Экологические факторы, их влияние на организмы

Температурные, физико-химические, биологические элементы среды обитания, оказывающие постоянное или периодическое, прямое или косвенное влияние на организмы и популяции, называют экологическими факторами.

Экологические факторы подразделяют следующим образом:

Абиотические - температурные и климатические условия, влажность, химический состав атмосферы, почвы, воды, освещенность, особенности рельефа;

Биотические - живые организмы и непосредственные продукты их жизнедеятельности;

Антропогенные - человек и непосредственные продукты его хозяйственной и иной деятельности.

Основные абиотические факторы

1. Солнечная радиация: ультрафиолетовые лучи губительны для организма. Видимая часть спектра обеспечивает фотосинтез. Инфракрасные лучи повышают температуру окружающей среды и тела организмов.

2. Температура влияет на скОрость реакций обмена веществ. Животных с постоянной температурой тела называют гомойотермными, а с переменной - пойкилотермными.

3. Влажность характеризуется количеством воды в среде обитания и внутри организма. Адаптации животных связаны с добыванием воды, запасанием жира как источника воды при окислении, с переходом к спячке в жару. У растений развиваются корневые системы, утолщается кутикула на листьях, уменьшается площадь листовой пластинки, редуцируются листья.

4. Климат - совокупность факторов, характеризующихся сезонной и суточной периодичностью, обусловленной вращением Земли вокруг Солнца и собственной оси. Адаптации животных выражаются в переходе к спячке в холодное время года, в оцепенении у пойкилотермных организмов. У растений адаптации связаны с переходом в состояние покоя (летнего или зимнего). При больших потерях воды ряд организмов впадает в состояние анабиоза - максимального замедления процессов обмена веществ.

5. Биологические ритмы - периодические колебания интенсивности действия факторов. Суточные биоритмы определяют внешние и внутренние реакции организмов на смену дня и ночи

Организмы адаптируются (приспосабливаются) к влиянию определенных факторов в процессе естественного отбора. Их адаптационные возможности определяются нормой реакции по отношению к каждому из факторов, как постоянно действующих, так и колеблющихся в своих значениях. Например, длина светового дня в конкретном регионе постоянна, а температура и влажность могут колебаться в достаточно широких пределах.

Экологические факторы характеризуются интенсивностью действия, оптимальностью значения (оптимумом), максимальным и минимальным значениями, в пределах которых возможна жизнь конкретного организма. Эти параметры для представителей разных видов различны.

Отклонение от оптимума какого-либо фактора, например снижение количества пищи, может сузить пределы выносливости птиц или млекопитающих по отношению к понижению температуры воздуха.

Фактор, значение которого в данный момент находится на пределах выносливости или выходит за них, называют ограничивающим.

Организмы, способные существовать в широких пределах колебания фактора, называют эврибионтами. Например, организмы, обитающие в условиях континентального климата, переносят широкие колебания температур. Такие организмы обычно имеют широкие ареалы распространения.

Интенсивность фактора минимальная оптимальная максимальная

Рис. 23. Действие экологического фактора на живые организмы: А - общая схема; Б - схема для теплокровных и холоднокровных животных

Основные биотические факторы

Организмы одного вида вступают в различные по характеру отношения как друг с другом, так и с представителями других видов. Эти отношения соответственно подразделяют на внутривидовые и межвидовые.

Внутривидовые отношения проявляются во внутривидовой конкуренции за пищу, кров, самку, а также в особенностях поведения, иерархии отношений между членами популяции.

Межвидовые отношения:

Мутуализм - форма взаимовыгодных симбиотических отношений двух популяций разных видов;

Комменсализм - форма симбиоза, при которой отношения выгодны преимущественно для одного из двух видов, обитающих совместно (рыбы лоцманы и акулы);

Хищничество - отношения, при которых особи одного вида убивают и поедают особей другого вида.

Антропогенные факторы связаны с деятельностью человека, под влиянием которой среда изменяется и формируется. Деятельность человека распространяется практически на всю биосферу: добыча полезных ископаемых, освоение водных ресурсов, развитие авиации и космонавтики сказываются на состоянии биосферы. В результате возникают разрушительные процессы в биосфере, к которым относятся загрязнение вод, «парниковый эффект», связанный с увеличением концентрации диоксида углерода в атмосфере, нарушения озонового слоя, «кислотные дожди» и т.д.

Биогеоценоз

Биогеоценоз - совокупность совместно обитающих и взаимодействующих между собой и с неживой природой популяций разных видов, образующих сложную, саморегулирующуюся систему в относительно однородных условиях среды. Термин введен В.Н. Сукачевым.

В состав биогеоценоза входят: биотоп (неживая часть среды) и биоценоз (все виды организмов, населяющие биотоп).

Совокупность растений, обитающих в данном биогеоценозе, принято называть фитоценозом, совокупность животных - зооценозом, совокупность микроорганизмов - мик-робоценозом.

Характеристика биогеоценоза:

Биогеоценоз имеет естественные границы;

В биогеоценозе взаимодействуют все экологические факторы;

Для каждого биогеоценоза характерен определенный круговорот веществ и энергии;

Биогеоценоз относительно устойчив во времени и способен к саморегуляции и саморазвитию в случае однонаправленных изменений биотопа. Смену биоценозов называют сукцессией.

Структура биогеоценоза:

Продуценты - растения, производящие органические вещества в процессе фотосинтеза;

Консументы - потребители готового органического вещества;

Редуценты - бактерии, грибы, а также питающиеся падалью и навозом животные, - разрушители органических веществ, преобразующие их в неорганические.

Перечисленные компоненты биогеоценоза составляют трофические уровни, связанные обменом и переносом питательных веществ и энергии.

Организмы разных трофических уровней образуют пищевые цепи, в которых вещества и энергия ступенчато передаются с уровня на уровень. На каждом трофическом уровне используется 5-10% энергии поступившей биомассы.

Пищевые цепи обычно состоят из 3-5 звеньев, например: растения-корова-человек; растения-божья коровка-синица-ястреб; растения-муха-лягушка-змея-орел.

Масса каждого последующего звена в пищевой цепи уменьшается примерно в 10 раз. Этo правило называют правилом экологической пирамиды. Соотношения энергетических затрат могут отражаться в пирамидах чисел, биомассы, энергии.

Искусственные биоценозы, созданные людьми, занимающимися сельским хозяйством, называют агроценозами. Они обладают большой продуктивностью, но не обладают способностью к саморегуляции и устойчивости, так как зависят от внимания к ним человека.

Биосфера

Существуют два определения биосферы.

1. Биосфера - это населенная часть геологической оболочки Земли.

2. Биосфера - это часть геологической оболочки Земли, свойства которой определяются активностью живых организмов.

Второе определение охватывает более широкое пространство: ведь образовавшийся в результате фотосинтеза атмосферный кислород распределен по всей атмосфере и присутствует там, где нет живых организмов.

Биосфера согласно первому определению состоит из литосферы, гидросферы и нижних слоев атмосферы - тропосферы. Пределы биосферы ограничены озоновым экраном, верхняя граница которого находится на высоте 20 км, а нижняя - на глубине около 4 км.

Биосфера в соответствии со вторым определением включает всю атмосферу.

Учение о биосфере и ее функциях разработал академик В.И. Вернадский.

Биосфера - это область распространения жизни на Земле, включая живое вещество (вещество, входящее в состав живых организмов). Биокосное вещество - это вещество, не входящее в состав живых организмов, но формирующееся за счет их активности (почва, природные воды, воздух).

Живое вещество, составляющее менее 0,001% массы биосферы, является наиболее активной частью биосферы.

В биосфере происходит постоянная миграция веществ как биогенного, так и абиогенного происхождения, в котором живые организмы играют основную роль. Круговорот веществ определяет устойчивость биосферы.

Основным источником энергии для поддержания жизни в биосфере является Солнце. Его энергия преобразуется в энергию органических соединений в результате фотосинтетических процессов, происходящих в фототрофных организмах. Энергия накапливается в химических связях органических соединений, служащих пищей растительноядным и плотоядным животным. Органические вещества пищи разлагаются в процессе обмена веществ и выводятся из организма. Выделенные или отмершие остатки, в свою очередь, разлагаются бактериями, грибами и некоторыми другими организмами. Образовавшиеся химические соединения и элементы вовлекаются в круговорот веществ.

Биосфера нуждается в постоянном притоке внешней энергии, так как вся химическая энергия превращается в тепловую.

Функции биосферы:

Газовая - выделение и поглощение кислорода и углекислого газа, восстановление азота;

Концентрационная - накопление организмами химических элементов, рассеянных во внешней среде;

Окислительно-восстановительная - окисление и восстановление веществ в ходе фотосинтеза и энергетического обмена;

Биохимическая - реализуется в процессе обмена веществ.

Энергетическая - связана с использованием и преобразованием энергии.

В результате биологическая и геологическая эволюции происходят одновременно и тесно взаимосвязаны. Геохимическая эволюция происходит под влиянием биологической эволюции.

Масса всего живого вещества биосферы составляет ее биомассу, равную примерно 2,4-1012 т.

Организмы, населяющие сушу, составляют 99,87% от общей биомассы, биомасса океана - 0,13%. Количество биомассы увеличивается от полюсов к экватору. Биомасса (Б) характеризуется:

а) продуктивностью - приростом вещества, приходящегося на единицу площади (П);

б) скоростью воспроизведения - отношением продукции к биомассе за единицу времени (П/Б).

Самыми продуктивными являются тропические и субтропические леса.

Часть биосферы, находящуюся под влиянием активной деятельности человека, называют ноосферой - сферой человеческого разума. Термин предполагает разумное влияние человека на биосферу в современную эпоху научно-технического прогресса. Однако чаще всего это влияние губительно для биосферы, что в свою очередь губительно для человечества.

Круговорот веществ и энергии в биосфере обусловлен жизнедеятельностью организмов и является необходимым условием их существования. Круговороты не замкнуты, поэтому химические элементы накапливаются во внешней среде и в организмах.

Углерод поглощается растениями в процессе фотосинтеза и выделяется организмами в процессе дыхания. Он также накапливается в среде в виде топливных ископаемых, а в организмах - в виде запасов органических веществ.

Азот превращается в соли аммония и нитраты в результате деятельности азотфиксирующих и нитрифицирующих бактерий. Затем после использования соединений азота организмами и денитрификации редуцентами азот возвращается в атмосферу. Сера находится в виде сульфидов и свободной серы в составе морских осадочных пород и почвы. Превращаясь в сульфаты в результате окисления серобактериями, она включается в ткани растений, затем вместе с остатками их органических соединений подвергается воздействию анаэробных редуцентов. Образовавшийся в результате их деятельности сероводород снова окисляется серобактериями.

Фосфор содержится в составе фосфатов горных пород, в пресноводных и океанических отложениях, в почвах. В результате эрозии фосфаты вымываются и в кислой среде переходят в растворимое состояние с образованием фосфорной кислоты, которая усваивается растениями. В тканях животных фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, костей. В результате разложения редуцентами остатков органических соединений он снова возвращается в почвы, а затем в растения.

ЛЕКЦИЯ №4

ТЕМА: экологическИЕ факторЫ

ПЛАН:

1. Понятие экологических факторов и их классификация.

2. Абиотические факторы.

2.1. Экологическая роль основных абиотических факторов.

2.2. Топографические факторы.

2.3. Космические факторы.

3. Биотические факторы.

4. Антропогенные факторы.

1. Понятие экологических факторов и их классификация

Экологический фактор - любой элемент окружающей среды, способный прямо или косвенно влиять на живой организм, хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития.

Экологические факторы многообразны, при этом каждый фактор является совокупностью соответствующего условия среды и его ресурса (запаса в среде).

