3 группы экологических факторов. Экологические факторы и их классификация

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.

Конкуренты и т. д. - отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно варьируется на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер.

Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных растений, а в жизни гетеротрофных организмов (грибов и водных животных) свет не оказывает заметного влияния на их жизнедеятельность.

Экологические факторы действуют на организмы по-разному. Они могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфологические и анатомические изменения организмов.

Классификация экологических факторов

Принято выделять биотические , антропогенные и абиотические экологические факторы.

• Биотические факторы - всё множество факторов среды, связанных с деятельностью живых организмов. К ним относятся фитогенные (растения), зоогенные (животные), микробиогенные (микроорганизмы) факторы.
• Антропогенные факторы - всё множество факторов, связанных с деятельностью человека. К ним относятся физические (использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации и др.), химические (использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта; биологические (продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания), социальные (связанные с отношениями людей и жизнью в обществе) факторы.
• Абиотические факторы - всё множество факторов, связанных с процессами в неживой природе. К ним относятся климатические (температурный режим, влажность, давление), эдафогенные (механический состав, воздухопроницаемость, плотность почвы), орографические (рельеф, высота над уровнем моря), химические (газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность), физические (шум, магнитные поля, теплопроводность, радиоактивность, космическое излучение)

Часто встречающаяся классификация экологических факторов (факторов среды)

ПО ВРЕМЕНИ: эволюционный, исторический, действующий

ПО ПЕРИОДИЧНОСТИ: периодический, непериодический

ПО ОЧЕРЕДНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ: первичный, вторичный

ПО ПРОИСХОЖДЕНИЮ: космический, абиотический (он же абиогенный), биогенный, биологический, биотический, природно-антропогенный, антропогенный (в том числе техногенный, загрязнения среды), антропический (в том числе беспокойства)

ПО СРЕДЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ: атмосферный, водный (он же влажности), гео-морфологический, эдафический, физиологиче-ский, генетический, популяционный, биоценотический, экосистемный, биосферный

ПО ХАРАКТЕРУ: вещественно-энергетический, физический (геофизический, термический), биогенный (он же биотический), информационный, химический (солености, кислотности), комплексный (экологический, эволюции, системообразующий, географический, климатический)

ПО ОБЪЕКТУ: индивидуальный, групповой (социальный, этологический, социально-экономический, соци-ально-психологический, видовой (в том числе человеческий, жизни общества)

ПО УСЛОВИЯМ СРЕДЫ: зависящий от плотности, не зависящий от плотности

ПО СТЕПЕНИ ВОЗДЕЙСТВИЯ: летальный, экстремальный, лимитирующий, беспокоящий, мутагенный, тератогенный; канцерогенный

ПО СПЕКТРУ ВОЗДЕЙСТВИЯ: избирательный, общего действия

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Экологический фактор" в других словарях:

экологический фактор - — EN ecological factor An environmental factor that, under some definite conditions, can exert appreciable influence on organisms or their communities, causing the increase or… …

экологический фактор - 3.3 экологический фактор: Любой нерасчленяемый элемент окружающей среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействие на живой организм хотя бы на протяжении одного из этапов его индивидуального развития. Примечания 1. Экологический… …

экологический фактор - ekologinis veiksnys statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Bet kuris aplinkos veiksnys, veikiantis augalą ar jų bendriją ir sukeliantis prisitaikomumo reakcijas. atitikmenys: angl. ecological factor rus. экологический фактор … Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

- (ОГРАНИЧИВАЮЩИЙ) любой экологический фактор, колическтвенные и качественные показатели которого как либо ограничивают жизнедеятельность организма. Экологический словарь, 2001 Фактор лимитирующий (ограничивающий) любой экологический фактор,… … Экологический словарь

Экологический - 23. Экологический паспорт тепловой электростанции: title= Экологический паспорт тепловой электростанции. Основные положения ЛДНТП. Л., 1990. Источник: П 89 2001: Рекомендации по диагностическому контролю фильтрационного и гидрохимического… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Любое свойство или компонент среды, оказывающий влияние на организм. Экологический словарь, 2001 Фактор экологический любое свойство или компонент среды, оказывающий влияние на организм … Экологический словарь

