно-въздушната среда се характеризира с високо съдържание на кислород (над 20 пъти по-високо, отколкото във водната среда). Това позволява на животните да имат много висок метаболизъм. Следователно само на сушата може да възникне хомеотермията (способността да се поддържа постоянна телесна температура, главно поради вътрешна енергия).

Значението на температурата в живота на организмите се определя от нейното влияние върху скоростта на биохимичните реакции. Повишаване на температурата (до 60 ° C) средапричинява денатурация на протеини в организмите. Силното понижаване на температурата води до намаляване на скоростта на метаболизма и, като критично състояние, замръзване на водата в клетките (ледените кристали в клетките нарушават целостта на вътреклетъчните структури). По принцип на сушата живите организми могат да съществуват само в диапазона от 0 ° - +50 °, т.к тези температури са съвместими с протичането на основните жизнени процеси. Въпреки това, всеки вид има своя горна и долна смъртоносна стойност на температурата, стойност на потискане на температурата и температурен оптимум.

Организми, чийто живот и дейност зависят от външната топлина (микроорганизми, гъби, растения, безгръбначни, кръглостоми, риби, земноводни, влечуги) се наричат ​​пойкилотерми. Сред тях са стенотерми (криофилни - адаптирани към малки разлики в ниски температури и термофили - адаптирани към малки разлики във високи температури) и евритерми, които могат да съществуват в рамките на голяма температурна амплитуда. Адаптациите за издържане на ниски температури, които позволяват регулиране на метаболизма за дълго време, се осъществяват в организмите по два начина: а) способност за претърпяване на биохимични и физиологични промени - натрупване на антифриз, което понижава точката на замръзване на течностите в клетки и тъкани и следователно предотвратява образуването на лед; промяна в набора, концентрацията и активността на ензимите, промяна; б) толерантност към замръзване (студоустойчивост) е временно спиране на активното състояние (хипобиоза или криптобиоза) или натрупване на глицерол, сорбитол, манитол в клетките, които предотвратяват кристализацията на течността.

Евритермите имат добре развита способност да преминават в латентно състояние със значителни температурни отклонения от оптимална стойност. След потискане на студа организмите при определена температура възстановяват нормалния метаболизъм и тази температурна стойност се нарича температурен праг за развитие или биологична нула на развитие.

В основата на сезонните промени при евритермните видове, които са широко разпространени, е аклиматизацията (изместване на температурния оптимум), когато някои гени се инактивират и други се включват, отговорни за заместването на едни ензими с други. Това явление се среща в различни частидиапазон.

При растенията метаболитната топлина е изключително незначителна, така че тяхното съществуване се определя от температурата на въздуха в местообитанието. Растенията се адаптират да понасят доста големи температурни колебания. Основното нещо в този случай е транспирацията, която охлажда повърхността на листата при прегряване; намаляване на листното острие, подвижност на листата, опушване, восъчно покритие. Растенията се адаптират към студени условия, като използват форма на растеж (джудже, растеж на възглавница, пергола) и цвят. Всичко това се отнася до физическата терморегулация. Физиологичната терморегулация е падането на листата, смъртта на земната част, прехвърлянето на свободната вода в свързано състояние, натрупването на антифриз и др.).

Пойкилотермичните животни имат възможност за изпарителна терморегулация, свързана с тяхното движение в пространството (земноводни, влечуги). Те избират най-много оптимални условия, произвеждат много вътрешна (ендогенна) топлина по време на мускулна контракция или мускулни тремори (те загряват мускулите по време на движение). Животните имат поведенчески адаптации (поза, заслони, дупки, гнезда).

Хомеотермичните животни (птици и бозайници) имат постоянна телесна температура и са слабо зависими от температурата на околната среда. Те се характеризират с адаптации, основани на рязко увеличаване на окислителните процеси в резултат на усъвършенстване на нервната, кръвоносната, дихателната и други органи. Имат биохимична терморегулация (при понижаване на температурата на въздуха се засилва липидният метаболизъм; засилват се окислителните процеси, особено в скелетните мускули; има специализирана кафява мастна тъкан, в която цялата освободена химическа енергия отива за образуването на АТФ и за затопляне на тялото; обемът на консумираната храна се увеличава). Но такава терморегулация има климатични ограничения (нерентабилна през зимата, в полярни условия, през лятото в тропически и екваториални зони).

Физическата терморегулация е благоприятна за околната среда (рефлексно свиване и разширяване на кръвоносните съдове в кожата, топлоизолационният ефект на козината и перата, противоточен топлообмен), т.к. осъществява се чрез задържане на топлина в тялото (Chernova, Bylova, 2004).

Поведенческата терморегулация на хомеотермите се характеризира с разнообразие: промени в позата, търсене на убежище, изграждане на сложни дупки, гнезда, миграция, групово поведение и др.

Най-важният екологичен фактор за организмите е светлината. Процесите, протичащи под въздействието на светлината са фотосинтеза (използва се 1-5% от падащата светлина), транспирация (75% от падащата светлина се използва за изпаряване на водата), синхронизация на жизнените функции, движение, зрение, синтез на витамини.

Морфологията на растенията и структурата на растителните съобщества са организирани така, че най-ефективно да възприемат слънчевата енергия. Светлоприемната повърхност на растенията на Земята е 4 пъти по-голяма от повърхността на планетата (Акимова, Хаскин, 2000). За живите организми дължината на вълната има значение, т.к лъчите с различна дължина имат различно биологично значение: инфрачервеното лъчение (780 - 400 nm) действа върху топлинните центрове нервна система, регулиращи окислителните процеси, двигателните реакции и др., ултравиолетовите лъчи (60 - 390 nm), действащи върху покривните тъкани, насърчават производството на различни витамини, стимулират растежа и възпроизводството на клетките.

Видимата светлина е от особено значение, защото... Качеството на светлината е важно за растенията. В спектъра на лъчите се разграничава фотосинтетично активно лъчение (PAR). Дължината на вълната на този спектър е в диапазона 380 – 710 (370-720 nm).

Сезонната динамика на осветеността е свързана с астрономически закономерности, сезонния климатичен ритъм на дадена област и се изразява по различен начин на различните географски ширини. За по-ниските нива тези модели също се наслагват върху фенологичното състояние на растителността. Дневният ритъм на промени в осветеността е от голямо значение. Ходът на радиацията се нарушава от промени в състоянието на атмосферата, облачност и др. (Горышина, 1979).

Растението е непрозрачно тяло, което частично отразява, абсорбира и пропуска светлина. В клетките и тъканите на листата има различни образувания, които осигуряват абсорбцията и пропускането на светлина. За да се увеличи продуктивността на растенията, се увеличава общата площ и броят на фотосинтезиращите елементи, което се постига чрез многоетажно разположение на листата върху растението. ; слоесто разположение на растенията в общността.

Във връзка с интензитета на осветяване се разграничават три групи: светлолюбиви, сенколюбиви, сенкоустойчиви, които се различават по анатомични и морфологични адаптации (в светлолюбиви растениялиста - по-малки, подвижни, космати, имат восъчно покритие, дебела кутикула, кристални включвания и др. в сенколюбивите растения - листата са големи, хлоропластите са големи и многобройни); физиологични адаптации (различни стойности на светлинна компенсация).

Реакцията на продължителността на деня (продължителността на осветеността) се нарича фотопериодизъм. В растенията такива важни процеси като цъфтеж, образуване на семена, растеж, преход към латентно състояние и падане на листата са свързани със сезонни промени в продължителността на деня и температурата. За да цъфтят едни растения е необходима продължителност на деня над 14 часа, за други са достатъчни 7 часа, а трети цъфтят независимо от продължителността на деня.

За животните светлината има информационна стойност. На първо място, според ежедневната активност животните се разделят на дневни, полумръсни и нощни. Органът, който помага да се ориентирате в пространството, са очите. Различните организми имат различно стереоскопично зрение - човек има общо зрение 180 ° - стереоскопично - 140 °, заекът има общо зрение 360 °, стереоскопично 20 °. Бинокулярното зрение е характерно главно за хищни животни (котки и птици). В допълнение, реакцията на светлина определя фототаксис (движение към светлина),

възпроизвеждане, навигация (ориентация спрямо позицията на Слънцето), биолуминесценция. Светлината е сигнал за привличане на лица от противоположния пол.

Най-важният екологичен фактор в живота на земните организми е водата. Необходимо е да се поддържа структурната цялост на клетките, тъканите и целия организъм, т.к е основната част от протоплазмата на клетките, тъканите, растителните и животински сокове. Благодарение на водата се извършват биохимични реакции, доставка на хранителни вещества, газообмен, отделяне и др. Съдържанието на вода в тялото на растенията и животните е доста високо (в листата на тревата - 83-86%, листата на дърветата - 79). -82%, стволовете на дърветата 40-55%, в телата на насекомите - 46-92%, земноводните - до 93%, бозайниците - 62-83%).

Съществуването в земно-въздушна среда представлява важен проблем за организмите да запазят водата в тялото. Следователно формата и функциите на сухоземните растения и животни са адаптирани за защита срещу изсъхване. В живота на растенията доставката на вода, нейната проводимост и транспирация, водният баланс са важни (Walter, 1031, 1937, Shafer, 1956). Промените във водния баланс се отразяват най-добре от смукателната сила на корените.

Едно растение може да абсорбира вода от почвата, стига силата на засмукване на корените да може да се конкурира със силата на засмукване на почвата. Силно разклонена коренова системаосигурява голяма площ на контакт на абсорбиращата част на корена с почвените разтвори. Общата дължина на корените може да достигне 60 км. Смукателната сила на корените варира в зависимост от времето и свойствата на околната среда. Колкото по-голяма е смукателната повърхност на корените, толкова повече вода се абсорбира.

Според регулацията на водния баланс растенията се делят на пойкилохидрични (водорасли, мъхове, папрати, някои цъфтящи растения) и хомохидрични (повечето висши растения).

Във връзка с водния режим се разграничават екологични групи растения.

1. Хигрофитите са сухоземни растения, които живеят във влажни местообитания с висока влажност на въздуха и водоснабдяване на почвата. Характерни особености на хигрофитите са дебели, слабо разклонени корени, въздухоносни кухини в тъканите и отворени устица.

2. Мезофити - растения от умерено влажни местообитания. Тяхната способност да понасят почвена и атмосферна суша е ограничена. Среща се в сухи местообитания - развива се бързо за кратък период от време. Характеризира се с добре развита коренова система с множество коренови власинки и регулиране на интензивността на транспирацията.

