Экологические факторы и законы их действия

Среда обитания – это совокупность живой и неживой природы, окружающая организм в процессе его жизнедеятельности. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо стремится приспособиться к этим условиям, чтобы выжить. Живыми организмами Земли освоены три основные среды обитания: водная, наземно-воздушная и почвенная. Кроме того, некоторые биологи часто выделяют четвертую среду жизни, состоящую из самих живых организмов, заселенных паразитами и симбионтами.

Множество отдельных компонентов и условий среды, оказывающих прямое или косвенное влияние на организм, называются экологическими факторами. Они подразделяются по происхождению и характеру воздействия на абиотические(сюда относятся факторы неживой природы – физические и химические условия среды), биотические (факторы живой природы — межвидовые и внутривидовые взаимоотношения) и антропогенные (факторы, существование которых обусловлено деятельностью человека).

Общая схема экологических факторов представлена на рис. 1.2. На данной схеме в качестве примера представлена лишь часть антропогенных факторов, которые занимают особое место в системе экологических факторов, т.к. в целом их воздействие можно распределить между биотическими и абиотическими. Так, например, внесение гербицидов на поля влечет за собой химическое воздействие на организмы (абиотический фактор), а также изменение видового состава населяющих поле организмов и, как следствие, изменение межвидовых отношений (биотический фактор).

Характерной особенностью большинства факторов является качественная и количественная изменчивость во времени. Например, климатические факторы изменяются в течение суток, сезона, года (температура, освещенность, влажность и др.). Поэтому выделяют периодические факторы, изменение которых во времени повторяется регулярно, и непериодические факторы, возникающие без определенной периодической закономерности. К периодическим относятся не только климатические, но и гидрографические (приливы, отливы, океанские течения, паводки). К действию таких факторов организмы адаптировались в процессе эволюции.

Непериодическими факторами являются, например, извержение вулкана, землетрясение, изменение русла реки. Однако к непериодическим относятся главным образом антропогенные факторы – техногенные катастрофы, залповые выбросы загрязняющих веществ, сведение лесов и др. Непериодические факторы действуют, как правило, катастрофически: они могут вызвать болезнь или даже смерть живого организма.

Несмотря на многообразие и различную природу экологических факторов, существует определенная закономерность их воздействия на организмы.

Любому организму для существования необходима определенная совокупность условий среды обитания (например, температура, влажность, наличие питательных веществ и т.д.). Если все условия за исключением одного благоприятны, то именно это условие будет ограничивать (лимитировать) жизнь организма, поэтому данное условие называется лимитирующим фактором. Так, если в почве сочетание всех микроэлементов благоприятно для определенного вида растения и только какое-то вещество, например азот, содержится в количествах, близких к минимальному, то это может снизить урожайность. Кроме того, факторы могут быть лимитирующими, находясь в избытке.

Таким образом, лимитирующие экологические факторы – это факторы, недостаток или избыток которых (по сравнению с потребностью) ограничивают жизнедеятельность организма. Впервые на лимитирующие факторы указал немецкий химик-органик Ю.Либих, установивший закон минимума, который в современной формулировке звучит так: выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.

Американский зоолог В.Шелфорд, сформулировал закон толерантности, наиболее полно отражающий влияния экологических факторов на организм. Согласно этому закону лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, уровень которого приближается к пределам переносимого данным организмом. Диапазон между этими пределами определяет величину выносливости или экологическую валентность организма к данному фактору, а сами пределы называют пределами толерантности.

Исходя из закона толерантности, любой избыток вещества или энергии в окружающей организм среде оказывается загрязняющим началом. Так, избыток воды даже в засушливых районах вреден и вода может рассматриваться как обычный загрязнитель, хотя в оптимальных количествах она просто необходима.

На рис.1.3 представлена иллюстрация действия экологического фактора на организм. Предположим, особь определенного вида погибает при понижении температуры ниже значения min и при повышении сверх значения max. Тогда данные значения температур будут являться пределами толерантности, а диапазон температур между ними – экологическая валентность (толерантность) организма. При этом благоприятный диапазон действия экологического фактора называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этот диапазон называется зоной угнетения.

Широкую экологическую валентность вида по отношению к факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки "эври", например, животные, способные выносить значительные колебания температуры, называются эвритермными. Неспособность переносить значительные колебания факторов, или низкая экологическая валентность, характеризуется приставкой "стено", например, стенотермные животные. Небольшие изменения температуры мало сказываются на эвритермных организмах и могут оказаться гибельными для стенотермных (рис. 1.4).

Виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтами, а виды, приспосабливающиеся к экологической обстановке с широким диапазоном изменения параметров, – эврибионтами.

В реальных условиях на организм действует множество экологических факторов, взаимное влияние которых может изменить пределы толерантности того или иного отдельного фактора. Эта закономерность получила название взаимодействия экологических факторов. Например, известно, что жара легче переносится при сухом, а не влажном воздухе; угроза замерзания значительно выше при низкой температуре с сильным ветром, чем в безветренную погоду. Тем не менее взаимная компенсация имеет пределы. Так растение погибнет при полном отсутствие воды, несмотря на оптимальный органо-минеральный состав почвы. Поэтому закон равнозначности всех условий жизни (закон В.Вильямса) гласит: все условия среды, необходимые для поддержания жизни, равнозначны, и ни один из факторов жизни не может быть заменен другим.