Климатическая характеристика сельскохозяйственных зон РБ

	Зона
	Горно-	Лесостепная	Степная
Параметр	лесная	север-ная	севе-ро-во- сточ-ная	южная	пред-ураль-ская	За-ураль-ская
Среднегодовая сумма осадков, мм	550-	550-600	500-550	450-500	400-	300-350
Сумма активных (выше 10°С) температур	900-1800	1800-2200	1500-1800	2200-2300	2100-2300	1800-2200
Сумма осадков за вегетацион-ный период, мм	200-	225-250	225-300	200-250	200-	150-250
Продолжитель-ность безмороз-ного периода, дни	90-100	90-120	90-100	110-120	120-130	90-120
Мощность снежного покрова, см	40-60	30-50	50-60	30-40	40-50	10-30
Вероятность засух, %		10-20	10-20	20-30	30-40	20-50

 

Воздух. Это важный экологический ресурс. Из воздуха растения черпают углекислый газ для фотосинтеза, азотфиксирующие организмы – азот, все организмы – кислород для дыхания. Воздух является средой, в которой проводят значительную часть жизни птицы, насекомые и некоторые виды млекопитающих (летучие мыши). Количество воздуха, который используется организмами, колоссально. Только один человек в сутки потребляет 12-15 кг воздуха, что значительно превосходит среднесуточную потребность в пище и воде.

В современной биосфере воздух является носителем целого ряда загрязняющих веществ, которые попадают в него в результате промышленного, транспортного, сельскохозяйственного и бытового загрязнения. Под влиянием хозяйственной деятельности человека в воздухе повышается концентрация углекислого газа, что усиливает парниковый эффект; загрязнение воздуха оксидами азотаи серы является причиной кислотных дождей.

Свет. Это важнейший экологический фактор космической природы, который дает энергию зеленым растениям для продуцирования первичного органического вещества. Растения, благодаря наличию хлорофилла, усваивают солнечную энергию, однако не весь ее спектр, а лишь часть (в среднем 40-45%), которая называется фотосинтетически активной радиацией (ФАР). ФАР имеет диапазон длины волны от 380 до 740 нм, что примерно совпадает с понятием “видимый свет”.

Среднее количество солнечной энергии, которая поступает на Землю у верхней границы атмосферы, составляет 1,39 кВт/м², однако поскольку часть ее отражается и рассеивается, поверхности Земли достигает лишь около половины этой энергии (в тропиках при безоблачном небе – до 70%).

В водоемах величина ФАР резко снижается с увеличением толщины слоя воды, через которую проходит свет. В водоемах с мутной водой поглощение ФАР верхним слоем воды происходит более активно – больше половины света может быть поглощено полуметровым слоем воды.

Важное экологическое значение имеет длина светового дня, которая минимальна в тропиках и возрастает в направлении полюсов.

 

Тест для самоконтроля к разделу 3.2

1. При повышении высоты над уровнем моря в горах происходит:

А) изменение растительности; Б) изменение почв;

В) изменение климата; Г) верны все ответы.

2. Климат преобладающей части равнинной территории РБ:

А) аридный; Б) гумидный; В) полуаридный; Г) верного ответа нет.

3. Холодный пояс в РБ:

А) отсутствует; Б) занимает северную равнинную часть;

В) занимает вершины высоких гор; Г) верного ответа нет.

 

Основные среды жизни

 

Экологические факторы формируют среды жизни – водную, наземно-воздушную, почвенную. Кроме того, для многих организмов средой жизни являются другие организмы.

Водная среда жизни. Это самая древняя среда, в которой жизнь возникла и долго эволюционировала до того, как первые организмы появились на суше. На долю водной среды приходится более 70% поверхности планеты. Различаются два варианта этой среды – пресноводная и морская.

Главная особенность водной среды – ее высокая плотность, которая выше плотности атмосферы в 800 раз. И давление на населяющие водную среду организмы значительно выше, на каждые 10 м глубины оно возрастает на 1 атм. В водной среде организмы могут парить (водоросли, простейшие, бактерии) или активно перемещаться (рыбы). Значительная часть организмов живет на дне.

Водоросли обитают в слое воды, просвечиваемом солнечным светом. В прозрачной воде свет достигает глубины 200 м. В сильно взмученных пресноводных водоемах светлый слой воды может составлять всего несколько десятков сантиметров.

Важнейшей характеристикой воды является ее химический состав – содержание солей (в том числе биогенов), газов, ионов водорода. По концентрации биогенов, особенно фосфора и азота, водоемы разделяются на бедные (олиготрофные, в РБ их нет), средние (мезотрофные) и богатые (эутрофные).

Содержание кислорода в воде примерно в 20 раз ниже, чем в атмосфере, и составляет 6-8 мл/л, с глубиной концентрация кислорода падает. Снижается она и при повышении температуры (например, в прудах-охладителях тепловых электростанций), а также в стоячих водоемах в зимнее время, когда вода изолирована от атмосферы слоем льда. Недостаток кислорода может стать причиной гибели многих обитателей небольших озер, исключая особо устойчивые к дефициту кислорода виды, подобные карасю или линю, которые могут жить даже при содержании кислорода 0,5 мл/л. Содержание углекислого газа в воде, напротив, выше, чем в атмосфере (примерно в 150 раз).

Концентрация ионов водорода в воде (рН) может меняться в пределах 3,7-7,8. Нейтральными считаются воды с рН= 6,45-7,3. С понижением рН обедняется состав организмов, населяющих водную среду. Речной рак, многие виды моллюсков гибнут при рН ниже 6, окунь и щука могут выдержать понижение рН до 5, голец – до 4,4. В более кислых водах сохраняются лишь некоторые виды микроскопических животных и водорослей. Кислотные дожди, связанные с выбросами в атмосферу больших количеств оксидов серы и азота промышленными предприятиями, стали причиной подкисления вод в озерах Европы и США и резкого обеднения их биологического разнообразия.

Наземно-воздушая среда жизни. Воздух отличается значительно более низкой плотностью по сравнению с водой. По этой причине освоение воздушной среды, которое произошло значительно позже, чем зарождение жизни и ее развитие в водной среде, сопровождалось усилением развития опорных тканей, позволивших организмам противостоять действию закона всемирного тяготения и ветра (скелет у позвоночных животных, хитиновые панцири у насекомых, склеренхима у растений и т.д.). В условиях только воздушной среды ни один организм постоянно жить не может, даже лучшие “летуны” (птицы и насекомые) периодически опускаются на землю. Для перемещения по воздуху организмы выработали специальные приспособления – крылья у птиц, насекомых, некоторых видов млекопитающих и даже рыб, парашютики и крылышки у семян, воздушные мешки у пыльцы хвойных и т.д.

Воздух – плохой проводник тепла, и потому именно в наземно-воздушной среде возникли теплокровные животные, которым легче сохранить тепло, чем обитателям водной среды.

Для жизни в воздушной среде потребовалось формирование более сложных механизмов размножения, которые исключают риск высыхания половых клеток (внутреннее оплодотворение у животных и др.).

В целом возможностей для формирования разнообразных сочетаний факторов в условиях наземно-воздушной среды много больше, чем водной. Именно в этой среде особенно ярко проявляются различия климата разных районов (и на разных высотах над уровнем моря в пределах одного района). Поэтому разнообразие наземных организмов значительно выше, чем водных.

Почвенная среда жизни. Большая часть суши покрыта тонким (по сравнению с толщей земной коры) слоем почвы, названной В.И.Вернадским биокосным телом. Почва представляет собой сложный многослойный “пирог” из горизонтов с разными свойствами, причем состав и толщина “пирога” в разных зонах различны. В РБ зональный ряд почв составляют подзолы, серые лесные почвы и черноземы.

Любая почва представляет собой многофазную систему, в составе которой:

– минеральные частицы – от тончайшего ила до песка и гравия;

– органическое вещество – от тел только что умерших животных и отмерших корней растений до гумуса, в котором это органическое вещество подверглось сложной химической переработке;

– газовая (воздушная) фаза, характер которой во многом определяется физическими свойствами почвы – ее структурой и соответственно плотностью. Газовая фаза почвы всегда обогащена углекислым газом и парами воды и может быть обеднена кислородом, что сближает условия жизни в почве с условиями жизни в водной среде;

– водная фаза. Вода в почве может содержаться в разных количествах (от избытка до крайнего дефицита) и в разных качествах: быть гравитационной, т.е. свободно перемещающейся по капиллярам и наиболее доступной для корней растений и животных организмов; гигроскопической, т.е. входящей в состав коллоидных частиц; газовой, т.е. в форме пара.

Многофазность делает почвенную среду наиболее насыщенной жизнью. В почвах сконцентрирована основная биомасса животных, бактерий, грибов, в ней расположены корни растений, живущих в наземно-воздушной среде, но извлекающих из почвы воду с элементами питания и поставляющие в “темный мир” почвы органическое вещество, накопленное в процессе фотосинтеза на свету. Почва – это главный цех по переработке органического вещества, через нее протекает до 90% углерода, возвращаемого в атмосферу.

