Экологические факторы среды. Экологические факторы Что такое факторы окружающей среды
Наверняка каждый из нас замечал, как растения одного и того же вида прекрасно развиваются в лесу, но на открытых пространствах чувствуют себя плохо. Или, к примеру, некоторые виды млекопитающих имеют большую популяцию, а другие более ограничены при, казалось бы, одинаковых условиях. Все живое на Земле так или иначе подчиняется своим собственным законам и правилам. Их изучением занимается экология. Одно из основополагающих утверждений - закон минимума Либиха
Ограничивающий что это?
Немецкий химик и основоположник агрохимии, профессор Юстус фон Либих, сделал множество открытий. Одно из самых известных и признанных - открытие фундаментального ограничивающего фактора. Он был сформулирован в 1840 году, а позже дополнен и обобщен Шелфордом. Закон гласит, что для любого живого организма наиболее значим тот фактор, который в большей степени отклоняется от своего оптимального значения. Иными словами, существование животного или растения зависит от степени выраженности (минимальной или максимальной) того или иного условия. Особи встречаются на протяжении своей жизни с самыми разнообразными ограничивающими факторами.
«Бочка Либиха»
Фактор, ограничивающий жизнедеятельность организмов, может быть разным. Сформулированный закон по сей день активно используется в сельском хозяйстве. Ю.Либих установил, что продуктивность растений зависит в первую очередь от минерального вещества (питательного), наиболее слабо выраженного в грунте. К примеру, если азота в почве всего лишь 10% от требуемой нормы, а фосфора - 20%, то фактор, ограничивающий нормальное развитие, - недостаток первого элемента. Следовательно, в почву следует первоначально внести азотсодержащие удобрения. Максимально понятно и наглядно значение закона было изложено в так называемой «бочке Либиха» (на фото выше). Ее суть в том, что при наполнении сосуда вода начинает переливаться через край там, где наиболее короткая доска, а длина остальных уже не имеет особого значения.
Вода
Данный фактор является наиболее жестким и существенным по сравнению с остальными. Вода - основа жизни, так как играет важную роль в жизнедеятельности отдельной клетки и всего организма в целом. Поддержание ее количества на должном уровне - одна из главных физиологических функций любого растения или животного. Вода как фактор, ограничивающий жизнедеятельность, обусловлен неравномерным распределением влаги по поверхности Земли в течении года. В процессе эволюции многие организмы приспособились к экономному расходованию влаги, переживанию засушливого периода в состоянии спячки или покоя. Наиболее сильно данный фактор выражен в пустынях и полупустынях, где очень скудная и своеобразная флора и фауна.
Свет
Поступающий в форме солнечной радиации свет обеспечивает все жизненные процессы на планете. Организмам важна его длина волны, продолжительность воздействия, интенсивность излучения. В зависимости от этих показателей происходит адаптация организма к условиям среды. Как фактор, ограничивающий существование, он особенно сильно выражен на больших морских глубинах. К примеру, растения на глубине 200 м уже не встречаются. В совокупности с освещением здесь «работают», как минимум еще два лимитирующих фактора: давление и концентрация кислорода. Противопоставить этому можно влажные тропические леса Южной Америки, как наиболее благоприятную для жизни территорию.
Температура окружающей среды
Ни для кого не секрет, что все физиологические процессы, протекающие в организме, зависят от внешней и внутренней температуры. Причем большая часть видов приспособлена к довольно узкому диапазону (15-30 °С). Особенно сильно выражена зависимость у организмов, которые не способны самостоятельно поддерживать постоянную температуру тела, к примеру, пресмыкающихся (рептилий). В процессе эволюции сформировалось множество приспособлений, позволяющих преодолевать этот ограниченный фактор. Так, при жаркой погоде во избежание перегрева у растений усиливается через устьица, у животных - через кожные покровы и дыхательную систему, а также поведенческие особенности (скрываются в тени, норах и т.д.).
Загрязняющие вещества
Значение нельзя недооценивать. Последние несколько столетий для человека ознаменовались стремительным техническим прогрессом, бурным развитием промышленности. Это привело к тому, что вредные выбросы в водоемы, почву и в атмосферу увеличились в несколько раз. Понять, какой фактор ограничивает тот или иной вид, можно только после исследований. Подобное положение дел объясняет тот факт, что видовое разнообразие отдельных регионов или областей изменилось до неузнаваемости. Организмы меняются и приспосабливаются, одни сменяют другие.
Всё это - основные факторы, ограничивающие жизнь. Помимо них, существует множество других, перечислить которые просто невозможно. Каждый вид и даже особь индивидуальна, поэтому и лимитирующие факторы будут самыми разнообразными. К примеру, для форели важен процент кислорода, растворенного в воде, для растений - количественный и качественный состав насекомых-опылителей и т.д.
Все живые организмы имеют определенные пределы выносливости по тому или иному лимитирующему фактору. У некоторых они достаточно широкие, у других - узкие. В зависимости от этого показателя различают эврибионтов и стенобионтов. Первые способны переносить большую амплитуду колебания различных ограничивающих факторов. К примеру, обитающая повсеместно от степей до лесотундры, волки и т.д. Стенобионты, напротив, способны выдержать очень узкие колебания, к ним относятся практически все растения дождевых лесов.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Экологические факторы - это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на живой организм. Организм реагирует на действие экологических факторов приспособительными реакциями. Экологические факторы определяют условия существования организмов.
Классификация экологических факторов (по происхождению)
- 1. Абиотические факторы - это совокупность факторов неживой природы, влияющих на жизнь и распространение живых организмов. Среди них различают :
- 1.1. Физические факторы - такие факторы, источником которых служит физическое состояние или явление (например, температура, давление, влажность, движение воздуха и др.).
- 1.2. Химические факторы - такие факторы, которые обусловлены химическим составом среды (соленость воды, содержание кислорода в воздухе и др.).
- 1.3. Эдафические факторы (почвенные) - совокупность химических, физических, механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений (влажность, структура почвы, содержание биогенных элементов и др.).
- 2. Биотические факторы - совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую компоненту среды обитания.
- 2.1. Внутривидовые взаимодействия характеризуют взаимоотношения между организмами на популяционном уровне. В основе их лежит внутривидовая конкуренция.
- 2.2. Межвидовые взаимодействия характеризуют взаимоотношения между различными видами, которые могут быть благоприятными, неблагоприятными и нейтральными. Соответственно, обозначим характер воздействия +, - или 0. Тогда возможны следующие типы комбинаций межвидовых взаимоотношений:
- 00 нейтрализм - оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга; в природе встречается редко (белка и лось, бабочка и комар);
+0 комменсализм - один вид извлекает пользу, а другой не имеет никакой выгоды, вреда тоже; (крупные млекопитающие (собаки, олени) служат разносчиками плодов и семян растений (репейник), не получая ни вреда, ни пользы);
-0 аменсализм - один вид испытывает от другого угнетение роста и размножения; (светолюбивые травы, растущие под елью, страдают от затенения, а самому дереву это безразлично);
++ симбиоз - взаимовыгодные отношения:
- ? мутуализм - виды не могут существовать друг без друга; инжир и опыляющие его пчелы; лишайник;
- ? протокооперация - совместное существование выгодно обоим видам, но не является обязательным условием выживания; опыление пчелами разных луговых растений;
- - - конкуренция - каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие; (растения конкурируют между собой за свет и влагу, т.е. когда используют одни и те же ресурсы, тем более, если они недостаточны);
Хищничество - хищный вид питается своей жертвой;
Существует и другая классификация экологических факторов. Большинство факторов качественно и количественно изменяется во времени. Например, климатические факторы (температура, освещённость и др.) меняются в течение суток, сезона, по годам. Факторы, изменение которых во времени повторяется регулярно, называютпериодическими . К ним относятся не только климатические, но и некоторые гидрографические - приливы и отливы, некоторые океанские течения. Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника и т.п.) называются непериодическими .