Экологические факторы среды принято делить на две группы: факторы косной (неживой) природы - абиотические или абиогенные; факторы живой природы - биотические или биогенные.

Наряду с приведенной классификацией экологических факторов существует много других (менее распространенных), в которых используют иные отличительные признаки. Так, выделяют факторы, зависящие и не зависящие от численности и плотности организмов. Например, на действие макроклима-тических факторов не сказывается количество животных или растений, а эпидемии (массовые заболевания), вызываемые патогенными микроорганизмами, зависят от их количества на данной территории. Известны классификации, в которых все антропогенные факторы относят к биотическим.

2. Абиотические факторы

В абиотической части среды обитания (в неживой природе) все факторы, прежде всего, можно разделить на физические и химические. Однако для понимания сути рассматриваемых явлений и процессов абиотические факторы удобно представить совокупностью климатических, топографических, космических факторов, а также характеристик состава среды (водной, наземной или почвенной) и др.

Физические факторы - это те, источником которых слу­жит физическое состояние или явление (механическое, волно­вое и др.). Например, температура, если она высокая - будет ожог, если очень низкая - обмораживание. На действие тем­пературы могут повлиять и другие факторы: в воде - течение, на суше - ветер и влажность , и т. п.

Химические факторы - это те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды, если она высокая, жизнь в водоеме может вовсе отсутствовать (Мерт­вое море), но в то же время в пресной воде не могут жить боль­шинство морских организмов. От достаточности содержания кислорода зависит жизнь животных на суше и в воде, и т. п.

Эдафические факторы (почвенные) - это совокупность химических, физических и механических свойств почв и гор­ных пород, оказывающих воздействие как на организмы, жи­вущие в них, т. е. для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений. Хорошо известны влия­ния химических компонентов (биогенных элементов), температуры, влажности, структуры почв на рост и развитие растений.

2.1. Экологическая роль основных абиотических факторов

Солнечное излучение. Солнечное излучение – основной источник энергии для экосистемы. Энергия Солнца распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. Для организмов важны длина волны воспринимаемого излучения, его интенсивность и продолжительность воздействия.

Около 99% всей энергии солнечной радиации составляют лучи с длиной волны к = нм, в том числе 48% при­ходится на видимую часть спектра (к = нм), 45% - на близкую инфракрасную (к = нм) и около 7% - на ультрафиолетовую (к < 400 нм).

Преимущественное значение для фотосинтеза имеют лучи с X = нм. Длинноволновая (дальняя инфракрасная) солнечная радиация (к > 4000 нм) незначительно влияет на процессы жизнедеятельности организмов. Ультрафиолетовые лучи с к > 320 нм в малых дозах необ­ходимы животным и человеку, так как под их действием в ор­ганизме образуется витамин D. Излучение с к < 290 нм губи­тельно для живого, но до поверхности Земли оно не доходит, поглощаясь озоновым слоем атмосферы.

При прохождении через атмосферный воздух солнечный свет отражается, рассеивается и поглощается. Чис­тый снег отражает примерно 80-95% солнечного света, за­грязненный - 40-50%, черноземная почва - до 5%, сухая светлая почва - 35-45%, хвойные леса - 10-15%. Однако освещенность земной поверхности существенно колеблется в зависимости от времени года и суток, географической широ­ты, экспозиции склона, состояния атмосферы и т. п.

Вследствие вращения Земли периодически чередуются светлое и темное время суток. Цветение, прорастание семян у растений, миграция, зимняя спячка, размножение животных и многое другое в природе связаны с длительностью фотопери­ода (длиной дня). Необходимость в свете для растений обуслов­ливает быстрый их рост в высоту, ярусную структуру леса. Водные растения распространяются преимущественно в по­верхностных слоях водоемов.

Прямое или рассеянное солнечное излучение не требуется лишь небольшой группе живых существ – некоторым видам грибов, глубоководных рыб, почвенных микроорганизмов и т. п.

К наиболее важным физиологическим и биохимическим процессам, осуществляемым в живом организме, благодаря наличию света, можно отнести следующие:

1. Фотосинтез (1-2% падающей на Землю солнечной энергии используется для фотосинтеза);

2. Транспирация (около 75 % - для транспирации, обеспечивающей охлаждение растений и движение по ним водных растворов минеральных веществ);

3. Фотопериодизм (обеспечивает синхронность жизненных процессов в живых организмах периодически меняющимся условиям среды);

4. Движение (фототропизм у растений и фототаксис у животных и микроорганизмов);

5. Зрение (одна из главных анализирующих функций животных);

6. Прочие процессы (синтез витамина Д у человека на свету, пигментация и т. п.).

Основу биоценозов средней полосы России, как и большинства наземных экосистем, составляют продуценты. Использование ими солнечного света ограничивается рядом естественных факторов и, в первую очередь, температурными условиями. В связи с этим выработались особые приспособительные реакции в виде ярусности, мозаичности листьев, фенологических различий и т. п. По требовательности к условиям освещения растения делятся на световые или светолюбивые (подсолнечник, подорожник, томат, акация, дыня), теневые или несветолюбивые (лесные травы, мхи) и теневыносливые (щавель, вереск , ревень, малина, ежевика).

Растения формируют условия существования других видов живых существ. Именно поэтому так важна их реакция на условия освещения. Загрязнение окружающей среды приводит к изменению освещенности: снижению уровня солнечной инсоляции, уменьшению количества фотосинтетически активной радиации (ФАР-часть солнечной радиации с длиной волны от 380 до 710 нм), изменению спектрального состава света. В итоге это разрушает ценозы, основанные на приходе солнечного излучения в определенных параметрах.

Температура. Для естественных экосистем нашей зоны температурный фактор наряду со светообеспечением является определяющим для всех жизненных процессов. Активность популяций зависит от времени года и времени суток, т. к. в каждый из этих периодов свои температурные условия.

Температура главным образом связана с солнечным излучением, но в ряде случаев определяется энергией геотермальных источников.

При температуре ниже точки замерзания живая клетка физически повреждается образующимися кристаллами льда и гибнет, а при высоких температурах происходит денатурация ферментов. Абсолютное большинство растений и животных не выдерживает отрицательных температур тела. Верхний температурный предел жизни редко поднимается выше 40–45 °С.

В диапазоне между крайними границами скорость ферментативных реакций (следовательно, и интенсивность обмена веществ) удваивается с повышением температуры на каждые 10°С.

Значительная часть организмов способна контролировать (поддерживать) температуру тела, причем в первую очередь наиболее жизненно важных органов. Такие организмы называют гомойотермными - теплокровными (от греч. homoios - подобный, therme - теплота), в отличие от пойкилотермных - холоднокровных (от греч. poikilos - различный, переменчивый, разнообразный), имеющих непостоянную температуру, зависящую от температуры окружающей среды.

Пойкилотермные организмы в холодное время года или суток снижают уровень жизненных процессов вплоть до анабиоза. В первую очередь это касается растений, микроорганизмов, грибов и пойкилотермных (холоднокровных) животных. Активность сохраняют только гомойотермные (теплокровные) виды. Гетеротермные организмы, находясь в неактивном состоянии, имеют температуру тела не на много выше температуры внешней среды; в активном состоянии - достаточно высокую (медведи, ежи, летучие мыши, суслики).

Терморегуляция гомойотермных животных обеспечивается особым типом обмена веществ, идущим с выделением в организме животных тепла, наличием теплоизолирующих покровов, размерами, физиологией и т. д.

Что же касается растений, то они выработали в процессе эволюции ряд свойств:

холодостойкость – способность переносить длительное время низкие положительные температуры (от О°С до +5°С);

зимостойкость – способность многолетних видов переносить комплекс зимних неблагоприятных условий;

морозостойкость – способность переносить длительное время отрицательные температуры;

анабиоз – способность переносить период длительного недостатка экологических факторов в состоянии резкого снижения обмена веществ;

жаростойкость – способность переносить высокие (св. +38°…+40°С) температуры без существенных нарушений обмена веществ;

эфемерность – сокращение онтогенеза (до 2-6 мес.) у видов, произрастающих в условиях короткого периода благоприятных температурных условий.

В водной среде благодаря высокой теплоемкости воды изменения температуры менее резкие и условия более стабильные, чем на суше. Известно, что в регионах, где температура в течение суток, а также в разные сезоны сильно меняется, разнообразие видов меньше, чем в регионах с более постоянными суточными и годовыми температурами.

Температура, как и интенсивность света, зависит от географической широты, сезона, времени суток и экспозиции склона. Действие экстремальных температур (низких и высо­ких) усиливается сильными ветрами.

Изменение температуры по мере подъема в воздушной среде или погружения в водную среду называют температурной стратификацией. Обычно и в том и в другом случае наблюдает­ся непрерывное снижение температуры с определенным гради­ентом. Тем не менее, существуют и иные варианты. Так, в лет­ний период поверхностные воды нагреваются сильнее глубин­ных. В связи со значительным уменьшением плотности воды по мере нагрева начинается ее циркуляция в поверхностном нагретом слое без смешения с более плотной, холодной водой нижерасположенных слоев. В результате между теплым и хо­лодным слоями образуется промежуточная зона с резким градиентом температуры. Все это влияет на размещение в воде живых организмов, а также на перенос и рассеивание поступающих примесей.

Подобное явление встречается и в атмосфере, когда охлажденные слои воздуха смещаются вниз и располагаются под теплыми слоями, т. е. имеет место температурная инверсия, способствующая накоплению загрязняющих веществ в приземном слое воздуха.

Инверсии способствуют некоторые особенности рельефа, например, котлованы и долины. Она возникает при наличии на определенной высоте веществ, например аэрозолей , нагре­ваемых непосредственно за счет прямого солнечного излуче­ния, что вызывает более интенсивное прогревание верхних воздушных слоев.

В почвенной среде суточная и сезонная стабильность (колебания) температуры зависят от глубины. Значитель­ный градиент температур (а также влажности) позволяет обитателям почвы обеспечивать себе благоприятную среду путем незначительных перемещений. Наличие и численность живых организмов могут влиять на температуру. Например, под пологом леса или под листья­ми отдельного растения имеет место иная температура.

Осадки, влажность. Вода обязательна для жизни на Земле, в экологическом плане она уникальна. При практически одинаковых географических условиях на Земле существуют и жаркая пустыня, и тропический лес. Различие состоит только в годовом количестве осадков: в пер­вом случае 0,2–200 мм, а во втором 900–2000 мм.

Осадки, тесно связанные с влажностью воздуха, представляют собой результат конденсации и кристаллизации водяных паров в высоких слоях атмосферы. В приземном слое воздуха образуются росы, туманы, а при низких температурах наблю­дается кристаллизация влаги – выпадает иней.

Одна из основных физиологических функций любого организма – поддержание на достаточном уровне количества воды в теле. В процессе эволюции у организмов сформировались разнообразные приспособления к добыванию и экономному расходованию воды, а также к переживанию засушливого периода. Одни животные пустыни получают воду из пищи, другие за счет окисления своевременно запасенных жиров (например, верблюд , способный путем биологического окисления из 100 г жира получить 107 г метаболической воды); при этом у них минимальна водопроницаемость наружных покровов те­ла, ческой засушливости характерно впадение в состояние покоя с минимальной интенсивностью обмена веществ.

Наземные растения получают воду главным образом из почвы. Малое количество осадков, быстрый дренаж, интенсивное испарение либо сочетания этих факторов ведут к иссушению, а избыток влаги - к переувлажнению и заболачиванию почв.

