ЛЕКЦИЯ 12. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ.
Живые организмы не могут существовать вне окружающей их среды со всем многообразием ее природных элементов и условий. К элементам окружающей среды относят атмосферный воздух, воду, почвы, горные породы, ландшафты и т.д. Природные условия — это прежде всего климатические и погодные условия, а также условия, созданные человеком и ранее не существовавшие в природе. Участвуя в биотическом круговороте веществ, живые организмы находятся в непрерывной связи с окружающей средой. Кроме того, через органы чувств организмы получают из окружающей среды различную информацию. Такой информацией является снижение температуры окружающей среды, уменьшение потока солнечной энергии, недостаток или избыток воды. Полученная информация используется организмом для выработки приспособительных реакций. Эти информационные сигналы экологи называют экологическими факторами.
Экологический фактор — это любой элемент или условие окружающей среды, оказывающие на организм внешнее воздействие и вызывающее у него приспособительные реакции.
Окружающая среда характеризуется большим количеством экологических факторов. Их можно разделить на две категории: факторы неживой (косной) природы — абиотические (абиогенные)и факторы живой природы — биотические (биогенные).По своему происхождению эти две категории факторов могут быть как природными,так и антропогенными(греч. anthropos — человек). Антропогенные факторы — факторы, обязанные своим происхождением человеку. Так, выбросы S02 в атмосферу могут быть как при извержении вулканов (природный абиотический фактор), так и при сжигании ископаемого топлива в котельных (антропогенный абиотический фактор).
Абиотические факторы делятся на физические и химические. Основные абиотические факторы: солнечное излучение, влажность воздуха, температура окружающей среды, атмосферные осадки, атмосферное давление, химический состав воздуха, почвенный покров, водная среда, ионизирующее излучение.
Согласно классификации экологических факторов по степени их постоянства то есть по их периодичности, которую предложил А. С. Мончадский, различают следующие три группы факторов: 1) первичные периодические факторы – это факторы, действие которых началось до появления жизни на Земле и живые организмы должны были сразу к ним адаптироваться (суточная периодичность освещенности, сезонная периодичность времен года, лунные ритмы и т.д.); 2) вторичные периодические факторы – это факторы, являющиеся следствием первичных периодических факторов (влажность, температура, динамика нищи, содержание газов в воде и т.д.); 3) непериодические факторы – это факторы, не имеющие правильной периодичности или цикличности (эдафические факторы, антропогенные факторы, содержание загрязняющих веществ в воде, атмосфере или почве и т.д.).
Воздействие экологических факторов на организмы
Экологические факторы не являются постоянными, некоторые из них носят ярко выраженный динамический характер (суточные и годовые колебания температуры, поступлений солнечной энергии и т.д.)
Кроме природных изменений экологических факторов, имеются и антропогенные изменения. Вмешательство человека в природные системы также изменяет экологические факторы. Так, создание крупных водохранилищ изменяет климат на обширной прилегающей территории.
Формирование живых организмов происходит под непрерывным воздействием экологических факторов. Каждый организм может существовать и давать жизнеспособное потомство в строго определенных границах наследственно закрепленных экологических факторов.
Любому живому организму для обеспечения процессов жизнедеятельности необходимы различные вещества, причем некоторые из них в крайне малых количествах. Немецкий агрохимик, член-корреспондент Петербургской академии наук Юстус Либих в 1840 г. разработал теорию минерального питания растений. Он установил, что развитие и урожайность растений зависит не от тех питательных веществ, которые присутствуют в изобилии, а от тех, которые необходимы в очень, незначительных количествах.
Как выяснилось позже, этот закон справедлив не только для растений, но и для всех живых организмов. Современная трактовка этого закона, называемого законом минимума Либиха, следующая: экологические факторы, значения которых приближаются к минимуму (лимитирующие факторы), наиболее существенно ограничивают развитие организмов, несмотря на оптимальное значение остальных факторов.
Лимитирующими факторами могут быть любые экологические факторы: недостаток влаги, света, тепла, отсутствие в почве питательных веществ и др. Так, недостаток влаги ограничивает распространение малоподвижных животных в пустынях и полупустынях. В морях, водоемах лимитирующим фактором развития организмов является недостаток азота и фосфора. Смыв азотных и фосфорных удобрений в водоемы при неправильном их внесении приводит к бурному развитию водорослей и других растений и в конечном итоге — к зарастанию водоема.
