Экологические факторы с точки зрения экологии

Экология – наука о закономерностях взаимоотношений организмов (популяций, видов, сообществ) между собой и со средой обитания. Данный термин был впервые предложен немецким биологом Эрнстом Геккелем в 1869 г. Как самостоятельная наука она выделилась в начале XX века наряду с физиологией, генетикой и другими. Область приложения экологии – это организмы, популяции и сообщества. Экология рассматривает их как живой компонент системы, которую называют экосистемой. В экологии понятия популяции – сообщества и экосистемы имеют четкие определения.

Популяция (с точки зрения экологии) – это группа особей одного вида, занимающая определенную территорию и, обычно, в той или иной степени изолированная от других сходных групп.

Сообщество – это любая группа организмов различных видов, обитающих на одной площади и взаимодействующих друг с другом посредством трофических (пищевых) или пространственных связей.

Экосистема – это сообщество организмов с окружающей их средой, взаимодействующих между собой и образующих экологическую единицу.

Все экосистемы Земли объединяются в биосферу или экосферу. Понятно, что совершенно невозможно охватить исследованиями всю биосферу Земли. Поэтому точкой приложения экологии является экосистема. Однако, экосистема, как видно из определений состоит из популяций, отдельных организмов и всех факторов неживой природы. Исходя из этого возможно несколько различных подходов в изучении экосистем.

Экосистемный подход.При экосистемном подходе экологом изучаются поток энергии и круговорот веществ в экосистеме. Наибольший интерес в данном случае представляют собой взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой. Этот подход позволяет объяснить сложную структуру взаимосвязей в экосистеме и дать рекомендации по рациональному природопользованию.

Изучение сообществ. При этом подходе подробно изучается видовой состав сообществ и факторы, ограничивающие распространение конкретных видов. В данном случае исследуются четко различимые биотические единицы (луг, лес, болото и т.д.).
Популяционный подход. Точкой приложения данного подхода, как явствует из названия, является популяция.
Изучение местообитаний. В данном случае изучается относительно однородный участок среды, где живет данный организм. Отдельно, как самостоятельное направление исследований он обычно не применяется, но дает необходимый материал для понимания экосистемы в целом.
Следует отметить, что все перечисленные выше подходы в идеале должны применяться в комплексе, но в настоящий момент это практически невозможно из-за значительных масштабов исследуемых объектов и ограниченности количества полевых исследователей.

Экология как наука использует разнообразные методы исследования, позволяющие получить объективную информацию о функционировании природных систем.

Методы экологических исследований:

• наблюдение
• эксперимент
• учет численности популяции
• метод моделирования

Некоторые задачи современной экологии:

искусственная регуляция численности видов
изучение взаимоотношения организмов, популяций, видов между собой
изучение закономерностей действия факторов неживой природы на организм
решение проблемы охраны природы
создание эффективной агротехники выращивания сельскохозяйственных культур
изучение проявлений борьбы за существование в популяциях
Каждый организм в процессе своей жизни испытывает воздействие разнообразных экологических факторов. Все факторы, воздействующие на организм можно разделить на три группы: абиотические, биотические и антропогенные. В современной экологии выделяют три группы факторов:

Факторы неживой природы (абиотические) : температура, свет, влажность, концентрация солей, давление, осадки, рельеф, движение воздушных масс.
Абиотические факторы, как явствует из названия, не относятся к факторам живой природы. Их можно также разбить на отдельные группы: эдафические (почвенные), климатические, топографические и другие физические факторы (огонь, морские и речные течения, волны, приливы и отливы).

Эдафические факторы . Почвой называют слои вещества, лежащие поверх горных пород земной коры. Эта структура имеет важное значение для жизни растений. В эдафическом факторе определяющими для жизни являются структура почвы и ее химический состав. Структура почвы влияет на содержание в ней воды и воздуха. Наиболее бедными в плане плодородия являются песчаные и глинистые почвы, так как в песчаных почвах низкое содержание воды, а в глинистых – воздуха. Химический состав почвы зависит от минерального содержимого (горная порода, на которой образовалась данная почва) и органического вещества. От химического состава почвы зависит, какие растения будут на ней произрастать, так как различные виды растений имеют различные потребности к минеральному питанию.

Климатические факторы . Главными климатическими факторами любой экосистемы являются свет, температура, влажность и ветер. Свет играет множественную роль в экосистемах; некоторые процессы, проходящие в экосистемах помощью света, перечислены ниже. Основным источником тепла является солнечное излучение. Его интенсивность зависит от времени года, географической широты, солнечной активности. Кроме того, источником тепла могут быть водные источники, нагретые теплом Земли (геотермальные источники). Однако, они играют роль на очень незначительных участках земной поверхности.

Представители каждой группы организмов могут существовать в узком диапазоне температур, к которому приспособлен их метаболизм и структура. Отклонения отданного диапазона приводят к выработке защитных приспособлений либо к миграциям. В смысле температурной комфортности водная среда является более оптимальной, чем воздушная, так как теплоемкость воды выше и колебания температуры незначительные. Влажность является одним из основных лимитирующих (ограничивающих) факторов в экосистемах. Дело в том, что вода является основным неорганическим веществом любой клетки и играет значительную роль в любой экосистеме.