Экологические факторы и понятие об экологической нише
Понятие экологического фактора
1.1.1. Понятие экологического фактора и их классификация
С экологических позиций среда – это природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях. Окружающая организм среда характеризуется огромным разнообразием, слагаясь из множества динамичных во времени и пространстве элементов, явлений, условий, которые рассматриваются в качестве факторов .
Экологический фактор – это любое условие среды , способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития. В свою очередь организм реагирует на экологический фактор специфичными приспособительными реакциями.
Таким образом, экологические факторы – это все элементы естественной среды, которые влияют на существование и развитие организмов, и на какие живые существа реагируют реакциями приспособления (за пределами способности приспособления настает смерть).
Следует отметить, что в природе экологические факторы действуют комплексно. В особенности важно помнить это, оценивая влияние химических загрязнителей. В этом случае "суммарный" эффект, когда отрицательное действие одного вещества накладывается на отрицательное действие других, а к этому прибавляется влияние стрессовой ситуации, шумов, различных физических полей, значительно изменяет значения ПДК, приведенные в справочниках. Этот эффект называют синергитическим.
Важнейшим является понятие лимитирующего фактора , то есть такого, уровень (доза) которого приближается к границе выносливости организма, концентрация которого ниже или выше оптимальной. Это понятие определяется законами минимума Либиха (1840 г) и толерантности Шелфорда (1913 г.). Наиболее часто лимитирующими факторами есть температура, свет, биогенные вещества, течения и давление в среде, пожары и т.п.
Более всего распространенны организмы с широким диапазоном толерантности относительно всех экологических факторов. Высочайшая толерантность характерная для бактерий и сине-зеленых водорослей, которые выживают в широком диапазоне температур, радиации, солености, рН и др.
Экологические исследования, связанные с определением влияния экологических факторов на существование и развитие отдельных видов организмов, взаимосвязей организма с окружающей среды, являются предметом науки аутэкологии . Раздел экологии, который исследует ассоциации популяций различных видов растений, животных, микроорганизмов (биоценозов), пути их формирования и взаимодействия с окружающей средой, называется синэкологией . В границах синэкологии выделяют фитоценологию, или геоботанику (объект изучение – группировок растений), биоценологию (группировки животных).
Таким образом, понятие экологического фактора – одно из наиболее общих и чрезвычайно широких понятий экологии. В соответствии с этим задача классификации экологических факторов оказалась весьма сложной, так что общепринятого варианта до сих пор нет. В то же время достигнуто согласие относительно целесообразности использования при классификации экологических факторов определенных признаков.
Традиционно выделяли три группы экологических факторов:
1) абиотические (неорганические условия – химические и физические, такие, как состав воздуха, воды, грунта, температура, свет, влажность, радиация, давление и т.п.);
2) биотические (формы взаимодействия между организмами);
3) антропогенные (формы деятельности человека).
Сегодня различают десять групп экологических факторов (общее количество – около шестидесяти), объединенных в специальную классификацию:
1. по времени – факторы времени (эволюционные, исторические, действующие), периодичности (периодические и непериодические), первичные и вторичные;
2. по происхождению (космические, абиотические, биотические, природные, техногенные, антропогенные);
3. по среде возникновения (атмосферные, водные, геоморфологические, экосистемные);
4. по характеру (информационные, физические, химические, энергетические, биогенные, комплексные, климатические);
5. по объекту влияния (индивидуальные, групповые, видовые, социальные);
6. по степени влияния (летальные, экстремальные, ограничивающие, возмущающие, мутагенные, тератогенные);
7. по условиям действия (зависимые или независимые от плотности);
8. по спектру влияния (выборочного или общего действия).
Прежде всего, экологические факторы делятся на внешние (экзогенные или энтопические ) и внутренние (эндогенные ) по отношению к данной экосистеме.
К внешним относятся факторы, действия которых в той или иной степени определяют изменения, происходящие в экосистеме, но сами они практически не испытывают ее обратного воздействия. Таковы солнечная радиация, интенсивность атмосферных осадков, атмосферное давление, скорость ветра, скорость течения и т.д.
В отличие от них внутренние факторы соотносятся со свойствами самой экосистемы (или отдельных ее компонентов) и в действительности образуют ее состав. Таковы численности и биомассы популяций, запасы различных веществ, характеристики приземного слоя воздуха, водной или почвенной массы и т.д.
Второй распространенный классификационный принцип – это деление факторов на биотические и абиотические . К первым относятся разнообразные переменные, характеризующие свойства живого вещества, а ко вторым - неживых компонентов экосистемы и ее внешней среды. Деление факторов на эндогенные - экзогенные и на биотические - абиотические не совпадают. В частности, существуют как экзогенные биотические факторы, например интенсивность заноса извне семян некоторого вида в экосистему, так и эндогенные абиотические факторы, такие, как концентрация О 2 или СО 2 в приземном слое воздуха или воде.
Широкое использование в экологической литературе находит классификация факторов по общему характеру их происхождения или объекту воздействия . Например, среди экзогенных различают метеорологические (климатические), геологические, гидрологические, миграционные (биогеографические), антропогенные факторы, а среди эндогенных – микрометеорологические (биоклиматические), почвенные (эдафические), водные и биотические.
Важным классификационным показателем служит характер динамики экологических факторов, в особенности наличие или отсутствие ее периодичности (суточной, лунной, сезонной, многолетней). Связано это с тем, что приспособительные реакции организмов к тем или иным факторам среды определяются степенью постоянства воздействия этих факторов, то есть их периодичностью.
Биологом А.С. Мончадским (1958) выделялись первичные периодические факторы, вторичные периодические факторы и непериодические факторы.
К первичным периодическим факторам относятся в основном явления, связанные с вращением Земли: смена времен года, суточная смена освещенности, приливные явления и т.п. Эти факторы, которым свойственна правильная периодичность, действовали еще до появления жизни на Земле, и возникающие живые организмы должны были сразу адаптироваться к ним.
Вторичные периодические факторы - следствие первичных периодических: например, влажность, температура, осадки, динамика растительной пищи, содержание растворенных газов в воде и т.п.
К непериодическим относятся факторы, не имеющие правильной периодичности, цикличности. Таковы почвенно-грунтовые факторы, разного рода стихийные явления. Антропогенные воздействия на окружающую среду часто относятся к непериодическим факторам, которые могут проявляться внезапно и нерегулярно. Поскольку динамика естественных периодических факторов - одна из движущих сил естественного отбора и эволюции, живые организмы, как правило, не успевают выработать приспособительных реакций, например, к резкому изменению содержания тех или иных примесей в окружающей среде.
Особая роль среди экологических факторов принадлежит суммативным (аддитивным) факторам, характеризующим численности, биомассы или плотности популяций организмов, а также запасы или концентрации различных форм вещества и энергии, временные изменения которых подчиняются законам сохранения. Подобные факторы называются ресурсами . Например, говорят о ресурсах тепла, влаги, органической и минеральной пище и т.д. В отличие от них такие факторы, как интенсивность и спектральный состав радиации, уровень шума, окислительно-восстановительный потенциал, скорость ветра или течения, размер и форма пищи и т.д., которые сильно влияют на организмы, не относятся к категории ресурсов, т.к. к ним не применимы законы сохранения.
