что называют экологическими факторами
Экологические факторы
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.
Связанные понятия
Абиоти́ческий фа́ктор (др.-греч. α — отрицание, βίος — жизнь) — совокупность прямых или косвенных воздействий неорганической среды на живые организмы; подразделяется на физический (климат, орография), химический (состав атмосферы, воды, почвы). Приспособление растений и животных к жаре, холоду, атмосферному давлению, подводной глубине, зимняя или летняя спячка некоторых животных и прочее связано с абиотическими факторами.
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
Речная экосистема — экосистема, работающая в природной среде и включающая в себя биотические взаимодействия среди растений, животных и микроорганизмов, а также абиотические физические и химические взаимодействия.Речные экосистемы являются яркими примерами проточных (lotic) экосистем. Lotic относится к проточной воде, от лат. lotus, что означает «промывание». Под проточной водой можно понимать водные объекты в диапазоне от ручья в несколько сантиметров в ширину до главных рек в несколько километров.
В структуре наземных биоценозов значительную роль играет почвенная микрофлора. Микроорганизмы способствуют разложению мертвых органических веществ до минеральных, т. е. участвуют в процессе, без которого нормальное существование биоценозов было бы невозможным.
Аллопатрия (от др. греч. allos, «другой» и patris, «родина») или аллопатрическое, географическое видообразование — один из способов видообразования, при котором репродуктивный барьер между видами формируется на основе пространственной изоляции.
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.
Содержание
Классификации экологических факторов
По характеру воздействия
По происхождению
По расходованию
По направленности
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:
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
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:
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.
Экологический фактор
Экологический фактор
Экологический фактор — условие среды обитания, оказывающее воздействие на организм. Среда включает в себя все тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях.
экологических факторов — температура, влажность, ветер, конкуренты и т. д. — отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно варьируется 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 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.
Классификация экологических факторов
Принято выделять биотические, антропогенные и абиотические экологические факторы.
Часто встречающаяся классификация экологических факторов (факторов среды)
ПО ВРЕМЕНИ: эволюционный, исторический, действующий
ПО ПЕРИОДИЧНОСТИ: периодический, непериодический
ПО ОЧЕРЕДНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ: первичный, вторичный
ПО ПРОИСХОЖДЕНИЮ: космический, абиотический (он же абиогенный), биогенный, биологический, биотический, природно-антропогенный, антропогенный (в том числе техногенный, загрязнения среды), антропический (в том числе беспокойства)
ПО СРЕДЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ: атмосферный, водный (он же влажности), гео-морфологический, эдафический, физиологиче-ский, генетический, популяционный, биоценотический, экосистемный, биосферный
ПО ХАРАКТЕРУ: вещественно-энергетический, физический (геофизический, термический), биогенный (он же биотический), информационный, химический (солености, кислотности), комплексный (экологический, эволюции, системообразующий, географический, климатический)
ПО ОБЪЕКТУ: индивидуальный, групповой (социальный, этологический, социально-экономический, соци-ально-психологический, видовой (в том числе человеческий, жизни общества)
ПО УСЛОВИЯМ СРЕДЫ: зависящий от плотности, не зависящий от плотности
ПО СТЕПЕНИ ВОЗДЕЙСТВИЯ: летальный, экстремальный, лимитирующий, беспокоящий, мутагенный, тератогенный; канцерогенный
ПО СПЕКТРУ ВОЗДЕЙСТВИЯ: избирательный, общего действия
Факторы экологии
Вы будете перенаправлены на Автор24
Классификация
Основные элементы среды, которые воздействуют на живые организмы, называют факторами экологии или экологическими факторами.
Все экологические факторы условно можно разделить на три группы.
В первую группу абиотических факторов входят те явления неживой природы, которые могут прямо или косвенно воздействовать на живые организмы. Среди всех абиотических факторов, особенно выделяют:
Ко второй группе относятся биотические факторы, то есть живые организмы, воздействующие на среду. Биотические факторы действуют на среду не только прямо, но и косвенно, например, изменяют состав почвы. Среди биотических факторов выделяют:
Последняя группа факторов – антропогенные. Воздействие человека может быть непосредственным (в том случае, если человек направленно изменяет живую среду) или опосредованным (в том случае, если воздействие на среду происходит в результате хозяйственной деятельности человека). Сюда относятся все формы взаимодействия человека с живой природой от охоты и собирательства, до загрязнения среды отходами производства.
Характеристика экологических факторов
Как экологические факторы воздействуют на организм? Стоит отметить, что экологическим фактором называют только тот фактор, который вызывает какие-либо приспособительные физиологические реакции в организме. Эти изменения имеют способность генетически закрепляться в ряду поколений. Как уже было сказано выше, экологические факторы делятся на абиотические, биотические и антропогенные.
Абиотические факторы принято подразделять на физические, химические и эдафические.
