Атмосфера как среда обитания

АТМОСФЕРА КАК СРЕДА ОБИТАНИЯ

Атмосфера является средой обитания наземных живых организмов (человека, животных и растений), поэтому ее физическое состояние и происходящие в ней процессы и явления оказывают огромное влияние на земную жизнь и формирование условий среды. Атмосферные явления также оказывают большое воздействие на процессы, протекающие в других средах — в воде, почве — и существенно влияют на физические условия в них. Лес и атмосфера тесно взаимосвязаны и взаимодействуют между собой. В биологии элементарное однородное сообщество растительных организмов принято называть фитоценозом, а элементарное однородное сообщество всех живых организмов (растений, животных, микроорганизмов) — биоценозом. Биоценоз неотделим от условий среды и составляет с ними сложное природное единство, называемое биогеоценозом. Последний можно рассматривать как элементарный однородный участок леса, одной из составных частей которого является атмосфера. Другие компоненты леса— растительность (древостой, подрост, подлесок, напочвенный покров), животный мир, микроорганизмы, почва. Зеленые растения — основной компонент как фитоценоза, так и биогеоценоза в целом, только благодаря им возможно существование других биологических компонентов леса. Важнейшее условие существования живых организмов — взаимообмен с окружающей средой, в процессе которого к ним поступают все необходимые для жизни вещества и энергия. Атмосфера и лес интенсивно обмениваются между собой энергией, газами (особенно кислородом и угле-* кислым газом), водой и разнообразными твердыми веществами. Растения и животные приспособлены к современному составу воздуха, который используется ими для фотосинтеза и дыхания и является необходимым условием их существования. Азот (N2 ), преобладающий в приземном воздухе, растениями и другими живыми организмами, за исключением некоторых микроорганизмов, из воздуха не усваивается и представляет для них инертную среду. Необходимый для жизнедеятельности азот растения поглощают из почвы в виде минеральных солей аммония и нитратов. Эти соединения они используют при синтезе белков, которые являются основой для построения структурных и функциональных элементов клеток. Сухое вещество растений в среднем на 2- 4% состоит из азота, поэтому для нормальной жизнедеятельности он требуется в довольно большом количестве. Доступные для растений минеральные соединения азота образуются в почве в результате разложения микроорганизмами органического вещества и благодаря связыванию атмосферного азота азотфиксирующими микроорганизмами. Некоторое количество соединений азота привносится в почву атмосферными осадками. Несмотря на большое содержание молекулярного азота в атмосферном и почвенном воздухе, доступного для растений азота во многих почвах мало, и растения нередко страдают от его недостатка. Наибольшее значение для жизни растений и других живых организмов имеют кислород и углекислый газ атмосферы. Кислород (О2) нужен для дыхания всех надземных и подземных органов растений, а также для дыхания животных и аэробных микроорганизмов. В процессе дыхания происходит окисление углеводов, за счет чего живые клетки тканей получают энергию, необходимую для их жизнедеятельности. Не нуждаются в кислороде только анаэробные микроорганизмы, получающие энергию за счет процессов брожения. Содержание кислорода в атмосфере всегда является достаточным для дыхания и не лимитирует жизнедеятельность живых организмов. В почвах же, особенно в переувлажненных, зачастую наблюдается острый недостаток кислорода для дыхания подземных частей растений и почвенной флоры. Углекислый газ (СО2 ) необходим зеленым растениям для одного из самых важных процессов в природе — фотосинтеза. При участии лучистой энергии из углекислого газа и воды синтезируется органическое вещество (обычно углеводы). При этом лучистая энергия преобразуется в химическую энергию образовавшегося органического вещества и аккумулируется растениями. Углерод — основной элемент органических соединений. Сухое вещество растений состоит из него примерно наполовину. Зеленые растения ежегодно связывают 6-7% углекислого газа атмосферы, тем не менее содержание его в атмосфере не снижается, а наоборот, имеет тенденцию к некоторому повышению, потому что потребление углекислого газа растениями перекрывается в круговороте усиливающимся поступлением его в атмосферу из многих источников. Для растений современное содержание углекислого газа (0,033%) в атмосфере не является оптимальным, так как при повышении концентрации его в воздухе в несколько раз интенсивность фотосинтеза и продуктивность растений возрастают. Очень высокие концентрации углекислого газа в атмосферном воздухе (более 1%) вредны для растений. Большое значение для растений имеет состав почвенного воздуха, который в определенной мере связан с составом атмосферного воздуха. Однако условия формирования состава воздуха в разных почвах и на разных глубинах от поверхности сильно различаются, поэтому и состав почвенного воздуха может изменяться в больших пределах и существенно отличаться от состава приземного воздуха. По сравнению с атмосферным почвенный воздух обеднен кислородом, который расходуется для