Число всевозможных экологических факторов представляется потенциально неограниченным. Однако по степени воздействия на организмы они далеко не равносильны, вследствие чего в экосистемах разного типа некоторые факторы выделяются как наиболее существенные, или императивные . В наземных экосистемах из числа экзогенных факторов к ним, как правило, относятся интенсивность солнечной радиации, температура и влажность воздуха, интенсивность атмосферных осадков, скорость ветра, скорость заноса спор, семян и других зародышей или притока взрослых особей из других экосистем, а также всевозможные формы антропогенного воздействия. Эндогенными императивными факторами в наземных экосистемах являются следующие:
1) микрометеорологические - освещенность, температура и влажность приземного слоя воздуха, содержание в нем СО 2 и О 2 ;
2) почвенные - температура, влажность, аэрация почвы, физико-механические свойства, химический состав, содержание гумуса, доступность элементов минерального питания, окислительно-восстановительный потенциал;
3) биотические - плотность популяций разных видов, их возрастной и половой состав, морфологические, физиологические и поведенческие характеристики.
1.1.2. Пространство экологических факторов и функция отклика организмов на совокупность экологических факторов
Интенсивность воздействия каждого экологического фактора может быть численно охарактеризована, то есть описана математической переменной, принимающей значение на некоторой шкале.
Экологические факторы могут быть упорядочены по силе их относительно воздействия на организм, популяцию, экосистему, то есть ранжированы . Если значение первого по силе воздействия фактора измеряется переменной х 1 , второго - переменной х 2 , … , n -го - переменной х n и т. д., то весь комплекс экологических факторов может быть представлен последовательностью (х 1 , х 2 , … , х n , …).Чтобы охарактеризовать множество всевозможных комплексов экологических факторов, получающих при различных значениях каждого из них, целесообразно ввести понятие пространства экологических факторов, или, другими словами, экологического пространства.
Пространством экологических факторов назовем евклидово пространство, координаты которого сопоставлены ранжированным экологическим факторам:
Для количественной характеристики воздействия экологических факторов на показатели жизнедеятельности особей, такие, как скорость роста, развития, плодовитость, продолжительность жизни, смертность, питание, метаболизм, двигательная активность и т. д. (пусть они нумеруются индексом k
= 1, …, m
), вводится понятие о ф
ун
кц
ия
х
от
кл
ика
.
Значения, принимаемые показателем с номером k
на определенной шкале при варьировании экологических факторов, как правило, ограничены снизу и сверху. Обозначим через 
отрезок на шкале значений одного из показателей (k
-го) жизнедеятельности экосистемы.
Функцией отклика k -го показателя на совокупность экологических факторов (х 1 , х 2 , … , х n , …) называется функция φ k , отображающая экологическое пространство Е на шкалу I k :
,
которая каждой точке (х 1 , х 2 , … , х n , …) пространства Е сопоставляет число φ k (х 1 , х 2 , … , х n , …) на шкале I k .
Хотя число экологических факторов потенциально неограничено и, следовательно, бесконечны размерность экологического пространства Е и число аргументов функции отклика φ k (х 1 , х 2 , … , х n , …), в действительности удается выделить конечное число факторов, например n , с помощью которых можно объяснить заданную часть от полного варьирования функции отклика. Например, первые 3 фактора могут объяснить 80% общего варьирования показателя φ , первые 5 факторов – 95%, первые 10 – 99% и т. д. Остальные, не вошедшие в число указанных факторов, не оказывают определяющего воздействия на изучаемый показатель. Их влияние можно рассматривать как некоторый "экологический " шум, накладывающийся на действие императивных факторов.
Это позволяет от бесконечномерного пространства Е перейти к его n -мерному подпространству Е n и рассматривать сужение функции отклика φ k на это подпространство:
причем , где ε n +1 – случайный "экологический шум ".
Любому живому организму необходимы не вообще температура, влажность, минеральные и органические вещества или какие-либо другие факторы, а их определенный режим, то есть существуют некоторые верхние и нижние границы амплитуды допустимых колебаний этих факторов. Чем шире пределы какого-либо фактора, тем выше устойчивость, то есть толерантность данного организма.
В типичных случаях функция отклика имеет форму выпуклой кривой, монотонно возрастающей от минимального значения фактора x j s (нижний предел толерантности) до максимума при оптимальном значении фактора x j 0 и монотонно убывающей к максимальному значению фактора x j e (верхний предел толерантности).
Интервал X j = [x j s , x j e ] называется интервалом толерантности по данному фактору, а точка x j 0 , в которой функция отклика достигает экстремума, называется точкой оптимума по данному фактору.
Одни и те же экологические факторы неодинаково влияют на организмы разных видов, живущих вместе. Для одних они могут быть благоприятными, для других – нет. Важным элементом является реакция организмов на силу воздействия экологического фактора, отрицательное действие которого может возникать в случае излишка или недостатка дозы. Поэтому существует понятие благоприятной дозы или зоны оптимума фактора и зоны пессимума (диапазон значений дозы фактора, в котором организмы чувствуют себя угнетенно).
Диапазоны зон оптимума и пессимума являются критерием для определения экологической валентности – способности живого организма приспосабливаться к изменениям условий среды. Количественно она выражается диапазоном среды, в границах которого вид нормально существует. Экологическая валентность разных видов может быть очень разной (северный олень выдерживает колебание температуры воздуха от -55 к +25÷30°С, а тропические кораллы гибнут уже при изменении температуры на 5-6 °С). По экологической валентности организмы разделяются на стенобионты – с малой приспособленностью к изменениям среды (орхидеи, форель, дальневосточный рябчик, глубоководные рыбы) и эврибионты – с большей приспособленностью к изменениям окружающей среды (колорадский жук, мыши, крысы, волки, тараканы, камыш, пырей). В границах эврибионтов и стенобионтов в зависимости от конкретного фактора организмы разделяют на эвритермные и стенотермные (по реакции на температуру), эвригалинные и стеногалинные (по реакции на соленость водной среды), эврифоты и стенофоты (по реакции на освещение).
Чтобы выразить относительную степень толерантности, в экологии существует ряд терминов, в которых используются приставки стено -, что означает узкий, и эври - – широкий. Виды, имеющие узкий интервал толерантности (1), называются стеноэками , а виды с широким интервалом толерантности (2) – эвриэками по данному фактору. Для императивных факторов есть собственные термины:
по температуре: стенотермный - эвритермный;
по воде: стеногидрический – эвригидрический;
по солености: стеногалинный – эвригалинный;
по пищи: стенофагный – эврифагный;
по выбору местообитания: стеноойкный – эвриойкный.
1.1.3. Закон лимитирующего фактора
Присутствие или процветание организма в данном местообитании зависит от комплекса экологических факторов. По каждому фактору имеется диапазон толерантности, за пределами которого организм не способен существовать. Невозможность процветания или отсутствие организма определяется теми факторами, значения которых приближаются или выходят за пределы толерантности.
Лимитирующим будем считать такой фактор, по которому для достижения заданного (малого) относительного изменения функция отклика требуется минимальное относительное изменение этого фактора. Если
то лимитирующим будет фактор х l , то есть лимитирующим является фактор, вдоль которого направлен градиент функции отклика.
