Основы экологии и энергосбережения - Ян Мархоцкий

Подвижные животные под действием света проявляют двигательную реакцию – таксис (от греч. taxis – расположение). Способность двигаться в сторону света называется положительным фототаксисом, избегать его – отрицательным. Например, ночные насекомые слетаются на свет, а тараканы прячутся.

Для животных свет как экологический фактор имеет меньшее значение, чем для растений. Различают животных, ведущих дневной, ночной и сумеречный образ жизни.

Каждому пункту земной поверхности свойствен свой световой ритм, который отражается в биологии растений, животных и микроорганизмов. Реакция организмов на суточный ритм солнечной энергии, т. е. на соотношение светлого и темного периодов суток, получило название фотопериодизма. По этому признаку различают три группы растений:

• растения короткого дня;

• растения длительного дня;

• индифферентные растения.

В области экватора продолжительность дня и ночи постоянная. При удалении от экватора летом день удлиняется, а ночь становится короче, зимой – наоборот. В связи с этим различают растения короткого и длинного дня. Например, кукуруза в Украине и Молдове успешно созревает на зерно, а на севере дает только зеленую массу.

Температура является важнейшим абиотическим фактором. Распространение жизни на Земле ограничено областью несколько ниже 0 °С и до 50 °С. В геотермальных источниках суши ряд видов цианобактерий обитают при температурах 95–98 °С. В глубокотермальных источниках Мирового океана отдельные виды археобактерий не только выживают, но и размножаются при температуре до 121 °С. Критические температуры для растений и животных могут широко варьироваться. Например, если рептилии, живущие в пустыне, легко переносят жару 45 °С, то большинство морских беспозвоночных гибнут при температуре выше 30–32 °С. Следовательно, если температура живой клетки опускается ниже точки замерзания воды, то образовавшиеся кристаллы льда ведут к ее гибели. При высокой температуре (более 50 °С) происходит денатурация белков, что тоже ведет к гибели клетки.

Организмы, не способные регулировать собственную температуру, называются пойкилотермными. Это растения, микроорганизмы, беспозвоночные, рыбы, рептилии и др. Птицы и млекопитающие, способные к активному регулированию температуры тела независимо от температуры окружающей среды, называются гомойотермными. Благодаря этому свойству многие животные способны жить и размножаться при температуре ниже 0 °С – например, белый медведь, северный олень, пингвины и др., имеющие приспособления к таким условиям существования (шерстный покров, плотное оперение, толстый слой жировой ткани).

Гетеротермия – частный случай гомойотермии. Она характерна для животных, впадающих в спячку или оцепенение в неблагоприятный период года. Температура у этих животных (ежей, сусликов, летучих мышей, стрижей и др.) заметно снижается за счет замедления обмена веществ, а в период функциональной активности они обладают постоянной температурой тела.

Вода – основа живой материи. Она является главным экологическим фактором, т. е. основным условием существования всего живого на Земле. Образно говоря, вода – это элексир жизни, «оживляющий» поверхность планеты, «маховое колесо» климата и погоды.

Человек почти на 65–70 % состоит из воды. Для поддержания водного баланса ему необходимо 2 л воды, или 30 мл на 1 кг массы тела в сутки (с той водой, которая содержится в пищевых продуктах: соках, супах, овощах, фруктах). Наши ткани содержат около 15 % эндогенной жидкости от массы тела, которая образуется при сжигании питательных веществ кислородом, строительстве новых молекул, их перестройке.

Перераспределение жидкости идет через желудочно-кишечный тракт:

• около 1,5 л воды человек глотает со слюной;

• примерно 1,5 л желудок дает в виде желудочного сока;

• в среднем 3,0 л выделяет тонкий кишечник;

• 0,7 л панкреотического сока выделяет поджелудочная железа;

• 0,5 л желчи образует печень.

Через почки, кожу, легкие выделяется около 2 л воды. Именно такое количество воды человек должен получить извне – в чистом виде или с различной пищей.

Физиологическое потребление человеком питьевой воды может изменяться в зависимости:

• от условий внешней среды;

• характера трудовой деятельности.