По способности переносить недостаток воды в почве растения можно разделить на ксерофиты (имеют высокую выносливость), мезофиты (со средней выносливостью) и гидрофиты (приспособлены к избытку воды). Животные также имеют различные механизмы для сохранения воды в организме. Атмосферные явления являют важной составляющей любой экосистемы. Казалось бы такие незначительные факторы, как дождь, ветер или давление могут иметь решающее значение на распределение организмов в экосистеме. Приведем несколько примеров. Ветер на открытой местности может вызывать изменения растительности (особенно древесной). Вспомните хотя бы деревья открытых пространств севера: классический пример с карельской березой, которая на родине имеет искривленный ствол и низкий рост для того, чтобы противостоять натиску ветра. Изменения давления, как климатический фактор также оказывает воздействие на организмы. Достаточно проследить приспособления, которые вырабатываются у организмов высокогорных зон. Ведь, как известно, с уменьшением давления уменьшается парциальное давление кислорода. Проще говоря, животные при дыхании испытывают недостаток кислорода и вынуждены вырабатывать приспособления для борьбы с ним (учащенное дыхание и сердцебиение, увеличение объема легких). У растений с понижением давления возрастает транспирация, поэтому они вынуждены вырабатывать приспособления для сохранения воды в организме.

Процессы, протекающие в экосистемах с участием солнечной радиации (света):

Фотосинтез . На процесс фотосинтеза расходуется около 5 % из падающего на растения света. Фотосинтез является начальным процессом для пищевой цепи, так как с его помощью образуется первичное органическое вещество.
Транспирация . Около 75 % солнечной энергии, попадающей на растение, расходуется на испарение воды.
Фотопериодизм . Периодические колебания продолжительности освещенности важны для «информирования» организмов о смене времени года.
Движение . Фототропизм у растений необходим для обеспечения оптимальной освещенности. Фототаксис у животных и одноклеточных растений необходим для поиска оптимального места обитания.
Зрение у животных. Это один из самых главных органов чувств.
Синтез витамина D у человека осуществляется под действием света.
Разрушительное действие. В зонах с повышенной солнечной радиацией необходима выработка приспособлений, обеспечивающих защиту от избыточного воздействия солнечной радиации.
Приспособления к недостаточной влажности у растений и животных:

Уменьшения потери воды

Листья превращаются в иглы или колючки (кактусы и хвойные деревья). Толстая восковая кутикула (листья большинства ксерофитов, насекомые). Выделение азота в виде мочевой кислоты (насекомые, птицы). Дыхательные отверстия прикрыты клапанами (многие насекомые).

Увеличение поглощения воды

Обширная поверхностная корневая система (однодольные растения) или глубоко проникающие корни (эдельвейс). Прорывание ходов к воде (термиты).

В клеточных стенках (кактусы). В специализированном мочевом пузыре (пустынная лягушка). В виде жира (пустынная крыса, верблюд).

«Уклонение» от проблемы

Переживание неблагоприятных условий в виде семян (однолетние растения), в виде луковиц или клубней (некоторые лилейные). Летняя спячка в слизистом коконе (дождевые черви, двоякодышащие рыбы).

Факторы живой природы (биотические):

• влияние организмов или популяций одного вида друг на друга
• взаимодействие особей или популяций разных видов

Биотические факторы – это факторы, связанные с взаимным влиянием организмов друг на друга. Ниже мы приводим несколько возможных взаимоотношений между организмами с небольшой расшифровкой. К биотическим факторам относятся взаимодействия типа:

Хищник – жертва . Под эти взаимоотношения подходят не только взаимоотношения между плотоядными животными и их жертвами; недавняя «жертва» сама становится хищником, поедая растения. На каждом из этих уровней организм вынужден вырабатывать приспособления, позволяющие выжить и в то же время не умереть от голода. Примеров таких приспособлений множество: защитные образования у растений (колючки, шипы, ядовитые вещества, плотная кутикула…); у травоядных – хороший слух и обоняние, способность к быстрому бегу, различные маскирующие приспособления; у хищников – мощные челюсти и когти, хорошо развитые слух и обоняние (хищники из отряда собачьих) или зрение (хищные птицы).

Паразит – хозяин . Этим типов взаимоотношений занимается целая наука, называемая паразитологией. Ввиду этого мы не будем подробно останавливаться на этом типе взаимоотношений. Отметим только, что такой тип взаимоотношений достаточно распространен в природе и в любой экосистеме паразитические организмы играют одну из ведущих ролей.

Пищевой конкурент – пищевой конкурент . При таком биотическом воздействии не наблюдается открытого уничтожения одних организмов другими, однако, при питании одной и той же пищей преимущество получают те организмы, которые лучше приспособлены к ее поиску и добыче.

Территориальный конкурент – территориальный конкурент . Как и при взаимодействии, отмеченном выше, организмы обычно не вступают в открытую борьбу друге другом, а предпочтение получают организмы, наиболее приспособленные к данному месту обитания.

Факторы, связанные с воздействием человека на природу (антропогенные):

• прямое воздействие человека на организмы и популяции, экологические системы
• воздействие человека на среду обитания различных видов

Антропогенные факторы. Данная группа факторов относится ко всякого рода воздействиям на экосистемы человека. Ввиду того, что человек единственное живое существо на Земле, которое способно к радикальному изменению любой экосистемы, антропогенные факторы являются почти всегда решающими. Антропогенное воздействие на все экосистемы Земли огромно. Трудно даже оценить масштабы такого воздействия. И даже если в какую-то экосистему никогда не ступала нога человека, можно с уверенностью говорить, что данная экосистема подвергается воздействию антропогенных факторов, так как все экосистемы связаны в единую систему, называемую биосфера

В заключение хотелось бы отметить, что любой организм в любой экосистеме ощущает на себе постоянный пресс всех факторов. Воздействие биотических и антропогенных факторов может быть непосредственным и опосредованным.