Очевидно, что градиент направлен по нормали к границе области толерантности. И для лимитирующего фактора больше шансов при всех прочих равных условиях выйти за пределы области толерантности. То есть лимитирующим является тот фактор, значение которого наиболее близки к нижней границе интервала толерантности. Эта концепция известна как "закон минимума " Либиха.
Идея о том, что выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей, впервые была ясно показана в 1840г. химиком-органиком Ю. Либихом, одним из основоположников агрохимии, который выдвинул теорию минерального питания растений . Он был первым, кто начал изучение влияния разнообразных факторов на рост растений, установив, что урожай культур часто лимитируется не теми элементами питания, которые требуются в больших количествах, такими, например, как двуокись углерода и вода, поскольку эти вещества обычно присутствуют в среде в изобилии, а теми, которые требуются в ничтожнейших количествах, например, цинк, бор или железо, которых в почве очень мало. Вывод Либиха о том, что "рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве", стал известен как либиховский "закон минимума".
Спустя 70 лет американский ученый В. Шелфорд показал, что не только вещество, присутствующее в минимуме, может определять урожай или жизнеспособность организма, но и избыток какого-то элемента может приводить к нежелательным отклонениям. Например, избыток ртути в организме человека по отношению к некоторой норме вызывает тяжелые функциональные расстройства. При недостатке воды в почве ассимиляция растением элементов минерального питания затруднена, но и избыток воды ведет к аналогичным последствиям: возможно задыхание корней, возникновение анаэробных процессов, закисание почвы и т.п. Избыток и недостаток рН в почве также снижает урожайность в данном месте. Согласно В. Шелфорду, факторы, присутствующие как в избытке, так и в недостатке, называются лимитирующими, а соответствующее правило получило название закона "лимитирующего фактора" или "закона толерантности ".
Закон лимитирующего фактора учитывается в мероприятиях по охране окружающей среды от загрязнения. Превышение нормы вредных примесей в воздухе и воде представляет серьезную угрозу здоровью людей.
Можно сформулировать ряд вспомогательных принципов, дополняющих "закон толерантности":
1. Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий диапазон в отношении другого.
2. Организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам обычно наиболее широко распространены.
3. Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то может сузиться и диапазон толерантности к другим экологическим факторам.
4. В природе организмы очень часто оказываются в условиях, не соответствующих оптимальному диапазону того или иного экологического фактора, определенному в лаборатории.
5. Период размножения обычно является критическим; в этот период многие факторы среды часто становятся лимитирующими. Пределы толерантности для размножающихся особей, семян, эмбрионов и проростков обычно уже, чем для неразмножающихся взрослых растений или животных.
Действительные пределы толерантности в природе почти всегда оказываются уже, чем потенциальный диапазон активности. Это связано с тем, что метаболические затраты на физиологическую регуляцию при экстремальных значениях факторов сужают диапазон толерантности. При приближении условий к экстремальным значениям адаптация становится все более дорогостоящей, а организм – все менее защищенными от других факторов, например болезней и хищников.
1.1.4. Некоторые основные абиотические факторы
Абиотические факторы наземной среды . Абиотическая компонента наземной среды представляет совокупность климатических и почвенно-грунтовых факторов, состоящих из множества динамических элементов, воздействующих как друг на друга, так и на живые существа.
Главнейшие абиотические факторы наземной среды следующие:
1) Поступающая от Солнца лучистая энергия (радиация). Распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. Служит основным источником энергии для большинства процессов в экосистемах. С одной стороны, прямое воздействие света на протоплазму смертельно для организма, с другой – свет служит первичным источником энергии, без которого невозможна жизнь. Поэтому многие морфологические и поведенческие характеристики организмов связаны с решением этой проблемы. Свет – это не только жизненно важный фактор, но и лимитирующий, причем и на максимальном, и на минимальном уровнях. Около 99% всей энергии солнечной радиации составляют лучи с длиной волны 0.17÷4.0 мкм, в том числе 48% приходится на видимую часть спектра с длиной волны 0.4÷0.76 мкм, 45% – на инфракрасную (длина волны от 0.75 мкм до 1 мм) и около 7% - на ультрафиолетовую (длина волны менее 0.4 мкм). Преимущественное значение для жизни имеют инфракрасные лучи, а в процессах фотосинтеза наиболее важную роль играют оранжево-красные и ультрафиолетовые лучи.
2) Освещенность земной поверхности , связанная с лучистой энергией и определяющаяся продолжительностью и интенсивностью светового потока. Вследствие вращения Земли периодически чередуются светлое и темное время суток. Освещенность играет важнейшую роль для всего живого и организмы физиологически адаптированы к смене дня и ночи, к соотношению темного и светлого периодов суток. Практически у всех животных существуют так называемые циркадные (суточные) ритмы активности, связанные со сменой дня и ночи. По отношению к свету растения подразделяют на светолюбивые и теневыносливые.
3) Температура на поверхности земного шара определяется температурным режимом атмосферы и тесно связана с солнечным излучением. Зависит как от широты местности (угла падения солнечного излучения на поверхность), так и от температуры приходящих воздушных масс. Живые организмы могут существовать лишь в узких пределах диапазона температур – от -200°С до 100°С. Как правило, верхние предельные значения фактора оказываются более критическими, чем нижние. Диапазон колебаний температуры в воде обычно меньше, чем на суше, и диапазон толерантности к температуре у водных организмов обычно уже, чем у соответствующих наземных животных. Таким образом, температура представляет важный и очень часто лимитирующий фактор. Температурные ритмы вместе со световыми, приливными и ритмами изменения влажности в значительной степени контролируют сезонную и суточную активность растений и животных. Температура часто создает зональность и стратификацию сред обитания.
4) Влажность атмосферного воздуха , связанная с насыщением его водяными парами. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (до высоты 1.5÷2 км), где концентрируется до 50% всей влаги. Количество водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит от температуры воздуха. Чем выше температура, тем больше влаги содержит воздух. Для каждой температуры существует определенный предел насыщения воздуха парами воды, который называют максимальным . Разность между максимальным и данным насыщением носит название дефицита влажности (недостатка насыщения). Дефицит влажности - важнейший экологический параметр, поскольку он характеризует сразу две величины: температуру и влажность. Известно, что повышение дефицита влажности в определенные отрезки вегетационного периода способствует усиленному плодоношению растений, а у ряда животных, например насекомых, приводит к размножению вплоть до так называемых ²вспышек². Поэтому на анализе динамики дефицита влажности основаны многие способы прогнозирования различных явлений в мире живых организмов.
5) Осадки , тесно связанные с влажностью воздуха, представляют собой результат конденсации водяных паров. Атмосферные осадки и влажность воздуха имеют определяющее значение для формирования водного режима экосистемы и, таким образом, входят в число наиболее важных императивных экологических факторов, так как обеспеченность водой – главнейшее условие жизнедеятельности любого организма, от микроскопической бактерии до гигантской секвойи. Количество осадков зависит в основном от путей и характера больших перемещений воздушных масс, или так называемых ²погодных систем². Распределение осадков по временам года – крайне важный лимитирующий фактор для организмов. Осадки – одно из звеньев в круговороте воды на Земле, причем в их выпадении прослеживается резкая неравномерность, в связи с чем выделяют гумидные (влажные) и аридные (засушливые) зоны. Максимум осадков в тропических лесах (до 2000 мм/год), минимум – в пустынях (0.18 мм/год). Зоны с количеством осадков менее 250 мм/год уже считаются засушливыми. Как правило, неравномерное распределение осадков по временам года встречается в тропиках и субтропиках, где нередко хорошо выражены влажный и сухой сезоны. В тропиках этот сезонный ритм влажности регулирует сезонную активность организмов (особенно размножение) примерно таким же образом, как сезонный ритм температуры и света регулирует активность организмов умеренной зоны. В умеренных климатах осадки обычно распределены по сезонам более равномерно.
