Лимитирующим фактором является не только излишне высокая, но и излишне низкая температура окружающей среды.
По характеру реакции на низкие температуры растения подразделяют на холодостойкие и морозоустойчивые. К группе холодостойких относят растения, устойчивые к низким температурам, вплоть до 0 °С. Виды растений, способные без особых повреждений переносить отрицательные температуры, называют морозоустойчивыми. Холодостойкими и морозоустойчивыми являются многие виды многолетних растений. Так, древесные породы отличаются более высокой морозоустойчивостью, чем озимые злаки. Но и многолетние растения во время зимовки могут повреждаться и даже погибать. Холодостойкость и морозоустойчивость — это такие свойства растений, которые могут резко меняться в зависимости от многих внешних и внутренних факторов. Например, устойчивость древесных растений к холоду резко повышается в период их роста. Ростовые процессы значительно снижают устойчивость перезимовавших растений к весенним заморозкам. Чувствительны к заморозкам генеративные органы: у плодовых — пестики, у злаковых — тычинки.
Повышение холодостойкости и морозоустойчивости культивируемых растений — одна из актуальных проблем сельскохозяйственной экологии. Для повышения устойчивости растений к низким температурам проводят различные мероприятия. Морозоустойчивость плодовых деревьев и озимых культур повышается при оптимизации водного режима почв. Разрабатывают разные методы «приучения» растений к холоду. Один из них — закаливание набухших семян и рассады при низкой температуре, не вызывающей повреждений живых тканей. В молодом возрасте растения более пластичны, легче приспосабливаются к перепадам температуры окружающей среды. Много внимания уделяют выведению холодостойких сортов растений. Выведены сорта винограда, плодоносящие в Подмосковье, томата — растущие на севере. В пригородах Владивостока, Хабаровска, Комсомольска-на-Амуре теперь растут абрикосы. Создаются холодостойкие сорта сои, кукурузы.
Среди животных, как и среди растений, есть теплолюбивые и холодолюбивые виды. С определенными оговорками к теплолюбивым можно отнести лам, верблюдов, к холодолюбивым — домашних северных оленей.
К холодам более чувствительны теплолюбы. У животных, подвергнутых воздействию холода, возникает защитная реакция по сохранению температуры тела путем уменьшения отдачи тепла через кожу. Животные горбятся, «съеживаются», а собаки и кошки свертываются в клубок, тем самым уменьшая площадь открытой поверхности тела. Теплопродукция усиливается в организме при сокращении мышц (дрожь).
Физиологические возможности теплорегуляции в организме животных небеспредельны. Длительное воздействие низких температур приводит к нарушению деятельности органов, снижению продуктивности и воспроизводительной способности животных. Уменьшается естественная резистентность организма, возникают различные заболевания. Особенно часто заболевают новорожденные телята, ягнята, поросята. У них появляются бронхиты, бронхопневмонии и другие простудные болезни. При длительном действии крайне низких температур происходит нарушение терморегуляции, развивается гипотермия, возникают параличи. Могут быть обморожения. В первую очередь отмораживаются уши, хвост, соски, мошонка, препуций, нижние части конечностей. При сильном расстройстве нервной регуляции и нарушении деятельности внутренних органов животные погибают.
Закаливание организма животных (холодный метод воспитания) на фоне хороших условий кормления и содержания молодняка крупного рогатого скота в ряде случаев дало хорошие результаты.
2.4.4. ВОДА
Вода широко распространена в мире. 2/з поверхности земного шара занимает Мировой океан, в котором, как считают, зародилась жизнь. Вода обладает свойствами, особо важными для жизни. Она —хороший растворитель; в ее состав входят минеральные соли, содержащие около 60 химических элементов, необходимых для жизнедеятельности организмов. В воде растворяются поступающие из воздуха кислород и диоксид углерода (С02), а это имеет важное значение для жизнедеятельности организмов. Физические свойства воды аномальны, поэтому ее называют самой удивительной жидкостью на свете. У нее широкий спектр плотностей. При охлаждении плотность воды, как и других веществ, вначале увеличивается, но до определенного предела — до 4 °С. Дальнейшее охлаждение воды с 4 до О °С сопровождается парадоксальным феноменом — не повышением, а уменьшением ее плотности. В отличие от других веществ вода при замерзании не уплотняется, а расширяется. При 4 °С плотность воды максимальна и приблизительно равна 1 (точнее — 0,9999), а при замерзании (0 °С) объем ее скачкообразно увеличивается на 10 % и плотность уменьшается до 0,9168. Поэтому лед легче, чем жидкая вода. Если бы вода не обладала этим чрезвычайно редким свойством, то лед, едва появившись на поверхности водоема, тут же погружался бы на дно. Не только болота, озера и реки, но и полярные океаны промерзли бы насквозь и населяющие их организмы погибли. При температуре воды ниже 0 °С водоем покрывается слоем льда. Ледяной покров предохраняет водную толщу от дальнейшего охлаждения и промерзания, способствуя тем самым сохранению условий для жизни организмов, населяющих водоем.