Непосредственное воздействие проявляется весьма редко, лишь в случаях прямого контакта между организмами или между организмами и человеком. Такой тип воздействия характерен полностью для абиотических факторов.

Опосредованное воздействие на большинство организмов и экосистем оказывает человек, так как любое крупное воздействие на какую-либо экосистему неминуемо влечет за собой изменение соседних экосистем и это воздействие распространяется далее по цепи. Приведем пример. Вырубка дубов в пойме реки Припять на территории Беларуси привела к уничтожению лесной экосистемы. Но на этом изменения не закончились. На смену дубам приходит быстро развивающееся дерево ольха. Однако, ольха обладает совершенно другим водным балансом в сравнении с дубом и территория постепенно заболачивается. Вокруг заболоченной территории начинают процветать гидрофильные виды, Вот так уничтожение всего одного вида организмов повлекло за собой коренное изменение экосистемы и соседних экосистем.

Конкретный фактор среды может воздействовать на организм с той или иной интенсивностью. В этой связи очень важно понять, что такое ограничивающий фактор.

Интенсивность действия фактора среды на организм:

• Оптимальная (благоприятная) – быстрый рост, активное размножение, увеличение численности в популяции.
• Максимальная и минимальная (неблагоприятная) – торможение процесса роста, прекращение размножения, общее угнетение организма, гибель.

Действия ограничивающего фактора выходят за пределы максимальных и минимальных пределов выносливости вида.

• В воде – концентрация кислорода
• В пустыне – недостаток влаги
• В тундре – недостаток тепла

Среда, с точки зрения экологии, — это комплекс окружающих условий, которые прямо или опосредовано влияют на жизнедеятельность организмов. Если рассматривать это в в более узком смысле, то среда обитания – те элементы окружающей среды, с которыми организмы вступают в прямые контакты. Любая среда обитания — совокупность отдельных элементов – факторов, которые различны по своей природе и своему воздействию на организмы. Неорганические или абиотические факторы — это температура, освещенность, воздух, вода, ветер, рельеф местности, ионизирующие излучения, кислотность, соленость и плотность среды. Биотические факторы образуются в результате совместного обитания в определенных условиях и взаимовлияния животных и растений. Для каждого экологических факторов, действующих на организм, существуют определенные значения, при которых данный организм будет находиться в наиболее благоприятных условиях. Эти значения называют зоной оптимума. Отклонение значения фактора от этой зоны может быть причиной угнетения жизнедеятельности организма, т.к. может достичь пределов выносливости организма. Как правило тот факторы, значение которых далеко от оптимума или даже приближается в границам предела выносливости организма, оказывают на него наибольшее влияние. Подобные факторы называются ограничивающими факторами.

Предел выносливости вида

Солнечная радиация (или солнечный свет) — один из важнейших экологических климатических факторов. Это связано с тем, что жизнь на Земле в энергетическом отношении обеспечивается постоянным притоком солнечной энергии. Часть этой энергии в процессе фотосинтеза утилизируется, с чем связано создание такого многообразия органических соединений. В солнечном свете присутствует также ультрафиолетовая составляющая, губительная для всего живого, поэтому для жизни на Земле имеет огромное значение озоновый слой атмосферы, который поглощает жесткие ультрафиолетовые лучи. Часть мягких ультрафиолетовых лучей достигает поверхности Земли, и под их воздействием у многих организмов активируется синтез биологически активных веществ (таких, как витамины, пигменты). Наиболее важной для живых организмов является видимая область спектра солнечного света. У растений именно видимые лучи в красной области спектра поглощаются хлорофиллами в процессе фотосинтеза. Для животных световой фактор очень важен для ориентации в пространстве и во времени, кроме того, он участвует в регуляции многих физиологических процессов. Благодаря тепловым (или инфракрасным) лучам повышается температура среды, а это очень важно для большинства организмов, особенно — для холоднокровных.

Действие спектральных диапазонов солнечного света

В процессе эволюции в зависимости от различных условий жизни сформировались светолюбивые, теневыносливые и теневые растения, которым необходимо разное количество света для их нормального развития. В зависимости от условий жизни в процессе эволюции сформировались светолюбивые, теневыносливые и теневые растения, для нормального развития которых необходимо разное количество света. Смена дня и ночи, а также изменения интенсивности светового потока в зависимости от сезона привели к появлению и развитию у живых организмов (и животных, и растений) биологических часов и фотопериодизма. На их основе образовались определенные сезонные ритмы жизнедеятельности. В соответствии с этими ритмами происходят цветение и образование плодов у растений; миграции у птиц; периоды размножения и линьки птиц; смена волосяного покрова, размножение и впадение в спячку у животных и т.п. Подобных примеров можно привести множество.