Готовые работы на аналогичную тему
Физические факторы – факторы, в формировании которых участвует физическое явление, например, температура, свет, влажность.
Химические факторы – факторы, основой которых является химический состав среды. Это может быть соленость воды или уровень кислорода.
Эдафические (почвенные) факторы – это совокупность всех физических и химических качеств почвы или горной породы, оказывающих действие на животных и растения.
Биотические факторы представляют собой внутривидовые и межвидовые отношения организмов, антропогенные факторы – это отношения человека с природной средой.
Существует также понятие «лимитирующий фактор». Лимитирующим фактором называют фактор, который ограничивает развитие организма из-за избытка или недостатка питательных веществ в сравнении с оптимальным содержанием.
Таким образом, при выращивании растений можно выяснить точку оптимума – температуру, при которой наблюдается максимальный рост. При этом размах температур, при которых способность к росту сохраняется, называют диапазоном толерантности (устойчивости). Точки, находящиеся на границах этого диапазона называют пределом устойчивости. Как только температура перешагнет предел, растение погибнет.
Точку оптимума и пределы выносливости можно определить для каждого из факторов среды. Если неблагоприятные факторы среды воздействуют на организм в течение длительного времени, то организм начинает вырабатывать адаптивные приспособления.
Адаптации могут происходить на морфологическом уровне, когда строение организма меняется настолько, что это может привести к образованию нового вида, и на физиологическом, когда адаптации влияют на функционирование организма. К морфологическим адаптациям можно также отнести способность животных менять окраску в зависимости от условий среды. Ярким примером физиологической адаптации является зимняя спячка или перелет птиц.
Значимыми для организма являются поведенческие адаптации. Инстинкты определяют поведение насекомых, рыб, птиц. Инстинктивное поведение является врожденным у всех организмов.
Кроме того, существует и приобретенное поведение, которое организм приобретает в процессе жизнедеятельности. При помощи обучения приобретенное поведение передается от поколения к поколению.
В ходе эволюции человек приобрел еще одну способность, названную интеллектом. Интеллект – это умение пользоваться своими познавательными способностями, чтобы приспособиться к условиям среды. Для человека эта способность стала определяющей в ходе формирования современного вида человека.
Совместное действие экологических факторов на организм
Экологические факторы воздействуют на организм не индивидуально, а в совокупности. Причем сила воздействия одного фактора зависит от силы других факторов. При этом действие одного фактора нельзя заменить действием другого. Например, недостаток света не заменяется избытком тепла.
Действие факторов среды неравноценно. Их все можно разделить на главные, сопутствующие и второстепенные. Ведущие факторы различны для разных организмов, даже если они имеют одну и ту же среду обитания. Ведущие факторы также могут быть различны на разных этапах жизни организма, кроме того роль ведущего фактора меняется разное время года.
В общем виде механизм влияния экологических факторов на организм, показывает закон толерантности Шелфорда: отсутствие или невозможность существования определяется избытком или отсутствием каждого из факторов.
В рамках исследования «экологии толерантности» было проведено большое количество опытов, исходя из которых были сделаны выводы о пределах существования многих растений и животных. Например, влияние загрязняющего вещества атмосферы на организм человека.
Основы экологии и энергосбережения
Раскрыты основные положения и концепции экологии и энергосбережения. Изложено учение о биосфере, био- и геосистемах; освещено влияние атмосферы, литосферы, гидросферы, солнечной радиации, погоды и климата на жизнедеятельность флоры и фауны; показаны особенности взаимодействия общества и природы. Рассматриваются основные проблемы энергосбережения и топливно-энергетических ресурсов, а также возобновляемые и альтернативные источники энергии. Для студентов учреждений высшего образования по профилям образования «Искусство и дизайн», «Гуманитарные науки».
Оглавление
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Основы экологии и энергосбережения предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
Глава 2. Экологические факторы среды
2.1. Понятие об экологических факторах среды
Организмы не могут существовать изолировано от окружающей среды. Экологическими элементами называются все компоненты природной среды, а именно:
• вода, атмосферный воздух, почва, пища, растительный и животный мир, горные породы и т. д.;
• природные условия, а также результаты антропогенной деятельности: загрязняющие вещества, измененные природные условия, ранее не существовавшие в природе, но созданные человеком.
К экологическим факторам относятся только те элементы, изменение которых вызывает ответную реакцию определенного организма или определенной группы организмов вплоть до исчезновения их по каким-либо причинам из среды обитания. Экологические факторы не равнозначны в своем влиянии на организмы и вещества. Важнейшими из них являются солнечная энергия и климатические факторы.
Среда любого организма слагается из многочисленных элементов органической природы, а также из объектов, связанных с хозяйственной деятельностью человека. Условия среды складываются из разнообразных элементов. Те факторы среды, которые оказывают прямое или косвенное воздействие на организмы, называются экологическими.
