Влажность как экологический фактор, адаптации организмов к недостатку влаги. Водно-солевой обмен во влажных и сухих местообитаниях на суше.

Количество их зависит от общеклиматических условий, распределение — от рельефа, а конкретные условия увлажнения — еще и от почвы. Форма атмосферных осадков может быть разная (дождь, снег, роса и т.д.). Важен также характер распределения их по сезонам. Некоторое количество влаги в почве возникает и при непосредственной конденсации паров воды из воздуха. Конденсационная влага — одно из важных условий существования растений в песчаных пустынях. Значительную роль в водоснабжении растений играют также грунтовые воды: корни многих видов растений достигают зеркала грунтовых вод.

Очень важна для жизни растений относительная влажность воздуха (процентное отношение реального давления водяного пара к давлению насыщенного пара при той же температуре). Она показывает долю (процент) от того максимального количества влаги, которое могло бы содержаться при полном насыщении данного объема воздуха при данной температуре. Растения страдают от недостатка атмосферной влаги при низких показателях относительной влажности воздуха. При длительной засухе и суховеях возникает резкий воздушный дефицит влаги, вызывающий повреждение в первую очередь листьев культурных растений (так называемый запал).

Снег и град — это вода в твердой фазе, прямо физиологически недоступная для растений, но оказывающая большое косвенное воздействие на них. Снег особенно воздействует на водный режим территорий в весенний период. Снеготаяние определяет поемность рек, что влияет на состав, рост и развитие луговых растений. Тающий снег пополняет вод ные запасы почвы. Леса и болота задерживают до 85 % зимних осадков и медленно их расходуют в течение вегетационного периода, нивелируя недостаток и неравномерность поступления осадков летом. При инфильтрации снеговой воды в почву пополняется уровень грунтовых вод. Изморозь и иней также способствуют накоплению воды в почве, так как при их таянии часть влаги попадает в почву. Отрицательное воздействие на растения оказывает град. Особенно страдают виды с широкими листьями, получающие серьезные механические повреждения.

Роса, туман, изморозь и иней в отличие от дождя и снега относятся к неизмеряемым атмосферным осадкам. Они появляются в результате кон денсации водяных паров и тоже могут играть большую роль в жизни растений. Теплый воздух, как правило, содержит некоторое количество влаги. При охлаждении его относительная влажность увеличивается. Когда она достигает 100% («точка росы»), начинается конденсация паров в виде капель. Выпадение осадков в виде росы может достигать 10—20% от годовой суммы осадков. В безводных пустынях за счет этого существуют лишайники, поддерживается водный режим листьев ряда видов. Во влажных тропических лесах это явление важно для существования многочисленных эпифитов. В ряде горных систем в «туманных лесах» роса служит источником увлажнения листьев и почвы. В районах, характеризующихся неустойчивыми климатическими характеристиками, она сглаживает неравномерность выпадения дождей и уменьшает опасность

высыхания растений за счет восприятия влаги листьями. Так, после жаркого сухого дня прохладная ночь с росой спасает растения от обезвоживания, в утренние часы препятствует быстрому нагреву и задерживает начало интенсивной транспирации, увеличивая общее содержание воды в надземной части растений. В центральных областях России продолжительность выпадения росы составляет около 1000 ч в год. Вместе с тем систематические обильные росы способствуют заражению растений патогенными грибами.

Абсолютная влажность: определение и формула

В переводе с латыни слово absolutus означает "полный". Исходя из этого, очевидным становится сущность понятия "абсолютная влажность воздуха". Эта величина, которая показывает, сколько граммов водяного пара фактически содержится в одном кубическом метре конкретной воздушной массы. Как правило, этот показатель обозначают латинской литерой F. Г/м3 - это единица измерения, в которой исчисляется абсолютная влажность. Формула для её расчёта следующая: F = m / V В данной формуле буквой m обозначена масса водяного пара, а буквой V - объем конкретной воздушной массы

Величина абсолютной влажности зависит от нескольких факторов. В первую очередь это температура воздуха и характер адвекционных процессов.

