• Главная
  •  > 
  • Расставание
  •  > 
  • Экологические факторы типы и их влияние. Экологические факторы их значение в жизни организмов

Экологические факторы типы и их влияние. Экологические факторы их значение в жизни организмов

Наше знакомство с экологией мы начинаем, пожалуй, с одного из самых разработанных и изученных разделов - аутэкологии. Внимание аутэкологии концентрируется на взаимодействии особей или групп особей с условиями окружающей их среды. Поэтому ключевым понятием аутэкологии является экологический фактор, то есть фактор окружающей среды, воздействующий на организм.

Никакие природоохранные мероприятия не возможны без изучения оптимума действия того или иного фактора на данный биологический вид. В самом деле, как охранять тот или иной вид, если не знать, какие условия жизни он предпочитает. Даже "охрана" такого вида как человек разумный требует знания санитарно-гигиенических норм, которые есть ни что иное, как оптимум различных экологических факторов применительно к человеку.

Влияние окружающей среды на организм и называется экологическим фактором. Точное научное определение звучит так:

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР - любое условие среды, на которое живое реагирует приспособительными реакциями.

Экологический фактор - это любой элемент среды, оказывающий прямое или косвенное влияние на живые организмы хотя бы на протяжении одной из фаз их развития.

По своей природе экологические факторы делят, по крайней мере, на три группы:

абиотические факторы - влияния неживой природы;

биотические факторы - влияния живой природы.

антропогенные факторы - влияния, вызванные разумной и неразумной деятельностью человека ("антропос" - человек).

Человек видоизменяет живую и неживую природу, и берет на себя в известном смысле и геохимическую роль (например, высвобождая замурованный в виде угля и нефти на многие миллионы лет углерод и выпуская его в воздух углекислым газом). Поэтому антропогенные факторы по размаху и глобальности своего воздействия приближаются к геологическим силам.

Не редко экологические факторы подвергают и более детальной классификации, когда надо указать на какую-то конкретную группу факторов. Например, различают климатические (относящиеся к климату), эдафические (почвенные) факторы среды.

В качестве хрестоматийного примера опосредованного действия экологических факторов приводят так называемые птичьи базары, представляющие собой огромные скопления птиц. Высокая плотность птиц объясняется целой цепочкой причинно-следственных связей. Птичий помет попадает в воду, органические вещества в воде минерализуются бактериями, повышенная концентрация минеральных веществ приводит к повышению численности водорослей, а вслед за ними - и зоопланктона. Низшими ракообразными, входящими в зоопланктон, питаются рыбы, а рыбами - птицы, населяющие птичий базар. Цепочка замыкается. Птичий помет выступает в качестве экологического фактора, опосредованно повышающего численность колонии птиц.


Как же сопоставлять действие столь разных по природе факторов? Не смотря на огромное множество факторов, из самого определения экологического фактора как элемента среды, оказывающего влияние на организм, следует нечто общее. А именно: действие экологических факторов всегда выражается в изменении жизнедеятельности организмов, а в конечном итоге, - приводит к изменению численности популяции. Это и позволяет сравнивать действие различных экологических факторов.

Стоит ли говорить, что действие фактора на особь определяется не природой фактора, а его дозой. В свете сказанного выше, да и простого жизненного опыта, становится очевидным, что эффект определяет именно доза фактора. Действительно, что такое фактор "температура"? Это в достаточной степени абстракция, а вот если сказать, что температура -40 по Цельсию - тут уже не до абстракций, поскорее бы закутаться во все теплое! С другой стороны, +50 градусов нам покажутся не многим лучше.

Таким образом, фактор воздействует на организм определенной дозой, и среди этих доз можно выделить минимальные, максимальные и оптимальные дозы, а также те значения, при которых жизнь особи прекращается (их называют летальными, или смертельными).

Воздействие различных доз на популяцию вцелом весьма наглядно описывается графически:

По оси ординат откладывается численность популяции в зависимости от дозы того или иного фактора (ось абсцисс). Выделяют оптимальные дозы фактора и дозы действия фактора, при которых происходит угнетение жизнедеятельности данного организма. На графике это соответствует 5 зонам:

зона оптимума

справа и слева от нее зоны пессимума (от границы зоны оптимума до max или min)

летальные зоны (находящиеся за пределами max и min), в которых численность популяции равна 0.

Диапазон значений фактора, за границами которого нормальная жизнедеятельности особей становится невозможной, называется пределами выносливости.

На следующем уроке мы рассмотрим, как различаются организмы по отношению к различным экологическим факторам. Иными словами, речь на следующем уроке пойдет об экологических группах организмов, а также о бочке Либиха и о том, как связано все это с определением ПДК.

Глоссарий

ФАКТОР АБИОТИЧЕСКИЙ - условие или совокупность условий неорганического мира; экологический фактор неживой природы.

ФАКТОР АНТРОПОГЕННЫЙ - экологический фактор, обязанный своим происхождением деятельности человека.

ПЛАНКТОН - совокупность организмов, обитающих в толще воды и неспособных активно сопротивляться переносу течениями, то есть "парящих" в воде.

БАЗАР ПТИЧИЙ - колониальное поселение птиц, связанных с водной средой (кайр, чаек).

На какие экологические факторы из всего их многообразия прежде всего обращает внимание исследователь? Не редко перед исследователем стоит задача выявить те экологические факторы, которые угнетают жизнедеятельность представителей данной популяции, ограничивают рост и развитие. Например, необходимо выяснить причины снижения урожая или причины вымирания естественной популяции.

При всем многообразии экологических факторов и сложностях, возникающих при попытке оценить их совместное (комплексное) воздействие, важно, что составляющие естественный комплекс факторы имеют неодинаковую значимость. Еще в 19 веке Либих (Liebig, 1840), изучая влияние различных микроэлементов на рост растений, установил: рост растений ограничивается элементом, концентрация которого лежит в минимуме. Фактор, находящийся в недостатке, был назван лимитирующим. Образно это положение помогает представить так называемая "бочка Либиха".

Бочка Либиха

Представьте себе бочку, в которой деревянные рейки по бокам разной высоты, как это показано на рисунке. Понятно, какой бы высоты ни были остальные рейки, но налить воды в бочку вы сможете ровно столько, какова длина самой короткой рейки (в данном случае - 4 плашка).

Остается только "подменить" некоторые термины: высота налитой воды пусть будет какой-либо биологической или экологической функцией (например, урожайностью), а высота реек будет указывать на степень отклонения дозы того или иного фактора от оптимума.

В настоящее время закон минимума Либиха трактуется более широко. Лимитирующим фактором может быть фактор, находящийся не только в недостатке, но и в избытке.

Экологический фактор играет роль ЛИМИТИРУЮЩЕГО ФАКТОРА, если данный фактор находится ниже критического уровня или превосходит максимально выносимый уровень.

Лимитирующий фактор обуславливает ареал распространения вида или (при менее суровых условиях) сказывается на общем уровне обмена веществ. Например, содержание фосфатов в морской воде является лимитирующим фактором, определяющим развитие планктона и в целом продуктивность сообществ.

Понятие "лимитирующий фактор" применимо не только к различным элементам, но и ко всем экологическим факторам. Не редко в качестве лимитирующего фактора выступают конкурентные отношения.

У каждого организма в отношении различных экологических факторов существуют пределы выносливости. В зависимости от того, насколько широки или узки эти пределы, различают эврибионтные и стенобионтные организмы. Эврибионты способны выносить широкую амплитуду интенсивности различных экологических факторов. Скажем, ареал обитания лисицы - от лесотундры до степей. Стенобионты, напротив, переносят лишь очень узкие колебания интенсивности экологического фактора. Например, практически все растения влажных тропических лесов - стенобионты.

Не редко указывают, какой именно фактор имеется в виду. Так, можно говорить об эвритермных (переносящих большие колебания температуры) организмах (многие насекомые) и стенотермных (для растений тропических лесов колебания температуры в пределах +5... +8 градусов С может быть губительными); эври/стеногалинных (переносящих/непреносящих колебания солености воды); эври/стенобатных (живущих в широких/узких пределах глубины водоема) и так далее.

Возникновение в процессе биологической эволюции стенобионтных видов можно рассматривать как форму специализации, при которой большая эффективность достигается в ущерб адаптивности.

Взаимодействие факторов. ПДК.

При независимом действии экологических факторов достаточно оперировать понятием "лимитирующий фактор", чтобы определить совместное воздействие комплекса экологических факторов на данный организм. Однако в реальных условиях экологические факторы могут усиливать или ослаблять действие друг друга. Например, мороз в Кировской области переносится легче, что в С.-Петербурге, так как в последнем выше влажность.

Учет взаимодействия экологических факторов - важная научная проблема. Можно выделить три основные вида взаимодействия факторов:

аддитивное - взаимодействие факторов представляет собой простую алгебраическую сумму эффектов каждого из факторов при независимом действии;

синергетическое - совместное действие факторов усиливает эффект (то есть эффект при их совместном действии больше простой суммы эффектов каждого фактора при независимом действии);

антогонистическое - совместное действие факторов ослабляет эффект (то есть эффект при их совместном действии меньше простой суммы эффектов каждого фактора).

Почему так важно знать о взаимодействии экологических факторов? В основе теоретического обоснования величины предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязнителей или предельно допустимых уровней (ПДУ) воздействия загрязнящих агентов (например, шума, радиации) лежит закон лимитирующего фактора. ПДК устанавливается экспериментально на уровне, при котором в организме еще не происходят патологические изменения. При этом существуют свои трудности (например, чаще всего приходится экстраполировать на человека данные, полученные на животных). Однако речь сейчас не о них.

Не редко приходится слышать, как природоохранные органы радостно рапортуют о том, что уровень большинства загрязнителей в атмосфере города находится в пределах ПДК. А органы госсанэпиднадзора в это же время констатируют повышенный уровень респираторных заболеваний у детей. Объяснение может быть таким. Не секрет, что многие атмосферные загрязнители обладают сходным эффектом: раздражают слизистые оболочки верхних дыхательных путей, правоцируют респираторные заболевания и т.д. И совместное действие этих загрязнителей дает аддитивный (или синергетический) эффект.

Поэтому в идеале при разработке норм ПДК и при оценке существующей экологической ситуации должно учитоваться взаимодействие факторов. К сожалению, практически это бывает очень сложно сделать: трудно спланировать такой эксперимент, трудно оценить взаимодействие, плюс ужесточение ПДК имеет отрицательные экономические эффекты.

Глоссарий

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ - химические элементы, необходимые организмам в ничтожных количествах, но определяющие успешность их развития. М. в виде микроудобрений используют для повышения урожайности растений.

ФАКТОР ЛИМИТРИУЮЩИЙ - фактор, ставящий рамки (определяющий) для течения какого-то процесса или для существования организма (вида, сообщества).

АРЕАЛ - область распространения любой систематической группы организмов (вида, рода, семейства) или определенного типа сообщества организмов (например, ареал лишайниковых сосняков).

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ - (применительно к организму) последовательное потребление, превращение, использование, накопление и потеря веществ и энергии в живых организмах. Жизнь возможна только благодаря обмену веществ.

ЭВРИБИОНТ - организм, проживающий в различных условиях среды

СТЕНОБИОНТ - организм, требующий строго определенных условий существования.

КСЕНОБИОТИК - чужеродное для организма химическое вещество, естественно не входящее в биотический круговорот. Как правило, ксенобиотик - антропогенного происхождения.


Экосистема

ГОРОДСКИЕ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ

Общая характеристика городских экосистем.

Городские экосистемы гетеротрофны, доля солнечной энергии, фиксированная городскими растениями или солнечными батареями, расположенными на крышах домов, незначительна. Основные источники энергии для предприятий города, отопления и освещения квартир горожан расположены за его пределами. Это - месторождения нефти, газа, угля, гидро- и атомные электростанции.

Город потребляет огромное количество воды, лишь незначительную часть которой человек использует для непосредственного употребления. Основную часть воды тратят на производственные процессы и на бытовые нужды. Личное потребление воды в городах составляет от 150 до 500 л в сутки, а с учетом промышленности на одного гражданина приходится до 1000 л в сутки. Использованная городами вода возвращается в природу в загрязненном состоянии - она насыщена тяжелыми металлами, остатками нефтепродуктов, сложными органическими веществами, подобными фенолу, и т.д. В ней могут содержаться болезнетворные микроорганизмы. Город выбрасывает в атмосферу ядовитые газы, пыль, концентрирует на свалках токсичные отходы, которые с потоками весенней воды попадают в водные экосистемы. Растения, в составе городских экосистем растут в парках, садах, на газонах, их главное назначение - регулирование газового состава атмосферы. Они выделяют кислород, поглощают диоксид углерода и очищают атмосферу от вредных газов и пыли, попадающих в неё при работе промышленных предприятий и транспорта. Растения имеют также большое эстетическое и декоративное значение.

Животные в городе представлены не только обычными в естественных экосистемах видами (в парках живут птицы: горихвостка, соловей, трясогузка; млекопитающие: полевки, белки и представители других групп животных), но и особой группой городских животных - спутников человека. В её составе - птицы (воробьи, скворцы, голуби), грызуны (крысы и мыши), и насекомые (тараканы, клопы, моль). Многие животные, связанные с человеком, питаются отбросами на помойках (галки, воробьи). Это санитары города. Разложение органических отходов ускоряют личинки мух и другие животные и микроорганизмы.

Главная особенность экосистем современных городов в том, что в них нарушено экологическое равновесие. Все процессы регулирования потоков вещества и энергии человеку приходится брать на себя. Человек должен регулировать как потребление городом энергии и ресурсов - сырья для промышленности и пищи для людей, так и количество ядовитых отходов, поступающих в атмосферу, воду и почву в результате деятельности промышленности и транспорта. Наконец, он определяет и размеры этих экосистем, которые в развитых странах, а последние годы и в России, быстро«расползаются» за счет загородного коттеджного строительства. Районы низкоэтажной застройки уменьшают площадь лесов и сельскохозяйственных угодий, их «расползание» требует строительства новых шоссейных дорог, что уменьшает долю экосистем, способных производить продукты питания и осуществлять круговорот кислорода.

Промышленное загрязнение среды.

В городских экосистемах наиболее опасно для природы промышленное загрязнение.

Химическое загрязнение атмосферы. Этот фактор относится к числу наиболее опасных для жизни человека. Наиболее распространенные загрязнители

Сернистый газ, оксиды азота, оксид углерода, хлор, и др. В некоторых случаях из двух или относительно нескольких относительно не опасных веществ, выброшенных в атмосферу, под влиянием солнечного света могут образоваться ядовитые соединения. Экологи насчитывают около 2000 загрязнителей атмосферы.

Главные источники загрязнения - ТЭС. Сильно загрязняют атмосферу также котельные, нефтеперерабатывающие предприятия и автотранспорт.

Химическое загрязнение водоемов. Предприятия сбрасывают в водоемы нефтепродукты, соединения азота, фенол и многие другие отходы промышленности. При добыче нефти водоемы загрязняются засоленными видами, нефть и нефтепродукты также разливаются при транспортировке. В России от нефтяного загрязнения более всего страдают озера Севера Западной Сибири. За последние годы возросла опасность для водных экосистем бытовых стоков городской канализации. В этих стоках повысилась концентрация моющих средств, которые микроорганизмы разлагают с трудом.

Пока количество загрязнителей, выбрасываемых в атмосферу или сбрасываемых в реки, невелико, экосистемы сами в состоянии справиться с ними. При умеренном загрязнении вода в реке становится практически чистой через 3-10 км от источника загрязнения. Если загрязнителей слишком много, экосистемы не могут с ними справиться и начинаются необратимые последствия.

Вода становится непригодной для питья и опасной для человека. Не годится загрязненная вода и для многих отраслей промышленности.

Загрязнение поверхности почвы твердыми отходами. Городские свалки промышленного и бытового мусора занимают большие площади. В составе мусора могут оказаться ядовитые вещества, такие, как ртуть или другие тяжелые металлы, химические соединения, которые растворяются в дождевых и снеговых водах и затем попадают в водоемы и грунтовые воды. Могут попасть в мусор и приборы, содержащие радиоактивные вещества.

Поверхность почвы может быть загрязнена золой, оседающей из дыма ТЭЦ, работающих на угле, предприятий по производству цемента, огнеупорного кирпича и т.д. Для предотвращения этого загрязнения на трубах устанавливают специальные пылеуловители.

Химическое загрязнение грунтовых вод. Токи грунтовых вод перемещают промышленные загрязнения на большие расстояния, и не всегда можно установить их источник. Причиной загрязнения может быть вымывание токсичных веществ дождевыми и снеговыми водами с промышленных свалок. Загрязнение подземных вод происходит и при добыче нефти современными методами, когда для повышения отдачи нефтяных пластов в скважины повторно закачивают соленую воду, поднявшуюся на поверхность вместе с нефтью при её откачке.

Засоленные воды попадают в водоносные горизонты, вода в колодцах приобретает горький вкус и оказывается не пригодной для питья.

Шумовое загрязнение. Источником шумового загрязнения может быть промышленное предприятие или транспорт. Особенно сильный шум производят тяжелые самосвалы и трамваи. Шум влияет на нервную систему человека, и потому в городах и на предприятиях проводятся мероприятия по шумозащите.

Железнодорожные и трамвайные линии и дороги, по которым проходит грузовой транспорт, нужно выносить из центральных частей городов в малонаселенные районы и создавать вокруг них зеленые насаждения, хорошо поглощающие шум.

Самолеты не должны летать над городами.

Шум измеряют децибелах. Тиканье часов - 10 дб, шепот - 25, шум от оживленной магистрали - 80, шум самолета при взлете - 130 дб. Болевой порог шума - 140 дб. На территории жилой застройки днем шум не должен превышать 50-66 дб.

Также к загрязнителям относят: загрязнение поверхности почвы отвалами вскрышных пород и золы, биологическое загрязнение, тепловое загрязнение, радиационное загрязнение, электромагнитное загрязнение.

Загрязнение атмосферы. Если принять за единицу загрязненность воздуха над океаном, то над селами она выше в 10 раз, над небольшими городами - в 35 раз, а над большими городами - в 150 раз. Толщина слоя загрязненного воздуха над городом составляет 1,5 - 2 км.

Наиболее опасными загрязнителями являются бенз-а-пирен, диоксид азота, формальдегид, пыль. В Европейской части России и на Урале в среднем в течении года на 1 кв. км выпадало свыше 450 кг атмосферных загрязнителей.

По сравнению с 1980 г.. количество выбросов диоксида серы выросло в 1.5 раза; 19 млн. т атмосферных загрязнителей выбросил в атмосферу автомобильный транспорт.

Сброс сточных вод в реки составил 68,2 куб. км при постпотреблении 105,8 куб. км. Потребление воды промышленностью составляет 46%. Доля неочищенных сточных вод с 1989 г. уменьшается и составляет 28%.

Вследствие преобладания западных ветров Россия получает от западных соседей в 8-10 раз больше атмосферных загрязнителей, чем отправляет к ним.

Кислотные дожди отрицательно повлияли на половину лесов Европы, начался процесс усыхания лесов и в России. В Скандинавии из-за кислотных осадков, поступающих из Великобритании и ФРГ, погибло уже 20.000 озер. Под влиянием кислотных дождей гибнут памятники архитектуры.

Вредные вещества, выходящие из дымовой трубы высотой 100 м, рассеиваются в радиусе 20 км, высотой 250 м - до 75 км. Труба - чемпион построена на медно-никелевом комбинате в г. Садбери (Канада) и имеет высоту более 400 м.

Разрушающие озоновый слой хлорфторуглероды (ХФУ) попадают в атмосферу из газов охладительных систем (в США - 48%, а в остальных странах - 20%), от использования аэрозольных баллончиков (в США - 2%, а несколько лет назад их продажу запретили; в других странах - 35%), растворителей, используемых в химчистках (20%) и при производстве пенопластов, включая стайроформ (25-

Основной источник фреонов, разрушающих озоновый слой - промышленные холодильники - рефрижераторы. В обычном бытовом холодильнике 350 г фреона, а в промышленных - десятки килограммов. Рефрижераторное хозяйство только в

Москве ежегодно использует 120 т фреона. Значительная часть его из-за несовершенства оборудования оказывается в атмосфере.

Загрязнение пресноводных экосистем. В Ладожское озеро - резервуар питьевой воды для шестимиллионного Санкт-Петербурга - в 1989 г. было сброшено со сточными водами 1,8 т фенолов, 69,7 т сульфатов, 116,7 т синтетических поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Загрязняет водные экосистемы и речной транспорт. На озере Байкал, например, плавают 400 судов разного размера, они сбрасывают в воду около 8 т нефтепродуктов в год.

На большинстве предприятий России токсичные отходы производства или сбрасывают в водоемы, отравляя их, или накапливают, не перерабатывая, нередко в огромных количествах. Эти скопления смертоносных отходов можно назвать «экологическими минами», при прорыве дамб они могут оказаться в водоемах. Пример такой «экологической мины» - Череповецкий химический комбинат «Аммофос». Его отстойник занимает площадь 200 га и содержит 15 млн. т отходов. Дамбу, которая огораживает отстойник, ежегодно поднимают на

4 м. К сожалению «череповецкая мина» - не единственная.

В развивающихся странах ежегодно умирает 9 млн. человек. К 2000 г. питьевой воды не будет хватать более чем 1 млрд. человек.

Загрязнение морских экосистем. В Мировой океан сброшено около 20 млрд. т мусора - от бытовых стоков до радиоактивных отходов. Каждый год на каждый 1 кв. км водной поверхности добавляют еще по 17 т мусора.

Ежегодно в океан выливается более 10 млн. т нефти, которая образует пленку, покрывающую 10-15% его поверхности; а 5 г нефтепродуктов достаточно, чтобы затянуть пленкой 50 кв. м водной поверхности. Эта пленка не только уменьшает испарение и поглощение диоксида углерода, но и вызывает кислородное голодание и гибель икры и молоди рыб.

Радиационное загрязнение. Предполагают, что к 2000 г. в мире накопится

1 млн. куб. м высокоактивных радиоактивных отходов.

Естественный радиоактивный фон воздействует на каждого человека, даже на того, который не соприкасается в работе с АЭС или ядерным оружием. Все мы за свою жизнь получаем определенную дозу радиации, 73% которой приходится на излучения природных тел (например, гранита в памятниках, облицовке домов и пр.), 14% - на медицинские процедуры (в первую очередь от посещения рентгеновского кабинета) и 14% - на космические лучи. За жизнь (70 лет) человек может без большого риска, набрать радиацию в 35 бэр (7 бэр от естественных источников, 3 бэра от космических источников и рентгеновских аппаратов). В зоне Чернобыльской АЭС в наиболее загрязненных участках можно получить до 1 бэра за час. Мощность излучения на кровле в период тушения пожара на АЭС достигала 30.000 рентген в час и потому без радиационной защиты (свинцового скафандра) смертельную дозу облучения можно было получить за 1 минуту.

Часовая доза радиации, смертельная для 50% организмов, составляет 400 бэр для человека, 1000-2000 - для рыб и птиц, от 1000 до150.000 - для растений и 100.000 бэр для насекомых. Таким образом, самое сильное загрязнение - не помеха для массового размножения насекомых. Из растений наименее устойчивы к радиации деревья и наиболее устойчивы травы.

Загрязнение бытовым мусором. Количество накапливающегося мусора постоянно растет. Сейчас его на каждого горожанина приходится от 150 до 600 кг в год. Больше всего мусора производят в США (520 кг в год на одного жителя), в Норвегии, Испании, Швеции, Нидерландах - 200-300 кг, а в Москве - 300-320 кг.

Для того чтобы в природной среде разложилась бумага, требуется от 2 до10 лет, консервная банка - более 90 лет, фильтр от сигареты - 100 лет, полиэтиленовый пакет - более 200 лет, пластмасса - 500 лет, стекло - более 1000 лет.

Способы уменьшения вреда от химических загрязнений

Самые распространенные загрязнения - химические. Существует три основных способа уменьшения вреда от них.

Разбавление. Даже очищенные стоки необходимо разбавлять в 10 раз (а неочищенные - в 100-200 раз). На предприятиях сооружают высокие трубы, чтобы выбрасываемые газы и пыль рассеивались равномерно. Разбавление - малоэффективный способ уменьшения вреда от загрязнения, допустимый лишь как временная мера.

Очистка. Это основной способ уменьшения выбросов вредных веществ в окружающую среду в России сегодня. Однако в результате очистки образуется много концентрированных жидких и твердых отходов, которые также приходится хранить.

Замена старых технологий новыми - малоотходными. За счет более глубокой переработки удается снизить количество вредных выбросов в десятки раз. Отходы от одного производства становятся сырьем для другого.

Образные названия этим трем способам уменьшения загрязнения окружающей среды дали экологи ФРГ: «удлини трубу» (разбавление рассеиванием), «заглуши трубу» (очистка) и «завяжи трубу узлом» (малоотходные технологии). Немцы восстановили экосистему Рейна, который долгие годы был сточной канавой, куда сбрасывались отходы промышленных гигантов. Это удалось сделать только в 80-е годы, когда, наконец, «завязали трубу узлом».

Уровень загрязнения среды в России еще очень высок, и экологически неблагоприятная обстановка, опасная для здоровья населения, сложилась почти в 100 городах страны.

Некоторое улучшение экологической ситуации в России достигнуто благодаря улучшению работы очистных сооружений и падению производства.

Дальнейшего уменьшения выбросов ядовитых веществ в окружающую среду можно добиться, если внедрить менее опасные малоотходные технологии. Однако, чтобы «завязать трубу узлом», необходимо обновление оборудования на предприятиях, что требует очень больших вложений и потому будет проводиться постепенно.

Города и промышленные объекты (нефтепромыслы, карьеры для разработок угля и руды, химические и металлургические комбинаты) работают за счет энергии, которая поступает из других промышленных экосистем (энергетического комплекса), и их продукция - не растительная и животная биомасса, а сталь, чугун и алюминий, различные машины и приборы, строительные материалы, пластмассы и многое другое, чего нет в природе.

Проблемы экологии городов - это в первую очередь проблемы уменьшения выбросов в окружающую среду различных загрязнителей и защита от городов воды, атмосферы, почвы. Их решают путем создания новых малоотходных технологий и производственных процессов и эффективных очистных сооружений.

Большую роль в смягчении влияния факторов городской среды на человека играют растения. Зеленые насаждения улучшают микроклимат, улавливают пыль и газы, благотворно влияют на психическое состояние горожан.

Литература:

Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Экология России. Учебник из Федерального комплекта для 9 - 11 классов общеобразовательной школы. Изд. 2-е, перераб.

И доп. - М.: АО МДС, 1996. - 272 с ил.

Любые свойства или компоненты внешней среды, оказывающие влияние на организмы, называют экологическими факторами . Свет, тепло, концентрация солей в воде или почве, ветер, град, враги и возбудители болезней - все это экологические факторы, перечень которых может быть очень большим.

Среди них различают абиотические , относящиеся к неживой природе, и биотические , связанные с влиянием организмов друг на друга.

Экологические факторы чрезвычайно разнообразны, и каждый вид, испытывая их влияние, отвечает на него по-разному. Тем не менее, есть некоторые общие законы, которым подчиняются ответные реакции организмов на любой фактор среды.

Главный из них - закон оптимума . Он отражает то, как переносят живые организмы разную силу действия экологических факторов. Сила воздействия каждого из них постоянно меняется. Мы живем в мире с переменными условиями, и лишь в определенных местах планеты значения некоторых факторов более или менее постоянны (в глубине пещер, на дне океанов).

Закон оптимума выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы.

При отклонении от этих пределов знак воздействия меняется на противоположный. Например, животные и растения плохо переносят сильную жару и сильные морозы; оптимальными являются средние температуры. Точно так же и засуха, и постоянные проливные дожди одинаково неблагоприятны для урожая. Закон оптимума свидетельствует о мере каждого фактора для жизнеспособности организмов. На графике он выражается симметричной кривой, показывающей, как изменяется жизнедеятельность вида при постепенном увеличении воздействия фактора (рис. 13).

Рисунок 13. Схема действия факторов среды на живые организмы. 1,2 - критические точки
(для увеличения изображения нажмите на рисунок)

В центре под кривой - зона оптимума . При оптимальных значениях фактора организмы активно растут, питаются, размножаются. Чем больше отклоняется значение фактора вправо или влево, т. е. в сторону уменьшения или увеличения силы действия, тем менее благоприятно это для организмов. Кривая, отражающая жизнедеятельность, резко спускается вниз по обе стороны от оптимума. Здесь располагаются две зоны пессимума . При пересечении кривой с горизонтальной осью находятся две критические точки . Это такие значения фактора, которые организмы уже не выдерживают, за их пределами наступает смерть. Расстояние между критическими точками показывает степень выносливости организмов к изменению фактора. Условия, близкие к критическим точкам, особенно тяжелы для выживания. Такие условия называют экстремальными .

Если начертить кривые оптимума какого-либо фактора, например температуры, для разных видов, то они не совпадут. Часто то, что является оптимальным для одного вида, для другого представляет пессимум или даже находится за пределами критических точек. Верблюды и тушканчики не могли бы жить в тундре, а северные олени и лемминги - в жарких южных пустынях.

Экологическое разнообразие видов проявляется и в положении критических точек: у одних они сближены, у других - широко расставлены. Это значит, что ряд видов может жить только в очень стабильных условиях, при незначительном изменении экологических факторов, а другие выдерживают широкие их колебания. Например, растение недотрога вянет, если воздух не насыщен водяными парами, а ковыль хорошо переносит изменения влажности и не погибает даже в засуху.

Таким образом, закон оптимума показывает нам, что для каждого вида есть своя мера влияния каждого фактора. И уменьшение, и усиление воздействия за пределами этой меры ведет к гибели организмов.

Для понимания связи видов со средой не менее важен закон ограничивающего фактора .

В природе на организмы одновременно влияет целый комплекс факторов среды в разных комбинациях и с разной силой. Вычленить роль каждого из них непросто. Какой из них значит больше, чем другие? То, что мы знаем о законе оптимума, позволяет понять, что нет всецело положительных или отрицательных, важных или второстепенных факторов, а все зависит от силы воздействия каждого.

Закон ограничивающего фактора гласит, что наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений.

Именно от него и зависит в данный конкретный период выживание особей. В другие отрезки времени ограничивающими могут стать другие факторы, и в течение жизни организмы встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности.

С законами оптимума и ограничивающего фактора постоянно сталкивается практика сельского хозяйства. Например, рост и развитие пшеницы, а следовательно, и получение урожая постоянно ограничиваются то критическими температурами, то недостатком или избытком влаги, то нехваткой минеральных удобрений, а иногда и такими катастрофическими воздействиями, как град и бури. Требуется много сил и средств, чтобы поддерживать оптимальные условия для посевов, и при этом в первую очередь компенсировать или смягчать действие именно ограничивающих факторов.

Условия обитания различных видов удивительно разнообразны. Одни из них, например некоторые мелкие клещики или насекомые, всю жизнь проводят внутри листа растения, который для них - целый мир, другие осваивают огромные и разнообразные пространства, как, например, северные олени, киты в океане, перелетные птицы.

В зависимости от того, где живут представители разных видов, на них действуют разные комплексы экологических факторов. На нашей планете можно выделить несколько основных сред жизни , сильно различающихся по условиям существования: водную, наземно-воздушную, почвенную. Средой обитания служат также сами организмы, в которых живут другие.

Водная среда жизни. Все водные обитатели, несмотря на различия в образе жизни, должны быть приспособлены к главным особенностям своей среды. Эти особенности определяются, прежде всего, физическими свойствами воды: ее плотностью, теплопроводностью, способностью растворять соли и газы.

Плотность воды определяет ее значительную выталкивающую силу. Это значит, что в воде облегчается вес организмов и появляется возможность вести постоянную жизнь в водной толще, не опускаясь на дно. Множество видов, преимущественно мелких, неспособных к быстрому активному плаванию, как бы парят в воде, находясь в ней во взвешенном состоянии. Совокупность таких мелких водных обитателей получила название планктон . В состав планктона входят микроскопические водоросли, мелкие рачки, икра и личинки рыб, медузы и многие другие виды. Планктонные организмы переносятся течениями не в силах противостоять им. Наличие в воде планктона делает возможным фильтрационный тип питания, т. е. отцеживание, при помощи разных приспособлений, взвешенных в воде мелких организмов и пищевых частиц. Оно развито и у плавающих, и у сидячих донных животных, таких, как морские лилии, мидии, устрицы и другие. Сидячий образ жизни был бы невозможен у водных обитателей, если бы не было планктона, а он, в свою очередь, возможен только в среде с достаточной плотностью.

Плотность воды затрудняет активное передвижение в ней, поэтому быстро плавающие животные, такие, как рыбы, дельфины, кальмары, должны иметь сильную мускулатуру и обтекаемую форму тела. В связи с высокой плотностью воды давление с глубиной сильно растет. Глубоководные обитатели способны переносить давление, которое в тысячи раз выше, чем на поверхности суши.

Свет проникает в воду лишь на небольшую глубину, поэтому растительные организмы могут существовать только в верхних горизонтах водной толщи. Даже в самых чистых морях фотосинтез возможен лишь до глубин в 100-200 м. На больших глубинах растений нет, а глубоководные животные обитают в полном мраке.

Температурный режим в водоемах более мягок, чем на суше. Из-за высокой теплоемкости воды колебания температуры в ней сглажены, и водные обитатели не сталкиваются с необходимостью приспосабливаться к сильным морозам или сорокаградусной жаре. Только в горячих источниках температура воды может приближаться к точке кипения.

Одна из сложностей жизни водных обитателей - ограниченное количество кислорода . Его растворимость не очень велика и к тому же сильно уменьшается при загрязнении или нагревании воды. Поэтому в водоемах иногда бывают заморы - массовая гибель обитателей из-за нехватки кислорода, которая наступает по разным причинам.

Солевой состав среды также очень важен для водных организмов. Морские виды не могут жить в пресных водах, а пресноводные - в морях из-за нарушения работы клеток.

Наземно-воздушная среда жизни. Эта среда отличается другим набором особенностей. Она в целом более сложна и разнообразна, чем водная. В ней много кислорода, много света, более резкие изменения температуры во времени и в пространстве, значительно слабее перепады давления и часто возникает дефицит влаги. Хотя многие виды могут летать, а мелкие насекомые, пауки, микроорганизмы, семена и споры растений переносятся воздушными течениями, питание и размножение организмов происходит на поверхности земли или растений. В такой малоплотной среде, как воздух, организмам необходима опора. Поэтому у наземных растений развиты механические ткани, а у наземных животных сильнее, чем у водных, выражен внутренний или наружный скелет. Низкая плотность воздуха облегчает передвижение в нем.

М. С. Гиляров (1912-1985) крупный зоолог, эколог, академик, основоположник широких исследований мира почвенных животных пассивный полет освоили около двух третей обитателей суши. Большинство из них - насекомые и птицы.

Воздух - плохой проводник тепла. Этим облегчается возможность сохранения тепла, вырабатываемого внутри организмов, и поддержание постоянной температуры у теплокровных животных. Само развитие теплокровности стало возможным в наземной среде. Предки современных водных млекопитающих - китов, дельфинов, моржей, тюленей - когда-то жили на суше.

У наземных обитателей очень разнообразны приспособления, связанные с обеспечением себя водой, особенно в засушливых условиях. У растений это мощная корневая система, водонепроницаемый слой на поверхности листьев и стеблей, способность к регуляции испарения воды через устьица. У животных это также различные особенности строения тела и покровов, но, кроме того, поддержанию водного баланса способствует и соответствующее поведение. Они могут, например, совершать миграции к водопоям или активно избегать особо иссушающих условий. Некоторые животные могут жить всю жизнь вообще на сухом корме, как, например, тушканчики или всем известная платяная моль. В этом случае вода, необходимая организму, возникает за счет окисления составных частей пищи.

В жизни наземных организмов большую роль играют и многие другие экологические факторы, например состав воздуха, ветры, рельеф земной поверхности. Особо важны погода и климат. Обитатели наземно-воздушной среды должны быть приспособлены к климату той части Земли, где они живут, и переносить изменчивость погодных условий.

Почва как среда жизни. Почва представляет собой тонкий слой поверхности суши, переработанный деятельностью живых существ. Твердые частицы пронизаны в почве порами и полостями, заполненными частично водой, а частично воздухом, поэтому почву способны населять и мелкие водные организмы. Объем мелких полостей в почве - очень важная ее характеристика. В рыхлых почвах он может составлять до 70%, а в плотной - около 20%. В этих порах и полостях или на поверхности твердых частиц обитает огромное множество микроскопических существ: бактерий, грибов, простейших, круглых червей, членистоногих. Более крупные животные прокладывают в почве ходы сами. Вся почва пронизана корнями растений. Глубина почвы определяется глубиной проникновения корней и деятельностью роющих животных. Она составляет не более 1,5-2 м.

Воздух в почвенных полостях всегда насыщен водяными парами, а состав его обогащен углекислым газом и обеднен кислородом. Этим условия жизни в почве напоминают водную среду. С другой стороны, соотношение воды и воздуха в почвах постоянно меняется в зависимости от погодных условий. Температурные колебания очень резки у поверхности, но быстро сглаживаются с глубиной.

Главная особенность почвенной среды - постоянное поступление органического вещества в основном за счет отмирающих корней растений и опадающей листвы. Это ценный источник энергии для бактерий, грибов и многих животных, поэтому почва - самая насыщенная жизнью среда . Ее скрытый от глаз мир очень богат и разнообразен.

По внешнему облику разных видов животных и растений можно понять, не только в какой среде они обитают, но и какой образ жизни в ней ведут.

Если перед нами четвероногое животное с сильно развитой мускулатурой бедер на задних конечностях и гораздо более слабой - на передних, которые к тому же и укорочены, с относительно короткой шеей и длинным хвостом, то мы с уверенностью можем сказать, что это - наземный прыгун, способный к быстрым и маневренным движениям, обитатель открытых пространств. Так выглядят и знаменитые австралийские кенгуру, и пустынные азиатские тушканчики, и африканские прыгунчики, и многие другие прыгающие млекопитающие - представители различных отрядов, живущие на разных континентах. Они обитают в степях, прериях, саваннах - там, где быстрое передвижение по земле - главное средство спасения от хищников. Длинный хвост служит балансиром при быстрых поворотах, иначе животные теряли бы равновесие.

Бедра сильно развиты на задних конечностях и у прыгающих насекомых - саранчи, кузнечиков, блох, жуков-листоблошек.

Компактное тело с коротким хвостом и короткими конечностями, из которых передние очень мощные и выглядят похожими на лопату или грабли, подслеповатые глаза, короткая шея и короткий, как бы подстриженный, мех говорят нам о том, что перед нами подземный зверек, роющий норы и галереи. Это может быть и лесной крот, и степной слепыш, и австралийский сумчатый крот, и многие другие млекопитающие, ведущие сходный образ жизни.

Роющие насекомые - медведки также отличаются компактным, коренастым телом и мощными передними конечностями, похожими на уменьшенный ковш бульдозера. По внешнему виду они напоминают маленького крота.

Все летающие виды имеют развитые широкие плоскости - крылья у птиц, летучих мышей, насекомых или расправляющиеся складки кожи по бокам тела, как у планирующих летяг или ящериц.

Организмы, расселяющиеся путем пассивного полета, с потоками воздуха, характеризуются мелкими размерами и очень разнообразной формой. Однако у всех есть одна общая черта - сильное развитие поверхности по сравнению с весом тела. Это достигается разными путями: за счет длинных волосков, щетинок, разнообразных выростов тела, его удлинения или уплощения, облегчения удельного веса. Так выглядят и мелкие насекомые, и плоды-летучки растений.

Внешнее сходство, возникающее у представителей разных неродственных групп и видов в результате сходного образа жизни, называют конвергенцией.

Она затрагивает преимущественно те органы, которые непосредственно взаимодействуют с внешней средой, и гораздо слабее проявляется в строении внутренних систем - пищеварительной, выделительной, нервной.

Форма растения определяет особенности его отношений с внешней средой, например способ перенесения холодного времени года. У деревьев и высоких кустарников самые высокие ветви.

Форма лианы - со слабым стволом, обвивающим другие растения, может быть как у древесных, так и у травянистых видов. К ним относятся виноград, хмель, луговая повилика, тропические лианы. Обвивая стволы и стебли прямостоячих видов, лиановидные растения выносят свои листья и цветки к свету.

В сходных климатических условиях на разных материках возникает сходный внешний облик растительности, которая состоит из различных, часто совершенно не родственных видов.

Внешнюю форму, отражающую способ взаимодействия со средой обитания, называют жизненной формой вида. Разные виды могут, иметь сходную жизненную форму , если ведут близкий образ жизни.

Жизненная форма вырабатывается в ходе вековой эволюции видов. Те виды, которые развиваются с метаморфозом, в течение жизненного цикла закономерно сменяют свою жизненную форму. Сравните, например, гусеницу и взрослую бабочку или лягушку и ее головастика. Некоторые растения могут принимать разную жизненную форму в зависимости от условий произрастания. Например, липа или черемуха могут быть и прямостоящим деревом, и кустом.

Сообщества растений и животных устойчивее и полноценнее, если они включают представителей разных жизненных форм. Это значит, что такое сообщество полнее использует ресурсы среды и имеет более разнообразные внутренние связи.

Состав жизненных форм организмов в сообществах служит как бы индикатором особенностей окружающей их среды и происходящих в ней изменений.

Инженеры, конструирующие летательные аппараты, внимательно изучают разные жизненные формы летающих насекомых. Созданы модели машин с машущим полетом, по принципу движения в воздухе двукрылых и перепончатокрылых. В современной технике сконструированы шагающие машины, а также роботы с рычажным и гидравлическим способом движения, как у животных разных жизненных форм. Такие машины способны передвигаться по крутым склонам и бездорожью.

Жизнь на Земле развивалась в условиях регулярной смены дня и ночи и чередования времен года из-за вращения планеты вокруг своей оси и вокруг Солнца. Ритмика внешней среды создает периодичность, т. е. повторяемость условий в жизни большинства видов. Регулярно повторяются как критические, трудные для выживания периоды, так и благоприятные.

Приспособленность к периодическим изменениям внешней среды выражается у живых существ не только непосредственной реакцией на изменяющиеся факторы, но и в наследственно закрепленных внутренних ритмах.

Суточные ритмы. Суточные ритмы приспосабливают организмы к смене дня и ночи. У растений интенсивный рост, распускание цветков приурочены к определенному времени суток. Животные в течение суток сильно меняют активность. По этому признаку различают дневные и ночные виды.

Суточный ритм организмов - это не только отражение смены внешних условий. Если поместить человека, или животных, или растения в постоянную, стабильную обстановку без смены дня и ночи, то сохраняется ритмика процессов жизнедеятельности, близкая к суточной. Организм как бы живет по своим внутренним часам, отсчитывая время.

Суточный ритм может захватывать многие процессы в организме. У человека около 100 физиологических характеристик подчиняются суточному циклу: частота сокращения сердца, ритм дыхания, выделение гормонов, секрета пищеварительных желез, кровяное давление, температура тела и многие другие. Поэтому, когда человек бодрствует вместо сна, организм все равно настроен на ночное состояние и бессонные ночи плохо отражаются на здоровье.

Однако суточные ритмы проявляются не у всех видов, а только у тех, в жизни которых смена дня и ночи играет важную экологическую роль. Обитатели пещер или глубоких вод, где такой смены нет, живут по другим ритмам. Да и среди наземных жителей суточная периодичность выявляется не у всех.

В опытах при строго постоянных условиях плодовые мушки-дрозофилы сохраняют суточный ритм в течение десятков поколений. Эта периодичность передается у них по наследству, как и у многих других видов. Так глубоки приспособительные реакции, связанные с суточной цикликой внешней среды.

Нарушения суточной ритмики организма в условиях ночной работы, космических полетов, подводного плавания и т. п. представляют серьезную медицинскую проблему.

Годовые ритмы. Годовые ритмы приспосабливают организмы к сезонной смене условий. В жизни видов периоды роста, размножения, линек, миграций, глубокого покоя закономерно чередуются и повторяются таким образом, что критическое время года организмы встречают в наиболее устойчивом состоянии. Самый же уязвимый процесс - размножение и выращивание молодняка - приходится на наиболее благоприятный сезон. Эта периодичность смены физиологического состояния в течение года во многом врожденная, т. е. проявляется как внутренний годовой ритм. Если, например, австралийских страусов или дикую собаку динго поместить в зоопарк Северного полушария, период размножения у них наступит осенью, когда в Австралии весна. Перестройка внутренних годовых ритмов происходит с большим трудом, через ряд поколений.

Подготовка к размножению или к перезимовке - длительный процесс, который начинается в организмах задолго до наступления критических периодов.

Резкие кратковременные изменения погоды (летние заморозки, зимние оттепели) обычно не нарушают годовых ритмов растений и животных. Главный экологический фактор, на который реагируют организмы в своих годовых циклах, - не случайные изменения погоды, а фотопериод - изменения в соотношении дня и ночи.

Длина светового дня закономерно изменяется в течение года, и именно эти изменения служат точным сигналом приближения весны, лета, осени или зимы.

Способность организмов реагировать на изменение длины дня получила название фотопериодизм .

Если день сокращается, виды начинают готовиться к зиме, если удлиняется - к активному росту и размножению. В этом случае для жизни организмов важен не сам фактор изменения длины дня и ночи, а его сигнальное значение , свидетельствующее о предстоящих глубоких изменениях в природе.

Как известно, длина дня сильно зависит от географической широты. В северном полушарии на юге летний день значительно короче, чем на севере. Поэтому южные и северные виды по-разному реагируют на одну и ту же величину изменения дня: южные приступают к размножению при более коротком дне, чем северные.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Иванова Т.В., Калинова Г.С., Мягкова А.Н. "Общая биология". Москва, "Просвещение", 2000

  • Тема 18. "Среда обитания. Экологические факторы." глава 1; стр. 10-58
  • Тема 19. "Популяции. Типы взаимоотношений организмов." глава 2 §8-14; стр. 60-99; глава 5 § 30-33
  • Тема 20. "Экосистемы." глава 2 §15-22; стр. 106-137
  • Тема 21. "Биосфера. Круговороты веществ." глава 6 §34-42; стр. 217-290

Экологические факторы - совокупность определенных условий окружающей среды и ее элементов, способных оказывать воздействие на организмы, взаимодействующие с этой средой. Каждый организм в свою очередь соответствующим образом реагирует на эти воздействия и вырабатывает приспособительные меры. Именно экологические факторы определяют возможность существования и нормальной жизнедеятельности организмов. Однако наиболее часто живые существа подвергаются воздействию не одного, а нескольких факторов одновременно. Это, несомненно, оказывает специфическое воздействие на способность к приспособлению.

Классификация

По своему происхождению выделяют следующие экологические факторы:

1. Биотические.

2. Абиотические.

3. Антропогенные.

Первая группа состоит из взаимоотношений различных живых организмов друг с другом, а также включает их общее воздействие на окружающую среду. Кроме того, взаимодействие живых организмов может привести к изменению абиотических факторов, например, изменению состава почвенных покровов, а также микроклиматических условий среды. Среди биотических факторов выделяют две группы: зоо- и фитогенные. Первые отвечают за воздействие различных видов животных друг на друга и на окружающий мир, вторые, в свою очередь, - за действие растительных организмов на окружающую среду и взаимодействие их между собой. Необходимо отметить, что воздействие животных или растений в пределах одного конкретного вида также носит значимый характер и исследуется наравне с межвидовыми связями.

Вторая группа включает в себя экологические факторы, которые иллюстрируют взаимодействие неживой природы и живых организмов, осуществляемые посредством прямого или косвенного влияния. Различают химические, климатические, гидрографические, пирогенные, орографические и эдафические факторы. Они отражают воздействия всех четырех стихий: воды, земли, огня и воздуха. Третья группа факторов показывает уровень воздействия процессов жизнедеятельности человека на окружающую среду, а также животный и растительный мир. К данной категории относят прямое и косвенное воздействие, которое заключается в любых формах жизнедеятельности человеческого общества. Например, разработка земляных покровов, создание новых видов и уничтожение имеющихся, корректировка численности особей, загрязнение окружающей среды и многое другое.

Биосистема

Из совокупности условий и факторов, а также видов, присутствующих в конкретном регионе, складывается биосистема. Она наглядно иллюстрирует все взаимосвязи между организмами и элементами неживой природы. Структура биосистемы может иметь сложный и запутанный вид, поэтому в некоторых случаях удобнее пользоваться особой формой, которая носит название "Экологическая пирамида". Подобную графическую модель разработал англичанин Ч. Элтон в 1927 году. Различают три типа пирамид, каждая из которых отражает либо численность популяций (пирамида чисел), либо общее число затрачиваемой биомассы (пирамида биомасс), либо же запас заключенной в организмах энергии (пирамида энергии).

Наиболее часто построение подобных структур имеет пирамидальную форму, откуда, собственно, и произошло название. Однако в некоторых случаях можно столкнуться с так называемой перевернутой пирамидой. Это означает, что численность консументов превосходит численность продуцентов.

Термин «экология» ввел в науку немецкий ученый Эрнст Геккель (E. Haeckel) в 1869 г. Формальное определение дать довольно легко, поскольку слово «экология» происходит от греческих слов «ойкос» - жилище, убежище и «логос» - наука. Поэтому экологию часто определяют как науку об отношениях между организмами или группами организмов (популяций, видов) с окружающей их средой. Иначе говоря, предмет экологии - это совокупность связей между организмами и условиями их существования (средой), от которых зависит успешность их выживания, развития, размножения, распространения, конкурентоспособность.

В ботанике термин «экология» первым употребил датский ботаник Е. Варминг в 1895 г.

В широком смысле под средой (или окружающей средой) понимают совокупность материальных тел, явлений и энергии, волн и полей, так или иначе влияющих на . Однако разные среды далеко не одинаково воспринимаются живым организмом, поскольку значение их для жизни различно. Среди них есть практически безразличные для растений, например - инертные газы, содержащиеся в атмосфере. Другие элементы среды, напротив, оказывают заметное, часто - существенное влияние на растение. Их называют экологическими факторами. Таковыми являются, например, свет, вода в атмосфере и в почве, воздух, засоление грунтовых вод, естественная и искусственная радиоактивность и т. д.). С углублением наших знаний перечень экологических факторов расширяется, поскольку в ряде случаев обнаруживается, что растения способны реагировать на элементы среды, ранее считавшиеся безразличными (например, магнитное поле , сильное шумовое воздействие, электрические поля и т. д.).

Классификация экологических факторов

Классифицировать экологические факторы можно в разных понятийных системах координат.

Различают, например, ресурсные и нересурсные экологические факторы. Ресурсные факторы - это вещество и (или) , вовлекаемые в биологический круговорот растительным сообществом (например, свет, вода, содержание в почве элементов минерального питания и т. д.); соответственно, нересурсные факторы не участвуют в циклах трансформации вещества и энергии и экосистемах (например, рельеф).

Различают также прямодействующие и косвеннодействующие экологические факторы. Первые непосредственно влияют на обмен веществ, формообразовательные процессы, рост и развитие (свет), вторые влияют на организм через изменение других факторов (например, трансабиотические и трансбиотические формы взаимодействий). Поскольку в разных экологических ситуациях многие факторы могут выступать и как прямодействующие, и как косвеннодействующие, лучше говорить не о разделении факторов, а о прямом или косвенном их действии на растение.

Наиболее широко используется классификация экологических факторов по их происхождению и характеру действия:

I. Абиотические факторы:

а) климатические - свет, тепло, (его состав и движение), влага (включая осадки в разных формах, влажность воздуха) и т. д.;

б) эдафические (или почвенно-грунтовые) - физические (гранулометрический состав, водопроницаемость) и химические (рН почв, содержание в них элементов минерального питания, макро- и микроэлементов и т.д.) свойства почв;

в) топографические (или орографические) - условия рельефа.

II. Биотические факторы:

а) фитогенные - прямое и косвенное воздействие растений-сообитателей;

б) зоогенные - прямое и косвенное влияние животных (поедание, вытаптывание, деятельность землероев, опыление, распространение плодов и семян);

в) прокариотогенные факторы - влияние бактерий и сине-зелёных водорослей (отрицательное воздействие фитопатогенных бактерий, положительное воздействие свободноживущих и симбиотически связанных азотфиксирующих бактерий, актиномицетов и цианей);

Подробнее о биотических факторах можно почитать с статье

Специфические формы воздействия человека на растительный покров, их направленность, масштабы позволяют выделять и антропогенные факторы.

III. Антропогенные факторы, связанные с многосторонними формами сельскохозяйственной деятельности человека (выпас, сенокошение), его промышленной деятельности (выбросы газов в , строительство, добыча полезных ископаемых, транспортные коммуникации и трубопроводы), с освоением космоса и рекреационной деятельностью.

В эту простейшую классификацию укладываются далеко не все, а только главные экологические факторы. Есть и другие, менее существенные для жизни растения (атмосферное электричество, магнитное поле Земли, ионизирующее излучение и др.).

Заметим, однако, что приведенное деление в определенной степени условно, поскольку (и это важно подчеркнуть как в теоретическом, так и практическом отношении) среда воздействует на организм как единое целое, а разделение факторов и их классификация есть не что иное, как методический прием, облегчающий познание и изучение закономерностей взаимосвязей растения и среды.

Общие закономерности влияния экологических факторов

Влияние экологических факторов на живой организм весьма многообразно. Одни факторы - ведущие - оказывают более сильное воздействие, другие - второстепенные - действуют слабее; одни факторы влияют на все стороны жизни растения, другие - на какой-либо определенный жизненный процесс. Тем не менее можно представить общую схему зависимости реакции организма под воздействием экологического фактора.

Если по оси абсцисс (X) будет отложена интенсивность фактора в своем физическом выражении ( , концентрация солей в почвенном растворе, рН, освещенность местообитания и т. д.), а по оси ординат (У) - реакция организма или популяции на этот фактор в ее количественном выражении (интенсивность того или иного физиологического процесса - фотосинтеза, поглощения воды корнями, роста и т. д.; морфологическая характеристика - высота растения, размеры листьев, количество продуцируемых семян и т. д.; популяционные характеристики - численность особей на единицу площади, частота встречаемости и т. д.), мы получаем следующую картину.

Диапазон действия экологического фактора (область толерантности вида) ограничен точками минимума и максимума, которые соответствуют крайним значениям данного фактора, при котором возможно существование растения. Точка на оси абсцисс, соответствующая наилучшим показателям жизнедеятельности растения, означает оптимальную величину фактора - это точка оптимума. В связи с трудностями в точном определении этой точки обычно говорят о некоторой зоне оптимума, или о зоне комфорта. Точки оптимума, минимума и максимума составляют три кардинальные точки, определяющие возможности реакции вида на данный фактор. Крайние участки кривой, выражающие состояние угнетения при резком недостатке или избытке фактора, называют областями пессимума; им соответствуют пессимальные значения фактора. Вблизи критических точек лежат сублетальные величины фактора, а за пределами зоны толерантности - летальные.

Виды различаются друг от друга положением оптимума в пределах градиента экологического фактора. Например, отношение к теплу у арктических и тропических видов. Различной может быть и ширина диапазона действия фактора (или зоны оптимума). Есть виды, например, для которых оптимален низкий уровень освещенности (пещерные мохообразные) либо относительно высокий уровень освещенности (высокогорные альпийские растения). Но известны и виды, одинаково хорошо растущие и при полной освещенности, и при значительном затенении (например, ежа сборная - Dactylis glomerata).

Точно так же одни луговые травы предпочитают почвы с определенным, довольно узким диапазоном кислотности, другие хорошо растут в широком диапазоне рН - от сильнокислого до щелочного. Первый случай свидетельствует об узкой экологической амплитуде растений (они являются стенобионтными или стенотопными), второй - о широкой экологической амплитуде (растения эврибионтные или эвритопные). Между категориями эвритопности и стенотопности лежит ряд промежуточных качественных категорий (гемиэвритопные, гемистенотопные).

Широта экологической амплитуды по отношению к разным экологическим факторам часто бывает различной. Можно быть стенотопным по отношению к одному фактору и эвритопным по отношению к другому: например, растения могут быть приурочены к узкому диапазону температур и широкому диапазону солености.

Взаимодействие экологических факторов

Факторы среды воздействуют на растение совместно и одновременно, причем действие одного фактора в большой степени зависит от «экологического фона», т. е. от количественного выражения других факторов. Это явление взаимодействия факторов хорошо видно на примере эксперимента с водным мхом Fontinalis. В этом эксперименте наглядно показано, что освещенность по-разному действует на интенсивность фотосинтеза при разном содержании СO 2 в .

Эксперимент также показывает, что сходный биологический эффект может получиться при частичной замене действия одного фактора другим. Так, одна и та же интенсивность фотосинтеза может быть достигнута или увеличением освещенности до 18 тысяч люкс, или, при более низкой освещенности - повышением концентрации СO 2 .

Здесь проявляется частичная взаимозаменяемость действия одного экологического фактора другим. В то же время ни один из необходимых экологических факторов не может быть заменен другим: зеленое растение нельзя вырастить в полной темноте даже при очень хорошем минеральном питании или на дистиллированной воде при оптимальном тепловом режиме. Иными словами, существует частичная заменяемость основных экологических факторов и вместе с тем их полная незаменимость (в этом смысле иногда говорят также об их равнозначной важности для жизни растения). Если значение хотя бы одного из необходимых факторов выходит за пределы диапазона толерантности (ниже минимума и выше максимума), то существование организма становится невозможным.

Лимитирующие факторы

В случае, если какой-либо из факторов, составляющих условия существования, имеет пессимальное значение, то он ограничивает действие остальных факторов (сколь бы благоприятными они ни были) и определяет конечный результат действия среды на растение. Изменить этот конечный результат можно только воздействуя на ограничивающий фактор. Этот «закон ограничивающего фактора» вначале был сформулирован в агрохимии немецким агрохимиком, одним из основоположников агрохимии Юстусом Либихом в 1840 году и поэтому часто называется законом Либиха.

Им было замечено, что при недостатке в почве или питательном растворе одного из необходимых химических элементов, никакие удобрения, содержащие другие элемёнты, на растение не действуют, и только добавление «ионов в минимуме» дает прибавку урожая. Многочисленные примеры действия ограничивающих факторов не только в эксперименте, но и в природе показывают, что это явление имеет общеэкологическое значение. Один из примеров действия «закона минимума» в природе - угнетение травянистых растений под пологом буковых лесов, где при оптимальном тепловом режиме, повышенном содержании углекислого газа, достаточно богатых почвах и прочих оптимальных условиях возможности развития трав ограничиваются резким недостатком света.

Выявление «факторов в минимуме» (и в максимуме) и устранение их ограничивающего действия, иными словами, оптимизация среды для растений, составляют важную практическую задачу в рациональном использовании растительного покрова.

Аутэкологический и синэкологический ареал и оптимум

Отношение растений к экологическим факторам тесно зависит от влияния других растений-сообитателей (в первую очередь - от конкурентных отношений с ними). Часто имеет место ситуация, когда вид может успешно произрастать в широком диапазоне действия какого-либо фактора (что определяется экспериментально), но присутствие сильного конкурента вынуждает его ограничиваться более узкой зоной.

Например, сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) имеет очень широкий экологический ареал по отношению к почвенным факторам, но в таежной зоне образует леса главным образом на сухих бедных песчаных почвах или на сильно переувлажненных торфяниках, т. е. там, где отсутствуют конкурирующие древесные породы. Здесь реальное положение оптимумов и областей толерантности различно для растений, испытывающих или не испытывающих биотическое влияние. В связи с этим различают экологический оптимум вида (при отсутствии конкуренции) и фитоценотический оптимум, соответствующий реальной позиции вида в ландшафте или биоме.

Кроме положения оптимума различают пределы выносливости вида: экологический ареал (потенциальные пределы распространения вида, определяемые только его отношением к данному фактору) и реальный фитоценотический ареал.

Часто в этом контексте говорят о потенциальном и реальном оптимуме и ареале. В зарубежной литературе пишут также о физиологическом и экологическом оптимуме и ареале. Лучше говорить об аутэкологическом и синэкологическом оптимуме и ареале вида.

У разных видов соотношение экологического и фитоценотического ареалов различно, но всегда экологический шире фитоценотического. В результате взаимодействия растений происходит сужение ареала и часто смещение оптимума.

Экологический фактор – это любое условие среды, способное оказать прямое или косвенное воздействие на живой организм хотя бы на одной из стадий его индивидуального развития. Организм реагирует на экологические факторы специфическими приспособительными реакциями.

Экологические факторы делят на две категории:

Абиотические – факторы неживой природы (гр. «биос» - жизнь) ;

Биотические – факторы живой природы.

Абиотические факторы разделяют на следующие группы:

Климатические: свет, температура, влажность, движение воздуха, давление;

Эдафогенные («эдафос» – почва): механическое состояние почвы, влагоемкость, воздухопроницаемость, плотность;

Орографические (гр. «oros» – гора): рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона;

Химические: газовый состав воздуха, солевое состояние воды, концентрация, кислотность и состав почвенных растворов.

Под биотическими факторами понимается совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Взаимодействия между растениями и животными чрезвычайно многообразны. Прямые взаимодействия – это непосредственное влияние одних организмов на другие. Косвенные взаимодействия – это изменение абиотических факторов, влияющих на другие организмы.

С общеэкологических позиций все организмы необходимы друг другу. В естественных условиях ни один вид не стремится полностью уничтожить полностью другой вид. Всё это человек должен учитывать при планировании взаимодействия природы и человека.

Биотические факторы делят на группы:

Фитогенные, вызванные воздействием растительных организмов;

Зоогенные, вызванные воздействием животных организмов;

Микробиогенные – воздействие вирусов, бактерий, простейших;

Антропогенные – воздействие человека.

Есть и другие классификации экологических факторов, например, можно выделить факторы, зависящие и независящие от численности особей в популяции. Можно разделить организмы по территориям обитания. Особое значение имеет деление экологических факторов на постоянные и периодические. Адаптация, т. е. приспособление возможно только к периодическим экологическим фактором.

Основные абиотические факторы:

1. Лучистая энергия солнца. 99 % поступающей на Землю солнечной энергии несут ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные лучи. Причем ультрафиолетовые лучи составляют 7 %, видимые лучи – 48 %, инфракрасные – 45 % энергии. Тепловой баланс планеты поддерживает инфракрасное излучение. Для фотосинтеза растения используют оранжево-красные и ультрафиолетовые лучи.

У живых организмов существуют суточные циклы активности связанные со сменой дня и ночи. Количество солнечной энергии зависит от продолжительности дня, угла падения, прозрачности воздуха. Свежевыпавший снег отражает до 95 % солнечной радиации, загрязненный снег – до 45-50 %, чернозем – до 5 % солнечных лучей, хвойные леса – 10-15 %, светлая почва – 35-45 %.


2. Абиотические факторы атмосферы. Влажность атмосферного воздуха. Наиболее богатые влагой нижние слои атмосферы. Слой воздуха до высоты 1,5 км содержит примерно 50 % всей влаги атмосферы. Дефицит влажности – это разность между максимальным и данным насыщением. Дефицит влажности – это важный экологический фактор, так как он характеризует сразу два параметра: температуру воздуха T и его влажность W . Чем выше дефицит влажности, тем теплее. Анализ динамики дефицита влажности позволяет прогнозировать различные явления в мире животных организмов.

Осадки – это результат конденсации водяных паров атмосферы. Режим осадков – самый важный фактор, регулирующий миграцию загрязняющих веществ в атмосфере.

Состав атмосферы относительно постоянный. Лишь в последние десятилетия растёт концентрация оксидов азота, серы, углерода. Состав атмосферы меняется с повышением высоты над уровнем моря. Отмечается рост содержания таких лёгких газов как водород и гелий.

Движение воздушных масс возникает из-за неодинакового нагрева земной поверхности. Ветер переносит примеси атмосферного воздуха. Антициклон – область повышенного давления воздуха, который стремится уйти в области более низкого давления.

3. Абиотические факторы почвенного покрова. К ним относят механический состав почвы, водопроницаемость, способность удерживать влагу, возможность проникновения корней и т. д.

Все горизонты почвы – это смесь органических и минеральных соединений. Свыше 50 % минерального состава почвы составляют оксиды кремния SiO 2 . Оставшуюся часть почвы представляют следующие оксиды: 1-25 % Al 2 O 3 ; 1-10 % FeO ; 0,1-5,0 % MgO , K 2 O , P 2 O 5 , CaO . Органические вещества поступают в почву с растительными остатками. В почве эти остатки разрушаются (минерализируются) или переходят в более сложное органическое соединение: перегной или гумус

В почве протекают разнообразные процессы, связанные с жизнедеятельностью бактерий. Их множество и их функции разнообразны. Одни бактерии участвуют в циклах превращения одного элемента (Р ), другие бактерии перерабатывают соединения нескольких элементов (С , Са и т.д).

Минеральные вещества почвы растения используют для построения стебля или ствола, веток и листьев. Потери минеральных веществ почвы обычно восполняют минеральные удобрения. Эти удобрения растения способны использовать только после того, как микробы переведут их в биологическую доступную форму. Наибольшее количество микроорганизмов находятся в слоях почвы до глубины 40см.

В промышленности почву используют для очистки сточных вод на полях орошения и полях фильтрации. Вредные органические вещества окисляются при активном участии флоры и фауны почвы.

4. Абиотические факторы водной среды. Это плотность, вязкость, подвижность, концентрация растворённого кислорода, температурная стратификация, т. е. изменение температуры по глубине. Температура воды меняется в относительно узком диапазоне от 2 до 37 °С. Динамика колебаний температуры воды гораздо меньше, чем воздуха.

Важным фактором является соленость воды. В пресной воде соли представлены в виде карбонатов, в морской воде – хлориды и отчасти сульфаты. Содержание соли в открытом океане – 35 г на 1 л воды, в Чёрном море – 19г/л, в Каспийском море – 14 г/л. Загрязнение воды промышленными стоками меняет рН воды, что приводит к гибели водных организмов (гидробионтов) или к замещению одних видов другими.