Вода — необходимый составной компонент организмов растений и животных. На ее долю приходится в среднем 60—90 % живого вещества. В разных органах и тканях содержание воды неодинаково. Особенно велики различия в содержании воды в органах и тканях животных. Так, в костях содержится приблизительно 22 % воды, в мышцах — 70—80, в крови — около 90 %. В эмали зубов воды содержится очень мало —всего 0,2%, а в слюне — очень много —около 100%. Наряду с разнообразными химическими соединениями вода составляет основу протоплазмы клеток растительных и животных организмов. Она принимает активное участие и в обмене веществ между организмом и окружающей его средой.
В процессе жизнедеятельности растения и животные потребляют громадное количество воды. Они ее частично используют для синтеза живого вещества своих тел, а большую часть выделяют в окружающую среду. Подсчитано, что 1 га кукурузы за вегетационный период потребляет около 3 млн 600 тыс. л воды. На синтез фитомассы используется ничтожная часть ее — всего 0,5— 1 %. Остальная вода испаряется, т. е. поступает в окружающую среду. Подобное отмечают в использовании воды животными. Так, одна корова в течение пяти лет потребляет приблизительно 90 000—100 000 л воды. На синтез органических веществ своего тела используется менее 1 % потребленной воды. Следовательно, почти вся вода, прошедшая через организм животного, выделяется во внешнюю среду.
Экологические потребности в воде разных видов растений и животных неодинаковы. По характеру потребностей организма во влаге (воде) растения подразделяют на четыре группы: гидрофиты, гигрофиты, мезофиты и ксерофиты.
К гидрофитам относят растения, живущие в водной среде. Их тела частично или полностью погружены в воду (кувшинка, ряска и Др.). Из культивируемых растений-гидрофитов следует отметить хлореллу, выращиваемую в специальных искусственных водных экосистемах. Микроскопическая водоросль пресноводного планктона (зеленушка) привлекает внимание большой фотосинтети-ческой способностью. Хлорелла использует до 12 % световой энергии. Урожай ее чрезвычайно высок, он может составлять за пять месяцев 15 т сухого вещества с 1 га. При круглогодичном возделывании урожай хлореллы может превышать урожай пшеницы в 25 раз, картофеля — в 10 раз. Хлореллу нередко выращивают в животноводческих помещениях и используют в качестве витаминноминеральной добавки при балансировании рационов кормления животных.
В водной среде живут не только гидрофиты. В определенных условиях онтогенеза в водных растворах минеральных солей могут расти и развиваться растения-гигрофиты и мезофиты. Примером служит выращивание зелени гидропонным методом, т. е. без почвы, на водных растворах химически чистых солей и других искусственных средах. Гидропонным способом выращивают кукурузу, овес, ячмень, вику, горох, чину, сою, овощные культуры. Полученную фитомассу используют обычно в качестве витаминной добавки при кормлении сельскохозяйственных животных.
Гигрофиты — влаголюбивые растения, растущие на обильно увлажненных землях (заливные луга и др.). К ним относятся осоки, многие злаки, из культурных растений — рис.
Ксерофиты — растения, произрастающие в регионах с засушливым климатом (сухие степи, полупустыни, пустыни). Из диких растений к ним можно отнести ковыль, типчак, верблюжью колючку, из культурных — некоторые сорта пшеницы, ячменя, сорго, суданки, из плодовых культур — миндаль, маслины и др.
Мезофиты — растения, произрастающие в местообитаниях с достаточным, но неизбыточным увлажнением. По потребности во влаге мезофиты занимают промежуточное положение между гигрофитами и ксерофитами. Часть мезофитов — многолетники, к ним относятся многие корневищные и дерновинные растения. Ползучие корневища имеют луговые мезофильные злаки (мятлик луговой, полевица гигантская), многолетние двудольные травы (чина луговая, клевер ползучий). Дерновинные мезофиты особенно часто встречаются среди луговых злаков. Большинство сельскохозяйственных культур — более или менее типичные мезофиты.
Классификация растений по их потребности в воде весьма условна, так как количество необходимой растениям влаги может резко меняться в зависимости от стадии онтогенеза и многих других условий. Один и тот же вид в одних условиях проявляет свойства гидрофита, в других — гигрофита, в третьих — мезофита. Например, кукуруза в обычных полевых условиях — типичный мезофит, при выращивании гидропонным методом обнаруживает признаки гидрофита.
Экологические потребности животных в воде (влаге) также неодинаковы. Одни виды животных приспособлены к влажному климату (буйволы), другие — к сухому (верблюды). Крупный рогатый скот относят к мезофилам — организмам, предпочитающим средние условия увлажнения среды.