дыхания почвенными микроорганизмами, фауной и корнями растений, и обогащен углекислым газом за счет выделения его при разложении органического вещества почвы и при дыхании живых организмов. Между атмосферой и почвой происходит постоянный газообмен, в процессе которого в почву проникает кислород и удаляется из нее углекислый газ и некоторые другие газы, образующиеся при разложении органического вещества и в результате жизнедеятельности живых организмов. Газообмен между атмосферой и почвой, а также внутри почвенной толщи называется аэрацией почв. Происходит она через систему почвенных пор, не заполненных водой, и зависит от общего объема пор и размера их. Лучше аэрируются верхние слои почв, а также рыхлые, крупнопористые, с хорошей структурой и непереувлажненные почвы. При плохой аэрации, особенно в избыточно увлажненных почвах, содержание кислорода может понизиться до нескольких процентов или даже до десятых долей процента. Недостаток кислорода в почвенном воздухе нарушает нормальную жизнедеятельность корневых систем и растений в целом, а при очень малом содержании или отсутствии его (например, в случае затопления корнеобитаемого слоя почв) может привести к гибели активных корней и растений. Кроме того, недостаток кислорода в почве тормозит процессы разложения органического вещества. При этом в почве могут накапливаться токсичные продукты анаэробного разложения органических веществ, вредные для растений закисные соединения, а также токсичные продукты жизнедеятельности самих корней растений. Концентрация углекислого газа в почвенном воздухе может в десятки раз превышать концентрацию его в атмосфере, а при плохой аэрации и интенсивном микробиологическом разложении органического вещества в почве — достигать нескольких процентов. Очень высокие концентрации углекислого газа в почвенном воздухе вредны для растений. Помимо постоянных газов в атмосферном воздухе могут содержаться в разных количествах вредные для растений примеси — газы и аэрозоли (мельчайшие твердые и жидкие частицы, взвешенные в воздухе), поступающие в атмосферу главным образом в результате хозяйственной деятельности человека. Особенно опасны для растений дымовые газы, образующиеся при сжигании каменного угля и других видов топлива. Воздушные потоки в атмосфере переносят эти загрязнения на большие расстояния, причем концентрация их в воздухе по мере удаления от источников загрязнения снижается. Проникая через устьичный аппарат во внутренние ткани листьев, токсичные газы вызывают многообразные повреждения этих тканей и нарушают важнейшие физиологические процессы в растениях: распадается хлорофилл, угнетается фотосинтез и ростовые процессы, нарушается механизм всасывания воды и т. д. При сильном повреждении листья опадают, усыхают верхушечные побеги, и растения нередко погибают. При незначительных повреждениях продуктивность растений сильно уменьшается. Даже непродолжительное воздействие очень малых концентраций дымовых газов может привести к сильному повреждению и гибели растений. При длительном воздействии опасны даже минимальные концентрации. Так, в случае наиболее часто встречающегося загрязнения сернистым газом при кратковременном воздействии опасными для растений являются концентрации свыше 0,0001%, а при длительном воздействии — свыше 0,000005-0,00002%. Однако чувствительность и устойчивость древесных растений одного и того же вида неодинакова по отношению к разным газам, а также различается у разных видов по'отношению к одному и тому же газу. В районах, подверженных действию дымовых газов, заметно ухудшаются свойства почвы, повышается их кислотность, снижаются степень насыщенности основаниями и микробиологическая активность. Связано это с поступлением в почву серной кислоты, которая образуется при взаимодействии сернистого газа с кислородом воздуха и водой. Образование кислоты в этом случае может происходить как в самой почве, при абсорбции ею сернистого газа, так и в атмосфере, откуда она с осадками опять-таки попадает в почву. Отрицательное влияние на растительность оказывают твердые аэрозоли: пыль различного происхождения, дым, сажа, зола и др., в большом количестве содержащиеся в воздухе крупных городов и вблизи крупных промышленных предприятий. Особенно загрязняют воздух твердыми аэрозолями тепловые электростанции, металлургические, цементные комбинаты и предприятия по выпуску стройматериалов. Твердые аэрозоли, оседая на поверхности листьев и хвои растений, закупоривают устьица, затрудняя газообмен. Некоторые аэрозоли могут оказывать и химическое воздействие (известковая пыль, различные соли). Иногда твердые аэрозоли имеют и некоторое положительное значение. Вследствие вымывания их из воздуха осадками и оседания они в значительных количествах (до нескольких тонн на 1 га за год) поступают на поверхность и в верхние горизонты почв. Тем самым почвы обогащаются некоторыми элементами питания и многими микроэлементами. Наиболее эффективными средствами очищения атмосферы от газовых и аэрозольных загрязнений являются лес и различные зеленые насаждения в населенных пунктах. Однако, задерживая в больших количествах газы и аэрозоли, сами они подвергаются сильному отрицательному воздействию этих загрязнений.