Для разных организмов количественные пределы фактора, при которых они могут существовать, неодинаковы (температура, влажность, химический состав компонентов среды обитания и др.).
Окружающая среда влияет на жизнедеятельность организмов, так как для любого из них она слагается из многочисленных элементов органической и неорганической природы, а также факторов хозяйственной деятельности человека. Есть экологические факторы, без которых жизнь растений и животных невозможна (например, для зеленых растений это солнечная энергия, вода, углекислый газ, минеральные соли). В процессе жизнедеятельности растения и животные приспособились к определенным условиям среды. Одни виды приспособились к жизни в условиях жаркого сухого климата (саксаул, баобаб, тушканчик), другие живут в холодном (карликовая береза, песец, северный олень), третьи — в жарком и влажном (бамбук, кокосовая пальма, орхидея) климате.
Все экологические факторы делятся на следующие группы:
• абиотические (влияние элементов неживой природы);
• биотические (влияние живых организмов);
• антропогенные (влияние человека).
Экологические факторы имеют разную природу и специфику воздействия на организм, т. е. каждый фактор неодинаково влияет на разные его функции.
2.2. Абиотические факторы
Абиотические факторы — это компоненты и явления неживой природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы. Главную роль среди них играют климатические, эдафизические, орографические, гидрографические, химические и пирогенные.
К климатическим факторам относятся:
• спектральный состав солнечной радиации;
• физические и химическиие свойства атмосферного воздуха;
• климат, погода, акклиматизация;
• составные компоненты почвы;
• физико-климатические свойства почвы;
• биогеохимические эндемия и радиоактивность;
• загрязнение и самоочищение почвы;
• почва как источник распространения инфекционных заболеваний, глистных инвазий;
• высота над уровнем моря;
• экспозиция и крутизна склона;
• горы, ущелья каньоны, низины;
к гидрографическим — факторы водной среды:
• газовый состав атмосферного воздуха;
• солевой состав гидросферы;
к пирогенным — природные пожары:
2.2.1. Климатические факторы
Многолетний режим погоды определяет главные различия в жизненных формах растений (трав, кустарников, деревьев).
Свет является наиболее действенным климатическим фактором на Земле. Без него невозможен фотосинтез, а без органической пищи и кислорода невозможна жизнь консументов.
Солнечный свет, или солнечное излучение, проходящее через атмосферу и достигающее поверхности Земли, представляет собой электромагнитные волны, длина которых заключена в следующих диапазонах:
• инфракрасные лучи — 2800–760 нм;
• видимые лучи — 760–400 нм;
• ультрафиолетовые лучи — 400–200 нм.
Важную роль играет длина световой волны, воспринимаемая органами зрения животных. Животные, наделенные цветным зрением, лучше ориентируются в окружающей среде (опасность, поиск пищи, перемещение и т. д.).
У растений в процессе эволюции выработалось разное отношение к освещенности. В связи с этим все растения делят на три большие группы: светолюбивые, теневыносливые и тенелюбивые.
Избирательная чувствительность к освещенности позволяет растениям максимально (по вертикали) использовать жизненное пространство путем формирования ярусности и образовывать свой внешний облик — жизненную форму. Под влиянием одностороннего освещения изменяется направление роста органов растения, что получило название фототропизма (от греч. tropos — поворот). Различают положительный и отрицательный фототропизм, а также диатропизм.
Подвижные животные под действием света проявляют двигательную реакцию — таксис (от греч. taxis — расположение). Способность двигаться в сторону света называется положительным фототаксисом, избегать его — отрицательным. Например, ночные насекомые слетаются на свет, а тараканы прячутся.
Для животных свет как экологический фактор имеет меньшее значение, чем для растений. Различают животных, ведущих дневной, ночной и сумеречный образ жизни.
Каждому пункту земной поверхности свойствен свой световой ритм, который отражается в биологии растений, животных и микроорганизмов. Реакция организмов на суточный ритм солнечной энергии, т. е. на соотношение светлого и темного периодов суток, получило название фотопериодизма. По этому признаку различают три группы растений:
• растения короткого дня;
• растения длительного дня;
В области экватора продолжительность дня и ночи постоянная. При удалении от экватора летом день удлиняется, а ночь становится короче, зимой — наоборот. В связи с этим различают растения короткого и длинного дня. Например, кукуруза в Украине и Молдове успешно созревает на зерно, а на севере дает только зеленую массу.