Огромное значение для живых организмов имеет температура. Она влияет на все процессы их жизнедеятельности, а в первую очередь на скорость обмена веществ. Практически для большинства организмов оптимум температуры лежит в пределах от 15 до 30°С. Однако существуют такие виды бактерий и сине-зеленых водорослей, которые живут в горячих источниках при температуре 80°С. Жизненный цикл обитателей арктических морей (беспозвоночные, рыбы, водоросли) проходит при температурах от 0 до -2° С. У многих организмов есть специальные приспособления к сезонным колебаниям температуры. Например, многие животные и растения при подготовке к зиме переходят в состояние покоя. В этом состоянии они легко переносят сильные морозы (до -70°С), которые бывают, например, в континентальных областях Сибири. В летний период включаются обратные механизмы, которые предохраняют организмы от перегрева. Как правило, это происходит за счет испарения воды; у растений — это транспирация, у животных — потоотделене. Все организмы делятся на холоднокровные (или пойкилотермные), их температура тела зависит от температуры окружающей среды; и теплокровные (гомойотермные), способные поддерживать постоянную температуру тела. Поддержание высокой температуры тела у теплокровных (млекопитающие и птицы) осуществляется с помощью специальных механизмов:

• интенсивный обмен веществ;
• совершенный механизм терморегуляции;
• хорошая тепловая изоляция благодаря волосяному покрову, оперению и слою подкожного жира.

Не менее важное значение в жизни живых организмов играет влажность. В тропических областях влажность очень высокая, а в засушливых пустынных зонах, наоборот, низкая. В пустынях количество влаги является ограничивающим фактором. Соответственно, у животных и растений пустыни возникли специальные приспособления для того, чтобы выживать в таких суровых условиях. У многих растений пустыни нет листьев, или они покрыты плотным восковым налетом. Некоторые растения имеют длинные корни, которые могут глубоко проникать в почву. Другие растения отцветают и дают семена в очень короткий весенний период. Некоторые животные, живущие в пустыне, получают всю необходимую им воду с пищей; другие используют для получения воды жировые запасы; есть животные, которые впадают в спячку в самый сухой и жаркий летний период и т.д.

Биотические факторы, воздействующие на организмы, отличаются многообразием и сложностью. Как правило, их различают внутривидовые и межвидовые взаимоотношения организмов. Факторы, которые наиболее сильно проявляются на уровне популяций, относят к внутривидовым взаимодействиям. К таким факторам относятся особенности поведения, продолжительность жизни, половой и возрастной состав, степень специализации, плотность населения и т.п. Самыми сильными факторами среди внутривидовых взаимодействий являются конкуренция за пищу, за полового партнера, за жизненное пространство и за многие другие ресурсы. С ростом численности популяции увеличивается и конкуренция, при этом растет сопротивление среды и включаются механизмы, регулирующие численность популяции (нехватка пищи, враги, болезни и паразиты и т.п.). В результате этого численность популяции поддерживается на определенном уровне.

Для партнеров межвидовые взаимодействия могут быть полезными, вредными или безразличными. Если экологические потребности партнеров не пересекаются, можно говорить о нейтрализме, когда совместно обитающие виды не оказывают никакого влияния друг на друга. Если популяции двух или нескольких видов используют одни и те же факторы среды, количество которых ограничено и недостаточно для всех, появляется межвидовая конкуренция. К таким факторам относится, например, один источник пищи, места для гнездования у птиц и т.п. В результате подобной борьбы одна популяция может вытеснить другую, либо они обе будут находиться в угнетенных условиях.
Хищничество, когда особи одних видов поедают представителей других, является одним из распространенных типов межвидовых взаимоотношений. Очень часто подобные взаимоотношения приводят к периодическим колебаниям численности хищников и их жертв: рост численности жертв приводит к росту численности хищников, это, в свою очередь, приводи к сокращению численности жертв в результате их поедания, затем из-за нехватки пищи начинает сокращаться численность хищников, что опять приводит к росту численности жертв и т.д. К одной из форм хищничества относится каннибализм – поедание особей своего вида. Он часто встречается у рыб, хищных насекомых при нехватке пищевых ресурсов и жизненного пространства.
Паразитизм – также форма межвидовых отношений, когда организм паразита получает питательные вещества за счет организма-хозяина, нанося при этом ему вред и ослабляя его, что обычно не приводит к его гибели.

Взаимодействия, которые приносят определенную пользу обоим партнерам называют мутуализмом. При симбиозе обоим партнерам необходимо совместное сожительство. Например, симбиоз клубеньковых бактерий с корнями бобовых, микориза грибов с корнями растений, симбиоз гриба и водоросли в лишайнике и т.п. При протокооперации выгода не столь значительна. Например, совместное проживание некоторых птиц способствует их защите, но не спасает от хищников.

Польза от взаимодействия может быть часто односторонней. При комменсализме один вид предоставляет другому убежище или пищу, при этом сам не получает какой-то непосредственной выгоды. Например в норах грызунов или в гнездах птиц часто живут разные сожители, которые находят там и убежище, и пищу.

Растения часто оказывают друг на друга достаточно сложное влияние, либо растения на животных, а животные на растения. Человеку в своей деятельности необходимо обязательно учитывать весь этот комплекс сложных воздействий на организмы абиотических и биотических факторов. Это необходимо в лесоводстве, луговодстве, рыбоводстве и многих других отраслях сельского хозяйства.

Экологические факторы среды

• Экономика природопользования
• Закономерности и принципы природопользования
• Экономический механизм природопользования
• Рациональное и нерациональное природопользование
• Экологический риск
• История развития экологии как науки
• Предмет, объект и задачи экологии
• Основы экологии

Экологические факторы — это комплекс окружающих условий, воздействующих на живые организмы. Различают факторы неживой природы — абиотические (климатические, эдафические, орографические, гидрографические, химические, пирогенные), факторы живой природы — биотические (фитогенные и зоогенные) и факторы антропогенные (воздействие человеческой деятельности). К лимитирующим относятся любые факторы, ограничивающие рост и развитие организмов. Приспособление организма к среде обитания называется адаптацией. Внешний облик организма, отражающий его приспособленность к условиям среды, называется жизненной формой.