3. Ксерофити - растения от сухи местообитания. Това са устойчиви на суша растения, сухородни растения. Степните ксерофити могат да загубят до 25% вода без увреждане, пустинните ксерофити - до 50% от съдържащата се в тях вода (за сравнение, горските мезофити изсъхват със загубата на 1% от водата, съдържаща се в листата). Според естеството на анатомичните, морфологичните и физиологичните адаптации, които осигуряват активния живот на тези растения в условия на недостиг на влага, ксерофитите се разделят на сукуленти (те имат месести и сочни листа и стъбла, способни са да натрупват големи количества вода в техните тъкани, развиват малка смукателна сила и абсорбират влагата от валежите) и склерофитите (сухи на вид растения, които интензивно изпаряват влагата, имат тесни и малки листа, които понякога се извиват в тръба, могат да издържат на тежка дехидратация, смукателната сила на корените могат да бъдат до няколко десетки атмосфери).

При различни групи животни, в процеса на адаптиране към условията на сухоземно съществуване, основното беше да се предотврати загубата на вода. Животните получават вода по различни начини - чрез пиене, със сочна храна, в резултат на метаболизма (поради окисляването и разграждането на мазнини, протеини и въглехидрати). Някои животни могат да абсорбират вода през капаци от влажен субстрат или въздух. Загубата на вода възниква в резултат на изпаряване от кожата, изпарение от лигавиците на дихателните пътища, отделяне на урина и несмлени остатъци от храна. Животните, които получават вода чрез пиене, зависят от местоположението на водните тела (големи бозайници, много птици).

Важен факторза животните е влажността на въздуха, т.к този индикатор определя количеството изпарение от повърхността на тялото. Ето защо структурата на обвивката на тялото е важна за водния баланс на тялото на животното. При насекомите намаляването на изпарението на водата от повърхността на тялото се осигурява от почти непроницаема кутикула и специализирани отделителни органи (Малпигиеви тубули), които секретират почти неразтворим метаболитен продукт, и спирали, които намаляват загубата на вода през газообменната система - през трахеите и трахеолите.

При земноводните по-голямата част от водата навлиза в тялото през пропусклива кожа. Пропускливостта на кожата се регулира от хормон, секретиран от задната хипофизна жлеза. Земноводните отделят много големи количества разредена урина, която е хипотонична спрямо телесните течности. В сухи условия земноводните могат да намалят загубата на вода чрез урината. В допълнение, тези животни могат да натрупват вода пикочен мехури подкожни лимфни пространства.

Влечугите имат много адаптации на различни нива – морфологични (загубата на вода се предотвратява от кератинизирана кожа), физиологични (бели дробове, разположени вътре в тялото, което намалява загубата на вода), биохимични (в тъканите се образува пикочна киселина, която се отделя без много загуба на влага, тъканите са в състояние да понасят повишени концентрации на соли с 50%).

При птиците скоростта на изпарение е ниска (кожата е относително непропусклива за вода, няма потни жлези или пера). Птиците губят вода (до 35% от телесното тегло на ден) при дишане поради висока вентилация в белите дробове и висока телесна температура. Птиците имат процес на реабсорбиране на вода от част от водата в урината и изпражненията си. Някои морски птици (пингвини, ганети, корморани, албатроси), които се хранят с риба и пият морска вода, имат солни жлези, разположени в очните кухини, с помощта на които се отделят излишните соли от тялото.

При бозайниците органите на отделяне и осморегулация са сдвоени, сложни бъбреци, които се кръвоснабдяват и регулират състава на кръвта. Това осигурява постоянен състав на вътреклетъчната и интерстициалната течност. Относително стабилно осмотично налягане на кръвта се поддържа благодарение на баланса между доставката на вода чрез пиене и загубата на вода чрез издишания въздух, потта, изпражненията и урината. Отговорен за фината регулация на осмотичното налягане е антидиуретичният хормон (ADH), който се отделя от задния дял на хипофизната жлеза.

Сред животните има групи: хигрофили, в които механизмите за регулиране на водния метаболизъм са слабо развити или липсват изобщо (това са влаголюбиви животни, които изискват висока влажност на околната среда - пролетни опашки, мокрици, комари, други членестоноги, сухоземни мекотели и земноводни) ; ксерофили, които имат добре развити механизми за регулиране на водния метаболизъм и адаптиране към задържане на вода в тялото, живеещи в сухи условия; мезофили, живеещи в условия на умерена влажност.

Индиректно действащ екологичен фактор в земно-въздушната среда е релефът. Всички форми на релефа влияят върху разпространението на растенията и животните чрез промени в хидротермичния режим или почвено-земната влажност.

В планините на различна надморска височина климатичните условия се променят, което води до височинна зоналност. Географската изолация в планините допринася за образуването на ендемити и запазването на реликтни видове растения и животни. Речните заливни низини улесняват движението на север на по-южните групи растения и животни. Изложението на склоновете е от голямо значение, което създава условия за разпространение на топлолюбиви съобщества на север по южните склонове и студолюбиви съобщества на юг по северните склонове („предварително правило“, В. В. Алехина) .

Почвата съществува само в земно-въздушна среда и се формира в резултат на взаимодействието на възрастта на територията, основната скала, климата, релефа, растенията и животните и човешката дейност. Има екологично значение механичен състав(размер на минералните частици), химичен състав (pH на водния разтвор), соленост на почвата, богатство на почвата. Характеристиките на почвата също действат върху живите организми като косвени фактори, променяйки термохидроложкия режим, карайки растенията (предимно) да се адаптират към динамиката на тези условия и влияят върху пространствената диференциация на организмите.

Наземно-въздушно местообитание

ОСНОВНИ УСЛОВИЯ ЗА ЖИВОТ

ВОДНА СРЕДА

Водната среда (хидросфера) заема 71% от площта глобус. Повече от 98% от водата е концентрирана в моретата и океаните, 1,24% е ледът на полярните региони, 0,45% е прясната вода на реките, езерата и блатата.

В Световния океан има две екологични зони:

воден стълб - пелагичен, а дъното - бентал.

Водната среда е дом на около 150 000 вида животни, или около 7% от общия им брой, и 10 000 вида растения – 8%. Различават се следните: екологични групи водни организми.Пелагиален - обитаван от организми, разделени на нектон и планктон.

Нектон (нектос - плаващ) -Това е колекция от пелагични активно движещи се животни, които нямат пряка връзка с дъното. Това са предимно големи животни, способни да пътуват на големи разстояния и силни водни течения. Те се характеризират с опростена форма на тялото и добре развити органи за движение (риби, калмари, перконоги, китове, освен риби, нектон включва земноводни и активно движещи се насекоми).

Планктон (скитащ, плаващ) -Това е набор от пелагични организми, които нямат способност за бързи активни движения. Делят се на фито- и зоопланктон (дребни ракообразни, протозои - фораминифери, радиоларии; медузи, птероподи). Фитопланктон – диатомеи и зелени водорасли.

Neuston– съвкупност от организми, обитаващи повърхностния слой на водата на границата с въздуха. Това са ларвите на десетоноги, раконоги, копеподи, коремоноги и двучерупчести, бодлокожи и риби. Преминавайки през стадия на ларвите, те напускат повърхностния слой, който им служи като убежище, и се преместват да живеят на дъното или пелагичната зона.

Плайстън –това е съвкупност от организми, част от тялото на които е над повърхността на водата, а другата във водата - водна леща, сифонофори.

Бентос (дълбочина) -съвкупност от организми, които живеят на дъното на водни тела. Дели се на фитобентос и зообентос. Фитобентос - водорасли - диатомеи, зелени, кафяви, червени и бактерии; край бреговете цъфтящи растения– зостера, рупия. Зообентос – фораминифери, гъби, кишечнополостни, червеи, мекотели, риби.

В живота на водните организми важна роля играят вертикалното движение на водата, режимите на плътност, температура, светлина, сол, газ (съдържание на кислород и въглероден диоксид), концентрацията на водородни йони (pH).

температура : Различава се във водата, първо, с по-малък приток на топлина и второ, с по-голяма стабилност, отколкото на сушата. Част от топлинната енергия, пристигаща на повърхността на водата, се отразява, а част се изразходва за изпаряване. Изпарението на водата от повърхността на резервоарите, което изразходва около 2263,8 J/g, предотвратява прегряването на долните слоеве, а образуването на лед, който освобождава топлината на топене (333,48 J/g), забавя тяхното охлаждане. Температурните промени в течащите води следват промените в околния въздух, като се различават с по-малка амплитуда.

В езерата и езерата от умерените ширини термичният режим се определя от добре познат физичен феномен - водата има максимална плътност при 4 o C. Водата в тях е ясно разделена на три слоя:

1. епилимнион- горният слой, чиято температура изпитва резки сезонни колебания;

2. металимнион– преходен слой на температурен скок, има рязка температурна разлика;

3. хиполимнион- дълбоководен слой, достигащ до самото дъно, където температурата се променя леко през годината.

През лятото най-топлите водни слоеве са на повърхността, а най-студените - на дъното. Този тип послойно разпределение на температурата в резервоар се нарича директна стратификация.През зимата, когато температурата падне, обратна стратификация: повърхностният слой е с температура близка до 0 С, на дъното температурата е около 4 С, което съответства на максималната му плътност. Така температурата се повишава с дълбочината. Това явление се нарича температурна дихотомия,наблюдава се в повечето езера в умерения пояс през лятото и зимата. В резултат на температурната дихотомия се нарушава вертикалната циркулация - започва период на временна стагнация - стагнация.

През пролетта повърхностната вода, поради нагряване до 4C, става по-плътна и потъва по-дълбоко, а по-топлата вода се издига от дълбините, за да заеме нейното място. В резултат на такава вертикална циркулация в резервоара възниква хомотермия, т.е. за известно време температурата на цялата водна маса се изравнява. При по-нататъшно повишаване на температурата горните слоеве стават все по-малко плътни и вече не потъват надолу - лятна стагнация. През есента повърхностният слой се охлажда, става по-плътен и потъва по-дълбоко, измествайки повече топла вода. Това се случва преди настъпването на есенната хомотермия. Когато повърхностните води се охладят под 4C, те стават по-малко плътни и отново остават на повърхността. В резултат на това циркулацията на водата спира и настъпва зимна стагнация.

Водата се характеризира със значителни плътност(800 пъти) превъзхожда въздуха) и вискозитет. INСредно във водния стълб на всеки 10 m дълбочина налягането се увеличава с 1 atm. Тези характеристики засягат растенията във факта, че тяхната механична тъкан се развива много слабо или изобщо не се развива, така че стъблата им са много еластични и лесно се огъват. Повечето водни растенияприсъща плаваемост и способността да се окачват във водния стълб, при много водни животни обвивката се смазва със слуз, което намалява триенето при движение и тялото придобива рационализирана форма. Много обитатели са относително стенобатични и ограничени до определени дълбочини.

Прозрачност и светъл режим.Това засяга особено разпространението на растенията: в кални водоеми те живеят само в повърхностния слой. Светлинният режим се определя и от естественото намаляване на светлината с дълбочина поради факта, че водата абсорбира слънчева светлина. В същото време лъчите с различна дължина на вълната се абсорбират по различен начин: червените се абсорбират най-бързо, докато синьо-зелените проникват на значителна дълбочина. Цветът на околната среда се променя, постепенно преминавайки от зеленикаво към зелено, синьо, индигово, синьо-виолетово, заменено от постоянна тъмнина. Съответно с дълбочината зелените водорасли се заменят с кафяви и червени, чиито пигменти са адаптирани да улавят слънчеви лъчи с различна дължина на вълната. Цветът на животните също естествено се променя с дълбочината. IN повърхностни слоевеВодите са обитавани от ярко и разнообразно оцветени животни, докато дълбоководните видове са лишени от пигменти. Местообитанието на здрача е обитавано от животни, боядисани в цветове с червеникав оттенък, което им помага да се скрият от врагове, тъй като червеният цвят в синьо-виолетовите лъчи се възприема като черен.

Поглъщането на светлина във водата е толкова по-силно, колкото по-ниска е нейната прозрачност. Прозрачността се характеризира с изключителна дълбочина, където все още се вижда специално спуснат диск Секи (бял диск с диаметър 20 см). Следователно границите на зоните на фотосинтеза варират значително в различните водни тела. В най-много чисти водизоната на фотосинтезата достига дълбочина 200 m.

Соленост на водата.Водата е отличен разтворител за много минерални съединения. В резултат на това естествените резервоари имат определен химичен състав. Най-висока стойностимат сулфати, карбонати, хлориди. Количеството разтворени соли на 1 литър вода в сладките водоеми не надвишава 0,5 g, в моретата и океаните - 35 g. Сладководните растения и животни живеят в хипотонична среда, т.е. среда, в която концентрацията на разтворени вещества е по-ниска, отколкото в телесните течности и тъкани. Поради разликата в осмотичното налягане извън и вътре в тялото, водата постоянно прониква в тялото и сладководните хидробионти са принудени интензивно да я отстраняват. В тази връзка процесите на осморегулация при тях са добре изразени. При протозоите това се постига чрез работата на екскреторните вакуоли, при многоклетъчните организми - чрез отстраняване на вода през отделителната система. Типично морските и типично сладководните видове не понасят значителни промени в солеността на водата - стенохалинни организми. Eurygalline - сладководен щука, платика, щука, от морето - семейство кефал.

Газов режимОсновните газове във водната среда са кислород и въглероден диоксид.

Кислород- най-важният екологичен фактор. Попада във водата от въздуха и се отделя от растенията по време на фотосинтезата. Съдържанието му във водата е обратно пропорционално на температурата; с понижаване на температурата, разтворимостта на кислорода във вода (както и на други газове) се увеличава. В слоевете, силно населени с животни и бактерии, може да възникне недостиг на кислород поради повишена консумация на кислород. Така в световните океани богатите на живот дълбочини от 50 до 1000 m се характеризират с рязко влошаване на аерацията. Тя е 7-10 пъти по-ниска, отколкото в повърхностните води, обитавани от фитопланктон. Близо до дъното на резервоарите условията могат да бъдат близки до анаеробни.

въглероден диоксид -разтваря се във вода около 35 пъти по-добре от кислорода и концентрацията му във вода е 700 пъти по-висока от тази в атмосферата. Осигурява фотосинтезата на водните растения и участва в образуването на варовикови скелетни образувания на безгръбначни животни.

Концентрация на водородни йони (pH)– сладководни басейни с pH = 3,7-4,7 се считат за киселинни, 6,95-7,3 – неутрални, с pH 7,8 – алкални. В сладководни тела рН дори изпитва ежедневни колебания. Морската вода е по-алкална и pH се променя значително по-малко от прясната вода. pH намалява с дълбочина. Концентрацията на водородни йони играе голяма роля в разпространението на водните организми.

Наземно-въздушно местообитание

Характеристика на земно-въздушната среда на живот е, че организмите, живеещи тук, са заобиколени от газова среда, характеризираща се с ниска влажност, плътност и налягане и високо съдържание на кислород. Обикновено животните в тази среда се движат по почвата (твърд субстрат) и растенията се вкореняват в нея.

В земно-въздушна среда факторите на работната среда имат редица характерни особености: по-висок интензитет на светлина в сравнение с други среди, значителни температурни колебания, промени във влажността в зависимост от географско положение, сезон и час от деня. Въздействието на изброените по-горе фактори е неразривно свързано с движението на въздушните маси – вятъра.

В процеса на еволюция живите организми от земно-въздушната среда са развили характерни анатомични, морфологични, физиологични адаптации.

Нека разгледаме характеристиките на въздействието на основните фактори на околната среда върху растенията и животните в наземно-въздушната среда.

въздух.Въздухът като фактор на околната среда се характеризира с постоянен състав - кислородът в него обикновено е около 21%, въглеродният диоксид 0,03%.

Ниска плътност на въздухаопределя неговата ниска подемна сила и незначителна опора. Всички обитатели на въздуха са тясно свързани с повърхността на земята, която им служи за привързване и опора. Плътността на въздушната среда не осигурява висока устойчивост на организмите, когато се движат по повърхността на земята, но затруднява вертикалното им движение. За повечето организми престоят във въздуха е свързан само със заселване или търсене на плячка.

Ниската подемна сила на въздуха определя максималната маса и размер на земните организми. Най-големите животни, живеещи на повърхността на земята, са по-малки от гигантите на водната среда. Големите бозайници (с размерите и масата на съвременен кит) не биха могли да живеят на сушата, тъй като биха били смачкани от собственото си тегло.

Ниската плътност на въздуха създава малко съпротивление при движение. Екологичните ползи от това свойство на въздушната среда са използвани от много сухоземни животни по време на еволюцията, придобивайки способността да летят. 75% от видовете на всички сухоземни животни са способни на активен полет, главно насекоми и птици, но летци се срещат и сред бозайници и влечуги.

Благодарение на подвижността на въздуха и вертикалните и хоризонтални движения на въздушните маси, съществуващи в долните слоеве на атмосферата, е възможно пасивно летене на редица организми. Много видове са развили анемохория - разпръскване с помощта на въздушни течения. Анемохория е характерна за спори, семена и плодове на растения, протозойни цисти, малки насекоми, паяци и др. Организмите, пренасяни пасивно от въздушни течения, се наричат ​​общо аеропланктон по аналогия с планктонните обитатели на водната среда.

Основната екологична роля на хоризонталните въздушни движения (ветровете) е непряка за усилване и отслабване на въздействието върху земните организми на такива важни фактори на околната среда като температура и влажност. Ветровете увеличават отделянето на влага и топлина от животни и растения.

Газов състав на въздухав приземния слой въздухът е доста хомогенен (кислород - 20,9%, азот - 78,1%, инертни газове - 1%, въглероден диоксид - 0,03% по обем) поради високата си дифузия и постоянното смесване от конвекция и вятърни потоци. Въпреки това различни примеси от газообразни, капково-течни и твърди (прахови) частици, навлизащи в атмосферата от местни източници, могат да имат значително екологично значение.

Високото съдържание на кислород допринесе за увеличаване на метаболизма в сухоземните организми, а животинската хомеотермия възникна на базата на високата ефективност на окислителните процеси. Кислородът, поради постоянно високото си съдържание във въздуха, не е фактор, ограничаващ живота в земната среда. Само на места, при определени условия, се създава временен дефицит, например в натрупвания на разлагащи се растителни остатъци, запаси от зърно, брашно и др.

Едафични фактори.Свойствата на почвата и релефа също оказват влияние върху условията на живот на земните организми, предимно на растенията. Свойствата на земната повърхност, които оказват екологично въздействие върху нейните обитатели, се наричат ​​едафични фактори на околната среда.

Характерът на кореновата система на растенията зависи от хидротермичния режим, аерацията, състава, състава и структурата на почвата. Например, кореновите системи на дървесни видове (бреза, лиственица) в райони с вечна замръзналост са разположени на малка дълбочина и са широко разпространени. Там, където няма вечна замръзналост, кореновите системи на същите тези растения са по-малко разпространени и проникват по-дълбоко. При много степни растения корените могат да достигнат вода от голяма дълбочина; в същото време те имат много повърхностни корени в богатия на хумус почвен хоризонт, откъдето растенията абсорбират елементи на минерално хранене.

Релефът и естеството на почвата оказват влияние върху специфичното движение на животните. Например копитните животни, щраусите и дроплите, живеещи на открито, се нуждаят от твърда почва, за да подобрят отблъскването при бързо бягане. При гущерите, които живеят на подвижни пясъци, пръстите на краката са поръбени с ръб от рогови люспи, което увеличава опорната повърхност. За сухоземните обитатели, които копаят дупки, плътните почви са неблагоприятни. Естеството на почвата в някои случаи влияе върху разпространението на сухоземни животни, които копаят дупки, ровят се в почвата, за да избягат от топлината или хищниците, или снасят яйца в почвата и т.н.

Метеорологични и климатични особености.Условията на живот в земно-въздушната среда също се усложняват от промените във времето. Времето е непрекъснато променящото се състояние на атмосферата на земната повърхност до надморска височина от приблизително 20 km (границата на тропосферата). Променливостта на времето се проявява в постоянна промяна в комбинацията от фактори на околната среда като температура и влажност на въздуха, облачност, валежи, сила и посока на вятъра и др. Метеорологичните промени, заедно с редовното им редуване в годишния цикъл, се характеризират с непериодични колебания, което значително усложнява условията за съществуване на земните организми. Времето засяга живота на водните обитатели в много по-малка степен и само върху населението на повърхностните слоеве.

Климат на района.Дългогодишният метеорологичен режим характеризира климата на района. Понятието климат включва не само средните стойности на метеорологичните явления, но и техния годишен и дневен цикъл, отклонения от него и тяхната честота. Климатът се определя от географските условия на района.

Зоналното разнообразие на климата се усложнява от действието на мусонните ветрове, разпределението на циклоните и антициклоните, влиянието на планинските вериги върху движението на въздушните маси, степента на отдалеченост от океана и много други местни фактори.

За повечето сухоземни организми, особено малките, важен е не толкова климатът на района, колкото условията на тяхното непосредствено местообитание. Много често местните елементи на околната среда (релеф, растителност и т.н.) променят режима на температура, влажност, светлина, движение на въздуха в определен район по такъв начин, че той значително се различава от климатични условиятерен. Такива местни изменения на климата, които се развиват в повърхностния слой на въздуха, се наричат ​​микроклимат. Всяка зона има много разнообразен микроклимат. Могат да бъдат идентифицирани микроклимати на произволно малки площи. Например във венчетата на цветята се създава специален режим, който се ползва от живеещите там. Специален стабилен микроклимат възниква в нори, гнезда, хралупи, пещери и други затворени места.

Валежи.В допълнение към осигуряването на вода и създаването на запаси от влага, те могат да играят и други екологични роли. Така обилните валежи или градушка понякога имат механичен ефект върху растенията или животните.

Екологичната роля на снежната покривка е особено разнообразна. Дневните температурни колебания проникват в снежната покривка само до 25 см, като температурата остава почти непроменена. При студове от -20-30 C под слой сняг от 30-40 cm, температурата е само малко под нулата. Дълбоката снежна покривка предпазва възобновителните пъпки и предпазва зелените части на растенията от измръзване; много видове отиват под снега, без да отделят листата си, например космата трева, Veronica officinalis и др.

Малките сухоземни животни водят активен начин на живот през зимата, правейки цели галерии от тунели под снега и в неговата дебелина. Редица видове, които се хранят със заснежена растителност, дори се характеризират със зимно размножаване, което се отбелязва например при леминги, дървесни и жълтогърли мишки, редица полевки, водни плъхове и др. , тетрев, тундрова яребица - ровят се в снега за през нощта.

Зимната снежна покривка затруднява получаването на храна за големи животни. Много копитни животни (северни елени, диви свине, мускусни говеда) се хранят изключително със заснежена растителност през зимата, а дълбоката снежна покривка и особено твърдата кора на повърхността й, която се появява при ледени условия, ги обричат ​​на глад. Дълбочината на снега може да ограничи географското разпространение на видовете. Например, истинските елени не проникват на север в онези райони, където дебелината на снега през зимата е повече от 40-50 см.

Лек режим.Количеството радиация, достигащо земната повърхност, се определя от географската ширина на района, продължителността на деня, прозрачността на атмосферата и ъгъла на падане на слънчевите лъчи. При различни метеорологични условия 42-70% от слънчевата константа достига земната повърхност. Осветеността на земната повърхност варира в широки граници. Всичко зависи от височината на Слънцето над хоризонта или ъгъла на падане на слънчевите лъчи, продължителността на деня и метеорологичните условия, както и прозрачността на атмосферата. Интензитетът на светлината също варира в зависимост от сезона и времето на деня. В определени райони на Земята качеството на светлината също е неравномерно, например съотношението на дълговълновите (червени) и късовълновите (сини и ултравиолетови) лъчи. Известно е, че късовълновите лъчи се абсорбират и разпръскват от атмосферата повече от дълговълновите лъчи.

В хода на еволюцията тази среда се е развила по-късно от водната. Неговата особеност е, че е газообразен, поради което се характеризира с ниска влажност, плътност и налягане и високо съдържание на кислород. В хода на еволюцията живите организми са развили необходимите анатомични, морфологични, физиологични, поведенчески и други адаптации.

Животните в наземно-въздушната среда се движат по почвата или във въздуха (птици, насекоми), а растенията се вкореняват в почвата. В тази връзка животните са развили бели дробове и трахея, а растенията са развили устичен апарат, т.е. органи, с които сухоземните жители на планетата усвояват кислород директно от въздуха. Силно развити са скелетните органи, които осигуряват автономност на движението по сушата и поддържат тялото с всичките му органи в условия на незначителна плътност на околната среда, хиляди пъти по-малка от водата. Екологичните фактори в земно-въздушната среда се различават от другите местообитания по високата интензивност на светлината, значителните колебания в температурата и влажността на въздуха, връзката на всички фактори с географското местоположение, промяната на сезоните и времето на деня. Техните ефекти върху организмите са неразривно свързани с движението на въздуха и положението спрямо моретата и океаните и са много различни от ефектите във водната среда (Таблица 1).

Таблица 5

Условия на местообитание за въздушни и водни организми

(според D.F. Mordukhai-Boltovsky, 1974)

Сухоземните животни и растения са развили свои собствени, не по-малко оригинални адаптации към неблагоприятните фактори на околната среда: сложната структура на тялото и неговата обвивка, периодичността и ритъма на жизнените цикли, механизмите на терморегулация и др. Целенасочената мобилност на животните в търсене на храна има развити, пренасяни от вятъра спори, семена и прашец, както и растения и животни, чийто живот е изцяло свързан с въздуха. Създадена е изключително тясна функционална, ресурсна и механична връзка с почвата.

Много от адаптациите бяха обсъдени по-горе като примери за характеризиране на абиотичните фактори на околната среда. Затова няма смисъл да се повтаряме сега, тъй като ще се върнем към тях в практическите занятия.

Почвата като местообитание

Земята е единствената планета, която има почва (едасфера, педосфера) - специална, горна обвивка на сушата. Тази черупка се е формирала в исторически обозримо време - тя е на същата възраст като живота на сушата на планетата. За първи път М.В. отговори на въпроса за произхода на почвата. Ломоносов (“За слоевете на земята”): “...почвата е възникнала от разлагането на животински и растителни тела...през времето...”. И великият руски учен вие. Вие. Докучаев (1899: 16) е първият, който нарича почвата самостоятелно природно тяло и доказва, че почвата е „... същото независимо естествено историческо тяло като всяко растение, всяко животно, всеки минерал... тя е резултат, функция от общата, взаимна активност на климата на дадена област, нейните растителни и животински организми, топография и възраст на страната..., накрая, подпочвата, т.е. земните родителски скали... Всички тези почвообразуващи агенти по същество , са напълно еквивалентни по размер и участват равностойно във формирането на нормалната почва...”

И съвременният известен почвовед Н.А. Качински („Почвата, нейните свойства и живот“, 1975) дава следната дефиниция на почвата: „Почвата трябва да се разбира като всички повърхностни слоеве на скалите, обработени и променени от съвместното влияние на климата (светлина, топлина, въздух, вода) , растителни и животински организми”.

Основните структурни елементи на почвата са: минерална основа, органична материя, въздух и вода.

Минерална основа (скелет)(50-60% от цялата почва) е неорганично вещество, образувано в резултат на подлежащата планинска (основна, почвообразуваща) скала в резултат на нейното изветряне. Размерите на скелетните частици варират от камъни и камъни до малки частици пясък и кал. Физикохимичните свойства на почвите се определят главно от състава на почвообразуващите скали.

Пропускливостта и порьозността на почвата, които осигуряват циркулацията както на водата, така и на въздуха, зависят от съотношението на глината и пясъка в почвата и от размера на фрагментите. При умерен климат е идеално, ако почвата е съставена от равни количества глина и пясък, т.е. представлява глинеста почва. В този случай почвите не са изложени на риск нито от преовлажняване, нито от изсушаване. И двете са еднакво разрушителни както за растенията, така и за животните.

органична материя– до 10% от почвата, образува се от мъртва биомаса (растителна маса - постеля от листа, клони и корени, мъртви стволове, тревни парцали, организми на умрели животни), раздробена и преработена в почвен хумус от микроорганизми и определени групи от животни и растения. По-простите елементи, образувани в резултат на разграждането на органичната материя, отново се абсорбират от растенията и се включват в биологичния цикъл.

въздух(15-25%) в почвата се съдържа в кухини – пори, между органични и минерални частици. При отсъствие (тежки глинести почви) или запълване на порите с вода (по време на наводнение, размразяване на вечна замръзналост), аерацията в почвата се влошава и се развиват анаеробни условия. При такива условия физиологичните процеси на организмите, които консумират кислород - аероби - се инхибират, а разлагането на органичната материя е бавно. Постепенно се натрупват, те образуват торф. Големи запаси от торф са типични за блата, блатисти гори и тундрови съобщества. Торфенатрупването е особено силно изразено в северните райони, където студът и преовлажняването на почвите са взаимозависими и се допълват взаимно.

вода(25-30%) в почвата е представена от 4 вида: гравитационна, хигроскопична (свързана), капилярна и парна.

Гравитационен– подвижната вода, заемаща широки пространства между почвените частици, се просмуква под собствената си тежест до нивото подземни води. Лесно се абсорбира от растенията.

Хигроскопични или свързани– адсорбира около колоидни частици (глина, кварц) на почвата и се задържа под формата на тънък филм благодарение на водородните връзки. Освободен от тях, когато висока температура(102-105°С). Той е недостъпен за растенията и не се изпарява. В глинестите почви има до 15% такава вода, в песъчливите почви – 5%.

Капилярна– задържани около почвените частици чрез повърхностно напрежение. Чрез тесни пори и канали - капиляри, тя се издига от нивото на подземните води или се отклонява от кухини с гравитационна вода. По-добре задръжте глинести почви, лесно се изпарява. Растенията лесно го усвояват.

Обща характеристика.В хода на еволюцията земно-въздушната среда е усвоена много по-късно от водната. Животът на сушата изискваше адаптации, които станаха възможни само със сравнително високо ниво на организация както при растенията, така и при животните. Характеристика на земно-въздушната среда на живот е, че организмите, които живеят тук, са заобиколени от въздух и газова среда, характеризираща се с ниска влажност, плътност и налягане и високо съдържание на кислород. Обикновено животните в тази среда се движат по почвата (твърд субстрат) и растенията се вкореняват в нея.

В наземно-въздушната среда действащите фактори на околната среда имат редица характерни особености: по-висок интензитет на светлина в сравнение с други среди, значителни температурни колебания, промени във влажността в зависимост от географското местоположение, сезона и времето на деня (Таблица 3).

Таблица 3

Условия за живот на организмите във въздуха и водната среда (по D.F. Mordukhai-Boltovsky, 1974)

Въздействието на горните фактори е неразривно свързано с движението на въздушните маси – вятъра. В процеса на еволюция живите организми от земно-въздушната среда са развили характерни анатомични, морфологични, физиологични, поведенчески и други адаптации. Например, появиха се органи, които осигуряват директно усвояване на атмосферния кислород по време на дишането (белите дробове и трахеята на животните, устицата на растенията). Скелетните образувания (животински скелет, механични и поддържащи тъкани на растения) са получили силно развитие, които поддържат тялото в условия на ниска плътност на околната среда. Разработени са адаптации за защита срещу неблагоприятни фактори, като периодичността и ритъма на жизнените цикли, сложната структура на обвивката, механизмите на терморегулация и др. Създадена е тясна връзка с почвата (крайници на животни, корени на растения), Развива се подвижността на животните в търсене на храна, появяват се въздушни течения, семена, плодове и прашец на растения, летящи животни.

Нека разгледаме характеристиките на въздействието на основните фактори на околната среда върху растенията и животните в земно-въздушната среда на живот.

Ниска плътност на въздухаобуславя ниската му подемна сила и незначителната противоречивост. Всички обитатели на въздуха са тясно свързани с повърхността на земята, която им служи за привързване и опора. Плътността на въздуха не осигурява висока устойчивост на тялото при движение по повърхността на земята, но затруднява вертикалното движение. За повечето организми престоят във въздуха е свързан само със заселване или търсене на плячка.

Ниската подемна сила на въздуха определя максималната маса и размер на земните организми. Най-големите животни на повърхността на земята са по-малки от гигантите на водната среда. Големите бозайници (с размерите и масата на съвременен кит) не биха могли да живеят на сушата, тъй като биха били смачкани от собственото си тегло. Гигантските мезозойски динозаври са водили полуводен начин на живот. Друг пример: високите, изправени секвои (Sequoja sempervirens), достигащи 100 m, имат мощна поддържаща дървесина, докато в талусите на гигантските кафяви водорасли Macrocystis, растящи до 50 m, механичните елементи са много слабо изолирани в сърцевината. част от талуса.

Ниската плътност на въздуха създава малко съпротивление при движение. Екологичните ползи от това свойство на въздушната среда са използвани от много сухоземни животни по време на еволюцията, придобивайки способността да летят. 75% от всички видове сухоземни животни са способни на активен полет. Това са предимно насекоми и птици, но има и бозайници и влечуги. Сухопътните животни летят главно с помощта на мускулни усилия. Някои животни могат да се плъзгат с помощта на въздушни течения.

Поради подвижността на въздуха, която съществува в долните слоеве на атмосферата, вертикалното и хоризонталното движение на въздушните маси е възможно пасивно летене на някои видове организми, развити анемохория --разпръскване от въздушни течения. Организмите, пренасяни пасивно от въздушни течения, се наричат ​​общо аеропланктон,по аналогия с планктонните обитатели на водната среда. За пасивен полет по н.м. Чернова, А.М. Bylova (1988) организмите имат специални адаптации - малък размер на тялото, увеличаване на площта му поради израстъци, силно разчленяване, голяма относителна повърхност на крилата, използване на мрежа и др.

Анемохорните семена и плодове на растенията също имат много малки размери (например семена от огнище) или различни крилообразни (клен Acer pseudoplatanum) и парашутообразни (глухарче Taraxacum officinale) придатъци

Опрашваните от вятъра растения имат редица адаптации, които подобряват аеродинамичните свойства на прашеца. Цветната им обвивка обикновено е редуцирана и прашниците не са защитени от вятъра по никакъв начин.

При разпространението на растения, животни и микроорганизми основна роля играят вертикалните конвенционални въздушни потоци и слабите ветрове. Бурите и ураганите също имат значително въздействие върху околната среда върху земните организми. Доста често силните ветрове, особено духащи в една посока, огъват клоните и стволовете на дърветата към подветрената страна и причиняват образуването на корони с форма на флаг.

В райони, където постоянно духат силни ветрове, видовият състав на малките летящи животни обикновено е лош, тъй като те не са в състояние да устоят на мощни въздушни течения. така че медоносна пчелалети само при сила на вятъра до 7 - 8 m/s, а листните въшки - при много слаб вятър не повече от 2,2 m/s. Животните на тези места развиват плътни обвивки, които предпазват тялото от охлаждане и загуба на влага. На океанските острови с постоянни силни ветрове преобладават птици и особено насекоми, които са загубили способността си да летят, нямат крила, тъй като онези, които могат да се издигнат във въздуха, са издухани в морето от вятъра и умират.

Вятърът предизвиква промяна в интензивността на транспирацията в растенията и е особено изразен при сухи ветрове, които изсушават въздуха и могат да доведат до смърт на растенията. Основната екологична роля на хоризонталните въздушни движения (ветровете) е непряка и се състои в засилване или отслабване на въздействието върху земните организми на такива важни фактори на околната среда като температура и влажност. Ветровете увеличават отделянето на влага и топлина от животни и растения.

Когато има вятър, жегата се понася по-лесно, а сланата по-трудна и организмите изсъхват и изстиват по-бързо.

Сухоземните организми съществуват в условия на относително ниско налягане, което се дължи на ниската плътност на въздуха. Като цяло, сухоземните организми са по-стенобатични от водните, тъй като нормалните колебания на налягането в тяхната среда възлизат на части от атмосферата, а за тези, които се издигат на голяма надморска височина, например птиците, не надвишават 1/3 от нормалното.

Газов състав на въздуха, както вече беше обсъдено по-рано, в приземния слой на атмосферата той е доста хомогенен (кислород - 20,9%, азот - 78,1%, магнезиев газ - 1%, въглероден диоксид - 0,03% по обем) поради високата си дифузионна способност и постоянна смесване чрез конвекция и вятърни потоци. В същото време различни примеси от газообразни, капково-течни, прахови (твърди) частици, навлизащи в атмосферата от местни източници, често имат значително екологично значение.

Кислородът, поради постоянно високото си съдържание във въздуха, не е фактор, ограничаващ живота в земната среда. Високото съдържание на кислород допринесе за увеличаване на метаболизма в сухоземните организми, а животинската хомеотермия възникна на базата на високата ефективност на окислителните процеси. Само на места, при определени условия, се създава временен недостиг на кислород, например при разлагане на растителни остатъци, зърнени запаси, брашно и др.

В определени области на повърхностния въздушен слой съдържанието на въглероден диоксид може да варира в доста значителни граници. Така при липса на вятър в големите индустриални центрове и градове неговата концентрация може да се увеличи десетократно.

Съществуват регулярни ежедневни промени в съдържанието на въглероден диоксид в приземните слоеве, обусловени от ритъма на фотосинтезата на растенията (фиг. 17).

ориз. 17. Ежедневни промени вертикален профилКонцентрации на CO 2 в горския въздух (от W. Larcher, 1978)

Използвайки примера на ежедневните промени във вертикалния профил на концентрацията на CO 2 в горския въздух, се показва, че през деня, на нивото на короните на дърветата, въглеродният диоксид се изразходва за фотосинтеза, а при липса на вятър, бедна зона тук се образува CO 2 (305 ppm), в който CO идва от атмосферата и почвата (почвено дишане). През нощта се установява стабилна въздушна стратификация с повишена концентрация на CO 2 в почвения слой. Сезонните колебания на въглеродния диоксид са свързани с промени в скоростта на дишане на живите организми, най-вече на почвените микроорганизми.

Във високи концентрации въглеродният диоксид е токсичен, но такива концентрации са рядкост в природата. Ниското съдържание на CO 2 инхибира процеса на фотосинтеза. За да се увеличи скоростта на фотосинтезата в практиката на оранжерии и оранжерии (при затворени земни условия), концентрацията на въглероден диоксид често се повишава изкуствено.

За повечето обитатели на земната среда азотът от въздуха е инертен газ, но микроорганизми като нодулни бактерии, азотобактерии и клостридии имат способността да го свързват и да го включват в биологичния цикъл.

Основният съвременен източник на физически и химическо замърсяванеАтмосферата е антропогенна: промишлени и транспортни предприятия, ерозия на почвата и др. По този начин серният диоксид е токсичен за растенията в концентрации от една петдесет хилядна до една милионна от обема на въздуха. Лишеите умират, когато в околната среда има следи от серен диоксид. Поради това растения, които са особено чувствителни към SO 2, често се използват като индикатори за съдържанието му във въздуха. Обикновените смърч и бор, клен, липа и бреза са чувствителни към дим.

Лек режим.Количеството радиация, достигащо земната повърхност, се определя от географската ширина на района, продължителността на деня, прозрачността на атмосферата и ъгъла на падане на слънчевите лъчи. При различни метеорологични условия 42-70% от слънчевата константа достига земната повърхност. Преминаване през атмосферата слънчева радиацияпретърпява редица промени не само в количествено отношение, но и в състава. Късовълновата радиация се абсорбира от озоновия щит и кислорода във въздуха. Инфрачервените лъчи се абсорбират в атмосферата от водни пари и въглероден диоксид. Останалите достигат земната повърхност под формата на пряка или дифузна радиация.

Комбинацията от пряка и дифузна слънчева радиация съставлява от 7 до 7„ от общата радиация, докато в облачни дни дифузната радиация е 100%. Във високите географски ширини преобладава дифузната радиация, докато в тропиците преобладава пряката радиация. Разсеяната радиация съдържа до 80% жълто-червени лъчи по обяд, пряката радиация - от 30 до 40%. На чисто слънчеви дниСлънчевата радиация, достигаща земната повърхност, се състои от 45% видима светлина (380 - 720 nm) и 45% инфрачервена радиация. Само 10% идват от ултравиолетова радиация. Радиационният режим се влияе значително от атмосферната запрашеност. Поради замърсяването му, в някои градове осветеността може да бъде 15% или по-малко от осветеността извън града.

Осветеността на земната повърхност варира в широки граници. Всичко зависи от височината на Слънцето над хоризонта или ъгъла на падане на слънчевите лъчи, продължителността на деня и метеорологичните условия, както и прозрачността на атмосферата (фиг. 18).

ориз. 18. Разпределение на слънчевата радиация в зависимост от височината на Слънцето над хоризонта (A 1 - високо, A 2 - ниско)

В зависимост от сезона и времето на деня, интензитетът на светлината също варира. В определени райони на Земята качеството на светлината също е неравномерно, например съотношението на дълговълновите (червени) и късовълновите (сини и ултравиолетови) лъчи. Известно е, че късовълновите лъчи се абсорбират и разпръскват от атмосферата повече от дълговълновите лъчи. Следователно в планинските райони винаги има повече късовълнова слънчева радиация.

Дърветата, храстите и културите засенчват района и създават специален микроклимат, отслабвайки радиацията (фиг. 19).

ориз. 19.

А - в рядка борова гора; B - в царевични посеви От входящата фотосинтетично активна радиация 6-12% се отразява (R) от повърхността на насаждението

По този начин в различните местообитания се различава не само интензитетът на радиацията, но и нейният спектрален състав, продължителността на осветяване на растенията, пространственото и времевото разпределение на светлината с различна интензивност и т.н. Съответно, адаптациите на организмите към живот в земната среда при един или друг светлинен режим също са разнообразни. Както отбелязахме по-рано, във връзка със светлината има три основни групи растения: фотофилен(хелиофити), сенколюбив(сциофити) и устойчив на сянка.Светлолюбивите и сенколюбивите растения се различават по положението на своя екологичен оптимум.

При светлолюбивите растения се намира в зоната на пълна слънчева светлина. Силното засенчване им действа потискащо. Това са растения от открити площи или добре осветени степни и ливадни треви (горния слой на тревната маса), скални лишеи, ранни пролетни тревисти растения от широколистни гори, повечето култивирани растения открит терени плевели и т.н. Сенколюбивите растения имат оптимум в зони с ниска осветеност и не могат да понасят силна светлина. Това са предимно долните засенчени слоеве на сложни растителни съобщества, където засенчването е резултат от „прихващането“ на светлина от по-високи растения и съжители. Това включва много стайни и оранжерийни растения. В по-голямата си част те идват от тревната покривка или епифитната флора на тропическите гори.

Екологичната крива на отношението към светлината при устойчивите на сянка растения е донякъде асиметрична, тъй като те растат и се развиват по-добре при пълна светлина, но се адаптират добре към слаба светлина. Те са често срещана и силно гъвкава група растения в земната среда.

Растенията от земно-въздушната среда са развили адаптации към различни условиясветлинен режим: анатомо-морфологичен, физиологичен и др.

Ярък пример за анатомични и морфологични адаптации е промяната във външния вид при различни светлинни условия, например нееднаквият размер на листните остриета в растенията, които са свързани по систематично положение, но живеят при различно осветление (ливадна камбана - Campanula patula и гора - C. trachelium, полска теменужка -- Viola arvensis, растяща по ниви, ливади, покрайнини на гори и горски теменужки -- V. mirabilis), фиг. 20.

ориз. 20. Разпределение на размерите на листата в зависимост от условията на живот на растението: от влажни до сухи и от сенчести до слънчеви

Забележка.Засенчената зона съответства на условията в природата

При условия на излишък и липса на светлина, пространственото разположение на листните остриета в растенията варира значително. При хелиофитните растения листата са ориентирани така, че да намалят притока на радиация през най-„опасните“ часове през деня. Листните плочи са разположени вертикално или под голям ъгъл спрямо хоризонталната равнина, така че през деня листата получават предимно плъзгащи се лъчи (фиг. 21).

Това е особено изразено при много степни растения. Интересно приспособяване към отслабването на полученото лъчение има при така наречените „компасни” растения (дива маруля - Lactuca serriola и др.). Листата на дивата маруля са разположени в една и съща равнина, ориентирана от север на юг, като по обяд пристигането на радиация към повърхността на листата е минимално.

При растенията, устойчиви на сянка, листата са разположени така, че да получават максимално количество падаща радиация.

ориз. 21.

1,2 -- листа с различни ъгли на наклон; S 1, S 2 - пряка радиация, достигаща до тях; Stot -- общият му прием в растението

Често устойчивите на сянка растения са способни на защитни движения: промяна на позицията на листните остриета, когато са изложени на силна светлина. Зоните с тревна покривка със сгънати листа на оксалис съвпадат сравнително точно с местоположението на големи слънчеви изригвания. В структурата на листата като основен приемник на слънчева радиация могат да се отбележат редица адаптивни характеристики. Например, при много хелиофити повърхността на листата помага да се отрази слънчевата светлина (блестяща - в лавр, покрита с леко космато покритие - в кактус, еуфория) или отслабва ефекта им (дебела кутикула, гъсто опушване). Вътрешната структура на листа се характеризира с мощно развитие на палисадна тъкан и наличие на голям брой малки и леки хлоропласти (фиг. 22).

Една от защитните реакции на хлоропластите към излишната светлина е способността им да променят ориентацията си и да се движат в клетката, което е ясно изразено при леките растения.

При ярка светлина хлоропластите заемат позиция на стената в клетката и се превръщат в „ръб“ на посоката на лъчите. При слаба светлина те се разпределят дифузно в клетката или се натрупват в долната й част.

ориз. 22.

1 - тис; 2- лиственица; 3 - копито; 4 - пролетна ясен (Според T.K. Goryshina, E.G. Spring, 1978)

Физиологични адаптациирастенията към светлинните условия на земно-въздушната среда покриват различни жизнени функции. Установено е, че при светлолюбивите растения растежните процеси реагират по-чувствително на липса на светлина в сравнение със сенчестите растения. В резултат на това има повишено удължаване на стъблата, което помага на растенията да пробият на светлината и в горните нива на растителните съобщества.

Основните физиологични адаптации към светлината са в областта на фотосинтезата. Най-общо казано, промяната във фотосинтезата в зависимост от интензитета на светлината се изразява чрез „светлинната крива на фотосинтезата“. Следните му параметри са от екологично значение (фиг. 23).

• 1. Точката на пресичане на кривата с ординатната ос (фиг. 23, а)съответства на големината и посоката на обмен на газ в растенията в пълна тъмнина: липсва фотосинтеза, извършва се дишане (не абсорбция, а освобождаване на CO 2), следователно точка a лежи под оста x.
• 2. Точката на пресичане на кривата на светлината с абсцисната ос (фиг. 23, б)характеризира „точката на компенсация“, т.е. интензитета на светлината, при който фотосинтезата (абсорбция на CO 2 ) балансира дишането (освобождаване на CO 2 ).
• 3. Интензивността на фотосинтезата с увеличаване на светлината се увеличава само до определена граница, след което остава постоянна - светлинната крива на фотосинтезата достига „плато на насищане“.

ориз. 23.

А - обща диаграма; B -- криви за светлолюбиви (1) и сенкоиздръжливи (2) растения

На фиг. 23, зоната на огъване е условно обозначена с гладка крива, чийто счупване съответства на точка V.Проекцията на точка c върху оста x (точка d) характеризира интензитета на "наситената" светлина, т.е. стойност, над която светлината вече не увеличава интензивността на фотосинтезата. Проекция върху ординатната ос (точка г)съответства на най-високата интензивност на фотосинтезата за даден вид в дадена наземно-въздушна среда.

4. Важна характеристика на кривата на светлината е ъгълът на наклон (а) спрямо абсцисата, който отразява степента на увеличаване на фотосинтезата с увеличаване на радиацията (в областта на относително нисък интензитет на светлината).

Растенията проявяват сезонна динамика в реакцията си към светлината. Така че, в космат острица (Carex pilosa) ранна пролетв гората новопоявилите се листа имат плато на светлинна наситеност на фотосинтезата при 20 - 25 хиляди лукса с лятно засенчване при същия вид, кривите на зависимостта на фотосинтезата от светлината стават съответстващи на параметрите на „сенката“, т.е. листата придобиват способността да използват слабата светлина по-ефективно светлината, същите тези листа, след като презимуват под навеса на безлистна пролетна гора, отново показват „светлинните“ характеристики на фотосинтезата.

Своеобразна форма на физиологична адаптация по време на рязка липса на светлина е загубата на способността на растението да фотосинтезира и преходът към хетеротрофно хранене с готови органични вещества. Понякога такъв преход става необратим поради загубата на хлорофил от растенията, например сенчести орхидеи смърчови гори(Goodyera repens, Weottia nidus avis), вихрушка (Monotropa hypopitys). Те живеят от мъртва органична материя, получена от дървета и други растения. Този методхраненето се нарича сапрофитно, а растенията се наричат сапрофити.

За по-голямата част от сухоземните животни с дневна и нощна активност зрението е един от методите за ориентация и има важнода търси плячка. Много животински видове също имат цветно зрение. В това отношение животните, особено жертвите, развиха адаптивни характеристики. Те включват защитно, камуфлажно и предупредително оцветяване, защитно сходство, мимикрия и др. Появата на ярко оцветени цветя на висшите растения също се свързва с характеристиките на зрителния апарат на опрашителите и в крайна сметка със светлинния режим на околната среда.

Воден режим.Дефицитът на влага е един от най- съществени характеристикиземно-въздушна среда на живот. Еволюцията на земните организми протича чрез приспособяване към получаване и запазване на влага. Режимите на влажност на околната среда на сушата са разнообразни - от пълно и постоянно насищане на въздуха с водни пари, където падат няколко хиляди милиметра валежи годишно (области на екваториален и мусонно-тропичен климат) до почти пълното им отсъствие в сух въздух на пустините. Така в тропическите пустини средните годишни валежи са по-малко от 100 mm годишно, като в същото време дъждът не пада всяка година.

Годишното количество валежи не винаги дава възможност да се оцени водоснабдяването на организмите, тъй като същото количество може да характеризира пустинен климат (в субтропиците) и много влажен (в Арктика). Важна роля играе съотношението на валежите и изпарението (общото годишно изпарение от свободната водна повърхност), което също не е еднакво при различни областиглобус. Наричат ​​се райони, където тази стойност надвишава годишната сума на валежите сух(суха, суха). Тук например растенията изпитват липса на влага през по-голямата част от вегетационния период. Зоните, в които растенията са осигурени с влага, се наричат влажен,или мокър. Често се идентифицират преходни зони - полусухи(полусухи).

Зависимостта на растителността от средните годишни валежи и температурата е показана на фиг. 24.

ориз. 24.

1 -- тропическа гора; 2 -- широколистна гора; 3 - степ; 4 - пустиня; 5 -- иглолистна гора; 6 -- арктическа и планинска тундра

Водоснабдяването на сухоземните организми зависи от режима на валежите, наличието на резервоари, запасите от почвена влага, близостта на подпочвените води и др. Това е допринесло за развитието на много адаптации в сухоземните организми към различни режими на водоснабдяване.

На фиг. 25 отляво надясно показва прехода от нисши водорасли, живеещи във вода с клетки без вакуоли, към първични пойкилохидрични сухоземни водорасли, образуването на вакуоли във водно зелено и харофити, преходът от талофити с вакуоли към хомойохидрични кормофити (разпределението на мъховете - хидрофити все още е ограничен до местообитания с висока влажност на въздуха, в сухи местообитания мъховете стават вторично пойкилохидрични); сред папратовидните и покритосеменните (но не и сред голосеменните) има и вторични пойкилохидрични форми. Повечето листни растения са хомойохидрични поради наличието на кутикуларна защита срещу транспирация и силна вакуолизация на техните клетки. Трябва да се отбележи, че ксерофилността на животните и растенията е характерна само за наземно-въздушната среда.

ориз. 2

Валежите (дъжд, градушка, сняг), освен че осигуряват вода и създават запаси от влага, често играят и друга екологична роля. Например, по време на силни дъждове почвата няма време да абсорбира влагата, водата бързо тече в силни потоци и често носи слабо вкоренени растения, малки животни и плодородна почва в езера и реки. В заливните зони дъждът може да причини наводнения и по този начин да окаже неблагоприятно въздействие върху растенията и животните, живеещи там. В периодично наводнени места се образуват уникални заливни флора и фауна.

Градушката има отрицателно въздействие и върху растенията и животните. Селскостопанските култури в отделни ниви понякога са напълно унищожени от това природно бедствие.

Екологичната роля на снежната покривка е разнообразна. За растенията, чиито възобновителни пъпки са разположени в почвата или близо до нейната повърхност, както и за много малки животни, снегът играе ролята на топлоизолиращо покритие, което ги предпазва от ниските зимни температури. При студове над -14°C под 20 cm слой сняг температурата на почвата не пада под 0,2°C. Дълбоката снежна покривка предпазва от измръзване зелените части на растенията, като Veronica officinalis, копитната трева и др., които отиват под снега, без да се разлистят. Малките сухоземни животни водят активен начин на живот през зимата, създавайки множество галерии от проходи под снега и в неговата дебелина. При наличие на обогатена храна гризачите (дървесни и жълтогуши мишки, редица полевки, воден плъхи т.н.). По време на силни студове лешниците, яребиците и тетревите се крият под снега.

Зимната снежна покривка често пречи на големите животни да си набавят храна и да се движат, особено когато на повърхността се образува ледена кора. Така лосовете (Alces alces) свободно преодоляват слой сняг с дълбочина до 50 см, но това е недостъпно за по-малките животни. Често през снежни зими се наблюдава смърт на сърни и диви свине.

Големите количества сняг също имат отрицателно въздействие върху растенията. В допълнение към механичните повреди под формата на снежни стърготини или снегорини, дебелият слой сняг може да доведе до овлажняване на растенията, а когато снегът се топи, особено при дълга пролет, до накисване на растенията.

ориз. 26.

Растенията и животните страдат от ниските температури и силните ветрове през малоснежните зими. Така в години, когато има малко сняг, умират мишевидни гризачи, къртици и други дребни животни. В същото време, в географските ширини, където валежите падат под формата на сняг през зимата, растенията и животните исторически са се адаптирали към живот в сняг или на повърхността му, развивайки различни анатомични, морфологични, физиологични, поведенчески и други характеристики. Например, при някои животни опорната повърхност на краката им се увеличава през зимата, като ги обраства с груби косми (фиг. 26), пера и рогови щитове.

Други мигрират или изпадат в неактивно състояние - сън, зимен сън, диапауза. Редица животни преминават към хранене с определени видове фуражи.

ориз. 5.27.

Белотата на снежната покривка разкрива тъмни животни. Сезонната промяна на окраската при белата яребица и тундрата, хермелина (фиг. 27), планинския заек, невестулката и полярната лисица несъмнено е свързана с избора на камуфлаж, който да съответства на цвета на фона.

Валежите, освен прякото си въздействие върху организмите, определят една или друга влажност на въздуха, която, както вече беше отбелязано, играе важна роля в живота на растенията и животните, тъй като влияе върху интензивността на техния воден метаболизъм. Изпарението от повърхността на тялото на животните и транспирацията в растенията са по-интензивни, колкото по-малко въздухът е наситен с водни пари.

Поглъщането от надземните части на капково-течна влага, падаща под формата на дъжд, както и парообразна влага от въздуха, във висшите растения се среща в епифитите на тропическите гори, които абсорбират влагата по цялата повърхност на листата и въздушни корени. Клоните на някои храсти и дървета, например саксаули - Halaxylon persicum, H. aphyllum, могат да абсорбират парообразна влага от въздуха. При висшите спорови растения и особено при по-ниските растения усвояването на влагата от надземните части е общ метод за водно хранене (мъхове, лишеи и др.). При липса на влага мъховете и лишеите могат да оцелеят дълго времев състояние, близко до въздушно сухо, изпадайки в суспендирана анимация. Но веднага щом вали, тези растения бързо абсорбират влагата с всички земни части, придобиват мекота, възстановяват тургора и възобновяват процесите на фотосинтеза и растеж.

При растенията в силно влажни земни местообитания често има нужда от отстраняване на излишната влага. По правило това се случва, когато почвата е добре загрята и корените активно абсорбират вода и няма транспирация (сутрин или по време на мъгла, когато влажността на въздуха е 100%).

Излишната влага се отстранява от гутация --това е отделянето на вода чрез специални отделителни клетки, разположени по ръба или на върха на листа (фиг. 28).

ориз. 28.

1 - при житни растения, 2 - при ягоди, 3 - при лалета, 4 - при млечки, 5 - при сарматска белевалия, 6 - при детелина

Не само хигрофитите, но и много мезофити са способни на гутация. Например в украинските степи гутацията е открита в повече от половината от всички видове растения. Много ливадни треви се овлажняват толкова много, че намокрят повърхността на почвата. Така животните и растенията се адаптират към сезонното разпределение на валежите, тяхното количество и характер. Това определя състава на растенията и животните, времето на определени фази в цикъла на тяхното развитие.

Влажността също се влияе от кондензацията на водни пари, която често се случва в повърхностния слой на въздуха при промяна на температурата. Росата се появява, когато температурата падне вечер. Често росата пада в такива количества, че обилно намокря растенията, влива се в почвата, повишава влажността на въздуха и създава благоприятни условия за живи организми, особено когато има малко други валежи. Растенията допринасят за отлагането на роса. Охлаждайки се през нощта, те кондензират водни пари върху себе си. Режимът на влажност се влияе значително от мъгли, гъсти облаци и други природни явления.

При количествено характеризиране на растителното местообитание въз основа на водния фактор се използват показатели, които отразяват съдържанието и разпределението на влагата не само във въздуха, но и в почвата. Почвена вода,или почвена влага, е един от основните източници на влага за растенията. Водата в почвата е във фрагментирано състояние, осеяна с пори с различна големина и форма и има голяма повърхностсекция с почва, съдържа редица катиони и аниони. Следователно почвената влага е разнородна по физични и химични свойства. Не цялата вода, съдържаща се в почвата, може да се използва от растенията. По агрегатно състояние, подвижност, наличност и значение за растенията почвената вода се разделя на гравитационна, хигроскопична и капилярна.

Почвата съдържа и парообразна влага, която заема всички безводни пори. Това почти винаги (с изключение на пустинните почви) е наситена водна пара. Когато температурата падне под 0°C, почвената влага се превръща в лед (първоначално свободна вода, а при по-нататъшно охлаждане - част от свързаната вода).

Общото количество вода, което може да се задържи от почвата (определено чрез добавяне на излишна вода и след това изчакване, докато спре да капе) се нарича капацитет на полевата влага.

Следователно общото количество вода в почвата не може да характеризира степента на снабдяване на растенията с влага. За да го определите, е необходимо да извадите коефициента на увяхване от общото количество вода. Въпреки това, физически достъпната почвена вода не винаги е физиологично достъпна за растенията поради ниската температура на почвата, липсата на кислород в почвената вода и почвения въздух, киселинността на почвата и високата концентрация на минерални соли, разтворени в почвената вода. Несъответствието между абсорбцията на вода от корените и освобождаването й от листата води до увяхване на растенията. От количеството физиологично достъпна вода зависи развитието не само на надземните части, но и на кореновата система на растенията. При растенията, растящи на сухи почви, кореновата система като правило е по-разклонена и по-мощна, отколкото на влажни почви (фиг. 29).

ориз. 29.

1 -- с много валежи; 2 - средно; 3 -- при ниско ниво

Един от източниците на почвена влага са подземните води. При ниското им ниво капилярната вода не достига до почвата и не влияе на водния й режим. Овлажняването на почвата само поради валежи причинява силни колебания в нейната влажност, което често се отразява негативно на растенията. Твърде високото ниво на подпочвените води също е вредно, защото води до преовлажняване на почвата, изчерпване на кислорода и обогатяване на минерални соли. Осигурява постоянна влажност на почвата, независимо от капризите на времето оптимално нивоподземни води.

Температурни условия. Отличителна чертаземно-въздушна среда е голям мащабтемпературни колебания. В повечето земни райони дневните и годишните температурни диапазони са десетки градуси. Промените в температурата на въздуха са особено значителни в пустините и субполярните континентални региони. Например сезонният температурен диапазон в пустините Централна Азия 68--77°C, а дневна 25-- 38°C. В околностите на Якутск средната януарска температура е 43°C, средната юлска температура е +19°C, а годишният диапазон е от -64 до +35°C. В Транс-Урал годишното изменение на температурата на въздуха е рязко и се съчетава с голяма променливост на температурите през зимните и пролетните месеци през различните години. Най-студеният месец е януари, средната температура на въздуха е от -16 до -19°C, в някои години пада до -50°C, най-топлият месец е юли с температури от 17,2 до 19,5°C. Максималните положителни температури са 38--41°C.

Температурните колебания на повърхността на почвата са още по-значителни.

Наземните растения заемат зона, прилежаща към повърхността на почвата, т.е. до „интерфейса“, върху който се извършва преходът на падащите лъчи от една среда в друга или по друг начин - от прозрачни към непрозрачни. На тази повърхност се създава специален термичен режим: през деня има силно нагряване поради поглъщането на топлинни лъчи, през нощта има силно охлаждане поради радиация. Оттук приземният слой на въздуха изпитва най-резки дневни температурни колебания, които са най-силно изразени над оголената почва.

Топлинният режим на растителните местообитания, например, се характеризира въз основа на температурни измервания директно в растителната покривка. В тревните съобщества измерванията се извършват вътре и на повърхността на тревостоя, а в горите, където има определен вертикален температурен градиент, в няколко точки на различна височина.

Устойчивостта на температурни промени в околната среда при сухоземните организми е различна и зависи от конкретното местообитание, където протича животът им. Така сухоземните листни растения в по-голямата си част растат в широк температурен диапазон, т.е. те са евритермни. Продължителността на живота им в активно състояние се простира, като правило, от 5 до 55 ° C, докато тези растения са продуктивни между 5 и 40 ° C. Растенията в континенталните райони, които се характеризират с ясни денонощни температурни колебания, се развиват най-добре, когато нощта е с 10-15°C по-студена от деня. Това се отнася за повечето растения в умерения пояс - с температурна разлика 5-10°C, и за тропическите растения с още по-малка амплитуда - около 3°C (фиг. 30).

ориз. 30.

При пойкилотермните организми с повишаване на температурата (Т) продължителността на развитие (t) намалява все по-бързо. Скоростта на развитие Vt може да се изрази с формулата Vt = 100/т.

За постигане на определен етап на развитие (например при насекомите - от яйце), т.е. какавидирането, въображаемият стадий, винаги изисква определена температура. Произведението на ефективната температура (температура над нулевата точка на развитие, т.е. T - To) с продължителността на развитие (t) дава специфична за вида топлинна константаразвитие c=t(T--To). Използвайки това уравнение, можете да изчислите времето на настъпване на определен етап от развитието, например на вредител по растенията, при който контролът му е ефективен.

Растенията, като пойкилотермни организми, нямат собствена стабилна телесна температура. Тяхната температура се определя от топлинния баланс, т.е. съотношението на поглъщане и освобождаване на енергия. Тези стойности зависят от много свойства както на околната среда (размера на пристигащата радиация, температурата на околния въздух и неговото движение), така и на самите растения (цвета и други оптични свойства на растението, размера и местоположението на листата и др.). Основната роля се играе от охлаждащия ефект на транспирацията, който предотвратява силното прегряване на растенията в горещи местообитания. В резултат на горните причини температурата на растенията обикновено се различава (често доста значително) от температурата на околната среда. Тук има три възможни ситуации: температурата на растението е по-висока от температурата на околната среда, по-ниска от нея, равна или много близка до нея. Превишаването на температурата на растенията над температурата на въздуха се среща не само в силно нагрети, но и в по-студени местообитания. Това се улеснява от тъмния цвят или други оптични свойства на растенията, които увеличават абсорбцията на слънчевата радиация, както и анатомични и морфологични характеристики, които спомагат за намаляване на транспирацията. Арктическите растения могат да се нагреят доста забележимо (фиг. 31).

Друг пример е върбата джудже - Salix arctica в Аляска, чиито листа са с 2--11 °C по-топли от въздуха през деня и дори през нощта по време на полярния "24-часов ден" - с 1--3 °C.

За ранните пролетни ефемероиди, така наречените „кокичета“, нагряването на листата дава възможност за доста интензивна фотосинтеза при слънчево, но все още студено време. пролетни дни. За студените местообитания или тези, свързани със сезонни температурни колебания, повишаването на температурата на растенията е екологично много важно, тъй като по този начин физиологичните процеси стават независими до известна степен от околния топлинен фон.

ориз. 31.

Вдясно е интензивността на жизнените процеси в биосферата: 1 - най-студеният слой въздух; 2 -- горна граница на растеж на издънките; 3, 4, 5 - зона на най-голяма активност на жизнените процеси и максимално натрупване на органична материя; 6 -- ниво на вечна замръзналост и долна граница на вкореняване; 7 -- зона с най-ниски температури на почвата

Намаляването на температурата на растенията в сравнение с околния въздух най-често се наблюдава в силно осветени и отопляеми зони на земната сфера (пустиня, степ), където повърхността на листата на растенията е силно намалена, а повишената транспирация помага за отстраняване на излишната топлина и предотвратява прегряване. Най-общо може да се каже, че в горещите местообитания температурата на надземните части на растенията е по-ниска, а в студените е по-висока от температурата на въздуха. Съвпадението на температурата на растенията с температурата на околния въздух е по-рядко - при условия, които изключват силен приток на радиация и интензивна транспирация, например в тревисти растения под навеса на горите и на открити места - при облачно време или по време на дъжд .

Като цяло, сухоземните организми са по-евритермни от водните.

В земно-въздушната среда условията на живот се усложняват от съществуването промени във времето.Времето е непрекъснато променящото се състояние на атмосферата на земната повърхност, приблизително до надморска височина от 20 km (границата на тропосферата). Променливостта на времето се проявява в постоянна промяна в комбинацията от фактори на околната среда като температура и влажност на въздуха, облачност, валежи, сила и посока на вятъра и др. (фиг. 32).

ориз. 32.

Метеорологичните промени, заедно с редовното им редуване в годишния цикъл, се характеризират с непериодични колебания, които значително усложняват условията за съществуване на земните организми. На фиг. 33, използвайки примера на гъсеницата на зъбния молец Carpocapsa pomonella, показва зависимостта на смъртността от температурата и относителната влажност.

ориз. 33.

От това следва, че равните криви на смъртност имат концентрична форма и че оптималната зона е ограничена от относителна влажност от 55 и 95% и температура от 21 и 28 ° C.

Светлината, температурата и влажността на въздуха обикновено определят не максималната, а средната степен на отваряне на устицата в растенията, тъй като рядко се случва съвпадението на всички условия, насърчаващи тяхното отваряне.

Характеризира се дългосрочният метеорологичен режим климат на района.Понятието климат включва не само средните стойности на метеорологичните явления, но и техните годишни и дневни вариации, отклонения от тях и тяхната честота. Климатът се определя от географските условия на района.

Основните климатични фактори са температурата и влажността, измерени чрез количеството на валежите и наситеността на въздуха с водни пари. По този начин в страните, отдалечени от морето, има постепенен преход от влажен климат през полусуха междинна зона със случайни или периодични сухи периоди към суха територия, която се характеризира с продължителна суша, засоляване на почвата и водата (фиг. 34). ).

ориз. 34.

Забележка:Там, където кривата на валежите пресича възходящата линия на евапотранспирация, се намира границата между влажния (вляво) и сухия (вдясно) климат. Хумусният хоризонт е показан в черно, илувиалният хоризонт е показан в засенчване.

Всяко местообитание се характеризира с определен екологичен климат, т.е. климатът на приземния слой на въздуха или екоклимат.

Растителността оказва голямо влияние върху климатичните фактори. По този начин под навеса на гората влажността на въздуха винаги е по-висока и температурните колебания са по-малки, отколкото в сечищата. Светлинният режим на тези места също е различен. Различните растителни асоциации формират свой режим на светлина, температура, влажност, т.е. фитоклимат.

Данните за екоклимата или фитоклимата не винаги са достатъчни, за да характеризират напълно климатичните условия на определено местообитание. Местните елементи на околната среда (релеф, експозиция, растителност и т.н.) много често променят режима на светлина, температура, влажност, движение на въздуха в определен район по такъв начин, че той може да се различава значително от климатичните условия на района. Наричат ​​се местни изменения на климата, които се развиват в повърхностния слой на въздуха микроклимат.Например, условията на живот около ларвите на насекоми, живеещи под кората на дърво, са различни от тези в гората, където расте дървото. температура южна странастволът може да бъде с 10 - 15 ° C по-висок от температурата на северната му страна. Носите, хралупите на дърветата и пещерите, обитавани от животни, имат стабилен микроклимат. Няма ясни разлики между екоклимат и микроклимат. Смята се, че екоклиматът е климатът на големи територии, а микроклиматът е климатът на индивида малки парцели. Микроклиматът влияе върху живите организми на определена територия или местност (фиг. 35).

ориз. 3

на върха е добре затоплен склон с южно изложение;

отдолу - хоризонтален участък на плакора (флористичният състав в двата участъка е еднакъв)

Наличието на множество микроклимати в една зона осигурява съжителството на видове с различни изисквания към външната среда.

Географска зоналност и зоналност.Разпределението на живите организми на Земята е тясно свързано с географските зони и зони. Поясите имат ширина, която естествено се дължи предимно на радиационните граници и естеството на атмосферната циркулация. На повърхността на земното кълбо има 13 географски зони, разположени върху континенти и океани (фиг. 36).

ориз. 36.

Тези са като арктика, антарктика, субарктика, субантарктика,север и юг умерен,север и юг субарктически,север и юг тропически,север и юг субекваториаленИ екваториален.Вътре в коланите има географски зони,където наред с радиационните условия се отчита влажността на земната повърхност и съотношението топлина и влага, характерно за дадена зона. За разлика от океана, където доставката на влага е пълна, на континентите съотношението на топлина и влага може да има значителни разлики. От тук географските зони се простират до континенти и океани, а географските зони само до континенти. Разграничете географска ширинаИ меридиаленили надлъжни природни зони.Първите се простират от запад на изток, вторите от север на юг. В надлъжна посока ширинните зони са разделени на подзони,а по географската ширина - на провинции.

Основател на учението за естествената зоналност е В. В. Докучаев (1846-1903), който обосновава зоналността като универсален закон на природата. Всички явления в биосферата са подчинени на този закон. Основните причини за зоналността са формата на Земята и нейното положение спрямо слънцето. В допълнение към географската ширина разпределението на топлината на Земята се влияе от характера на релефа и надморската височина на района, съотношението на сушата и морето, морските течения и др.

Впоследствие радиационните основи за формирането на зоналността на земното кълбо са разработени от А. А. Григориев и М. И. Будико. За да установят количествена характеристика на връзката между топлина и влага за различни географски зони, те определиха някои коефициенти. Съотношението на топлина и влага се изразява чрез съотношението на повърхностния радиационен баланс към латентната топлина на изпарение и количеството на валежите (индекс на радиационна сухота). Създаден е закон, наречен закон за периодичното географско райониране (А. А. Григориева - М. И. Будико), който гласи: че със смяната на географските пояси, подобни географски(пейзаж, природа) зони и някои от техните общи свойства се повтарят периодично.

Всяка зона е ограничена до определен диапазон от стойности на индикатора: особен характер на геоморфологичните процеси, особен тип климат, растителност, почва и животински свят. На територията на бившия СССР са отбелязани следните географски зони: ледени, тундра, лесотундра, тайга, смесени гори. Руска равнина, мусонни смесени гори на Далечния изток, горски степи, степи, полупустини, умерени пустини, субтропични пустини, средиземноморски и влажни субтропици.

Един от важни условияПроменливостта на организмите и тяхното зонално разпределение на земята се дължи на променливостта на химичния състав на околната среда. В това отношение учението на А. П. Виноградов за биогеохимични провинции,които се определят от зоналността на химичния състав на почвите, както и от климатичната, фитогеографската и геохимичната зоналност на биосферата. Биогеохимичните провинции са области на земната повърхност, които се различават по съдържание (в почви, води и др.) на химични съединения, които са свързани с определени биологични реакции от страна на местната флора и фауна.

Наред с хоризонталното зониране в земната среда, висок етажили вертикалензоналност.

Растителността на планинските страни е по-богата, отколкото в съседните равнини, и се характеризира с повишено разпространение на ендемични форми. Така, според О. Е. Агаханянц (1986), флората на Кавказ включва 6350 вида, от които 25% са ендемични. Флората на планините на Централна Азия се оценява на 5500 вида, от които 25-30% са ендемични, докато в съседните равнини на южните пустини има 200 вида растения.

При изкачване в планините се повтаря същата смяна на зоните, както от екватора към полюсите. В подножието обикновено има пустини, след това степи, широколистни гори, иглолистни гори, тундра и накрая лед. Пълна аналогия обаче все още няма. Докато се изкачвате в планините, температурата на въздуха намалява (средният градиент на температурата на въздуха е 0,6 ° C на 100 m), изпарението намалява, ултравиолетовата радиация и осветеността се увеличават и т.н. Всичко това принуждава растенията да се адаптират към сухи или влажни условия. Доминиращите растения тук са възглавничести форми на живот и трайни насаждения, които са развили адаптация към силно ултравиолетово лъчение и намалена транспирация.

Животинският свят също е уникален планински райони. Ниското атмосферно налягане, значителната слънчева радиация, резките колебания на дневните и нощните температури и промените във влажността на въздуха с надморска височина допринесоха за развитието на специфични физиологични адаптации в тялото на планинските животни. Например при животните се увеличава относителният обем на сърцето, увеличава се съдържанието на хемоглобин в кръвта, което позволява по-интензивно усвояване на кислород от въздуха. Скалистите почви усложняват или почти елиминират дейността на животните за ровене. Много дребни животни (дребни гризачи, щуки, гущери и др.) намират убежище в скални пукнатини и пещери. От птиците, характерни за планинските райони, са планинските пуйки (сулари), планинските чинки, чучулигите и едрите птици - брадати лешояди, лешояди и кондори. Едрите бозайници в планините са обитавани от овни, кози (включително снежни козли), диви кози, якове и др. Хищниците са представени от видове като вълци, лисици, мечки, рисове, снежни леопарди (ирбис) и др.