Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

И.С. Белюченко, О.А. Мельник
Сельскохозяйственная экология

Учебное пособие. – Краснодар: Изд-во КГАУ, 2010. - 297 с.

Предыдущая

3. Сельскохозяйственные ландшафты

3.4. Состав культурных ландшафтов

3.4.3. Аэротоп

Аэротоп  – приземный слой воздуха, состав и режим которого определяется воздействием основных компонентов экосистемы – растительного и животного населения и почвы, с одной стороны, и сильным влиянием внешних атмосферных процессов, с другой. Высота приземного слоя атмосферы изменяется в пределах 50–100 м с вариацией от 10 до 250 м. Особенностью аэротопа является относительное постоянство турбулентных потоков. При количественной характеристике аэротопа экосистемы применяется широкий перечень показателей. Остановимся на важнейших: интенсивность солнечной радиации, температура воздуха, влажность воздуха, скорость ветра, содержание СО2. Все указанные величины являются переменными и выступают как функции пространственных координат и времени. В практике рассматриваются только их изменения по высоте и во времени и все переменные – как функции. При графическом выражении используется метод изоляции.

Радиационный режим экосистемы. На нашу планету поступает примерно одна двухмиллиардная всей излучаемой Солнцем энергии (1,95 кал/см2 мин). Организмы на поверхности земли принимают прошедшую сквозь атмосферу солнечную радиацию, заметно измененную по составу и количеству. Только 43% всей падающей радиации достигает земной поверхности, включая 27% прямой радиации, идущей непосредственно от солнца и несущей основную энергетическую нагрузку, и 16% рассеянной, поступающей со всех точек небосвода, рассеянной молекулами газов воздуха, водяных паров, частицами пыли, облаками и т.д. Прямая и рассеянная радиация называется суммарной.

Поток лучистой энергии, приходящий на перпендикулярную лучам поверхность в единицу времени, называют интенсивностью радиации (дж/см2 мин). Световой поток, приходящийся на единицу площади поверхности, называют освещенностью и выражают в люксах (лк). Для зеленых растений наиболее важны красные и синие лучи, поглощаемые хлорофиллом. В спектре солнечных лучей выделяют область фотосинтетически активной радиации (ФАР), используемую растениями в процессе фотосинтеза. Это лучи с длиной волны 380–710 нм. Прямая радиация Солнца 28–43% ФАР, а рассеянная при голубом небе – до 90% и в основном за счет синей части спектра. ФАР измеряют пиранометрами с селективными фильтрами (фитопиранометры). Количество поступающей на земную поверхность солнечной радиации определяется географической широтой местности. Разнообразны и приспособления растений к жизни при разных световых режимах. Различают 3 группы растений: гемофиты – светолюбы (луговые травы), сунофиты –тенелюбы (водоросли, оранжерейные виды) и теневыносливцы.

Ветер. Внутренняя атмосфера экосистемы практически все время подвижна, что обеспечивается разными причинами. Движение окружающего воздуха – непременное условие для дыхания и фотосинтеза, для правильного теплового и водного обмена организмов. Основным фактором циркуляции воздуха в экосистемах является горизонтальное перемещение воздушных масс на её верхней границе. Трение между соприкасающимися слоями воздуха (внешний ветер) вызывает перемещение воздуха нижележащих слоев в том же направлении. Даже при малых скоростях ветра движение воздуха носит турбулентный характер (отдельные его частички совершают хаотичные перемещения). Наличие в воздухе вертикальной неоднородности концентрации какого-то компонента вследствие турбулентного перемещения вызывает вертикальный поток этого компонента.

Ветер оказывает сильное влияние на температуру, влажность и углекислоту внутренней атмосферы любой системы. Ветры снижают прирост растений, особенно пустынных, снижается фотосинтез, а дыхание усиливается. В районах с постоянными ветрами продуктивность растений значительно ниже, чем в безветренных районах. Положительная роль ветра состоит в следующем: опыление анемофильных растений (около 10% покрытосеменных) и их много в высокогорьях, где насекомых мало; распространение семян и плодов анемохорных растений; изменение воздушного режима и т.д.

Температура воздуха. Температура окатывает прямое и косвенное влияние на органический мир экосистемы. И сама экосистема оказывает сильное влияние на температурный режим. От температуры зависит уровень и интенсивность дыхания, обмена веществ, фотосинтеза, транспирации и других биохимических и физиологических процессов. Широк диапазон температур, в котором существует органический мир; 20-30 °С – зона экологического оптимума для многих видов, 35 °С – предел для многих гидробионтов, 50 °С – выдерживают ряд термофильных (теплолюбивых) наземных обитателей, микроорганизмов, растений и даже животных, населяющих горячие источники. Рачок Thermosbaena mirabili живет при 45-48 оС; брюхоногий моллюск Hydrobia aponensis выдерживает колебания температур от – 1 °С до +60 °С. Отдельные виды бактерий обнаружены в источниках при +70 +90 °С, а споры бактерий выдерживают +120+140 °С. Это верхний температурный предел жизни на земле.