Температура является важнейшим абиотическим фактором. Распространение жизни на Земле ограничено областью несколько ниже 0 °С и до 50 °С. В геотермальных источниках суши ряд видов цианобактерий обитают при температурах 95–98 °С. В глубокотермальных источниках Мирового океана отдельные виды археобактерий не только выживают, но и размножаются при температуре до 121 °С. Критические температуры для растений и животных могут широко варьироваться. Например, если рептилии, живущие в пустыне, легко переносят жару 45 °С, то большинство морских беспозвоночных гибнут при температуре выше 30–32 °С. Следовательно, если температура живой клетки опускается ниже точки замерзания воды, то образовавшиеся кристаллы льда ведут к ее гибели. При высокой температуре (более 50 °С) происходит денатурация белков, что тоже ведет к гибели клетки.
Организмы, не способные регулировать собственную температуру, называются пойкилотермными. Это растения, микроорганизмы, беспозвоночные, рыбы, рептилии и др. Птицы и млекопитающие, способные к активному регулированию температуры тела независимо от температуры окружающей среды, называются гомойотермными. Благодаря этому свойству многие животные способны жить и размножаться при температуре ниже 0 °С — например, белый медведь, северный олень, пингвины и др., имеющие приспособления к таким условиям существования (шерстный покров, плотное оперение, толстый слой жировой ткани).
Гетеротермия — частный случай гомойотермии. Она характерна для животных, впадающих в спячку или оцепенение в неблагоприятный период года. Температура у этих животных (ежей, сусликов, летучих мышей, стрижей и др.) заметно снижается за счет замедления обмена веществ, а в период функциональной активности они обладают постоянной температурой тела.
Вода — основа живой материи. Она является главным экологическим фактором, т. е. основным условием существования всего живого на Земле. Образно говоря, вода — это элексир жизни, «оживляющий» поверхность планеты, «маховое колесо» климата и погоды.
Человек почти на 65–70 % состоит из воды. Для поддержания водного баланса ему необходимо 2 л воды, или 30 мл на 1 кг массы тела в сутки (с той водой, которая содержится в пищевых продуктах: соках, супах, овощах, фруктах). Наши ткани содержат около 15 % эндогенной жидкости от массы тела, которая образуется при сжигании питательных веществ кислородом, строительстве новых молекул, их перестройке.
Перераспределение жидкости идет через желудочно-кишечный тракт:
• около 1,5 л воды человек глотает со слюной;
• примерно 1,5 л желудок дает в виде желудочного сока;
• в среднем 3,0 л выделяет тонкий кишечник;
• 0,7 л панкреотического сока выделяет поджелудочная железа;
• 0,5 л желчи образует печень.
Через почки, кожу, легкие выделяется около 2 л воды. Именно такое количество воды человек должен получить извне — в чистом виде или с различной пищей.
Физиологическое потребление человеком питьевой воды может изменяться в зависимости:
• от условий внешней среды;
• характера трудовой деятельности.
Потеря животными 10–20 % воды от массы тела приводит к их гибели. Из наземных животных больше всего воды в сутки требуется слону — около 90 л. Он на 70 % состоит из воды. Животные, обитающие в водной среде, получают ее через наружные покровы. Насекомые, молюски, черви, лягушки адсорбируют влагу из воздуха. Для многих животных источник воды — пища, жидкий корм.
2.2.2. Эдафизические факторы
Эдафизические факторы — это факторы почвенной среды (от греч. edaphos — земля, почва). К основным эдафизическим факторам относится совокупность физических и химических свойств почв:
• фильтрационность, влагоемкость, капиллярность, гигроскопичность, испаряющая способность;
• залегание водоупорного слоя, водоносного горизонта, зоны капиллярного поднятия, зоны фильтрации и зоны испарения;
• состав компонентов почвы: минеральная основа, органическое вещество, почвенный раствор и почвенный воздух;
• наличие биогеохимических эндемий, радиоактивности почвы;
• способность к загрязнению и самоочищению почвы;
• роль почвы в распространении инфекционных заболеваний, глистных инвазий и раневых инфекций.
Почва играет большую роль в жизни растений и животных. Например, своеобразные условия создаются на песчаных почвах (90 % песка и 10 % глины, размер частиц от 0,2 до 2 мм), где обитают растения, называемые псаммофитами. У них образуются придаточные корни, что не позволяет растениям быть засыпанными песком; листья у них узкие и жесткие, иногда вообще отсутствуют.
Обитающие в песках животные способны быстро зарываться вглубь; на лапках у них имеются щеточки из волосков или роговых чешуек, т. е. приспособления для быстрого передвижения и рытья нор в рыхлом песке.
Для животных, которые (по крайней мере в какой-то период) обитают в почве, характер состава почвы имеет экологическое значение. Например, личинки насекомых, как правило, не могут жить в слишком каменистой почве; роющие перепончатокрылые откладывают яйца в подземных ходах; многие саранчевые, зарывающие яйцевые коконы в землю, нуждаются в достаточно рыхлой почве.
Весьма важной характеристикой почвы является ее водородный показатель pH. Каждый вид растений предпочитает определенные показатели pH и имеет свой оптимум.