Относительная влажность. Это относительная величина, которая показывает, сколько влаги содержится в воздухе по отношению к максимально возможному количеству водяного пара в этой воздушной массе при конкретной температуре. Измеряется относительная влажность воздуха в процентах (%). И именно этот процентный показатель мы часто можем узнать в прогнозах погоды и метеосводках.

Стоит также упомянуть и о таком важном понятии, как точка росы. Это явление максимально возможного насыщения воздушной массы водяным паром (относительная влажность этого момента - 100 %). В таком случае излишек влаги конденсируется, и образуются атмосферные осадки, туман или облака.

Экологические группы растений по отношению к воде

По отношению к воде растения подразделяются на следующие экологические группы:

• гидрофиты — растения, живущие в воде;
• гигрофиты — растения, произрастающие в условиях повышен­ной влажности;
• мезофиты — растения, живущие в условиях нормальной влажности;
• ксерофиты — растения, живущие в условиях недостаточной влажности.

Примером ксерофитов могут служить саксаул, верблюжья колючка, джузгун. У ксерофитов выработались приспособления к жизни в условиях недостаточной влажности. Их клетки имеют своеобразную цитоплазму, жёсткие и тонкие листья, иногда превращающиеся в шипы. Корни у верб­люжьей колючки и саксаула очень длинные, достигают подземных вод. Многие растения уменьшают испарение воды путём сбрасывания листьев летом. Некоторые сельскохозяйственные растения, например джугара и просо, хорошо переносят недостаток воды.

Роль воды в жизни животных

У животных, обитающих в пустынях и степях, выработаны механизмы приспособления к условиям безводья. Они могут быстро передвигаться на далёкие расстояния и добираться к местам водопоя.

Грызуны, пресмыкающиеся, насекомые и другие мелкие животные пустыни поддерживают водный баланс за счёт воды, которая образуется в их организме в результате окислительных реакций. Особенно много воды образуется при окислении жиров (100 г жиров при окислении образуют 100 г воды). Вот почему жировой слой в теле животных пустыни достигает значительной толщины (верблюжий горб).

Малая проницаемость наружных покровов многих животных пустыни предотвращает испарение воды через кожу. Большинство их ведёт ночной образ жизни, а днём прячется в норах

Приспособление организмов к недостатку влаги

У растений и животных существуют следующие механизмы приспособления к недостатку воды.

• Наличие факторов, уменьшающих испарение воды:
• превращение листьев в колючки (хвойные деревья);
• наличие толстой кутикулы (насекомые, ксерофиты);
• увядание листьев (альпийские растения);
• опадание листьев в засуху;
• раскрытие устьев листьев ночью и закрытие днём;
• транспирация и уменьшение потоотделения (степные и пустынные растения, верблюд);
• укрытие животных в норах (мелкие пустынные млекопитающие, например, пустынная крыса);
• закрытие дыхательных отверстий клапанами (многие насе­комые).
• Усиление всасывания воды:
• наличие широкой поверхности корневой системы;
• большая длина корня и его проникновение на глубину;
• прокладывание животными путей к подземным водам (термиты).
• Запасание воды:
• в слизистых клетках и в клеточных стенках;
• в специальном мочевом пузыре (пустынная жаба);
• в виде жира (пустынная крыса, верблюд).
• Физиологическая устойчивость к потере воды:
• сохранение жизнедеятельности при большой потере воды (папоротники, плауны, мохообразные, лишайники);
• быстрое восстановление массы тела при наличии воды даже после её значительного уменьшения (дождевой червь, верблюд);
• сохранение при неблагоприятных условиях в виде семени, клубня, луковицы;
• летняя спячка в коконе (дождевой червь, двоякодышащие рыбы).
• Миграция из безводных мест в места, где есть вода (многие животные степей и пустынь).

По степени солёности естественные водоёмы подразделяются на пресные с солёностью менее 0,5 ‰, солоноватоводные – солёность колеблется в пределах 0,5 - 16 и солёные – больше 16 ‰. Солёность океанических водоёмов составляет 32-38 ‰ (в среднем 35 ‰), но самое высокое содержание солей характеризует не морские, а некоторые внутренние водоёмы типа солёных озёр, где концентрация электролитов доходит до 370 ‰.