6) Газовый состав атмосферы . Состав ее относительно постоянен и включает преимущественно азот и кислород с примесью незначительного количества СО 2 и аргона. Иные газы – в следовых количествах. Кроме того, в верхних слоях атмосферы содержится озон. Обычно в атмосферном воздухе присутствуют твердые и жидкие частицы воды, оксидов различных веществ, пыли и дыма. Азот – важнейший биогенный элемент, участвующий в образовании белковых структур организмов; кислород , в основном поступающий от зеленых растений, обеспечивает окислительные процессы; углекислый газ (СО 2) является естественным демпфером солнечного и ответного земного излучения; озон выполняет экранирующую роль по отношению к ультрафиолетовой части солнечного спектра, губительного для всего живого. Примеси мельчайших частиц влияют на прозрачность атмосферы, препятствуют прохождению солнечных лучей к поверхности Земли. Концентрации кислорода (21% по объему) и СО 2 (0.03% по объему) в современной атмосфере являются до какой-то степени лимитирующими для многих высших растений и животных.
7) Движение воздушных масс (ветер) . Причина возникновения ветра – перепад давления, вызванный неодинаковым нагревом земной поверхности. Ветровой поток направлен в сторону меньшего давления, то есть туда, где воздух более прогрет. Сила вращения Земли воздействует на циркуляцию воздушных масс. В приземном слое воздуха их движение оказывает влияние на все метеорологические элементы климата: режим температуры, влажности, испарение с поверхности Земли и транспирацию растений. Ветер – важнейший фактор переноса и распределения примесей в атмосферном воздухе. Ветер выполняет важную функцию транспорта вещества и живых организмов между экосистемами. Кроме того, ветер оказывает непосредственное механическое воздействие на растительность и почву, повреждая или уничтожая растения и разрушая почвенный покров. Подобная деятельность ветра наиболее характерна для открытых равнинных пространств суши, морей, побережий и горных районов.
8) Давление атмосферы . Давление нельзя назвать лимитирующим фактором непосредственного действия, хотя некоторые животные, несомненно, реагируют на его изменения; однако давление имеет прямое отношение к погоде и климату, которые оказывают непосредственное лимитирующее воздействие на организмы.
Абиотические факторы почвенного покрова . Почвенные факторы носят явно эндогенный характер, поскольку почва – это не только ²фактор² среды, окружающей организмы, но и продукт их жизнедеятельности. Почва – это тот каркас, фундамент, на котором строится почти любая экосистема.
Почва – итоговый результат действия климата и организмов, особенно растений, на материнскую породу. Таким образом, почва состоит из исходного материала – подстилающего минерального субстрата и органического компонента , в котором организмы и продукты их жизнедеятельности перемешаны с тонко измельченным и измененным исходным материалом. Промежутки между частичками заполнены газами и водой. Текстура и пористость почвы – важнейшие характеристики, во многом определяющие доступность биогенных элементов растениям и почвенным животным. В почве осуществляются процессы синтеза, биосинтеза, протекают разнообразные химические реакции преобразования веществ, связанные с жизнедеятельностью бактерий.
1.1.5. Биотические факторы
Под биотическими факторами понимают совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие.
Взаимоотношения между животными, растениями, микроорганизмами (их еще называют коакциями ) чрезвычайно многообразны. Их можно разделить на прямые и косвенные , опосредствованы через изменение своим присутствием соответствующих абиотических факторов.
Взаимодействия живых организмов классифицируют с точки зрения их реакции друг на друга. В частности, выделяют гомотипические реакции между взаимодействующими особями одного и того же вида и гетеротипические реакции при коакциях между индивидуумами разных видов.
Одним из важнейших биотических факторов является пищевой (трофический) фактор . Трофический фактор характеризуется количеством, качеством и доступностью пищи. Любой вид животного или растения обладает четкой избирательностью к составу пищи. Различают виды монофаги , питающиеся только одним видом, полифаги , питающиеся несколькими видами, а также виды, питающиеся более или менее ограниченным ассортиментом кормов, называемые широкие или узкие олигофаги .
Взаимоотношения между видами являются естественно необходимыми. Нельзя делить виды на врагов и их жертв , поскольку взаимоотношения между видами взаимообратимы. Исчезновение ²жертвы ² может привести к исчезновению ²врага ².
Взаимодействие человека и среды его обитания было объектом изучения медицины во все времена. Для оценки влияний различных условий среды был предложен термин «экологический фактор», который широко используктся в экологической медицине.
Фактор (от латинского factor - делающий, производящий) – причина, движущая сила какого-либо процесса, явления, определяющая его характер или определённые черты.
Экологический фактор – это любое воздействие окружающей среды, которое может оказывать прямое или косвенное воздействие на живые организмы. Экологический фактор – это условие среды, на которое живой организм реагирует приспособительными реакциями.
Экологические факторы определяют условия существования организмов. Условия существования организмов и популяций можно рассматривать как регулирующие экологические факторы.
Не все экологические факторы (например, свет, температура, влажность, наличие солей, обеспеченность биогенными элементами и т. д.) одинаково важны для успешного выживания организма. Взаимоотношения организма со средой представляют собой сложный процесс, в котором можно выделить наиболее слабые, "уязвимые" звенья. Те факторы, которые являются критическими или лимитирующими для жизнедеятельности организма, вызывают наибольший интерес прежде всего с практической точки зрения.
Идея о том, что выносливость организма определяется самым слабым звеном среди
всех его потребностей, впервые была высказана К. Либихом в 1840 г. Он сформулировал принцип, который известен как закон минимума Либиха: "Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени".
Современная формулировка закона Ю.Либиха звучит следующим образом: «Жизненные возможности экосистемы лимитируются теми из экологическимх факторов среды, количество и качество которых близки к необходимому экосистеме минимуму, снижение их ведет к гибели организма или разрушению экосистемы».
Принцип, первоначально сформулированный К. Либихом, в настоящее время распространен на любые экологические факторы, но он дополнен двумя ограничениями:
Относится только к системам, находящимся в стационарном состоянии;
Относится не только к одному фактору, но и к комплексу факторов, различных по своей природе и взаимодействующих в своем влиянии на организмы и популяции.
По сложившимся представлениям, лимитирующим считают такой фактор, по которому для достижения заданного (достаточно малого) относительного изменения отклика требуется минимальное относительное изменение этого фактора.
Наравне с влиянием недостатка, "минимума" экологических факторов, негативным может быть и влияние избытка, т. е. максимума факторов, таких как тепло, свет, влага. Представления о лимитирующем влиянии максимума наравне с минимумом ввел В. Шелфорд в 1913г., сформулировавший этот принцип как "закон толерантности": Лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма по отношению к данному фактору.
Закон толерантности, сформулированный В. Шелфордом, был дополнен рядом положений:
Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий - в отношении другого;
Наиболее широко распространены организмы с большим диапазоном толерантности;
Диапазон толерантности для одного экологического фактора может зависеть от других экологических факторов;
Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то это сказывается и на диапазоне толерантности для других экологических факторов;
Пределы толерантности существенно зависят от состояния организма; так, пределы толерантности для организмов в период размножения или на ранней стадии развития стадии обычно уже, чем для взрослых;
Диапазон между минимумом и максимумом экологических факторов принято называть пределами или диапазоном толерантности. Для обозначения пределов толерантности к условиям среды обитания используют термины "эврибионтный" - организм с широким пределом толерантности - и "стенобионтный" - с узким.
