L'environnement sol-air est le plus difficile en termes de conditions environnementales. La vie sur terre exigeait de telles adaptations qui n'étaient possibles qu'avec un niveau suffisamment élevé d'organisation des plantes et des animaux.

4.2.1. L'air comme facteur écologique pour les organismes terrestres

La faible densité de l'air détermine sa faible force de levage et sa contestabilité négligeable. Les habitants de l'environnement aérien doivent avoir leur propre système de soutien qui soutient le corps: plantes - une variété de tissus mécaniques, animaux - un squelette solide ou, beaucoup moins souvent, un squelette hydrostatique. De plus, tous les habitants de l'environnement aérien sont étroitement liés à la surface de la terre, qui leur sert d'attache et de soutien. La vie en suspension dans l'air est impossible.

Certes, de nombreux micro-organismes et animaux, spores, graines, fruits et pollen de plantes sont régulièrement présents dans l'air et sont transportés par les courants d'air (Fig. 43), de nombreux animaux sont capables de vol actif, cependant, chez toutes ces espèces, le fonction principale de leur cycle de vie - la reproduction - s'effectue à la surface de la terre. Pour la plupart d'entre eux, être dans les airs n'est associé qu'à la réinstallation ou à la recherche de proies.

Riz. 43. Répartition en altitude des arthropodes planctoniques aériens (d'après Dajot, 1975)

La faible densité de l'air entraîne une faible résistance au mouvement. Par conséquent, de nombreux animaux terrestres au cours de l'évolution ont utilisé les avantages écologiques de cette propriété de l'environnement aérien, acquérant la capacité de voler. 75% des espèces de tous les animaux terrestres sont capables de voler activement, principalement des insectes et des oiseaux, mais on trouve également des volants chez les mammifères et les reptiles. Les animaux terrestres volent principalement à l'aide d'efforts musculaires, mais certains peuvent également planer grâce aux courants d'air.

En raison de la mobilité de l'air, des mouvements verticaux et horizontaux des masses d'air existant dans les basses couches de l'atmosphère, le vol passif d'un certain nombre d'organismes est possible.

Anémophilie – voie ancienne pollinisation des plantes. Tous les gymnospermes sont pollinisés par le vent, et parmi les angiospermes, les plantes anémophiles représentent environ 10 % de toutes les espèces.

L'anémophilie est observée dans les familles du hêtre, du bouleau, du noyer, de l'orme, du chanvre, de l'ortie, du casuarina, de la brume, du carex, des céréales, des palmiers et bien d'autres. Les plantes pollinisées par le vent ont un certain nombre d'adaptations qui améliorent les propriétés aérodynamiques de leur pollen, ainsi que des caractéristiques morphologiques et biologiques qui assurent l'efficacité de la pollinisation.

La vie de nombreuses plantes dépend entièrement du vent et la réinstallation est effectuée avec son aide. Une telle double dépendance est observée chez l'épicéa, le pin, le peuplier, le bouleau, l'orme, le frêne, la linaigrette, la quenouille, le saxaul, le juzgun, etc.

De nombreuses espèces se sont développées anémochorie- décantation à l'aide de courants d'air. L'anémochorie est caractéristique des spores, des graines et des fruits des plantes, des kystes de protozoaires, des petits insectes, des araignées, etc. Les organismes transportés passivement par les courants d'air sont appelés collectivement aéroplancton par analogie avec les habitants planctoniques du milieu aquatique. Les adaptations spéciales pour le vol passif sont de très petites tailles corporelles, une augmentation de sa surface due à des excroissances, une forte dissection, une grande surface relative des ailes, l'utilisation de toiles d'araignées, etc. (Fig. 44). Les graines d'anémochores et les fruits des plantes ont également soit de très petites tailles (par exemple, les graines d'orchidées), soit divers appendices ptérygoïdes et en forme de parachute qui augmentent leur capacité de planification (Fig. 45).

Riz. 44. Adaptations pour le transport aérien chez les insectes :

1 – le moustique Cardiocrepis brevirostris ;

2 – la cécidomyie Porrycordila sp.;

3 – Hyménoptères Anargus fuscus ;

4 – Hermès Dreyfusia nordmannianae ;

5 - larve de la spongieuse Lymantria dispar

Riz. 45. Adaptations pour le transport éolien dans les fruits et graines de plantes :

1 – tilleul Tilia intermedia;

2 – Érable Acer monspessulanum;

3 – bouleau Betula pendula;

4 – linaigrette Eriophorum;

5 – pissenlit Taraxacum officinale ;

6 – la quenouille Typha scuttbeworhii

Dans la colonisation des micro-organismes, des animaux et des plantes, le rôle principal est joué par les courants d'air à convection verticale et les vents faibles. Les vents violents, les tempêtes et les ouragans ont également des impacts environnementaux importants sur les organismes terrestres.

La faible densité de l'air entraîne une pression relativement faible sur la terre. Normalement, elle est égale à 760 mm Hg. Art. Lorsque l'altitude augmente, la pression diminue. A 5800 m d'altitude, ce n'est qu'à moitié normal. Les basses pressions peuvent limiter la répartition des espèces dans les montagnes. Pour la plupart des vertébrés, la limite supérieure de la vie est d'environ 6000 M. Une diminution de la pression entraîne une diminution de l'apport d'oxygène et une déshydratation des animaux en raison d'une augmentation de la fréquence respiratoire. A peu près les mêmes limites d'avancement en montagne plantes supérieures. Un peu plus robustes sont les arthropodes (collemboles, acariens, araignées) que l'on peut trouver sur les glaciers au-dessus de la limite de la végétation.

En général, tous les organismes terrestres sont beaucoup plus sténobatiques que les organismes aquatiques, car les fluctuations habituelles de pression dans leur environnement sont des fractions de l'atmosphère, et même pour les oiseaux s'élevant à de grandes hauteurs, ne dépassent pas 1/3 de la normale.

Composition gazeuse de l'air. Outre les propriétés physiques de l'environnement atmosphérique, ses caractéristiques chimiques sont extrêmement importantes pour l'existence d'organismes terrestres. La composition gazeuse de l'air dans la couche superficielle de l'atmosphère est assez homogène en termes de teneur en composants principaux (azote - 78,1%, oxygène - 21,0, argon - 0,9, dioxyde de carbone - 0,035% en volume) en raison de la forte capacité de diffusion des gaz et mélange constant des courants de convection et de vent. Cependant, divers mélanges de particules gazeuses, gouttelettes-liquides et solides (poussière) pénétrant dans l'atmosphère à partir de sources locales peuvent avoir une importance écologique significative.

La teneur élevée en oxygène a contribué à une augmentation du métabolisme des organismes terrestres par rapport aux organismes aquatiques primaires. C'est dans l'environnement terrestre, sur la base de la grande efficacité des processus oxydatifs dans l'organisme, que l'homoiothermie animale est apparue. L'oxygène, du fait de sa teneur constamment élevée dans l'air, n'est pas un facteur limitant la vie dans le milieu terrestre. Ce n'est que par endroits, dans des conditions spécifiques, qu'un déficit temporaire se crée, par exemple, dans les accumulations de résidus végétaux en décomposition, les stocks de céréales, de farine, etc.

La teneur en dioxyde de carbone peut varier dans certaines zones de la couche d'air superficielle dans des limites assez importantes. Par exemple, en l'absence de vent au centre des grandes villes, sa concentration est décuplé. Évolution quotidienne régulière de la teneur en dioxyde de carbone des couches superficielles associée au rythme de la photosynthèse des plantes. Les variations saisonnières sont dues à des changements dans l'intensité de la respiration des organismes vivants, principalement la population microscopique des sols. Une saturation accrue de l'air en dioxyde de carbone se produit dans les zones d'activité volcanique, à proximité des sources thermales et d'autres exutoires souterrains de ce gaz. À fortes concentrations, le dioxyde de carbone est toxique. Dans la nature, de telles concentrations sont rares.

Dans la nature, la principale source de dioxyde de carbone est ce que l'on appelle la respiration du sol. Les micro-organismes du sol et les animaux respirent très intensément. Le dioxyde de carbone se diffuse du sol dans l'atmosphère, particulièrement vigoureusement pendant la pluie. Une grande partie est émise par des sols modérément humides, bien réchauffés, riches en résidus organiques. Par exemple, le sol d'une forêt de hêtres émet du CO 2 de 15 à 22 kg/ha par heure, et un sol sablonneux non fertilisé n'est que de 2 kg/ha.

Dans les conditions modernes, l'activité humaine dans la combustion de combustibles fossiles est devenue une source puissante de quantités supplémentaires de CO 2 pénétrant dans l'atmosphère.

L'azote de l'air pour la plupart des habitants du milieu terrestre est un gaz inerte, mais un certain nombre d'organismes procaryotes (bactéries nodulaires, Azotobacter, clostridies, algues bleues, etc.) ont la capacité de le lier et de l'impliquer dans le cycle biologique.

Riz. 46. Montagne avec végétation détruite en raison des émissions de dioxyde de soufre des industries voisines

Les impuretés locales pénétrant dans l'air peuvent également affecter de manière significative les organismes vivants. Cela est particulièrement vrai pour les substances gazeuses toxiques - méthane, oxyde de soufre, monoxyde de carbone, oxyde d'azote, sulfure d'hydrogène, composés chlorés, ainsi que les particules de poussière, de suie, etc., polluant l'air dans les zones industrielles. De base source contemporaine pollution chimique et physique de l'atmosphère anthropique: travail de diverses entreprises industrielles et de transport, érosion des sols, etc. L'oxyde de soufre (SO 2), par exemple, est toxique pour les plantes même à des concentrations allant d'un cinquante millième à un millionième du volumes d'air. Autour des centres industriels qui polluent l'atmosphère avec ce gaz, presque toute la végétation meurt (Fig. 46). Certaines espèces végétales sont particulièrement sensibles au SO 2 et servent d'indicateur sensible de son accumulation dans l'air. Par exemple, de nombreux lichens meurent même avec des traces d'oxyde de soufre dans l'atmosphère environnante. Leur présence dans les forêts autour des grandes villes témoigne de la grande pureté de l'air. La résistance des plantes aux impuretés de l'air est prise en compte lors de la sélection des espèces pour les aménagements paysagers. Sensible à la fumée, par ex. épicéa et pin, érable, tilleul, bouleau. Les plus résistants sont le thuya, le peuplier canadien, l'érable américain, le sureau et quelques autres.

4.2.2. Sol et relief. Caractéristiques météorologiques et climatiques de l'environnement sol-air

Facteurs environnementaux édaphiques. Les propriétés du sol et le terrain affectent également les conditions de vie des organismes terrestres, principalement les plantes. Les propriétés de la surface de la terre qui ont un impact écologique sur ses habitants sont unies par le nom facteurs environnementaux édaphiques (du grec "edafos" - fondation, sol).

La nature du système racinaire des plantes dépend du régime hydrothermal, de l'aération, de la composition, de la composition et de la structure du sol. Par exemple, les systèmes racinaires des espèces d'arbres (bouleau, mélèze) dans les zones de pergélisol sont situés à faible profondeur et étalés en largeur. Là où il n'y a pas de pergélisol, les systèmes racinaires de ces mêmes plantes sont moins étendus et pénètrent plus profondément. Dans de nombreuses plantes de steppe, les racines peuvent puiser de l'eau à de grandes profondeurs, alors qu'en même temps, elles ont de nombreuses racines superficielles dans l'horizon du sol humifère, d'où les plantes absorbent les nutriments minéraux. Sur les sols gorgés d'eau et mal aérés des mangroves, de nombreuses espèces ont des racines respiratoires spéciales - les pneumatophores.

Un certain nombre de groupes écologiques de plantes peuvent être distingués en fonction des différentes propriétés du sol.

Ainsi, selon la réaction à l'acidité du sol, ils distinguent : 1) acidophile espèces - poussent sur des sols acides avec un pH inférieur à 6,7 (plantes de tourbières à sphaignes, belous); 2) neutrophile - gravitent vers des sols avec un pH de 6,7 à 7,0 (la plupart des plantes cultivées); 3) basiphile- grandir à un pH supérieur à 7,0 (mordovnik, anémone forestière); quatre) indifférent - peut pousser sur des sols avec différentes valeurs de pH (muguet, fétuque ovine).

Par rapport à la composition brute du sol, il y a : 1) oligotrophe plantes contenant peu d'éléments de frêne (pin sylvestre); 2) eutrophe, ceux qui ont besoin d'un grand nombre d'éléments de frêne (chêne, chèvrefeuille, faucon vivace); 3) mésotrophe, nécessitant une quantité modérée d'éléments de frêne (épicéa).

Nitrophiles- plantes qui préfèrent les sols riches en azote (ortie dioïque).

Les plantes des sols salins forment un groupe halophytes(soleros, sarsazan, kokpek).

Certaines espèces végétales sont confinées à différents substrats : pétrophytes poussent sur des sols rocailleux et psammophytes habitent les sables meubles.

Le terrain et la nature du sol affectent les spécificités du mouvement des animaux. Par exemple, les ongulés, les autruches, les outardes vivant sur espaces ouverts, besoin d'un sol solide pour améliorer la répulsion lors de la course rapide. Chez les lézards qui vivent sur des sables meubles, les doigts sont bordés d'une frange d'écailles cornées, ce qui augmente la surface d'appui (Fig. 47). Pour les habitants terrestres creusant des trous, les sols denses sont défavorables. La nature du sol affecte dans certains cas la répartition des animaux terrestres qui creusent des trous, s'enfouissent dans le sol pour échapper à la chaleur ou aux prédateurs, ou pondent des œufs dans le sol, etc.

Riz. 47. Gecko à doigts en éventail - un habitant des sables du Sahara: A - gecko à doigts en éventail; B - patte de gecko

caractéristiques météorologiques. Les conditions de vie en milieu sol-air sont compliquées, de plus, changements de temps.Temps - il s'agit d'un état de l'atmosphère en constante évolution près de la surface terrestre jusqu'à une hauteur d'environ 20 km (limite de la troposphère). La variabilité météorologique se manifeste par la variation constante de la combinaison de facteurs environnementaux tels que la température et l'humidité de l'air, la nébulosité, les précipitations, la force et la direction du vent, etc. Les changements météorologiques, ainsi que leur alternance régulière dans le cycle annuel, se caractérisent par des fluctuations périodiques, ce qui complique considérablement les conditions d'existence des organismes terrestres. Le temps affecte la vie des habitants aquatiques dans une bien moindre mesure et uniquement sur la population des couches superficielles.

Le climat de la région. Le régime climatique à long terme caractérise le climat de la région. Le concept de climat comprend non seulement les valeurs moyennes des phénomènes météorologiques, mais également leur évolution annuelle et quotidienne, les écarts par rapport à celui-ci et leur fréquence. Le climat est déterminé par les conditions géographiques de la région.

La diversité zonale des climats est compliquée par l'action des vents de mousson, la répartition des cyclones et des anticyclones, l'influence des chaînes de montagnes sur le mouvement des masses d'air, le degré d'éloignement de l'océan (continentalité) et de nombreux autres facteurs locaux. Dans les montagnes, il existe une zonalité climatique, à bien des égards similaire au changement de zones des basses latitudes aux hautes latitudes. Tout cela crée une variété extraordinaire de conditions de vie sur terre.

