Водная среда обитания - гидросфера

Природным водоемам свойствен определенный химический состав. Преобладают карбонаты, сульфаты, хлориды. В пресных водоемах концентрация солей не более 0,5 г/, в морях –  от 12 до 35 г/л (промилле – десятые  доли процента). При солености более 40 промилле водоем называют гипергалинным  или пересоленным.

1) В пресной  воде (гипотоническая среда) хорошо  выражены процессы осморегуляции.  Гидробионты вынуждены постоянно  удалять проникающую в них  воду, они гомойосмотичны (инфузории  каждые 2-3 минуты «прокачивают» через  себя количество воды, равное  ее весу). В соленой воде (изотоническая  среда) концентрация солей в  телах и тканях гидробионтов  одинакова (изотонична) с концентрацией  солей, растворенных в воде  – они пойкилоосмотичны. Поэтому  у обитателей соленых водоемов  осморегуляторные функции не  развиты, и они не смогли  заселить пресные водоемы. 

2) Водные  растения способны поглощать  воду и питательные вещества  из воды – «бульона», всей  поверхностью, поэтому у них сильно  расчленены листья и слабо  развиты проводящие ткани и  корни. Корни служат в основном  для прикрепления к подводному  субстрату. У большинства растений  пресных водоемов есть корни. 

Типично морские  и типично пресноводные виды –  стеногалинные, не переносят значительных изменений в солености воды. Эвригалинных видов немного. Они обычны в солоноватых  водах (пресноводный судак, щука, лещ, кефаль, приморские лососи).

Каково  отношение гидробионтов к составу газов в воде?

В воде кислород важнейший экологический фактор. Источник его – атмосфера и  фотосинтезирующие растения. При  перемешивании воды, особенно в проточных  водоемах и при уменьшении температуры  содержание кислорода возрастает. Некоторые  рыбы очень чувствительны к дефициту кислорода (форель, гольян, хариус) и  потому предпочитают холодные горные реки и ручьи. Другие рыбы (карась, сазан, плотва) неприхотливы к содержанию кислорода и могут жить на дне  глубоких водоемов. Многие водяные  насекомые, личинки комаров, легочные моллюски тоже толерантны к содержанию кислорода в воде, потому-что они  время от времени поднимаются  к поверхности и заглатывают  свежий воздух.

Углекислого газа в воде достаточно – почти  в 700 раз больше, чем в воздухе. Он используется в фотосинтезе растений и идет на формирование известковых  скелетных образований животных (раковины моллюсков, покровы ракообразных, каркасы радиолярий и др.).

Каково  отношение гидробионтов к кислотности?

В пресноводных водоемах кислотность воды, или концентрация водородных ионов, варьирует гораздо  сильнее, чем в морских – от pH=3,7-4,7 (кислые) до pH=7,8 (щелочные). Кислотностью воды определяется во многом видовой  состав растений гидробионтов. В кислых водах болот растут сфагновые  мхи и живут в обилии раковинные корненожки, но нет моллюсков-беззубок (Unio), редко встречаются другие моллюски. В щелочной среде развиваются  многие виды рдестов, элодея. Большинство  пресноводных рыб живут в диапазоне pH от 5 до 9 и массово гибнут за пределами  этих значений.

Кислотность морской воды убывает с глубиной.

Об  экологической пластичности гидробионтов. Пресноводные растения и животные экологически более пластичны (эвритермны, эвригаленны), чем морские, обитатели прибрежных зон более пластичны (эвритермны), чем глубоководные. Есть виды, обладающие узкой экологической пластичностью по отношению к одному фактору (лотос – стенотермный вид, рачок артемия (Artimia solina) – стеногаленный) и широкой – по отношению к другим. Более пластичны организмы в отношении тех факторов, которые более изменчивы. И именно они распространены более широко (элодея, корненожки Cyphoderia ampulla). Зависит пластичность и от возраста и фазы развития.

Наземно-воздушная  среда обитания

В ходе эволюции эта среда была освоена позже, чем водная. Ее особенность заключается  в том, что она газообразная, поэтому  характеризуется низкими влажностью, плотностью и давлением, высоким  содержанием кислорода. В ходе эволюции у живых организмов выработались необходимые анатомо-морфологические, физиологические, поведенческие и  другие адаптации.

Животные  в наземно-воздушной среде передвигаются  по почве или по воздуху (птицы, насекомые), а растения укореняются в почве. В связи с этим, у животных появились  легкие и трахеи, а у растений – устьичный аппарат, т.е. органы, которыми сухопутные обитатели планеты усваивают кислород прямо из воздуха. Сильное развитие получили скелетные органы, обеспечивающие автономность передвижения по суше и поддерживающие тела со всеми его органами в условиях незначительной плотности среды, в тысячи раз меньшей по сравнению с водой. Экологические факторы в наземно-воздушной среде отличаются от других сред обитания высокой интенсивностью света, значительными колебаниями температуры и влажности воздуха, корреляцией всех факторов с географическим положением, сменой сезонов года и времени суток. Воздействия их на организмы неразрывно связано с движением воздуха и положения относительно морей и океанов и сильно отличаются от воздействия в водной среде (табл. 1).