Понятие об экологических факторах среды, их классификация

Отдельные компоненты среды обитания, воздействующие на живые организмы, на которые они реагируют приспособительными реакциями (адаптациями), называются факторами среды, или экологическими факторами. Иначе говоря, комплекс окружающих условий, влияющих на жизнедеятельность организмов, носит название экологические факторы среды.

Все экологические факторы делят на группы:

1. Абиотические факторы включают компоненты и явления неживой природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы. Среди множества абиотических факторов главную роль играют:

• климатические (солнечная радиация, свет и световой режим, температура, влажность, атмосферные осадки, ветер, атмосферное давление и др.);
• эдафические (механическая структура и химический состав почвы, влагоемкость, водный, воздушный и тепловой режим почвы, кислотность, влажность, газовый состав, уровень грунтовых вод и др.);
• орографические (рельеф, экспозиция склона, крутизна склона, перепад высот, высота над уровнем моря);
• гидрографические (прозрачность воды, текучесть, проточность, температура, кислотность, газовый состав, содержание минеральных и органических веществ и др.);
• химические (газовый состав атмосферы, солевой состав воды);
• пирогенные (воздействие огня).

2. Биотические факторы — совокупность взаимоотношений живых организмов, а также их взаимовлияний на среду обитания. Действие биотических факторов может быть не только непосредственным, но и косвенным, выражаясь в корректировке абиотических факторов (например, изменение состава почвы, микроклимата под пологом леса и т.д.). К биотическим факторам относятся:

• фитогенные (влияние растений друг на друга и на окружающую среду);
• зоогенные (влияние животных друг на друга и на окружающую среду).

3. Антропогенные факторы отражают интенсивное влияние человека (непосредственно) или человеческой деятельности (опосредованно) на окружающую среду и живые организмы. К таким факторам относятся все формы деятельности человека и человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно сказываются на их жизни. Каждый живой организм испытывает влияние неживой природы, организмов других видов, в том числе человека, и в свою очередь оказывает воздействие на каждую из этих составляющих.

Влияние антропогенных факторов в природе может быть как сознательным, так и случайным, или неосознанным. Человек, распахивая целинные и залежные земли, создает сельскохозяйственные угодья, выводит высокопродуктивные и устойчивые к заболеваниям формы, расселяет одни виды и уничтожает другие. Эти воздействия (сознательные) часто носят отрицательный характер, например необдуманное расселение многих животных, растений, микроорганизмов, хищническое уничтожение целого ряда видов, загрязнение среды и др.

К случайным относятся воздействия, которые происходят в природе под влиянием деятельности человека, но не были заранее предусмотрены и запланированы им: распространение вредителей, паразитов, случайный завоз различных организмов с грузом, непредвиденные последствия, вызванные сознательными действиями в природе, например осушением болот, постройкой плотин, распашкой целины и др.

Биотические факторы среды проявляются через взаимоотношения организмов, входящих в одно сообщество. В природе многие виды тесно взаимосвязаны, их отношения друг с другом как компонентами окружающей среды могут носить чрезвычайно сложный характер. Что касается связей между сообществом и окружающей неорганической средой, то они всегда являются двусторонними, обоюдными. Так, характер леса зависит от соответствующего типа почв, но сама почва в значительной мере формируется под влиянием леса. Подобно этому температура, влажность и освещенность в лесу определяются растительностью, но сформировавшиеся климатические условия в свою очередь влияют на сообщество обитающих в лесу организмов.

Воздействие экологических факторов на организм

Воздействие среды обитания воспринимается организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими. Следует отметить, что экологическим фактором является только изменяющийся элемент окружающей среды, вызывающий у организмов при своем повторном изменении ответные приспособительные эколого-физиологические реакции, наследственно закрепляющиеся в процессе эволюции. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные (рис. 1).

Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают: физические, химические и эдафические.

Физические факторы — те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.). Например, температура.

Химические факторы — те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды, содержание кислорода и т.п.

Эдафические (или почвенные) факторы представляют собой совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений. Например, влияние биогенных элементов, влажности, структуры почвы, содержание гумуса и т.п. на рост и развитие растений.

Биотические факторы — совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других (внутривидовые и межвидовые взаимодействия), а также на неживую среду обитания. Пример: внутривидовая конкуренция за места гнездований, за площадь расселения в округе; межвидовые взаимодействия — нейтрализм, конкуренция, паразитизм, хищничество и др. Примером воздействия биотических факторов на неживую природу может служить особый лесной микроклимат или микросреда, где по сравнению с открытым местообитанием создается свой режим температур и влажности: зимой здесь теплее, летом — прохладнее и более влажно.

Рис. 1. Схема воздействия среды обитания (окружающей среды) на организм

Антропогенные факторы — факторы деятельности человека, воздействующие на окружающую природную среду (загрязнение атмосферы и гидросферы, эрозия почв, уничтожение лесов и т.п.).

Лимитирующими (ограничивающими) экологическими факторами называют такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или избытка питательных веществ по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием).

Так, при выращивании растений при различных температурах точка, при которой наблюдается максимальный рост, и будет оптимумом. Весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которых еще возможен рост, называют диапазоном устойчивости (выносливости), или толерантности. Ограничивающие его точки, т.е. максимальная и минимальная пригодные для жизни температуры, — пределы устойчивости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости по мере приближения к последним растение испытывает все нарастающий стресс, т.е. речь идет о стрессовых зонах, или зонах угнетения, в рамках диапазона устойчивости (рис. 2). По мере удаления от оптимума вниз и вверх по шкале не только усиливается стресс, но по достижении пределов устойчивости организма происходит его гибель.

