Привет студент

В экологии имеет место странное положение, что воздух как среда жизни специально почти не рассматривается и не изучается. Большинство экологических исследований касается животных и растений, живущих в воздушной среде, но последняя в этих исследованиях подразумевается как нечто индифферентное. Поэтому, например, Г. И. Поплавская в курсе экологии растений характеризует воду, теплоту, свет, ветер, почву, рельеф и жизненные явления как экологические факторы, по о воздухе не говорит. Вне конкретной среды оказываются и животные в руководстве Д. Н. Кашкарова.

На правильном пути стоял С. А. Зернов, который еще в начале 30-х годов писал: «Антитезой гидробиологии является, вернее должна еще явиться, аэробиология — наука, трактующая в том же разрезе жизнь организмов, окруженных воздухом, обычно называемых наземными». Развившаяся в течение 30—40-х гг. агробиология в какой-то мере восполнила отсутствие аэробиологии, но их содержание и задачи разные. Агробиология — комплексная биологическая наука, преимущественно генетика и физиология организмов, имеющая своей целью выявление закономерностей развития жизненных явлений, которые могут быть использованы в сельском хозяйстве. В отличие от этого аэробиология должна представлять собой глубокий синтез биологических знаний с метеорологическими и другими, подобно тому, как в гидробиологии биологическое увязывается с гидрологическим и гидрохимическим.

Только в самое последнее время экологи, работающие с наземными растениями и животными, стали «замечать» воздух. Так, А. П. Шенников (1950) в руководстве по экологии растений помещает главу «Воздух как экологический фактор», Н. И. Калабухов (1951) в методическом сочинении характеризует воздействие физических свойств воздушной среды на наземных позвоночных животных и излагает методику изучения соответствующих воздействий. Но в делом вопрос остается не освещенным.

В связи с недостаточной разработкой интересующего нас вопроса здесь придется ограничиться отрывочными данными.

Воздух представляет собой смесь газов, главным образом, азота и кислорода, из которых состоит атмосфера, т. е. газовая оболочка земного шара. Кроме того, воздух содержится в растворенном состоянии в природных водах, в почве и в организме животных и растений. Воздух и вода действуют физически и химически на земную кору, чем обусловливают важнейшие геологические процессы, протекающие на поверхности Земли.

Биологическое значение воздуха (точнее — кислорода) заключается в том, что он необходим для дыхания всех живых существ, за исключением немногих анаэробных микроорганизмов. Кислород поглощается животными и растениями и возвращается в атмосферу растениями при ассимиляции двуокиси углерода. Преобладающая составная часть воздуха — азот — входит в состав белково-азотных соединений, с которыми неразрывно связано происхождение и развитие жизни на Земле.

В природе непрерывно совершается круговорот кислорода и азота, поддерживающий постоянство состава воздуха.

Средний состав воздуха, лишенного влаги и пыли, на высоте уровня моря почти совершенно одинаков во всех местностях земного шара и выражается следующими числами:

Кроме перечисленных газов, воздух всегда содержит водяной пар, количество которого зависит от температуры (влажность воздуха).

В отличие от воды, газовый состав воздуха отличается большим постоянством. На всех широтных поясах Земли и до верхних границ распространения жизни абсолютно сухой воздух содержит одно и то же количество составных частей, приведенное нами выше (округленно, по объему: азота — 78%, кислорода — около 21%, аргона — почти 1 %, углекислоты — 0, 03 %, следы водорода и других газов).

Воздух является физической смесью, а не химическим соединением составляющих его газов. Поэтому составные части воздуха можно сравнительно легко разделить физически.

Азот и кислород, растворяясь в воде независимо друг от друга, находятся в растворе в ином количественном соотношении (34, 82% кислорода и 65, 18% азота при 0° и 760 мм ртутного столба), чем в земной атмосфере.

Условия дыхания организмов в воде и воздухе оказываются резко отличными. В то время как наземные организмы окружены воздушной газовой средой из азота и кислорода с небольшой примесью водяных паров, гидробионты окружены водой с небольшим количеством воздуха. Как известно, воздуха (О₂+N₂) содержится в 1 л воды при хороших условиях аэрации около 20—25 см³, а в 1 л атмосферы — почти 1000 см³ и только 0—40 см³ водяных паров.

Поэтому, как справедливо отмечает С. А. Зернов, термин «наземные организмы» следует заменить названием «воздушные организмы», так как с общебиологической точки зрения существенно не то обстоятельство, что эти живые существа отираются на землю; на землю, образующую дно бассейна (грунт), опираются и многие чисто водные организмы. Гораздо важнее то, что у них тело окружено воздухом —внешней средой небольшой плотности, с значительным количеством кислорода и часто с изменчивым и нередко очень малым количеством влаги.