На уровне сообществ и даже видов известно явление компенсации факторов, под которым понимают способность приспосабливаться (адаптироваться) к условиям среды так, чтобы ослабить лимитирующее влияние температуры, света, воды и других физических факторов. Виды с широким географическим распространением почти всегда образуют адаптированные к местным условиям популяции - экотипы. По отношению к людям существует термин экологический портрет.
Известно, что не все природные экологические факторы одинаково важны, для жизнедеятельности человека. Так, наиболее существенными считают интенсивность солнечной радиации, температуру и влажность воздуха, концентрацию кислорода и углекислого газа в приземном слое воздуха, химический состав почвы и воды. Важнейшим экологическим фактором является пищевой. Для поддержания жизнедеятельности, для роста и развития, размножения и сохранения популяции людей необходима энергия, которая получается из окружающей среды в виде пищи.
Существует несколько подходов к классификации экологических факторов.
По отношению к организму экологические факторы делят на: внешние (экзогенные) и внутренние (эндогенные). Считается, что внешние факторы, действуя организм, сами не подвержены или почти не подвержены его влиянию. К ним относят факторы внешней среды.
Внешние экологические факторы по отношению к экосистеме и к живым организмам являются воздействием. Реакция экосистемы, биоценоза, популяций и отдельных организмов на эти воздействия называется откликом. От характера отклика на воздействие зависит способность организма приспосабливаться к условиям окружающей среды, адаптироваться и приобретать устойчивость к влиянию различных факторов среды, в том числе неблагоприятных воздействий.
Существует также такое понятие как летальный фактор (от лат. - letalis – смертельный). Это экологический фактор, действие которого приводит к гибели живых организмов.
При достижении определенных концентраций летальными факторами могут выступать многие химические и физические загрязнители.
Внутренние факторы соотносятся со свойствами самого организма и образуют его, т.е. входят в ее состав. Внутренние факторы - это численность и биомасса популяций, количество различных химических веществ, характеристики водной или почвенной массы и т. п.
По критерию "жизни" экологические факторы делят на биотические и абиотические.
К последним относят неживые компоненты экосистемы и ее внешней среды.
Абиотические факторы среды - компоненты и явления неживой, неорганической природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы: климатические, почвенные и гидрографические факторы. Основными абиотическими факторами среды являются температура, свет, вода, соленость, кислород, электромагнитные характеристики, почва.
Абиотические факторы делятся на:
Физические
Химические
Биотические факторы (от греческого biotikos - жизненный) - факторы живой среды, влияющие на жизнедеятельность организмов.
Биотические факторы делятся на:
Фитогенные;
Микробогенные;
Зоогенные:
Антропогенные (социально-культурные).
Действие биотических факторов выражается в форме взаимовлияний одних организмов на жизнедеятельность других организмов и всех вместе на среду обитания. Различают: прямые и косвенные взаимоотношения между организмами.
В последние десятилетия все чаще употребляется термин антропогенные факторы, т.е. вызванные человеком. Антропогенные факторы противопоставляют природным, или естественным факторам.
Антропогенным фактором называют совокупность экологических факторов и воздействий, обусловленных человеческой деятельностью в экосистемах и биосфере в целом. Антропогенный фактор - непосредственное воздействие человека на организмы или воздействие на организмы через изменение человеком их среды обитания.
Экологические факторы делятся также на:
1. Физические
Природные
Антропогенные
2. Химические
Природные
Антропогенные
3. Биологические
Природные
Антропогенные
4. Социальные (социально-психологические)
5. Информационные.
Экологические факторы делятся также на климато-географические, биогеографические, биологические, а также почвенные, водные, атмосферные и т. п.
Физические факторы.
К физическим природным факторам относятся:
Климатические, в том числе микроклимат местности;
Геомагнитная активность;
Естественный радиационный фон;
Космическое излучение;
Рельеф местности;
Физические факторы делятся на:
Механические;
Вибрацию;
Акустические;
ЭМ-излучение.
Физические антропогенные факторы:
Микроклимат населённых пунктов и помещений;
Загрязнение среды электоромагнитным излучением (ионизирующим и неионизирующим);
Шумовое загрязнение среды;
Тепловое загрязение среды;
Деформированность видимой среды (изменение рельефа местности и цветовой гаммы в населённых пунктах).
Химические факторы.
К природным химическим факторам относятся:
Химический состав литосферы:
Химический состав гидросферы;
Химический состав атмосферы,
Химический состав пищи.
Химический состав литосферы, атмосферы и гидросферы зависит от природного состава + выброс химических веществ в результате геологических процессов (например, примеси сероводорода в результате извержения вулана) и жизнедеятельности живых организмов (например, примеси в воздухе фитонцидов, терпенов).
Антропогенные химические факторы:
Хозяйственно-бытовые отходы,
Промышленные отходы,
Синтетические материалы, используемые в быту, сельском хозяйстве и промышленном производстве,
Продукты фармацевтической промышленности,
Пишевые добавки.
Действие химических факторов на организм человека может быть обусловлено:
Избытком или недостатком содержания естественных химических элементов в
окружающей среде (природные микроэлементозы);
Избытком содержания естественных химических элементов в окружающей
среде, связанным с деятельностью человека (антропогенное загрязненеие),
Присутствием в окружающей среде несвойственных ей химических элементов
(ксенобиотиков) вследствие антропогенного загрязнения.
Биологические факторы
Биологические, или биотические (от греческого biotikos – жизненный) экологические факторы - факторы живой среды, влияющие на жизнедеятельность организмов. Действие биотических факторов выражается в форме взаимовлияний одних организмов на жизнедеятельность других, а также их совместного влияния на среду обитания.
Биологические факторы:
Бактерии;
Растения;
Простейшие;
Насекомые;
Безпозвоночные (в том числе гельминты);
Позвоночные.
Социальная среда
Здоровье человека не определяется полностью приобретенными в онтогенезе биологическими и психологическими свойствами. Человек – существо социальное. Он живёт в обществе, управляемом с помощью государственных законов, с одной стороны, с другой, - с помощью так называемых общепринятых законов, моральных установок, правил поведения, в том числе предполагающих различные ограничения и т.д.
Социум с каждым годом становиться всё сложнее и оказывает всё большее влияние на здоровье личности, популяции, общества. За пользование благами цивилизованного общества человек должен жить в жёсткой зависимости от принятого в социуме образа жизни. За эти блага, часто очень сомнительные, личность платит частью своей свободы, или же полностью всей свободой. А личность несвободная, зависимая не может быть полностью здоровой и счастливой. Какая-то часть свободы человека, отдаваемая технокритическому обществу в обмен на преимущества цивилизованной жизни, постоянно держит его в состоянии нервнопсихического напряжения. Постоянное нервно-психическое перенапряжение и перенапряжение ведёт к уменьшению психической устойчивости за счёт снижения резервных возможностей нервной системы. К тому же существует множество социальных факторов, которые могут привести к срыву адаптационных возможностей человека и развитию различных болезней. К ним относятся и социальная неустроенность, неуверенность в завтрашнем дне, моральная угнетённость, которые расцениваются в качестве ведущих факторов риска.
Социальные факторы
Социальные факторы делятся на:
1. социальный строй;
2. производственная сфера (промышленность, сельское хозяйство);
3. бытовая сфера;
4. образование и культура;
5. народонаселение;
6. ЗО и медицина;
7. др. сферы.