Американский зоолог профессор Иллинойского университета Виктор Э. Шелфорд (1877-1968) при изучении действия лимитирующих факторов на насекомых в 1913 г. пришел к выводу, что лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия. Диапазон между минимумом и максимумом фактора определяет величину толерантности (выносливости) организма к данному фактору. Это положение называют законом толерантности Шелфорда. Из данного закона вытекает важнейшее следствие: любой избыток вещества или энергии вреден для организмов и является загрязнителем окружающей среды. Так, исследования рыб в водоемах, связанных с системой конденсации ТЭЦ и соответственно имеющих повышенную температуру воды, показали повышенную смертность в их популяции. Рыбы тратили большое количество энергии на охлаждение организма, а результате энергии на обеспечение других процессов жизнедеятельности не хватало.
Несмотря на многообразие влияния экологических факторов, можно выявить общий характер их воздействия на организм.
При небольших значениях или при чрезмерном воздействии фактора жизненная активность организма заметно угнетается. Наиболее эффективно действие фактора не при минимальных или максимальных его значениях, а при некотором его значении, оптимальном для данного организма. Диапазон действия, или зона толерантности (выносливости), экологического фактора ограничен соответствующими крайними пороговыми значениями (точки минимума и максимума) данного фактора, при которых возможно существование организма. Точка на оси абсцисс, которая соответствует наилучшему показателю жизнедеятельности организма, означает оптимальную величину фактора — это точка оптимума. Так как определить оптимальное значение фактора с высокой точностью бывает трудно, говорят о диапазоне значений последнего — о зоне оптимума или зоне комфорта. Таким образом, три точки (оптимума, минимума и максимума) составляют три кардинальные точки, которые определяют возможные реакции организма на данный фактор. Крайние участки кривой, выражающие состояние угнетения при недостатке или избытке фактора, называют зонами пессимума. Рядом с критическими точками лежат сублетальные величины фактора, а за пределами зоны толерантности — летальные значения фактора, при которых наступает гибель организма.
Условия среды, в которых какой-либо фактор (или совокупность факторов) выходит за пределы зоны комфорта и оказывает угнетающее действие, в экологии часто называют экстремальными. Рассмотренные выше закономерности воздействия экологических факторов на живые организмы и характер ответных реакций последних известны как «правило оптимума».
Таким образом, основной смысл законов Либиха и Шелфорда заключается в том, что рост и развитие организмов существенно зависят от тех экологических факторов, значения которых приближаются к минимуму или к максимуму, т. е. как недостаток, так и избыток экологических факторов для организмов одинаково вреден (рис.).
Из сказанного следует важнейшее правило охраны окружающей среды: охранять окружающую среду — значит обеспечивать состав и режимы экологических факторов в пределах унаследованной толерантности живого организма.
При выходе количественного значения экологического фактора за критические точки наступает гибель организма. Теоретически кривая на рис. 3.6 является симметричной.
Следует отметить, что величина толерантности для различных организмов при одном и том же факторе различна. Способность организма адаптироваться к определенному диапазону изменения экологического фактора называют экологической пластичностью. По степени пластичности различают два типа организмов: стенобионтные и эврибионтные.
Величина толерантности для определенного экологического фактора у стенобионтных(греч. stenos — узкий, тесный) организмов достаточно небольшая. В отличие от них эврибионтные (греч. eurus — широкий) организмы могут существовать при значительно больших изменениях данного фактора. Это означает, что стенобионты экологически непластичны, а эврибионты, наоборот, обладают экологической пластичностью. Так, к стенобионтам относят типичных обитателей только пресных (карась) или только соленых вод (камбала). Трехиглая колюшка, напротив, может жить как в пресной, так и в соленой воде, т.е. является эврибионтом.
Организмы, живущие в условиях достаточно стабильных значений экологических факторов, утрачивают экологическую пластичность. И наоборот, существенные изменения значений факторов, конечно же, в пределах величины толерантности приводят к повышению экологической пластичности. В биосфере больше распространены эврибионты, стенобионтов значительно меньше.
ЛЕКЦИЯ №13. СРЕДЫ ОБИТАНИЯ ОРГАНИЗМОВ.
Дата добавления: 2015-08-21; просмотров: 2203;