Необходимо привести некоторые цифровые показатели развития воздушной среды жизни на Земле. Общая масса воздуха на земле составляет 5. 10¹⁵ т или примерно 0, 25% веса исследованной части земной коры. Давление воздуха на уровне моря составляет в среднем 1, 0333 кг на 1 см². Вес 1 л воздуха, свободного от водяного пара и углекислого газа, при 0° и 760 мм ртутного столба под 45° широты равняется 1, 2928 г.

Действующие в воздушной среде факторы отличаются рядом специфических особенностей:

1. Свет — наиболее интенсивен, сравнительно с его развитием в других средах жизни.

2. Температура — отличается наиболее широкой амплитудой колебания.

3. Влажность — значительно меняется в зависимости от географического положения, что делает условия жизни отличающимися.

4. Кислород — одно из важнейших условий жизни, но обычно не ограничивающее в воздушной среде ее развития.

5. Ветер — движение воздушных масс—изменяет действие прочих факторов на организмы.

«Воздух представляет ту среду, в которой протекает вся жизнь человека, наземных животных и растений и без которой они существовать не могут».

В воздушной среде обитают разнообразные представители микроорганизмов, растений и животных. Выше мы отметили, какое количество представителей классов и подклассов животных и растений возникло в воздушной среде (25%) и какое продолжает существовать в ней ныне (44%). Существенной чертой населений воздуха (аэробиоса) является его связь с поверхностью планеты. Аэробионтов, аналогичных пелагическим организмам водной среды, которые могут существовать и развиваться в полном отрыве от дна, не существует. Все воздушные животные и особенно растения связаны с почвой. Можно наметить ряд переходных форм, связывающих воздушную среду жизни с почвенной, подобно тому, как имеются переходы от аэробионтов к гидробионтам.

На высоте 5000 м были найдены только споры. Споры бактерий и плесневых грибков встречались также и в пределах стратосферы на высоте 11—22 км.

Отсутствие «воздушного планктона» объясняется не столько малой плотностью воздушной среды, сколько отсутствием в ней пищи. Последняя продуцируется зелеными растениями, которые в воде представлены преимущественно микроскопическими фитопланктерами, а в воздушной среде—макрофитами из укореняющихся в земле цветковых. Иное распределение растительной первопищи вызывает в сравниваемых средах жизни и различный характер распределения животной жизни.

К аэрозолям радиусом от 5.10^-3 до 0,2.10^-4 см принадлежат в первую очередь бактерии, плесени, грибки и споры. Применяемые до сих пор методы определения количества зародышей в воздухе (седиментационный и аспирационный) не обеспечивают получения точных данных. Г. Рейффершейд (1954) кониометрическим методом установил, что содержание зародышей в воздухе помещений изменяется параллельно количеству их в наружной атмосфере и зависит от происхождения воздушных масс и от скорости движения воздуха. Мельчайшие бактерии и споры плесеней могут находиться, во взвешенном состоянии неограниченное время.

Количество грибов в воздухе исследовалось в 1951 г. с самолетов над Атлантическим океаном. Оказалось, что полярные массы воздуха характеризовались незначительным содержанием плесневых грибов и спор (0, 2 споры в 27 м³ воздуха), тогда как тропические содержали их значительно больше (519 опор в том же объеме). Наибольшее число плесневых грибов составляли Cladosporium (82, 3%); Alternaria, Pullularia, дрожжи, Penicillium, Botrytis и Hemphylium составляли от 3, 2 до 1, 1% общего числа грибов (Пейди и Капица, 1955).

Наиболее важной для аэробов составной частью воздуха является кислород. Растворимость кислорода в жидкостях организмов зависит от его парциального (т. е. частичного) давления, вследствие чего биологическое значение имеет именно это последнее, а не вообще процент содержания кислорода в воздухе.

Падение парциального давления кислорода вызывает кислородный голод, который обнаруживается человеком уже при 105 мм давления ртутного столба (равняется 14% кислорода в воздухе на уровне моря). Снижение давления кислорода до 68—46 мм (9 — 6%) опасно для жизни человека.

Пребывание в атмосфере с пониженным парциальным: давлением кислорода, например, в горном климате, вызывает у непривычных людей горную болезнь; затем постепенно наступает приспособление к недостатку кислорода.

Асфиксия (удушение) на почве недостатка кислорода может наблюдаться при вытеснении кислорода другим газом, например, метаном — в шахтах, углекислотой — в колодцах. Однако в атмосфере кислорода много (21% по объему) и потому небольшие колебания в его количестве в жизни организмов значения не имеют.

