Факторы окружающей среды
3.1. Среда и условия существования организмов
Необходимо различать такие понятия, как среда и условия существования организмов. Среда - это все, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его состояние, развитие, рост, выживаемость, размножение и т. д. Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком, его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть необходимы организму, другие безразличны для него, а третьи - оказывать вредное воздействие. Так, например, заяц-беляк в лесу вступает в обязательные определенные взаимоотношения с пищей, кислородом, водой. А валун, пень не оказывают существенного влияния на его жизнь: заяц вступает с ними во временные необязательные связи (укрытие от непогоды, врага). Элементы среды, необходимые организму или отрицательно на него воздействующие, называются экологическими факторами. В природе эти факторы действуют в виде сложного комплекса. Условия существования - комплекс экологических факторов, без которых организм существовать не может.
Различные организмы по-разному воспринимают и неодинаково реагируют на одни и те же факторы. Кроме того, для организмов каждого вида характерны свои особые условия существования. Так, обитатели соленых и пресных вод по-разному воспринимают концентрацию растворенных в воде веществ.
Организмы приспосабливались к существованию в различных условиях на протяжении многих миллионов лет. В результате сформировались специфичные для каждой географической зоны группировки растений и животных.
3.2. Классификация факторов
Факторы делят на три основные группы: абиотические, биотические и антропогенные.
Абиотические факторы - это комплекс условий неорганической среды, влияющих на организм. Они делятся на химические (химический состав атмосферы, морских и пресных вод, почвы, донных отложений) и физические, или климатические (температура, барометрическое давление, ветер, влажность, радиационный режим и др.) факторы. Рельеф, геологические и климатические различия обусловливают огромное разнообразие абиотических факторов, численность, биомассу и распределение организмов в пределах ареала.
К важнейшим абиотическим факторам относят свет, температуру, воду, почвенные условия.
Свет.Солнце излучает видимый (50 % всей поступающей на Землю лучистой энергии), инфракрасный (49 %), ультрафиолетовый свет и проникающую радиацию (около 1 %). Проникающая радиация может вызвать необратимые изменения в клетках, привести к нарушению обмена веществ; ультрафиолетовые лучи с длиной волны 0,25-0,30 мкм стимулируют у животных образование витамина D, а на микроорганизмы действуют губительно. Инфракрасное из лучение воспринимается всеми организмами как тепло. Особое значение в жизни всех организмов имеет фотосинтетичеcки активная радиация (ФАР) - область спектра с длиной волны 0,38-0,71 мкм, способствующая протеканию фотосинтеза.
Вращение Земли вокруг своей оси обусловливает выработку у организмов режима суточной активности. Движение вокруг Солнца вызывает закономерное изменение продолжительности светового дня по сезонам года. Это является причиной сезонной ритмичности в жизнедеятельности организмов. Реакция организмов на продолжительность светового дня, чередование дня и ночи, а также потребность организма в определенном соотношении светлого и темного периодов суток для нормальной жизнедеятельности носит название фотопериодизма.
Температура - основной фактор интенсивности обменных процессов организма с окружающей средой, скорости развития и размножения. Для каждого вида организмов в конкретный период жизни требуется оптимальный узкий интервал температур. Распределение во времени (по стадиям развития) оптимальных температур и количества тепла составляет наилучший для организма тепловой режим.
Влажность. Вода входит в состав всех живых организмов (у некоторых медуз - до 90% массы тела) и необходима для жизни, поскольку только при ее наличии в организме могут происходить биохимические процессы ассимиляции и диссимиляции, газообмен. Важным экологическим фактором является влажность - содержание влаги в окружающей среде. Часто характер влажности на данной территории определяет характер органического мира, проживающего на ней. Так, флору и фауну пустынь и полупустынь определяет большой дефицит влаги, а болот - избыточное ее количество. С одновременным изменением влажностного и температурного факторов связана географическая зональность флоры и фауны.
Характерной чертой водной среды являются подвижность (приливы, отливы, течения), температурная стабильность, плотность (в 800 раз выше, чем у воздуха), высокая вязкость, низкая прозрачность, относительно быстрое поглощение солнечного излучения красной области спектра, медленное - сине-зеленой (с глубиной спектральный состав меняется). Большую роль играет соленость воды (состав и количество растворенных в ней солей).
Эдафические факторы.(физические и химические свойства почвы: твердость, механический состав, тепловой режим, влажность, аэрируемость, кислотность, состав солей) называют эдафическими факторами.
Как среда обитания живых организмов почва характеризуется прежде всего механическим сопротивлением движению живых тел, малой сезонной амплитудой колебания температуры и влажности, недостатком кислорода и избытком диоксида углерода, содержанием органических веществ, пригодных для утилизации почвенными организмами. Постоянно связанные с почвой организмы называются геобионтными. Согласно усредненным данным, почвенная биомасса составляет в хвойных лесах 1000кг/га, в пустыне - 10 кг/га. Обитатели почвы в процессе жизнедеятельности проводят огромную почвообразующую работу: смешивают слои почвы, разлагают и минерализуют лесной опад и отмершие организмы.
Особенностью наземно-воздушной среды обитания являются низкие влажность, плотность, давление; движение воздушных масс и высокое содержание кислорода в окружающем воздухе; освещенность; значительные колебания температур. Специфическими адаптациями к этой среде являются органы усвоения кислорода, развитие скелетных образований и др. Незначительная плотность воздуха не оказывает существенного сопротивления при движении по горизонтали, но затрудняет движение по вертикали. Поэтому большинство животных не летает, а растения укореняются в почве.