Баланс влаги зависит от разницы между количеством выпавших осадков и количеством воды, испарившейся с поверхностей растений и почвы, а также путем транспирации]. В свою очередь процессы испарения непосредственно зависят от отно­сительной влажности атмосферного воздуха. При влажности, близкой к 100%, испарение практически прекращается, и если дополнительно понижается температура, то начинается об­ратный процесс - конденсация (образуется туман, выпадают роса, иней).

Помимо отмеченного, влажность воздуха как экологиче­ский фактор при своих крайних значениях (повышенной и по­ниженной влажности), усиливает воздействие (усугубляет) действие температуры на организм.

Насыщение воздуха парами воды редко достигает макси­мального значения. Дефицит влажности - разность между максимально возможным и фактически существующим насы­щением при данной температуре. Это один из важнейших эко­логических параметров, поскольку характеризует сразу две величины: температуру и влажность. Чем выше дефицит влажности, тем суше и теплее, и наоборот.

Режим осадков - важнейший фактор, определяющий миграцию загрязняющих веществ в природной среде и вымы­вание их из атмосферы.

По отношению к водному режиму выделяют следующие экологические группы живых существ:

гидробионты – обитатели экосистем, весь жизненный цикл которых проходит в воде;

гигрофиты – растения влажных мест обитания (калужница болотная, купальница европейская, рогоз широколистный);

гигрофилы – животные, обитающие в очень сырых частях экосистем (моллюски, амфибии, комары, мокрицы);

мезофиты – растения умеренно увлажненных мест обитания;

ксерофиты – растения сухих мест обитания (ковыли, полыни, астрагалы);

ксерофилы – обитатели засушливых территорий, не переносящие повышенную увлажненность (некоторые виды пресмыкающихся, насекомых, пустынные грызуны и млекопитающие);

суккуленты – растения наиболее засушливых местообитаний, способные накапливать значительные запасы влаги внутри стебля или листьев (кактусы, алоэ , агава);

склерофиты – растения очень засушливых территорий, способные выдерживать сильную обезвоженность (верблюжья колючка обыкновенная, саксаул, саксагыз);

эфемеры и эфемероиды - однолетние и многолетние травянистые виды, имеющие укороченный цикл, совпадающий с периодом достаточного увлажнения.

Влагопотребление растений может быть охарактеризовано следующими показателями:

засухоустойчивость – способность переносить пониженную атмосферную и (или) почвенную засуху;

влагоустойчивость – способность переносить переувлажнения;

коэффициент транспирации - количество воды, расходуемое на образование единицы сухой массы (для капусты белокачанной 500-550, для тыквы-800);

коэффициент суммарного водопотребления – количество воды, расходуемое растением и почвой на создание единицы биомассы (для луговых трав – 350–400 м3 воды на одну тонну биомассы).

Нарушение водного режима, загрязнение поверхностных вод опасно, а в некоторых случаях губительно для ценозов. Изменение круговорота воды в биосфере может привести к непредсказуемым последствиям для всех живых организмов.

Подвижность среды. Причинами возникновения движения воздушных масс (ветра) являются в первую очередь неодинаковый нагрев земной поверхности, вызывающий перепады давления, а также вращение Земли. Ветер направлен в сторону более прогретого воздуха.

Ветер - важнейший фактор распространения на большие расстояния влаги, семян, спор, химических примесей и т. п. Он способствует как снижению околоземной концентрации пыле - и газообразных веществ вблизи места их поступления в атмосферу, так и повышению фоновых концентраций в воздушной среде вследствие выбросов далеких источников, включая трансграничный перенос.

Ветер ускоряет транспирацию (испарение влаги наземными частями растений), что особенно ухудшает условия существования при низкой влажности. Кроме того, он косвенно влия­ет на все живые организмы суши, участвуя в процессах выветривания и эрозии.

Подвижность в пространстве и перемешивание водных масс способствуют поддержанию относительной гомогенности (однородности) физических и химических характеристик вод­ных объектов. Средняя скорость поверхностных течений лежит в пределах 0,1-0,2 м/с, достигая местами 1 м/с, у Гольфстрима - 3 м/с.

Давление. Нормальным атмосферным давлением считает­ся абсолютное давление на уровне поверхности Мирового оке­ана 101,3 кПа, соответствующее 760 мм рт. ст. или 1 атм. В пределах земного шара существуют постоянные области вы­сокого и низкого атмосферного давления, причем в одних и тех же точках наблюдаются сезонные и суточные его колебания. По мере увеличения высоты относительно уровня океана дав­ление уменьшается, снижается парциальное давление кислорода, усиливается транспирация у растений.

Периодически в атмосфере образуются области пониженного давления с мощными воздушными потоками, перемещающимися по спирали к центру, которые называют циклонами. Для них характерно большое количество осадков и неустойчивая погода. Противоположные природные явления называют антициклонами. Они характеризуются устойчивой погодой, слабыми ветрами и в ряде случаев температурной ин­версией. При антициклонах порой возникают неблагоприят­ные метеорологические условия, способствующие накоплению в приземном слое атмосферы загрязняющих веществ.

Различают также морское и континентальное атмосферное давление.

Давление в водной среде возрастает по мере погружения. Благодаря значительно (в 800 раз) большей, чем у воздуха, плот­ности воды на каждые 10 м глубины в пресноводном водоеме дав­ление увеличивается на 0,1 МПа (1 атм). Абсолютное давление на дне Марианской впадины превышает 110 МПа (1100 атм).

Ионизирующие излучения. Ионизирующим называют излучение, образующее пары ионов при прохождении через ве­щество; фоновым - излучение, создаваемое природными ис­точниками. Оно имеет два основных источника: космическое излучение и радиоактивные изотопы, и элементы в минералах земной коры, возникшие некогда в процессе образования вещества Земли. Из-за большого периода полураспада ядра многих первозданных радиоактивных элементов сохранились в недрах Земли до настоящего времени. Главнейшие из них - калий-40, торий-232, уран-235 и уран-238. Под воздействием космического излучения в атмосфере постоянно образуются все новые ядра радиоактивных атомов, главные из которых - углерод-14 и тритий.

Радиационный фон ландшафта - одна из непременных со­ставляющих его климата. В формировании фона принимают участие все известные источники ионизирующего излучения, однако вклад каждого из них в общую дозу облуче­ния зависит от конкретной географической точки. Человек как обитатель природной среды получает основную часть облу­чения от естественных источников радиации, и избежать этого невозможно. Все живое на Земле подвергается излучению из Космоса. Горные ландшафты благодаря значительной высоте над уровнем моря характеризуются повышенным вкладом косми­ческого излучения. Ледники, выполняя функцию поглощаю­щего экрана, задерживают в своей массе излучение подсти­лающих коренных пород. Обнаружены различия в содержа­нии радиоактивных аэрозолей над морем и сушей. Суммарная радиоактивность морского воздуха в сотни и тысячи раз мень­ше, чем континентального.

На Земле есть районы, где мощность экспозиционной дозы в десятки раз превышает средние значения, например, районы месторождений урана и тория. Такие места называют урано­выми и ториевыми провинциями. Стабильный и относительно более высокий уровень излучения наблюдается в местах выхо­да гранитных пород.

Биологические процессы, сопровождающие образование почв, существенно влияют на накопление в последних радиоак­тивных веществ. При малом содержании гумусовых веществ их активность слабая, тогда как черноземы всегда отличались более высокой удельной активностью. Особенно она высока у черноземных и луговых почв, расположенных близко к гра­нитным массивам. По степени возрастания удельной актив­ности почвы ориентировочно можно расположить в следую­щем порядке: торфяные; черноземные; почвы степной зоны и лесостепи; почвы, развивающиеся на гранитах.

Влияние периодических колебаний интенсивности косми­ческого излучения у земной поверхности на дозу облучения живых организмов практически не существенно.

Во многих районах земного шара мощность экспозицион­ной дозы, обусловленная излучением урана и тория, достигает уровня облучения, существовавшего на Земле в геологически обозримое время, при котором шла естественная эволюция живых организмов. В целом ионизирующее излучение более губительно воздействует на высокоразвитые и сложные орга­низмы, причем человек отличается особой чувствительностью. Некоторые вещества распределяются в организме равномерно, например углерод-14 или тритий, а другие накапливаются в определенных органах. Так, радий-224, -226, свинец-210, полоний-210 аккумулируются в костных тканях. Сильное воз­действие на легкие оказывает инертный газ радон-220, порой выделяющийся не только из залежей в литосфере, но и из минералов, добытых человеком и применяемых в качестве строительных материалов . Радиоактивные вещества могут накапливаться в воде, поч­ве, осадках или в воздухе, если скорость их поступления превы­шает скорость радиоактивного распада. В живых организмах накопление радиоактивных веществ происходит при их попадании с пищей.

2.2. Топографические факторы

Влияние абиотических факторов в значительной мере за­висит от топографических характеристик местности, которые могут сильно изменять как климат, так и особенности развития почв. Основной топографический фактор - высота над уровнем моря. С высотой снижаются средние тем­пературы, увеличивается суточный перепад температур, возрастает количество осадков, скорость ветра и интенсивность ради­ации, понижается давление. В результате в горной местности по мере подъема наблюдается вертикальная зональность рас­пределения растительности, соответствующая последователь­ности смены широтных зон от экватора к полюсам.

Горные цепи могут служить климатическими барьерами. Поднимаясь над горами, воздух охлаждается, что часто вызы­вает осадки и тем самым снижает его абсолютное влагосодержание. Попадая затем на другую сторону горной гряды, осу­шенный воздух способствует снижению интенсивности дождей (снегопада), чем создается «дождевая тень».

Горы могут играть роль изолирующего фактора в процес­сах видообразования, так как служат барьером для миграции организмов.

Важный топографический фактор - экспозиция (освещен­ность) склона. В Северном полушарии теплее на южных скло­нах, а в Южном полушарии - на северных склонах.

Другой важный фактор - крутизна склона , влияющая на дренаж. Вода стекает со склонов, смывая почву, уменьшая ее слой. Кроме того, под действием силы тяжести почва мед­ленно сползает вниз, что ведет к ее скоплению у основания склонов. Наличие растительности сдерживает эти процессы, однако при уклонах более 35° почва и растительность обычно отсутствуют и создаются осыпи из рыхлого материала.

2.3. Космические факторы

Наша планета не изолирована от процессов, протекаю­щих в космическом пространстве. Земля периодически стал­кивается с астероидами , сближается с кометами, на нее попа­дают космическая пыль, метеоритные вещества, разнообразны виды излучений Солнца и звезд. Циклически (один из циклов имеет период 11,4 г.) солнечная активность меняется.

Наукой накоплено множество фактов, подтверждающих влияние Космоса на жизнь Земли.

3. Биотические факторы

Все живое, окружающее организм в среде обитания, составляет биотическую среду или биоту . Биотические факторы - это совокупность влияний жизнедеятель­ности одних организмов на другие.

Взаимоотношения между животными, растениями, микроорганизмами чрезвычайно многообразны. Прежде всего, различают гомотипические реакции, т. е. взаимодействие особей одного и того же вида, и гетеротипические - отношения представителей разных видов.

Представители каждого вида способны существовать в та­ком биотическом окружении, где связи с другими организма­ми обеспечивают им нормальные условия жизни. Главной формой проявления этих связей служат пищевые взаимоотношения организмов различных категорий, составляющие основу пищевых (трофических) цепей, сетей и трофической структуры биоты.

Кроме пищевых связей, между растительными и животными организмами возникают также пространственные взаимоотношения. В результате действия многих факторов разнообразные виды объединяются не в произвольном сочетании, а только при условии приспособленности к совместному обитанию.

Биотические факторы проявляются в биотических взаимоотношениях.

Различают следующие формы биотических взаимоотношений.

