47. Влажность как экологический фактор

Определения и обозначения

Влажность как экологический фактор — содержание воды в воздухе и почве, влияющее на жизнедеятельность организмов. Вода необходима для обмена веществ, а её доступность определяет, сможет ли организм поддерживать нормальную работу клеток и органов. Поэтому учитывают не только наличие воды, но и то, как быстро она поступает и теряется.

Относительная влажность воздуха — отношение фактического содержания водяного пара к максимально возможному при данной температуре, выраженное в процентах. Она показывает, насколько воздух близок к насыщению влагой, а не просто сколько пара в нём находится. Поскольку тёплый воздух может содержать больше водяного пара, относительная влажность зависит от температуры.

Гигрофиты — растения, приспособленные к жизни при постоянном или повышенном увлажнении. У них часто тонкие листья и слабая защита от испарения, поскольку в их местообитаниях вода обычно доступна. Понятие помогает объяснить, почему такие растения встречаются у водоёмов и во влажных лесах, но могут страдать при засухе.

Ксерофиты — растения, приспособленные к недостатку влаги в почве или воздухе. Они уменьшают потерю воды, добывают её глубокими корнями либо запасают в тканях. Эта группа показывает, как строение и физиология растений помогают выживать в засушливых условиях.

Как это устроено

Организмы получают воду из окружающей среды, пищи и, у некоторых видов, в результате обмена веществ. Растения поглощают её корнями, а животные — с питьём и кормом, хотя отдельные виды способны использовать воду, образующуюся при расщеплении веществ. Одновременно вода уходит при испарении, выделении и других процессах, поэтому важно, чтобы поступление в среднем соответствовало потерям. Если потери длительно превышают поступление, нарушается водный баланс и снижается активность организма.

Влажность воздуха влияет на скорость испарения с поверхности растения. Внутри листа воздух обычно более влажный, чем снаружи, поэтому водяной пар движется наружу; чем суше окружающий воздух, тем заметнее эта разница и тем интенсивнее потеря воды. Испарение через устьица называют транспирацией: оно помогает движению воды по растению, но при чрезмерной потере может вызвать обезвоживание. У животных сухой воздух тоже усиливает испарение с покровов и дыхательных поверхностей, поэтому им приходится восполнять потери или снижать их.

Влажность почвы определяет, сколько воды могут поглотить корни. Даже если вода присутствует, она не всегда доступна: например, в пересохшей почве её мало, а при сильном засолении корням труднее извлекать её из раствора. В результате одним растениям удаётся расти только на влажных участках, а другим — при дефиците воды. Так условия почвы влияют на распространение растений и состав сообществ.

При избытке влаги растениям не требуется особенно беречь воду, поэтому листья гигрофитов часто тонкие и крупные, а корневая система может быть сравнительно слабой. У ксерофитов, наоборот, небольшие листья, толстая кутикула, восковой налёт или сворачивание листовой пластинки ограничивают испарение; развитые корни помогают находить воду глубже или охватывать большую площадь. Животные тоже меняют поведение: прячутся от жары, становятся активными ночью или запасают воду и корм. К таким изменениям могут добавляться физиологические особенности, например экономное выделение воды.

По требованиям к увлажнению растения условно делят на экологические группы. Гигрофиты связаны с влажной средой, мезофиты — с умеренным увлажнением, ксерофиты — с засушливыми местами, а гидрофиты живут в воде или на участках, постоянно сильно увлажнённых. Эти группы различаются не одним признаком: оценивают условия обитания и совокупность приспособлений. Поэтому влажность, наряду с другими факторами среды, определяет, где вид может успешно расти и размножаться.

Экологические группы растений по отношению к увлажнению

Сначала определите, насколько увлажнено местообитание, затем сопоставьте его с признаками растения. Не делайте вывод только по одному признаку: его нужно проверить по другим особенностям строения и условиям жизни.

Разбор задач

Задача 1. В двух местах температура одинакова, но относительная влажность воздуха в одном ниже. Нужно определить, где вода с поверхности растения испаряется интенсивнее. Сравниваем именно относительную влажность, потому что температура в условии уже одинакова.

