Žemės oras. Biologijos failų katalogas. Žemės-oro aplinkos temperatūros režimas

Žemė-oras aplinkoje veikiantys aplinkos veiksniai turi nemažai būdingų bruožų: didesnis šviesos intensyvumas lyginant su kitomis aplinkomis, dideli temperatūros svyravimai, drėgmės pokyčiai priklausomai nuo geografinės padėties, sezono ir paros laiko. Aukščiau išvardytų veiksnių įtaka yra neatsiejamai susijusi su oro masių judėjimu – vėju.

Evoliucijos procese gyvieji sausumos-oro aplinkos organizmai sukūrė būdingus anatominius-morfologinius, fiziologinius, elgesio ir kitus prisitaikymus. Panagrinėkime pagrindinių aplinkos veiksnių poveikio augalams ir gyvūnams žemės-oro gyvenimo aplinkoje ypatybes.

Mažas oro tankis lemia mažą jo kėlimo jėgą ir nereikšmingą atramą. Visi oro gyventojai yra glaudžiai susiję su žemės paviršiumi, kuris tarnauja jiems tvirtinimui ir palaikymui. Daugeliui organizmų buvimas ore asocijuojasi tik su įsikūrimu ar grobio paieška. Maža oro keliamoji jėga lemia didžiausią sausumos organizmų masę ir dydį. Didžiausi gyvūnai, gyvenantys žemės paviršiuje, yra mažesni už vandens aplinkos milžinus.

Dėl oro judrumo, egzistuojančio apatiniuose atmosferos sluoksniuose, oro masių vertikalaus ir horizontalaus judėjimo, galimas pasyvus tam tikrų rūšių organizmų skrydis, vystosi anemochorija – nusėdimas oro srovių pagalba. Vėjo apdulkinami augalai turi nemažai adaptacijų, kurios pagerina žiedadulkių aerodinamines savybes.

Jų žiedinis apnašas dažniausiai būna sumažintas, o žiedai niekaip neapsaugoti nuo vėjo. Vertikalios konvekcinės oro srovės ir silpnas vėjas vaidina svarbų vaidmenį augalų, gyvūnų ir mikroorganizmų išplitimui. Audros ir uraganai daro didelį poveikį aplinkai sausumos organizmams.

Vietose, kur nuolat pučia stiprūs vėjai, mažų skraidančių gyvūnų rūšių sudėtis paprastai yra prasta, nes jie negali atsispirti galingoms oro srovėms. Vėjas sukelia augalų transpiracijos intensyvumo pokytį, kuris ypač išryškėja esant karštiems vėjams, kurie sausina orą ir gali sukelti augalų žūtį.Pagrindinis horizontalių oro judėjimų (vėjų) ekologinis vaidmuo yra netiesioginis ir susideda iš didinant arba susilpninant tokių svarbių aplinkos veiksnių poveikį sausumos organizmams.tokie veiksniai kaip temperatūra ir drėgmė.

Bet kuri buveinė yra sudėtinga sistema, kuri išsiskiria unikaliu abiotinių ir biotinių veiksnių rinkiniu, kurie iš esmės formuoja šią aplinką. Evoliuciškai žemės ir oro aplinka atsirado vėliau nei vandens aplinka, kuri yra susijusi su cheminiais atmosferos oro sudėties pokyčiais. Dauguma organizmų, turinčių branduolį, gyvena antžeminėje aplinkoje, kuri yra susijusi su daugybe gamtinių zonų, fizinių, antropogeninių, geografinių ir kitų lemiančių veiksnių.

Žemės-oro aplinkos charakteristikos

Šią aplinką sudaro viršutinis dirvožemio sluoksnis ( iki 2 km gylio) ir žemesnė atmosfera ( iki 10 km). Aplinkai būdinga daug įvairių gyvybės formų. Tarp bestuburių galime pastebėti: vyrauja vabzdžiai, keletas kirminų ir moliuskų rūšių, žinoma, stuburiniai. Didelis deguonies kiekis ore lėmė evoliucinius kvėpavimo sistemos pokyčius ir intensyvesnę medžiagų apykaitą.

Atmosfera yra nepakankama ir dažnai kintanti drėgmė, kuri dažnai riboja gyvų organizmų plitimą. Aukštos temperatūros ir žemos drėgmės regionuose eukariotams išsivysto įvairios idioadaptacijos, kurių tikslas – palaikyti gyvybiškai svarbų vandens lygį (augalų lapų pavertimas spygliukais, riebalų kaupimasis kupranugario kuprose).

Sausumos gyvūnams šis reiškinys būdingas fotoperiodizmas, todėl dauguma gyvūnų yra aktyvūs tik dieną arba tik naktį. Taip pat antžeminei aplinkai būdinga didelė temperatūros, drėgmės ir šviesos intensyvumo svyravimų amplitudė. Šių veiksnių pokyčiai yra susiję su geografine padėtimi, sezonų pasikeitimu ir paros laiku. Dėl mažo atmosferos tankio ir slėgio raumenų ir kaulų audinys labai išsivystė ir tapo sudėtingesnis.

Stuburiniai gyvūnai sukūrė sudėtingas galūnes, pritaikytas palaikyti kūną ir judėti ant kieto pagrindo esant mažam atmosferos tankiui. Augalai turi progresyvią šaknų sistemą, kuri leidžia jiems įsitvirtinti dirvoje ir pernešti medžiagas į nemažą aukštį. Sausumos augalai taip pat sukūrė mechaninius, bazinius audinius, floemą ir ksilemą. Dauguma augalų turi pritaikymų, apsaugančių juos nuo perteklinio transpiracijos.

Dirvožemis

Nors dirvožemis priskiriamas žemės ir oro buveinėms, savo fizinėmis savybėmis jis labai skiriasi nuo atmosferos:

Didelis tankis ir slėgis.
Nepakankamas deguonies kiekis.
Žema temperatūros svyravimų amplitudė.
Mažas šviesos intensyvumas.

Šiuo atžvilgiu požeminiai gyventojai turi savo pritaikymus, kurie skiriasi nuo sausumos gyvūnų.

Vandens buveinė

Aplinka, apimanti visą hidrosferą, tiek druskos, tiek gėlo vandens telkinius. Ši aplinka pasižymi mažesne gyvenimo įvairove ir savo ypatingomis sąlygomis. Jame gyvena smulkūs bestuburiai, sudarantys planktoną, kremzlinės ir kaulinės žuvys, moliuskų kirminai ir keletas žinduolių rūšių.

Deguonies koncentracija labai skiriasi priklausomai nuo gylio. Vietose, kur susitinka atmosfera ir hidrosfera, deguonies ir šviesos yra daug daugiau nei gylyje. Aukštas slėgis, kuris dideliame gylyje yra 1000 kartų didesnis už atmosferos slėgį, lemia daugumos povandeninių gyventojų kūno formas. Temperatūros pokyčių amplitudė yra maža, nes šilumos perdavimas iš vandens yra daug mažesnis nei žemės paviršiaus.

Vandens ir sausumos-oro aplinkos skirtumai

Kaip jau minėta, pagrindinius skirtingų buveinių skiriamuosius bruožus lemia abiotiniai veiksniai. Sausumos-oro aplinkai būdinga didelė biologinė įvairovė, didelė deguonies koncentracija, kintanti temperatūra ir drėgmė, kurie yra pagrindiniai gyvūnų ir augalų apsigyvenimą ribojantys veiksniai. Biologiniai ritmai priklauso nuo dienos šviesos trukmės, sezono ir natūralios klimato zonos. Vandens aplinkoje didžioji dalis maistinių organinių medžiagų yra vandens storymėje arba jo paviršiuje, tik nedidelė dalis yra dugne, žemės-oro aplinkoje visos organinės medžiagos yra paviršiuje.

Žemės gyventojai išsiskiria geresniu jutimo sistemų ir visos nervų sistemos išsivystymu, taip pat labai pasikeitė raumenų ir kaulų sistemos, kraujotakos ir kvėpavimo sistemos. Odos yra labai skirtingos, nes skiriasi funkcijomis. Žemesni augalai (dumbliai) yra paplitę po vandeniu, kurie daugeliu atvejų neturi tikrų organų, pavyzdžiui, rizoidai tarnauja kaip prisitvirtinimo organai. Vandens gyventojų pasiskirstymas dažnai siejamas su šiltomis povandeninėmis srovėmis. Be šių buveinių skirtumų, yra gyvūnų, kurie prisitaikė gyventi abiejose. Šie gyvūnai apima varliagyviai.

5.2. žemė-oras gyvybės aplinka

Bendrosios charakteristikos. Evoliucijos eigoje sausumos-oro aplinka buvo įvaldyta daug vėliau nei vandens aplinka. Gyvenimas sausumoje reikalavo prisitaikymo, kuris tapo įmanomas tik esant gana aukštam augalų ir gyvūnų organizavimo lygiui. Gyvybės žemė-oras aplinkos ypatybė yra ta, kad čia gyvenančius organizmus supa oras ir dujinė aplinka, kuriai būdingas mažas drėgnumas, tankis ir slėgis bei didelis deguonies kiekis. Paprastai gyvūnai šioje aplinkoje juda ant dirvožemio (kieto substrato), o augalai joje įsišaknija.

