ЛЕКЦИЯ 4 ТЕМА: ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

ПЛАН: 1. Понятие экологических факторов и их классификация. 2. Абиотические факторы Экологическая роль основных абиотических факторов Топографические факторы Космические факторы. 3. Биотические факторы. 4. Антропогенные факторы.

1. Понятие экологических факторов и их классификация Экологический фактор любой элемент окружающей среды, способный прямо или косвенно влиять на живой организм, хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития.

Экологические факторы среды принято делить на две группы: факторы косной (неживой) природы абиотические или абиогенные; факторы живой природы биотические или биогенные. Наряду с приведенной классификацией экологических факторов существует много других (менее распространенных), в которых используют иные отличительные признаки.

Классификация экологических факторов

2. Абиотические факторы В абиотической части среды обитания (в неживой природе) все факторы, прежде всего, можно разделить на физические и химические. Однако для понимания сути рассматриваемых явлений и процессов абиотические факторы удобно представить совокупностью климатических, топографических, космических факторов, а также характеристик состава среды (водной, наземной или почвенной) и др.

Физические факторы это те, источником которых слу­жит физическое состояние или явление (механическое, волно­вое и др.). Например, температура, если она высокая будет ожог, если очень низкая обмораживание. На действие тем­ пературы могут повлиять и другие факторы: в воде течение, на суше ветер и влажность, и т. п.

Химические факторы это те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды, если она высокая, жизнь в водоеме может вовсе отсутствовать (Мерт­вое море), но в то же время в пресной воде не могут жить боль­ шинство морских организмов. От достаточности содержания кислорода зависит жизнь животных на суше и в воде, и т. п.

Эдафические факторы (почвенные) это совокупность химических, физических и механических свойств почв и гор­ных пород, оказывающих воздействие как на организмы, жи­вущие в них, т. е. для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений. Хорошо известны влия­ния химических компонентов (биогенных элементов), температуры, влажности, структуры почв на рост и развитие растений.

2.1. Экологическая роль основных абиотических факторов Солнечное излучение – основной источник энергии для экосистемы. Энергия Солнца распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. Для организмов важны длина волны воспринимаемого излучения, его интенсивность и продолжительность воздействия.

Основной источник тепла и света на Земле - Солнце

Солнечный спектр. Около 99% всей энергии солнечной радиации составляют лучи с длиной волны к = нм, в том числе 48% при­ходится на видимую часть спектра (к = нм), 45% на близкую инфракрасную (к = нм) и около 7% на ультрафиолетовую (к < 400 нм).

При прохождении через атмосферный воздух солнечный свет отражается, рассеивается и поглощается

К наиболее важным физиологическим и биохимическим процессам, осуществляемым в живом организме, благодаря наличию света, можно отнести следующие: 1. Фотосинтез (1-2% падающей на Землю солнечной энергии используется для фотосинтеза); 2. Транспирация (около 75 % - для транспирации, обеспечивающей охлаждение растений и движение по ним водных растворов минеральных веществ); 3. Фотопериодизм (обеспечивает синхронность жизненных процессов в живых организмах периодически меняющимся условиям среды); 4. Движение (фототропизм у растений и фототаксис у животных и микроорганизмов); 5. Зрение (одна из главных анализирующих функций животных); 6. Прочие процессы (синтез витамина Д у человека на свету, пигментация и т.п.).

Температура. Для естественных экосистем нашей зоны температурный фактор наряду со свето обеспечением является определяющим для всех жизненных процессов. Активность популяций зависит от времени года и времени суток, т.к. в каждый из этих периодов свои температурные условия. Температура главным образом связана с солнечным излучением, но в ряде случаев определяется энергией геотермальных источников.

Температура на поверхности Земли очень сильно варьирует

Температура, как и интенсивность света, зависит от географической широты, сезона, времени суток и экспозиции склона. Действие экстремальных температур (низких и высоких) усиливается сильными ветрами

Значительная часть организмов способна контролировать (поддерживать) температуру тела, причем в первую очередь наиболее жизненно важных органов. Такие организмы называют гомойотермными теплокровными (от греч. homoios подобный, therme теплота), в отличие от пойкилотермных холоднокровных (от греч. poikilos различный, переменчивый, разнообразный), имеющих непостоянную температуру, зависящую от температуры окружающей среды.

Пойкилотермные организмы в холодное время года или суток снижают уровень жизненных процессов вплоть до анабиоза. В первую очередь это касается растений, микроорганизмов, грибов и пойкилотермных (холоднокровных) животных. Активность сохраняют только гомойотермные (теплокровные) виды. Гетеротермные организмы, находясь в неактивном состоянии, имеют температуру тела не на много выше температуры внешней среды; в активном состоянии - достаточно высокую (медведи, ежи, летучие мыши, суслики).