Основная масса макрофауны переносит лишь +5 °С, и самое большее – 0 °С; морские холодостойкие и холодолюбивые виды до –3,3 °С. Разные насекомые, будучи переохлаждены, переносят понижение температуры до –20 °С –45 °С. Растения в районе Оймякона (Якутия) – полюса холода – способны переносить очень низкие температуры, а в Антарктиде мхи и лишайники выдерживают еще более сильные морозы. Разные споры, семена, сперматозоиды, отдельные живые клетки в экспериментальных условиях выносят до –190 °С и даже –273 °С. Отсюда диапазон температур существования организмов весьма велик и у разных видов неодинаков. Организмы имеют разные способности переживать отклонения от зоны комфорта. Температурные пределы, в которых жизненные процессы протекают нормально, носят название биокенетических температур, уровень которых зависит от многих обстоятельств и, прежде всего, от происхождения вида (возникшие в тропиках в своем большинстве принадлежат к теплолюбивым, а малостойкие к высоким температурам – северные виды, наоборот). Для анализа экологического значения температуры среды проще всего установить механизм влияния этого фактора. Иными словами, от воздействия температуры зависит скорость и интенсивность физико–химических процессов в тканях и клетках организма. В зоне активной жизнедеятельности последнего в известных пределах применимо правило Вант-Гоффа, согласно которому скорость обмена веществ возрастает в 2-3 раза на каждые 10° повышения температуры или же падает при соответственном её понижении.

Между организмами и окружающей средой существуют сложные термические взаимоотношения, обусловленные тем, что потребности организмов в тепле находятся в определенном равновесии с наличием тепла во внешней среде, т.е. между ними должен быть температурный гомеостаз. Организмы, особенно животные, обладают способностью к терморегуляции: химической, физической и экологической. Химическая терморегуляция является запретной и определяет интенсивность обмена веществ и таким образом поддерживает тепловой баланс; продуцирование тепла идет посредством повышения интенсивности обмена веществ и требует компенсации за счет притока энергии извне путем усиленного питания (в основном для животных).

Физическая терморегуляция организмов является весьма экономной и основана на адекватном тепле за счет его отдачи с поверхности тела, изменения площади поверхности тела и т.д. Экологическая терморегуляция обусловливает изменение активности и покоя в структуре биоценоза в течение суток; тепловые процессы в экосистеме характеризуются определенным пространственным распределением, в первую очередь, по вертикали. В каждом слое теплосодержание – это суть процессов поглощения и излучения радиации, теплообмена, трансформации энергии при их превращениях в биологических процессах – фотосинтезе и дыхании. Температура меняется в течение суток, по сезонам, годам и т.д. и вызывает определенные ответные реакции различных организмов.

Для оценки количества тепла, полученного растениями за период вегетации, в экологии служит показатель "сумма температур" (или "сумма эффективных температур'') – за определенное время. Для его подсчета суммируются ежедневные превышения среднесуточной температуры воздуха над определенной условной величиной. Эта величина соответствует нижнему температурному порогу вегетации (т.е. самой низкой температуре, при которой начинается вегетация). Порог вегетации для холодостойких культур условно принимают +5 °С, большинство культур умеренной зоны – +10 °С, теплолюбивых – + 15°С. Скорость сезонного развития пропорциональна накопленной сумме температур. Для риса сумма эффективных температур составляет 3500–4000 °С, ячменя– 1900° и т.д.

Влажность воздуха характеризуется такими показателями, как абсолютная влажность, кг/м3; удельная влажность, г/кг; упругость водяного пара, измеряется в миллибарах; относительная влажность воздуха, дефицит влажности воздуха, химический потенциал водяного пара. Профиль влажности воздуха в экосистеме – весьма динамичное явление, складывающееся под влиянием атмосферных осадков, физического испарения или конденсации и транспирации растений.

Концентрация СО2. Концентрация СО2 на уровне моря составляет около 0,6 г/м3 (335 см32 =335 ррm) и является важным микрокомпонентом атмосферы. Биологическое значение огромное: СО2 важнейшее звено биологического круговорота углерода, необходимого для поддержания всех форм жизни. На Гавайях концентрация СО2 была в 1955 г. – 315, а в 1980 г. – 336 ррm. Отмечаются внутрисуточная и внутрисезонная динамика, что связано с активностью живых микроорганизмов; днем – минимум, ночью – максимум концентрации CO2, обусловленные суточной ритмикой фотосинтеза и дыхания растений и газообменом почвы. В безветренную погоду концентрация СО2 наивысшая.

Предыдущая