Раствор является нейтральным, если концентрация водородных ионов H + и гидроксильных ионов OH — одинакова и равна (каждая) 10 –7 моль/л. На практике степень кислотности (или щелочности) раствора выражается более удобным водородным показателем pH, представляющим собой отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации водородных ионов:
Например, если в растворе концентрация водородных ионов равна 10 –5 моль/л, то показатель кислотности этого раствора pH = 5. В кислых растворах pH 7, и чем он больше, тем выше щелочность раствора. Щавель, вереск растут на сильнокислых почвах (pH = 4,5–5,0), ячмень, клевер, мать-и-мачеха — на нейтральных, крапива двудомная, иван-чай, пролеска — на щелочных, где pH = 7–8. Кислотность может служить индикатором скорости общего метаболизма сообщества. Если pH почвенного раствора низок, то это указывает на малое содержание биогенных элементов, а значит, продуктивность такой почвы крайне мала.
По отношению к плодородию почвы растения делятся на следующие экологические группы:
• олиготрофы (от греч. oligos — небольшой и trophe — питание) — растения малопродородных почв (сосна обыкновенная);
• мезотрофы (от греч. meso — средний, trophe — питание) — растения с умеренной потребностью в питательных веществах. Это большинство лесных растений (береза, осина, ольха и др.);
• эвтрофы (от греч. eu — хорошо, trophe — питание) — растения, требующее большого количества питательных веществ в почве (лещина, дуб).
2.2.3. Орографические факторы
Орографические факторы — это особенности элементов рельефа (от греч. oros — гора и grapho — пишу). Они оказывают влияние на распространение организмов по земной поверхности. К таким факторам относятся:
• особенности элементов рельефа;
• высота над уровнем моря;
• экспозиция и крутизна склонов.
Рельеф создает разнообразные условия местообитания для растений и животных в связи:
• с изменениями температурных режимов;
• увлажнением почвенного покрова.
Характер воздействия рельефа определяется мощностью его развития. В связи с этим различают макро-, мезо — и микрорельеф:
• макрорельеф предопределяет не только распространение организмов по высотным зонам, но и оказывает косвенное влияние (горные сооружения), создавая барьерную роль на пути движения воздушных масс, порождая азональные ландшафты;
• мезорельеф оказывает воздействие на распределение зональных, интра — и экстразональных сообществ в пределах природных зон;
• микрорельеф (холмики, западины, блюдца) приводит к формированию небольших по размерам сообществ.
Подъем в гору часто напоминает путешествие от экватора к полюсу. При поднятии на каждые 100 м температура воздуха понижается в среднем на 0,5 °С. Увеличивается длительность вегетационного периода. У подножия гор могут находиться тропические моря, а на вершине дуют арктические ветры. С одной стороны горы может быть тепло и солнечно, с другой — холодно и влажно. Экспозиция склона: на северных склонах растения образуют теневые формы, на южных — световые. Крутизну склонов характеризуют быстрый дренаж и смывание почв, поэтому здесь почвы маломощные и сухие. Если уклон превышает 35º, почва и растительность обычно не образуются.
2.2.4. Гидрографические факторы
Гидрографические факторы — это факторы, которыми характеризуется вода:
• органолептические свойства воды (прозрачность, мутность, цветность, запах, вкус, температура);
• физико-химические свойства воды (pH, сухой остаток, окисляемость, количество растворенного в воде к ислорода, хлоридов, сульфатов, азота аммониевых солей, железа, жесткость);
• показатели загрязненности воды (микробное число, колититр, колииндекс, сапробность, биоценоз);
• источники водоснабжения (атмосферные, подземные, грунтовые, верховодка, артезианские воды, родники, открытые водоемы).
Организмы, обитающие в водной среде, называются гидробионтами. Все живые существа приспособились к плотности воды, глубинам. Многие рыбы, ракообразные, морские звезды могут переносить давление от одной до сотен атмосфер. Плотность морских организмов убывает с глубиной.
2.2.5. Химические факторы
Химические факторы — антропогенное химическое загрязнение окружающей среды, которое оказывает существенное влияние:
• на качество окружающей среды;
Химический фактор для организмов, живущих в воде, чрезвычайно важен. Например, в водах Черного моря много сероводорода, что делает данный водоем неблагоприятным для жизни многих организмов. Газовый состав тропосферы в меньшей степени влияет на живые организмы, поскольку он обладает постоянством химического состава. Соленость воды (более 10 г/л) существенно влияет на жизнедеятельность живых существ. Пресноводные животные не могут обитать в морях, морские не переносят опреснение. Большинство водных животных обитает в морских и океанических водах.
