Абиотические факторы среды
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ.
1. Экология как наука.
2. Экологические факторы, их классификация. Закономерности действия факторов среды на организм. Понятие о пределах выносливости, стено- и эврибионтах. Взаимодействие экологических факторов. Лимитирующие факторы.
3. Абиотические факторы среды.
4. Свет в жизни организмов. Фотопериодизм. Экологические группы растений по отношению к световому режиму.
5. Температура, как экологический фактор. Пойкилотермные и гомойтермные животные. Температурные адаптации растений и животных.
6. Влажность как экологический фактор. Экологические группы растений по отношению к влаге. Адаптации растений и животных к различному водному режиму.
7. Биотические факторы среды.
8. Антропогенные факторы среды.
Экология как наука.
Экология – наука, изучающая исторически сложившиеся взаимоотношения организмов со средой обитания. Термин «экология» предложил в 1866 г. немецкий зоолог Э. Геккель.
С экологических позиций среда – это комплекс окружающих условий, которые способны в той или иной степени влиять на жизнедеятельность организмов. В широком смысле это материальные тела, явления и энергии, воздействующие на организм. К среде обитания (в более её узком смысле) относят только те элементы среды, с которыми данный организм вступает в прямые или косвенные отношения. Так, например, для оптимальной плотности популяций хищника имеют непосредственное значение пища, жизненное пространство, конкуренты, паразиты, возбудители болезней, климатические условия и т. д.
Экология исследует и изучает:
- влияние факторов среды на растительные и животные организмы;
- реакции отдельных особей, популяций и сообществ на эти факторы;
- механизмы, влияющие на численность популяций, их структуру;
- биологическую продуктивность природных сообществ;
- закономерности функционирования экологических систем.
Для решения перечисленных выше задач экологическая наука использует специализированные методы:
· Полевые – длительное наблюдение за взаимоотношениями в природе, за миграцией животных и т. д. С их помощью изучают конкретное влияние комплекса факторов среды на развитие и жизнедеятельность популяций.
· Экспериментальные позволяют устанавливать влияние отдельных факторов на развитие организмов в условиях искусственных экологических систем (аквариум может служить моделью реального водоема).
· Математического моделирования дают возможность прогнозировать развитие экосистем в зависимости от изменений климата и антропогенных воздействий. В основе этих моделей лежит количественный анализ многолетних наблюдений за экосистемами специалистов различных профилей: биологов, гидрологов, микробиологов, климатологов, гидрохимиков, почвоведов и т. д. Массивы полученных данных заносятся в компьютерную базу и обрабатываются с использованием специальных программ, что позволяет предсказывать на многие десятилетия вперед ответную реакцию данной экосистемы на воздействие среды и человека. Таким образом, были рассчитаны отдаленные на 10, 20, 50 и более лет последствия загрязнения территории РБ. Росси, Украины радионуклидами после аварии на Чернобыльской АЭС. Такие модели развития разработаны для Байкала, Азовского и Каспийского морей.
По мере ускорения темпов научно-технического прогресса воздействие человечества на природу становится все более мощным и в настоящее время уже соизмеримо с действием природных факторов. Экология представляет собой научную основу охраны окружающей среды, которая основывается на понимании особенностей конкретных экосистем и всей биосферы.
Экологические факторы, их классификация. Закономерности действия факторов среды на организм. Понятие о пределах выносливости, стено - и эврибионтах. Взаимодействие экологических факторов. Лимитирующие факторы.
Экологические факторы – это те элементы среды обитания, которые способны оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы хотя бы на протяжении одной из стадий их индивидуального развития. Индифферентные элементы среды, например, инертные газы, экологическими факторами не являются.
Экологические факторы могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфо-анатомические и физиологические изменения организма.
В свою очередь, адаптивные (приспособительные) реакции организмов на влияние факторов среды вырабатываются в процессе естественного отбора и позволяют выживать и оставлять потомство.
Каждый организм способен реагировать на окружающую среду в соответствии со своей генетической конституцией, использовать её факторы для своего развития и существования, или, по крайней мере, переносит их воздействие. Экологические возможности организма зависят от наследственной нормы реакции по отношению к каждому фактору среды. Большинство экологических факторов (например, температура, влажность, интенсивность солнечной радиации, источники пищи, конкуренты, паразиты и многое другое) подвержены значительным колебаниям, как в пространстве, так и во времени. Воздействие экологического фактора зависит от его интенсивности. Несмотря на многообразие влияния экологических факторов на организмы, можно выявить общий характер их воздействия.