Симбиоз (сожительство). Это форма взаимоотношений, при которой оба партнера или один из них извлекают пользу от другого.

Кооперация . Кооперация представляет собой длитель­ное, неразделимое взаимовыгодное сожительство двух и более видов организмов. Например, отношения рака-отшельника и актинии.

Комменсализм . Комменсализм - это взаимодействие между организмами, когда жизнедеятельность одного достав­ляет пищу (нахлебничество) или убежище (квартиранство) другому. Типичные примеры - гиены, подбирающие остатки недоеденной львами добычи, мальки рыб, прячущиеся под зонтиками крупных медуз, а также некоторые грибы, растущие у корней деревьев.

Мутуализм . Мутуализм - взаимополезное сожительство, когда присутствие партнера становится обязательным условием существования каждого из них. Примером служит сожительство клубеньковых бактерий и бобовых растений, которые могут совместно жить на почвах, бедных азотом , и обо­гащать им почву.

Антибиоз . Форма взаимоотношений, при которой оба парт­нера или один из них испытывают отрицательное влияние, называется антибиозом.

Конкуренция . Это - отрицательное воздействие организмов друг на друга в борьбе за пищу, местообитание и другие необходимые для жизни условия. Проявляется наи­более отчетливо на популяционном уровне.

Хищничество. Хищничество - отношение между хищ­ником и жертвой, заключающееся в поедании одного организма другим. Хищники - это животные или растения, ловящие и по­едающие животных как объект питания. Так, например, львы поедают растительноядных копытных, птицы - насекомых, крупные рыбы - более мелких. Хищничество одновременно полезно для одного и вредно для другого организма.

В то же время все эти организмы необходимы друг другу. В процессе взаимодействия «хищник - жертва» происходят естественный отбор и приспособительная изменчивость, т. е. важнейшие эволюционные процессы. В естественных услови­ях ни один вид не стремится (и не может) привести к уничто­жению другого. Более того, исчезновение какого-либо естест­венного «врага» (хищника) из среды обитания может способст­вовать вымиранию его жертвы.

Нейтрализм . Взаимонезависимость разных видов, обитаю­щих на одной территории, называют нейтрализмом. Напри­мер, белки и лоси не конкурируют друг с другом, но засуха в лесу сказывается на тех и на других, хотя в разной степени.

В последнее время все большее внимание обращается на антропогенные факторы – совокупность воздействий человека на окружающую среду, обусловленную его урботехногенной деятельностью.

4. Антропогенные факторы

Нынешний этап человеческой цивилизации отражает такой уровень знаний и возможностей человечества, что его воздействие на окружающую среду, в том числе на биологические системы, приобретает характер глобальной общепланетарной силы, которую выделяем в особую категорию факторов – антропогенные, т. е. порожденными человеческой деятельностью. К ним относятся:

Изменение климата Земли в результате естественных геологических процессов, усиленных тепличным эффектом, вызываемым изменениями оптических свойств атмосферы выбросами в нее главным образом СО, СО2, других газов;

Замусоривание околоземного космического пространства (ОКП), последствия которого до конца пока не осмыслены, если не считать реальную опасность космическим аппаратам, включая спутники связи , локации поверхности земли и другие, широко использующиеся в современных системах взаимодействия между людьми, государствами и правительствами;

Сокращение мощности стратосферного озонового экрана с образованием так называемых “озоновых дыр”, снижающих защитные возможности атмосферы против поступления к поверхности Земли опасной для живых организмов жесткой коротковолновой ультрафиолетовой радиации;

Химическое загрязнение атмосферы веществами, способствующими образованию кислотных осадков, фотохимического смога и других соединений, опасных для биосферных объектов, включая человека и создаваемых им искусственных объектов;

Загрязнение океана и изменение свойств океанических вод за счет нефтепродуктов, насыщения их углекислым газом атмосферы, в свою очередь загрязненной автотранспортом и теплоэнергетикой , захоронения в океанических водах высокотоксичных химических и радиоактивных веществ, поступления загрязнений с речным стоком, нарушения водного баланса прибрежных территорий в связи с регулирования рек;

Истощение и загрязнение всех видов источников и вод суши;

Радиоактивное загрязнение отдельных участков и регионов с тенденцией его расползания по поверхности Земли;

Загрязнение почв вследствие выпадения загрязненных осадков (например - кислотные дожди), неоптимального использования пестицидов и минеральных удобрений;

Изменение геохимии ландшафтов, в связи с теплоэнергетикой, перераспределением элементов между недрами и поверхностью Земли в результате горнометаллургического передела (например, концентрация тяжелых металлов) или извлечения на поверхность аномальных по составу, высокоминерализованных подземных вод и рассолов;

Продолжающееся накапливание на поверхности Земли бытового мусора и всякого рода твердых и жидких отходов;

Нарушение глобального и регионального экологического равновесия, соотношения экологических компонентов в прибрежной части суши и моря;

Продолжающееся, а местами - усиливающееся опустынивание планеты, углубление процесса опустынивания;

Сокращение площади тропических лесов и северной тайги, этих основных источников поддержания кислородного баланса планеты;

Освобождение в результате всех вышеуказанных процессов экологических ниш и заполнение ими иными, видами;

Абсолютное перенаселение Земли и относительное демографическое переуплотнение отдельных регионов, крайняя дифференциация бедности и богатства;

Ухудшение среды жизнеобитания в переуплотненных городах и мегаполисах;

Исчерпание многих месторождений минерального сырья и постепенный переход от богатых ко все более бедным рудам;

Усиление социальной нестабильности, как следствия все большей дифференциации богатой и бедной части населения многих стран, возрастания уровня вооруженности их населения, криминализации, природных экологических катаклизмов.

Снижение иммунного статуса и состояния здоровья населения многих стран мира, включая Россию, многократное повторение эпидемий, имеющих все более массовый и тяжелый по последствиям характер.

Вот далеко не полный круг проблем, в решении каждой из которых специалист может найти свое место и дело.

Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы.

Физический фактор как загрязнитель деятельности человека это недопустимый уровень теплового загрязнения (особенно радиоактивного).

Биологическое загрязнение окружающей среды это разнообразные микроорганизмы, наибольшую опасность среди которых представляют различные заболевания.

Контрольные вопросы и задания

1. Что представляют собой экологические факторы?

2. Какие факторы среды относят к абиотическим, какие к биотическим?

3. Как называют совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других?

4. Что такое ресурсы живых существ, как они классифицируются и в чем их экологическое значение?

5. Какие факторы следует учитывать в первую очередь при создании проектов управления экосистемами. Почему?

Экологические факторы - совокупность определенных условий окружающей среды и ее элементов, способных оказывать воздействие на организмы, взаимодействующие с этой средой. Каждый организм в свою очередь соответствующим образом реагирует на эти воздействия и вырабатывает приспособительные меры. Именно экологические факторы определяют возможность существования и нормальной жизнедеятельности организмов. Однако наиболее часто живые существа подвергаются воздействию не одного, а нескольких факторов одновременно. Это, несомненно, оказывает специфическое воздействие на способность к приспособлению.

Классификация

По своему происхождению выделяют следующие экологические факторы:

1. Биотические.

2. Абиотические.

3. Антропогенные.

Первая группа состоит из взаимоотношений различных живых организмов друг с другом, а также включает их общее воздействие на окружающую среду. Кроме того, взаимодействие живых организмов может привести к изменению абиотических факторов, например, изменению состава почвенных покровов, а также микроклиматических условий среды. Среди биотических факторов выделяют две группы: зоо- и фитогенные. Первые отвечают за воздействие различных видов животных друг на друга и на окружающий мир, вторые, в свою очередь, - за действие растительных организмов на окружающую среду и взаимодействие их между собой. Необходимо отметить, что воздействие животных или растений в пределах одного конкретного вида также носит значимый характер и исследуется наравне с межвидовыми связями.

Вторая группа включает в себя экологические факторы, которые иллюстрируют взаимодействие неживой природы и живых организмов, осуществляемые посредством прямого или косвенного влияния. Различают химические, климатические, гидрографические, пирогенные, орографические и эдафические факторы. Они отражают воздействия всех четырех стихий: воды, земли, огня и воздуха. Третья группа факторов показывает уровень воздействия процессов жизнедеятельности человека на окружающую среду, а также животный и растительный мир. К данной категории относят прямое и косвенное воздействие, которое заключается в любых формах жизнедеятельности человеческого общества. Например, разработка земляных покровов, создание новых видов и уничтожение имеющихся, корректировка численности особей, загрязнение окружающей среды и многое другое.

Биосистема

Из совокупности условий и факторов, а также видов, присутствующих в конкретном регионе, складывается биосистема. Она наглядно иллюстрирует все взаимосвязи между организмами и элементами неживой природы. Структура биосистемы может иметь сложный и запутанный вид, поэтому в некоторых случаях удобнее пользоваться особой формой, которая носит название "Экологическая пирамида". Подобную графическую модель разработал англичанин Ч. Элтон в 1927 году. Различают три типа пирамид, каждая из которых отражает либо численность популяций (пирамида чисел), либо общее число затрачиваемой биомассы (пирамида биомасс), либо же запас заключенной в организмах энергии (пирамида энергии).

Наиболее часто построение подобных структур имеет пирамидальную форму, откуда, собственно, и произошло название. Однако в некоторых случаях можно столкнуться с так называемой перевернутой пирамидой. Это означает, что численность консументов превосходит численность продуцентов.

Классификация экологических факторов

Экологические факторы окружающей среды. Абиотические факторы

1. Экологический фактор - это любой элемент окружающей среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействие на живой организм хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития, или любое условие среды, на которое организм отвечает приспособительными реакциями.

В общем случае фактор - это движущая сила какого-либо процесса или влияющее на организм условие. Окружающая среда характеризуется огромным разнообразием экологических факторов, в том числе и пока не известных. Каждый живой организм в течение всей своей жизни находится под воздействием множества экологических факторов, различающихся происхождением, качеством, количеством, временем воздействия, т.е. режимом. Таким образом, окружающая среда - это фактически набор воздействующих на организм экологических факторов.

Но если окружающая среда, как мы уже сказали, не имеет количественных характеристик, то каждый отдельный фактор (будь то влажность, температура, давление, белки пищи, количество хищников, химическое соединение в воздухе и т. п.) характеризуется мерой и числом, т. е. его можно измерить во времени и пространстве (в динамике), сравнить с каким-либо эталоном, подвергнуть моделированию, предсказанию (прогнозу) и в конечном счете изменить в заданном, направлении. Управлять можно только тем, что имеет меру и число.

Для инженера предприятия, экономиста, санитарного врача или следователя прокуратуры требование "охранять окружающую среду" не имеет смысла. А если задача или условие выражены в количественной форме, в виде каких-либо величин или неравенств (например: С i < ПДК i или M i < ПДВ i то они вполне понятны и в практическом, и в юридическом отношении. Задача предприятия - не "охранять природу", а с помощью инженерных или организационных приемов выполнить названное условие, т. е. именно таким путем управлять качеством окружающей среды, чтобы она не представляла угрозы здоровью людей. Обеспечение выполнения этих условий - задача контролирующих служб, а при невыполнении их предприятие несет ответственность.

Классификация экологических факторов

Любая классификация какого-либо множества это метод его познания или анализа. Предметы и явления можно классифицировать по различным признакам, исходя из поставленных задач. Из многих существующих классификаций экологических факторов для задач данного курса целесообразно использовать следующую (рис. 1).