Pour la plupart des organismes terrestres, en particulier les petits, ce n'est pas tant le climat de la région qui est important, mais les conditions de leur habitat immédiat. Très souvent, les éléments locaux de l'environnement (relief, exposition, végétation, etc.) dans une zone particulière modifient le régime de température, d'humidité, de lumière, de circulation de l'air de telle manière qu'il diffère considérablement des conditions climatiques de la zone. Ces modifications climatiques locales qui prennent forme dans la couche d'air de surface sont appelées microclimat. Dans chaque zone, les microclimats sont très divers. Il est possible de distinguer les microclimats de zones arbitrairement petites. Par exemple, un mode spécial est créé dans les corolles de fleurs, qui sont utilisées par les insectes qui y vivent. Les différences de température, d'humidité de l'air et de force du vent sont largement connues dans les espaces ouverts et dans les forêts, dans les herbages et sur les sols nus, sur les pentes des expositions nord et sud, etc. Un microclimat stable particulier se produit dans les terriers, les nids, les creux , grottes et autres lieux fermés.

Précipitation. En plus de fournir de l'eau et de créer des réserves d'humidité, ils peuvent jouer un autre rôle écologique. Ainsi, de fortes averses de pluie ou de grêle ont parfois un effet mécanique sur les plantes ou les animaux.

Le rôle écologique de l'enneigement est particulièrement diversifié. Les fluctuations de température quotidiennes ne pénètrent dans l'épaisseur de la neige que jusqu'à 25 cm; plus profondément, la température ne change presque pas. Aux gelées de -20-30 ° C, sous une couche de neige de 30-40 cm, la température n'est que légèrement inférieure à zéro. Une épaisse couche de neige protège les bourgeons du renouvellement, protège les parties vertes des plantes du gel; de nombreuses espèces vont sous la neige sans perdre de feuillage, par exemple l'oseille poilue, Veronica officinalis, le sabot, etc.

Riz. 48. Schéma d'étude télémétrique du régime de température d'un tétras noisette situé dans un trou de neige (d'après A. V. Andreev, A. V. Krechmar, 1976)

Les petits animaux terrestres mènent également une vie active en hiver, creusant des galeries entières de passages sous la neige et dans son épaisseur. Pour un certain nombre d'espèces qui se nourrissent de végétation enneigée, même la reproduction hivernale est caractéristique, ce qui est noté, par exemple, chez les lemmings, les souris des bois et à gorge jaune, un certain nombre de campagnols, de rats d'eau, etc. Oiseaux tétras - tétras noisette, tétras lyre, perdrix de la toundra - s'enfouir dans la neige pour la nuit ( Fig. 48).

La couverture de neige hivernale empêche les gros animaux de se nourrir. De nombreux ongulés (rennes, sangliers, bœufs musqués) se nourrissent exclusivement de végétation enneigée en hiver, et une épaisse couche de neige, et surtout une croûte dure à sa surface qui se forme dans la glace, les condamnent à la famine. Au cours de l'élevage de bétail nomade dans la Russie pré-révolutionnaire, une énorme catastrophe dans les régions du sud a été jute - pertes massives de bétail à cause du grésil, privant les animaux de nourriture. Les déplacements sur la neige épaisse et meuble sont également difficiles pour les animaux. Les renards, par exemple, pendant les hivers enneigés, préfèrent les zones de la forêt sous des sapins denses, où la couche de neige est plus fine, et ne sortent presque pas dans les clairières et les bords ouverts. L'épaisseur de la couverture de neige peut limiter la répartition géographique des espèces. Par exemple, les vrais cerfs ne pénètrent pas vers le nord dans les zones où l'épaisseur de la neige en hiver est supérieure à 40–50 cm.

La blancheur du manteau neigeux démasque les animaux sombres. La sélection du camouflage pour correspondre à la couleur de fond a apparemment joué un rôle important dans l'apparition de changements de couleur saisonniers chez la perdrix blanche et de la toundra, le lièvre variable, l'hermine, la belette et le renard arctique. Sur les îles Commander, avec les renards blancs, il y a beaucoup de renards bleus. D'après les observations des zoologistes, ces derniers se tiennent principalement près des rochers sombres et des bandes de surf non gelées, tandis que les blancs préfèrent les zones recouvertes de neige.

L'environnement terre-air est caractérisé par les caractéristiques des conditions écologiques qui ont formé des adaptations spécifiques chez les plantes et les animaux terrestres, ce qui se traduit par une variété d'adaptations morphologiques, anatomiques, physiologiques, biochimiques et comportementales.

La faible densité de l'air atmosphérique rend difficile le maintien de la forme du corps, car les plantes et les animaux se sont formés système de support. Chez les végétaux, ce sont des tissus mécaniques (fibres libériennes et de bois) qui assurent la résistance aux charges statiques et dynamiques : vent, pluie, enneigement. L'état stressé de la paroi cellulaire (turgescence), causé par l'accumulation de liquide à haute pression osmotique dans les vacuoles des cellules, détermine l'élasticité des feuilles, des tiges d'herbe et des fleurs. Chez les animaux, le corps est soutenu par l'hydrosquelette (chez les vers ronds), le squelette externe (chez les insectes) et le squelette interne (chez les mammifères).

La faible densité du milieu facilite le déplacement des animaux. De nombreuses espèces terrestres sont capables de voler (actives ou planantes) - oiseaux et insectes, il existe également des représentants de mammifères, d'amphibiens et de reptiles. Le vol est associé au mouvement et à la recherche de proies.Le vol actif est possible grâce aux membres antérieurs modifiés et aux muscles pectoraux développés. Chez les animaux planeurs, des plis cutanés se sont formés entre les membres antérieurs et postérieurs, qui s'étirent et jouent le rôle de parachute.

La grande mobilité des masses d'air a formé chez les plantes la plus ancienne méthode de pollinisation des plantes par le vent (anémophilie), caractéristique de nombreuses plantes. rayures moyennes et règlement avec l'aide du vent. Ce groupe écologique d'organismes (aéroplancton) s'est adapté en raison de la grande surface relative due aux parachutes, aux ailes, aux excroissances et même aux toiles d'araignées, ou en raison de très petites tailles.

Basse pression atmosphérique, qui est normalement de 760 mm colonne de mercure(ou 101 325 Pa), de petites chutes de pression, ont formé une sensibilité aux fortes chutes de pression chez presque tous les habitants de la terre. La limite supérieure de la vie pour la plupart des vertébrés est d'environ 6 000 m.Une diminution de la pression atmosphérique avec une augmentation de l'altitude réduit la solubilité de l'oxygène dans le sang. Cela augmente la fréquence de la respiration et, par conséquent, une respiration rapide entraîne une déshydratation. Cette dépendance simple n'est pas typique seulement pour les espèces rares d'oiseaux et certains invertébrés.

La composition gazeuse du milieu sol-air se caractérise par une forte teneur en oxygène (plus de 20 fois supérieure à celle du milieu aquatique). Cela permet aux animaux d'avoir des taux métaboliques très élevés. Par conséquent, ce n'est que sur terre que l'homothermie (la capacité de maintenir une température corporelle constante, principalement en raison de l'énergie interne) peut survenir.

La valeur de la température dans la vie des organismes est déterminée par l'influence sur la vitesse des réactions biochimiques. Montée en température (jusqu'à 60°C) environnement provoque la dénaturation des protéines dans les organismes. Une forte baisse de température entraîne une diminution du taux métabolique et, en tant que condition critique, le gel de l'eau dans les cellules (les cristaux de glace dans les cellules violent l'intégrité des structures intracellulaires). Fondamentalement, sur terre, les organismes vivants ne peuvent exister que dans la plage 0 ° - + 50 °, tk. ces températures sont compatibles avec le déroulement des processus vitaux fondamentaux. Cependant, chaque espèce a ses propres valeurs de température létale supérieure et inférieure, la valeur d'inhibition de la température et l'optimum de température.

Les organismes dont l'activité vitale et l'activité dépendent de la chaleur extérieure (microorganismes, champignons, plantes, invertébrés, cyclostomes, poissons, amphibiens, reptiles) sont appelés poïkilothermes. Parmi eux se trouvent les sténothermes (cryophiles - adaptés aux petites différences de basses températures et thermophiles - adaptés aux petites différences de températures élevées) et les eurythermes, qui peuvent exister dans une grande amplitude de température. Les adaptations pour supporter les basses températures, qui permettent de réguler le métabolisme pendant une longue période, sont réalisées dans les organismes de deux manières: a) la capacité aux réarrangements biochimiques et physiologiques - l'accumulation d'antigels qui abaissent le point de congélation des liquides dans les cellules et les tissus et donc empêcher la formation de glace ; changement dans l'ensemble, la concentration et l'activité des enzymes, changement; b) l'endurance au gel (résistance au froid) est un arrêt temporaire de l'état actif (hypobiose ou cryptobiose) ou l'accumulation de glycérol, sorbitol, mannitol dans les cellules, qui empêchent la cristallisation du liquide.

Les Eurytherms ont une capacité bien développée à passer à un état latent avec des écarts de température importants par rapport à la valeur optimale. Après l'oppression par le froid, les organismes à une certaine température rétablissent un métabolisme normal, et cette valeur de température est appelée seuil de température de développement ou zéro biologique de développement.

La base des réarrangements saisonniers chez les espèces - les eurythermes, qui sont répandus, est l'acclimatation (décalage de l'optimum de température), lorsque certains gènes sont inactivés et d'autres sont activés, qui sont responsables du remplacement de certaines enzymes par d'autres. Ce phénomène se retrouve dans différentes parties de la gamme.

Chez les plantes, la chaleur métabolique est extrêmement négligeable ; par conséquent, leur existence est déterminée par la température de l'air dans l'habitat. Les plantes s'adaptent pour tolérer des fluctuations de température assez importantes. L'essentiel dans ce cas est la transpiration, qui refroidit la surface des feuilles en cas de surchauffe; réduction du limbe foliaire, mobilité foliaire, pubescence, enduit cireux. Les plantes s'adaptent aux conditions froides à l'aide de formes de croissance (nanisme, croissance en coussin, treillis), coloration. Tout cela s'applique à la thermorégulation physique. La thermorégulation physiologique est la chute des feuilles, la mort de la partie terrestre, le transfert d'eau libre à un état lié, l'accumulation d'antigel, etc.).

Les animaux poïkilothermes ont la possibilité d'une thermorégulation évaporative associée à leur déplacement dans l'espace (amphibiens, reptiles). Ils choisissent le plus conditions optimales, produisent beaucoup de chaleur interne (endogène) lors du processus de contraction musculaire ou de tremblement musculaire (échauffement des muscles pendant le mouvement). Les animaux ont des adaptations comportementales (posture, abris, terriers, nids).

Les animaux homéothermes (oiseaux et mammifères) ont une température corporelle constante et sont peu dépendants de la température ambiante. Ils se caractérisent par des adaptations basées sur une forte augmentation des processus oxydatifs résultant du perfectionnement des systèmes nerveux, circulatoire, respiratoire et autres. Ils ont une thermorégulation biochimique (lorsque la température de l'air baisse, le métabolisme des lipides augmente; les processus oxydatifs augmentent, en particulier dans les muscles squelettiques; il existe un tissu adipeux brun spécialisé dans lequel toute l'énergie chimique libérée va à la formation d'ATP et au réchauffement du corps ; la quantité de nourriture consommée augmente). Mais une telle thermorégulation a des limites climatiques (défavorable en hiver, en conditions polaires, en été dans les zones tropicales et équatoriales).

La thermorégulation physique est bénéfique pour l'environnement (constriction réflexe et expansion des vaisseaux sanguins de la peau, effet d'isolation thermique de la fourrure et des plumes, échange de chaleur à contre-courant), car est réalisée en raison de la préservation de la chaleur dans le corps (Chernova, Bylova, 2004).

La thermorégulation comportementale des homoitermes est caractérisée par la diversité : changement de posture, recherche d'abris, construction de terriers complexes, nids, migrations, comportement de groupe, etc.

La lumière est le facteur environnemental le plus important pour les organismes. Les processus qui se produisent sous l'action de la lumière sont la photosynthèse (1 à 5 % de la lumière incidente est utilisée), la transpiration (75 % de la lumière incidente est utilisée pour évaporer l'eau), la synchronisation de l'activité vitale, le mouvement, la vision, la synthèse des vitamines .

La morphologie des plantes et la structure des communautés végétales sont organisées pour l'absorption la plus efficace de l'énergie solaire. La surface recevant la lumière des plantes sur Terre est 4 fois plus grande que la surface de la planète (Akimova et Khaskin, 2000). Pour les organismes vivants, la longueur d'onde est importante, car. les rayons de différentes longueurs ont une signification biologique différente : le rayonnement infrarouge (780 - 400 nm) agit sur les centres thermiques système nerveux En régulant les processus oxydatifs, les réactions motrices, etc., les rayons ultraviolets (60 - 390 nm) agissant sur les tissus tégumentaires, contribuent à la production de diverses vitamines, stimulent la croissance et la reproduction des cellules.

La lumière visible revêt une importance particulière, car Pour les plantes, la composition qualitative de la lumière est importante. Dans le spectre des rayons émettent un rayonnement actif photosynthétique (PAR). La longueur d'onde de ce spectre se situe entre 380 et 710 (370 - 720 nm).

La dynamique saisonnière de l'éclairement est associée aux schémas astronomiques, au rythme climatique saisonnier d'une zone donnée, et s'exprime différemment selon les latitudes. Pour les niveaux inférieurs, l'état phénologique de la végétation se superpose également à ces régularités. Le rythme quotidien des changements d'éclairage est d'une grande importance. Le cours du rayonnement est perturbé par les changements d'état de l'atmosphère, des nuages, etc. (Goryshina, 1979).

La plante est un corps opaque qui réfléchit partiellement la lumière, l'absorbe et la transmet. Dans les cellules et les tissus des feuilles, il existe diverses formations qui assurent l'absorption et la transmission de la lumière.Pour augmenter la productivité de la plante, ils augmentent la surface totale et le nombre d'éléments photosynthétiques, ce qui est obtenu par la disposition à plusieurs étages de feuilles sur la plante; arrangement à plusieurs niveaux des plantes dans la communauté.

En ce qui concerne la force de l'éclairage, on distingue trois groupes: ceux qui aiment la lumière, ceux qui aiment l'ombre, ceux qui tolèrent l'ombre, qui diffèrent par leurs adaptations anatomiques et morphologiques (chez les plantes qui aiment la lumière, les feuilles sont plus petites, mobiles, pubescentes, ont un revêtement cireux, cuticule épaisse, exclusions cristallines, etc. chez les plantes qui aiment l'ombre, les feuilles sont grandes, les chloroplastes sont gros et nombreux) ; adaptations physiologiques (différentes valeurs de compensation lumineuse).

La réponse à la longueur du jour (durée de la lumière) est appelée photopériodisme. Chez les plantes, des processus aussi importants que la floraison, la formation des graines, la croissance, la transition vers un état de dormance, la chute des feuilles sont associés à des changements saisonniers de la durée du jour et de la température. Pour la floraison de certaines plantes, une longueur de jour de plus de 14 heures est nécessaire, pour d'autres 7 heures suffisent, et d'autres fleurissent quelle que soit la durée de la journée.

