Влажность как экологический фактор. Экологические группы растений по отношению к влаге. Адаптации растений и животных к различному водному режиму.
Влажность является важным лимитирующим фактором среды, так как без воды не может существовать ни один организм. Вода – это универсальный растворитель, а все обменные процессы в клетках протекают в растворах; вода непосредственно участвует в биохимических реакциях; многие виды способны существовать только в воде. Её содержание в клетках достигает 70-90 %.
Влажность атмосферного воздуха связана с насыщением его водяными парами. В связи с неравномерностью выпадения осадков различают влажные (до 2 000 мм/год – гумидные) и засушливые (менее 250 мм/год –аридные) зоны. Умеренные зоны располагаются там, где выпадает промежуточное количество осадков (250-750 мм/год). Наибольшая влажность наблюдается на побережье морей и океанов (100 %), а наименьшая – в пустынях (2-4 %). Сезонные и суточные колебания влажности наряду со светом и температурой регулируют активность организмов.
По отношению к воде растения подразделяются на три экологические группы: гигрофиты, ксерофиты и мезофиты.
Гигрофиты– растения, населяющие
места с высокой влажностью воздуха и
почвы. Это растения влажных тропических
лесов (папирус, рис), верховых болот
(росянка, клюква), прибрежные (тростник,
камыш). Они не имеют приспособлений,
ограничивающих расход воды, и не способны
переносить дефицит влаги. Для гигрофитов
характерны:
- тонкие листовые пластинки с широко открытыми устьицами;
- наличие воздухоносной паренхимы;
- высокая интенсивность транспирации.
Ксерофиты– засухоустойчивые растения сухих мест (полупустынь и пустынь). По физиологическим и морфологическим приспособлениям их можно подразделить на несколько подтипов: суккуленты, гемиксерофиты и склерофиты.
Суккуленты – мясистые, сочные
растения, с относительно малой внешней
поверхностью. В тканях листа (агавы,
алоэ) или стебля (кактусы) суккулентов
содержится запас воды. Во время редких
дождей их корни интенсивно впитывают
влагу, которая запасается в водоносной
паренхиме. Небольшое количество и
погруженное положение устьиц, мощная
кутикула или даже пробка в качестве
покровной ткани, малая испаряющая
поверхность обеспечивают экономное
испарение воды. Интенсивность
физиологических процессов невысокая.
Растут суккуленты медленно. В нашей
флоре к суккулентам относятся очитки,
молодило (сем. толстянковых).
Гемиксерофиты отличаются хорошо развитой корневой системой, бесперебойно снабжающей их водой, высоки уровнем обмена веществ, энергичным фотосинтезом и дыханием, они много испаряют воды. Надземные части имеют приспособления, направленные на уменьшение транспирации: мелкие листья, опушение, кутикула, восковой налет. Густая сеть жилок, многочисленные мелкие устьица – также типичные признаки гемиксерофитов.
Рис. Суккулентное растение – древовидный кактус из пустыни Аризона.
Настоящие ксерофиты (склерофиты)обладают водоудерживающей способностью и рядом физиологических особенностей , позволяющих им выдерживать сухость воздуха и почвы, - интенсивный фотосинтез, высокое осмотическое давление клеточного сока, обусловленное значительным содержание органических веществ, сильное обезвоживание цитоплазмы. Морфологическими признаками ксерофитов являются:
- узкие жесткие листья;
- малая листовая поверхность;
- подвижность листьев, их способность свертываться и менять положение в пространстве;
- редукция листьев в колючки (верблюжья колючка, ковыли, саксаулы, чертополох, эфедра);
- опушение;
- кутикула;
- восковой налет; сильная склерификация стеблей и листьев;
- клетки мелкие;
- большое количество устьиц;
- густая сеть жилок;
- корневую систему ли поверхностная, которая улавливает влагу утренней росы и редких осадков, либо проникающая на большую глубину до грунтовых вод.
Мезофитыпроизрастают в местах с умеренной влажностью почвы и воздуха. Они занимают промежуточное положение между гигро- и ксерофитами. Степень специализации тканей у них выражена сильнее, чем у гигрофитов, но слабее, чем у ксерофитов. В зависимости от особенностей водного режима они отклоняются то в одну (гигромезофиты), то в другую (ксеромезофиты) сторону. Мезофиты характерны для нашей почвенно-климатической зоны. Это растения лугов, лесов, большинство культурных растений (клевер, тимофеевка, мятлик, пшеница, сурепка, листопадные деревья и др.).
Для активной жизни необходимо достаточное содержание воды в организме. Неизбежные потери воды, а вода расходуется непрерывно почками, в результате транспирации с поверхности тела, при газообмене в процессе дыхания и фотосинтеза и др., необходимо пополнять путем питья или потребления влажной пищи. Значительная часть животных (мелкие грызуны, пресмыкающиеся, членистоногие) засушливых областей никогда не пьет и довольствуется только водой, находящейся в пище. Некоторые животные (верблюд, рисовый и амбарный долгоносики, гусеницы платяной моли и др.) используют метаболическую воду, которая образуется при окислении жиров (из 100 г жира – 100-110 г воды); при высокой влажности воздуха возможно поглощение воды через покровы тела. Ряд животных пустынных районов обладают способностью к длительному быстрому бегу (антилопы, сайгаки, куланы), что позволяет им совершать дальние миграции на водопой.
С другой стороны для организмов также характерны различные способы экономии воды:
- плотные покровы;
- редкие дыхательные движения;
- обезвоженные продукты выделения;
- пониженное потоотделение;
- ночной образ жизни;
- спячка (грызуны, насекомые, черепахи) и др.