Все экологические факторы в общем случае могут быть сгруппированы в две крупные категории: факторы неживой, или косной, природы, называемые иначе абиотическими или абиогенными, и факторы живой природы - биотические , или биогенные . Но по своему происхождению обе группы могут быть как природными , так и антропогенными , т. е. связанными с влиянием человека. Иногда различают антропические и антропогенные факторы. К первым относят лишь прямые воздействия человека на природу (загрязнение, промысел, борьбу с вредителями), а ко вторым - преимущественно косвенные последствия, связанные с изменением качества окру­жающей среды.

Рис. 1. Классификация экологических факторов

Человек в своей деятельности не только меняет режимы природных экологических факторов, но и создает новые, например, синтезируя новые химические соединения - ядохимикаты, удобрения, лекарства, синтетические материалы и др. В числе факторов неживой природы присутствуют физические (космические, климатические, орографические, почвенные) и химические (компоненты воздуха, воды, кислотность и иные химические свойства почвы, примеси промышленного происхождения). К биотическим факторам относятся зоогенные (влияние животных), фитогенные (влияние растений), микробогенные (влияние микроорганизмов). В некоторых классификациях к биотическим факторам относят и все антропогенные факторы, включая физические и химические.

Наряду с рассмотренной, существуют и другие классификации экологических факторов. Выделяют факторы зависимые и независимые от численности и плотности организмов . Например, климатические факторы не зависят от численности животных, растений, а массовые заболевания, вызываемые патогенными микроорганизмами (эпидемии) у животных или растений, безусловно, связаны с их численностью: эпидемии возникают при тесном контакте между индивидуумами или при их общем ослаблении из-за нехватки корма, когда возможна быстрая передача болезнетворного начала от одной особи к другой, а также утрачена сопротивляемость к патогену.

Макроклимат от численности животных не зависит, а микроклимат может существенно изменяться в результате их жизнедеятельности. Если, например, насекомые при их высокой численности в лесу уничтожат большую часть хвои или листвы деревьев, то здесь изменится ветровой режим, освещенность, температура, качество и количество корма, что скажется на состоянии последующих поколений тех же или других, обитающих здесь животных. Массовые размножения насекомых привлекают насекомых-хищников и насекомоядных птиц. Урожаи плодов и семян влияют на изменение численности мышевидных грызунов, белки и ее хищников, а также многих птиц, питающихся семенами.

Можно делить все факторы на регулирующие (управляющие) и регулируемые (управляемые), что также легко понять в связи с приведенными выше примерами.

Оригинальную классификацию экологических факторов предложил А. С. Мончадский. Он исходил из представлений о том, что все приспособительные реакции организмов к тем или иным факторам связаны со степенью постоянства их воздействия, или, иначе говоря, с их периодичностью. В частности, он выделял:

1. первичные периодические факторы (те, которым свойственна правильная периодичность, связанная с вращением Земли: смена времен года, суточная и сезонная смена освещенности и температуры); эти факторы изначально присущи нашей планете и зарождающаяся жизнь должна была сразу к ним приспосабливаться;

2. вторичные периодические факторы (они являются производными от первичных); к ним относятся все физические и многие химические факторы, например влажность, температура, осадки, динамика численности растений и животных, содержание растворенных газов в воде и др.;

3. непериодические факторы, которым не свойственна правильная периодичность (цикличность); таковы, например, факторы, связанные с почвой, или разного рода стихийные явления.

Разумеется, "непериодично" лишь само тело почвы, подстилающие ее грунты, а динамика температуры, влажности и многих других свойств почвы также связана с первичными периодическими факторами.

Антропогенные факторы однозначно относятся к непериодическим. В числе таких факторов непериодического действия прежде всего - загрязняющие вещества, содержащиеся в промышленных выбросах и сбросах. К природным периодическим и непериодическим факторам живые организмы в процессе эволюции способны вырабатывать адаптации (например, спячка, зимовка и т. п.), а к изменению содержания примесей в воде или воздухе растения и животные, как правило, не могут приобрести и наследственно закрепить соответствующие адаптации. Правда, некоторые беспозвоночные, например растениеядные клещи из класса паукообразных, имеющие в условиях закрытого грунта десятки поколений в году, способны при постоянном применении против них одних и тех же ядохимикатов образовывать устойчивые к яду расы путем отбора особей, наследующих такую устойчивость.

Необходимо подчеркнуть, что к понятию "фактор" следует подходить дифференцированно, учитывая, что факторы могут быть как прямого (непосредственного), так и опосредованного действия. Различия между ними состоят в том, что фактор прямого действия можно выразить количественно, в то время как факторы непрямого действия - нет. Например, климат или рельеф могут быть обозначены в основном словесно, но они определяют режимы факторов прямого действия - влажности, длины светового дня, температуры, физико-химических характеристик почвы и др.

Экологи́ческие фа́кторы - свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Например, наличие минеральных веществ, доступ кислорода, влажность почвы, температура почвы, рыхлость почвы. Индифферентные элементы среды, например инертные газы, экологическими факторами не являются.

режимов

По характеру воздействия

• Прямо действующие
• Косвенно действующие
• Условно действующие - влияние элементов экосистемы (биогеоценоза) усиленных или ослабленных действием других экологических факторов

По происхождению

• Абиотические - факторы неживой природы:
  • климатические
  • эдафические (эдафогенные)
  • орографические
  • химические
  • физические : шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения ***** гидрографические : плотность воды, течение, прозрачность и т.д
    • пирогенные : факторы огня[источник не указан 824 дня ] (Одум, 1975, 1986)
• Биотические
  • фитогенные - влияние растений
  • микогенные - влияние грибов
  • зоогенные - влияние животных
  • микробиогенные - влияние микроорганизмов
• Антропогенный (антропический) фактор:
  • В 1912 г. российский ученый проф. Г.Ф.Морозов в своей книге "Учение о лесе" определил воздействие человека на природу в качестве отдельного экологического фактора и разделил его по характеру влияния на природную среду на прямое, косвенное и условное антропогенное воздействие [Морозов,1949].
  • Прямое антропогенное воздействие – непосредственное влияние человека на компоненты экосистемы (биогеоценоза). Это сбор ягод, грибов, вырубка деревьев и т.п.
  • Косвенное антропогенное воздействие – влияние человека через промежуточный уровень. Это изменение уровня грунтовых вод, изменение температурного режима, радиационное загрязнение и т.п.
  • Условное антропогенное воздействие – это воздействие биотических и абиотических факторов, усиленных или ослабленных воздействием человека.
  • В 1981 г. опубликовано определение "Антропогенный фактор [антропогенное воздействие ]- это всякое, связанное как с сознательной, так и с бессознательной жизнедеятельностью человека воздействие на окружающую [природную] среду, ведущее к количественным и качественным изменениям её компонентов [Попа,1981].
  • В 2011 г. опубликована разработанная на примере широколиственных лесов степной зоны шкала антропогенной дигрессии биогеоценозов (экосистем), включающая 12 стадий разрушения природной среды человеком, от состояния условно не нарушенных экосистем до стадии полной потери биогеоценозами жизненных функций [ Попа, 2011].

По расходованию

• Ресурсы
• Условия

По направленности

• Векторизованные
• Многолетние-циклические

• Монодоминантность
• Синергизм
• Антагонизм
• Провокационность

экстремальных значений

Кривая жизнедеятельности многолетнего растения. Однолетние растения не способны переходить в состояние покоя и зона жизни у них совпадает с зоной жизнедеятельности.

пластичность

кривой жизнедеятельности точки и зоны :

• Кардинальные точки :
  • точки минимума и максимума
  • точка оптимума
• Зоны :
  • зона оптимума
  • зоны пессимума
  • зона жизнедеятельности
  • зоны покоя
  • зона жизни

норма реакции

обилие или частота встречаемости

Библиография

• Sahney, S., Benton, M.J. and Ferry, P.A. (2010). «Links between global taxonomic diversity, ecological diversity and the expansion of vertebrates on land» (PDF). Biology Letters 6 (4): 544–547. DOI:10.1098/rsbl.2009.1024. PMID 20106856.
• David L. Hawksworth. Biodiversity and Conservation in Europe. - Springer, 2008. - P. 3390. - ISBN 1402068646..
• Bampton, M. «Anthropogenic Transformation» in Encyclopedia of Environmental Science, D. E. Alexander and R. W. Fairbridge, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands.
• Worm, Boris (2006-11-03). «Impacts of Biodiversity Loss on Ocean Ecosystem Services». Science 314 (5800): 787–790. DOI:10.1126/science.1132294. PMID 17082450.
• Морозов Г.Ф. Учение о лесе. 7-е издание. М.: Гослесбумиздат, 1949. 455 с.
• Попа Ю.Н Антропогенная трансформация лесных биогеоценозов Кодр Молдавии. Автореф. дис. канд. биол. наук:03.00.16 - Экология. Красноярск, 1981. с.6.
• Попа Ю.Н. Восстановление биогеоценозов в антропогенно-трансформированных экотопах в степной зоне: монография. под ред. чл.-кор. НАН Украины, д-ра биол. наук, проф. А. П. Травлеева; Национальный авиационный университет. - Киев: Украинский бестселлер, 2011. - 437 с.

Экологические факторы

Приспособление организмов к среде

Основные среды жизни

Экологические факторы

Организм и среда

Лекция 6. Основы аутэкологии. Организм и среда

Аутэкология изучает взаимоотношения представителей одного вида с окружающей его средой. Опирается на исследование процессов адаптации видов к окружающей среде.(факторальная экология). Экология человека тоже изучает влияние (нормирование) факторов среды, ее экстремальных воздействий на организм.

Окружающий нас живой мир состоит из организмов, которые постоянно воспроизводят себя. Одна тля может за лето оставить более 300 млн. потомков. Заложена способность размножаться беспредельно. Но беспредельного роста численности нет, главный ограничитель- нехватка ресурсов. Для растений – минеральных солей, углекислого газа, воды, света. Для животных – пищи, воды. запасы этих ресурсов сдерживают размножение. Второй ограничитель – влияние различных неблагоприятных условий, замедляющий рост и размножение. Рост растений зависит от погоды. Размножение водных обитателей тормозится низким содержанием кислорода в воде. Кроме того, происходит отсев и гибель уже произведенных зародышей илимолодых особей. Например, не все желуди прорастают. Высокой плодовитостью отличаются виды, у которых очень велика гибель особей в природе.

Организм, испытывая потребность в притоке вещества энергии и информации полностью зависит от среды

Закон – результаты развития организма определяются соотношением его внутренних особенностей и особенностей той среды, в которой он находится.

Эволюционно возникшее приспособление организмов к условиям среды, выражающееся в изменении их внешних и внутренних особенностей – адаптация. Принцип Ле-Шателье: «Эволюция любой системы идёт в направлении снижения потенциальной опасности». Согласно этому принципу, эволюция организма способствует его адаптации к изменяющимся внешним воздействиям.

Экологические факторы – это определённые условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм.

Экологические факторы: 1- абиотические. 2 –биотические. 3- антропогенные.

Абиотические факторы – совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений

Абиотические факторы

физические химические эдафические (почвенные)

Биотические факторы – совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания

Биотические факторы

внутривидовые межвидовые влияние на

взаимодействия взаимодействия абиотические факторы

(содружество)

Комменсализм

(один извлекает пользу)

Аменсализм

(один вид угнетает рост другого)

Антропогенные факторы – факторы, порождённые человеком и воздействующие на окружающую среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т.д.)

Общий характер действия экологических факторов.

В жизненном процессе взаимодействие организмов со средой обитания и её составляющих между собой основано на передаче между элементами системы потоков масс вещества и их соединений, энергий всех видов и информации. В соответствии с законом сохранения жизни Ю. Н. Куражковского: «Жизнь может существовать только в процессе движения через живое тело потоков вещества, энергии и информации».

Взаимодействие организма со средой обитания подчинено следующим законам. Главный закон оптимума (толерантности ). Закон Либиха Выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организм. При отклонении от этих пределов знак воздействия меняется на противоположный.. Например, животные плохо перенося жару и сильные морозы; Засуха и проливные дожди неблагоприятны для урожая. Кривые оптимума какого-либо фактора для разных видов не совпадут. Верблюды и тушканчики не выносят условий северных пустынь, а северные олени и лемминги жарких южных. Ряд видов может жить в узких рамках оптимума, а другие – в широких. Растение недотрога гибнет, если в воздухе нет влаги, с ковыль не погибает даже в засуху. Оптимум и границы выносливости не являются постоянными в течение жизни организма. Оптимум можно сдвинуть (температурная закалка).

В соответствии с правилом оптимума для организма имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. За пределами оптимума лежат зоны угнетения, переходящие в критические точки. Для одних организмов зона оптимума имеет широкий диапазон. Они называются – эврибионты (греч. широкий, жизнь). Организмы с узким диапазоном – стенобионты (узкий).

Диапазон значений факторов (между критическими точками) называют экологической валентностью . Синонимом валентности толерантность.(лат толеранция – терпение), или пластичность (изменчивость) если среда относительно постоянная, малоизменчивая, то в ней больше стенобионтов (например в водной среде). Если среда динамична, например, водно-воздушная – в ней больше шансов на выживание имеют эврибионты. Зона оптимума и экологическая валентность шире у теплокровных животных.

Действие температурного фактора. Если диапазон толерантности лежит в широких пределах (-5; +25), то такие организмы называются –эвритермными, если узкий – стенотермными. Могут быть эвригалинными (соленость)

Рис. 1. Зависимость жизненного потенциала от интенсивности фактора воздействия

1. – зона оптимума (комфорта);

2. – зона допустимой жизнедеятельности;

3. – зона угнетения;

4. – зона гибели.

Толерантность – способность организма переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды.

Зона оптимума с точкой комфорта (точка максимума – жизненного потенциала) – область оптимальной жизнедеятельности.

Зоны допустимой жизнедеятельности – значения допустимых значений фактора воздействия являются областью нормальной жизнедеятельности.

Зоны угнетения – зоны с большими отклонениями фактора от оптимума, при которых организм испытывает угнетение жизнедеятельности.

Зона гибели – пределы толерантности по фактору воздействия совпадают со значениями минимума и максимума фактора, за пределами которых, существование организма не возможно.

Надо учитывать, что одни факторы могут усиливать или смягчать действие других. Избыток тепла может смягчиться пониженной влажностью воздуха.. Закон независимости факторов В. Р. Вильямса: «Условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменён другим»

2-й закон – лимитирующего фактора. Наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных значений. Фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек) отрицательно влияет на организм. Лимитирующие факторы определяют границы распространения видов – ареал. От них зависит продуктивность организмов и сообществ.

Правило ограничивающего фактора в агрономии. Если в почве минеральных солей не хватает фосфора 50%, кальция 20%, урожай будет в 5 раз меньше. Если внести кальций – урожай 59%.

Человек своей деятельностью часто нарушает все закономерности действия факторов- разрушение местообитания, нарушение режима водного и минерального питания.

Закон оптимума и лимитирующего фактора можно выразить одним закономЗакон толерантности В. Шелфорда: «Лимитирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (предел толерантности) организма к заданному фактору»

Экологические факторы это:

Экологические факторы

Экологи́ческие фа́кторы - свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Индифферентные элементы среды, например, инертные газы, экологическими факторами не являются.

Экологические факторы отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер.

Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных организмов (большинство растений и фотосинтезирующие бактерии), а в жизни гетеротрофных организмов (грибы, животные, значительная часть микроорганизмов) свет не оказывает заметного влияния на жизнедеятельность.

Экологические факторы могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфо-анатомические и физиологические изменения организмов.

Организмы испытывают воздействие не статичных неизменных факторов, а их режимов - последовательности изменений за определённое время.

Классификации экологических факторов

По характеру воздействия

• Прямо действующие - непосредственно влияющие на организм, главным образом на обмен веществ
• Косвенно действующие - влияющие опосредованно, через изменение прямо действующих факторов (рельеф, экспозиция, высота над уровнем моря и др.)

По происхождению

• Абиотические - факторы неживой природы:
  • климатические : годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха
  • эдафические (эдафогенные) : механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы
  • орографические : рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона
  • химические : газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность
  • физические : шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения
• Биотические - связанные с деятельностью живых организмов:
  • фитогенные - влияние растений
  • микогенные - влияние грибов
  • зоогенные - влияние животных
  • микробиогенные - влияние микроорганизмов
• :
  • физические : использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации
  • химические : использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта
  • биологические : продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания
  • социальные - связанные с отношениями людей и жизнью в обществе

По расходованию

• Ресурсы - элементы среды, которые организм потребляет, уменьшая их запас в среде (вода, CO 2 , O 2 , свет)
• Условия - не расходуемые организмом элементы среды (температура, движение воздуха, кислотность почвы)

По направленности

• Векторизованные - направленно изменяющиеся факторы: заболачивание, засоление почвы
• Многолетние-циклические - с чередованием многолетних периодов усиления и ослабления фактора, например изменение климата в связи с 11-летним солнечным циклом
• Осцилляторные (импульсные, флуктуационные) - колебания в обе стороны от некоего среднего значения (суточные колебания температуры воздуха, изменение среднемесячной суммы осадков в течение года)

Действие экологических факторов на организм

Факторы среды воздействуют на организм не по отдельности, а в комплексе, соответственно, любая реакция организма является многофакторно обусловленной. При этом интегральное влияние факторов не равно сумме влияний отдельных факторов, так как между ними происходят различного рода взаимодействия, которые можно подразделить на четыре основных типа:

• Монодоминантность - один из факторов подавляет действие остальных и его величина имеет определяющее значение для организма. Так, полное отсутствие, либо нахождение в почве элементов минерального питания в резком недостатке или избытке препятствуют нормальному усвоению растениями прочих элементов.
• Синергизм - взаимное усиление нескольких факторов, обусловленное положительной обратной связью. Например, влажность почвы, содержание в ней нитратов и освещённость при улучшении обеспечения любым из них повышают эффект воздействия двух других.
• Антагонизм - взаимное гашение нескольких факторов, обусловленное обратной отрицательной связью: увеличение популяции саранчи способствует уменьшению пищевых ресурсов и её популяция сокращается.
• Провокационность - сочетание положительных и отрицательных для организма воздействий, при этом влияние вторых усилено влиянием первых. Так, чем раньше наступает оттепель, тем сильнее растения страдают от последующих заморозков.

Влияние факторов также зависит от природы и текущего состояния организма, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие как на разные виды, так и на один организм на разных этапах онтогенеза: низкая влажность губительна для гидрофитов, но безвредна для ксерофитов; низкие температуры без вреда переносятся взрослыми хвойными умеренного пояса, но опасны для молодых растений.

Факторы могут частично замещать друг друга: при ослаблении освещённости интенсивность фотосинтеза не изменится, если увеличить концентрацию углекислого газа в воздухе, что обычно и происходит в теплицах.

Результат воздействия факторов зависит от продолжительности и повторяемости действия их экстремальных значений на протяжении всей жизни организма и его потомков: непродолжительные воздействия могут и не иметь никаких последствий, тогда как продолжительные через механизм естественного отбора ведут к качественным изменениям.

Реакция организма на изменение экологических факторов

Кривая жизнедеятельности многолетнего растения. Однолетние растения не способны переходить в состояние покоя и зона жизни у них совпадает с зоной жизнедеятельности.
Примечание: 1 - точка оптимума, 2 - точки минимума и максимума, 3 - летальные точки

Организмам, особенно ведущим прикреплённый, как растения, или малоподвижный образ жизни, свойственна пластичность - способность существовать в более или менее широких диапазонах значений экологических факторов. Однако при различных значениях фактора организм ведёт себя неодинаково.

Соответственно выделяют такое его значение, при котором организм будет находиться в наиболее комфортном состоянии - быстро расти, размножаться, проявлять конкурентные способности. По мере увеличения или уменьшения значения фактора относительно наиболее благоприятного, организм начинает испытывать угнетение, что проявляется в ослаблении его жизненных функций и при экстремальных значениях фактора может привести к гибели.

Графически подобная реакция организма на изменение значений фактора изображается в виде кривой жизнедеятельности (экологической кривой), при анализе которой можно выделить некоторые точки и зоны :

• Кардинальные точки :
  • точки минимума и максимума - крайние значения фактора, при которых возможна жизнедеятельность организма
  • точка оптимума - наиболее благоприятное значение фактора
• Зоны :
  • зона оптимума - ограничивает диапазон наиболее благоприятных значений фактора
  • зоны пессимума (верхнего и нижнего) - диапазоны значений фактора, в которых организм испытывает сильное угнетение
  • зона жизнедеятельности - диапазон значений фактора, в котором он активно проявляет свои жизненные функции
  • зоны покоя (верхнего и нижнего) - крайне неблагоприятные значения фактора, при которых организм остаётся живым, но переходит в состояние покоя
  • зона жизни - диапазон значений фактора, в котором организм остаётся живым

За границами зоны жизни располагаются летальные значения фактора, при которых организм не способен существовать.

Изменения, происходящие с организмом в пределах диапазона пластичности, всегда являются фенотипическими, при этом в генотипе кодируется лишь мера возможных изменений - норма реакции , которая и определяет степень пластичности организма.

На основе индивидуальной кривой жизнедеятельности можно прогнозировать и видовую. Однако, так как вид представляет собой сложную надорганизменную систему, состоящую из множества популяций, расселённых по различным местообитаниям с неодинаковыми условиями среды, при оценке его экологии пользуются обобщёнными данными не по отдельным особям, а по целым популяциям. На градиенте фактора откладываются обобщённые классы его значений, представляющие определённые типы местообитаний, а в качестве экологических реакций чаще всего рассматриваются обилие или частота встречаемости вида. При этом следует говорить уже не о кривой жизнедеятельности, а о кривой распределения обилий или частот.

Раздел 1.Теоретические аспекти экологии

Тема 1.1. Аутоэкология (факториальная экология)

Аутоэкология – раздел экологии, изучающий взаимоотношения организма с окружающей средой. Этот раздел посвяшен изучению видовых особенностей реагирования животных и растительных организмов на факторы среды и образа жизни вида.

В рамках данной темы мы с вами сегодня и рассмотрим следующие вопросы

Основные среды существования организмов

Закономерности влияния экологических факторов на живые организмы

Экологические факторы и их классификация

Понятие «среда обитания» отличается от понятия «условия существования» - совокупность жизненно необходимых факторов среды, без которых живые организмы не могут существовать (свет, тепло, влага, воздух, почва). Другие факторы среды хотя и оказывают существенное влияние на организмы, но не являются для них жизненно необходимыми (например, ветер, естественное и искусственное ионизирующее излучение, атмосферное электричество и др.).

2 . Любой организм может существовать лишь в определенном температурном интервале. Когда температура среды слишком низка или слишком высока, организм погибает. Там, где температура близка к крайним значениям, представители данного вида встречаются редко, но по мере того как температура приближается к среднему значению, оптимальному для них, их число увеличивается. Эта закономерность справедлива для любого другого фактора , влияющего на течение тех или иных жизненных процессов (влажность, сила ветра, скорость течения и т. д.).

Если нарисовать на графике кривую, характеризующую скорость того или иного процесса (дыхания, движения, питания и др.) в зависимости от одного из факторов внешней среды (конечно, при условии, что этот фактор оказывает влияние на основные жизненные процессы), то эта кривая почти всегда будет иметь форму колокола (рис. 1). Подобные кривые, называют кривыми толерантности (от лат. tolerahtia - терпение). Положение их вершины указывает на условия, оптимальные для данного процесса. Для некоторых видов характерны кривые с очень острыми пиками; это означает, что диапазон оптимальных для них условий очень узок. Плавные кривые соответствуют широкому диапазону толерантности, т. е. устойчивости к данному фактору.

Организмы с широкими границами устойчивости ко многим факторам, конечно, имеют шансы на более широкое распространение.

У широко распространенных видов популяции , обитающие в климатически разных зонах, часто оказываются наилучшим образом приспособленными именно к условиям данной местности. Это связано с их способностью образовывать локальные формы, или экотипы, характеризующиеся различными границами стойкости к температуре, свету или другим факторам.

В качестве примера рассмотрим экотипы одного из видов медуз. Как вы знаете, медузы передвигаются в воде подобно ракете - при помощи ритмических сокращений мышц , выталкивающих воду из центральной полости. Оптимальная скорость пульсации - 15-20 сокращений в минуту. Особи одного из видов медуз, обитающего в северных широтах, передвигаются с такой же скоростью, как и медузы того же вида в южных широтах, хотя температура воды на севере может быть на 20 С ниже. Это означает, что и та и другая формы медуз смогли наилучшим образом приспособиться к местным условиям.

Закон минимума .

Интенсивность тех или иных биологических процессов часто оказывается чувствительной к двум и большему числу факторов окружающей среды. В этом случае решающее значение будет принадлежать тому из них, который имеется в минимальном с точки зрения потребностей организма количестве. Это простое правило впервые было сформулировано основоположником науки о минеральных удобрениях немецким химиком и агрохимиком Юстусом Либихом (1803-1873) и получило название закона минимума . Ю. Либих обнаружил, что урожай растений может ограничиваться одним - любым - из основных элементов питания, если только этого элемента не хватает в почве.

Разные факторы среды могут взаимодействовать, т. е. нехватка одного вещества может приводить к дефициту в других веществах. Например, недостаток влаги в почве ограничивает поступление в растения всех остальных веществ, необходимых для их питания. Поэтому в целом закон минимума можно сформулировать следующим образом : успешное выживание живых организмов зависит от комплекса условий; ограничивающим, или лимитирующим, фактором является любое состояние среды, приближающееся или выходящее за границу устойчивости для. организмов данного вида.

Экологические факторы. Элементы окружающей среды, которые вызывают у живых организмов и их сообществ приспособительные реакции (адаптации), называются экологическими факторами.

По происхождению и характеру действия экологические факторы классифицируются:абиотические (элементы неорганической, или неживой, природы); биотические (формы воздействия живых существ друг на друга); антропогенные (все формы деятельности человека, оказывающие влияние на живую природу).

Абиотические факторы делятся: на физические , или климатические (свет, температура воздуха и воды, влажность воздуха и почвы,ветер); эдафические, или почвенно-грунтовые (механический состав почв, их химические и физические свойства); топографические, или орографические (особенности рельефа местности); химические

Антропогенные (антропические) факторы - это все формы деятельности человеческого общества, изменяющие природу как среду обитания живых организмов или непосредственно влияющие на их жизнь. Выделение антропогенных факторов в отдельную группу обусловлено тем, что в настоящее время судьба растительного покрова Земли и всех ныне существующих видов организмов практически находится в руках человеческого общества.

Экологические факторы действуют на организмы по-разному. Они могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы,

/ экология 1лекция

Лекция 1

ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ

Предмет, задачи и методы экологии

Среда обитания и условия существования организмов

Экологические факторы

Закономерности действия экологических факторов на организм

Взаимодействие экологических факторов

Влияние основных абиотических факторов на живые организмы

Биотическая среда.

Трофическая (пищевая) цепь

Формы биотических отношений.

Круговороты энергии в экосистемах

Предмет, задачи и методы экологии .Экология (греч, oikos - жилище, местопребывание, logos - наука) - биологическая наука о взаимоотношениях между живыми организмами и ареалами их обитания. Этот термин был предложен в 1866 г . немецким зоологом Эрнстом Геккелем .

Ареал (лат. area - площадь, пространство) - часть поверхности суши или акватории, в пределах которой распространены и проходят полный цикл своего развития особи данного вида (роды, семейства или определенного типа сообщества).

Объектами экологии являются преимущественно системы выше уровня организмов, т. е. изучение организации и функционирования надорганизменных систем: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы в целом. Другими словами, главным объектом изучения в экологии являются экосистемы, т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания.

Популяция - (лат. populus - народ, население). группировка особей одного вида, в течение длительного времени населяющие определенную часть ареала, свободно скрещивающиеся и относительно обособленные от других, совокупностей того же вида, называются популяцией

Вид - группа организмов, которые обладают общими признаками в строении тела, физиологии и способах взаимоотношения со средой, способных скрещиваться между собой с образованием плодовитого потомства, но не способных это делать с организмами других видов.

Биоценоз - совокупность организмов, населяющих экосистему, взаимосвязанных между собой обменом веществ, энергии и информации.

Биогеоценоз - экосистема

Биосфера ,согласно определения В.И.Вернадского, это среда нашей жизни, это та "природа" которая нас окружает.

Биосферная компонента города включает в себя, помимо человека, все виды зеленых насаждений, городские популяции животных. (голуби, воробьи, вороны, галки, водоплавающие птицы, зимующие на проталинах водных объектов, крысы и мыши, "одомашненные" насекомые, такие как мухи комары, блохи и тараканы, клопы, наконец, микробное и вирусное население многоэтажных зданий и городских квартир).

Главная теоретическая и практическая задача экологии - раскрыть общие закономерности организации жизни и на этой основе разработать принципы рационального использования природных ресурсов в условиях все возрастающего влияния человека на биосферу.

Важнейшая проблема современности взаимодействие человеческого общества и природы, поскольку положение, которое складывается в отношениях человека с природой, часто становится критическим. Исчерпываются запасы пресной воды и полезных ископаемых (нефти, газа, цветных металлов и др.), ухудшается состояние почв, водного и воздушного бассейнов, происходит опустынивание огромных территорий, усложняется борьба с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур.

Антропогенные изменения затронули практически все экосистемы планеты, газовый состав атмосферы, энергетический баланс Земли. Это означает, что деятельность человека вступила в противоречие с природой , в результате чего во многих районах мира нарушилось ее динамическое равновесие .

Для решения этих глобальных проблем и прежде всего проблемы интенсификации и рационального использования, сохранения и воспроизводства ресурсов биосферы экология объединяет в научном поиске усилия всех специалистов в биологии. В круг проблем экологии включены также вопросы экологического воспитания и просвещения , морально-этические, философские и даже правовые вопросы . Следовательно, экология становится наукой не только биологической , но и социальной.

Методы экологии подразделяются: на

полевые (изучение жизни организмов и их сообществ в естественных условиях, т. е длительное наблюдение в природе с помощью различной аппаратуры) и

экспериментальные (эксперименты в стационарных лабораториях, где имеется возможность не только варьировать, но и строго контролировать влияние на живые организмы любых факторов по заданной программе).

При этом экологи оперируют не только биологическими, но и современными физическими и химическими методами , используют моделирование биологических явлений , т. е. воспроизведение в искусственных экосистемах различных процессов, происходящих в живой природе. Посредством моделирования можно изучить поведение любой системы с целью оценки возможных последствий применения различных стратегий и методов управления ресурсами, т е. для экологического прогнозирования.

Для изучения и прогнозирования природных процессов широко используется также метод математического моделирования . Такие модели экосистем строятся на основе многочисленных сведений, накопленных в полевых и лабораторных условиях.

При этом правильно построенные математические модели помогают увидеть то, что трудно или невозможно проверить в эксперименте. Сочетание полевых и экспериментальных методов исследования позволяет экологу выяснить все аспекты взаимоотношений между живыми организмами и многочисленными факторами окружающей среды, что позволит не только восстановить динамическое равновесие природы, но и управлять экосистемами.

Среда обитания и условия существования организмов . Часть природы (совокупность конкретных абиотических и биотических условий), непосредственно окружающая живые организмы и оказывающая прямое или косвенное влияние на их состояние, рост, развитие, размножение, выживаемость называется средой обитания .

От понятия «среда обитания » следует отличать понятие «условия существования » - это совокупность жизненно необходимых факторов среды, без которых живые организмы не могут существовать (свет, тепло, влага, воздух, почва). В отличие от них другие факторы среды хотя и оказывают существенное влияние на организмы, но не являются для них жизненно необходимыми (например, ветер, естественное и искусственное ионизирующее излучение, атмосферное электричество и др.).

Экологические факторы - это элементы окружающей среды, которые вызывают у живых организмов и их сообществ приспособительные реакции (адаптации).

По происхождению и характеру действия экологические факторы подразделяются на абиотические (элементы неорганической, или неживой, природы), биотические (формы воздействия живых существ друг на друга) и антропогенные (все формы деятельности человека, оказывающие влияние на живую природу).

Абиотические факторы делят на физические , или климатические (свет, температура воздуха и волы, влажность воздуха и почвы, ветер), эдафические , или почвенно-грунтовые (механический состав почв, их химические и физические свойства), топографические, или орографические (особенности рельефа местности), химические (соленость воды, газовый состав воды и воздуха, рН почвы и воды и др.).

Антропогенные (антропические) факторы - это все формы деятельности человеческого общества, изменяющие природу как среду обитания живых организмов или непосредственно влияющие на их жизнь . Выделение антропогенных факторов в отдельную группу обусловлено тем, что в настоящее время судьба растительного покрова Земли и всех ныне существующих видов организмов практически находится в руках человеческого общества.

Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных растений , а в жизни гетеротрофных организмов (грибов и водных животных) свет не оказывает заметного влияния на их жизнедеятельность.

Экологические факторы действуют на организмы по-разному . Они могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители , обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфологические и анатомические изменения организмов.

Закономерности действия экологических факторов на организм . Реакция организмов на влияние абиотических факторов. Воздействие экологических факторов на живой организм весьма многообразно. Одни факторы оказывают более сильное влияние, другие действуют слабее; одни влияют на все стороны жизни, другие - на определенный жизненный процесс. Тем не менее в характере их воздействия на организм и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей, которые укладываются в некоторую общую схему действия экологического фактора на жизнедеятельность организма. Диапазон действия экологического фактора ограничен соответствующими крайними пороговыми значениями (точки минимума и максимума), при которых еще возможно существование организма. Эти точки называются нижним и верхним пределами выносливости (толерантности) живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

Наилучшим показателям жизнедеятельности организма - это точка оптимума . Для большинства организмов определить оптимальное значение фактора с достаточной точностью зачастую трудно, поэтому принято говорить о зоне оптимума .

Крайние состояния угнетения организмов при резком недостатке илиизбытке фактора , называют областями пессимума или стресса . Вблизи критических точек лежат сублетальные величины фактора , а за пределами зоны выживания - летальные.

Подобная закономерность реакции организмов на воздействие экологических факторов позволяет рассматривать ее как фундаментальный биологический принцип: для каждого вида растений и животных существует оптимум, зона нормальной жизнедеятельности, пессимальные зоны и пределы выносливости по отношению к каждому фактору среды (рис. 1)

7 6 2 1 3 5 8

1- точка оптимума;2-3 - зона оптимума; 3-5 - 2-6 - пределы выносливости (толерантности); 5,8 - 6,7 - крайние состояния угнетения организмов - области пессимума или стресса.

Разные виды живых организмов заметно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по пределам выносливости. Например, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне около 80°С (от +30 до -55°С), некоторые тепловодные рачки выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6°С (от 23 до 29°С) Нитчатая цианобактерия осциллатория, живущая на острове Ява в воде с температурой 64°С, погибает при 68°С уже через 5-10 мин.

Организмы , для существования которых необходимы строго определенные, относительно постоянные условия среды , называют стенобионтными (греч. Stenos - узкий, bion - живущий), а те, которые живут в широком диапазоне изменчивости условий среды , - эврибионтными (греч. eurys - широкий). При этом организмы одного и того же вида могут иметь узкую амплитуду по отношению к одному фактору и широкую - к другому (например, приспособленность к узкому диапазону температур и широкому диапазону солености воды). Кроме того, одна и та же доза фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной для другого и выходить за пределы выносливости для третьего.

Способность организмов адаптироваться к определенному диапазону изменчивости факторов среды называют экологической пластичностью . Эта особенность является одним из важнейших свойств всего живого: регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с изменениями условий среды, организмы приобретают возможность выживать и оставлять потомство. Эврибионтные организмы являются экологически наиболее пластичными , что обеспечивает их широкое распространение , а стенобионтные, напротив, отличаются слабой экологической пластичностью и, как следствие, обычно имеют ограниченные ареалы распространения .

Взаимодействие экологических факторов . Экологические факторы воздействуют на живой организм совместно и одновременно . При этом действие одного фактора зависит от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействие факторов . Например, жару или мороз легче переносить при сухом, а не при влажном воздухе. Скорость испарения воды листьями растений (транспирация) значительно выше, если температура воздуха высокая, а погода ветреная.

Однако, если значение хотя бы одного из жизненно необходимых экологических факторов приближается к критической величине или выходит за ее пределы (ниже минимума или выше максимума), то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий , особям грозит гибель . Такие факторы называются ограничивающими (лимитирующими).

Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида. Так, продвижение вида на север может лимитироваться недостатком тепла, а в районы пустынь и сухих степей - недостатком влаги или слишком высокими температурами. Фактором, ограничивающим распространение организмов, могут служить и биотические отношения, например занятость территории более сильным конкурентом или недостаток опылителей для цветковых растений. Выявление ограничивающих факторов и устранение их действия, т. е. оптимизация среды обитания живых организмов, составляет важную практическую цель в повышении урожайности сельскохозяйственных культури продуктивности домашних животных.

Влияние основных абиотических факторов на живые организмы . Характеристика света как экологического фактора . Живая природа не может существовать без света, так как солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, является практически единственным источником энергии для поддержания теплового баланса планеты, создания органических веществ фототрофными организмами биосферы, что в итоге обеспечивает формирование среды, способной удовлетворить жизненные потребности всех живых существ.

Биологическое действие солнечного света зависит от его спектрального состава, продолжительности, интенсивности, суточной и сезонной периодичности.

Солнечная радиация представляет собой электромагнитное излучение в широком диапазоне волн, составляющих непрерывный спектр от 290 до 3 000 нм.

Ультрафиолетовые лучи (УФЛ) короче 290 нм, губительные для живых организмов, поглощаются слоем озона и до Земли не доходят.

Земли достигают главным образом инфракрасные (около 50% суммарной радиации) и видимые (45%) лучи спектра . На долю УФЛ, имеющих длину волны 290-380 нм, приходится 5% лучистой энергии. Длинноволновые УФЛ, обладающие большой энергией фотонов, отличаются высокой химической активностью. В небольших дозах они оказывают мощное бактерицидное действие, способствуют синтезу у растений некоторых витаминов, пигментов, а у животных и человека - витамина D; кроме того, у человека они вызывают загар, который является защитной реакцией кожи. Инфракрасные лучи длиной волны более 710 нм оказывают тепловое действие.

В экологическом отношении наибольшую важность представляет видимая область спектра (390-710 нм), или фотосинтетически активная радиация (ФАР), которая поглощается пигментами хлоропластов и тем самым имеет решающее значение в жизни растений. Видимый свет нужен зеленым растениям для образования хлорофилла, формирования структуры хлоропластов; он регулирует работу устьичного аппарата, влияет на газообмен и транспирацию, стимулирует биосинтез белков и нуклеиновых кислот, повышает активности ряда светочувствительных ферментов. Свет влияет также на деление и растяжение клеток, ростовые процессы и на развитие растений, определяет сроки цветения и плодоношения, оказывает формообразующее воздействие.

Световые условия на нашей планете чрезвычайно велики: от таких сильно освещенных территорий, как высокогорья, пустыни, степи, до сумеречного освещения в водных глубинах и пещерах.

Реакция организмов на суточный ритм освещения, выражающаяся в изменении процессов траста и развития, называется фотопериодизмом . Регулярность и неизменная повторяемость из года в год данного явления позволяла организмам в ходе эволюции согласовывать свои важнейшие жизненные процессы с ритмом этих временных интервалов. Под фотопериодическим контролем находятся практически все метаболические процессы, связанные с ростом, развитием, жизнедеятельностью и размножением растений и животных.

Фотопериодическая реакция свойственна как растениям, так и животным .

Сезонная ритмика у животных наиболее ярко проявляется в смене оперения у птиц и шерсти у млекопитающих, периодичности размножения и миграции, зимних спячках некоторых животных и т. д.

Биологические ритмы характерны и для человека . Суточные ритмы выражаются в чередовании сна и бодрствования, колебаниях температуры тела в пределах 0,7-0,8° С (на рассвете она понижается, к полудню повышается, вечером достигает максимума, а затем снова понижается, особенна быстро после того, как человек заснет), циклах деятельности сердца и почек и т. д.

Живые организмы способны ориентироваться во времени, т. е. они обладают биологическими часами. Другими словами, для многих организмов характерна способность ощущать суточные, приливные, лунные и годичные циклы, что позволяет им заранее готовиться к предстоящим изменениям среды.

Температурные пределы жизни . Необходимость тепла для существования организмов обусловлена прежде всего тем, что все процессы жизнедеятельности возможны лишь на определенном тепловом фоне, определяемом количеством тепла и продолжительностью его действия. От температуры окружающей среды зависит температура организмов и, как следствие, скорость и характер протекания всех химических реакций, составляющих обмен веществ.

Границами существования жизни являются температурные условия, при которых не происходит денатурации белков, необратимого изменения коллоидных свойств цитоплазмы, нарушения активности ферментов, дыхания. Для большинства организмов этот диапазон температур составляет от 0 до +500. Однако ряд организмов обладает специализированными ферментными системами и приспособлен к активному существованию при температурах, выходящих за указанные пределы.

Виды, оптимальные условия жизнедеятельности которых приурочены к области высоких значений температур, относят к экологической группе термофилов (бактерии, населяющие термальные источники Камчатки с температурой воды 85-93°С, несколько видов зеленых водорослей, накипные лишайники, семена пустынных растений, находящиеся в верхнем раскаленном слое почвы. Температурный предел представителей животного мира обычно не превышает +55-58° С (раковинные амебы, нематоды, клещи, некоторые ракообразные, личинки многих двукрылых).

Растения и животные, сохраняющие активность при температуре от 0 до -8°С. относятся к экологической группе криофилов (греч. Kryos -холод, лед). Криофилия характерна для многих бактерии, грибов, лишайников, членистоногих и других существ, обитающих в тундрах, арктических и антарктических пустынях, в высокогорьях, холодных полярных водах и т. п.

Представители большинства видов живых организмов не обладают способностью активной терморегуляции своего тела. Их активность зависит, прежде всего, от тепла, поступающего извне, а температура тела - от величины температуры окружающей среды. Такие организмы называют пойкилотермными (эктотермными). Пойкилотермия свойственна всем микроорганизмам, растениям, беспозвоночным и большей части хордовых.

Только у птиц и млекопитающих тепло, вырабатываемое в процессе интенсивного обмена веществ, служит достаточно надежным источником повышения температуры тела и поддержания ее на постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Этому способствует хорошая тепловая изоляция, создаваемая шерстным покровом, плотным оперением, толстым слоем подкожной жировой ткани. Такие организмы называют гомойотермними (эндотермными, или теплокровными). Свойство эндотермности позволяет многим видам животных (белым медведям, ластоногим, пингвинам и др.) вести активный образ жизни при низких температурах .

Частный случай гомойотермии - гетеротермия - свойственна животным, впадающим в неблагоприятный период года в спячку или временное оцепенение (суслики, ежи, летучие мыши, сони и др.). В активном состоянии они поддерживают высокую температуру тела , а в случае низкой активности организма - пониженную , что сопровождается замедлением процессов обмена веществ и, как следствие, низкой теплоотдачей.

Экологическая роль волы. Вода является необходимым условием существования всех живых организмов на Земле. Значение воды в процессах жизнедеятельности определяется тем, что она является основной средой в клетке, где осуществляются процессы метаболизма, служит важнейшим исходным, промежуточным или конечным продуктом биохимических реакций.

При изучении экологической роли воды учитывается не только количество выпадающих осадков , но и соотношение их величины и испаряемости . Области, в которых испарение превышает годовую величину суммы осадков, называются аридными (сухими, засушливыми). В гумидных (влажных) областях растения обеспечены водой в достаточной мере.

Высшие наземные растения, ведущие прикрепленный образ жизни, в большей степени, чем животные, зависят от обеспеченности субстрата и воздуха влагой. Различают три основных группы растений:

Гигрофиты - растения избыточно увлажненных местообитаний с высокой влажностью воздуха и почвы. Наиболее типичные гигрофиты-травянистые растения и эпифиты влажных тропических лесов и нижних ярусов сырых лесов в разных климатических зонах. которые культурные растения.

Ксерофиты - растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху, оставаясь физиологически активными. Это растения пустынь, сухих степей, саванн, сухих субтропиков, песчаных дюн и сухих, сильно нагреваемых склонов.

К группе ксерофитов относятся суккуленты - растения с сочными мясистыми листьями или стеблями, содержащими сильно развитую водоносную ткань. Различают листовые суккуленты (агавы, алоэ, молодило, очитки) и стеблевые, у которых листья редуцированы, а надземные части представлены мясистыми стеблями (кактусы, некоторые молочаи, стапелии и др.)..

Суккуленты приурочены главным образом к засушливым зонам Центральной Америки, Южной Африки, Средиземноморья.

Мезофиты занимают промежуточное положение между гигрофитами и ксерофитами. Они распространены в умеренно влажных зонах с умеренно теплым режимом и достаточно хорошей обеспеченностью минеральным питанием. К мезофитам относятся растения лугов, травянистого покрова лесов, лиственные деревья и кустарники из областей умеренно влажного климата, а также большинство культурных растений и сорняки. Для мезофитов характерна высокая экологическая пластичность, позволяющая им адаптироваться к меняющимся условиям внешней среды.

Адаптации животных к водному режиму . Способы регуляции водного баланса у животных разнообразнее, чем у растений. Их можно разделить на поведенческие, морфологические и физиологические.

К числу поведенческих приспособлений относятся поиски водоемов, выбор мест обитания, рытье нор и т. д. В норах влажность воздуха приближается к 100%, что снижает испарение через покровы, экономит влагу в организме.

К морфологическим способам поддержания нормального водного баланса относятся образования, способствующие задержанию воды в теле; это раковины наземных моллюсков, отсутствие кожных желез и ороговение покровов пресмыкающихся, хитинизированная кутикула насекомых и др.

Физиологические приспособления регуляции водного обмена можно разделить на три группы:

1) способность ряда видов к образованию метаболической воды и довольствованию влагой, поступающей с пищей (многие насекомые, мелкие пустынные грызуны);