Pour les animaux, la lumière est informative. Tout d'abord, selon l'activité quotidienne, les animaux sont divisés en diurnes, crépusculaires et nocturnes. Les organes qui aident à naviguer dans l'espace sont les yeux. Différents organismes ont une vision stéréoscopique différente - chez l'homme, la vision totale est de 180 ° - stéréoscopique-140 °, chez le lapin - totale 360 ​​°, stéréoscopique 20 °. La vision binoculaire est principalement caractéristique des animaux prédateurs (chats et oiseaux). De plus, la phototaxie (mouvement vers la lumière) est déterminée par la réaction à la lumière,

reproduction, navigation (orientation par rapport à la position du Soleil), bioluminescence. La lumière est un signal pour attirer les individus du sexe opposé.

Le facteur environnemental le plus important dans la vie des organismes terrestres est l'eau. Il est nécessaire de maintenir l'intégrité structurelle des cellules, des tissus, de tout l'organisme, car. est la partie principale du protoplasme des cellules, des tissus, des sucs végétaux et animaux. Grâce à l'eau, des réactions biochimiques sont effectuées, l'apport de nutriments, les échanges gazeux, l'excrétion, etc. La teneur en eau dans le corps des plantes et des animaux est assez élevée (83-86% dans les feuilles d'herbe, 79-82% dans les arbres feuilles, 40-55% dans les troncs d'arbres, dans le corps des insectes - 46-92%, amphibiens - jusqu'à 93%, mammifères - 62-83%).

L'existence dans un environnement terre-air pose un problème important pour les organismes pour maintenir l'eau dans le corps. Par conséquent, la forme et la fonction des plantes et des animaux terrestres sont adaptées pour protéger contre la dessiccation. Dans la vie des plantes, l'apport d'eau, sa conduction et sa transpiration, le bilan hydrique sont importants (Walter, 1031, 1937, Schafer, 1956). Les changements dans l'équilibre hydrique sont mieux reflétés par le pouvoir de succion des racines.

La plante peut absorber l'eau du sol tant que le pouvoir suceur des racines peut concurrencer le pouvoir suceur du sol. très ramifié système racinaire fournit une grande surface de contact de la partie absorbante de la racine avec les solutions du sol. La longueur totale des racines peut atteindre 60 km. Le pouvoir suceur des racines varie en fonction du temps, des propriétés environnementales. Plus la surface d'aspiration des racines est grande, plus l'eau est absorbée.

Selon la régulation de l'équilibre hydrique, les plantes sont divisées en poikihydriques (algues, mousses, fougères, certaines plantes à fleurs) et homoihydriques (la plupart des plantes supérieures).

En ce qui concerne le régime hydrique, des groupes écologiques de plantes sont distingués.

1. Les hygrophytes sont des plantes terrestres qui vivent dans des habitats humides où l'humidité de l'air et l'approvisionnement en eau du sol sont élevés. Les signes caractéristiques des hygrophytes sont des racines épaisses et légèrement ramifiées, des cavités remplies d'air dans les tissus et des stomates ouverts.

2. Mésophytes - plantes d'habitats modérément humides. Leur capacité à tolérer la sécheresse du sol et de l'atmosphère est limitée. Ils peuvent être trouvés dans des habitats arides - se développant rapidement en peu de temps. Caractérisé par un système racinaire bien développé avec de nombreux poils absorbants, régulation de l'intensité de la transpiration.

3. Xérophytes - plantes d'habitats secs. Ce sont des plantes résistantes à la sécheresse, des porteurs secs. Les xérophytes des steppes peuvent perdre jusqu'à 25% d'eau sans dommage, les xérophytes du désert - jusqu'à 50% de l'eau qu'ils contiennent (à titre de comparaison, les mésophytes des forêts se fanent lorsque 1% de l'eau contenue dans les feuilles est perdue). Selon la nature des adaptations anatomiques, morphologiques et physiologiques qui assurent la vie active de ces plantes en manque d'humidité, les xérophytes sont divisés en succulentes (elles ont des feuilles et des tiges charnues et succulentes, sont capables d'accumuler de grandes quantités d'eau dans tissus, développent une petite force de succion et absorbent l'humidité des précipitations atmosphériques) et les sclérophytes (les plantes d'aspect sec qui évaporent intensément l'humidité ont des feuilles étroites et petites qui s'enroulent parfois dans un tube, sont capables de résister à une déshydratation sévère, le pouvoir suceur des racines peut aller jusqu'à plusieurs dizaines d'atmosphères).

Dans différents groupes d'animaux, en cours d'adaptation aux conditions de l'existence terrestre, l'essentiel était la prévention de la perte d'eau. Les animaux obtiennent de l'eau de différentes manières - en buvant, avec des aliments juteux, en raison du métabolisme (en raison de l'oxydation et de la dégradation des graisses, des protéines et des glucides). Certains animaux peuvent absorber de l'eau à travers des couvertures de substrat humide ou d'air. Les pertes d'eau se produisent à la suite de l'évaporation du tégument, de l'évaporation des muqueuses des voies respiratoires, de l'excrétion d'urine et des débris alimentaires non digérés. Les animaux qui reçoivent de l'eau en s'abreuvant dépendent de la localisation des plans d'eau (grands mammifères, nombreux oiseaux).

Un facteur important pour les animaux est l'humidité de l'air, car. cet indicateur détermine la quantité d'évaporation de la surface du corps. C'est pourquoi la structure du tégument du corps est importante pour l'équilibre hydrique de l'organisme animal. Chez les insectes, une diminution de l'évaporation de l'eau de la surface du corps est assurée par une cuticule presque impénétrable et des organes excréteurs spécialisés (tubes de Malpighi), qui sécrètent un produit métabolique presque insoluble, et des spiracles, qui réduisent la perte d'eau par le système d'échange de gaz - par la trachée et les trachéoles.

Chez les amphibiens, la majeure partie de l'eau pénètre dans le corps par la peau perméable. La perméabilité cutanée est régulée par une hormone sécrétée par l'hypophyse postérieure. Les amphibiens excrètent de très grandes quantités d'urine diluée qui est hypotonique pour les fluides corporels. Dans des conditions sèches, les amphibiens peuvent réduire la perte d'eau dans l'urine. De plus, ces animaux peuvent accumuler de l'eau dans la vessie et les espaces lymphatiques sous-cutanés.

Les reptiles ont de nombreuses adaptations de différents niveaux - morphologiques (la peau kératinisée empêche la perte d'eau), physiologiques (les poumons situés à l'intérieur du corps, ce qui réduit la perte d'eau), biochimiques (l'acide urique se forme dans les tissus, qui est excrété sans grande perte d'humidité, les tissus sont capables de tolérer une augmentation de la concentration en sels de 50 %).

Chez les oiseaux, le taux d'évaporation est faible (la peau est relativement imperméable à l'eau, il n'y a pas de glandes sudoripares ni de plumes). Les oiseaux perdent de l'eau (jusqu'à 35 % de leur poids corporel par jour) lorsqu'ils respirent en raison d'une ventilation élevée dans les poumons et d'une température corporelle élevée. Les oiseaux ont un processus de réabsorption de l'eau d'une partie de l'eau contenue dans leur urine et leurs excréments. Certains oiseaux de mer (pingouins, fous de Bassan, cormorans, albatros), qui mangent du poisson et boivent de l'eau de mer, ont des glandes salines situées dans leurs orbites, à l'aide desquelles les sels en excès sont excrétés du corps.

Chez les mammifères, les organes d'excrétion et d'osmorégulation sont des reins appariés, disposés de manière complexe, qui sont alimentés en sang et régulent la composition du sang. Cela garantit une composition constante du liquide intracellulaire et interstitiel. Une pression osmotique relativement stable du sang est maintenue en raison de l'équilibre entre la consommation d'eau avec la boisson et la perte d'eau avec l'air expiré, la sueur, excrétée par les matières fécales et l'urine. Responsable de la régulation fine de la pression osmotique est l'hormone antidiurétique (ADH), qui est sécrétée par l'hypophyse postérieure.

Parmi les animaux, on distingue des groupes: les hygrophiles, chez lesquels les mécanismes de régulation du métabolisme de l'eau sont peu développés ou absents (ce sont des animaux qui aiment l'humidité et qui ont besoin d'une humidité élevée - collemboles, poux de bois, moustiques, autres arthropodes, mollusques terrestres et amphibiens ); les xérophiles, qui ont des mécanismes bien développés de régulation du métabolisme de l'eau et d'adaptation à la rétention d'eau dans le corps, vivant dans des conditions arides ; mésophiles vivant dans des conditions d'humidité modérée.

Le relief est un facteur écologique agissant indirectement dans l'environnement sol-air. Toutes les formes de relief affectent la distribution des plantes et des animaux par des changements dans le régime hydrothermal ou l'humidité du sol.

Dans les montagnes à différentes hauteurs au-dessus du niveau de la mer, les conditions climatiques changent, entraînant une zonation altitudinale. L'isolement géographique dans les montagnes contribue à la formation d'endémies, à la préservation d'espèces reliques de plantes et d'animaux. Les plaines inondables des rivières contribuent au déplacement vers le nord de groupes de plantes et d'animaux plus au sud. L'exposition des pentes est d'une grande importance, ce qui crée des conditions pour la propagation des communautés qui aiment la chaleur au nord le long des pentes sud et des communautés qui aiment le froid au sud le long des pentes nord ("règle de l'avance", V.V. Alyokhina ).

Le sol n'existe que dans l'environnement sol-air et se forme à la suite de l'interaction de l'âge du territoire, de la roche mère, du climat, de la topographie, des plantes et des animaux et des activités humaines. D'importance écologique est la composition mécanique (taille des particules minérales), la composition chimique (pH de la solution aqueuse), la salinité du sol, la richesse du sol. Les caractéristiques du sol agissent également sur les organismes vivants en tant que facteurs indirects, modifiant le régime thermohydrologique, entraînant (principalement) l'adaptation des plantes à la dynamique de ces conditions et influençant la différenciation spatiale des organismes.

Habitat sol-air

ENVIRONNEMENTS DE VIE DE BASE

MILIEU AQUATIQUE

Le milieu aquatique de la vie (hydrosphère) occupe 71% de la superficie le globe. Plus de 98% de l'eau est concentrée dans les mers et les océans, 1,24% - glace des régions polaires, 0,45% - eau douce des rivières, lacs, marécages.

Il existe deux régions écologiques dans les océans :

colonne d'eau - pélagique, et en bas - benthal.

Environ 150 000 espèces d'animaux vivent dans le milieu aquatique, soit environ 7% de leur nombre total, et 10 000 espèces de plantes - 8%. Il y a les suivants groupes écologiques d'hydrobiontes. Pelagial - habité par des organismes subdivisés en necton et plancton.

Nekton (nektos - flottant) - il s'agit d'une collection d'animaux pélagiques en mouvement actif qui n'ont pas de lien direct avec le fond. Ce sont principalement de grands animaux qui peuvent parcourir de longues distances et de forts courants d'eau. Ils se caractérisent par une forme corporelle profilée et des organes de mouvement bien développés (poissons, calmars, pinnipèdes, baleines) Dans les eaux douces, à part les poissons, les amphibiens et les insectes en mouvement actif appartiennent au nekton.

Plancton (errant, planant) - il s'agit d'une collection d'organismes pélagiques qui n'ont pas la capacité de se déplacer rapidement et activement. Ils sont divisés en phyto- et zooplancton (petits crustacés, protozoaires - foraminifères, radiolaires ; méduses, ptéropodes). Le phytoplancton est composé de diatomées et d'algues vertes.

Neuston- un ensemble d'organismes qui habitent le film superficiel d'eau à la frontière avec l'air. Ce sont des larves de désyatipodes, de balanes, de copépodes, de gastéropodes et de bivalves, d'échinodermes et de poissons. Passant par le stade larvaire, ils quittent la couche superficielle qui leur servait de refuge, se déplacent pour vivre sur le fond ou pélagiques.

Playston - il s'agit d'une collection d'organismes dont une partie du corps est au-dessus de la surface de l'eau et l'autre dans l'eau - lentilles d'eau, siphonophores.

Benthos (profondeur) - groupe d'organismes vivant au fond des plans d'eau. Il est subdivisé en phytobenthos et zoobenthos. Phytobenthos - algues - diatomées, vertes, brunes, rouges et bactéries ; au large des côtes plantes à fleurs- Zostera, roupie. Zoobenthos - foraminifères, éponges, coelentérés, vers, mollusques, poissons.

Dans la vie des organismes aquatiques, le mouvement vertical des régimes de l'eau, de la densité, de la température, de la lumière, du sel, des gaz (teneur en oxygène et en dioxyde de carbone) et la concentration des ions hydrogène (pH) jouent un rôle important.

Régime de température : Elle diffère dans l'eau, d'une part, par un moindre apport de chaleur, et d'autre part, par une plus grande stabilité que sur terre. Une partie de l'énergie thermique pénétrant à la surface de l'eau est réfléchie, une partie est dépensée en évaporation. L'évaporation de l'eau à la surface des masses d'eau, qui consomme environ 2263,8 J/g, évite la surchauffe des couches inférieures, et la formation de glace, qui libère la chaleur de fusion (333,48 J/g), ralentit leur refroidissement. Le changement de température dans les eaux courantes suit ses changements dans l'air ambiant, différant par une plus petite amplitude.

Dans les lacs et les étangs des latitudes tempérées, le régime thermique est déterminé par un phénomène physique bien connu - l'eau a une densité maximale à 4 ° C. L'eau qu'ils contiennent est clairement divisée en trois couches:

1. épilimnion- la couche supérieure dont la température connaît de fortes fluctuations saisonnières ;

2. métalimnion- transitionnelle, couche de saut de température, il y a une forte baisse de température;

3. hypolimnion- une couche profonde, atteignant le fond, où la température varie légèrement tout au long de l'année.

En été, les couches d'eau les plus chaudes sont situées à la surface et les plus froides - au fond. Ce type de distribution de température en couches dans un réservoir est appelé stratification directe. En hiver, lorsque la température baisse, stratification inverse: la couche superficielle a une température proche de 0 C, au fond la température est d'environ 4 C, ce qui correspond à sa densité maximale. Ainsi, la température augmente avec la profondeur. Ce phénomène est appelé dichotomie de température, observé dans la plupart des lacs de la zone tempérée en été et en hiver. Du fait de la dichotomie des températures, la circulation verticale est perturbée - une période de stagnation temporaire s'installe - stagnation.

Au printemps, l'eau de surface, en raison du chauffage à 4C, devient plus dense et s'enfonce plus profondément, et de l'eau plus chaude monte à sa place depuis la profondeur. En raison de cette circulation verticale, une homothermie se produit dans le réservoir, c'est-à-dire pendant un certain temps, la température de toute la masse d'eau est égalisée. Avec une nouvelle augmentation de la température, les couches supérieures deviennent moins denses et ne tombent plus - stagnation estivale. En automne, la couche de surface se refroidit, se densifie et s'enfonce plus profondément, déplaçant plus eau chaude. Cela se produit avant le début de l'homothermie d'automne. Lorsque les eaux de surface sont refroidies en dessous de 4 °C, elles deviennent moins denses et restent à nouveau à la surface. En conséquence, la circulation de l'eau s'arrête et la stagnation hivernale s'installe.