5.3 lentelė

Oro ir vandens organizmų buveinės sąlygos

(pagal D.F. Mordukhai-Boltovskij, 1974 m.)

buveinė	Sąlygų svarba organizmams
buveinė	oro aplinka	vandens aplinka
Drėgmė	Labai svarbu (dažnai trūksta)	Neturi (visada per daug)
Tankis	Mažas (išskyrus dirvožemį)	Didelis, palyginti su jo vaidmeniu oro gyventojams
Spaudimas	Beveik jokios	Didelis (gali siekti 1000 atmosferų)
Temperatūra	Reikšmingas (kinta labai plačiose ribose (nuo -80 iki +100 °C ir daugiau)	Mažiau nei oro gyventojams (kinta daug mažiau, paprastai nuo -2 iki +40°C)
Deguonis	Nebūtina (dažniausiai perteklius)	Būtinas (dažnai trūksta)
Svertinis medžiagų	Nesvarbu; nenaudojamas maistui (daugiausia mineralams)	Svarbu (maisto šaltinis, ypač organinės medžiagos)
Aplinkoje ištirpusios medžiagos	Tam tikru mastu (aktualu tik dirvožemio tirpalams)	Svarbu (reikalingas tam tikras kiekis)

Minėtų veiksnių įtaka neatsiejamai susijusi su oro masių judėjimu – vėju. Evoliucijos procese gyvieji sausumos-oro aplinkos organizmai sukūrė būdingus anatominius, morfologinius, fiziologinius, elgesio ir kitus prisitaikymus. Pavyzdžiui, atsirado organų, kurie kvėpavimo metu užtikrina tiesioginį atmosferos deguonies įsisavinimą (gyvūnų plaučiai ir trachėja, augalų stomos). Stipriai išsivystė skeleto dariniai (gyvūnų skeletas, mechaniniai ir atraminiai augalų audiniai), kurie palaiko kūną mažo aplinkos tankio sąlygomis. Sukurtos adaptacijos, apsaugančios nuo nepalankių veiksnių, tokių kaip gyvenimo ciklų periodiškumas ir ritmas, sudėtinga odos sandara, termoreguliacijos mechanizmai ir kt. Susidarė glaudus ryšys su dirvožemiu (gyvūnų galūnės, augalų šaknys), išsivystė gyvūnų mobilumas ieškant maisto, atsirado oro srovės.augalų sėklos, vaisiai ir žiedadulkės, skraidantys gyvūnai.

Panagrinėkime pagrindinių aplinkos veiksnių poveikio augalams ir gyvūnams žemės-oro gyvenimo aplinkoje ypatybes.

Mažas oro tankis lemia mažą jo kėlimo jėgą ir mažą oro mobilumą. Visi oro gyventojai yra glaudžiai susiję su žemės paviršiumi, kuris tarnauja jiems tvirtinimui ir palaikymui. Oro tankis nesuteikia didelio pasipriešinimo kūnui judant žemės paviršiumi, tačiau dėl to sunku judėti vertikaliai. Daugeliui organizmų buvimas ore asocijuojasi tik su įsikūrimu ar grobio paieška.

Maža oro keliamoji jėga lemia didžiausią sausumos organizmų masę ir dydį. Didžiausi gyvūnai žemės paviršiuje yra mažesni už vandens aplinkos milžinus. Stambūs žinduoliai (šiuolaikinio banginio dydžio ir masės) negalėtų gyventi sausumoje, nes juos sutraiškytų jų pačių svoris. Milžiniški mezozojaus dinozaurai vedė pusiau vandens gyvenimo būdą. Kitas pavyzdys: aukšti, statūs sekvojiniai augalai (Sequoja sempervirens), siekiantys 100 m, turi galingą atraminę medieną, o milžiniškų rudųjų dumblių Macrocystis, augančio iki 50 m, talyje mechaniniai elementai yra tik labai silpnai izoliuoti šerdyje. talio dalis.

Mažas oro tankis sukuria mažą pasipriešinimą judėjimui. Šios oro aplinkos savybės ekologiniais pranašumais evoliucijos metu pasinaudojo daugelis sausumos gyvūnų, įgydami gebėjimą skraidyti. 75\% visų sausumos gyvūnų rūšių gali aktyviai skraidyti. Tai daugiausia vabzdžiai ir paukščiai, tačiau yra ir žinduolių bei roplių. Sausumos gyvūnai skraido daugiausia raumenų pastangomis. Kai kurie gyvūnai gali sklandyti naudodami oro sroves.

Dėl oro judrumo, esančio apatiniuose atmosferos sluoksniuose, oro masių vertikalaus ir horizontalaus judėjimo, galimas pasyvus tam tikrų rūšių organizmų skrydis, vystosi anemochorija – nusėdimas oro srovių pagalba. Oro srovių pasyviai pernešami organizmai bendrai vadinami aeroplanktonu, pagal analogiją su planktoniniais vandens aplinkos gyventojais. Pasyviam skrydžiui palei N.M. Černova, A.M. Bylovos (1988) organizmai pasižymi ypatingu prisitaikymu – mažas kūno dydis, jo ploto padidėjimas dėl ataugų, stiprus išskilimas, didelis santykinis sparnų paviršius, tinklo naudojimas ir kt.

Anemochorinės augalų sėklos ir vaisiai taip pat turi labai mažų dydžių (pavyzdžiui, ugniažolių sėklos) arba įvairių sparno formos (klevo Acer pseudoplatanum) ir parašiuto formos (kiaulpienės Taraxacum officinale) priedų.

Vėjo apdulkinami augalai turi nemažai adaptacijų, kurios pagerina žiedadulkių aerodinamines savybes. Jų žiedinis apnašas dažniausiai būna sumažintas, o žiedai niekaip neapsaugoti nuo vėjo.

Augalų, gyvūnų ir mikroorganizmų sklaidoje pagrindinį vaidmenį atlieka vertikalūs įprasti oro srautai ir silpnas vėjas. Audros ir uraganai taip pat daro didelį poveikį aplinkai sausumos organizmams. Gana dažnai stiprūs vėjai, ypač pučiantys viena kryptimi, išlenkia medžių šakas ir kamienus į pavėjui ir sukelia vėliavos formos lajų formavimąsi.

Vietose, kur nuolat pučia stiprūs vėjai, mažų skraidančių gyvūnų rūšių sudėtis paprastai yra prasta, nes jie negali atsispirti galingoms oro srovėms. Taigi, bitė medunešis skraido tik vėjo stiprumui esant iki 7 - 8 m/s, o amarai tik esant labai silpnam vėjui, neviršijančiam 2,2 m/s. Gyvūnams šiose vietose susidaro tankūs apvalkalai, apsaugantys kūną nuo atšalimo ir drėgmės praradimo. Vandenyninėse salose, kuriose nuolat pučia stiprūs vėjai, vyrauja paukščiai ir ypač vabzdžiai, praradę gebėjimą skraidyti, jiems trūksta sparnų, nes tie, kurie gali pakilti į orą, vėjo išpučiami į jūrą ir miršta.

Vėjas sukelia augalų transpiracijos intensyvumo pokyčius ir ypač ryškus per sausus vėjus, kurie išsausina orą ir gali sukelti augalų mirtį. Pagrindinis horizontalaus oro judėjimo (vėjo) ekologinis vaidmuo yra netiesioginis ir susideda iš tokių svarbių aplinkos veiksnių, kaip temperatūra ir drėgmė, poveikio sausumos organizmams stiprinimo arba susilpninimo. Vėjai padidina drėgmės ir šilumos išsiskyrimą iš gyvūnų ir augalų.

Kai pučia vėjas, lengviau pakeliama šiluma, sunkesnis šalnas, greičiau išdžiūsta ir atvėsta organizmai.

Sausumos organizmai egzistuoja santykinai žemo slėgio sąlygomis, kurias sukelia mažas oro tankis. Apskritai sausumos organizmai yra labiau stenobatiški nei vandens, nes normalūs slėgio svyravimai jų aplinkoje sudaro atmosferos dalis, o kylantiems į didelį aukštį, pavyzdžiui, paukščiams, neviršija 1/3 normos.

Oro dujų sudėtis, kaip jau buvo aptarta anksčiau, atmosferos gruntiniame sluoksnyje yra gana vienoda (deguonis 20,9%, azotas - 78,1%, mg. dujos - 1%, anglies dioksidas - 0,03 tūrio%) dėl didelio kiekio. difuzijos pajėgumas ir nuolatinis maišymasis konvekciniais ir vėjo srautais. Tuo pačiu metu iš vietinių šaltinių į atmosferą patenkančios įvairios dujinių, lašelių-skysčių, dulkių (kietųjų) dalelių priemaišos dažnai turi didelę aplinkosauginę reikšmę.

Dėl nuolat didelio jo kiekio ore deguonis nėra gyvybę žemiškoje aplinkoje ribojantis veiksnys. Didelis deguonies kiekis prisidėjo prie sausumos organizmų metabolizmo padidėjimo, o gyvūnų homeotermija atsirado dėl didelio oksidacinių procesų efektyvumo. Tik vietomis, esant specifinėms sąlygoms, susidaro laikinas deguonies trūkumas, pavyzdžiui, irstant augalų liekanose, grūdų atsargose, miltuose ir kt.

Tam tikrose paviršinio oro sluoksnio vietose anglies dioksido kiekis gali skirtis gana reikšmingose ribose. Taigi, nesant vėjo dideliuose pramonės centruose ir miestuose, jo koncentracija gali padidėti dešimteriopai.