Рис. 2. Зависимость действия экологического фактора от его интенсивности

Таким образом, для каждого вида растений или животных существуют оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости (или выносливости) в отношении каждого фактора среды обитания. При значении фактора, близкого к пределам выносливости, организм обычно может существовать лишь непродолжительное время. В более узком интервале условий возможно длительное существование и рост особей. Еще в более узком диапазоне происходит размножение, и вид может существовать неограниченно долго. Обычно где-то в средней части диапазона устойчивости имеются условия, наиболее благоприятные для жизнедеятельности, роста и размножения. Эти условия называют оптимальными, в которых особи данного вида оказываются наиболее приспособленными, т.е. оставляют наибольшее число потомков. На практике выявить такие условия сложно, поэтому оптимум обычно определяют отдельные показатели жизнедеятельности (скорость роста, выживаемость и т.п.).

Адаптация состоит в приспособлении организма к условиям среды обитания.

Способность к адаптациям — одно из основных свойств жизни вообще, обеспечивающее возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях — от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Все приспособления организмов к существованию в различных условиях выработались исторически. В результате сформировались специфические для каждой географической зоны группировки растений и животных.

Адаптации могут быть морфологическими, когда меняется строение организма вплоть до образования нового вида, и физиологическими, когда происходят изменения в функционировании организма. К морфологическим адаптациям близко примыкает приспособительная окраска животных, способность менять ее в зависимости от освещенности (камбала, хамелеон и др.).

Широко известны примеры физиологической адаптации — зимняя спячка животных, сезонные перелеты птиц.

Весьма важными для организмов являются поведенческие адаптации. Например, инстинктивное поведение определяет действие насекомых и низших позвоночных: рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и др. Такое поведение генетически запрограммировано и передается по наследству (врожденное поведение). Сюда относится: способ построения гнезда у птиц, спаривание, выращивание потомства и др.

Существует также и приобретенное повеление, полученное индивидом в процессе его жизни. Обучение (или научение) — главный способ передачи приобретенного поведения от одного поколения к другому.

Способность индивида управлять своими познавательными способностями, чтобы выжить при неожиданных изменениях среды обитания, является интеллектом. Роль научения и интеллекта в поведении возрастает с совершенствованием нервной системы — увеличением коры головного мозга. Для человека — это определяющий механизм эволюции. Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием экологическая мистичность вида.

Совместное действие экологических факторов на организм

Экологические факторы обычно действуют не по одному, а комплексно. Действие одного какого-либо фактора зависит от силы воздействия других. Сочетание разных факторов оказывает заметное влияние на оптимальные условия жизни организма (см. рис. 2). Действие одного фактора не заменяет действие другого. Однако при комплексном воздействии среды часто можно наблюдать «эффект замещения», который проявляется в сходстве результатов воздействия разных факторов. Так, свет не может быть заменен избытком тепла или обилием углекислого газа, но, воздействуя изменениями температуры, можно приостановить, например фотосинтез растений.

В комплексном влиянии среды воздействие различных факторов для организмов неравноценно. Их можно подразделить на главные, сопутствующие и второстепенные. Ведущие факторы различны для разных организмов, если даже они живут в одном месте. В роли ведущего фактора на разных этапах жизни организма могут выступать то одни, то другие элементы среды. Например, в жизни многих культурных растений, таких, как злаки, в период прорастания ведущим фактором является температура, в период колошения и цветения — почвенная влага, в период созревания — количество питательных веществ и влажность воздуха. Роль ведущего фактора в разное время года может меняться.

Ведущий фактор может быть неодинаков у одних и тех же видов, живущих в разных физико-географических условиях.

Понятие о ведущих факторах нельзя смешивать с понятием о лимитирующих факторах. Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма, называется лимитирующим. Действие лимитирующего фактора будет проявляться и в том случае, когда другие факторы среды благоприятны или даже оптимальны. Лимитирующими могут выступать как ведущие, так и второстепенные экологические факторы.

Понятие лимитирующих факторов было введено в 1840 г. химиком 10. Либихом. Изучая влияние на рост растений содержания различных химических элементов в почве, он сформулировал принцип: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени». Этот принцип известен под названием закона минимума Либиха.

Закон минимума Либиха относится ко всем влияющим на организм абиотическим и биотическим факторам. Это может быть, например, конкуренция со стороны другого вида, присутствие хищника и паразита. Сформулированный закон действует как в отношении растений, так и животных.

Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, на что указывал Либих, но и избыток таких факторов, как, например, тепло, свет и вода. Как отмечалось ранее, организмы характеризуются экологическим минимумом и максимумом. Диапазон между этими двумя величинами принято называть пределами устойчивости, или толерантности.

В общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В. Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам, переносимым данным организмом (1913 г.). Эти два предела называют пределами толерантности.

По «экологии толерантности» были проведены многочисленные исследования, благодаря которым стали известны пределы существования многих растений и животных. Таким примером является влияние загрязняющего атмосферный воздух вещества на организм человека (рис. 3).