L'eau a un rôle important densité(800 fois) supérieur à l'air) et viscosité. À En moyenne, dans la colonne d'eau, pour chaque 10 m de profondeur, la pression augmente de 1 atm. Ces caractéristiques affectent les plantes en ce sens qu'elles développent très peu ou pas de tissu mécanique du tout, de sorte que leurs tiges sont très élastiques et facilement pliées. Plus plantes aquatiques la flottabilité et la capacité d'être dans la colonne d'eau en suspension sont inhérentes, chez de nombreux animaux aquatiques, les téguments sont lubrifiés avec du mucus, ce qui réduit la friction pendant le mouvement, et le corps prend une forme profilée. De nombreux habitants sont relativement stenobatny et confinés à certaines profondeurs.

Transparence et mode lumière. Cela affecte particulièrement la répartition des plantes: dans les plans d'eau boueux, elles ne vivent que dans la couche superficielle. Le régime lumineux est également déterminé par la décroissance régulière de la lumière avec la profondeur due au fait que l'eau absorbe lumière du soleil. Dans le même temps, les rayons de différentes longueurs d'onde sont absorbés différemment : les rouges sont les plus rapides, tandis que les bleus-verts pénètrent à des profondeurs considérables. La couleur de l'environnement change en même temps, passant progressivement du verdâtre au vert, bleu, bleu, bleu-violet, remplacé par une obscurité constante. Ainsi, avec la profondeur, les algues vertes sont remplacées par des algues brunes et rouges, dont les pigments sont adaptés pour capter la lumière du soleil avec différentes longueurs d'onde. La couleur des animaux change aussi naturellement avec la profondeur. À couches superficielles les eaux sont habitées par des animaux aux couleurs vives et variées, tandis que les espèces des grands fonds sont dépourvues de pigments. Le crépuscule est habité par des animaux peints en couleurs avec une teinte rougeâtre, ce qui les aide à se cacher des ennemis, car le rouge dans les rayons bleu-violet est perçu comme du noir.

L'absorption de la lumière dans l'eau est d'autant plus forte que sa transparence est faible. La transparence est caractérisée par une profondeur extrême, où un disque de Secchi spécialement abaissé (un disque blanc d'un diamètre de 20 cm) est toujours visible. Par conséquent, les limites des zones de photosynthèse varient considérablement dans les différents plans d'eau. Dans les eaux les plus pures, la zone de photosynthèse atteint une profondeur de 200 m.

Salinité de l'eau. L'eau est un excellent solvant pour de nombreux composés minéraux. En conséquence, les masses d'eau naturelles ont une certaine composition chimique. Valeur la plus élevée ont des sulfates, des carbonates, des chlorures. La quantité de sels dissous pour 1 litre d'eau dans l'eau douce ne dépasse pas 0,5 g, dans les mers et les océans - 35 g.Les plantes et les animaux d'eau douce vivent dans un environnement hypotonique, c'est-à-dire. un environnement dans lequel la concentration de solutés est inférieure à celle des fluides corporels et des tissus. En raison de la différence de pression osmotique à l'extérieur et à l'intérieur du corps, l'eau pénètre constamment dans le corps et les hydrobiontes d'eau douce sont obligés de l'éliminer de manière intensive. À cet égard, ils ont des processus d'osmorégulation bien définis. Chez les protozoaires, cela est réalisé par le travail des vacuoles excrétrices, chez les organismes multicellulaires, par l'élimination de l'eau par le système excréteur. Les espèces typiquement marines et typiquement d'eau douce ne tolèrent pas les changements significatifs de la salinité de l'eau - les organismes sténohalins. Eurygalline - sandre d'eau douce, dorade, brochet, de la mer - la famille des mulets.

Mode gaz Les principaux gaz présents dans le milieu aquatique sont l'oxygène et le dioxyde de carbone.

Oxygène est le facteur environnemental le plus important. Il pénètre dans l'eau par l'air et est libéré par les plantes lors de la photosynthèse. Sa teneur en eau est inversement proportionnelle à la température ; lorsque la température diminue, la solubilité de l'oxygène dans l'eau (ainsi que dans d'autres gaz) augmente. Dans les couches fortement peuplées d'animaux et de bactéries, une carence en oxygène peut être créée en raison de sa consommation accrue. Ainsi, dans les océans du monde, les profondeurs riches en vie de 50 à 1000 m se caractérisent par une forte dégradation de l'aération. Elle est 7 à 10 fois plus faible que dans les eaux de surface habitées par le phytoplancton. Près du fond des plans d'eau, les conditions peuvent être proches de l'anaérobie.

Gaz carbonique - se dissout dans l'eau environ 35 fois mieux que l'oxygène et sa concentration dans l'eau est 700 fois plus élevée que dans l'atmosphère. Assure la photosynthèse des plantes aquatiques et participe à la formation des formations squelettiques calcaires des invertébrés.

Concentration en ions hydrogène (pH)- les piscines d'eau douce avec pH = 3,7-4,7 sont considérées comme acides, 6,95-7,3 - neutres, avec pH 7,8 - alcalines. Dans les plans d'eau douce, le pH connaît même des fluctuations quotidiennes. L'eau de mer est plus alcaline et son pH change beaucoup moins que dans l'eau douce. Le pH diminue avec la profondeur. La concentration des ions hydrogène joue un rôle important dans la distribution des hydrobiontes.

Habitat sol-air

Une caractéristique de l'environnement terre-air de la vie est que les organismes qui y vivent sont entourés d'un environnement gazeux caractérisé par une faible humidité, densité et pression, une forte teneur en oxygène. En règle générale, les animaux de cet environnement se déplacent le long du sol (substrat solide) et les plantes y prennent racine.

Dans l'environnement sol-air, les facteurs environnementaux de fonctionnement présentent un certain nombre de caractéristiques : intensité lumineuse plus élevée par rapport à d'autres milieux, variations de température importantes, variations d'humidité en fonction de localisation géographique, la saison et l'heure de la journée. L'impact des facteurs énumérés ci-dessus est inextricablement lié au mouvement des masses d'air - le vent.

Au cours de l'évolution, les organismes vivants de l'environnement sol-air ont développé des adaptations anatomiques, morphologiques et physiologiques caractéristiques.

Considérons les caractéristiques de l'impact des principaux facteurs environnementaux sur les plantes et les animaux dans l'environnement sol-air.

Air. L'air en tant que facteur environnemental se caractérise par une composition constante - l'oxygène qu'il contient est généralement d'environ 21%, le dioxyde de carbone de 0,03%.

Faible densité d'air détermine sa faible force de levage et sa capacité portante insignifiante. Tous les habitants de l'environnement aérien sont étroitement liés à la surface de la terre, qui leur sert d'attachement et de soutien. La densité du milieu aérien n'offre pas une résistance élevée aux organismes lorsqu'ils se déplacent à la surface de la terre, mais rend difficile le déplacement vertical. Pour la plupart des organismes, rester dans l'air n'est associé qu'à la dispersion ou à la recherche de proies.

La petite force de levage de l'air détermine la masse et la taille limites des organismes terrestres. Les plus gros animaux vivant à la surface de la terre sont plus petits que les géants du milieu aquatique. Les grands mammifères (la taille et le poids d'une baleine moderne) ne pourraient pas vivre sur terre, car ils seraient écrasés par leur propre poids.

La faible densité de l'air crée une légère résistance au mouvement. Les avantages écologiques de cette propriété de l'environnement aérien ont été utilisés par de nombreux animaux terrestres au cours de l'évolution, acquérant la capacité de voler. 75% des espèces de tous les animaux terrestres sont capables de voler activement, principalement des insectes et des oiseaux, mais on trouve également des volants chez les mammifères et les reptiles.

En raison de la mobilité de l'air, des mouvements verticaux et horizontaux des masses d'air existant dans les basses couches de l'atmosphère, le vol passif d'un certain nombre d'organismes est possible. De nombreuses espèces ont développé une anémochorie - une réinstallation à l'aide de courants d'air. L'anémochorie est caractéristique des spores, des graines et des fruits des plantes, des kystes de protozoaires, des petits insectes, des araignées, etc. Les organismes transportés passivement par les courants d'air étaient collectivement appelés aéroplancton par analogie avec les habitants planctoniques du milieu aquatique.

Le principal rôle écologique des mouvements horizontaux de l'air (vents) est indirect dans le renforcement et l'affaiblissement de l'impact sur les organismes terrestres de facteurs environnementaux aussi importants que la température et l'humidité. Les vents augmentent le retour d'humidité et de chaleur vers les animaux et les plantes.

Composition gazeuse de l'air dans la couche superficielle, l'air est assez homogène (oxygène - 20,9%, azote - 78,1%, gaz inertes - 1%, dioxyde de carbone - 0,03% en volume) en raison de sa grande capacité de diffusion et de son mélange constant par convection et flux de vent. Cependant, divers mélanges de particules gazeuses, gouttelettes-liquides et solides (poussière) pénétrant dans l'atmosphère à partir de sources locales peuvent avoir une importance écologique significative.

La teneur élevée en oxygène a contribué à une augmentation du métabolisme des organismes terrestres et, sur la base de la grande efficacité des processus oxydatifs, l'homoiothermie des animaux est apparue. L'oxygène, du fait de sa teneur constamment élevée dans l'air, n'est pas un facteur limitant la vie dans le milieu terrestre. Ce n'est que par endroits, dans des conditions spécifiques, qu'un déficit temporaire se crée, par exemple, dans les accumulations de résidus végétaux en décomposition, les stocks de céréales, de farine, etc.

facteurs édaphiques. Les propriétés du sol et le terrain affectent également les conditions de vie des organismes terrestres, principalement les plantes. Les propriétés de la surface terrestre qui ont un impact écologique sur ses habitants sont appelées facteurs environnementaux édaphiques.

La nature du système racinaire des plantes dépend du régime hydrothermal, de l'aération, de la composition, de la composition et de la structure du sol. Par exemple, les systèmes racinaires des espèces d'arbres (bouleau, mélèze) dans les zones de pergélisol sont situés à faible profondeur et étalés en largeur. Là où il n'y a pas de pergélisol, les systèmes racinaires de ces mêmes plantes sont moins étendus et pénètrent plus profondément. Dans de nombreuses plantes de steppe, les racines peuvent puiser de l'eau à de grandes profondeurs, alors qu'en même temps, elles ont de nombreuses racines superficielles dans l'horizon du sol humifère, d'où les plantes absorbent les nutriments minéraux.

Le terrain et la nature du sol affectent les spécificités du mouvement des animaux. Par exemple, les ongulés, les autruches, les outardes vivant dans des espaces ouverts ont besoin d'un sol solide pour améliorer la répulsion lorsqu'ils courent vite. Chez les lézards vivant sur des sables meubles, les doigts sont bordés d'une frange d'écailles de corne, ce qui augmente la surface du support. Pour les habitants terrestres creusant des trous, les sols denses sont défavorables. La nature du sol affecte dans certains cas la répartition des animaux terrestres qui creusent des trous, s'enfouissent dans le sol pour échapper à la chaleur ou aux prédateurs, ou pondent des œufs dans le sol, etc.

Caractéristiques météorologiques et climatiques. Les conditions de vie dans l'environnement sol-air sont compliquées, en outre, par les changements météorologiques. Le temps est l'état en constante évolution de l'atmosphère près de la surface de la terre, jusqu'à une hauteur d'environ 20 km (la limite de la troposphère). La variabilité météorologique se manifeste par la variation constante de la combinaison de facteurs environnementaux tels que la température et l'humidité de l'air, la nébulosité, les précipitations, la force et la direction du vent, etc. Parallèlement à leur alternance régulière dans le cycle annuel, les changements climatiques se caractérisent par des fluctuations non périodiques, ce qui complique considérablement les conditions d'existence des organismes terrestres. Le temps affecte la vie des habitants aquatiques dans une bien moindre mesure et uniquement sur la population des couches superficielles.

Le climat de la région. Le régime météorologique à long terme caractérise le climat de la région. Le concept de climat comprend non seulement les valeurs moyennes des phénomènes météorologiques, mais également leur évolution annuelle et quotidienne, les écarts par rapport à celui-ci et leur fréquence. Le climat est déterminé par les conditions géographiques de la région.

La diversité zonale des climats est compliquée par l'action des vents de mousson, la répartition des cyclones et des anticyclones, l'influence des chaînes de montagnes sur le mouvement des masses d'air, le degré d'éloignement de l'océan et de nombreux autres facteurs locaux.

Pour la plupart des organismes terrestres, en particulier les petits, ce n'est pas tant le climat de la région qui est important, mais les conditions de leur habitat immédiat. Très souvent, les éléments locaux de l'environnement (relief, végétation, etc.) modifient le régime de température, d'humidité, de lumière, de circulation de l'air dans une zone particulière de telle sorte qu'il diffère considérablement des conditions climatiques de la zone. Ces modifications climatiques locales qui prennent forme dans la couche d'air superficielle sont appelées microclimats. Dans chaque zone, les microclimats sont très divers. Il est possible de distinguer les microclimats de zones arbitrairement petites. Par exemple, un mode spécial est créé dans les corolles de fleurs, qui est utilisé par les habitants qui y vivent. Un microclimat stable spécial se produit dans les terriers, les nids, les creux, les grottes et autres endroits fermés.

Précipitation. En plus de fournir de l'eau et de créer des réserves d'humidité, ils peuvent jouer un autre rôle écologique. Ainsi, de fortes averses de pluie ou de grêle ont parfois un effet mécanique sur les plantes ou les animaux.

Le rôle écologique de l'enneigement est particulièrement diversifié. Les fluctuations de température quotidiennes ne pénètrent dans l'épaisseur de la neige que jusqu'à 25 cm; plus profondément, la température ne change presque pas. Avec des gelées de -20-30 C sous une couche de neige de 30-40 cm, la température n'est que légèrement inférieure à zéro. Une épaisse couche de neige protège les bourgeons du renouvellement, protège les parties vertes des plantes du gel; de nombreuses espèces vont sous la neige sans perdre de feuillage, par exemple l'oseille poilue, Veronica officinalis, etc.

Les petits animaux terrestres mènent également une vie active en hiver, creusant des galeries entières de passages sous la neige et dans son épaisseur. Pour un certain nombre d'espèces qui se nourrissent de végétation enneigée, même la reproduction hivernale est caractéristique, ce qui est noté, par exemple, chez les lemmings, les souris des bois et à gorge jaune, un certain nombre de campagnols, de rats d'eau, etc. Oiseaux tétras - tétras noisette, tétras lyre, perdrix de la toundra - s'enfouir dans la neige pour la nuit.

La couverture de neige hivernale empêche les gros animaux de se nourrir. De nombreux ongulés (rennes, sangliers, bœufs musqués) se nourrissent exclusivement de végétation enneigée en hiver, et une épaisse couche de neige, et surtout une croûte dure à sa surface qui se forme dans la glace, les condamnent à la famine. L'épaisseur de la couverture de neige peut limiter la répartition géographique des espèces. Par exemple, les vrais cerfs ne pénètrent pas au nord dans les zones où l'épaisseur de la neige en hiver est supérieure à 40-50 cm.

