С точки зрения эколога вода, т. е. ее количество и качество в окружающей среде, является лимитирующим физическим фактором как в наземных, так и в водных экосистемах.

· Вода представляет собой ресурс, относящийся ко всей экосистеме. Она составляет основную массу организмов животных и растений. Ткани большинства живых организмов на 50 - 80 % состоят из воды.

· У ряда организмов содержание воды еще выше: в теле медузы, например, содержится около 95 % воды, в тканях моллюсков - 92 %.

· Внутренняя среда практически всех известных организмов является водной, и все обменные процессы протекают именно здесь.

· Наиболее древний путь регуляции функций - гуморальный, т. е. "жидкостный"; нервная система и нервные пути регуляции появились в ходе эволюции позднее.

Водный обмен протекает в двух направлениях: поступление воды в организм и выделение воды из организма.

Животные получают воду в виде питья и с пищей. Выводится вода с мочой и экскрементами, а также путем испарения. Многие организмы способны получать и отдавать воду через кожные покровы или специализированные участки кожи. В наземных экосистемах это многие растения, беспозвоночные животные, амфибии, получающие влагу из росы, тумана, дождя. В водных экосистемах этой способностью обладают практически все организмы.

Выделяют следующие характеристики, важные для описания воды как лимитирующего фактора в экосистеме:

· влажность

· количество осадков

· доступная площадь водного запаса.

Влажность

· Влажность— это параметр характеризующий содержание водяного пара в воздухе.

· Абсолютная влажность— это количество водяного пара в воздухе и зависит от температуры и давления.

· Относительной влажностью - соотношение количества водяного пара в воздухе к насыщенному количеству пара при определенных условиях температуры и давления.

R _отн = (R _абс /R _макс)*100%

R _абс -реальная абсолютная влажность,

R _макс -максимально возможная влажность (при данных t и P)

Влажность -это количество водяного пара в воздухе. Его можно выразить в граммах на кубический метр. Относительная влажность воздуха - это процентное отношение реального давления водяного пара при той же температуре. Так, при +15° давление насыщенного пара равно 12,73 мм рт.ст., что соответствует приблизительно 11 г воды в 1 м³ воздуха. Относительная влажность, равная 75%. соответствует давлению водяного пара в 12,73х0,75=9,55 рт.ст., или примерно 8 г воды на 1 м³ воздуха. Относительную влажность воздуха определяют гигрометром или психрометром.

· Относительная влажность измеряется при сравнении температуры на двух термометрах — с влажным и сухим шариком; этот прибор называется психрометром. Если оба термометра показывают одинаковую температуру, тогда относительная влажность равна 100%, если влажный термометр показывает меньше, чем сухой, то относительная влажность менее 100%. Для точного определения относительной влажности имеется специальная справочная таблица.

· В природных условиях влажность меняется в течение суток: она повышается ночью и снижается днем. Кроме того, влажность сильно меняется также и в пространстве (по вертикали и по горизонтали). Так, над самой поверхностью почвы, в гуще травянистого покрова относительная влажность часто составляет почти 100 %, а над травянистым ярусом - всего 50 %. Эти колебания являются причиной различного распределения биоты в экосистемах, а также появления различных приспособлений (компенсации факторов) к условиям влажности.

· Чтобы оценить большую или меньшую влажность климата, необходимо учитывать также и температуру. Во влажной среде идет медленное испарение и наоборот.

Важным экологическим фактором является иссушение воздуха. Особенно для наземных организмов, имеет огромное значение иссушающие действие воздуха. Животные приспосабливаются, передвигаясь в защищенные места и активный образ жизни ведут ночью.

Адаптации растений

1. У высших растений происходит насасывание воды из почвы корневой системой, проведение ее вместе с растворенными веществами к отдельным органам и клеткам и выведение путем транспирации. В водном обмене у высших растений около 5 % воды используется в ходе фотосинтеза, остальная часть идет на компенсацию испарения и поддержание осмотического давления.

2. Вода, поступающая из почвы в растения, почти полностью испаряется через поверхность листьев. Это явление называется транспирацией. Транспирация - уникальное явление в наземных экосистемах, играющее важную роль в энергетике экосистем. Рост растений существенно зависит от транспирации. Если влажность воздуха слишком велика, как, например, в тропическом лесу, где относительная влажность приближается к 100 %, то деревья отстают в росте. В этих лесах большая часть растительности представлена эпифитами, по-видимому, из-за отсутствия "транспирационной тяги".