Kasdien vyksta reguliarūs anglies dioksido kiekio pokyčiai gruntiniuose sluoksniuose, nulemti augalų fotosintezės ritmo (5.17 pav.).

Ryžiai. 5.17. Kasdieniniai vertikalaus profilio pokyčiai

CO2 koncentracijos miško ore (iš V. Larcher, 1978)

Remiantis kasdienių vertikalaus CO2 koncentracijos profilio pokyčių miško ore pavyzdžiu, parodoma, kad dieną medžių lajų lygyje anglies dvideginis išleidžiamas fotosintezei, o nesant vėjo – CO2 skurdžia zona. Čia susidaro (305 ppm), į kurią CO patenka iš atmosferos ir dirvožemio (dirvožemio kvėpavimas). Naktį susidaro stabili oro stratifikacija, kai dirvožemio sluoksnyje padidėja CO2 koncentracija. Sezoniniai anglies dvideginio kiekio svyravimai yra susiję su gyvų organizmų, dažniausiai dirvožemio mikroorganizmų, kvėpavimo greičio pokyčiais.

Didelėse koncentracijose anglies dioksidas yra toksiškas, tačiau gamtoje tokios koncentracijos yra retos. Mažas CO2 kiekis stabdo fotosintezės procesą. Norint padidinti fotosintezės greitį šiltnamio ir šiltnamio ūkio praktikoje (uždaros žemės sąlygomis), anglies dioksido koncentracija dažnai yra dirbtinai didinama.

Daugumai antžeminės aplinkos gyventojų oro azotas yra inertinės dujos, tačiau mikroorganizmai, tokie kaip mazginės bakterijos, azotobakterijos ir klostridijos, gali jį surišti ir įtraukti į biologinį ciklą.

Pagrindinis šiuolaikinis fizinės ir cheminės atmosferos taršos šaltinis yra antropogeninis: pramonės ir transporto įmonės, dirvožemio erozija ir kt. Taigi sieros dioksidas yra toksiškas augalams, kai koncentracija yra nuo penkiasdešimties tūkstantosios iki milijoninės oro tūrio dalies. Kerpės žūva, kai aplinkoje yra sieros dioksido pėdsakų. Todėl augalai, kurie ypač jautrūs SO2, dažnai naudojami kaip jo kiekio ore indikatoriai. Dūmams jautrios paprastosios eglės ir pušis, klevas, liepa, beržas.

Šviesos režimas. Žemės paviršių pasiekiančios spinduliuotės kiekį lemia vietovės geografinė platuma, paros ilgis, atmosferos skaidrumas ir saulės spindulių kritimo kampas. Esant skirtingoms oro sąlygoms, Žemės paviršių pasiekia 42 - 70% saulės konstantos. Per atmosferą saulės spinduliuotė keičiasi ne tik kiekybe, bet ir sudėtimi. Trumpųjų bangų spinduliuotę sugeria ozono skydas ir ore esantis deguonis. Infraraudonuosius spindulius atmosferoje sugeria vandens garai ir anglies dioksidas. Likusi dalis pasiekia Žemės paviršių tiesioginės arba išsklaidytos spinduliuotės pavidalu.

Tiesioginės ir išsklaidytos saulės spinduliuotės derinys sudaro nuo 7 iki 7% visos spinduliuotės, o debesuotomis dienomis pasklidoji spinduliuotė siekia 100 %. Didelėse platumose vyrauja difuzinė spinduliuotė, o tropikuose – tiesioginė. Išsklaidytoje spinduliuotėje vidurdienį yra iki 80% geltonai raudonų spindulių, tiesioginėje - nuo 30 iki 40%. Giedromis saulėtomis dienomis Žemės paviršių pasiekianti saulės spinduliuotė susideda iš 45 % matomos šviesos (380 – 720 nm) ir 45 % infraraudonosios spinduliuotės. Tik 10 % gaunama iš ultravioletinių spindulių. Radiacijos režimui didelę įtaką daro atmosferos dulkės. Dėl savo taršos kai kuriuose miestuose apšvietimas gali siekti 15% ar mažiau apšvietimo už miesto ribų.

Žemės paviršiaus apšvietimas labai skiriasi. Viskas priklauso nuo Saulės aukščio virš horizonto arba saulės spindulių kritimo kampo, dienos ilgumo ir oro sąlygų bei atmosferos skaidrumo (5.18 pav.).

Ryžiai. 5.18. Saulės spinduliuotės pasiskirstymas priklausomai nuo

Saulės aukštis virš horizonto (A1 - aukštas, A2 - žemas)

Priklausomai nuo sezono ir paros laiko, šviesos intensyvumas taip pat svyruoja. Tam tikruose Žemės regionuose šviesos kokybė taip pat nevienoda, pavyzdžiui, ilgųjų (raudonų) ir trumpųjų (mėlynų ir ultravioletinių) spindulių santykis. Yra žinoma, kad trumpųjų bangų spindulius atmosfera sugeria ir išsklaido labiau nei ilgųjų bangų spindulius. Todėl kalnuotose vietovėse visada yra daugiau trumpųjų bangų saulės spinduliuotės.

Medžiai, krūmai ir augalų pasėliai nustelbia teritoriją ir sukuria ypatingą mikroklimatą, silpnina spinduliuotę (5.19 pav.).

Ryžiai. 5.19. Radiacijos slopinimas:

A - retame pušyne; B - kukurūzų pasėliuose 6-12\% gaunamos fotosintetiškai aktyvios spinduliuotės atsispindi (R) nuo sodinimo paviršiaus.

Taigi skirtingose buveinėse skiriasi ne tik spinduliuotės intensyvumas, bet ir jos spektrinė sudėtis, augalų apšvietimo trukmė, skirtingo intensyvumo šviesos pasiskirstymas erdvėje ir laike ir kt. Atitinkamai, organizmų prisitaikymas prie gyvybės antžeminė aplinka vienokiu ar kitokiu šviesos režimu taip pat yra įvairi. Kaip minėjome anksčiau, atsižvelgiant į šviesą, yra trys pagrindinės augalų grupės: šviesą mėgstantys (heliofitai), pavėsį mėgstantys (sciofitai) ir atspalvį tolerantiški. Šviesamėgiai ir pavėsį mėgstantys augalai skiriasi savo ekologinio optimalumo padėtimi.

Šviesamėgiuose augaluose jis yra pilnos saulės šviesos zonoje. Stiprus šešėliavimas juos slopina. Tai atvirų žemės plotų augalai arba gerai apšviestos stepių ir pievų žolės (viršutinė žolyno pakopa), uolų kerpės, ankstyvo pavasario žoliniai lapuočių miškų augalai, dauguma kultūrinių atvirų žemių ir piktžolės ir kt. mylintys augalai yra optimalūs silpno apšvietimo srityje ir negali toleruoti stiprios šviesos. Tai daugiausia apatiniai tamsesni sudėtingų augalų bendrijų sluoksniai, kur šešėliai atsiranda dėl aukštesnių augalų ir bendragyventojų šviesos „perėmimo“. Tai apima daugybę kambarinių ir šiltnamių augalų. Dažniausiai jie yra iš atogrąžų miškų žolinės dangos arba epifitinės floros.

Ekologinė santykio su šviesa kreivė šešėliui atspariuose augaluose yra šiek tiek asimetriška, nes jie geriau auga ir vystosi esant visiškam apšvietimui, tačiau gerai prisitaiko prie silpno apšvietimo. Jie yra įprasta ir labai lanksti augalų grupė antžeminėje aplinkoje.

Sausumos-oro aplinkoje esantys augalai susiformavo prisitaikymus prie įvairių šviesos sąlygų: anatominių-morfologinių, fiziologinių ir kt.

Ryškus anatominių ir morfologinių adaptacijų pavyzdys yra išorinės išvaizdos pokytis esant skirtingoms apšvietimo sąlygoms, pavyzdžiui, nevienodo dydžio lapų plokštelės augaluose, gimininguose sistemingoje padėtyje, tačiau gyvenančių skirtingu apšvietimu (pievos varpas - Campanula patula ir miškas - C trachelija, lauko žibuoklė - Viola arvensis, auganti laukuose, pievose, miško pakraščiuose ir miško žibuoklės - V. mirabilis), pav. 5.20.

Ryžiai. 5.20. Lapų dydžių pasiskirstymas priklausomai nuo sąlygų

augalų buveinės: nuo drėgnos iki sausos ir nuo šešėlinės iki saulėtos

Pastaba. Tamsintas plotas atitinka gamtoje vyraujančias sąlygas

Esant pertekliui ir šviesos trūkumui, augalų lapų ašmenų erdvinis išdėstymas labai skiriasi. Heliofitų augalų lapai yra orientuoti taip, kad sumažintų radiacijos antplūdį „pavojingiausiomis“ dienos valandomis. Lapų mentės išsidėsčiusios vertikaliai arba dideliu kampu horizontalios plokštumos atžvilgiu, todėl dieną lapai daugiausiai sulaukia slenkančių spindulių (5.21 pav.).

Tai ypač ryšku daugelyje stepių augalų. Įdomus prisitaikymas prie gaunamos spinduliuotės susilpnėjimo yra vadinamuosiuose „kompaso“ augaluose (laukinėse salotose - Lactuca serriola ir kt.). Laukinių salotų lapai išsidėstę toje pačioje plokštumoje, orientuotis iš šiaurės į pietus, o vidurdienį radiacijos patekimas į lapų paviršių yra minimalus.

