загрузка...
Экология  | Экологическое значение живого населения почвы
Экология

Экологическое значение свойств атмосферы

Атмосфера как определенная оболочка Земли крайне важна для жизни. Она предотвращает резкие колебания температуры и поступление ультрафиолетового излучения, является источником снабжения растений углекислым газом для фотосинтеза и кислородом для дыхания, оказывает косвенное воздействие на растения, меняя распределение температур и света, служит средой для распространения пыльцы, спор, семян и плодов.

CO2, 0,9 Ag и следы водорода. Но имеются и другие составные части, соотношение которых сильно меняется в зависимости от времени и места. Сюда относятся: аммиак, двуокись серы, газообразные ароматические выделения растений, пыль, частицы дыма, микроорганизмы и их споры, пыльца растений, мелкие семена, индустриальные газы и т. д. Кроме того, воздух никогда не бывает сухим. В нем всегда присутствует то или иное количество водяных паров, резко меняющееся в разных районах и во времени.

Экологическое значение газового состава воздуха

Как известно, азот атмосферы для высших и многих низших растений фактически является инертной средой, поскольку газообразный азот ими непосредственно не усваивается. Другое дело азот, фиксированный микроорганизмами, о значении которого мы уже говорили. Несомненно, наибольшее значение из газов атмосферы для жизни растений имеют кислород и углекислый газ.

Кислород

Свободный кислород поддерживает жизнь, но и сам является продуктом жизнедеятельности. Почти весь кислород атмосферы имеет биологическое происхождение. В атмосфере планеты он появился только благодаря зеленым, автотрофным, растениям, т. е. в результате фотосинтеза. Какие-то древнейшие автотрофные растения, обогатив атмосферу кислородом, подготовили условия для дальнейшей эволюции всего живого а Земле.

O2 от озона О3 и от атомарного кислорода.

Рис. 68. Круговорот кислорода, воды и углекислого газа (по Клауду и Джибору, 1972)

Но, с другой стороны, энергетические потребности высших живых организмов удовлетворяются только при помощи окислительного метаболизма. При окислении 1 моля глюкозы энергии образуется во много раз больше, чем при анаэробном сбраживании.

Откуда же берется кислород, необходимый для возмещения этих энергетических затрат? Кислород воздуха — это ведь в конечном итоге кислород воды, расщепленной солнечной энергией в ходе фотосинтеза. Разберем круговорот кислорода (рис. 68). За 2 мли. лет почти вся вода (примерно 1,5 млрд. км3) Земли проходит через цикл расщепление — восстановление, т. е. фактически через цикл фотосинтез — дыхание. Выделившийся при фотосинтезе кислород поступает в атмосферу (атмосферный кислород). Но весь кислород атмосферы проходит через живое вещество уже примерно за 2 тыс. лет (Клауд, Джибор, 1972). Атмосфера содержит около 1,2-1015 т кислорода. Ежегодно этот запас пополняется на 70 109 т. за счет фотосинтеза продуцентов, при этом 55 109 т дают леса. Однако наземная растительность всей планеты дает атмосфере небольшую прибавку кислорода, а суммарная годовая продукция кислорода лесами планеты составляет лишь 1/2200 часть имеющегося запаса кислорода (Лархер, 1978). Так что основное значение имеет наличный кислород атмосферы.

CO2 и O2 в атмосфере во многом зависит от суммарной жизнедеятельности организмов.

Содержание кислорода в атмосфере не является ограничивающим, лимитирующим, фактором, во всяком случае его достаточно для наземных частей растений. Газы, в том числе и кислород, поступают в растение через устьица, растворяются в жидкостях клеточных стенок и постепенно проникают в цитоплазму. Газовые отходы метаболизма покидают растение в обратном порядке. Эти процессы предполагают наличие влажной поверхности оболочек и мембран, которые контактируют с атмосферой. Поэтому понятно, что потери растением больших количеств воды неблагоприятны для жизни. Но для семян и корней, а также для микроорганизмов, находящихся в почве, количество содержащегося кислорода часто является лимитирующим фактором, и его недостаток сильно влияет на жизнь растений. Некоторые группы микроорганизмов (например Clostridium) приспособились к анаэробной среде, но большинство их является аэробами и должно иметь в своем распоряжении хотя бы немного кислорода для дыхания. Из высших растений водные (гидрофиты) приспособились к субаквальным почвам (в которых они укореняются), насыщенным водой и поэтому бедным кислородом. Другие растения влажных местообитаний, а также большинство мезофитов и ксерофитов все же приспособлены к субстрату, который должен содержать определенное количество кислорода.

загрузка...

Огромное экологическое значение имеет аэрация почвы. Под аэрацией понимают процесс обмена газов между почвой и атмосферой и внутри почвенной толщи (Орлов, 1968). Аэрация определяет скорость проникновения свободного кислорода в почвенную толщу, удаления из нее углекислого газа и интенсивность накопления некоторых соединений, образующихся в почве при недостатке кислорода (сероводород, метан и др.). Интенсивный и непрерывный газообмен необходим для поддержания в почве достаточной концентрации кислорода, поскольку без притока из атмосферы запасы его в летний период могут быть исчерпаны за 20—100 ч. Газообмен обеспечивается системой пор, если они не заполнены водой. Вода служит препятствием проникновения кислорода в почву, но и вода и кислород очень важны в обеспечении жизнедеятельности растений.

В слоях почвы выше уровня грунтовых вод одновременно содержатся и воздух и вода, поэтому здесь деятельность корней усложняется, хотя ряд исследований показывает, что концентрация кислорода и углекислоты даже при близком уровне грунтовых вод редко достигает величин, неблагоприятных для жизнедеятельности растений. Затопление почвы довольно часто наблюдается в лесах таежной зоны.

Корни растений большей частью концентрируются в поверхностном, более аэрируемом, слое почвы. Их повреждений незаметно до тех пор, пока содержание кислорода в почвенном воздухе не упадет слишком низко. Но когда корни неожиданно будут лишены кислорода, например, при подтоплении, то поглощение воды и транспирация быстро падают, листья завядают; и если условия аэрации не выправятся, растение может погибнуть. Однако обычно изменения аэрации очень динамичны, и растения при ее ухудшении успевают восстановить жизнедеятельность. Кроме того, наблюдения показали, что многие виды способны переносить достаточно длительное отсутствие аэрации в зоне корней, но при условии нормального газообмена листьев. Взаимодействие листового аппарата с воздухом при анаэробиозе корней дает возможность многим видам быстро и активно адаптироваться. При этом происходит биохимическая и морфологическая дифференциация тканей, обусловливающая большую устойчивость к недостатку кислорода.

Развитие корневой системы растений при различных уровнях концентрации кислорода сильно зависит от температуры. Если концентрация кислорода в почве составляет 3%, то развитие корней угнетается в интервале температур 18—30°; когда концентрация достигает 10 % нормальное развитие идет при 18°, но при 30° скорость роста снижается. Иначе говоря, необходимая для корней концентрация кислорода в почве тем выше, чем выше температура почвы.

O2 по-разному влияет на активность корней разных видов. Недостаток кислорода может образоваться и в случае очень5 сильного его потребления почвенными организмами, особенно в теплых почвах тропиков, где могут даже возникнуть анаэробные повреждения корней.

O2 в почвенном воздухе, по сравнению с надземной атмосферой, зависит от следующих причин: скорости дыхания почвенных организмов и корней; суммарного объема порового, капиллярного пространства в почве; размера самих пор; степени дренированности почвы; если почва плохо дренируется, то застой воды ухудшает ее аэрацию.

O2 листовой аппарат; корневая •система в этом отношении менее чувствительна.

O2 0,5 мг/л. В состоянии покоя корни переносят более длительные сроки пребывания в анаэробных условиях. К весеннему затоплению особенно устойчивы корни сосны, меньше— березы пушистой и хуже всего переносит его ель. У факультативных анаэробов (например, у некоторых луговых растений) недостаток кислорода вызывает образование аэренхимы, газовых полостей, межклетников, возникновение новых придаточных корней у поверхности почвы или воды.

O2 Вообще на начальных этапах онтогенеза проявляется видовая специфичность в отношении требовательности к кислороду, но общей закономерностью является угнетение прорастания без доступа-кислорода. Возможно, что кислород запускает механизм ростовых процессов семян.

O2 в почве корни, которые обычно выделяют лишь углекислый газ, могут выделять и некоторые токсические кислоты (уксусную, щавелевую и др.), что делает недоступным ряд питательных элементов, которые связываются этими кислотами.

  • Реклама