2.2.6. Пирогенные факторы
Как утверждают специалисты, пирогенные факторы (пожары) следует относить к абиотическим факторам. Пожары могут быть определенным ограничивающим фактором при распространении животных и растений. Низовые лесные пожары дополняют действие редуцентов, разлагая погибшие растения и животных в форму, пригодную для использования новыми поколениями растений. Пожары в степях и саваннах уменьшают размножение пустынных кустарников. Использование огня специально обученными людьми порой способствует успешному землепользованию.
2.3. Биотические факторы
2.3.1. Понятие о биотических факторах
Биотические факторы — это формы воздействия живых существ друг на друга. Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние других существ, вступает в связь с представителями своего вида и других видов — растениями, животными, микроорганизмами, зависит от них и сам оказывает на них воздействие. Окружающий органический мир — составная часть среды каждого живого существа.
Выделяют две группы факторов: фитогенные и зоогенные. Взаимоотношения между живыми организмами многообразны и разделяются на прямые и косвенные.
2.3.2. Фитогенные факторы
К фитогенным относят факторы воздействия растений друг на друга и на окружающую среду. Среди них выделяют следующие группы.
Механические контакты, или контакты прямого действия — это охлестывание ветвями, сцепление и давление стволов и корней. Например, прямым воздействием является повреждение сосны и ели в смешанных лесах от отхлестывающего действия березы в результате раскачивания ветром тонких ее веток, которые ранят кору и сбивают молодые иглы ели и сосны. Использование одним растением другого в качестве среды обитания называется эпифитизмом. Растения, живущие на других растениях (ветки, стволы) без связи с почвой, называются эпифитами. Около 10 % всех видов растений ведет эпифитный образ жизни.
Физиологические контакты — это взаимоотношения между растениями: паразитизм, симбиоз, срастание корней и др.
• Паразитизм прямое физиологическое воздействие одного растения на другое. Например, повилика, питающаяся соками клевера или крапивы, угнетает или задерживает их рост.
• Симбиоз — контакт между растениями обусловливает их взаимовыгодное сожительство. Симбиоз можно проследить между клубеньковыми бактериями-азотфиксаторами и большинством растений семейства бобовых. Бактерии из рода Rhizobium, живущие в клубеньках на корнях клевера, фасоли, сои, люпина, обеспечиваются пищей (углеводы) и местообитанием, а растения получают взамен от них доступную форму азота.
• Анемофилия — это такой физиологический контакт, как опыление с помощью ветра растений, т. е. контактирующие растения могут находиться на значительном расстоянии одно от другого.
Косвенные трансбиотические взаимоотношения между растениями. В данном случае посредниками являются животные и микроорганизмы. Опыление растений насекомыми получило название энтомофилия. Насекомые переносят пыльцу от одного растения к другому, осуществляя контакты между ними. Если птицы принимают участие в опылении, то этот процесс называется орнитофилией. В природе известно около 2000 птиц, опыляющих цветки в поисках нектара или при ловле насекомых.
Косвенные трансабиотические взаимоотношения между растениями. Они выражаются в изменении окружающей среды (например, изменение микроклимата растениями — ослабление солнечной радиации при затемнении почвы и др.). Деревья, затемняя почву, вытесняют из-под своего полотна светолюбивые виды растений, формируя среду для поселения теневых растений. Аллелопатия — химическое взаимодействие между растениями. В процессе жизнедеятельности они выделяют в окружающую среду химические вещества, воздействие которых по-разному сказывается на других растениях, что получило название аллелопатии (от греч. allelon — взаимный и pathos — страдание). Например, выделения фасоли отрицательно сказываются на росте яровой пшеницы. Фитонциды листьев черемухи убивают многие виды бактерий, отпугивают мух. Токсичны для многих микроорганизмов летучие вещества сосны, эвкалипта, можжевельника.
2.3.3. Зоогенные факторы
Зоогенные факторы — это воздействие животных друг на друга и на окружающую среду, а также потребление животными, которых называют фитофагами (от греч. phyton — растение и phagos — пожирающий), растительной пищи. К фитофагам относятся:
• крупные животные слоны, лоси, косули, кабаны и др.;
• мелкие зверьки зайцы, белки и др.;
• многочисленные представители насекомых-вредителей и др.
Взаимодействие между биотическими популяциями и организмами может проявляться в виде комменсализма, хищничества, паразитизма, конкуренции и др.
Употребление животными в пищу растений способствует распространению семян последних.
Второй способ распространения семян возможен путем их случайного прикрепления к лапкам, клювам, шерсти, перьям.
Третий способ заключается в поедании животными плодов.
Иногда животные наносят серьезные повреждения растениям:
• лоси, зайцы, олени обдирают кору на молодых деревьях, уничтожают молодую древесную поросль, объедают верхушки;
• бобры, питаясь древесиной осины, быстро повреждают ее;
• глухари, ощипывая почки ели, замедляют ее рост;
• землеройные животные (кроты, суслики) наносят много вреда растениям, поедая корневища, клубни, луковицы.
