3. Вода.

1. Екологічна роль води.

Значення води для організмів розглянемо в чотирьох аспектах: як компонент, розчинник, носій і чинник термобуферності.

1. Вода є основною частиною усіх живих організмів. У живих клітинах вміст води сягає 90%, причому в біохімічних процесах значення води як структурного чинника навіть важливіше, ніж як сировини в процесах продукування та розчинника хімічних сполук.

2. Важлива функція води і як розчинника. В ній може розчинятися велика кількість хімічних сполук. Як рослини, так і тварини засвоюють мінеральні солі тільки у формі водних розчинів.

3. Транспорт речовин в організмах здійснюється тільки через водні розчини. Процеси росту залежать від надходження води, оскільки вона також є будівельним елементом.

4. Вода – важливий чинник термобуферності організмів, оскільки дає їм змогу підтримувати відносну стабільність температури в умовах різкої зміни теплового режиму середовища.

За значенням води для життєдіяльнсті організмів поділяють на пойкілогідричні - ті, які витримують зневоднення тканин внаслідок зниження вологості середовища, і гомойогідричні – ті, які потребують стабільного вмісту води в тканинах.

Особливо чутливі до нестачі води тіневитривалі рослини-мезофіти, у яких втрата 1% води може спричинити в'янення. У степових ксерофітів втрата навіть 25% води не призводить до припинення життєдіяльності. Рекордсменом є торфовий мох сфагнум, який витримує втрату 95-97% води з організму.

1. Джерела води для організмів. Водний баланс організмізму регулюється як самим організмом, так і умовами навколишнього середовища.

Організми споживають воду такими основними шляхами:

1) абсорбцією із водного середовища крізь поверхню тіла (гідробіонти);

2) всмоктуванням за допомогою кореневої системи;

3) абсорбцією водяної пари (переважно нижчі рослини – мохи, лишайники, водорості, а також комахи);

4) отриманням води із дощових опадів (деякі рослини);

5) споживанням з їжею;

6) за рахунок вивільнення води в процесі метаболізму.

Джерелом води для рослин в основному є волога ґрунту, яку поділяють на категорії. Найважливіша з них – продуктивна. Її нижньою і верхньою межею є вологість в'янення рослин (ВВР) та повна вологоємність. Оптимальна для рослин продуктивна волога грунту – в діапазоні від вологості розриву капілярів (ВРК) до найменшої вологоємності (НВ).

Організми виділяють воду:

1) шляхом транспірації (залежно від відносної вологості повітря, швидкості вітру та ін.);

2) шляхом випаровування води з поверхні тіла (найчастіше нижчими рослинами і тваринами);

3) з водяною парою;

4) через екскрецію у тварин та гутацію у рослин.

3. Кількісний та якісний вплив води на організми.

За відношенням до води розрізняють такі групи організмів:

1) гідробіонти – організми, які живуть у воді;

2) гелобіонти – організми, які живуть у межовій зоні води й суходолу;

3) гігрофіли – організми, які потребують високої вологості середовища (атмофіли – високої вологості повітря, власне гігрофіли – високої вологості грунту);

4) мезофіли – організми, які живуть в умовах середнього зволоження;

5) ксерофіли – організми, найстійкіші в умовах сухого середовища.

Критичними періодами за потребами у воді для озимих і ярих зернових колосових культур є період від фази виходу в трубку до колосіння, для кукурудзи – від цвітіння до молочної стиглості, для бобових і гречки – період цвітіння, для соняшнику – від утворення кошика до цвітіння, для картоплі – періоди цвітіння і формування бульб, для бавовнику – від цвітіння до закладання коробочок, для баштанних – від цвітіння до достигання. За помірного і недостатнього забезпечення рослин водою урожайність їх знижується, але якість продукції, зумовлена вмістом цінних речовин, поліпшується. Так, за сухого клімату в зерні збільшується вміст білка, в насінні соняшнику – жиру, в бульбах картоплі – крохмалю, в ягодах винограду і коренеплодах цукрових буряків – цукру і т.д.

Надмірна вологість повітря (>75%):

● призводить до вилягання зернових культур;

● перешкоджає нормальному запиленню рослин;

● затримує підсихання зерна і соломи, збирання врожаю;

● зумовлює поширення грибкових захворювань рослин.

Занадто низька вологість повітря (< 30%):

● призводить до підсихання листків, зменшення фотосинтетичного потенціалу посівів;

● спричиняє пересихання пилку, неповне запліднення;

● зумовлює слабке закладання бруньок;

● знижує якість льоноволокна;

● призводить до розтріскування зерна, дострокового його достигання, але підвищує хлібопекарські якості пшениці, вміст цукру в коренеплодах цукрових буряків.

Особливо небезпечне поєднання низької вологості повітря із нестачею води у ґрунті. Зокрема, в період після цвітіння це прискорює достигання зерна (так званий запал зерна), воно виходить щуплим, невиповненим.

Загальну кількість води, потрібну рослині для життєдіяльності впродовж періоду вегетації, виражають коефіцієнтом водоспоживання R_в;(грам води/грам сухої речовини). Для певної рослини він не є сталою величиною: за обмежених ресурсів вологи він зменшується, за достатніх – збільшується.

4.Повітря.

Газовий склад приземного та ґрунтового повітря. Атмосферне повітря складається з азоту (78,08%), кисню (20,95%), аргону (0,93%) і вуглекислого газу (0,03%).