Рис. 3. Влияние загрязняющего атмосферный воздух вещества на организм человека. Макс — максимальная жизненная активность; Доп — допустимая жизненная активность; Опт — оптимальная (не влияющая на жизненную активность) концентрация вредного вещества; ПДК — предельно допустимая концентрация вещества, существенно не изменяющая жизненную активность; Лет — летальная концентрация

Концентрация влияющего фактора (вредного вещества) на рис. 5.2 обозначена символом С. При значениях концентрации С = С_лет человек погибнет, но необратимые изменения в его организме произойдут при значительно меньших значениях С = С_пдк. Следовательно, диапазон толерантности ограничивается именно значением С_пдк= С_лим. Отсюда, С_пдк необходимо определить экспериментально для каждого загрязняющего или любого вредного химического соединения и не допускать превышения его С_плк в конкретной среде обитания (жизненной среде).

В охране окружающей среды важны именно верхние пределы устойчивости организма к вредным веществам.

Таким образом, фактическая концентрация загрязняющего вещества С_факт не должна превышать С_пдк (С_факт ≤ С_пдк = С_лим).

Ценность концепции лимитирующих факторов (С_лим) состоит в том, что она дает экологу отправную точку при исследовании сложных ситуаций. Если для организма характерен широкий диапазон толерантности к фактору, отличающемуся относительным постоянством, и он присутствует в среде в умеренных количествах, то такой фактор вряд ли является лимитирующим. Наоборот, если известно, что тот или иной организм обладает узким диапазоном толерантности к какому-то изменчивому фактору, то именно этот фактор и заслуживает внимательного изучения, так как он может быть лимитирующим.

Лекция №1. Предмет и задачи экологии Классификация экологии

1. Экологическая ниша.
2. Трофические взаимодействия.
3. Экологическое дублирование.

Экология – наука, изучающая существование живых организмов и взаимосвязи между организмами и между организмами и средой обитания. Главный объект экологии это экосистема.

Экосистема – это единый комплекс, образованный организмами и средой.

Предметом экологии является совокупность и структура связи между организмами и средой.

Основной частью экологии является общая экология, которая изучает общие закономерности взаимоотношений живых организмов и среды.

В составе общей экологии выделяют:

а) аутэкология – изучает индивидуальные связи отдельного организма и среды.

б) синэкология – изучает взаимоотношения популяций сообществ, экосистем со средой.

в) популяционная (демэкология) – изучает структуру и динамику популяций отдельных видов.

Исходя из факторов времени экологию разделяют на историческую и эволюционную.

Кроме того экология классифицируется по конкретным объектам и средам обитания (это экология растений, животных, микроорганизмов и т.д.).

На стыке экологии с другими науками развиваются:

Экологическими проблемами Земли, как планеты занимается глобальная экология, основным объектом изучения которой является биосфера, как глобальная экосистема. С научно-практической точки зрения экологию делят на теоретическую и прикладную.

Теоретическая экология – изучает общие закономерности организации жизни.

Прикладная экология – изучает механизмы разрушения человеком биосферы, способы предотвращения этого процесса, разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов. Ее научную основу составляют общие экологические законы, правила и принципы.

1. Разработка общей теории устойчивости экосистем.

2. Изучение экологических механизмов адаптации к среде.

3. Исследование регуляции численности популяции.

4. Изучение биоразнообразия и механизмов его поддержания.

5. Исследование продукционных процессов.

6. Исследование процессов, протекающих в биосфере с целью поддержания ее устойчивости.

7. Моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.

ОСНОВНЫЕ ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ:

1. Прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека.

2. Улучшение качества окружающей природной среды.

3. Сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов.

4. Оптимизация инженерных, экономических организационно-правовых, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития.

СТРАТЕГИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА ЭКОЛОГИИ

Стратегическая задача экологии – это развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

Организм получает информацию из окружающей среды в виде определенных факторов сигналов и реагирует на них.

Экологические факторы – это определенные условия элементов среды, которое оказывают воздействие на организмы.

Экологический фактор — это элемент или условие среды, на который реагирует организм.

Экологические факторы разделяют на:

1)Абиотические факторы – это совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений.

Их различают на:

а) Физический фактор – это тот, источником которого служит физическое состояние или явление (температура, влажность, ветер).

б) Химический фактор – это тот, который происходит от химического состава среды (соленость воды).

в) Эдафический фактор (почвенный) – это совокупность химических, физических, механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие на организмы, которые живут на поверхности и внутри почвы.

2)Биотические факторы это совокупность влияния жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других и на неживую (природу) среду обитания (микроклимат в лесу).

Их различают на:

а) Внутривидовые складываются из группового и массового эффектов и внутривидовой конкуренции.

Групповой и массовый эффекты – это объединение животных одного вида в группы по двум или более особей и эффект вызванный перенаселением среды (демографический фактор). Они характеризуют динамику численности и плотность групп организмов на популяционном уровне, основу которой составляет внутривидовая конкуренция. Она проявляется в территориальном поведении животных, которые защищают места своего обитания и площадь в округе.

б) Межвидовые взаимоотношения:

Антибиоз – особи одного вида выделяют определенные вещества, которые оказывают угнетающее воздействие на особей другого вида.

Нейтрализм- это когда оба вида не зависимы и ни оказывают никакого воздействия друг на друга.

Мутуализм — организмы не могут существовать друг без друга.

Протокооперация – оба вида сообразуют сообщества, но могут существовать и отдельно, хотя сообщество приносит им пользу.

Аменсализм – один вид (агрессивный) вызывает у другого вида ослабление роста и иммунитета, причем 1-й вид приносит вред другому виду и не получает от этого ни какой пользы.