Копытные животные — зубры, лоси, олени, косули — могут оказывать значительное влияние на доминирование отдельных видов в биоценозах. Значительная численность копытных животных может уничтожать кустарники и поросли лиственных и игольчатых пород.
Насекомые (тля, клопы) воздействуют на листовую поверхность древесных и травянистых пород, отсасывая у растений питательные вещества и распространяя возбудителей их заболеваний.
2.3.4. Антропогенные факторы
К антропогенным факторам относятся любые воздействия человека на окружающую среду. С давних времен он оказывает влияние на растительный и животный мир. Это влияние на организмы, биоценозы, ландшафты и биосферу в целом может быть прямым и косвенным.
Прямое воздействие — это вырубка леса, сбор плодов и цветов, охота, вытаптывание. Такая деятельность приводит, как правило, к негативным последствиям. Человек уничтожил многие виды животных и растений (например, голубую антилопу (Африка), гигантских нелетающих птиц моа (Новая Зеландия), дикого тура (Европа), стеллерову корову (Командорские острова), лошадь Пржевальского.
Многие виды животных и растений находятся на стадии исчезновения: однорогий азиатский носорог, цейлонский и африканский слоны, азиатский лев и др.; большая белая цапля, белый журавль, краснозобая казарка и др.; финиковая и кокосовая пальмы, сахарный тростник и др.
За последние 100 лет из флоры Белорусского Полесья исчезло более 70 видов травянистых растений: герань голубиная, лук причесночный, фиалка высокая, горошек чиновидный и др. Более 100 видов растений, т. е. 8 % состава флоры Полесья, находятся под угрозой исчезновения.
Начиная с эпохи собирательства и до наших дней (эпохи научно-технического прогресса и демографического взрыва) влияние отрицательного фактора постепенно усиливается. В процессе своей деятельности человек создал большое количество разнообразных сортов растений и пород животных, преобразовал естественные природные комплексы. Изменения, производимые им в природной сфере, для одних видов живых существ являются благоприятными, а для других — неблагоприятными.
На формирование флоры и фауны отдельных регионов оказывают влияние акклиматизация животных и интродукция растений, а также случайный завоз человеком многих видов животных и растений. В связи с поселением человека появились и широко распространились такие виды животных, как комнатная муха, домовая мышь и серая крыса, а также сорные растения: обыкновенный одуванчик, лопух, подорожник, осот и др.
Культурные биогеоценозы занимают большие площади: огороды, сады, посевы риса, кукурузы, пшеницы, чайные плантации, хлопковые поля и др. В результате оросительных и осушительных мероприятий человек формирует совершенно новые фитоценозы на лугах, используемых в качестве сенокосов, пастбищ.
При гидромелиоративных работах меняется флористико-фаунистический состав. Вырубив леса, человек создает новые биогеоценозы. На месте широколиственных и хвойно-широколиственных лесов создаются монодоминантные хвойные леса, отличающиеся простотой структуры, меньшей насыщенностью видами.
В то же время загрязнения воздуха, воды, почвы промышленностью, транспортом, минеральными удобрениями, пестицидами, используемыми в сельском и лесном хозяйстве, а также радиоактивное загрязнение оказывают негативное влияние на животный и растительный мир. У животных и растений отмечаются функциональные нарушения, возникают стрессовые ситуации, снижается жизнедеятельность, а иногда они гибнут. Особенно сильно влияют химические загрязнения на насекомых: пчел, шмелей, муравьев и др. Радиоактивное загрязнение долгоживущими радионуклидами ( 137 Cs, 90 Sr) порождает многие заболевания; происходит также передача радионуклидов по пищевым цепям.
Косвенное воздействие человека на окружающую среду осуществляется путем ее преобразования. Человек, переделывая природу и приспосабливая ее к своим потребностям, влияет на среду обитания животных и растений. Это осуществляется путем изменения ландшафтов, климата, физического и химического состояния атмосферы и водоемов, строения поверхности земли, почв, растительности и животного мира.
Человек сознательно или бессознательно истребляет или вытесняет одни виды животных и растений и распространяет другие, создавая для них благоприятные условия. Осушение болот, постройка крупных плотин, распашка целины могут вызвать непредвиденные нежелательные последствия.
Осушение болот привело:
• к понижению уровня залегания грунтовых вод на прилегающих территориях, т. е. к самоосушению небольших болот, снижению растительных сообществ в сторону ксерофитизации, значительному уменьшению численности животных и прежде всего птиц;
• проблемам водоснабжения населенных мест;
• усыханию еловых лесов, сокращению численности таких птиц, как глухари, журавли, кулики, дикие утки, а также лягушек, змей и др.;
• горению торфяников и просадке грунта.