Организмы как среда жизни. Нет ни одного вида многоклеточных организмов, который был бы не заселен другими организмами, и в первую очередь, паразитами. При этом существуют суперпаразиты, т.е. паразиты паразитов, причем, до четвертой степени, что очень точно выразил Дж.Свифт:

Под микроскопом он открыл, что на блохе

Живет блоху кусающая блошка;

На блошке той – блошинка-крошка,

В блошинку же вонзает зуб сердито

Блошиночка… и так ad infinitum.

Разные организмы и разные их органы, ткани и клетки имеют свою специфику как жизненные среды и свое паразитарное население, которое в разной степени опасно для хозяина, предоставившего “жилплощадь со столом”. Тем не менее, есть общие особенности этой среды жизни: в ней смягчены колебания внешних условий и практически не ограничены ресурсы пищи.

Кроме паразитов, организмы как среду жизни могут использовать многие виды, которые полезны организму-хозяину, т.е. находятся с ним в отношениях взаимовыгодного сотрудничества – мутуализма.

 

Контрольные вопросы к главе 3

1. Какие экологические факторы относятся к абиотическим?

2. Какие экологические факторы относятся к антропогенным?

3. Что такое “биотические экологические факторы”?

4. Каковы особенности климата РБ?

5. Как влияет рельеф на характер растительности?

6. Какие среды жизни вы знаете?

7. В чем сходство и отличие водной и наземно-воздушной сред жизни?

8. В чем сходство между почвенной и водной средами жизни?

9. Расскажите об особенностях организма как среды жизни.

Вопрос для обсуждения

Какие из антропогенных факторов оказывают наибольшее влияние на природный комплекс РБ и можно ли уменьшить их влияние? Как это сделать?

 

ГЛАВА 4. ЭКОЛОГИЯ ВИДОВ

 

Раздел экологии, который изучает экологию видов, называется аутэкологией. Задача аутэкологии – выявление физиологических, морфологических и прочих приспособлений (адаптаций) организмов разных видов к различным экологическим условиям: режиму увлажнения, высоким и низким температурам, засолению почвы (для растений) и биотическим факторам (в первую очередь к влиянию конкурентов, хищников и паразитов). В рамках аутэкологии рассматриваются типы стратегии (поведения) организмов и разделение организмов по их функциональной роли (типу питания) в экосистеме.

В последние годы перед аутэкологией встала новая задача – изучение механизмов реагирования организмов на различные варианты химического и физического (включая радиоактивное) загрязнениясреды.

 

Законы аутэкологии

 

Теоретическую основу аутэкологии составляют три основных закона.

Закон оптимума: по любому экологическому фактору любой организм имеет определенные пределы распространения (пределы толерантности). Как правило, в центре ряда значений фактора, ограниченного пределами толерантности, лежит область наиболее благоприятных условий жизни организма, при которых формируется самая большая биомасса и высокая плотность популяции. Напротив, у границ толерантности расположены зоны угнетения организмов, когда падает плотность их популяций и виды становятся наиболее уязвимыми к действию неблагоприятных экологических факторов (включая и влияние человека, рис. 2).

Закон индивидуальности экологии видов: каждый вид по каждому экологическому фактору распределен по-своему, кривые распределений разных видов перекрываются, но их оптимумы различаются (рис. 3). По этой причине при изменении условий среды в пространстве (например, от сухой вершины холма к влажному логу) или во времени (при постепенном пересыхании озера, при усилении выпаса, при зарастании скал) состав экосистем изменяется постепенно. Известный российский эколог Л.Г. Раменский сформулировал этот закон образно: “Виды – это не рота солдат, марширующих в ногу”.

Закон лимитирующих (ограничивающих) факторов. Лимитирующий фактор – это экологический фактор, находящийся в максимуме или минимуме и потому в большей мере, чем другие, влияющий на состав и биологическую продукцию экосистемы.

В степной зоне лимитирующим фактором является вода, в лесной – богатство почвы элементами минерального питания, в высокогорной тундре – количество тепла. В небольших озерах во второй половине зимы лимитирующим фактором становится содержание кислорода в воде (при его недостатке происходит массовая гибель рыбы). Лимитирующим фактором может быть содержание в почвенном растворе (или в воде водоема) токсичных солей.

Лимитирующие факторы в первую очередь определяют урожай сельскохозяйственных культур и агротехнические приемы для его повышения (полив, удобрение, использование закрытого грунта для выращивания рассады и т.д.).

Законы аутэкологии не только позволяют объяснить состав видов экосистем в различных условиях, но и используются в сельском хозяйстве при выборе сортов растений и пород животных, которые наиболее целесообразно выращивать или разводить в конкретном районе.