Для каждого экологического фактора, влияющего на организм, существует благоприятная интенсивность воздействия, называемая зоной оптиму
ма. Максимальное и минимальное значение фактора, при которых еще возможна жизнедеятельность, называют пределами выносливости. В условиях, близких к пороговомудействию фактора (уменьшение или увеличение) происходит угнетение жизни. Границы, за которыми наступает гибель организмов, называют верхними и нижними пределами выносливости.
Оптимальное значение фактора, и пределы выносливости, неодинаковы для разных видов и даже для отдельных особей одного и того же вида. Виды (организмы), которые выдерживают значительные отклонения от оптимального значения фактора, т. е. обладают широким диапазоном выносливости, называются эврибионтными. Например, бурый медведь обитает в условиях холодного и теплого климата, в сухих и влажных районах, питается разнообразной растительной и животной пищей; сосна растет на песках и на болотах, где стоит вода; лесообразующие породы способны переносить существенные колебания температур. Эврибионтные организмы экологически пластичны, что способствует их широкому расселению. Виды (организмы) для которых необходимы относительно постоянные условия окружающей среды, называются стенобионтными. Например, кувшинка не может жить без воды; огурцы и томаты не переносят даже небольшие заморозки; некоторые вида антарктических рыб адаптированы к низким температурам (от -2 до +2 оС), и с повышением температуры они перестают двигаться, впадая в тепловое оцепенение. Эти организмы являются экологическинепластичными и имеют ограниченные области распространения. Способность выносить вариации экологических факторов может зависеть от этапов онтогенеза. Так, личинки краба не могут развиваться в пресной воде, тогда как взрослые особи заходят в реки далеко вверх по течению.
Значения факторов внешней среды неравноценно. Например, животные не могут жить без кислорода и органической пищи; зеленые растения не могут существовать без света, углекислого газа, кислорода и минеральных солей. Совокупность жизненно необходимых факторов среды, без которых живые организмы не могут существовать, называется условиями существования. Другие факторы среды – содержание азота в атмосфере, кремния в почве, ветер, электрические разряды и т. п. - могут быть безразличны для жизни организмов.
Отклонение от оптимальной интенсивности какого-либо фактора может сузить пределы выносливости к другим факторам, например, при уменьшении содержания азота в почве снижается засухоустойчивость растений. Факторы среды воздействую на организм одновременно и совместно, причем действие каждого из них в определенной мере зависит от количественного выражения других факторов. В то же время ни один из необходимых факторов не может быть полностью заменен другим. При недостатке бора в почве рост растений прекращается, даже если другие элементы имеются в необходимом количестве. Фактор среды, в конкретных условиях наиболее удаленный от оптимума, снижает возможность существования вида в данных условиях, несмотря на оптимальные сочетания остальных факторов. Такой фактор, интенсивность которого приближается к пределу выносливости или выходит за него, называется ограничивающим, или лимитирующим фактором.Такие уклоняющиеся от оптимума факторы имеют большое значение в жизни вида, определяя его географический ареал.
Закон лимитирующего (ограничивающего) фактора, или Закон минимума Либиха (Бочка Либиха) – один из фундаментальных законов в экологии, гласящий, что наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения. Поэтому во время прогнозирования экологических условий или выполнения экспертиз очень важно определить слабое звено в жизни организма. В простейшем виде основной закон минимума, сформулированный Либихом в 1840 г., касается успешности роста и урожайности сельскохозяйственных культур, зависящих от вещества, находящегося в минимуме по сравнению с другими необходимыми веществами. Позднее (1909 г.) закон минимума был истолкован Ф. Блекманом более широко, как действие любого экологического фактора, находящегося в минимуме: факторы среды, имеющие в конкретных условиях наихудшее значение, особенно ограничивают возможность существования вида в данных условиях вопреки и, не смотря на оптимальное сочетание других отдельных условий.