Терморегуляция гомойотермных животных обеспечивается особым типом обмена веществ, идущим с выделением в организме животных тепла, наличием теплоизолирующих покровов, размерами, физиологией и т.д. Что же касается растений, то они выработали в процессе эволюции ряд свойств: холодостойкость, зимостойкость, морозостойкость, анабиоз, жаростойкость, эфемерность

Распределение живых организмов по Земному шару, в первую очередь, зависит от температуры

В водной среде благодаря высокой теплоемкости воды изменения температуры менее резкие и условия более стабильные, чем на суше. Известно, что в регионах, где температура в течение суток, а также в разные сезоны сильно меняется, разнообразие видов меньше, чем в регионах с более постоянными суточными и годовыми температурами.

Изменение температуры по мере подъема в воздушной среде или погружения в водную среду называют температурной стратификацией.

В почвенной среде суточная и сезонная стабильность (колебания) температуры зависят от глубины. Значитель­ный градиент температур (а также влажности) позволяет обитателям почвы обеспечивать себе благоприятную среду путем незначительных перемещений. Наличие и численность живых организмов могут влиять на температуру. Например, под пологом леса или под листья­ми отдельного растения имеет место иная температура.

Наиболее значима для живых организмов температура в сочетании с влажностью

Осадки, влажность. Вода обязательна для жизни на Земле, в экологическом плане она уникальна. При практически одинаковых географических условиях на Земле существуют и жаркая пустыня, и тропический лес. Различие состоит только в годовом количестве осадков: в пер­вом случае 0,2–200 мм, а во втором 900–2000 мм.

Осадки, тесно связанные с влажностью воздуха, представляют собой результат конденсации и кристаллизации водяных паров в высоких слоях атмосферы. В приземном слое воздуха образуются росы, туманы, а при низких температурах наблю­ дается кристаллизация влаги – выпадает иней.

Одна из основных физиологических функций любого организма – поддержание на достаточном уровне количества воды в теле. В процессе эволюции у организмов сформировались разнообразные приспособления к добыванию и экономному расходованию воды, а также к переживанию засушливого периода. Одни животные пустыни получают воду из пищи, другие за счет окисления своевременно запасенных жиров (например, верблюд, способный путем биологического окисления из 100 г жира получить 107 г метаболической воды); при этом у них минимальна водопроницаемость наружных покровов те­ла, ческой засушливости характерно впадение в состояние покоя с минимальной интенсивностью обмена веществ.

Наземные растения получают воду главным образом из почвы. Малое количество осадков, быстрый дренаж, интенсивное испарение либо сочетания этих факторов ведут к иссушению, а избыток влаги к переувлажнению и заболачиванию почв.

Помимо отмеченного, влажность воздуха как экологиче­ский фактор при своих крайних значениях (повышенной и по­ниженной влажности), усиливает воздействие (усугубляет) действие температуры на организм. Насыщение воздуха парами воды редко достигает макси­мального значения. Дефицит влажности разность между максимально возможным и фактически существующим насы­щением при данной температуре. Это один из важнейших эко­логических параметров, поскольку характеризует сразу две величины: температуру и влажность. Чем выше дефицит влажности, тем суше и теплее, и наоборот.

Режим осадков важнейший фактор, определяющий миграцию загрязняющих веществ в природной среде и вымы­вание их из атмосферы По отношению к водному режиму выделяют следующие экологические группы живых существ: гидробионты – обитатели экосистем, весь жизненный цикл которых проходит в воде; гигрофиты – растения влажных мест обитания (калужница болотная, купальница европейская, рогоз широколистный); гигрофилы – животные, обитающие в очень сырых частях экосистем (моллюски, амфибии, комары, мокрицы); мезофиты – растения умеренно увлажненных мест обитания; ксерофиты – растения сухих мест обитания (ковыли, полыни, астрагалы); ксерофилы – обитатели засушливых территорий, не переносящие повышенную увлажненность (некоторые виды пресмыкающихся, насекомых, пустынные грызуны и млекопитающие); суккуленты – растения наиболее засушливых местообитаний, способные накапливать значительные запасы влаги внутри стебля или листьев (кактусы, алоэ, агава); склерофиты – растения очень засушливых территорий, способные выдерживать сильную обезвоженность (верблюжья колючка обыкновенная, саксаул, саксагыз); эфемеры и эфемероиды - однолетние и многолетние травянистые виды, имеющие укороченный цикл, совпадающий с периодом достаточного увлажнения.

Влагопотребление растений может быть охарактеризовано следующими показателями: засухоустойчивость – способность переносить пониженную атмосферную и (или) почвенную засуху; влагоустойчивость – способность переносить переувлажнения; коэффициент транспирации - количество воды, расходуемое на образование единицы сухой массы (для капусты белокачанной , для тыквы-800); коэффициент суммарного водопотребления – количество воды, расходуемое растением и почвой на создание единицы биомассы (для луговых трав – 350–400 м 3 воды на одну тонну биомассы).