Существует также следующая группировка социальных факторов:
1. Социальная политика, формирующая социотип;
2. Социальное обеспечение, оказывающее непосредственное влияние на формирование здоровья;
3. Экологическая политика, формирующая экотип.
Социотип – косвенная характеристика интегрального социального груза по совокупности факторов социальной среды.
Социотип включаетв себя:
2. условия труда, отдыха и быта.
Всякий экологический фактор по отношению к человеку может быть: а) благоприятным - способствующим его здоровью, развитию и реализации; б) неблагоприятным, ведущим к его болезни и деградации, в) оказывающим влияние и того и другого рода. Не менее очевидно также, что в реальности большинство воздействий относятся к последнему типу, имея как позитивные, так и негативные стороны.
В экологии существует закон оптимума, согласно которому любой экологический
фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы. Оптимальный фактор - наиболее благоприятная для организма интенсивность экологического фактора.
Воздействия могут различаться также по масштабу: одни затрагивают все население страны в целом, другие - жителей того или иного региона, третьи - выделяемые по демографическим характеристикам группы, четвертые - отдельного гражданина.
Взаимодействие факторов - одновременное или последовательное суммарное воздействие на организмы различных природных и антропогенных факторов, приводящее к ослаблению, усилению или видоизменению действия отдельного фактора.
Синергизм - комбинированное воздействие двух или более факторов, характеризующееся тем, что их совместное биологическое действие значительно превышает эффект каждого компонента и их суммы.
Следует понять и запомнить, что основной вред здоровью наносят не отдельные экологические факторы, а совокупная интегральная средовая нагрузка на организм. Она состоит из экологического груза и социального груза.
Экологический груз – совокупность неблагоприятных для здоровья человека факторов и условий природной и техногенной среды. Экотип – косвенная характеристика интегрального экологического груза по совокупности факторов природной и техногенной среды.
Для оценок экотипа необходимы гигиенические данные о:
Качестве жилья,
Питьевой воды,
Воздуха,
Почвы, продуктов питания,
Лекарств и т.д.
Социальный груз – совокупность неблагоприятных для здоровья человека факторов и условий социальной жизни.
Факторы окружающей среды, формирующие здоровье населения
1. Климато-географические характеристики.
2. Социально-экономические характеристики места жительства (город, село).
3. Санитарно-гигиенические характеристики окружающей среды (воздуха, воды, почвы).
4. Особенности питания населения.
5. Характеристика трудовой деятельности:
Профессия,
Санитарно-гигиенические условия труда,
Наличие профессиональных вредностей,
Психологический микроклимат на службе,
6. Семейно-бытовые факторы:
Состав семьи,
Характер жилья,
Средний доход на 1 члена семьи,
Организация семейного быта.
Распределение внерабочего времемни,
Психологический климат в семье.
Показатели, характеризующие отношение к состоянию здоровья и определяющие активность по его поддержанию:
1. Субъективная оценка собственного здоровья (здоровый, больной).
2. Определение места личного здоровья и здоровья членов семьи в системе индивидуальных ценностей (иерархии ценностей).
3. Информированность о факторах, способствующих сохранению и укреплению здоровья.
4. Наличие вредных привычек и зависимостей.
Определение
Экология - это наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей неживой природой.
Термин «экология» ввел в научный обиход в 1866 г. немецкий зоолог и эволюционист, последователь Ч. Дарвина Э. Геккель.
Задачи экологии:
Изучение пространственного размещения и адаптационных возможностей живых организмов, их роль в круговороте веществ (экология особей, или аутэкология).
Изучение динамики численности и структуры популяций (популяционная экология).
Изучение состава и пространственной структуры сообществ, круговорота веществ и энергии в биосистемах (экология сообществ, или экосистемная экология).
Изучение взаимодействия с окружающей средой отдельных таксономических групп организмов (экология растений, экология животных, экология микроорганизмов и т. д.).
Изучение различных экосистем: водных (гидробиология), лесных (лесоведение).
Реконструкция и изучение эволюции древних сообществ (палеоэкология).
Экология тесно связана с другими науками: физиологией, генетикой, физикой, географией и биогеографией, геологией и эволюционной теорией.
В экологических расчетах применяется методы математического и компьютерного моделирования, метод статистического анализа данных.
экологические факторы
Экологические факторы - компоненты окружающей среды, влияющие на живой организм.
Существование определенного вида зависит от сочетания множества различных факторов. Причем для каждого вида значение отдельных факторов, а также их комбинации весьма специфичны.
Виды экологических факторов:
Абиотические факторы
- факторы неживой природы, прямо или косвенно действующие на организм.
Примеры: рельеф, температура и влажность воздуха, освещенность, течение и ветер.
Биотические факторы
- факторы живой природы, влияющие на организм.
Примеры: микроорганизмы, животные и растения.
Антропогенные факторы
- факторы, связанные с деятельностью человека.
Примеры: строительство дорог, распашка земель, промышленность и транспорт.
Абиотические факторы
климатические: годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха;
Развернуть
Развернуть
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ
По отношению к водному обмену
гидратофиты - растения, постоянно живущие в воде;
гидрофиты - растения, частично погруженные в воду;
гелофиты - болотные растения;
гигрофиты - наземные растения, обитающие в чрезмерно увлажненных местах;
мезофиты - растения, предпочитающие умеренное увлажнение;
ксерофиты - растения, приспособленные к постоянном недостатку влаги (в том числе суккуленты --растения,накапливающие воду в тканях своего тела (например, толстянковые и кактусы);
склерофиты - засухоустойчивые растения с жесткими, кожистыми листьями и стеблями.
эдафические (почвенные): механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы;
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ
По отношению к плодородию почвы различают следующие экологические группы растений:
олиготрофы - растения бедных, малоплодородных почв (сосна обыкновенная);
мезотрофы - растения с умеренной потребностью в питательных веществах (большинство лесных растений умеренных широт);
эвтрофы - растения, требующие большого количества питательных веществ в почве (дуб, лещина, сныть).
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ
Все растения по отношению к свету можно разделить на три группы: гелиофиты, сциофиты, факультативные гелиофиты.
Гелиофиты - светолюбивые растения (степные и луговые злаки, растения тундр, ранневесенние растения, большинство культурных растений открытого грунта, многие сорняки).
Сциофиты - тенелюбивые растения (лесные травы).
Факультативные гелиофиты - теневыносливые растения, способны развиваться как при очень большом, так и при малом количестве света (ель обыкновенная, клен остролистный, граб обыкновенный, лещина, боярышник, земляника, герань полевая, многие комнатные растения).
Сочетание различных абиотических факторов определяет распространение видов организмов по разным областям земного шара. Определенный биологический вид встречается не повсеместно, а в районах, где имеются необходимые для его существования условия.
фитогенные - влияние растений;
микогенные - влияние грибов;
зоогенные - влияние животных;
микробиогенные - влияние микроорганизмов.
АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ
Хотя человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, деятельность людей на планете выделяют в особую силу.
физические: использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолетах, 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: взаимодействие с домашними животными, синантропными видами (мухи, крысы и т. п.), использование цирковых и сельскохозяйственных животных.