По характеру водно-солевого обмена гидробионты делятся на пресноводных и морских, хотя некоторые эвригалинные (приспособленные к широкому диапазону солевых концентраций) формы могут обитать и в тех, и в других условиях. Для всех первичноводных организмов характерно наличие проницаемых для воды покровов, поэтому различие осмотической концентрации водной среды и жидкостей организма создаёт осмотический ток воды в сторону большего осмотического давления. Результат осмотических процессов неодинаков для обитателей разных типов водоёмов.

Жизнь формировалась в морской воде, что наложило свой отпечаток на основные физико-химические показатели живых организмов.

У большинства обитателей морских водоёмов концентрация солей в организме близка к таковой окружающей среды, а благодаря проницаемости покровов любые изменения солёности немедленно уравновешиваются осмотическим током воды. Такие организмы принято называть пойкилоосмотическими. Таковы практически все цианобактерии и низшие растения, а также большинство морских беспозвоночных животных; последних часто называют осмоконформерами.

Животных, способных к активной регуляции осмотического давления жидкостей тела, поддерживающих относительное постоянство этого параметра внутренней среды независимо от окружающей воды, называют гомойоосмотическими, или авторегуляторами.

Существует небольшая группа изотоничных организмов (кишечно-полостные, иглокожие). Осмотическое давление жидкостей их тела близко к таковому морской воды и изменяется параллельно изменениям внешней солёности.

У большинства других беспозвоночных регистрируется некоторое превышение осмотического давления внутренней среды организма (его гипертоничность), что обеспечивает постоянный приток в организм воды в пределах, легко уравновешивающихся процессами выделения.

Способность изотоничных животных переносить некоторые изменения солёности среды определяются главным образом механизмами клеточной устойчивости к обводнению или дегидратации. Диапазон такой устойчивости обычно не очень велик, поэтому изоосмотические осмоконформеры распространены, как правило, в морских водоёмах с относительно устойчивой солёностью. Беспозвоночным осморегуляторам (высшие раки, моллюски, насекомые и др.) свойственно переносить более значительные колебания солёности. Это обеспечивается механизмами активной регуляции осмотического давления внутренней среды, которые включают изменения проницаемости мембран, активный перенос ионов (включая выведение избытка солей), а также изменения внутриклеточной концентрации свободных аминокислот в направлении, уравновешивающем суммарное осмотическое давление в клетке с внешней средой.

У пойкилоосмотических организмов имеется возможность осуществления активной ионной регуляции, которая определяет отличия количественных показателей содержания отдельных ионов в среде и в организме. Это основа жизнедеятельности организмов-концентраторов, способных избирательно извлекать из среды и накапливать в организме отдельные соли. В отличие от осморегуляции ионная регуляция свойственна большинству живых организмов. Пресноводные жизненные формы всегда гипертоничны, в силу чего внутрь организма направлен постоянный осмотический поток воды. Они относятся к гомойоосмотическим формам.

Наиболее эффективная адаптация позвоночных к обитанию в гипотонической среде – образование клубочковых почек, действие которых основано на принципах избирательной ультрафильтрации и реабсорбции. Продукты азотистого обмена – аммиак и мочевина – растворимы в воде и легко выводятся не только через почки, но и через жабры.

Действие осморегуляторных механизмов может изменяться в зависимости от соотношения осмотических давлений водной среды и жидкостей организма. Это открыло водным позвоночным возможность освоения различных по солёности водоёмов.

Морские формы существуют в условиях гипертоничности внешней среды, обусловливающей постоянные осмотические потери воды (в основном через жабры). Пополнение потерь воды у них происходит путём питья. Избыток получаемых при этом солей выводится через почки и с фекалиями (главным образом двухвалентные ионы), а также активно экскретируются особыми клетками жаберного эпителия

Замечательным примером широкой приспособляемости к солевому режиму служат проходные формы некоторых круглоротых (миноги) и рыб. При миграциях из моря в реки механизм осморегуляции у них полярно преобразуется (смена гипо- и гипертонического состояния организма), что основано на пресноводном типе строения почек у всех водных позвоночных.