Подвижность среды. Причинами возникновения движения воздушных масс (ветра) являются в первую очередь неодинаковый нагрев земной поверхности, вызывающий перепады давления, а также вращение Земли. Ветер направлен в сторону более прогретого воздуха. Ветер важнейший фактор распространения на большие расстояния влаги, семян, спор, химических примесей и т. п. Он способствует как снижению околоземной концентрации пыле- и газообразных веществ вблизи места их поступления в атмосферу, так и повышению фоновых концентраций в воздушной среде вследствие выбросов далеких источников, включая трансграничный перенос.

Давление. Нормальным атмосферным давлением считает­ся абсолютное давление на уровне поверхности Мирового оке­ана 101,3 к Па, соответствующее 760 мм рт. ст. или 1 атм. В пределах земного шара существуют постоянные области вы­сокого и низкого атмосферного давления, причем в одних и тех же точках наблюдаются сезонные и суточные его колебания. По мере увеличения высоты относительно уровня океана дав­ление уменьшается, снижается парциальное давление кислорода, усиливается транспирация у растений.

Ионизирующие излучения. Ионизирующим называют излучение, образующее пары ионов при прохождении через ве­щество; фоновым излучение, создаваемое природными ис­точниками. Оно имеет два основных источника: космическое излучение и радиоактивные изотопы, и элементы в минералах земной коры, возникшие некогда в процессе образования вещества Земли. Из-за большого периода полураспада ядра многих первозданных радиоактивных элементов сохранились в недрах Земли до настоящего времени. Главнейшие из них калий-40, торий-232, уран-235 и уран-238. Под воздействием космического излучения в атмосфере постоянно образуются все новые ядра радиоактивных атомов, главные из которых углерод-14 и тритий.

2.2. Топографические факторы Влияние абиотических факторов в значительной мере за­ висит от топографических характеристик местности, которые могут сильно изменять как климат, так и особенности развития почв. Основной топографический фактор высота над уровнем моря. С высотой снижаются средние тем­пературы, увеличивается суточный перепад температур, возрастает количество осадков, скорость ветра и интенсивность ради­ации, понижается давление. В результате в горной местности по мере подъема наблюдается вертикальная зональность рас­ пределения растительности, соответствующая последователь­ности смены широтных зон от экватора к полюсам.

Горные цепи могут служить климатическими барьерами. Поднимаясь над горами, воздух охлаждается, что часто вызы­вает осадки и тем самым снижает его абсолютное влагосодержание. Попадая затем на другую сторону горной гряды, осу­шенный воздух способствует снижению интенсивности дождей (снегопада), чем создается «дождевая тень». Горы могут играть роль изолирующего фактора в процес­сах видообразования, так как служат барьером для миграции организмов.

Важный топографический фактор экспозиция (освещен­ность) склона. В Северном полушарии теплее на южных скло­нах, а в Южном полушарии на северных склонах. Другой важный фактор крутизна склона, влияющая на дренаж. Вода стекает со склонов, смывая почву, уменьшая ее слой. Кроме того, под действием силы тяжести почва мед­ленно сползает вниз, что ведет к ее скоплению у основания склонов. Наличие растительности сдерживает эти процессы, однако при уклонах более 35° почва и растительность обычно отсутствуют и создаются осыпи из рыхлого материала.

2.3. Космические факторы Наша планета не изолирована от процессов, протекаю­щих в космическом пространстве. Земля периодически стал­кивается с астероидами, сближается с кометами, на нее попа­дают космическая пыль, метеоритные вещества, разнообразны виды излучений Солнца и звезд. Циклически (один из циклов имеет период 11,4 г.) солнечная активность меняется. Наукой накоплено множество фактов, подтверждающих влияние Космоса на жизнь Земли.

3. Биотические факторы Биотические факторы это совокупность влияний жизнедеятель­ности одних организмов на другие. Взаимоотношения между животными, растениями, микроорганизмами чрезвычайно многообразны. Прежде всего, различают гомотипические реакции, т. е. взаимодействие особей одного и того же вида, и гетеротипические отношения представителей разных видов.

4. Антропогенные факторы Нынешний этап человеческой цивилизации отражает такой уровень знаний и возможностей человечества, что его воздействие на окружающую среду, в том числе на биологические системы, приобретает характер глобальной общепланетарной силы, которую выделяем в особую категорию факторов – антропогенные, т.е. порожденными человеческой деятельностью.

Контрольные вопросы и задания 1. Что представляют собой экологические факторы? 2. Какие факторы среды относят к абиотическим, какие к биотическим? 3. Как называют совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других? 4. Что такое ресурсы живых существ, как они классифицируются и в чем их экологическое значение? 5. Какие факторы следует учитывать в первую очередь при создании проектов управления экосистемами. Почему?