Atspalviui atsparių augalų lapai išdėstyti taip, kad gautų didžiausią krintančios spinduliuotės kiekį.

Ryžiai. 5.21. Tiesioginės (S) ir difuzinės (D) saulės spinduliuotės gavimas į augalus su horizontaliais (A), vertikaliais (B) ir skirtingai orientuotais (C) lapais (pagal I. A. Shulgin, 1967)

1,2 - lapai su skirtingais pasvirimo kampais; S1, S2 – juos pasiekianti tiesioginė spinduliuotė; Stotal – bendras jo suvartojimas augalui

Dažnai šešėliui atsparūs augalai sugeba atlikti apsauginius judesius: keisti lapų ašmenų padėtį, kai juos veikia stipri šviesa. Žolinės dangos plotai su sulankstytais oksalio lapais palyginti tiksliai sutampa su didelių saulės pliūpsnių vieta. Lapo, kaip pagrindinio saulės spinduliuotės imtuvo, struktūroje galima pastebėti daugybę prisitaikančių savybių. Pavyzdžiui, daugelio heliofitų lapų paviršius padeda atspindėti saulės šviesą (blizgus – laure, padengtas šviesia plaukuota danga – kaktusuose, euforbijoje) arba susilpninti jų poveikį (stora odelė, tankus brendimas). Lapo vidinei struktūrai būdingas galingas palisadinio audinio vystymasis ir daug mažų ir lengvų chloroplastų (5.22 pav.).

Viena iš apsauginių chloroplastų reakcijų į šviesos perteklių yra jų gebėjimas keisti orientaciją ir judėti ląstelėje, kuri aiškiai pasireiškia šviesiuose augaluose.

Ryškioje šviesoje chloroplastai ląstelėje užima sienelės padėtį ir tampa "kraštu" spindulių kryptimi. Esant silpnam apšvietimui, jie ląstelėje pasiskirsto difuziškai arba kaupiasi jos apatinėje dalyje.

Ryžiai. 5.22. Skirtingų dydžių chloroplastai atspalviui atspariuose augaluose

(A) ir šviesamėgiai (B) augalai:

1 - kukmedis; 2- maumedis; 3 - kanopa; 4 - pavasarinė žolė (pagal T.K. Goryshina, E.G. Spring, 1978)

Fiziologinis augalų prisitaikymas prie žemės-oro aplinkos šviesos sąlygų apima įvairias gyvybines funkcijas. Nustatyta, kad šviesamėgių augalų augimo procesai jautriau reaguoja į šviesos trūkumą, palyginti su šešėliniais augalais. Dėl to padidėja stiebų pailgėjimas, o tai padeda augalams prasiskverbti į šviesą ir patekti į viršutines augalų bendrijų pakopas.

Pagrindiniai fiziologiniai prisitaikymai prie šviesos yra fotosintezės srityje. Apskritai fotosintezės pokytis, priklausantis nuo šviesos intensyvumo, išreiškiamas „fotosintezės šviesos kreive“. Ekologiškai svarbūs jo parametrai (5.23 pav.).

1. Kreivės susikirtimo su ordinačių ašimi taškas (5.23 pav., a) atitinka augalų dujų mainų dydį ir kryptį visiškoje tamsoje: nevyksta fotosintezė, vyksta kvėpavimas (ne absorbcija, o CO2 išsiskyrimas). ), todėl taškas a yra žemiau abscisių ašies.

2. Šviesos kreivės susikirtimo su x ašimi taškas (5.23 pav., b) apibūdina „kompensacijos tašką“, t.y. šviesos intensyvumą, kuriam esant fotosintezė (CO2 sugertis) subalansuoja kvėpavimą (CO2 išsiskyrimą).

3. Fotosintezės intensyvumas didėjant šviesai didėja tik iki tam tikros ribos, tada išlieka pastovus – fotosintezės šviesos kreivė pasiekia “sotumo plynaukštę”.

Ryžiai. 5.23. Fotosintezės šviesos kreivės:

A - bendra schema; B - šviesamėgiams (1) ir atspalviams atspariems (2) augalams skirtos kreivės

Fig. 5.23, vingio sritis sutartinai žymima lygia kreive, kurios lūžis atitinka tašką c. Taško c projekcija į x ašį (taškas d) apibūdina „sotintą“ šviesos intensyvumą, ty vertę, kurią viršijus šviesa nebedidina fotosintezės intensyvumo. Projekcija į ordinačių ašį (taškas e) atitinka didžiausią tam tikros rūšies fotosintezės intensyvumą tam tikroje žemės-oro aplinkoje.

4. Svarbi šviesos kreivės charakteristika yra pasvirimo kampas (a) į abscisę, kuris atspindi fotosintezės padidėjimo laipsnį didėjant spinduliuotei (palyginti mažo šviesos intensyvumo srityje).

Augalai pasižymi sezonine reakcija į šviesą. Taigi plaukuotoje viksvoje (Carex pilosa) ankstyvą pavasarį miške naujai išdygę lapai turi fotosintezės šviesos prisotinimo plynaukštę esant 20–25 tūkst. liuksų, o toms pačioms rūšims esant vasaros šešėliavimui, priklausomybės kreivės. fotosintezė šviesoje tampa atitinkanti „šešėlio“ parametrus, t. y., lapai įgyja galimybę efektyviau panaudoti silpną šviesą, o tie patys lapai, peržiemoję po belapio pavasarinio miško baldakimu, vėl rodo „šviesą“. “ fotosintezės ypatumai.

Unikali fiziologinio prisitaikymo forma esant ryškiam šviesos trūkumui yra augalo gebėjimo fotosintezuoti praradimas ir perėjimas prie heterotrofinės mitybos su paruoštomis organinėmis medžiagomis. Kartais toks perėjimas tapdavo negrįžtamas dėl chlorofilo praradimo augalams, pavyzdžiui, šešėlinių eglynų orchidėjoms (Goodyera repens, Weottia nidus avis), orchidėjoms (Monotropa hypopitys). Jie gyvena iš negyvų organinių medžiagų, gautų iš medžių ir kitų augalų. Toks mitybos būdas vadinamas saprofitiniu, o augalai – saprofitais.

Didžiajai daugumai sausumos gyvūnų, kurių veikla dieną ir naktį, regėjimas yra vienas iš orientavimosi būdų ir svarbus ieškant grobio. Daugelis gyvūnų rūšių taip pat turi spalvų regėjimą. Šiuo atžvilgiu gyvūnai, ypač aukos, sukūrė prisitaikymo savybes. Tai apsauginis, kamufliažinis ir įspėjamasis dažymas, apsauginis panašumas, mimika ir kt. Ryškiaspalvių aukštesniųjų augalų žiedų atsiradimas taip pat siejamas su apdulkintojų regos aparato ypatybėmis ir, galiausiai, su aplinkos šviesos režimu.

Vandens režimas. Drėgmės trūkumas yra vienas iš svarbiausių sausumos-oro aplinkos savybių. Sausumos organizmų evoliucija vyko prisitaikant prie drėgmės gavimo ir išsaugojimo. Aplinkos drėgmės režimai sausumoje yra įvairūs – nuo visiško ir nuolatinio oro prisotinimo vandens garais, kur per metus iškrenta keli tūkstančiai milimetrų kritulių (pusiaujo ir musoninio-tropinio klimato regionai) iki beveik visiško jų nebuvimo sausumoje. dykumų oras. Taigi atogrąžų dykumose vidutinis metinis kritulių kiekis yra mažesnis nei 100 mm per metus, o tuo pačiu metu lietus neiškrenta kiekvienais metais.

Metinis kritulių kiekis ne visada leidžia įvertinti organizmų aprūpinimą vandeniu, nes toks pat kiekis gali apibūdinti dykumos klimatą (subtropikuose) ir labai drėgną (Arktyje). Svarbų vaidmenį atlieka kritulių ir garavimo santykis (bendras metinis garavimas nuo laisvo vandens paviršiaus), kuris taip pat skiriasi skirtinguose Žemės rutulio regionuose. Vietovės, kuriose ši vertė viršija metinį kritulių kiekį, vadinamos sausringomis (sausomis, sausringomis). Pavyzdžiui, augalams trūksta drėgmės didžiąją vegetacijos sezono dalį. Vietos, kuriose augalai aprūpinami drėgme, vadinamos drėgnomis arba šlapiomis. Dažnai skiriamos pereinamosios zonos – pusiau sausringos (pusiau sausros).

Augalijos priklausomybė nuo vidutinio metinio kritulių kiekio ir temperatūros parodyta fig. 5.24.

Ryžiai. 5.24. Augalijos priklausomybė nuo metinio vidurkio

krituliai ir temperatūra:

1 - atogrąžų miškas; 2 - lapuočių miškas; 3 - stepė;

4 - dykuma; 5 - spygliuočių miškas; 6 - arktinė ir kalnų tundra

Sausumos organizmų aprūpinimas vandeniu priklauso nuo kritulių režimo, rezervuarų buvimo, dirvožemio drėgmės atsargų, požeminio vandens artumo ir kt. Tai prisidėjo prie daugelio sausumos organizmų prisitaikymo prie įvairių vandens tiekimo režimų vystymosi.