Сочетание условий среды, обеспечивающих усиленный рост, развитие и размножение каждого организма (популяции, вида), называют экологическим (биологическим) оптимумом.
Создание условий биологического оптимума при выращивании сельскохозяйственных культур и животных позволяет значительно повысить их продуктивность.
Экологические факторы по происхождению и специфике действия подразделяют на три категории: абиотические, биотические и антропогенные.
Абиотические факторы среды.
Абиотические факторывключают элементы неживой природы, оказывающие воздействие на организмы. Их подразделяют на климатические, эдафические, орографические, гидрографические, химические и пирогенные.
Климатические факторы – основные элементы климата: солнечная радиация (свет, температура), атмосферные осадки и атмосферное давление, влажность воздуха, циркуляция воздуха (ветер), радиационный фон, которые в разных частях земного шара тесно связаны с деятельностью Солнца; климатические факторы обусловливают развитие биоценозов и экосистем.
Эдафические факторы – это вся совокупность физических и химических свойств почвы, оказывающих экологическое воздействие на живые организмы. Основные эдафические факторы: механический состав почвы (размер её частиц), относительная рыхлость, структура, водопроницаемость, аэрируемость, химический состав почвы и циркулирующих в ней веществ (газов, воды).
Орографические факторы (топографические) – особенности рельефа, высота над уровнем моря, экспозиция и крутизна склонов. Воздействие этих факторов может сильно сказываться на местном климате и развитии почвы. Одним из главных орографических факторов является высота над уровнем моря. С высотой снижаются средние температуры, усиливается суточный перепад температур, увеличиваются количество осадков, скорость ветра и интенсивность радиации, понижаются атмосферное давление и концентрация газов. Все эти факторы оказывают воздействие на растения и животных, обусловливая вертикальную зональность.
Гидрографические факторы включают такие характеристики водной среды, как плотность воды, скорость горизонтальных перемещений (течение), количество растворенного в воде кислорода, содержание взвешенных частиц, проточность, температурный и световой режимы водоемов и т. п. Организмы, обитающие в водной среде, называются гидробионты. Важным 7идрографическим фактором является световой режим водоемов. С глубиной количество света быстро убывает, поэтому в Мировом океане водоросли обитают только в освещенной зоне (чаще на глубинах от 20 до 40 м). Плотность морских организмов (их количество на единицу площади или объема) закономерно уменьшается с глубиной.
Химические факторы: газовый состав атмосферы, соленость воды и почвы. Действие химических факторов проявляется в виде проникновения в окружающую среду химических веществ, отсутствовавших в ней раньше, что в значительной степени связано с современных антропогенным влиянием. Газовый состав чрезвычайно важен для организмов, обитающих в водной среде. Например, в водах Черного моря очень много сероводорода, что делает этот бассейн не совсем благоприятным для жизни в нем некоторых животных. Впадающие в него реки несут с собой не только пестициды и тяжелые металлы, смывающиеся с полей, но также азот и фосфор. А это не только сельскохозяйственные удобрения, но и пища для морских организмов и водорослей, которые из-за переизбытка питательных веществ начинают бурно развиваться (цветение воды). Умирая они опускаются на дно и в процессе гниения потребляют значительное количество кислорода. За последние 50-60 лет цветение Черного моря значительно усилилось. В нижнем слое кислород вытеснен ядовитым сероводородом, поэтому жизни здесь практически нет. Органический мир моря относительно бедный и однообразный. Жизненный слой его ограничен поверхностью толщиной 150 м. Что касается наземных организмов, то они малочувствительны к газовому составу атмосферы, поскольку он постоянен.
Пирогенные факторы – это факторы воздействия огня, или пожары. В настоящее время пожары рассматриваются как весьма значимый и один из естественный абиотических экологических факторов. При правильном использовании огонь может стать ценным экологическим инструментом. Например, низовые пожары обладают избирательным действием: для одних организмов они более губительны, для других – менее, и таким образом, способствуют развитию организмов с высокой устойчивостью к пожарам. Кроме того, небольшие низовые пожары дополняют действие бактерий, ускоряя превращение минеральных элементов питания в форму, пригодную для использования новыми поколениями растений. В местах обитания с малоплодородной почвой пожары способствуют обогащению её зольными элементами и питательными веществами.