Конкуренция — каждый вид оказывает на другого неблагоприятное воздействие.

Комменсализм – 1-й вид комменсал извлекает выгоду от сожительства, а другой вид выгоды не получает.

Симбиоз – это любое сожительство организмов различных видов, приносящее пользу хотя бы одному из них.

Различают четыре вида симбиоза:

3) Антропогенные факторы – факторы, порожденные человеком и воздействующие на окружающие факторы.

Положительные факторы: посадка лесов, создание новых видов животных и растений.

Отрицательные факторы: кислотные дожди, парниковый эффект, вырубка лесов, озоновые дыры.

ЛИМИТИРУЮЩИЕ ФАКТОРЫ. ЗАКОНЫ ЛИМИТИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ.

Лимитирующие фактор – это факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за их недостатка или их избытка по сравнению с потребностью.

ЗАКОН МИНИМУМА (ЮСТУС ЛИБИХ):

Урожай (продукция) зависит от факторов находящихся в минимуме (закон касается химических элементов). Факторы могут быть лимитирующими, находясь и в максимуме.

Урожай зависит от совокупного действия всех факторов жизни растений (температура, влажность и т.д.)

ЗАКОН НЕЗАВИСИМОСТИ ФАКТОРОВ ВИЛЬЯМСА:

Условия жизни равнозначны, не один из факторов не может быть заменен другим.

ЗАКОН ТОЛЕРАНТНОСТИ ШЕЛФОРДА:

Толерантность — степень устойчивости, величина выносливости к тем или иным факторам. Формулировка закона: «отсутствие или невозможность процветания, определяется недостатком (в качественном или количественном смысле) или избытком любого из ряда факторов, уровень которого может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом» Любой живой организм имеет определенный эволюционно унаследованные верхний и нижний предел устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору.

ОБЩИЙ ХАРАКТЕР ДЕЙСТВИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

При небольших значениях или чрезмерном увеличении 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(1,3), максимума(2)) данного фактора, при которых возможно существование организма (рис.1).

Точка на оси абсцисс, которая соответствует наилучшему показателю жизнедеятельности организма, означает оптимальную величину фактора это точка оптимума(2). Так как определить оптимальное значение фактора с высокой с высокой точностью бывает трудно , говорят о диапазоне значении 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 называются 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.

Организмы для жизни которым требуются условия, ограниченные узким диапазоном толерантности по величине температуры, называются стенотермными, а способные жить в широком диапазоне температуры эвритермные.

Организмы называются соответственно стенобионты и эврибионты.

Стенос от латинского узкий, и эврий от латинского широкий.

Биоценоз – это группировка (совокупность) взаимодействующих между собой разных видов организмов, обитающих на одной территории (разные виды организмов).

Биотоп — условия окружающей среды на определенной территории (воздух, вода, почва).

Биогеоценоз – совокупность абиотических и биотических компонентов, имеет особую специфику взаимодействия и определенный тип обмена вещества и энергии.

Экосистема – это совокупность комплексов организмов с комплексом физических факторов его окружения.

Трофические взаимодействия — это пищевые взаимодействия, они регулируют всю энергетику экосистемы в целом, основанные на принятии пищи.

Все организмы делятся на гетеротрофы и автотрофы.

Автотрофы – используют неорганические источники (вещества) для своего существования (растения, деревья), участвуют в фотосинтезе (прямая реакция).

Гетеротрофы – питаются готовыми органическими веществами (животные, человек) (обратная реакция).

8hν(8 квантов красного цвета)

СО2 + Н2О −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−→ (СН2О)п+О2 (глюкоза, если n=6)

О2 + О → О3 – озон-образование озонового слоя

Автотрофы – продуценты (производители)

Гетеротрофы – консументы (потребители).

Редуценты – разлагают полуистлевшее вещество на простые вещества (грибы, черви, бактерии).

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША (Э.Н), ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ДУБЛИРОВАНИЕ

Унаследованные от предков, требования организмов к состоянию и режиму экологических факторов, определяют границы распространения этого вида к которому эти организмы принадлежат, т.е. определяют ареал , а в пределах ареала конкретные места обитания .Каждый вид растения микроба, животного способен нормально обитать, питаться, размножатся, только в том месте, где его «прописала» эволюция. Каждый вид живых организмов занимает в природе присущую только ему Э.Н. (состав и режим экологических факторов) и места, где эти требования удовлетворяются.

Э.Н. вместо вида биоценоза, его положение в пространстве его функциональная роль в соответствии с абиотическими средствами существования.

Э.Н. это ответ на вопрос как, где и чем питается вид, чей добычей он является, каким образом и где он размножается.

Хатчинсон предложил модель Э.Н. для организма, для которой характерно два лимитирующих фактора (рис 2) и модель Э.Н. для организма которой характерно 3-и лимитирующих фактора (рис 3).

РИС 2 РИС 3

Экологическую нишу, определяемую только физиологическими особенностями организма называют – фундаментальной, а в пределах которой вид реально встречается в природе называется реализованной. Это та часть функциональной ниши, которую данная популяция способна отстоять, в конкурентной борьбе.

Э.Н. — это область комбинаций таких значений экологических факторов, в пределах которых данный вид может существовать неограниченно долго.

В случае исчезновения вида по каким-либо причинам его нишу занимает другой вид, способный выполнять те же обязанности, что и исчезнувший вид, то есть происходит экологическое дублирование.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога 8923 — | 6985 — или читать все.

193.124.117.139 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно