§47. Влажность как экологический фактор

Определения и обозначения

Влажность как экологический фактор — доступность воды в среде, влияющая на жизнедеятельность и распространение организмов. Она определяет, насколько вода доступна клеткам и тканям для обмена веществ. Поэтому понятие помогает объяснить, почему одни виды живут в сухих местах, а другие встречаются преимущественно во влажных.

Относительная влажность воздуха — отношение фактического содержания водяного пара к максимально возможному при данной температуре, выраженное в процентах. Например, значение 50 % означает, что в воздухе содержится половина возможного при этих условиях количества пара. Этот показатель позволяет сравнивать, насколько воздух близок к насыщению влагой.

Транспирация — испарение воды растением, главным образом через устьица листьев. Она входит в водный обмен: вода испаряется, а её движение помогает поддерживать поступление воды от корней к надземным частям. Интенсивность транспирации зависит от температуры, влажности воздуха и того, открыты или закрыты устьица.

Экологические группы растений по отношению к влаге — группы, различающиеся потребностью в воде и приспособлениями к её избытку или недостатку. К ним относят гигрофитов, мезофитов и ксерофитов. Такое деление помогает связать особенности строения растения с условиями его местообитания.

Как это устроено

Вода необходима организмам не только как часть клеток, но и как среда для многих химических реакций. В ней растворяются вещества, поэтому вода участвует в их переносе между клетками и органами. Если воды не хватает, нарушаются обмен веществ и поддержание формы клеток, а вслед за этим замедляются рост и развитие. Организм, который не может компенсировать потерю воды, хуже размножается и с меньшей вероятностью выживает.

Влажность воздуха и обеспеченность водой почвы связаны, но описывают разные части среды. Влажная почва может давать корням достаточно воды, даже если воздух сухой; при этом листья будут терять влагу быстрее. И наоборот, влажный воздух не гарантирует, что в сухой или промёрзшей почве корни смогут получить воду. Поэтому при оценке условий для растения учитывают и воздух, и почву.

Относительная влажность зависит не только от количества водяного пара, но и от температуры. При нагревании воздух способен содержать больше водяного пара до насыщения, поэтому прежнее количество пара составляет меньшую долю от нового максимума. При охлаждении этот максимум становится ниже, и относительная влажность может вырасти, хотя количество пара не изменилось. Значит, процент относительной влажности нельзя понимать как прямое измерение количества воды в воздухе.

При недостатке воды организм рискует обезводиться, поэтому растения уменьшают её потери, а животные используют разные способы защиты. Растение может ограничивать испарение с помощью особенностей листьев и регулировать раскрытие устьиц. Животные могут избегать жары и сухости поведением, экономить воду физиологически или иметь структуры, уменьшающие её потерю. Такие приспособления повышают шансы пережить период неблагоприятных условий.

Избыток воды тоже способен стать ограничивающим фактором. Если поры почвы заполнены водой, к корням поступает меньше кислорода, необходимого для клеточного дыхания. Переувлажнение может также нарушать газообмен и создавать условия, к которым приспособлены не все виды. Поэтому организмы распределяются по местообитаниям с определённым водным режимом, а не просто выбирают места, где воды больше.

Экологические группы растений по отношению к влаге

Сопоставляйте не один признак, а условия обитания и целый набор приспособлений. Признаки листьев показывают, как растение регулирует испарение, а примеры помогают связать группу с реальным местообитанием. У некоторых видов особенности могут различаться, поэтому таблица описывает общую характеристику групп.

Разбор задач

В двух местах при одинаковой температуре измерили разную относительную влажность воздуха. Определите, где воздух суше, и объясните вывод. Решать задачу можно без знания абсолютного количества водяного пара: нужно сравнить долю от возможного насыщения, которую показывает прибор. Поскольку температура одинакова, влияние температуры на этот максимум в обоих местах одинаковое.

1. Найдите в условии значения относительной влажности для обоих мест. Это проценты, а не масса воды в воздухе.
2. Сравните числа: меньший процент означает, что воздух дальше от насыщения влагой. Следовательно, фактического водяного пара относительно возможного максимума там меньше.
3. Сделайте вывод, что более сухим будет воздух в месте с меньшей относительной влажностью. Одинаковая температура позволяет сравнивать показатели напрямую.

Ответ: воздух суше там, где измеренная относительная влажность меньше. Например, при 40 % воздух суше, чем при 70 %, если температура в обоих местах одинакова. Не следует заключать, что абсолютное количество воды обязательно различается на такую же долю: относительная влажность показывает отношение к максимуму.

Сравните два растения: у первого крупные тонкие листья, у второго — мелкие листья с плотной кутикулой. Предположите, в каких условиях влажности они лучше приспособлены жить. Для ответа нужно связать строение листа с площадью испарения и защитой поверхности, а затем сопоставить эти признаки с экологическими группами. Это позволяет не просто назвать местообитание, а объяснить предположение.

1. Крупный тонкий лист имеет значительную поверхность, с которой может испаряться вода. Такая особенность не помогает экономить влагу при длительной засухе.
2. Мелкие листья уменьшают поверхность испарения, а плотная кутикула затрудняет потерю воды через покровы. Это полезно при сухом воздухе и ограниченном поступлении воды.
3. Сопоставьте признаки с группами: первое растение вероятнее относится к гигрофитам, второе — к ксерофитам. Это предположение по признакам, а не точное определение вида.

Ответ: растение с крупными тонкими листьями лучше приспособлено к влажным условиям, а растение с мелкими листьями и плотной кутикулой — к сухим. Первое можно отнести к гигрофитам, второе — к ксерофитам. При этом для уверенного вывода полезно учитывать не один признак, а также другие особенности растения.

В жаркий сухой день растение закрывает устьица. Объясните, как это влияет на транспирацию и газообмен и почему реакция помогает пережить засуху. Устьица — небольшие отверстия в покровной ткани листа, через которые происходит обмен газами и испаряется вода. Поэтому их закрытие одновременно влияет на водный режим и фотосинтез.

1. При закрытии устьиц уменьшается выход водяного пара из листа. Значит, транспирация ослабевает и растение теряет меньше воды.
2. Через закрытые устьица также затрудняется поступление углекислого газа. Без него фотосинтез ограничивается, поэтому реакция имеет не только полезное последствие.
3. Свяжите оба результата: экономия воды помогает избежать обезвоживания, а снижение газообмена — цена этой защиты. В засуху сохранение воды может оказаться важнее поддержания прежней интенсивности фотосинтеза.

Ответ: закрытие устьиц снижает транспирацию и помогает растению пережить нехватку воды, но одновременно ограничивает газообмен и фотосинтез. Это не безусловно полезная реакция, а компромисс между сохранением воды и получением углекислого газа.

Типичные ошибки

Относительную влажность иногда принимают за абсолютное количество воды в воздухе. Это происходит потому, что процент легко ошибочно прочитать как долю от постоянной величины, хотя максимум зависит от температуры. Проверьте себя: в определении должны быть и фактическое содержание пара, и возможный максимум при данной температуре.

Влажность воздуха можно ошибочно приравнять к влажности почвы, ведь обе характеристики связаны с водой. Однако первая описывает водяной пар в атмосфере, а вторая — воду в грунте, доступную корням. Чтобы проверить вывод, уточните, где именно организм получает воду и какая характеристика среды дана в задаче.

Высокую влажность часто считают всегда благоприятной, поскольку вода необходима для жизни. Но избыток воды способен ухудшить газообмен и уменьшить поступление кислорода к корням в переувлажнённой почве. Самопроверка проста: оцените не только наличие воды, но и то, не мешает ли её избыток другим жизненным процессам.

Закрытие устьиц иногда описывают как только полезное приспособление к засухе. Оно действительно снижает потерю воды, но одновременно ограничивает поступление углекислого газа и фотосинтез. Проверьте объяснение, назвав оба последствия, а не только экономию влаги.

Связь с другими темами

Для понимания темы пригодятся знания о строении растительной клетки, устьицах, испарении и обмене веществ. Они помогают объяснить, как вода участвует в работе клеток и почему растение регулирует её потерю. Связь с приспособлениями организмов к среде обитания показывает, как особенности строения и поведения помогают переносить условия среды.

Тема также нужна при изучении экосистем и закономерностей распространения видов. Водный режим влияет на то, какие организмы могут жить в определённом местообитании и взаимодействовать там друг с другом. Поэтому распределение растений по влажным и сухим участкам связано не только с их потребностью в воде, но и с приспособленностью к местным условиям.

Что запомнить

• Вода — необходимое условие жизнедеятельности организмов.
• Влажность воздуха зависит от содержания водяного пара и температуры.
• Относительную влажность выражают в процентах.
• Влажность воздуха и влажность почвы — не одно и то же.
• Растения различаются по потребности во влаге и приспособлениям к её избытку или недостатку.
• Закрытие устьиц снижает потерю воды, но затрудняет газообмен.