3. Отношение роста растений (чистой продукции) к количеству транспирированной воды называется эффективностью транспирации. Она выражается в граммах сухого вещества на 1000 г транспирированной воды. Для большинства видов сельскохозяйственных культур и диких видов растений эффективность транспирации равна или менее 2. У засухоустойчивых растений (сорго, просо) она равна 4. У растительности пустынь она не намного больше, так как адаптация у них выражается не в уменьшении транспирации, а в способности прекращать рост при отсутствии воды. В сухой сезон эти растения сбрасывают листья или, как кактусы, закрывают на дневное время устьица.

4. Растения сухого климата приспосабливается морфологическими изменениями, редукцией вегетативных органов, особенно листьев.

адаптации животных

1. Животные теряют влагу с испарениями, а также путем выделения конечных продуктов обмена веществ. Компенсацией потерь воды у животных служит ее поступление с пищей и питьем. (н апример, большинство амфибий, некоторые насекомые и клещи). 2. Большая часть животных пустынь никогда не пьет, они удовлетворяют свои потребности за счет воды, поступившей с пищей 3. Другие всасывают ее через покровы тела в жидком или парообразном состоянии.

4. В неблагоприятных условиях животные часто сами регулируют свое поведение так, чтобы избежать недостатка влаги: переходят в защищенные от иссушения места, ведут ночной образ жизни. Многие животные не покидают пределов переувлажненных местообитаний. 5. Другие животные получает воду в процессе окисления жиров. Например, верблюд, и насекомые — рисовый и амбарный долгоносик и другие.

Классификация организмов по отношению к влажности среды

Гидрофиты могут жить только в очень влажных средах. Например, амфибии, дождевые черви, большинство пещерных животных и другие.

Мезофиты — отличаются умеренной потребностью в воде или в средней влажности воздуха. Это организмы в основном умеренного пояса.

Ксерофиты произрастают на сухих местообитаниях. Они в основном населяют пустынные регионы.

С точки зрения экологической валентности гидрофиты и гигрофиты относятся к группе стеногигров. Влажность сильно влияет на жизненные функции организмов, например, 70% относительная влажность была очень благоприятным для полевого созревания и плодовитости самок перелетной саранчи.

Таким образом, в зависимости от особенностей влажности местного климата виды организмов распределяются по экологическим группам:

1. Гидатофиты — это водные растения.

2. Гидрофиты — это растения наземно-водные.

3. Гигрофиты — наземные растения живущие в условиях повышенной влажности.

4. Мезофиты — это растения, произрастающие при среднем увлажнении

5. Ксерофиты — это растения произрастающие с недостаточным увлажнением. Они в свою очередь делятся на:

· Суккуленты - это растения, имеющие мясистые наземные части (листья или редуцированные листья-колючки), предназначенные для запасания и экономного расходования воды. Суккуленты насасывают влагу из самых верхних горизонтов почвы. У многих суккулентов клетки содержат полисахариды, способствующие удержанию воды. Суккуленты - организмы, наиболее экономно использующие воду.

· Склерофиты приспособились к дефициту воды совершенно по-другому. В отличие от суккулентов, они не способны запасать воду, и их адаптации заключаются в развитии способности переносить обезвоживание. Это - жесткие, сухие растения, имеющие развитую корневую систему, насасывающую влагу из почвы. Осмотическое давление, развиваемое при этом, достигает 60 атм.

Осадки

Количество осадков зависит в основном от перемещения воздушных масс. Иллюстрацией может служить влияние приближения к западному краю Сьерра-Невады, зоны максимальных осадков на ее западном склоне и дождевая тень за двумя горными хребтами на континенте.

Влажные ветры, дующие с океана, оставляют большую часть своей влаги на обращенных к океану склонах, в результате за горами создается "дождевая тень";, способствующая формированию пустыни. Как правило, чем выше горы, тем сильнее иссушается воздух. Двигаясь вглубь суши, воздух аккумулирует некоторое количество влаги, и количество осадков опять несколько увеличивается. Так, пустыни обычно расположены за высокими горными хребтами или вдоль тех берегов, где ветры дуют из обширных внутренних сухих районов, а не с океана.

 

· Фактором лимитирования является сезонная периодичность выпадения осадков.Если осадки в течение года выпадают равномерно, то условия обеспечения влагой будут весьма благоприятными.

· Напротив, когда большая часть осадков выпадает за один сезон, растениям приходится переносить засуху. Неравномерное сезонное распределение осадков характерно для тропиков, где хорошо выражены влажный и сухой сезоны. · В Умеренных широтах в большинстве случаев осадки распределены более Равномерно. Однако биотическая составляющая экосистемы зависит не только от количества осадков, но и от равновесия между ними и потенциальной транспирацией.

Метод климограмм. Зависимость количества осадков и температуры воздуха по месяцам в течение года. По осям откладываются температура и осадки.