Потеря животными 10–20 % воды от массы тела приводит к их гибели. Из наземных животных больше всего воды в сутки требуется слону – около 90 л. Он на 70 % состоит из воды. Животные, обитающие в водной среде, получают ее через наружные покровы. Насекомые, молюски, черви, лягушки адсорбируют влагу из воздуха. Для многих животных источник воды – пища, жидкий корм.

2.2.2. Эдафизические факторы

Эдафизические факторы – это факторы почвенной среды (от греч. edaphos – земля, почва). К основным эдафизическим факторам относится совокупность физических и химических свойств почв:

• фильтрационность, влагоемкость, капиллярность, гигроскопичность, испаряющая способность;

• залегание водоупорного слоя, водоносного горизонта, зоны капиллярного поднятия, зоны фильтрации и зоны испарения;

• состав компонентов почвы: минеральная основа, органическое вещество, почвенный раствор и почвенный воздух;

• наличие биогеохимических эндемий, радиоактивности почвы;

• способность к загрязнению и самоочищению почвы;

• роль почвы в распространении инфекционных заболеваний, глистных инвазий и раневых инфекций.

Почва играет большую роль в жизни растений и животных. Например, своеобразные условия создаются на песчаных почвах (90 % песка и 10 % глины, размер частиц от 0,2 до 2 мм), где обитают растения, называемые псаммофитами. У них образуются придаточные корни, что не позволяет растениям быть засыпанными песком; листья у них узкие и жесткие, иногда вообще отсутствуют.

Обитающие в песках животные способны быстро зарываться вглубь; на лапках у них имеются щеточки из волосков или роговых чешуек, т. е. приспособления для быстрого передвижения и рытья нор в рыхлом песке.

Для животных, которые (по крайней мере в какой-то период) обитают в почве, характер состава почвы имеет экологическое значение. Например, личинки насекомых, как правило, не могут жить в слишком каменистой почве; роющие перепончатокрылые откладывают яйца в подземных ходах; многие саранчевые, зарывающие яйцевые коконы в землю, нуждаются в достаточно рыхлой почве.

Весьма важной характеристикой почвы является ее водородный показатель pH. Каждый вид растений предпочитает определенные показатели pH и имеет свой оптимум.

Раствор является нейтральным, если концентрация водородных ионов H+ и гидроксильных ионов OH— одинакова и равна (каждая) 10–7 моль/л. На практике степень кислотности (или щелочности) раствора выражается более удобным водородным показателем pH, представляющим собой отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации водородных ионов:

pH = – lg(H+).

Например, если в растворе концентрация водородных ионов равна 10–5 моль/л, то показатель кислотности этого раствора pH = 5. В кислых растворах pH < 7, и чем он меньше, тем кислее раствор. В щелочных растворах pH > 7, и чем он больше, тем выше щелочность раствора. Щавель, вереск растут на сильнокислых почвах (pH = 4,5–5,0), ячмень, клевер, мать-и-мачеха – на нейтральных, крапива двудомная, иван-чай, пролеска – на щелочных, где pH = 7–8. Кислотность может служить индикатором скорости общего метаболизма сообщества. Если pH почвенного раствора низок, то это указывает на малое содержание биогенных элементов, а значит, продуктивность такой почвы крайне мала.

По отношению к плодородию почвы растения делятся на следующие экологические группы:

• олиготрофы (от греч. oligos – небольшой и trophe – питание) – растения малопродородных почв (сосна обыкновенная);

• мезотрофы (от греч. meso – средний, trophe – питание) – растения с умеренной потребностью в питательных веществах. Это большинство лесных растений (береза, осина, ольха и др.);

• эвтрофы (от греч. eu – хорошо, trophe – питание) – растения, требующее большого количества питательных веществ в почве (лещина, дуб).

2.2.3. Орографические факторы

Орографические факторы – это особенности элементов рельефа (от греч. oros – гора и grapho – пишу). Они оказывают влияние на распространение организмов по земной поверхности. К таким факторам относятся:

• особенности элементов рельефа;

• высота над уровнем моря;

• экспозиция и крутизна склонов.

Рельеф создает разнообразные условия местообитания для растений и животных в связи:

• с изменениями температурных режимов;