Основными способами антропогенного влияния являются: завоз растений и животных, сокращение ареалов и уничтожение видов, непосредственное воздействие на растительный покров, распашка земель, вырубка и выжигание лесов, выпас домашних животных, выкашивание, осушение, орошение и обводнение, загрязнение атмосферы, создание мусорных свалок и пустырей, создание культурных фитоценозов. К этому следует добавить многообразные формы растениеводческой и животноводческой деятельности, мероприятия по защите растений, охране редких и экзотических видов, промысел животных, их акклиматизацию и т. п.
Влияние антропогенного фактора с момента появления человека на Земле постоянно усиливалось.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ОПТИМУМ ВИДА
Можно установить общий характер воздействия экологических факторов на живой организм. Любой организм имеет специфический комплекс приспособлений к факторам среды и благополучно существует лишь в определенных границах их изменяемости.
Экологический оптимум - значение одного или нескольких экологических факторов, наиболее благоприятных для существования данного вида или сообщества.
Развернуть
Зона оптимума - это тот диапазон действия фактора, который наиболее благоприятен для жизнедеятельности данного вида.
Отклонения от оптимума определяют зоны угнетения (зоны пессимума) . Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы.
Критические точки - минимально и максимально переносимые значения фактора, за которыми организм гибнет.
Область толерантности - диапазон значений экологического фактора, при котором возможно существование организма.
Для каждого организма характерны свои максимумы, оптимумы и минимумы экологических факторов. Например, комнатная муха выдерживает колебание температуры от 7 до 50 °С, а человеческая аскарида живет только при температуре тела человека.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША
Экологическая ниша - совокупность факторов среды (абиотических и биотических), которые необходимы для существования определенного вида.
Экологическая ниша характеризует образ жизни организма, условия его обитания и питания. В отличие от ниши понятие местообитание обозначает территорию, где живет организм, т. е. его «адрес». Например, травоядные обитатели степей - корова и кенгуру - занимают одну экологическую нишу, но имеют различные места обитания. Наоборот, обитатели леса - белка и лось, относящиеся также к травоядным животным - занимают разные экологические ниши.
Экологическая ниша всегда определяет распространение организма и его роль в сообществе.
В одном сообществе два вида не могут занимать одну и ту же экологическую нишу.
ЛИМИТИРУЮЩИЙ ФАКТОР
Лимитирующий (ограничивающий) фактор - любой фактор, который ограничивает процесс развития или существования организма, вида или сообщества.
Например, если в почве недостает какого-то определенного микроэлемента, это вызывает снижение урожайности растений. Из-за отсутствия пищи гибнут насекомые, которые питались этими растениями. Последнее отражается на выживаемости хищников-энтомофагов: других насекомых, птиц и земноводных.
Ограничивающие факторы определяют ареал расселения каждого вида. Например, распространение многих видов животных на север сдерживается нехваткой тепла и света, на юг - дефицитом влаги.
Закон толерантности Шелфорда
Лимитирующим фактором, ограничивающим развитие организма, может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия.
Закон толерантности можно сформулировать проще: плохо как недокормить, так и перекормить растение либо животное.
Из этого закона вытекает следствие: любой избыток вещества или энергии является загрязняющим среду компонентом. Например, в засушливых областях избыток воды вреден, и вода может рассматриваться как загрязнитель.
Итак, для каждого вида существуют пределы значений жизненно необходимых факторов абиотической среды, которые ограничивают зону его толерантности (устойчивости). Живой организм может существовать в определенном интервале значений факторов. Чем шире этот интервал, тем выше устойчивость организма. Закон толерантности является одним из основополагающих в современной экологии.
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
ЗАКОН ОПТИМУМА
Закон оптимума
Любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы.
Факторы положительно влияют на организмы лишь в определенных пределах. Недостаточное либо избыточное их действие сказывается на организмах отрицательно.
Закон оптимума универсален. Он определяет границы условий, в которых возможно существование видов, а также меру изменчивости этих условий.
Стенобионты - узкоспециализированные виды, которые могут жить только в относительно постоянных условиях. Например, глубоководные рыбы, иглокожие, ракообразные не переносят колебания температуры даже в пределах 2–3 °C. Растения влажных местообитаний (калужница болотная, недотрога и др.) моментально вянут, если воздух вокруг них не насыщен водяными парами.
Эврибионты - виды с большим диапазоном выносливости (экологически пластичные виды). Например, виды-космополиты.
Если нужно подчеркнуть отношение к какому-либо фактору, используют сочетания «стено-» и «эври-» применительно к его названию, например стенотермный вид - не переносящий колебания температур, эвригалинный - способный жить при широких колебаниях солености воды и т. п.
ЗАКОН МИНИМУМА ЛИБИХА
Закон минимума Либиха, или закон ограничивающего фактора
Наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения.
Именно от этого минимально (или максимально) представленного в данный конкретный момент экологического фактора зависит выживание организма. В другие отрезки времени ограничивающим могут быть другие факторы. В течение жизни особи видов встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности. Так, фактором, ограничивающим распространение оленей, является глубина снежного покрова; бабочки озимой совки - зимняя температура; а для хариуса - концентрация растворенного в воде кислорода.
Этот закон учитывается в практике сельского хозяйства. Немецкий химик Юстус фон Либих установил, что продуктивность культурных растений в первую очередь зависит от того питательного вещества (минерального элемента), которое представлено в почве наиболее слабо . Например, если фосфора в почве лишь 20 % от необходимой нормы, а кальция - 50 % от нормы, то ограничивающим фактором будет недостаток фосфора; необходимо в первую очередь внести в почву именно фосфорсодержащие удобрения.
По имени ученого названо образное представление этого закона - так называемая «бочка Либиха» (см. рис.). Суть модели состоит в том, что вода при наполнении бочки начинает переливаться через наименьшую доску в бочке и длина остальных досок уже не имеет значения.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
Изменение интенсивности одного экологического фактора может сузить предел выносливости организма к другому фактору или, наоборот, увеличить его.
В природной среде действие факторов на организм может суммироваться, взаимно усиливаться или компенсироваться.
Суммация факторов. Пример: высокая радиоактивность среды и одновременное содержание нитратного азота в питьевой воде и пище в несколько раз увеличивают угрозу здоровью человека, чем каждый из этих факторов в отдельности.
Взаимное усиление (явление синергизма). Следствием этого является снижение жизнеспособности организма. Повышенная влажность значительно снижает устойчивость организма к перенесению высоких температур. Уменьшение содержания азота в почве приводит к снижению засухоустойчивости злаков.
Компенсация. Пример: утки, оставшиеся зимовать в умеренных широтах, недостаток тепла возмещают обильным питанием; бедность почвы во влажном экваториальном лесу компенсируется быстрым и эффективным круговоротом веществ; в местах, где много стронция, моллюски могут заменять в своих раковинах кальций стронцием. Оптимальная температура повышает выносливость к недостатку влаги и пищи.
В то же время ни один из необходимых организму факторов не может быть полностью заменен другим. Например, недостаток влаги замедляет процесс фотосинтеза даже при оптимальной освещенности и концентрации $CO_2$ в атмосфере; недостаток тепла нельзя заменить обилием света, а минеральные элементы, необходимые для питания растений, - водой. Поэтому если значение хотя бы одного из необходимых факторов выходит за пределы диапазона толерантности, то существование организма становится невозможным (см. закон Либиха).
Интенсивность воздействия факторов среды находится в прямой зависимости от продолжительности этого воздействия. Длительное действие высоких или низких температур губительно для многих растений, тогда как кратковременные перепады растения переносят нормально.
Таким образом, факторы среды действуют на организмы совместно и одновременно. Присутствие и процветание организмов в том или ином местообитании зависят от целого комплекса условий.