Биотические факторы - это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Живые существа служат источником пищи, средой обитания (хозяин для паразита), способствуют размножению (опылители растений), оказывают химические, физические и другие воздействия. В широком смысле это внутри- и межвидовые взаимоотношения организмов. Среди большого разнообразия взаимоотношений между организмами наиболее значимыми являются конкуренция, хищничество и симбиоз
Биотические факторы делят на прямые (контактные) -связанные с непосредственным воздействием организмов друг на друга, и косвенные- когда организмы (часто древесные растения) своим присутствием изменяют режим абиотических факторов среды для других организмов. Косвенное воздействие оказывает грибная и бактериальная флора на корнях растения, изменяя химические и физические свойства почвы и делая ее пригодной для этого растения и недоступной для других. Под пологом елового леса могут расти только тенелюбивые и теневыносливые виды растений. Прямое воздействие оказывают клубеньковые азото-фиксирующие бактерии, которые, развиваясь на корнях бобовых растений, снабжают их усваиваемым азотом, и получают воду, органические вещества. Своеобразным видом взаимодействия организмов является аллелопатия - химическое воздействие одних организмов на другие при помощи продуктов метаболизма (фитонцидов и т. д.), выделяющихся во внешнюю среду. Так, возле мелких растений чабреца не могут развиваться экземпляры подорожника. Ослабленные в результате физиологических нарушений деревья выделяют летучие вещества, привлекающие стволовых вредителей.
Антропогенные факторы - совокупность воздействий человеческой деятельности на природную среду. Уже фактом своего существования люди оказывают на окружающую их среду заметное влияние. Так, в процессе дыхания в атмосферу ежегодно поступает 1,1-Ю12 кг углекислого газа, а годовая потребность человечества в пище оценивается 11,34-Ю15 кДж. Но в значительно большей степени на природу влияет производственная деятельность людей: изменяется рельеф, химический состав земной поверхности и атмосферы, изменяется климат, ликвидируются естественные биогеоценозы, создаются искусственные агробио-геоценозы. Значение антропогенных факторов постоянно возрастает.
Для каждого биокомпонента и экосистемы экологи стремятся выделить факторы, наиболее значимые, определяющие возможность существования.
По изменчивости экологические факторы могут быть переменные (большая часть экологических факторов: свет, температура, влажность и др.) ипостоянные (земное тяготение). По ритму действия - периодические (солнечная радиация, морские приливы) и непериодич е с к и е (ветер, атмосферное давление). По характеру воздействия на биокомпоненты - витальные, непосредственно воздействующие на жизнеспособность популяции (температура, пища), и сигнальные, информирующие о последующих воздействиях факторов (сокращение продолжительности дня перед наступлением холодного периода в году, понижение атмосферного давления перед приближением бури). По отношению к плотности популяции факторы делятся на зависимые от нее (пищевой фактор, паразиты, патогенны и др.) и независимые (климатические факторы, соленость воды и др.).
Кроме элементарных (неделимых) факторов (наличие углекислого газа в воздухе, температура окружающей среды) экологи учитывают двойные, или бинарные (соотношения тепла и влажности, тепла и кислорода в воде), сложные (солнечный свет, состоящий из излучений разных диапазонов; комплексные удобрения, содержащие азот, фосфор и калий) и сложные комплексные (пойменный, почвенный и др.) факторы.
Комплексное воздействие экологических факторов, особенно вредных для живых организмов, должно учитываться при обосновании предельно допустимых концентраций и уровней загрязнения окружающей среды.
3.3. Концепция лимитирующих факторов
"Закон толерантности" Шелфорда. Рост и развитие организмов в определенном местообитании зависит от сочетания комплекса условий. Интенсивность развития любого организма определяется недостатком или, наоборот, избытком какого-либо из факторов, уровень которого может оказаться близким к пределам, называемым экологическим минимумом и экологическим максимумом.
При отклонении интенсивности экологического фактора от оптимальной наблюдается угнетение жизнедеятельности организма (нарушение оптимального сочетания факторов).
Такое отклонение интенсивности фактора от оптимума называют пессимумом (от лат. pessimus - наихудший). Показатели нижнего и верхнего пессимумов называют нижним и верхним пределом выносливости (биологическим нулем), за пределами которого развитие организма невозможно. Интервал между экологическим минимумом и максимумом принято называть диапазоном толерантности.
Лимитирующим фактором называют условие, которое приближается к верхнему или нижнему пределу выносливости или выходит за него. Таким образом, существование организмов в природе зависит от содержания необходимых веществ и состояния критических физических факторов в месте обитания, а также от диапазона толерантности самих организмов к компонентам среды.
Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий - в отношении другого. Организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам обычно являются наиболее распространенными. Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то может сузиться и диапазон толерантности к другим факторам. Пределы толерантности для размножающихся имолодых особей, семян, яиц обычно уже, чем для неразмножающихся взрослых.
Для выражения относительной степени толерантности в экологии используются термины с приставками стено-, что означает "узкий", и эври- - "широкий": стенотермный - эвритермный (в отношении температуры); стенофагный - эв-рифагный (в отношении пищи), стеногалинный - эвригалин-ный (в отношении концентрации солей), стенобионтный - эв-рибионтный (в отношении всех факторов среды).
В качестве примера можно привести рыбоядную птицу скопу, которая является стенофагом, а по отношению к другим факторам среды - эврибионтом. Трехиглая колюшка -типичный эвригалинный представитель - может жить как в пресных, так и соленых водах.
Дата добавления: 2018-03-01; просмотров: 2252;