Косвенное воздействие человека на животных и растения проявляется в изменении условий их существования. Например, вырубка осиновых лесов порождает неблагоприятные условия для птиц, гнездящихся в дуплах (дятлов и др.).
2.3.5. Взаимодействие факторов
Невзирая на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на животных и растения и в ответных реакциях можно выявить ряд общих закономерностей. Любой экологический фактор имеет лишь определенные пределы положительного влияния на организмы. Характерно, что как недостаточное, так и избыточное его воздействие отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Действие экологического фактора в зависимости от его интенсивности
При абиотических факторах среды к названию фактора среды добавляют приставку «эври». Например, эврибионты:
• эвритермные виды — выдерживающие значительные колебания температуры;
• эврибатные — выдерживающие широкий диапазон давления;
• эвригалинные — выдерживающие разную степень засоления среды.
Неспособность переносить значительные колебания фактора, или узкая экологическая валентность, характеризуется приставкой «стено», например:
• стенотермные виды — выносящие незначительные колебания температуры;
• стенобатные — выдерживающие только узкий диапазон давления;
• стеногалинные — выдерживающие узкую степень засоления среды.
2.3.6. Лимитирующие факторы. Закон минимума Либиха и закон толерантности Шелфорда
Под лимитирующими факторами понимается любой из действующих в природе экологических факторов: свет, вода, тепло, ветер, содержание химических элементов в почве и др. Лимитирующий (от лат. limitis — межа, граница), ограничивающий фактор — любой фактор, который ограничивает процесс развития или существования организма, вида или сообщества. В различных участках биосферы развитие жизни лимитируется разными веществами.
Немецкий ученый-агрохимик Ю. Либих в 1840 г. в своем труде «Химия в приложении к земледелию и физиологии» описал процессы питания растений и влияние разнообразных факторов и элементов питания на их рост. Он установил, что урожай культур ограничивается не теми элементами питания, которые требуются в больших количествах (например, водой, углекислым газом), а теми, которые необходимы в минимальных количествах, но которых в почве очень мало (например, бором или цинком). Ю. Либих писал: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени».
В 1855 г. Ю. Либих обобщил результаты своих исследований и сделал вывод: «Отсутствие или недостаток одного из необходимых элементов при наличии в почве всех прочих делает последнюю бесплодной для всех растений, для жизни которых этот элемент необходим (закон минимума Либиха). В настоящее время данный закон минимума звучит так: «Выносливость организмов определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей». Отсюда следует вывод, что дальнейшее снижение действия необходимого фактора ведет к гибели организма.
Практически закон минимума Либиха можно пояснить на примере. Допустим, что в почве содержатся все элементы минерального питания для данного вида растений, кроме одного из них — цинка или бора. Рост растений на такой почве будет сильно угнетен или невозможен. Если добавить в почву нужное количество бора или цинка, то это приведет к увеличению урожая.
Американский зоолог В. Э. Шелфорд пришел к выводу, что лимитирующим может быть не только недостаток, но и избыток таких факторов, как тепло, свет, вода. В 1913 г. он сформулировал это положение как закон, который в экологии носит название закона толерантности Шелфорда: «Любой организм имеет верхние (max) и нижние (min) границы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору». Диапазон между максимумом и минимумом указывает на выносливость организма, в пределах которого он только и может существовать.
Закон Либиха и закон Шелфорда являются основополагающими законами экологии.
2.4. Значение солнечной радиации для биосферы
Источником энергии, тепла и света на земном шаре является Солнце. Солнечная энергия нагревает воду и почву, от которых нагревается воздух. Это тепло является движущей силой:
• большого круговорота воды на поверхности земного шара;
• циркуляции и перемещения вод Мирового океана;
• фазы круговорота воды в пределах экосистемы;
• общей циркуляции атмосферы, совокупности основных воздушных течений, приводящих к вертикальному и горизонтальному обмену масс воздуха;
• протекания фотосинтеза и образования продуцентами органических веществ и кислорода, которые необходимы консументам для питания и дыхания.
Следовательно, вся органическая жизнь на Земле обязана своим существованием солнечной радиации. Лучистая энергия Солнца представляет собой электромагнитные излучения и поток квантов. Чем меньше длина волны, тем большой запас энергии несет квант излучения. Лучистая энергия распространяется прямолинейно со скоростью 300 000 км/с.
2.4.1. Спектральный состав солнечной радиации
Преодолев огромное расстояние, часть солнечных лучей достигает поверхности Земли, освещает и обогревает ее. Примерно половина лучистой энергии приходится на видимые лучи, около половины — на тепловые инфракрасные и около 10 % — на ультрафиолетовые.
Видимые лучи с длиной волны 760–390 нм проходят атмосферу и проникают через кожу на глубину 1–10 мм. Они обладают глубоким тепловым и слабым фотохимическим действием. Видимый свет в зависимости от длины волны подразделяется на семь цветов радуги: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.