Fig. 5.25 paveiksle iš kairės į dešinę pavaizduotas perėjimas nuo žemesniųjų dumblių, gyvenančių vandenyje su ląstelėmis be vakuolių, prie pirminių poikilohidrinių sausumos dumblių, vakuolių susidarymas vandens žalumoje ir charofituose, perėjimas nuo talofitų su vakuolėmis prie homohidrinių kormofitų (samanų pasiskirstymas - hidrofitai vis dar apsiriboja buveinėmis, kuriose yra daug oro drėgnumo, sausose buveinėse samanos tampa antrinėmis poikilohidrinėmis); tarp paparčių ir gaubtasėklių (bet ne tarp gimnazdžių) pasitaiko ir antrinių poikilohidrinių formų. Dauguma lapinių augalų yra homohidriniai dėl odelių apsaugos nuo transpiracijos ir stiprios jų ląstelių vakuolizacijos. Pažymėtina, kad gyvūnų ir augalų kserofiliškumas būdingas tik žemės-oro aplinkai.

Ryžiai. 5.25. Augalų vandens apykaitos prisitaikymas prie sausumos

gyvenimo būdas (iš V. Larcher, 1978)

Krituliai (lietus, kruša, sniegas), be vandens tiekimo ir drėgmės atsargų, dažnai atlieka ir kitą aplinkos vaidmenį. Pavyzdžiui, per smarkias liūtis dirva nespėja sugerti drėgmės, vanduo greitai teka stipriais upeliais ir dažnai į ežerus ir upes neša silpnai įsišaknijusius augalus, smulkius gyvūnus, derlingą dirvą. Salpose lietus gali sukelti potvynius ir taip turėti neigiamą poveikį ten gyvenantiems augalams ir gyvūnams. Periodiškai užliejamose vietose formuojasi unikali salpos fauna ir flora.

Kruša taip pat neigiamai veikia augalus ir gyvūnus. Žemės ūkio pasėliai atskiruose laukuose kartais visiškai sunaikinami dėl šios stichinės nelaimės.

Ekologinis sniego dangos vaidmuo yra įvairus. Augalams, kurių atsinaujinimo pumpurai yra dirvožemyje arba šalia jo paviršiaus, ir daugeliui smulkių gyvūnų sniegas atlieka šilumą izoliuojančios dangos vaidmenį, apsaugantį nuo žemos žiemos temperatūros. Kai po 20 cm sniego sluoksniu šalnos virš -14°C, dirvos temperatūra nenukrenta žemiau 0,2°C. Gili sniego danga apsaugo nuo nušalimo žaliąsias augalų dalis, tokias kaip Veronica officinalis, kanopinė žolė ir kt., kurios patenka po sniegu, nenumesdamos lapų. Maži sausumos gyvūnai žiemą veda aktyvų gyvenimo būdą, sukurdami daugybę perėjimų galerijų po sniegu ir jo storiu. Esant spirituotam maistui, snieguotomis žiemomis gali veistis graužikai (medinės ir geltonskruostės pelės, nemažai pelėnų, vandens žiurkių ir kt.). Per didelius šalčius po sniegu slepiasi tetervinai, kurapkos, tetervinai.

Žieminė sniego danga dažnai trukdo dideliems gyvūnams gauti maisto ir judėti, ypač kai ant paviršiaus susidaro ledo pluta. Taigi briedžiai (Alces alces) laisvai įveikia iki 50 cm gylio sniego sluoksnį, tačiau mažesniems gyvūnams jis nepasiekiamas. Neretai snieguotomis žiemomis stebima stirnų ir šernų žūtis.

Didelis sniego kiekis taip pat neigiamai veikia augalus. Be mechaninių pažeidimų, atsirandančių dėl sniego skiedrų ar sniego valytuvų, dėl storo sniego sluoksnio augalai gali nuslopti, o nutirpus sniegui, ypač ilgą pavasarį, augalai gali išmirkti.

Ryžiai. 5.26. Atraminis paviršius

baltosios kurapkos galūnės

žiema (A) ir vasara (B)

Žiemomis su mažai sniego augalai ir gyvūnai kenčia nuo žemos temperatūros ir stipraus vėjo. Taigi tais metais, kai sniego mažai, žūsta į peles panašūs graužikai, kurmiai ir kiti smulkūs gyvūnai. Tuo pačiu metu platumose, kur žiemą krituliai iškrenta sniego pavidalu, augalai ir gyvūnai istoriškai prisitaikė prie gyvenimo sniege ar jo paviršiuje, susikurdami įvairias anatomines, morfologines, fiziologines, elgesio ir kitas savybes. Pavyzdžiui, kai kurių gyvūnų kojų atraminis paviršius žiemą padidėja apaugant jas šiurkščiaplaukiais (5.26 pav.), plunksnomis ir raguotais sruogeliais.

Kiti migruoja arba patenka į neaktyvią būseną – miegą, žiemos miegą, diapauzę. Nemažai gyvūnų pereina prie šėrimo tam tikrų rūšių pašarais.

Sniego dangos baltumas atskleidžia tamsius gyvūnus. Sezoninis kurapkos ir tundrinės kurapkos, ermino (5.27 pav.), kalnų kiškio, žebenkšties ir arktinės lapės spalvos pokytis neabejotinai susijęs su kamufliažo parinkimu, kad jis atitiktų fono spalvą.

Krituliai, be tiesioginio poveikio organizmams, nulemia vienokią ar kitokią oro drėgmę, kuri, kaip jau minėta, vaidina svarbų vaidmenį augalų ir gyvūnų gyvenime, nes turi įtakos jų vandens apykaitos intensyvumui. Garavimas nuo gyvūnų kūno paviršiaus ir transpiracija augaluose yra intensyvesnis, tuo mažiau oras prisotinamas vandens garų.

Antžeminėmis dalimis sugeria lietaus pavidalu krintantį lašelių-skysčio drėgmę, taip pat garų drėgmę iš oro, aukštesniuose augaluose randama atogrąžų miškų epifituose, kurie sugeria drėgmę per visą lapų paviršių ir oro šaknys. Kai kurių krūmų ir medžių šakos, pavyzdžiui, saxauls - Halaxylon persicum, H. aphyllum, gali sugerti garų drėgmę iš oro. Aukštesniuose sporiniuose ir ypač žemesniuose augaluose drėgmės sugėrimas antžeminėmis dalimis yra įprastas vandens mitybos būdas (samanos, kerpės ir kt.). Trūkstant drėgmės, samanos ir kerpės gali ilgą laiką išgyventi artimoje orui sausoje būsenoje, patenkant į sustabdytą animaciją. Tačiau vos lyjant, šie augalai greitai sugeria drėgmę su visomis žemės dalimis, įgauna minkštumo, atkuria turgorą, atnaujina fotosintezės ir augimo procesus.

Augaluose, esančiuose labai drėgnose sausumos buveinėse, dažnai reikia pašalinti drėgmės perteklių. Paprastai tai atsitinka, kai dirva gerai įšyla, o šaknys aktyviai sugeria vandenį ir nėra transpiracijos (ryte arba rūko metu, kai oro drėgmė yra 100%).

Drėgmės perteklius pašalinamas gutacijos būdu – tai vandens išleidimas per specialias šalinimo ląsteles, esančias palei lapo kraštą arba viršūnėje (5.28 pav.).

Ryžiai. 5.28. Gutacijos tipai skirtinguose augaluose

(pagal A.M. Grodzinskį, 1965):

1 - grūdams, 2 - braškėms, 3 - tulpėms, 4 - pienžolėms,

5 - Bellevalia Sarmatian, 6 - dobilų

Gutuoti gali ne tik higrofitai, bet ir daugelis mezofitų. Pavyzdžiui, Ukrainos stepėse gutacija buvo nustatyta daugiau nei pusėje visų augalų rūšių. Daugelis pievų žolių taip drėkina, kad sušlapina dirvos paviršių. Taip gyvūnai ir augalai prisitaiko prie sezoninio kritulių pasiskirstymo, jų kiekio ir pobūdžio. Tai lemia augalų ir gyvūnų sudėtį, tam tikrų jų vystymosi ciklo fazių laiką.

Drėgmei įtakos turi ir vandens garų kondensacija, kuri kintant temperatūrai dažnai susidaro paviršiniame oro sluoksnyje. Vakare nukritus temperatūrai atsiranda rasa. Neretai rasa iškrenta tokiais kiekiais, kad ji gausiai sušlapina augalus, suteka į dirvą, padidina oro drėgmę ir sudaro palankias sąlygas gyviems organizmams, ypač kai kitų kritulių mažai. Augalai prisideda prie rasos nusėdimo. Naktį vėsindami jie kondensuoja ant savęs vandens garus. Drėgmės režimui didelę įtaką daro rūkas, tiršti debesys ir kiti gamtos reiškiniai.

Kiekybiškai charakterizuojant augalų buveinę pagal vandens faktorių, naudojami rodikliai, atspindintys drėgmės kiekį ir pasiskirstymą ne tik ore, bet ir dirvožemyje. Dirvožemio vanduo arba dirvožemio drėgmė yra vienas iš pagrindinių augalų drėgmės šaltinių. Vanduo dirvožemyje yra suskaidytas, susimaišęs su įvairaus dydžio ir formos poromis, turi didelę sąsają su dirvožemiu, jame yra daug katijonų ir anijonų. Taigi dirvožemio drėgmė yra nevienalytė fizinėmis ir cheminėmis savybėmis. Ne visą dirvožemyje esantį vandenį augalai gali panaudoti. Pagal fizinę būklę, mobilumą, prieinamumą ir svarbą augalams dirvožemio vanduo skirstomas į gravitacinį, higroskopinį ir kapiliarinį.