Наличие в атмосфере углекислого газа необходимо для существования растений и осуществления ими синтеза органического вещества. Мощным регулятором содержания углекислоты в воздухе является гидросфера: при понижении парциального давления кислорода воздуха или повышении температуры вода морей и океанов отдает часть растворенной в ней углекислоты атмосфере; при обратном соотношении она поглощает избыток СО2.

Нормальное количество углекислого газа в воздухе невелико (0, 03% или 0, 57 мг/л). Вследствие этого даже небольшие колебания в содержании углекислоты в воздухе существенно отражаются на фотосинтезе. Как показывает А. П. Шенников (1950), колебания в количестве углекислоты действительно бывают, особенно в воздухе, окружающем растения. Они достигают удвоения или, наоборот, сокращения вдвое нормального количества СО₂. Углекислый газ, необходимый для воздушного питания зеленых растений, получается, главным образом, из почвы. Усиление фотосинтеза и роста при умеренном увеличении концентрации СО₂ в атмосферном воздухе давно привело к мысли об «удобрении» возделываемых растений углекислым газом для увеличения их производительности. Для этого можно применять жидкую углекислоту, распыляя ее в воздухе над почвой.

Азот—главная по объему составная часть (3/4) воздуха—для большинства организмов составляет инертную среду. Газообразный азот большинством высших растений не усваивается и никакого непосредственного влияния на них не оказывает. Только некоторые низшие растения, обитающие в почве, усваивают свободный азот: клубеньковые бактерии, азотобактер и др. Усваивая азот, связывая его в содержащие азот органические соединения, они создают органическое вещество своего тела, которое после смерти минерализуется в доступные высшим растениям соли азота (нитраты, нитриты и аммиачные).

Азот растворяется в крови и тканях организмов в количествах, пропорциональных его парциальному давлению. При быстром переходе от высокого давления к низкому избыток азота выделяется из крови в виде пузырьков газа (кессонная болезнь).

Недеятельные газы атмосферы (аргон, неон, гелий, криптон, ксенон) по характеру своего действия на организмы подобны азоту.

Из газов воздуха, менее распространенных и имеющих местное значение, важно отметить сернистый газ (SO2). Этот газ, как и некоторые другие «дымовые» газы (серный ангидрид, хлор и др. ), присутствует в воздухе городов и промышленных центров, так как выделяется при сжигании каменного угля. Сернистый газ ядовит для растений, так как, проникая в клетки, подкисляет их содержимое, что нарушает деятельность ферментов, обмен веществ и вызывает свертывание коллоидов плазмы. Некоторые виды не выносят присутствия в воздухе даже одной миллионной части этого газа. Так, не выносят наличия в воздухе сернистого газа европейская ель, сосна, наствольные лишайники и ряд других, которые плохо растут в городах с загрязненным воздухом.

Как справедливо указывает А. П. Шенников (1950), экологическое значение имеет не только газовый состав воздуха, но и его физические свойства и явления в атмосфере, а также взвешенные в воздухе пыль, частицы пара, туман.

Специфическим фактором воздушной среды являются электрические (грозовые) явления, происходящие в атмосфере. Электрические разряды способствуют вовлечению азота воздуха в биологический круговорот. Кроме того, электричество влияет и непосредственно на растения. В сельскохозяйственной практике делаются попытки применения электризации припочвенного слоя воздуха.

Плотность воздуха и барометрическое давление влияют на другие климатические факторы и, следовательно, их изменения вызывают изменения многих экологических условий. Этим объясняются некоторые отличия в условиях жизни на разных широтах и разной высоте над уровнем моря.

Важным физическим условием жизни в воздушной среде является ее температура. Температура воздуха, как и другие действующие здесь факторы, подвержена значительным суточным и сезонным колебаниям.

Присутствие в атмосфере воды создает определенную влажность, которая выступает в качестве важного жизненного фактора. Содержащееся в воздухе количество водяного пара, в зависимости от температуры, может создавать разную степень насыщения: с понижением температуры воздуха при том же абсолютном количестве водяного пара относительная влажность будет возрастать. При понижении температуры до известных пределов, когда воздух не в состоянии удержать в виде паров поглощенного уж м количества воды, излишек ее выделяется из атмосферы в виде тумана, росы, инея, дождя, снега, града и пр. Как влажность, так: и ее производные, имеют важнейшее значение в жизни животных и растений.

Содержащиеся в воздухе водяные пары оказывают на организмы прямое влияние, а также и косвенное, уменьшая прозрачность среды. Изменения прозрачности воздуха сопровождаются изменениями интенсивности освещения, причем меняется и качество света (в связи с поглощением инфракрасных лучей).

Механическую примесь воздуха составляет пыль. Наиболее свободен от пыли воздух горных и приполярных областей, наиболее богат ею — в степных и пустынных местностях. Пыль образуется за счет поднятых в воздух мелких частиц почвы. Осаждающаяся из воздуха пыль затрудняет дыхание организмов и уменьшает фотосинтез.