Крім того, в повітрі містяться незначні кількості неону, криптону, ксенону, гелію, водню. Вміст перелічених газів у повітрі відносно сталий. З інших складових повітря слід виділити водяну пару, яка є досить мінливою залежно від низки чинників.

Склад ґрунтового повітря менш сталий, що зумовлено відносною замкненістю простору та обмеженими можливостями повітряобміну в системі ґрунт – приземний шар атмосфери. Внаслідок біологічної діяльності рослин, тваринних організмів та мікроорганізмів вміст у ґрунтовому повітрі вуглекислого газу може підвищуватися до 10-12%, а кисню – знижуватися до 10%, що призводить до коливання об'ємної частки азоту в межах 78-87 %.

2. Екологічна роль вітру. Вітер – горизонтальне переміщення повітря – характеризують напрямком і швидкістю.

Вітер відіграє важливу роль у житті рослин і часто є для них одним із найважливіших чинників середовища. Транспірація рослин та пов'язані з нею втрати води пропорційні швидкості вітру. Для деяких видів рослин особлива роль вітру як переносника пилку. В районах, де вітри дуже сильні і тривалі, вони великою мірою впливають на будову і форму деревної рослинності.

Вплив вітру на тваринні організми полягає у поширенні запахів з інформацією про інші особини, їжу, в перенесенні їх на інші території (анемохорія).

Вітер швидкістю до 5 м/с сприяє запиленню анемофільних рослин, однак переносить і насіння бур'янів. Посилення вітру призводить до підвищення транспірації, висушування верхнього шару ґрунту, перенесення ґрунтових часточок, вилягання посівів, обривання листків, квіток і плодів, перешкоджає діяльності комах-запилювачів. Водночас вітер прискорює висихання валків скошеної зеленої маси трав, зернових, фізичне дозрівання ґрунту рано навесні.

Вплив кліматичних чинників на живлення та ушкодження рослин.

Мінеральне живлення рослин.

Коливання вологості, температури і разом з ними умов біологічних, хімічних та фізичних процесів у ґрунті позначається на вмісті в ньому елементів живлення.

Між забезпеченням рослин водою і кількістю доступних елементів живлення існує прямий зв'язок. Мають значення і фізичні властивості ґрунту – вологоємність та водопроникність.

Так, амоніфікація відбувається за більших градієнтів температур і вологості ґрунту, ніж нітрифікація, яка йде лише під впливом специфічної групи нітрифікуючих бактерій. Оптимальна температура мінералізації азоту – 28-32 °С, оптимальна вологість – у межах ПВ.

Підвищена мінералізація органічних речовин і вивільнення мінерального азоту за сприятливих умов температури та вологості ґрунту може призвести до непродуктивних втрат азоту, забруднення дренажних, поверхневих і ґрунтових вод нітратами.

Надлишок вологи негативно позначається на утворенні нітратів і поглинанні їх рослинами; при цьому інтенсифікується діяльність денітрифікуючих бактерій, що призводить до газоподібних втрат азоту.

За достатньої кількості вологи поглинання рослинами фосфору випереджає поглинання калію та особливо азоту, а посуха негативно впливає на надходження фосфору. За несприятливих умовах зволоження поглинання елементів живлення з ґрунту та органічних добрив зменшується в меншій мірі, ніж з мінеральних добрив.

Розвиток шкідників рослин.

Дія погоди на динаміку популяцій шкідників як змінного чинника, що не залежить від їхньої щільності, може бути компенсуючою або підсилююючою відносно чинників, пов'язаних зі щільністю популяцій (внутрішньовидові зв'язки, поширення патогенів і паразитів комах, харчові ресурси).

Кліматичні чинники діють не тільки на характер поведінки, фізіологічні процеси та чисельність шкідників, а й на біотичні зв'язки їх популяцій.

Температура середовища в найбільшій мірі визначає перебіг життєвих процесів шкідливих організмів. Вона регулює процеси метаболізму, впливає на інтенсивність життєдіяльності – швидкість розвитку, рух, засвоєння їжі, розмноження тощо.

Для більшості комах оптимальним є температурний діапазон +10...+40 °С, якщо температури переходить ці межі, спостерігається зниження активності комах або їх загибель. Середньодобова температура визначає плодючість комах. Найліпші умови для перезимівлі комах створюються в помірно холодні зими зі стійким і високим сніговим покривом, невеликою амплітудою коливання температур.

Гризуни чутливі до охолодження, що може призводити до їхньої загибелі за глибокого промерзання ґрунту взимку, повернення весняних холодів.

Вологість середовища. Більшість комах краще розвивається за вологої погоди, однак для деяких, наприклад, бурякового довгоносика, висока відносна вологість повітря згубна. У деяких видів комах за високої вологості ослаблюється розмноження внаслідок посилення розвитку патогенних організмів.

Дощова холодна погода восени спричинює масову загибель гризунів. Водночас літні спека і посуха теж несприятливо впливають на їхню життєдіяльність.

Тривалість дня і ночі позначається на сезонних біологічних ритмах організмів. Особливо сильно фотоперіодизм впливає на міграцію, розмноження комах і безпосередньо на діапаузу. За температурою повітря та на основі фотоперіодизму можна визначати кількість поколінь комах за рік і прогнозувати їхню активність.

Освітленість регулює активність організму протягом дня. Наприклад, у комах їй підпорядковується статева активність. Крім того, освітленість впливає на організми, активність яких пов'язана із температурою середовища (у темних комах – підвищення температури).

Сильні вітри негативно діють на комах, але слабкі можуть сприяти їх перенесенню (наприклад, сарани).