Dirvožemyje taip pat yra garų drėgmės, kuri užima visas bevandenes poras. Tai beveik visada (išskyrus dykumos dirvožemius) prisotinti vandens garai. Temperatūrai nukritus žemiau 0°C, dirvožemio drėgmė virsta ledu (iš pradžių laisvu vandeniu, o toliau vėsstant – dalimi surišto vandens).

Bendras vandens kiekis, kurį gali sulaikyti dirvožemis (nustatomas įpilant vandens perteklių ir laukiant, kol jis nustos lašėti), vadinamas lauko talpa.

Vadinasi, bendras vandens kiekis dirvožemyje negali apibūdinti augalų aprūpinimo drėgme laipsnio. Norint jį nustatyti, iš viso vandens kiekio reikia atimti vytimo koeficientą. Tačiau fiziškai prieinamas dirvožemio vanduo ne visada fiziologiškai prieinamas augalams dėl žemos dirvožemio temperatūros, deguonies trūkumo dirvožemio vandenyje ir dirvožemio ore, dirvožemio rūgštingumo, didelės mineralinių druskų koncentracijos, ištirpusių dirvožemio vandenyje. Neatitikimas tarp vandens įsisavinimo šaknų ir jo išsiskyrimo iš lapų lemia augalų vytimą. Nuo fiziologiškai turimo vandens kiekio priklauso ne tik antžeminių dalių, bet ir augalų šaknų sistemos vystymasis. Sausose dirvose augančių augalų šaknų sistema, kaip taisyklė, yra labiau išsišakojusi ir galingesnė nei drėgnose dirvose (5.29 pav.).

Ryžiai. 5.29. Žieminių kviečių šaknų sistema

(pagal V.G. Khrzhanovski ir kt., 1994):

1 - su daug kritulių; 2 - vidutiniškai;

3 - esant žemai

Vienas iš dirvožemio drėgmės šaltinių yra požeminis vanduo. Kai jų lygis žemas, kapiliarinis vanduo nepasiekia dirvožemio ir nedaro įtakos jo vandens režimui. Vien dėl kritulių sudrėkinus dirvą, stipriai svyruoja jos drėgmė, o tai dažnai neigiamai veikia augalus. Per aukštas požeminio vandens lygis taip pat yra kenksmingas, nes jis sukelia dirvožemio užmirkimą, deguonies išeikvojimą ir sodrinimą mineralinėmis druskomis. Nuolatinė dirvožemio drėgmė, nepriklausomai nuo oro sąlygų, užtikrina optimalų gruntinio vandens lygį.

Temperatūros sąlygos. Išskirtinis žemės-oro aplinkos bruožas yra didelis temperatūros svyravimų diapazonas. Daugumoje sausumos plotų paros ir metinės temperatūros diapazonas siekia keliasdešimt laipsnių. Oro temperatūros pokyčiai ypač reikšmingi dykumose ir subpoliariniuose žemyniniuose regionuose. Pavyzdžiui, sezoninis temperatūros diapazonas Vidurinės Azijos dykumose siekia 68–77°C, o paros – 25–38°C. Jakutsko apylinkėse vidutinė sausio mėnesio temperatūra siekia 43°C, liepos – +19°C, o metinė svyruoja nuo -64 iki +35°C. Trans-Urale metiniai oro temperatūros svyravimai yra staigūs ir derinami su dideliais žiemos ir pavasario mėnesių temperatūros skirtumais įvairiais metais. Šalčiausias mėnuo yra sausis, vidutinė oro temperatūra svyruoja nuo -16 iki -19°C, kai kuriais metais nukrenta iki -50°C, šilčiausias mėnuo yra liepa, kai temperatūra nuo 17,2 iki 19,5°C. Aukščiausia teigiama temperatūra 38–41°C.

Temperatūros svyravimai dirvos paviršiuje yra dar reikšmingesni.

Sausumos augalai užima zoną, esančią greta dirvožemio paviršiaus, t. Šiame paviršiuje sukuriamas ypatingas šiluminis režimas: dieną stiprus įkaitimas dėl šilumos spindulių sugerties, naktį stiprus vėsinimas dėl radiacijos. Iš čia antžeminis oro sluoksnis patiria didžiausius paros temperatūros svyravimus, kurie ryškiausi plikoje dirvoje.

Pavyzdžiui, augalų buveinių šiluminis režimas apibūdinamas remiantis temperatūros matavimais tiesiai augalijos dangoje. Žolinių augalų bendrijose matavimai atliekami žolyno viduje ir paviršiuje, o miškuose, kur yra tam tikras vertikalus temperatūros gradientas, keliuose taškuose skirtinguose aukščiuose.

Sausumos organizmų atsparumas temperatūros pokyčiams aplinkoje skiriasi ir priklauso nuo konkrečios buveinės, kurioje vyksta jų gyvenimas. Taigi sausumos lapiniai augalai dažniausiai auga plačiame temperatūrų diapazone, tai yra, jie yra euriterminiai. Jų gyvenimo trukmė aktyvioje būsenoje paprastai trunka nuo 5 iki 55 °C, o produktyvūs augalai yra nuo 5 iki 40 °C. Žemyninių regionų augalai, kuriems būdingas ryškus paros temperatūros svyravimas, geriausiai vystosi, kai naktis yra 10–15 °C šaltesnė už dieną. Tai galioja daugumai vidutinio klimato juostos augalų – esant 5–10 °C temperatūrų skirtumui, o tropiniams augalams, kurių amplitudė dar mažesnė – apie 3 °C (5.30 pav.).

Ryžiai. 5.30. Optimalios temperatūros zonos augimui ir

įvairių augalų vystymas (po Went, 1957 m.)

Poikiloterminiuose organizmuose, kylant temperatūrai (T), vystymosi trukmė (t) mažėja vis sparčiau. Vystymo greitis Vt gali būti išreikštas formule Vt = 100/t.

Pasiekti tam tikrą vystymosi stadiją (pavyzdžiui, vabzdžiuose – iš kiaušinėlio), t.y. lėliukė, vaizduotės stadija, visada reikalauja tam tikros temperatūros. Efektyviosios temperatūros (temperatūros, viršijančios nulinį vystymosi tašką, t. y. T-To) sandauga su vystymosi trukme (t) suteikia tam tikros rūšies specifinę šiluminio vystymosi konstantą c=t(T-To). Naudodami šią lygtį galite apskaičiuoti tam tikro vystymosi etapo, pavyzdžiui, augalų kenkėjo, pradžios laiką, kai jo kontrolė yra veiksminga.

Augalai, kaip poikiloterminiai organizmai, neturi savo stabilios kūno temperatūros. Jų temperatūrą lemia šiluminis balansas, t.y. energijos sugėrimo ir išsiskyrimo santykis. Šios reikšmės priklauso nuo daugelio aplinkos savybių (radiacijos patekimo dydžio, supančio oro temperatūros ir jo judėjimo), ir nuo pačių augalų (augalo spalvos ir kitų optinių savybių, spinduliuotės dydžio ir vietos). lapai ir kt.). Pagrindinis vaidmuo tenka vėsinamajam transpiracijos poveikiui, kuris apsaugo nuo stipraus augalų perkaitimo karštose buveinėse. Dėl minėtų priežasčių augalų temperatūra dažniausiai skiriasi (dažnai gana ženkliai) nuo aplinkos temperatūros. Čia galimos trys situacijos: augalo temperatūra aukštesnė už aplinkos temperatūrą, žemesnė už ją, lygi arba labai artima jai. Augalų temperatūros perteklius virš oro temperatūros atsiranda ne tik labai įkaitintose, bet ir šaltesnėse buveinėse. Tai palengvina tamsi augalų spalva ar kitos optinės savybės, didinančios saulės spindulių sugėrimą, taip pat anatominės ir morfologinės savybės, padedančios sumažinti transpiraciją. Arktiniai augalai gali gana pastebimai sušilti (5.31 pav.).

Kitas pavyzdys yra nykštukinis gluosnis – Salix arctica Aliaskoje, kurio lapai dieną yra 2–11 °C šiltesni už orą, o poliarinės „24 valandų dienos“ metu net naktį – 1–3 °C.

Ankstyvojo pavasario efemeroidams, vadinamiesiems "sniego lašeliams", lapų kaitinimas suteikia galimybę gana intensyviai fotosintezei saulėtomis, bet vis dar šaltomis pavasario dienomis. Šaltoms arba su sezoniniais temperatūros svyravimais susijusioms buveinėms augalų temperatūros padidėjimas yra ekologiniu požiūriu labai svarbus, nes taip fiziologiniai procesai tam tikru mastu tampa nepriklausomi nuo aplinkinio šiluminio fono.

Ryžiai. 5.31. Temperatūros pasiskirstymas Arkties tundros rozetiniame augale (Novosieversia glacialis) saulėtą birželio rytą, esant 11,7 ° C oro temperatūrai (pagal B. A. Tikhomirovą, 1963 m.)