Важное физическое свойство воздуха — его подвижность. Воздух почти всегда находится в движении. Наблюдаются вертикальные конвекционные токи воздуха и перемещения его масс параллельно земной поверхности (ветры). Источником всех движений воздуха является различие в температуре его отдельных слоев и участков.

Ветер разнообразно влияет на организмы: прямо—перенося, уродуя или приводя организмы к гибели, и косвенно— через изменение: других климатических факторов (например, сильный ветер при высокой температуре усиливает засуху, а при низкой — охлаждение). У организмов вырабатываются различные приспособления к данному фактору, как у ведущих прикрепленный образ жизни, т. е. у растений (гибкость тела, защитная кора, анемофилия и др. ), так и подвижных (лёт насекомых).

Вследствие тесной связи всех воздушных обитателей с почвой подразделения рассматриваемой нами среды жизни на среды обитания и биотопы не являются самостоятельными. Kaк мы видели, химический состав воздуха однообразен в разных частях Земли, но физические факторы весьма изменчивы и большинство из них подвержено закономерным географическим изменениям.

Поэтому наиболее целесообразно выделить основные среды воздушного обитания организмов по соответствующим географическим (ландшафтным) зонам. Очевидно, что условия жизни воздушных организмов в тундре, тайге или степи будут существенно отличаться (прежде всего по температуре, затем по влажности, условиям освещения и др. ). Выделение в пределах той или иной среды обитания конкретных биотопов пока затруднительно, но может быть сделано исходя из общего принципа топографической конкретности (с учетом особенностей рельефа, экспозиции и т. п. ).

Обитатели нор. Вверху: слепушонка (Ellobius talpinus) выбрасывает землю из норы. Купинский район Новосибирской области. Июнь 1949 г. Внизу: барсук (Meles meles leptorhynchus) выходит из норы. Мошковский район Новосибирской области.

Алтайский сурок (Marmota bailacina) осматривает окрестности. Новосибирск. Май, 1953 г.

Птенцы болотного луня (Circus aeruginosus) в гнезде.

Лосиха (Alces alces) с лосенком в смешанном лесу.

Приспособления организмов к условиям воздушной среды разнообразны:

1. Выработка органов, обеспечивающих непосредственное усвоение атмосферного кислорода в процессе дыхания (устьица растений, легкие животных).

2. Развитие скелетных образований, поддерживающих тело в условиях малоплотной среды (механические и опорные ткани растений, скелет животных).

3. Защита от неблагоприятных внешних условий (покровы, теплокровность высших позвоночных животных).

4. В связи с исключительной подвижностью среды — укоренение всех растений и использование ветра для перекрестного оплодотворения (анемофилия).

5. В связи с отсутствием взвешенной пищи непосредственно в воздушной среде — выработка большой подвижности у всех наземных животных, переходящей в закономерные кочевки и миграции у отдельных видов.

Взаимодействие организмов с воздушной средой заключается в адекватности изменчивости животных и растений под влиянием среды (при воздействии низкой температуры развивающийся организм становится более холодостойким, как показал Т. Д. Лысенко в опытах переделки природы культурных растений и т. п. ) и избирательности организмов по отношению к самой среде. Изменяясь в соответствии с условиями жизни и ассимилируя их в процессе существования, организмы изменяют воздушную среду. Как уже указывалось, кислород и углекислота атмосферы имеют биогенное происхождение.

Организмы в биоценозе в результате жизнедеятельности существенно изменяют внешнюю среду, например, климат. В лесу благодаря сомкнутости надземных частей растений создается особый фито-климат.

Фитоклимат отличается от наружного климата следующими чертами: общая радиация сильно снижается; интенсивность химических лучей падает, качественный состав света изменяется в сторону преобладания зеленых лучей спектра; температурный режим становится более плавным, крайности сглаживаются; дневная амплитуда температуры, особенно летом, уменьшается; движение воздуха замедляется, благодаря этому выделяемая растениями углекислота задерживается в биоценозе; количество осадков, достигающих почвы, значительно падает по сравнению с открытым местом; снежный покров рыхл, хорошо отепляет почву, стаивает поздно; влажность воздуха возрастает (Соколов, 1956).

Увеличение влажности воздуха лесом имеется в виду при лесопосадках в засушливых районах.

Используемая литература: Основы Экологии: Учеб. лит-ра./Б. Г. Иоганзен
Под. ред.: А. В. Коваленок,-
Т.: Типография № 1,-58 г.

Скачать реферат: Vozduh-kak-sreda-zhizni.rar

Пароль на архив: privetstudent.com