Таблица 5

Условия обитания организмов воздушной и водной среды

(по Д.  Ф. Мордухай-Болтовскому, 1974)

У животных и растений суши выработались свои, не менее оригинальные адаптации  на неблагоприятные факторы среды: сложное строение тела и его покровов, периодичность и ритмика жизненных  циклов, механизмы терморегуляции и  пр. Выработалась целенаправленная подвижность  животных в поисках пищи, появились  переносимые ветром споры, семена и  пыльца растений, а также растения и животные, жизнь которых всецело  связана с воздушной средой. Сформировалась исключительно тесная функциональная, ресурсная и механическая взаимосвязь  с почвой.

Многие из адаптаций были рассмотрены нами выше, в качестве примеров при характеристике абиотических факторов среды. Поэтому  сейчас повторяться нет смысла, т.б., что к ним мы вернемся еще на практических занятиях

Почва как среда обитания

Земля - единственная из планет имеет почву (эдасфера, педосфера)–  особенную, верхнюю оболочку суши. Эта  оболочка сформировалась в исторически  обозримое время – она ровесница  сухопутной жизни на планете. Впервые  на вопрос о происхождении почвы  ответил М.В. Ломоносов ("О слоях  земли"): "…почва произошла от согнития животных и растительных тел  … долготою времени…". А великий  русский ученый Вас. Вас. Докучаев (1899: 16) впервые назвал почву самостоятельным  природным телом и доказал, что  почва есть "…такое же самостоятельное естественноисторическое тело, как любое растение, любое животное, любой минерал … оно есть результат, функция совокупной, взаимной деятельности климата данной местности, ее растительных и животных организмов, рельефа и возраста страны…, наконец, подпочвы, т.е. грунтовых материнских горных пород. … Все эти агенты-почвообразователи, в сущности, совершенно равнозначные величины и принимают равноправное участие в образовании нормальной почвы…".

И уже современный  известный ученый почвовед Н.А. Качинский ("Почва, ее свойства и жизнь", 1975) дает следующее определение почвы: "Под почвой надо понимать все  поверхностные слои горных пород, переработанные и измененные совместным воздействием климата (свет, тепло, воздух, вода), растительных и животных организмов".

Основными структурными элементами почвы являются: минеральная  основа, органическое вещество, воздух и вода.

Минеральная основа (скелет) (50-60% всей почвы) – это неорганическое вещество, образовавшееся в результате подстилающей горной (материнской, почвообразующей) породы в результате ее выветривания. Размеры скелетных частиц: от валунов и камней до мельчайших песчинок и илистых частиц. Физико-химические свойства почв обусловлены в основном составом почвообразующих пород.

От соотношения  в почве глины и песка, размеров фрагментов, зависят проницаемость  и пористость почвы, обеспечивающие циркуляцию, как воды, так и воздуха. В умеренном климате идеально, если почва образована равными количествами глины и песка, т.е. представляет суглинок. В этом случае почвам не грозит ни переувлажнение, не пересыхание. И  то и другое одинаково губительно как для растений, так для и  животных.

Органическое  вещество – до 10% почвы, образуется из отмершей биомассы (растительная масса – опад листьев, ветвей и корней, валежные стволы, ветошь травы, организмы погибших животных), измельченной и переработанной в почвенный гумус микроорганизмами и определенными группами животных и растений. Более простые элементы, образовавшиеся в результате разложения органики, вновь усваиваются растениями и вовлекаются в биологический круговорот.

Воздух  (15-25%) в почве содержится в полостях – порах, между органическими и минеральными частицами. При отсутствии (тяжелые глинистые почвы) или заполнении пор водой (во время подтоплений, таяния мерзлоты) в почве ухудшается аэрация и складываются анаэробные условия. В таких условиях тормозятся физиологические процессы организмов, потребляющих кислород – аэробов, разложение органики идет медленно. Постепенно накапливаясь, они образуют торф. Большие запасы торфа характерны для болот, заболоченных лесов, тундровых сообществ. Торфонакопление особенно выражено в северных регионах, где холодность и переувлажнение почв взаимообусловливают и дополняют друг друга.

Вода (25-30%) в почве представлена 4 типами: гравитационной, гигроскопической (связанной), капиллярной и парообразной.

Гравитационная – подвижная вода, занимают широкие промежутки между частицами почвы, просачивается вниз под собственной тяжестью до уровня грунтовых вод. Легко усваивается растениями.

Гигроскопическая, или связанная – адсорбируется вокруг коллоидных частиц (глина, кварц) почвы и удерживается в виде тонкой пленки за счет водородных связей. Освобождается от них при высокой температуре (102-105°С). Растениям она недоступна, не испаряется. В глинистых почвах такой воды до 15%, в песчаных – 5%.

Капиллярная – удерживается вокруг почвенных частиц силой поверхностного натяжения. По узким порам и каналам – капиллярам, поднимается от уровня грунтовых вод или расходится от полостей с гравитационной водой. Лучше удерживается глинистыми почвами, легко испаряется. Растения легко поглощают ее.

Парообразная  – занимает все свободные от воды поры. Испаряется в первую очередь.

Осуществляется  постоянный обмен поверхностных  почвенных и грунтовых вод, как  звено общего круговорот воды в природе, меняющий скорость и направление  в зависимости от сезона года и  погодных условий.

Строение  почвенного профиля