Mode lumière. La quantité de rayonnement atteignant la surface de la Terre est déterminée par la latitude géographique de la région, la longueur du jour, la transparence de l'atmosphère et l'angle d'incidence des rayons solaires. Dans différentes conditions météorologiques, 42 à 70 % de la constante solaire atteignent la surface de la Terre. L'éclairement à la surface de la Terre varie considérablement. Tout dépend de la hauteur du Soleil au-dessus de l'horizon ou de l'angle d'incidence des rayons solaires, de la durée du jour et des conditions météorologiques, et de la transparence de l'atmosphère. L'intensité de la lumière fluctue également en fonction de la période de l'année et de l'heure de la journée. Dans certaines régions de la Terre, la qualité de la lumière est également inégale, par exemple, le rapport des rayons à ondes longues (rouge) et à ondes courtes (bleu et ultraviolet). Les rayons à ondes courtes, comme on le sait, sont plus absorbés et diffusés par l'atmosphère que les rayons à ondes longues.

Au cours de l'évolution, ce milieu a été maîtrisé plus tard que l'eau. Sa particularité réside dans le fait qu'il est gazeux, il se caractérise donc par une faible humidité, densité et pression, une forte teneur en oxygène. Au cours de l'évolution, les organismes vivants ont développé les adaptations anatomiques, morphologiques, physiologiques, comportementales et autres nécessaires.

Les animaux dans l'environnement sol-air se déplacent dans le sol ou dans l'air (oiseaux, insectes) et les plantes prennent racine dans le sol. À cet égard, les animaux ont développé des poumons et des trachées, tandis que les plantes ont développé un appareil stomatique, c'est-à-dire organes par lesquels les habitants terrestres de la planète absorbent l'oxygène directement de l'air. Les organes squelettiques, qui assurent l'autonomie de mouvement sur terre et soutiennent le corps avec tous ses organes dans des conditions de faible densité du milieu, des milliers de fois inférieures à l'eau, ont connu un fort développement. Les facteurs écologiques de l'environnement terrestre-air diffèrent des autres habitats par une intensité lumineuse élevée, des fluctuations importantes de la température et de l'humidité de l'air, la corrélation de tous les facteurs avec la situation géographique, le changement des saisons de l'année et l'heure de la journée. Leur impact sur les organismes est inextricablement lié au mouvement de l'air et à la position par rapport aux mers et océans et est très différent de l'impact sur le milieu aquatique (tableau 1).

Tableau 5

Conditions de vie des organismes de l'air et de l'eau

(selon DF Mordukhai-Boltovsky, 1974)

Les animaux terrestres et les plantes ont développé leurs propres adaptations non moins originales aux facteurs environnementaux défavorables: la structure complexe du corps et de ses téguments, la fréquence et le rythme des cycles de vie, les mécanismes de thermorégulation, etc. La mobilité animale intentionnelle s'est développée à la recherche de nourriture , les spores éoliennes, les graines et le pollen des plantes, ainsi que des plantes et des animaux, dont la vie est entièrement liée à l'environnement aérien. Une relation fonctionnelle, ressource et mécanique exceptionnellement étroite avec le sol s'est formée.

Bon nombre des adaptations dont nous avons discuté ci-dessus à titre d'exemples dans la caractérisation des facteurs environnementaux abiotiques. Par conséquent, cela n'a aucun sens de répéter maintenant, car nous y reviendrons dans des exercices pratiques

Le sol comme habitat

La Terre est la seule des planètes à avoir un sol (édasphère, pédosphère) - une couche de terre supérieure spéciale. Cette coquille s'est formée à une époque historiquement prévisible - c'est le même âge que la vie terrestre sur la planète. Pour la première fois, la question de l'origine du sol a été répondue par M.V. Lomonosov ("Sur les couches de la terre"): "... le sol est venu de la flexion des corps animaux et végétaux ... au fil du temps ...". Et le grand scientifique russe vous. Tu. Dokuchaev (1899 : 16) a été le premier à appeler le sol un corps naturel indépendant et a prouvé que le sol est "... le même corps historique naturel indépendant que n'importe quelle plante, n'importe quel animal, n'importe quel minéral... c'est le résultat, un fonction de l'activité cumulée et mutuelle du climat d'une zone donnée, de ses organismes végétaux et animaux, du relief et de l'âge du pays..., enfin des sous-sols, c'est-à-dire des roches mères broyées... Tous ces agents pédoformateurs, en substance, sont tout à fait équivalents en ampleur et prennent une part égale dans la formation d'un sol normal... ".

Et le pédologue moderne bien connu N.A. Kachinsky ("Soil, its properties and life", 1975) donne la définition suivante du sol : "Sous le sol, il faut comprendre toutes les couches superficielles des roches, transformées et modifiées par l'influence combinée du climat (lumière, chaleur, air, l'eau), les organismes végétaux et animaux".

Les principaux éléments structuraux du sol sont : la base minérale, la matière organique, l'air et l'eau.

Base minérale (squelette)(50-60% du sol total) est une substance inorganique formée à la suite de la roche de montagne sous-jacente (mère, mère) à la suite de son altération. Tailles des particules squelettiques : des rochers et des pierres aux plus petits grains de particules de sable et de limon. Les propriétés physico-chimiques des sols sont principalement déterminées par la composition des roches mères.

La perméabilité et la porosité du sol, qui assurent à la fois la circulation de l'eau et de l'air, dépendent du rapport argile/sable dans le sol, de la taille des fragments. Dans les climats tempérés, il est idéal que le sol soit formé de quantités égales d'argile et de sable, c'est-à-dire représente le limon. Dans ce cas, les sols ne sont menacés ni par l'engorgement ni par l'assèchement. Les deux sont également préjudiciables aux plantes et aux animaux.

matière organique- jusqu'à 10% du sol, est formé de biomasse morte (masse végétale - litière de feuilles, branches et racines, troncs morts, chiffons d'herbe, organismes d'animaux morts), broyée et transformée en humus du sol par des micro-organismes et certains groupes de Animaux et plantes. Les éléments plus simples formés à la suite de la décomposition de la matière organique sont à nouveau assimilés par les plantes et interviennent dans le cycle biologique.

Air(15-25%) dans le sol est contenu dans des cavités - pores, entre les particules organiques et minérales. En l'absence (sols argileux lourds) ou lorsque les pores sont remplis d'eau (lors d'inondations, dégel du pergélisol), l'aération du sol s'aggrave et les conditions anaérobies se développent. Dans de telles conditions, les processus physiologiques des organismes consommateurs d'oxygène - les aérobies - sont inhibés, la décomposition de la matière organique est lente. En s'accumulant progressivement, ils forment de la tourbe. De grandes réserves de tourbe sont caractéristiques des marécages, des forêts marécageuses et des communautés de la toundra. L'accumulation de tourbe est particulièrement prononcée dans régions du nord, où la froideur et l'engorgement des sols se déterminent et se complètent mutuellement.

Eau(25-30%) dans le sol est représenté par 4 types : gravitationnel, hygroscopique (lié), capillaire et vaporeux.

La gravité- l'eau mobile, occupant de larges interstices entre les particules de sol, s'infiltre sous son propre poids jusqu'au niveau de la nappe phréatique. Facilement absorbé par les plantes.

hygroscopique ou lié– s'adsorbe autour des particules colloïdales (argile, quartz) du sol et est retenue sous forme de film mince grâce aux liaisons hydrogène. Il en est libéré à haute température (102-105°C). Il est inaccessible aux plantes, ne s'évapore pas. Dans les sols argileux, cette eau peut atteindre 15%, dans les sols sableux - 5%.

capillaire- est maintenu autour des particules de sol par la force de la tension superficielle. À travers des pores et des canaux étroits - des capillaires, il s'élève du niveau de la nappe phréatique ou diverge des cavités contenant de l'eau gravitationnelle. Mieux retenu par les sols argileux, s'évapore facilement. Les plantes l'absorbent facilement.

Caractéristiques générales. Au cours de l'évolution, l'environnement sol-air a été maîtrisé beaucoup plus tard que l'eau. La vie sur terre nécessitait de telles adaptations qui ne devenaient possibles qu'avec un niveau relativement élevé d'organisation des plantes et des animaux. Une caractéristique de l'environnement terre-air de la vie est que les organismes qui y vivent sont entourés d'air et d'un environnement gazeux caractérisé par une faible humidité, densité et pression, une forte teneur en oxygène. En règle générale, les animaux de cet environnement se déplacent le long du sol (substrat solide) et les plantes y prennent racine.

Dans l'environnement sol-air, les facteurs environnementaux de fonctionnement présentent un certain nombre de caractéristiques : une intensité lumineuse plus élevée par rapport aux autres milieux, des fluctuations de température importantes, des changements d'humidité en fonction de la situation géographique, de la saison et de l'heure de la journée (tableau 3 ).

Tableau 3

Conditions d'habitat pour les organismes de l'air et de l'eau (selon D.F. Mordukhai-Boltovsky, 1974)

L'impact des facteurs ci-dessus est inextricablement lié au mouvement des masses d'air - le vent. Au cours de l'évolution, les organismes vivants de l'environnement terrestre-aérien ont développé des adaptations anatomiques, morphologiques, physiologiques, comportementales et autres caractéristiques. Par exemple, des organes sont apparus qui assurent l'assimilation directe de l'oxygène atmosphérique dans le processus de respiration (poumons et trachées d'animaux, stomates de plantes). Les formations squelettiques (le squelette des animaux, les tissus mécaniques et de soutien des plantes) qui soutiennent le corps dans des conditions de faible densité du milieu ont connu un fort développement. Des adaptations ont été développées pour se protéger des facteurs adverses, tels que la fréquence et le rythme des cycles de vie, la structure complexe des téguments, les mécanismes de thermorégulation, etc. les graines, les fruits et le pollen des plantes, les animaux volants.

Considérons les caractéristiques de l'impact des principaux facteurs environnementaux sur les plantes et les animaux dans l'environnement sol-air de la vie.

Faible densité d'air détermine sa faible portance et sa contestabilité négligeable. Tous les habitants de l'environnement aérien sont étroitement liés à la surface de la terre, qui leur sert d'attachement et de soutien. La densité de l'environnement aérien n'offre pas une résistance élevée au corps lorsqu'il se déplace le long de la surface de la terre, cependant, il est difficile de se déplacer verticalement. Pour la plupart des organismes, rester dans l'air n'est associé qu'à la dispersion ou à la recherche de proies.

La petite force de levage de l'air détermine la masse et la taille limites des organismes terrestres. Les plus gros animaux à la surface de la terre sont plus petits que les géants du milieu aquatique. Les grands mammifères (la taille et le poids d'une baleine moderne) ne pourraient pas vivre sur terre, car ils seraient écrasés par leur propre poids. Les lézards géants du Mésozoïque menaient un mode de vie semi-aquatique. Autre exemple : les séquoias à haute érection (Sequoja sempervirens), atteignant 100 m, ont un bois porteur puissant, tandis que dans les thalles de l'algue brune géante Macrocystis, poussant jusqu'à 50 m, les éléments mécaniques ne sont que très faiblement isolés dans le noyau partie du thalle.

La faible densité de l'air crée une légère résistance au mouvement. Les avantages écologiques de cette propriété de l'environnement aérien ont été utilisés par de nombreux animaux terrestres au cours de l'évolution, acquérant la capacité de voler. 75% de toutes les espèces animales terrestres sont capables de voler activement. Ce sont surtout des insectes et des oiseaux, mais il y a aussi des mammifères et des reptiles. Les animaux terrestres volent principalement à l'aide d'un effort musculaire. Certains animaux peuvent également glisser en utilisant les courants d'air.

En raison de la mobilité de l'air qui existe dans les couches inférieures de l'atmosphère, du mouvement vertical et horizontal des masses d'air, le vol passif de certains types d'organismes est possible, développé anémochorie -- tassement au moyen de courants d'air. Les organismes transportés passivement par les courants d'air sont collectivement appelés aéroplancton, par analogie avec les habitants planctoniques du milieu aquatique. Pour le vol passif le long du N.M. Tchernova, A.M. Les organismes de Bylovoy (1988) ont des adaptations particulières - petites tailles corporelles, augmentation de sa superficie due aux excroissances, forte dissection, grande surface relative des ailes, utilisation de toiles d'araignées, etc.

Les graines d'anémochore et les fruits des plantes ont également de très petites tailles (par exemple, les graines d'épilobe) ou divers appendices en forme d'ailes (Acer pseudoplatanum maple) et de parachute (Taraxacum officinale pissenlit).

Les plantes pollinisées par le vent ont un certain nombre d'adaptations qui améliorent les propriétés aérodynamiques du pollen. Leurs couvertures florales sont généralement réduites et les anthères ne sont pas protégées du vent.

Dans la colonisation des plantes, des animaux et des micro-organismes, le rôle principal est joué par les courants d'air conventionnels verticaux et les vents faibles. Les tempêtes et les ouragans ont également un impact environnemental important sur les organismes terrestres. Très souvent, les vents forts, en particulier ceux qui soufflent dans une direction, plient les branches des arbres, les troncs du côté sous le vent et provoquent la formation de couronnes en forme de drapeau.

Dans les zones où des vents forts soufflent constamment, en règle générale, la composition spécifique des petits animaux volants est médiocre, car ils ne sont pas capables de résister à de puissants courants d'air. Ainsi, l'abeille ne vole que lorsque la force du vent atteint 7 à 8 m/s, et les pucerons - lorsque le vent est très faible, ne dépassant pas 2,2 m/s. Les animaux de ces endroits développent des couvertures denses qui protègent le corps du refroidissement et de la perte d'humidité. Sur les îles océaniques avec des vents forts constants, les oiseaux et surtout les insectes qui ont perdu la capacité de voler prédominent, ils manquent d'ailes, car ceux qui sont capables de voler dans les airs sont emportés dans la mer par le vent et ils meurent.

Le vent provoque une modification de l'intensité de la transpiration des plantes et est particulièrement prononcé lors de vents secs qui assèchent l'air et peuvent entraîner la mort des plantes. Le principal rôle écologique des mouvements d'air horizontaux (vents) est indirect et consiste à renforcer ou à affaiblir l'impact sur les organismes terrestres de facteurs environnementaux aussi importants que la température et l'humidité. Les vents augmentent le retour d'humidité et de chaleur vers les animaux et les plantes.

Avec le vent, la chaleur est plus facilement tolérée et les gelées sont plus difficiles, la dessiccation et le refroidissement des organismes se produisent plus rapidement.

Les organismes terrestres existent dans des conditions de pression relativement basse, ce qui est dû à la faible densité de l'air. En général, les organismes terrestres sont plus sténobatiques que les organismes aquatiques, car les fluctuations de pression habituelles dans leur environnement sont des fractions de l'atmosphère, et pour ceux qui s'élèvent à de grandes hauteurs, par exemple les oiseaux, ne dépassent pas 1/3 de la normale.

Composition gazeuse de l'air, comme déjà indiqué précédemment, dans la couche superficielle de l'atmosphère, il est plutôt uniforme (oxygène - 20,9%, azote - 78,1%, gaz m.g. - 1%, dioxyde de carbone - 0,03% en volume) en raison de sa capacité de diffusion élevée et de sa constante mélange par convection et courants de vent. Dans le même temps, diverses impuretés de particules gazeuses, gouttelettes-liquides, poussières (solides) pénétrant dans l'atmosphère à partir de sources locales ont souvent une importance environnementale significative.

L'oxygène, du fait de sa teneur constamment élevée dans l'air, n'est pas un facteur limitant la vie dans le milieu terrestre. La teneur élevée en oxygène a contribué à une augmentation du métabolisme des organismes terrestres et, sur la base de la grande efficacité des processus oxydatifs, l'homoiothermie des animaux est apparue. Ce n'est qu'à certains endroits, dans des conditions spécifiques, qu'un manque temporaire d'oxygène est créé, par exemple dans les résidus de plantes en décomposition, les stocks de céréales, la farine, etc.

Dans certaines zones de la couche superficielle de l'air, la teneur en dioxyde de carbone peut varier dans des limites assez importantes. Ainsi, en l'absence de vent dans les grands centres industriels, les villes, sa concentration peut décupler.

L'évolution quotidienne de la teneur en acide carbonique des couches superficielles est régulière, due au rythme de la photosynthèse végétale (Fig. 17).

Riz. 17. Changements diurnes profil vertical concentration de CO 2 dans l'air de la forêt (d'après V. Larcher, 1978)

A partir de l'exemple de l'évolution quotidienne du profil vertical de concentration de CO 2 dans l'air de la forêt, on montre que le jour, au niveau des cimes des arbres, le gaz carbonique est consommé pour la photosynthèse, et en l'absence de vent, une zone pauvre en en CO 2 (305 ppm) se forme ici, dans lequel pénètre du CO provenant de l'atmosphère et du sol (respiration du sol). La nuit, une stratification stable de l'air s'établit avec une concentration accrue de CO 2 dans la couche du sous-sol. Les fluctuations saisonnières du dioxyde de carbone sont associées à des changements dans l'intensité de la respiration des organismes vivants, principalement des micro-organismes du sol.

Le dioxyde de carbone est toxique à des concentrations élevées, mais de telles concentrations sont rares dans la nature. La faible teneur en CO 2 inhibe le processus de photosynthèse. Pour augmenter le taux de photosynthèse dans la pratique des serres et des serres (dans des conditions de sol fermé), la concentration de dioxyde de carbone est souvent augmentée artificiellement.

Pour la plupart des habitants de l'environnement terrestre, l'azote de l'air est un gaz inerte, mais les micro-organismes tels que les bactéries nodulaires, les azotobactéries et les clostridies ont la capacité de le lier et de l'impliquer dans le cycle biologique.

La principale source moderne de ressources physiques et pollution chimique l'atmosphère est anthropique : entreprises industrielles et de transport, érosion des sols, etc. Ainsi, le dioxyde de soufre est toxique pour les plantes à des concentrations allant d'un cinquante millième à un millionième du volume d'air. Les lichens meurent déjà à des traces de dioxyde de soufre dans l'environnement. Par conséquent, les plantes particulièrement sensibles au SO 2 sont souvent utilisées comme indicateurs de sa teneur dans l'air. L'épicéa commun et le pin, l'érable, le tilleul, le bouleau sont sensibles à la fumée.

Mode lumière. La quantité de rayonnement atteignant la surface de la Terre est déterminée par la latitude géographique de la région, la longueur du jour, la transparence de l'atmosphère et l'angle d'incidence des rayons solaires. Dans différentes conditions météorologiques, 42 à 70 % de la constante solaire atteignent la surface de la Terre. Traverser l'atmosphère radiation solaire subit un certain nombre de changements non seulement en termes quantitatifs, mais aussi dans sa composition. Le rayonnement à ondes courtes est absorbé par l'écran d'ozone et l'oxygène atmosphérique. Les rayons infrarouges sont absorbés dans l'atmosphère par la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone. Le reste sous forme de rayonnement direct ou diffusé atteint la surface de la Terre.

Le total du rayonnement solaire direct et diffusé est de 7 à 7n de rayonnement total, tandis que les jours nuageux, le rayonnement diffusé est de 100%. Dans les hautes latitudes, le rayonnement diffus prévaut, sous les tropiques - le rayonnement direct. Le rayonnement diffusé contient à midi des rayons jaune-rouge jusqu'à 80%, directs - de 30 à 40%. Par temps clair et ensoleillé, le rayonnement solaire atteignant la surface de la Terre est composé à 45 % de lumière visible (380 - 720 nm) et à 45 % de rayonnement infrarouge. Seuls 10% proviennent rayonnement ultraviolet. La teneur en poussière de l'atmosphère a un effet significatif sur le régime de rayonnement. En raison de sa pollution, dans certaines villes, l'éclairage peut être de 15% ou moins que l'éclairage à l'extérieur de la ville.

L'éclairement à la surface de la Terre varie considérablement. Tout dépend de la hauteur du Soleil au-dessus de l'horizon ou de l'angle d'incidence des rayons solaires, de la durée du jour et des conditions météorologiques, et de la transparence de l'atmosphère (Fig. 18).

Riz. dix-huit. Répartition du rayonnement solaire en fonction de la hauteur du Soleil au-dessus de l'horizon (A 1 - haut, A 2 - bas)

L'intensité lumineuse fluctue également en fonction de la période de l'année et de l'heure de la journée. Dans certaines régions de la Terre, la qualité de la lumière est également inégale, par exemple, le rapport des rayons à ondes longues (rouge) et à ondes courtes (bleu et ultraviolet). Les rayons à ondes courtes, comme on le sait, sont plus absorbés et diffusés par l'atmosphère que les rayons à ondes longues. Dans les zones montagneuses, il y a donc toujours plus de rayonnement solaire à ondes courtes.

Les arbres, les arbustes, les cultures végétales ombragent la zone, créent un microclimat spécial, affaiblissant le rayonnement (Fig. 19).

Riz. 19.

A - dans une pinède rare; B - dans les cultures de maïs À partir du rayonnement photosynthétiquement actif entrant, 6 à 12 % sont réfléchis (R) par la surface de plantation

Ainsi, dans différents habitats, non seulement l'intensité du rayonnement, mais aussi sa composition spectrale, la durée d'éclairement des plantes, la répartition spatiale et temporelle de la lumière de différentes intensités, etc. Comme nous l'avons noté précédemment, en ce qui concerne la lumière, on distingue trois grands groupes de plantes : amoureux de la lumière(héliophytes), amoureux de l'ombre(Sciophytes) et tolérant à l'ombre. Les plantes qui aiment la lumière et celles qui aiment l'ombre diffèrent par la position de l'optimum écologique.

Chez les plantes qui aiment la lumière, c'est dans la zone de plein soleil. Un ombrage fort a un effet déprimant sur eux. Il s'agit de plantes de terres ouvertes ou d'herbes de steppe et de prairie bien éclairées (niveau supérieur d'herbage), de lichens rocheux, de plantes herbacées de début de printemps de forêts de feuillus, la plupart plantes cultivées terrain ouvert et les mauvaises herbes, etc. plantes d'ombre avoir un optimum dans les zones à faible luminosité et ne supporte pas la lumière forte. Ce sont principalement les niveaux ombragés inférieurs des communautés végétales complexes, où l'ombrage est le résultat de «l'interception» de la lumière par les plantes plus hautes et les cohabitants. Cela comprend de nombreuses plantes d'intérieur et de serre. Pour la plupart, ce sont des indigènes du couvert herbacé ou de la flore des épiphytes des forêts tropicales.

La courbe écologique de la relation à la lumière est également quelque peu asymétrique chez les tolérants à l'ombre, car ils poussent et se développent mieux en pleine lumière, mais ils s'adaptent également bien à la faible luminosité. C'est un groupe de plantes commun et très flexible dans les environnements terrestres.

Les plantes dans l'environnement sol-air ont développé des adaptations à conditions différentes régime lumineux : anatomo-morphologique, physiologique, etc.

Un bon exemple d'adaptations anatomiques et morphologiques est le changement d'apparence dans différentes conditions d'éclairage, par exemple, la taille inégale des limbes des feuilles chez les plantes liées en position systématique, mais vivant dans des conditions d'éclairage différentes (cloche des prés - Campanula patula et forêt - C trachelium, violette des champs -- Viola arvensis, poussant dans les champs, les prés, les lisières des forêts et les violettes des forêts -- V. mirabilis), fig. vingt.

Riz. vingt. Répartition des tailles de feuilles en fonction des conditions d'habitat de la plante : de humide à sec et d'ombragé à ensoleillé

Noter. La zone ombrée correspond aux conditions prévalant dans la nature.

Dans des conditions d'excès et de manque de lumière, la disposition des limbes des feuilles des plantes dans l'espace varie considérablement. Chez les plantes héliophytes, les feuilles sont orientées vers la réduction de l'arrivée des radiations pendant les heures les plus « dangereuses » de la journée. Les limbes des feuilles sont situés verticalement ou à un grand angle par rapport au plan horizontal, de sorte que pendant la journée, les feuilles reçoivent principalement des rayons glissants (Fig. 21).

Ceci est particulièrement prononcé dans de nombreuses plantes de steppe. Une adaptation intéressante à l'affaiblissement du rayonnement reçu dans les plantes dites "boussoles" (laitue sauvage - Lactuca serriola, etc.). Les feuilles de laitue sauvage sont situées dans le même plan, orientées du nord au sud, et à midi l'arrivée du rayonnement à la surface des feuilles est minime.

Chez les plantes tolérantes à l'ombre, les feuilles sont disposées de manière à recevoir le maximum de rayonnement incident.

Riz. 21.

1,2 - feuilles avec différents angles d'inclinaison; S 1 , S 2 - le flux de rayonnement direct vers eux; S total -- son apport total à la plante

Souvent, les plantes tolérantes à l'ombre sont capables de mouvements de protection : changer la position des limbes des feuilles lorsqu'une forte lumière les frappe. Les parcelles de couverture herbacée avec des feuilles d'oxalis pliées coïncident relativement exactement avec l'emplacement des grandes taches solaires de lumière. Un certain nombre de caractéristiques adaptatives peuvent être notées dans la structure de la feuille en tant que principal récepteur du rayonnement solaire. Par exemple, chez de nombreux héliophytes, la surface des feuilles contribue à la réflexion de la lumière solaire (brillante - chez le laurier, recouverte d'un léger enduit poilu - chez le cactus, l'asclépiade) ou affaiblissant leur action (cuticule épaisse, pubescence dense). La structure interne de la feuille se caractérise par un développement puissant du tissu palissadique, la présence d'un grand nombre de chloroplastes petits et légers (Fig. 22).

L'une des réactions protectrices des chloroplastes à l'excès de lumière est leur capacité à changer d'orientation et à se déplacer dans la cellule, ce qui est prononcé chez les plantes légères.

En pleine lumière, les chloroplastes occupent une position vénérable dans la cellule et deviennent un "bord" dans la direction des rayons. En basse lumière, ils se répartissent de manière diffuse dans la cellule ou s'accumulent dans sa partie inférieure.

Riz. 22.

1 - if; 2 - mélèze; 3 - sabot; 4 - printemps chistyak (Selon T. K. Goryshina, E. G. Springs, 1978)

Adaptations physiologiques plantes aux conditions lumineuses de l'environnement sol-air couvrent diverses fonctions vitales. Il a été établi que les processus de croissance des plantes qui aiment la lumière réagissent plus sensiblement à un manque de lumière qu'à l'ombre. En conséquence, un allongement accru des tiges est observé, ce qui aide les plantes à percer à la lumière, dans les étages supérieurs des communautés végétales.

Les principales adaptations physiologiques à la lumière se situent dans le domaine de la photosynthèse. Sous une forme générale, l'évolution de la photosynthèse en fonction de l'intensité de la lumière est exprimée par la "courbe de lumière de la photosynthèse". Les paramètres suivants sont d'importance écologique (Fig. 23).

• 1. Le point d'intersection de la courbe avec l'axe y (Fig. 23, un) correspond à l'amplitude et au sens des échanges gazeux de la plante dans l'obscurité totale : il n'y a pas de photosynthèse, il y a respiration (pas d'absorption, mais de dégagement de CO 2 ), donc le point a se situe en dessous de l'axe des abscisses.
• 2. Le point d'intersection de la courbe de lumière avec l'axe des abscisses (Fig. 23, b) caractérise le "point de compensation", c'est-à-dire l'intensité lumineuse à laquelle la photosynthèse (l'absorption de CO 2 ) équilibre la respiration (la libération de CO 2 ).
• 3. L'intensité de la photosynthèse avec une lumière croissante n'augmente que jusqu'à une certaine limite, puis reste constante - la courbe de lumière de la photosynthèse atteint un "plateau de saturation".

Riz. 23.

A - schéma général; B - courbes pour les plantes qui aiment la lumière (1) et qui tolèrent l'ombre (2)

Sur la fig. 23, la zone d'inflexion est conditionnellement indiquée par une courbe lisse dont la cassure correspond au point dans. La projection du point a sur l'axe des abscisses (point d) caractérise l'intensité lumineuse "saturée", c'est-à-dire une telle valeur, au-dessus de laquelle la lumière n'augmente plus l'intensité de la photosynthèse. Projection sur l'axe des ordonnées (point e) correspond à la plus forte intensité de photosynthèse pour une espèce donnée dans un environnement sol-air donné.

4. Une caractéristique importante de la courbe de lumière est l'angle d'inclinaison (a) par rapport à l'abscisse, qui reflète le degré d'augmentation de la photosynthèse avec l'augmentation du rayonnement (dans la région d'intensité lumineuse relativement faible).

Les plantes montrent une dynamique saisonnière dans leur réaction à la lumière. Ainsi, au début du printemps dans la forêt, les feuilles nouvellement apparues du carex poilu (Carex pilosa) dans la forêt ont un plateau de saturation lumineuse de la photosynthèse pour 20 à 25 000 lux, pendant l'ombrage estival chez ces espèces, les courbes de dépendance de la photosynthèse sur la lumière, c'est-à-dire que les feuilles acquièrent la capacité d'utiliser plus efficacement la lumière faible ; ces mêmes feuilles, après avoir hiverné sous le couvert d'une forêt printanière sans feuilles, révèlent à nouveau les caractéristiques "légères" de la photosynthèse.

Une forme particulière d'adaptation physiologique avec un manque aigu de lumière est la perte de la capacité de la plante à la photosynthèse, la transition vers une nutrition hétérotrophe avec des substances organiques prêtes à l'emploi. Parfois, une telle transition est devenue irréversible en raison de la perte de chlorophylle par les plantes, par exemple les orchidées des forêts d'épicéas ombragées (Goodyera repens, Weottia nidus avis), les vers aquatiques (Monotropa hypopitys). Ils vivent de matières organiques mortes provenant d'espèces d'arbres et d'autres plantes. Cette méthode la nutrition était appelée saprophyte, et les plantes sont appelées saprophytes.