Dešinėje – gyvybės procesų intensyvumas biosferoje: 1 – šalčiausias oro sluoksnis; 2 - viršutinė ūglių augimo riba; 3, 4, 5 - didžiausio gyvybės procesų aktyvumo ir maksimalaus organinių medžiagų kaupimosi zona; 6 - amžinojo įšalo lygis ir apatinė įsišaknijimo riba; 7 - žemiausios dirvožemio temperatūros sritis

Augalų temperatūros sumažėjimas, palyginti su aplinkiniu oru, dažniausiai pastebimas stipriai apšviestose ir šildomose sausumos sferos vietose (dykumoje, stepėje), kur augalų lapų paviršius labai sumažėja, o padidėjusi transpiracija padeda pašalinti šilumos perteklių ir apsaugo nuo perkaitimo. Apibendrintai galima teigti, kad karštose augavietėse antžeminių augalų dalių temperatūra yra žemesnė, o šaltose – aukštesnė už oro temperatūrą. Augalų temperatūros sutapimas su aplinkos oro temperatūra yra mažiau paplitęs - tokiomis sąlygomis, kurios pašalina stiprų radiacijos antplūdį ir intensyvią transpiraciją, pavyzdžiui, žoliniuose augaluose po miškų laja, o atvirose vietose - debesuotu oru ar lietaus metu. .

Apskritai sausumos organizmai yra euritermiškesni nei vandens organizmai.

Žemės-oro aplinkoje gyvenimo sąlygas apsunkina orų permainos. Oras – nuolat kintanti atmosferos būsena žemės paviršiuje iki maždaug 20 km aukščio (troposferos ribos). Orų kintamumas pasireiškia nuolatine aplinkos veiksnių, tokių kaip temperatūra ir drėgmė, debesuotumas, krituliai, vėjo stiprumas ir kryptis ir kt., derinio kitimas (5.32 pav.).

Ryžiai. 5.32. Atmosferos frontai virš Rusijos teritorijos

Orų pokyčiams, kartu su reguliariu jų kaitaliu metiniame cikle, būdingi neperiodiniai svyravimai, kurie labai apsunkina sausumos organizmų egzistavimo sąlygas. Fig. Mirštamumo priklausomybei nuo temperatūros ir santykinės drėgmės parodyti 5.33 paveiksle panaudotas menkinių kandžių vikšro Carpocapsa pomonella pavyzdys.

Ryžiai. 5.33. Menkų vikšrų Carpocapsa mirtingumas

pomonella priklausomai nuo temperatūros ir drėgmės (pagal R. Dazho, 1975)

Iš to išplaukia, kad vienodos mirtingumo kreivės turi koncentrinę formą ir optimalią zoną riboja santykinė oro drėgmė 55 ir 95% bei 21 ir 28 °C temperatūra.

Šviesa, temperatūra ir oro drėgnumas dažniausiai nulemia ne maksimalų, o vidutinį stomatito atsivėrimo augaluose laipsnį, nes retai pasitaiko visų sąlygų, skatinančių jų atsivėrimą, sutapimas.

Ilgalaikis oro režimas apibūdina vietovės klimatą. Klimato sąvoka apima ne tik vidutines meteorologinių reiškinių reikšmes, bet ir metinius bei paros pokyčius, nukrypimus nuo jų, dažnumą. Klimatas priklauso nuo vietovės geografinių sąlygų.

Pagrindiniai klimato veiksniai yra temperatūra ir drėgmė, matuojama pagal kritulių kiekį ir vandens garų prisotinimą ore. Taigi šalyse, nutolusiose nuo jūros, vyksta laipsniškas perėjimas iš drėgno klimato per pusiau sausą tarpinę zoną su retkarčiais ar periodiškais sausringais laikotarpiais į sausringą teritoriją, kuriai būdinga užsitęsusi sausra, dirvožemio ir vandens druskėjimas (5.34 pav.). ).

Evoliucijos eigoje ši aplinka susiformavo vėliau nei vandens. Jo ypatumas yra tai, kad jis yra dujinis, todėl jam būdingas mažas drėgnumas, tankis ir slėgis, didelis deguonies kiekis. Evoliucijos eigoje gyvi organizmai sukūrė reikiamus anatominius, morfologinius, fiziologinius, elgesio ir kitus prisitaikymus.

Gyvūnai žemės-oro aplinkoje juda dirva arba oru (paukščiai, vabzdžiai), o augalai įsišaknija dirvoje. Šiuo atžvilgiu gyvūnams išsivystė plaučiai ir trachėja, o augalams – stomatalinis aparatas, t.y. organai, kuriais planetos sausumos gyventojai deguonį pasisavina tiesiai iš oro. Skeleto organai stipriai išsivystė, užtikrinantys judėjimo sausumoje autonomiją ir palaikantys kūną visais jo organais nereikšmingo aplinkos tankio, tūkstančius kartų mažesnio už vandenį, sąlygomis. Ekologiniai veiksniai žemės-oro aplinkoje nuo kitų buveinių skiriasi dideliu šviesos intensyvumu, dideliais temperatūros ir oro drėgmės svyravimais, visų veiksnių koreliacija su geografine padėtimi, metų laikų ir paros meto pasikeitimu. Jų poveikis organizmams yra neatsiejamai susijęs su oro judėjimu ir padėtimi jūrų ir vandenynų atžvilgiu ir labai skiriasi nuo poveikio vandens aplinkai (1 lentelė).

5 lentelė

Oro ir vandens organizmų buveinės sąlygos

(pagal D.F. Mordukhai-Boltovskij, 1974 m.)

oro aplinka

vandens aplinka

Drėgmė	Labai svarbu (dažnai trūksta)	Neturi (visada per daug)
Tankis	Mažas (išskyrus dirvožemį)	Didelis, palyginti su jo vaidmeniu oro gyventojams
Spaudimas	Beveik jokios	Didelis (gali siekti 1000 atmosferų)
Temperatūra	Reikšmingas (kinta labai plačiose ribose - nuo -80 iki +1ОО°С ir daugiau)	Mažiau nei oro gyventojams (kinta daug mažiau, paprastai nuo -2 iki +40°C)
Deguonis	Nebūtina (dažniausiai perteklius)	Būtinas (dažnai trūksta)
Suspenduotos kietosios medžiagos	Nesvarbu; nenaudojamas maistui (daugiausia mineralams)	Svarbu (maisto šaltinis, ypač organinės medžiagos)
Aplinkoje ištirpusios medžiagos	Tam tikru mastu (aktualu tik dirvožemio tirpalams)	Svarbu (reikalingas tam tikras kiekis)

Sausumos gyvūnai ir augalai sukūrė savo, ne mažiau originalius prisitaikymus prie nepalankių aplinkos veiksnių: sudėtingos kūno ir jo sluoksnio struktūros, gyvenimo ciklų periodiškumo ir ritmo, termoreguliacijos mechanizmų ir kt. Tikslingas gyvūnų mobilumas ieškant maisto išsivysčiusios vėjo pernešamos sporos, sėklos ir žiedadulkės, taip pat augalai ir gyvūnai, kurių gyvenimas visiškai susijęs su oru. Susiformavo išskirtinai glaudus funkcinis, resursinis ir mechaninis ryšys su dirvožemiu.

Daugelis pritaikymų buvo aptarti aukščiau kaip pavyzdžiai, apibūdinantys abiotinius aplinkos veiksnius. Todėl dabar nėra prasmės kartotis, nes prie jų grįšime praktiniuose užsiėmimuose.

Dirvožemis kaip buveinė

Žemė yra vienintelė planeta, kurioje yra dirvožemis (edasfera, pedosfera) – ypatingas viršutinis žemės apvalkalas. Šis apvalkalas susiformavo istoriškai numatytu laiku – tai tokio pat amžiaus kaip ir sausumos gyvybė planetoje. M. V. pirmą kartą atsakė į klausimą apie dirvožemio kilmę. Lomonosovas („Apie žemės sluoksnius“): „...dirvožemis atsirado dėl gyvūnų ir augalų kūnų irimo... per ilgą laiką...“. Ir tu, didysis rusų mokslininkas. Tu. Dokučajevas (1899: 16) pirmasis dirvožemį pavadino nepriklausomu gamtos kūnu ir įrodė, kad dirvožemis yra „... toks pat nepriklausomas gamtos istorinis kūnas kaip ir bet kuris augalas, bet koks gyvūnas, bet koks mineralas... tai rezultatas, funkcija. bendros, abipusės tam tikros vietovės klimato, jos augalų ir gyvūnų organizmų, šalies topografijos ir amžiaus..., galiausiai, podirvio, t. y. gruntinių pirminių uolienų... Visi šie dirvožemį formuojantys veiksniai iš esmės , yra visiškai lygiaverčiai dydžiai ir vienodai dalyvauja formuojant normalią dirvą...“

Ir šiuolaikinis gerai žinomas dirvožemio mokslininkas N.A. Kaczynskis („Dirvožemis, jo savybės ir gyvybė“, 1975) pateikia tokį dirvožemio apibrėžimą: „Dirvožemis turi būti suprantamas kaip visi paviršiniai uolienų sluoksniai, apdoroti ir keičiami dėl bendros klimato įtakos (šviesos, šilumos, oro, vandens). , augalų ir gyvūnų organizmai“.

Pagrindiniai dirvožemio struktūriniai elementai yra: mineralinė bazė, organinės medžiagos, oras ir vanduo.

Mineralinis pagrindas (skeletas)(50-60% viso dirvožemio) yra neorganinė medžiaga, susidaranti dėl požeminės kalnų (pagrindinės, dirvožemį formuojančios) uolienos dėl jos oro sąlygų. Skeleto dalelių dydžiai svyruoja nuo riedulių ir akmenų iki smulkių smėlio ir purvo dalelių. Dirvožemio fizikines ir chemines savybes daugiausia lemia dirvožemį formuojančių uolienų sudėtis.

Nuo molio ir smėlio santykio dirvoje bei skeveldrų dydžio priklauso dirvožemio pralaidumas ir poringumas, užtikrinantis tiek vandens, tiek oro cirkuliaciją. Vidutinio klimato kraštuose idealu, jei dirvą sudaro vienodas molio ir smėlio kiekis, t.y. atstovauja priemolį. Tokiu atveju dirvožemiams negresia nei užmirkti, nei išdžiūti. Abu yra vienodai destruktyvūs tiek augalams, tiek gyvūnams.

organinės medžiagos– iki 10% dirvožemio, susidaro iš negyvos biomasės (augalų masė – lapų, šakų ir šaknų pakratai, nudžiūvę kamienai, žolės skudurai, negyvų gyvūnų organizmai), susmulkintos ir mikroorganizmų bei tam tikrų grupių dirvožemyje perdirbamos į humusą. gyvūnai ir augalai. Paprastesni elementai, susidarę dėl organinių medžiagų irimo, vėl įsisavinami augalų ir dalyvauja biologiniame cikle.

Oras(15-25%) dirvožemyje yra ertmėse – porose, tarp organinių ir mineralinių dalelių. Nesant (sunkūs molingi dirvožemiai) arba porų užpildymas vandeniu (potvynių, amžinojo įšalo atšilimo metu), pablogėja aeracija dirvožemyje ir susidaro anaerobinės sąlygos. Tokiomis sąlygomis slopinami deguonį vartojančių organizmų – aerobų – fiziologiniai procesai, lėtas organinių medžiagų irimas. Palaipsniui kaupiasi, susidaro durpės. Didelės durpių atsargos būdingos pelkėms, pelkėtiems miškams, tundros bendrijoms. Durpių kaupimasis ypač ryškus šiauriniuose regionuose, kur šaltis ir dirvožemių užmirkimas yra tarpusavyje susiję ir vienas kitą papildo.

Vanduo(25-30%) dirvožemyje yra 4 tipai: gravitacinis, higroskopinis (surištas), kapiliarinis ir garinis.

Gravitacinis- mobilus vanduo, užimantis plačius tarpus tarp dirvožemio dalelių, savo svoriu prasiskverbia iki gruntinio vandens lygio. Lengvai įsisavinamas augalų.

Higroskopinis arba susijęs– adsorbuojasi aplink koloidines dirvožemio daleles (molį, kvarcą) ir dėl vandenilinių jungčių išlieka plonos plėvelės pavidalu. Iš jų išsiskiria esant aukštai temperatūrai (102-105°C). Jis nepasiekiamas augalams ir neišgaruoja. Molio dirvose tokio vandens yra iki 15 proc., priesmėlio – 5 proc.

Kapiliaras– sulaikomas aplink dirvožemio daleles dėl paviršiaus įtempimo. Per siauras poras ir kanalus – kapiliarus jis pakyla nuo gruntinio vandens lygio arba nukrypsta iš ertmių su gravitaciniu vandeniu. Jį geriau išlaiko molingos dirvos ir lengvai išgaruoja. Augalai jį lengvai pasisavina.

Buveinė yra artimiausia aplinka, kurioje egzistuoja gyvas organizmas (gyvūnas ar augalas). Jame gali būti ir gyvų organizmų, ir negyvų objektų, ir bet koks organizmų atmainų skaičius nuo kelių rūšių iki kelių tūkstančių, kartu egzistuojančių tam tikroje gyvenamojoje erdvėje. Oro-žemės buveinė apima tokias žemės paviršiaus sritis kaip kalnai, savanos, miškai, tundra, poliarinis ledas ir kt.

Buveinė – Žemės planeta

Įvairiose Žemės planetos dalyse gyvena didžiulė gyvų organizmų biologinė įvairovė. Yra tam tikrų rūšių gyvūnų buveinės. Karštas, sausas vietas dažnai dengia karštos dykumos. Šiltuose, drėgnuose regionuose yra drėgmės

Žemėje yra 10 pagrindinių sausumos buveinių tipų. Kiekvienas iš jų turi daugybę veislių, priklausomai nuo to, kurioje pasaulio vietoje jis yra. Tam tikrai buveinei būdingi gyvūnai ir augalai prisitaiko prie sąlygų, kuriomis gyvena.

Afrikos savanos

Ši atogrąžų žolinė oro-sausumos bendruomenės buveinė yra Afrikoje. Jai būdingi ilgi sausi laikotarpiai po drėgnų sezonų ir gausių kritulių. Afrikos savanose gyvena daugybė žolėdžių gyvūnų, taip pat galingi jais mintantys plėšrūnai.

Kalnai

Aukštų kalnų masyvų viršūnėse labai šalta ir ten auga nedaug augalų. Gyvūnai, gyvenantys šiose aukštumose, yra prisitaikę susidoroti su žema temperatūra, maisto trūkumu ir stačiu, akmenuotu reljefu.

Visžaliai miškai

Spygliuočių miškai dažnai aptinkami vėsesnėse pasaulio vietose: Kanadoje, Aliaskoje, Skandinavijoje ir Rusijos regionuose. Šiose vietovėse, kuriose vyrauja amžinai žaliuojančios eglės, gyvena tokie gyvūnai kaip briedis, bebras ir vilkas.

Lapuočiai medžiai

Šaltose, drėgnose vietose daugelis medžių greitai auga vasarą, bet žiemą praranda lapus. Laukinių gyvūnų skaičius šiose vietovėse skiriasi sezoniškai, nes daugelis migruoja į kitas teritorijas arba žiemoja žiemos miegu.

Vidutinio klimato zona

Jai būdingos sausos žolingos prerijos ir stepės, pievos, karštos vasaros ir šaltos žiemos. Šioje antžeminėje oro buveinėje gyvena būriai žolėdžiai gyvūnai, tokie kaip antilopės ir bizonai.

Viduržemio jūros zona

Žemėse aplink Viduržemio jūrą vyrauja karštas klimatas, tačiau čia iškrenta daugiau kritulių nei dykumose. Šiose vietose auga krūmai ir augalai, kurie gali išgyventi tik turėdami prieigą prie vandens ir dažnai užpildyti daugybe skirtingų vabzdžių rūšių.

Tundra

Oro ir sausumos buveinė, tokia kaip tundra, didžiąją metų dalį yra padengta ledu. Gamta atgyja tik pavasarį ir vasarą. Čia gyvena elniai, peri paukščiai.

Atogrąžų miškai

Šie tankūs žali miškai auga netoli pusiaujo ir yra turtingiausios gyvų organizmų biologinės įvairovės namai. Jokia kita buveinė negali pasigirti tiek gyventojų, kiek atogrąžų miškai.

poliarinis ledas

Šalti regionai prie Šiaurės ir Pietų ašigalių yra padengti ledu ir sniegu. Čia galite sutikti pingvinų, ruonių ir baltųjų lokių, kurie lediniame vandenyno vandenyje ieško maisto.

Sausumos-oro buveinės gyvūnai

Buveinės yra išsibarsčiusios didžiulėje Žemės planetos teritorijoje. Kiekvienam iš jų būdingas tam tikras biologinis ir augalų pasaulis, kurio atstovai netolygiai apgyvendina mūsų planetą. Šaltesnėse pasaulio vietose, pavyzdžiui, poliariniuose regionuose, šiose vietovėse gyvena nedaug faunos rūšių, kurios yra specialiai pritaikytos gyventi žemoje temperatūroje. Kai kurie gyvūnai yra paplitę visame pasaulyje, priklausomai nuo to, kokius augalus jie valgo, pavyzdžiui, didžioji panda gyvena vietose, kur

Oro-žemės buveinė

Kiekvienam gyvam organizmui reikia namų, pastogės ar aplinkos, kuri galėtų užtikrinti saugumą, idealią temperatūrą, maistą ir dauginimąsi – visus išgyvenimui būtinus dalykus. Viena iš svarbių buveinės funkcijų yra užtikrinti idealią temperatūrą, nes ekstremalūs pokyčiai gali sunaikinti visą ekosistemą. Taip pat svarbi sąlyga yra vandens, oro, dirvožemio ir saulės šviesos prieinamumas.

Temperatūra Žemėje ne visur vienoda, kai kuriuose planetos kampeliuose (Šiaurės ir Pietų ašigalyje) termometro stulpelis gali nukristi iki –88°C. Kitose vietose, ypač tropikuose, labai šilta ir net karšta (iki +50°C). Temperatūra vaidina svarbų vaidmenį žemės ir oro buveinių prisitaikymo procesuose, pavyzdžiui, gyvūnai, prisitaikę prie žemos temperatūros, negali išgyventi karštyje.

Buveinė yra natūrali aplinka, kurioje gyvena organizmas. Gyvūnams reikia skirtingos erdvės. Buveinė gali būti didelė ir užimti visą mišką arba maža, kaip audinė. Vieniems gyventojams tenka ginti ir ginti didžiulę teritoriją, o kitiems reikia nedidelio ploto erdvės, kur jie galėtų palyginti taikiai sugyventi su šalia gyvenančiais kaimynais.