Реакция среды (рН)

Распространение и численность популяций существенно зависит от реакции почвы или водной среды.

Загрязнение атмосферного воздуха вследствие сжигания ископаемого топлива (чаще всего диоксидом серы) приводит к отложению сухих ацидогенных частиц и выпадению дождя, состоящего, по сути, из слабой сернистой кислоты. Выпадение таких "кислых дождей" вызывает закисле-ние различных объектов окружающей среды. Сейчас проблема "кислых дождей" стала приобретать глобальный характер. Влияние закисления сводится к следующему.

Снижение рН ниже 3, также как повышение выше 9, приводит к повреждению протоплазмы корней большинства сосудистых растений. Изменение рН в почве вызывает ухудшение условий питания: снижается доступность биогенных элементов для растений.

Снижение рН до 4,0 - 4,5 в почве или донных осадках в водных экосистемах вызывает разложение глинистых пород (алюмосиликатов), вследствие чего среда становится токсичной из-за поступления в воду ионов алюминия (Al ). Даже железо и марганец, необходимые для нормального роста и развития растений, при низких рН становятся токсичными вследствие перехода в ионную форму. Пределы устойчивости к закислению почвы у разных растений различны, но только немногие растения могут расти и размножаться при рН ниже 4,5.

При высоких значениях рН, т. е. при подщелачивании, также создаются неблагоприятные условия для жизнедеятельности растений. В щелочных почвах железо, марганец, фосфаты присутствуют в виде малорастворимых соединений и плохо доступны для растений.

Резко отрицательное воздействие оказывает на биоту закисление водных экосистем. Повышенная кислотность действует негативно в трех направлениях:

• нарушения осморегуляции, активности ферментов (они имеют оптимумы рН), газообмена;

• токсического воздействия ионов металлов;

• нарушений в пищевых цепях, изменения пищевого рациона и доступности пищи.

В пресноводных экосистемах определяющую роль в реакции среды играет кальций, который наряду с диоксидом углерода определяет состояние карбонатной системы водных объектов. Присутствие ионов кальция имеет значение и для поведения остальных компонентов, например железа. Поступление кальция в воду связано с неорганическим углеродом карбонатных пород, из которых происходит его выщелачивание.

Газовый состав среды обитания

Для многих видов организмов, как бактерий, так и высших животных и растений, концентрация кислорода и двуокиси углерода, которые составляют в атмосферном воздухе 21 % и 0,03 % по объему соответственно, являются лимитирующими факторами. При этом в наземных экосистемах состав внутренней воздушной среды - атмосферного воздуха - относительно постоянен.

В водных экосистемах количество и состав газов, растворенных в воде, сильно варьирует. В водных объектах - озерах и водохранилищах, богатых органическим веществом - кислород становится фактором, лимитирующим процессы окисления, и тем самым приобретает первостепенную важность.

В воде содержится значительно меньше кислорода, чем в атмосферном воздухе, а вариации связаны со значительными колебаниями температуры и растворенных солей. Растворимость кислорода в воде повышается с понижением температуры и снижается с повышением солености.

Общее количество кислорода в воде обеспечивается поступлением из двух источников: из атмосферного воздуха (путем диффузии) и из растений (как продукт фотосинтеза). Физический процесс диффузии из воздуха протекает медленно и зависит от ветра и движения воды, поступление кислорода при фотосинтезе определяется интенсивностью последнего и зависит прежде всего от освещенности и температуры воды. Вследствие этих причин количество кислорода, растворенного в воде, сильно изменяется в течение суток, в разные сезоны, а также отличается в различных физико-географических и климатических условиях.

Диоксид углерода в водных экосистемах как будто не имеет такого большого значения, как кислород. Растворимость его в воде высокая. Он образуется в результате дыхания живых организмов, разложения отмерших остатков животных и растений. Углекислота, образующаяся в воде, вступает в реакцию с известняками, образуя карбонаты и бикарбонаты. Карбонатная система океанов служит основным резервуаром углекислого газа в биосфере и буфером, поддерживающим концентрацию водородных ионов на уровне, близком к нейтральному.

В целом для всех живых существ кислород и углекислый газ, несомненно, являются лимитирующими факторами существования. Диапазоны величин этих факторов, сложившиеся в ходе эволюции, довольно узки. Концентрации кислорода, необходимые для дыхания, достаточно постоянны и закрепились в ходе эволюции. Гомеостаз обеспечивается постоянством параметров внутренней среды организмов; содержание кислорода и углекислого газа в различных тканях и органах поддерживается на относительно постоянном уровне. Карбонатная система жидкостей организма служит хорошим буфером, обеспечивающим гомеостаз.