Pour la grande majorité des animaux terrestres ayant une activité diurne et nocturne, la vision est l'un des moyens d'orientation, a importance pour chercher une proie. De nombreuses espèces animales ont également une vision des couleurs. À cet égard, les animaux, en particulier les victimes, ont développé des caractéristiques adaptatives. Celles-ci incluent la coloration protectrice, de masquage et d'avertissement, la ressemblance protectrice, le mimétisme, etc. L'apparition de fleurs aux couleurs vives de plantes supérieures est également associée aux caractéristiques de l'appareil visuel des pollinisateurs et, finalement, au régime lumineux de l'environnement.

régime de l'eau. Le manque d'humidité est l'un des plus caractéristiques essentielles milieu de vie sol-air. L'évolution des organismes terrestres s'est faite en s'adaptant à l'extraction et à la conservation de l'humidité. Les modes d'humidité environnementale sur terre sont variés - de la saturation complète et constante de l'air en vapeur d'eau, où plusieurs milliers de millimètres de précipitations tombent chaque année (régions du climat équatorial et mousson-tropical) à leur absence presque complète dans l'air sec des déserts. Ainsi, dans les déserts tropicaux, la pluviométrie annuelle moyenne est inférieure à 100 mm par an, et en même temps il ne pleut pas chaque année.

La quantité annuelle de précipitations ne permet pas toujours d'évaluer la disponibilité en eau des organismes, puisqu'une même quantité de précipitations peut caractériser un climat désertique (en zone subtropicale) et très humide (en Arctique). Un rôle important est joué par le rapport des précipitations et de l'évaporation (évaporation annuelle totale de la surface libre de l'eau), qui n'est pas non plus le même dans différentes régions le globe. Les zones où cette valeur dépasse la quantité annuelle de précipitations sont appelées aride(sec, aride). Ici, par exemple, les plantes souffrent d'un manque d'humidité pendant la majeure partie de la saison de croissance. Les zones dans lesquelles les plantes reçoivent de l'humidité sont appelées humide, ou humide. Souvent, il y a aussi des zones de transition - semi-aride(semi-aride).

La dépendance de la végétation aux précipitations annuelles moyennes et à la température est illustrée à la fig. 24.

Riz. 24.

1 - forêt tropicale ; 2 - forêt de feuillus; 3 - steppe; 4 - désert; 5 - forêt de conifères; 6 -- toundra arctique et montagneuse

L'approvisionnement en eau des organismes terrestres dépend du mode de précipitation, de la présence de réservoirs, des réserves d'humidité du sol, de la proximité des eaux souterraines, etc. Cela a contribué au développement de nombreuses adaptations des organismes terrestres à divers régimes d'approvisionnement en eau.

Sur la fig. 25 de gauche à droite montre le passage des algues inférieures vivant dans l'eau à cellules sans vacuoles aux algues terrestres poïkilohydriques primaires, la formation des vacuoles chez les algues vertes aquatiques et charophytes, le passage des tallophytes à vacuoles aux cormophytes homoiohydriques (la répartition des mousses - les hydrophytes sont encore limités aux habitats à air très humide, dans les habitats secs les mousses deviennent secondairement poïkilohydriques) ; parmi les fougères et les angiospermes (mais pas parmi les gymnospermes), il existe également des formes poïkilohydriques secondaires. La plupart des plantes à feuilles sont homoiohydriques en raison de la présence d'une protection cuticulaire contre la transpiration et d'une forte vacuolisation de leurs cellules. Il convient de noter que la xérophilie des animaux et des plantes n'est caractéristique que de l'environnement sol-air.

Riz. 2

Les précipitations (pluie, grêle, neige), en plus de fournir de l'eau et de créer des réserves d'humidité, jouent souvent un autre rôle écologique. Par exemple, lors de fortes pluies, le sol n'a pas le temps d'absorber l'humidité, l'eau coule rapidement dans de forts ruisseaux et transporte souvent des plantes faiblement enracinées, de petits animaux et un sol fertile dans les lacs et les rivières. Dans les plaines inondables, les pluies peuvent provoquer des inondations et ainsi nuire aux plantes et aux animaux qui y vivent. Dans les endroits périodiquement inondés, une faune et une flore particulières des plaines inondables se forment.

La grêle a également un effet négatif sur les plantes et les animaux. Les récoltes de cultures agricoles dans certains champs sont parfois complètement détruites par cette catastrophe naturelle.

Le rôle écologique de l'enneigement est varié. Pour les plantes dont les bourgeons de renouvellement sont dans le sol ou près de sa surface, la neige joue le rôle de couverture calorifuge pour de nombreux petits animaux, les protégeant des basses températures hivernales. Lors de gelées supérieures à -14°C, sous une couche de neige de 20 cm, la température du sol ne descend pas en dessous de 0,2°C. Une épaisse couverture de neige protège du gel les parties vertes des plantes, comme la Veronica officinalis, le sabot sauvage, etc., qui passent sous la neige sans perdre leurs feuilles. Les petits animaux terrestres mènent une vie active en hiver, creusant de nombreuses galeries de passages sous la neige et dans son épaisseur. En présence d'aliments fortifiés lors d'hivers enneigés, des rongeurs (souris des bois et à gorge jaune, quelques campagnols, un rat d'eau, etc.) peuvent s'y reproduire. Tétras, perdrix, tétras lyre se cachent sous la neige lors de fortes gelées.

Pour les grands animaux, la couverture de neige hivernale les empêche souvent de se nourrir et de se déplacer, surtout lorsqu'une croûte de glace se forme à la surface. Ainsi, l'orignal (Alces alces) surmonte librement une couche de neige jusqu'à 50 cm de profondeur, mais cela n'est pas disponible pour les petits animaux. Souvent, pendant les hivers enneigés, la mort des chevreuils et des sangliers est observée.

Une grande quantité de neige a également un effet négatif sur les plantes. En plus des dommages mécaniques sous forme de chutes de neige ou de congères, une épaisse couche de neige peut entraîner l'humidification des plantes et, lors de la fonte des neiges, en particulier lors d'un long printemps, l'humidification des plantes.

Riz. 26.

Les plantes et les animaux souffrent des basses températures avec des vents forts en hivers avec peu de neige. Ainsi, les années où il y a peu de neige, les rongeurs ressemblant à des souris, les taupes et autres petits animaux meurent. Dans le même temps, sous les latitudes où les précipitations sous forme de neige tombent en hiver, les plantes et les animaux se sont historiquement adaptés à la vie dans la neige ou à sa surface, ayant développé diverses caractéristiques anatomiques, morphologiques, physiologiques, comportementales et autres. Par exemple, chez certains animaux, la surface d'appui des pattes augmente en hiver en les salissant de poils grossiers (Fig. 26), de plumes et de boucliers cornés.

D'autres migrent ou tombent dans un état inactif - sommeil, hibernation, diapause. Un certain nombre d'animaux se nourrissent de certains types d'aliments.

Riz. 5.27.

La blancheur du manteau neigeux démasque les animaux sombres. Le changement de couleur saisonnier chez la perdrix blanche et toundra, l'hermine (fig. 27), le lièvre variable, la belette, le renard arctique, est sans aucun doute associé à la sélection du camouflage pour correspondre à la couleur de fond.

Les précipitations, en plus d'un effet direct sur les organismes, déterminent l'une ou l'autre humidité de l'air qui, comme on l'a déjà noté, joue un rôle important dans la vie des plantes et des animaux, car elle affecte l'intensité de leur échange d'eau. L'évaporation à la surface du corps des animaux et la transpiration chez les végétaux sont d'autant plus intenses que l'air est moins saturé en vapeur d'eau.

L'absorption par les parties aériennes de l'humidité liquide des gouttes tombant sous forme de pluie, ainsi que de l'humidité vaporeuse de l'air, chez les plantes supérieures se trouve dans les épiphytes des forêts tropicales, qui absorbent l'humidité sur toute la surface des feuilles et des racines aériennes. L'humidité vaporeuse de l'air peut absorber les branches de certains arbustes et arbres, tels que le saxaul - Halaxylon persicum, H. aphyllum. Dans les spores supérieures et surtout les plantes inférieures, l'absorption d'humidité par les parties aériennes est le mode habituel de nutrition de l'eau (mousses, lichens, etc.). Avec un manque d'humidité de la mousse, les lichens sont capables de survivre longtemps dans un état proche du séchage à l'air, tombant dans une animation suspendue. Mais dès qu'il pleut, ces plantes absorbent rapidement l'humidité avec toutes les parties du sol, deviennent molles, restaurent la turgescence, reprennent les processus de photosynthèse et de croissance.

Les plantes des habitats terrestres très humides ont souvent besoin d'éliminer l'excès d'humidité. En règle générale, cela se produit lorsque le sol est bien réchauffé et que les racines absorbent activement l'eau, et qu'il n'y a pas de transpiration (le matin ou pendant le brouillard, lorsque l'humidité de l'air est de 100%).

L'excès d'humidité est éliminé par guttations -- il s'agit de la libération d'eau à travers des cellules excrétrices spéciales situées le long du bord ou à l'extrémité de la feuille (Fig. 28).

Riz. 28.

1 - dans les céréales, 2 - dans les fraises, 3 - dans les tulipes, 4 - dans l'asclépiade, 5 - dans la bellevalia sarmate, 6 - dans le trèfle

Non seulement les hygrophytes sont capables de guttation, mais aussi de nombreux mésophytes. Par exemple, la guttation a été trouvée dans plus de la moitié de toutes les espèces végétales des steppes ukrainiennes. De nombreuses graminées des prés sont éviscérées si fortement qu'elles humidifient la surface du sol. C'est ainsi que les animaux et les plantes s'adaptent à la répartition saisonnière des précipitations, à leur quantité et à leur nature. Cela détermine la composition des plantes et des animaux, le moment de l'écoulement de certaines phases dans le cycle de leur développement.

L'humidité est également influencée par la condensation de la vapeur d'eau, qui se produit souvent dans la couche superficielle de l'air lorsque la température change. Des gouttes de rosée apparaissent lorsque la température baisse le soir. Souvent, la rosée tombe en quantité telle qu'elle mouille abondamment les plantes, s'écoule dans le sol, augmente l'humidité de l'air et crée des conditions favorables pour les organismes vivants, surtout lorsqu'il y a peu d'autres précipitations. Les plantes contribuent à la précipitation de la rosée. Se refroidissant la nuit, ils condensent la vapeur d'eau sur eux-mêmes. Le régime d'humidité est considérablement affecté par les brouillards, les nuages ​​épais et d'autres phénomènes naturels.

Lors de la caractérisation quantitative de l'habitat des plantes par le facteur eau, des indicateurs sont utilisés qui reflètent la teneur et la répartition de l'humidité non seulement dans l'air, mais également dans le sol. eau souterraine, ou l'humidité du sol, est l'une des principales sources d'humidité pour les plantes. L'eau dans le sol est à l'état fragmenté, parsemée de pores de différentes tailles et formes, a grande surface section avec le sol, contient un certain nombre de cations et d'anions. Par conséquent, l'humidité du sol est hétérogène dans ses propriétés physiques et chimiques. Toute l'eau contenue dans le sol ne peut pas être utilisée par les plantes. Selon l'état physique, la mobilité, la disponibilité et l'importance pour les plantes, l'eau du sol est divisée en gravitationnelle, hygroscopique et capillaire.

Le sol contient également de l'humidité vaporeuse, qui occupe tous les pores libres d'eau. Il s'agit presque toujours (sauf pour les sols désertiques) de vapeur d'eau saturée. Lorsque la température descend en dessous de 0 ° C, l'humidité du sol se transforme en glace (au début, de l'eau libre et, avec un refroidissement supplémentaire, une partie de l'eau liée).

La quantité totale d'eau qui peut être retenue par le sol (déterminée en ajoutant un excès d'eau puis en attendant qu'elle cesse de s'égoutter) est appelée capacité de terrain.

Par conséquent, la quantité totale d'eau dans le sol ne peut pas caractériser le degré d'apport d'humidité des plantes. Pour le déterminer, le coefficient de flétrissement doit être soustrait de la quantité totale d'eau. Cependant, l'eau du sol physiquement disponible n'est pas toujours physiologiquement disponible pour les plantes en raison de la faible température du sol, du manque d'oxygène dans l'eau du sol et l'air du sol, de l'acidité du sol et de la forte concentration de sels minéraux dissous dans l'eau du sol. Le décalage entre l'absorption d'eau par les racines et sa libération par les feuilles conduit au flétrissement des plantes. Le développement non seulement des parties aériennes, mais aussi du système racinaire des plantes dépend de la quantité d'eau physiologiquement disponible. Chez les plantes poussant sur des sols secs, le système racinaire est généralement plus ramifié, plus puissant que sur des sols humides (Fig. 29).

Riz. 29.

1 - avec une grande quantité de précipitations; 2 - avec une moyenne ; 3 -- avec petit

L'eau souterraine est l'une des sources d'humidité du sol. A leur niveau bas, l'eau capillaire n'atteint pas le sol et n'affecte pas son régime hydrique. L'humidification du sol due aux seules précipitations provoque de fortes fluctuations de sa teneur en humidité, ce qui affecte souvent négativement les plantes. Un niveau trop élevé d'eau souterraine a également un effet néfaste, car cela conduit à l'engorgement du sol, à l'épuisement de l'oxygène et à l'enrichissement en sels minéraux. L'humidité constante du sol, quels que soient les caprices de la météo, fournit niveau optimal eau souterraine.

Régime de température. poinçonner l'environnement sol-air est grande portée variations de température. Dans la plupart des régions terrestres, les amplitudes de température quotidiennes et annuelles sont de plusieurs dizaines de degrés. Les changements de température de l'air sont particulièrement importants dans les déserts et les régions continentales subpolaires. Par exemple, la plage saisonnière de température dans les déserts d'Asie centrale est de 68--77°С, et la plage journalière est de 25--38°С. Dans les environs de Iakoutsk, la température moyenne de l'air en janvier est de -43°C, la température moyenne en juillet est de +19°C et la plage annuelle est de -64 à +35°C. Dans le Trans-Oural, l'évolution annuelle de la température de l'air est forte et se combine avec une grande variabilité des températures des mois d'hiver et de printemps au cours des différentes années. Le mois le plus froid est janvier, la température moyenne de l'air varie de -16 à -19°C, certaines années elle descend jusqu'à -50°C, le mois le plus chaud est juillet avec des températures de 17,2 à 19,5°C. Les températures maximales positives sont de 38 à 41 °C.

Les fluctuations de température à la surface du sol sont encore plus importantes.

Les végétaux terrestres occupent une zone adjacente à la surface du sol, c'est-à-dire à « l'interface », sur laquelle s'effectue le passage des rayons incidents d'un milieu à un autre ou, d'une autre manière, du transparent à l'opaque. Un régime thermique particulier se crée sur cette surface : le jour - fort échauffement dû à l'absorption des rayons de chaleur, la nuit - fort refroidissement dû au rayonnement. À partir de là, la couche d'air de surface subit les fluctuations de température quotidiennes les plus prononcées, qui sont les plus prononcées sur un sol nu.