1. При одинаковой температуре влажность внутри листа и возможное насыщение воздуха сопоставимы.
2. В более сухом месте разница между содержанием водяного пара у поверхности листа и в окружающем воздухе больше.
3. Из-за этой разницы водяной пар быстрее выходит из листа, поэтому испарение усиливается.

Ответ: интенсивнее испарение там, где относительная влажность воздуха ниже. Следовательно, при прочих равных возрастает и транспирация. Если растение не может восполнить потери, ему грозит обезвоживание.

Задача 2. У растения небольшие листья, толстая кутикула и развитая корневая система. Нужно предположить его экологическую группу по отношению к влаге. Важно рассматривать признаки вместе: одни уменьшают потерю воды, другие помогают её добывать.

1. Небольшая площадь листьев снижает поверхность, с которой испаряется вода.
2. Толстая кутикула ограничивает испарение через покровы листа.
3. Развитые корни позволяют поглощать воду из большего объёма почвы или более глубоких слоёв.

Ответ: вероятнее всего, это ксерофит. Совокупность признаков указывает на приспособленность к засушливым условиям. Однако окончательный вывод надёжнее делать, зная также местообитание и другие особенности растения.

Задача 3. В засушливый период животное снижает активность днём и усиливает её ночью. Объясните пользу такого поведения для водного баланса и назовите ещё одну адаптацию. Учитывайте, что днём обычно жарче, а значит, вода быстрее испаряется с поверхности тела и дыхательных органов.

1. Днём животное меньше двигается и избегает перегрева, поэтому снижает риск потери воды.
2. Ночью температура обычно ниже, и активность обходится с меньшими потерями влаги.
3. Другой пример адаптации — экономное выделение воды, например образование более концентрированной мочи.

Ответ: ночная активность помогает уменьшить испарение и сохранить водный баланс. Дополнительной защитой может быть поведение, например укрывание в норе, или физиологическая экономия воды. У разных видов сочетаются разные адаптации.

Типичные ошибки

Ошибка — считать влажность воздуха и влажность почвы одним показателем. Их путают, потому что оба понятия связаны с водой, однако одно описывает содержание водяного пара в воздухе, а другое — воду в грунте и её доступность корням. Проверьте себя: уточните, о какой части среды говорится и каким способом организм получает из неё воду.

Ошибка — полагать, что высокая относительная влажность всегда означает большое количество водяного пара. Такое впечатление возникает из-за слова «высокая», но показатель зависит от температуры и отражает долю от возможного насыщения. Чтобы проверить рассуждение, сравнивайте относительную влажность при заданной температуре, а не делайте вывод только по проценту.

Ошибка — относить все растения засушливых мест к одной группе по месту произрастания. Сухое местообитание указывает на условия, но сами растения могут различаться по способам добычи и сохранения воды. Проверьте себя: учитывайте особенности листьев, покровов, корней и наличие запасания воды, а также реальную доступность влаги.

Ошибка — считать, что к засухе приспосабливаются только растения. Её допускают, когда сосредоточиваются на листьях и корнях, забывая о водных потерях животных. Проверьте себя: назовите поведенческий способ снизить испарение и хотя бы одну физиологическую или структурную адаптацию животного.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, что вода необходима для обмена веществ и что организмы постоянно получают и теряют её. Представление об испарении помогает объяснить, почему водный баланс может нарушаться даже при наличии воды в почве. Эти знания связывают влажность с базовыми процессами жизнедеятельности.

Тема связана с транспирацией, строением листа и корня, обменом веществ и адаптациями к условиям среды. Например, строение листа влияет на потерю воды, а корневой системы — на её поглощение. Рассматривая эти признаки вместе, можно понять, как организм отвечает на изменение влажности.

Далее знания о влажности помогают изучать экологические ниши и распространение видов. Требования организма к воде ограничивают места, где он способен жить и размножаться. Поэтому при объяснении границ ареала учитывают влажность наряду с другими факторами среды.

Что запомнить

• Влажность — важный абиотический экологический фактор.
• Водный баланс организма зависит от поступления и потери воды.
• Относительная влажность воздуха связана с температурой.
• Влажность воздуха и влажность почвы — разные условия среды, влияющие на организмы по-разному.
• Гигрофиты приспособлены к увлажнённым условиям, ксерофиты — к недостатку влаги.
• Приспособления к влажности бывают морфологическими, физиологическими и поведенческими.