Le régime thermique d'un habitat végétal, par exemple, est caractérisé à partir de mesures de température directement dans la canopée. Dans les communautés herbacées, les mesures sont effectuées à l'intérieur et à la surface de l'herbage, et dans les forêts, où il existe un certain gradient vertical de température, en plusieurs points à différentes hauteurs.

La résistance aux changements de température dans l'environnement des organismes terrestres est différente et dépend de l'habitat spécifique où ils vivent. Ainsi, les plantes à feuilles terrestres poussent pour la plupart dans une large gamme de températures, c'est-à-dire qu'elles sont eurythermales. Leur intervalle de vie à l'état actif s'étend, en règle générale, de 5 à 55°C, tandis qu'entre 5 et 40°C ces plantes sont productives. Les plantes des régions continentales, qui se caractérisent par une nette variation de température diurne, se développent mieux lorsque la nuit est 10-15°C plus froide que le jour. Cela s'applique à la plupart des plantes de la zone tempérée - avec une différence de température de 5 à 10 ° C, et aux plantes tropicales avec une amplitude encore plus petite - environ 3 ° C (Fig. 30).

Riz. trente.

Chez les organismes poïkilothermes, avec une augmentation de la température (T), la durée de développement (t) diminue de plus en plus rapidement. Le taux de développement Vt peut être exprimé par la formule Vt = 100/t.

Pour atteindre un certain stade de développement (par exemple, chez les insectes - à partir d'un œuf), c'est-à-dire la nymphose, le stade imaginal, nécessite toujours une certaine somme de températures. Le produit de la température effective (température au-dessus du point zéro de développement, c'est-à-dire T--To) et de la durée de développement (t) donne la température spécifique à l'espèce. constante thermique développement c=t(T-To). À l'aide de cette équation, il est possible de calculer le moment d'apparition d'un certain stade de développement, par exemple d'un phytoravageur, auquel la lutte contre celui-ci est efficace.

Les plantes en tant qu'organismes poïkilothermes n'ont pas leur propre température corporelle stable. Leur température est déterminée par le bilan thermique, c'est-à-dire le rapport d'absorption et de restitution d'énergie. Ces valeurs dépendent de nombreuses propriétés à la fois de l'environnement (la taille de l'arrivée du rayonnement, la température de l'air ambiant et son mouvement) et des plantes elles-mêmes (la couleur et d'autres propriétés optiques de la plante, la taille et la disposition des les feuilles, etc.). Le rôle principal est joué par l'effet de refroidissement de la transpiration, qui empêche une forte surchauffe des plantes dans les habitats chauds. En raison des raisons ci-dessus, la température des plantes diffère généralement (souvent de manière assez significative) de la température de l'air ambiant. Trois situations sont ici possibles : la température de la plante est supérieure à la température ambiante, inférieure, égale ou très proche de celle-ci. L'excès de température des plantes par rapport à la température de l'air se produit non seulement dans les habitats fortement réchauffés, mais également dans les habitats plus froids. Ceci est facilité par la couleur sombre ou d'autres propriétés optiques des plantes, qui augmentent l'absorption du rayonnement solaire, ainsi que par des caractéristiques anatomiques et morphologiques qui réduisent la transpiration. Les plantes arctiques peuvent se réchauffer assez sensiblement (fig. 31).

Un autre exemple est le saule nain - Salix arctica en Alaska, dans lequel les feuilles sont plus chaudes que l'air de 2 à 11 ° C pendant la journée et même la nuit aux heures polaires "24 heures sur 24" - de 1 à - 3°C.

Pour les éphéméroïdes du début du printemps, les soi-disant "perce-neige", l'échauffement des feuilles offre la possibilité d'une photosynthèse assez intense par temps ensoleillé, mais encore froid. jours de printemps. Pour les habitats froids ou associés aux fluctuations saisonnières de température, une augmentation de la température des plantes est écologiquement très importante, puisque les processus physiologiques deviennent indépendants, dans certaines limites, du fond thermique environnant.

Riz. 31.

A droite - l'intensité des processus vitaux dans la biosphère: 1 - la couche d'air la plus froide; 2 -- la limite supérieure de la croissance des pousses ; 3, 4, 5 - la zone de plus grande activité des processus vitaux et d'accumulation maximale de matière organique; 6 - le niveau de pergélisol et la limite inférieure d'enracinement; 7 -- la zone des températures du sol les plus basses

Une diminution de la température des plantes par rapport à l'air ambiant est le plus souvent observée dans les zones fortement éclairées et chauffées de la sphère terrestre (désert, steppe), où la surface foliaire des plantes est fortement réduite, et une transpiration accrue permet d'évacuer l'excès de chaleur et empêche surchauffe. De manière générale, on peut dire que dans les habitats chauds, la température des parties aériennes des plantes est inférieure et dans les habitats froids, elle est supérieure à la température de l'air. La coïncidence de la température de la plante avec la température ambiante est moins fréquente - dans des conditions qui excluent un fort apport de rayonnement et une transpiration intense, par exemple, chez les plantes herbacées sous le couvert des forêts et dans les zones ouvertes - par temps nuageux ou lorsqu'il pleut.

En général, les organismes terrestres sont plus eurythermiques que les organismes aquatiques.

Dans l'environnement sol-air, les conditions de vie sont compliquées par l'existence changements de temps. Le temps est l'état en constante évolution de l'atmosphère près de la surface de la terre, jusqu'à environ 20 km (la limite de la troposphère). La variabilité météorologique se manifeste par la variation constante de la combinaison de facteurs environnementaux tels que la température et l'humidité de l'air, la nébulosité, les précipitations, la force et la direction du vent, etc. (Fig. 32).

Riz. 32.

Parallèlement à leur alternance régulière dans le cycle annuel, les changements climatiques se caractérisent par des fluctuations non périodiques, qui compliquent considérablement les conditions d'existence des organismes terrestres. Sur la fig. 33, en utilisant l'exemple de la chenille du carpocapse Carpocapsa pomonella, la dépendance de la mortalité à la température et à l'humidité relative est montrée.

Riz. 33.

Il s'ensuit que les courbes d'égale mortalité sont concentriques et que la zone optimale est limitée par une humidité relative de 55 et 95% et des températures de 21 et 28°C.

La lumière, la température et l'humidité de l'air dans les plantes ne déterminent généralement pas le maximum, mais le degré moyen d'ouverture des stomates, car la coïncidence de toutes les conditions propices à leur ouverture se produit rarement.

Le régime climatique à long terme caractérise le climat de la région. Le concept de climat comprend non seulement les valeurs moyennes des phénomènes météorologiques, mais également leurs variations annuelles et quotidiennes, leur écart et leur fréquence. Le climat est déterminé par les conditions géographiques de la région.

Les principaux facteurs climatiques sont la température et l'humidité, mesurées par la quantité de précipitations et la saturation de l'air en vapeur d'eau. Ainsi, dans les pays éloignés de la mer, on passe progressivement d'un climat humide à travers une zone intermédiaire semi-aride avec des périodes sèches occasionnelles ou périodiques à un territoire aride, qui se caractérise par une sécheresse prolongée, la salinisation des sols et des eaux (Fig. 34).

Riz. 34.

Noter: là où la courbe des précipitations croise la ligne d'évaporation ascendante, il y a une frontière entre les climats humides (à gauche) et arides (à droite). Le noir montre l'horizon d'humus, les hachures montrent l'horizon illuvial.

Chaque habitat est caractérisé par un certain climat écologique, c'est-à-dire le climat de la couche d'air superficielle, ou écoclimatique.

La végétation a une grande influence sur les facteurs climatiques. Ainsi, sous la canopée de la forêt, l'humidité de l'air est toujours plus élevée et les fluctuations de température sont moindres que dans les clairières. Le régime lumineux de ces lieux est également différent. Dans différentes associations de plantes, leur propre régime de lumière, température, humidité se forme, c'est-à-dire une sorte phytoclimat.

Les données écoclimatiques ou phytoclimatiques ne sont pas toujours suffisantes pour caractériser complètement les conditions climatiques d'un habitat donné. Les éléments locaux de l'environnement (relief, exposition, végétation, etc.) modifient très souvent le régime de la lumière, de la température, de l'humidité et du mouvement de l'air dans une zone particulière de telle sorte qu'il peut différer considérablement des conditions climatiques de la zone . Les modifications climatiques locales qui prennent forme dans la couche d'air de surface sont appelées microclimat. Par exemple, les conditions de vie entourant les larves d'insectes vivant sous l'écorce d'un arbre sont différentes de celles dans la forêt où pousse cet arbre. La température du côté sud du tronc peut être de 10 à 15°C supérieure à la température de son côté nord. Terriers habités par des animaux, creux d'arbres, grottes ont un microclimat stable. Il n'y a pas de différences claires entre l'écoclimat et le microclimat. On pense que l'écoclimat est le climat de vastes zones et que le microclimat est le climat de petites zones individuelles. Le microclimat a un impact sur les organismes vivants d'un territoire particulier, une zone (Fig. 35).

Riz. 3

au-dessus - une pente bien chauffée d'exposition sud;

ci-dessous - une section horizontale du plakor (la composition floristique est la même dans les deux sections)

La présence dans une localité de nombreux microclimats assure la coexistence d'espèces ayant des exigences différentes pour l'environnement extérieur.

Zonalité géographique et zonalité. La répartition des organismes vivants sur Terre est étroitement liée aux zones géographiques et aux zones. Les ceintures ont une direction latitudinale, qui, bien sûr, est principalement due aux barrières anti-radiations et à la nature de la circulation atmosphérique. A la surface du globe, on distingue 13 zones géographiques, qui se répartissent sur les continents et les océans (Fig. 36).

Riz. 36.

Ce sont comme arctique, antarctique, subarctique, subantarctique, nord et sud modéré, nord et sud subarctique, nord et sud tropical, nord et sud subéquatorial et équatorial.À l'intérieur des ceintures allouer zones géographiques, où, avec les conditions de rayonnement, l'humidification de la surface de la terre et le rapport de chaleur et d'humidité caractéristique d'une zone donnée sont pris en compte. Contrairement à l'océan, où l'apport d'humidité est complet, sur les continents, le rapport entre la chaleur et l'humidité peut présenter des différences importantes. De là, les zones géographiques s'étendent aux continents et aux océans, et les zones géographiques - uniquement aux continents. Distinguer latitudinale et méridien ou zones naturelles de longitude. Les premiers s'étendent d'ouest en est, les seconds du nord au sud. Longitudinalement, les zones latitudinales sont subdivisées en sous-zones, et en latitude provinces.

Le fondateur de la doctrine du zonage naturel est V. V. Dokuchaev (1846-1903), qui a justifié le zonage comme une loi universelle de la nature. Tous les phénomènes de la biosphère sont soumis à cette loi. Les principales raisons du zonage sont la forme de la Terre et sa position par rapport au soleil. La répartition de la chaleur sur Terre, en plus de la latitude, est influencée par la nature du relief et la hauteur du terrain au-dessus du niveau de la mer, le rapport terre/mer, les courants marins, etc.

Par la suite, les bases de rayonnement pour la formation du zonage du globe ont été développées par A. A. Grigoriev et M. I. Budyko. Pour établir une caractéristique quantitative du rapport de chaleur et d'humidité pour différentes zones géographiques, ils ont déterminé certains coefficients. Le rapport de la chaleur et de l'humidité est exprimé comme le rapport du bilan radiatif de la surface à la chaleur latente d'évaporation et à la quantité de précipitations (indice radiatif de sécheresse). Une loi a été établie, appelée loi de zonage géographique périodique (A. A. Grigorieva - M. I. Budyko), qui stipule, qu'avec le changement de zones géographiques, des zones géographiques similaires(paysage, naturel) zones et certaines de leurs propriétés générales sont répétées périodiquement.

Chaque zone est confinée à une certaine gamme de valeurs-indicateurs : une nature particulière des processus géomorphologiques, un type particulier de climat, de végétation, de sols et de faune. Sur le territoire de l'ex-URSS, les zones géographiques suivantes ont été notées: glace, toundra, forêt-toundra, taïga, forêts mixtes. Plaine russe, forêts mixtes de mousson de l'Extrême-Orient, steppes forestières, steppes, semi-déserts, déserts de la zone tempérée, déserts de la zone subtropicale, méditerranéenne et subtropicale humide.

Un des conditions importantes la variabilité des organismes et leur distribution zonale sur terre est la variabilité de la composition chimique de l'environnement. À cet égard, l'enseignement de A.P. Vinogradov sur provinces biogéochimiques, qui sont déterminés par la zonalité de la composition chimique des sols, ainsi que par la zonalité climatique, phytogéographique et géochimique de la biosphère. Les provinces biogéochimiques sont des zones à la surface de la Terre qui diffèrent par leur teneur (dans les sols, les eaux, etc.) en composés chimiques associés à certaines réactions biologiques de la flore et de la faune locales.

Parallèlement à la zonalité horizontale, l'environnement terrestre montre clairement de grande hauteur ou vertical explication.

La végétation des pays montagneux est plus riche que celle des plaines adjacentes et se caractérise par une répartition accrue des formes endémiques. Ainsi, selon O. E. Agakhanyants (1986), la flore du Caucase comprend 6350 espèces, dont 25% sont endémiques. La flore des montagnes d'Asie centrale est estimée à 5 500 espèces, dont 25 à 30 % sont endémiques, tandis que dans les plaines adjacentes des déserts du sud, on compte 200 espèces végétales.

Lors de l'ascension des montagnes, le même changement de zones se répète de l'équateur aux pôles. Les déserts sont généralement situés au pied, puis les steppes, les forêts de feuillus, les forêts de conifères, la toundra et, enfin, la glace. Cependant, il n'y a toujours pas d'analogie complète. Lors de l'ascension des montagnes, la température de l'air baisse (le gradient moyen de température de l'air est de 0,6 ° C par 100 m), l'évaporation diminue, le rayonnement ultraviolet, l'éclairage, etc. augmentent.Tout cela permet aux plantes de s'adapter aux dommages secs ou humides. Les formes de vie en forme de coussin, les vivaces, qui ont développé une adaptation au fort rayonnement ultraviolet et une diminution de la transpiration, dominent ici parmi les plantes.

La faune des régions de haute montagne est également particulière. Une pression atmosphérique réduite, un rayonnement solaire important, de fortes fluctuations des températures diurnes et nocturnes, des changements d'humidité de l'air avec l'altitude ont contribué au développement d'adaptations physiologiques spécifiques de l'organisme des animaux de montagne. Par exemple, chez les animaux, le volume relatif du cœur augmente, la teneur en hémoglobine dans le sang augmente, ce qui permet une absorption plus intensive de l'oxygène de l'air. Un sol caillouteux complique ou exclut presque l'activité fouisseuse des animaux. De nombreux petits animaux (petits rongeurs, pikas, lézards, etc.) trouvent refuge dans les crevasses rocheuses et les grottes. Les oiseaux de montagne sont caractérisés par les dindes de montagne (ulars), les pinsons des montagnes, les alouettes, les grands oiseaux - gypaètes barbus, vautours, condors. Les grands mammifères des montagnes sont les béliers, les chèvres (y compris les chèvres des neiges), les chamois, les yaks, etc. Les prédateurs sont représentés par des espèces telles que les loups, les renards, les ours, les lynx, les léopards des neiges (irbis), etc.