фактор опасности экологический - Природный процесс, обусловленный эволюцией земли и приводящий прямо или опосредовано к снижению качества компонентов окружающей среды ниже установленных нормативов. [РД 01.120.00 КТН 228 06] Тематики магистральный нефтепроводный транспорт … Справочник технического переводчика

Антропогенный фактор, оказывающий вредное воздействие на жизнедеятельность диких животных. факторами беспокойства могут быть различные шумы, непосредственное вторжение человека в естественные системы; особенно ощутимы в период выведения потомства … Экологический словарь

Любой фактор, сила воздействия которого адекватна переносимому потоку вещества и энергии. Ср. Фактор информационный. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь

Фактор, связанный с физическим состоянием и химический составом атмосферы (температурой, степенью разреженности, наличием загрязнителей). Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И.… … Экологический словарь

Книги

• Лоббистская деятельность корпораций в современной России , Андрей Башков. Влияние экологического фактора на осуществление современных политических процессов, как в России, так и в мире в последнее время все более усиливается. В нынешнихполитических реалиях…
• Аспекты экологической ответственности хозяйствующих субъектов Российской Федерации , А. П. Гарнов, О. В. Краснобаева. Сегодня экологический фактор приобретает трансграничное значение, однозначно коррелируя с крупнейшими геосоциополитическими процессами в мире. Одним из основных источников негативного…

С экологических позиций среда – это природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях. Окружающая организм среда характеризуется огромным разнообразием, слагаясь из множества динамичных во времени и пространстве элементов, явлений, условий, которые рассматриваются в качествефакторов .

Экологический фактор – это любоеусловие среды , способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития. В свою очередь организм реагирует на экологический фактор специфичными приспособительными реакциями.

Таким образом, экологические факторы – это все элементы естественной среды, которые влияют на существование и развитие организмов, и на какие живые существа реагируют реакциями приспособления (за пределами способности приспособления настает смерть).

Следует отметить, что в природе экологические факторы действуют комплексно. В особенности важно помнить это, оценивая влияние химических загрязнителей. В этом случае "суммарный" эффект, когда отрицательное действие одного вещества накладывается на отрицательное действие других, а к этому прибавляется влияние стрессовой ситуации, шумов, различных физических полей, значительно изменяет значения ПДК, приведенные в справочниках. Этот эффект называют синергитическим.

Важнейшим является понятие лимитирующего фактора , то есть такого, уровень (доза) которого приближается к границе выносливости организма, концентрация которого ниже или выше оптимальной. Это понятие определяется законами минимума Либиха (1840 г) и толерантности Шелфорда (1913 г.). Наиболее часто лимитирующими факторами есть температура, свет, биогенные вещества, течения и давление в среде, пожары и т.п.

Более всего распространенны организмы с широким диапазоном толерантности относительно всех экологических факторов. Высочайшая толерантность характерная для бактерий и сине-зеленых водорослей, которые выживают в широком диапазоне температур, радиации, солености, рНи др.

Экологические исследования, связанные с определением влияния экологических факторов на существование и развитие отдельных видов организмов, взаимосвязей организма с окружающей среды, являются предметом науки аутэкологии . Раздел экологии, который исследует ассоциации популяций различных видов растений, животных, микроорганизмов (биоценозов), пути их формирования и взаимодействия с окружающей средой, называетсясинэкологией . В границах синэкологии выделяют фитоценологию, или геоботанику (объект изучение – группировок растений), биоценологию (группировки животных).

Таким образом, понятие экологического фактора – одно из наиболее общих и чрезвычайно широких понятий экологии. В соответствии с этим задача классификации экологических факторов оказалась весьма сложной, так что общепринятого варианта до сих пор нет. В то же время достигнуто согласие относительно целесообразности использования при классификации экологических факторов определенных признаков.

Традиционно выделяли три группы экологических факторов:

1) абиотические (неорганические условия – химические и физические, такие, как состав воздуха, воды, грунта, температура, свет, влажность, радиация, давление и т.п.);

2) биотические (формы взаимодействия между организмами);

3) антропогенные (формы деятельности человека).

Сегодня различают десять групп экологических факторов (общее количество – около шестидесяти), объединенных в специальную классификацию:

по времени – факторы времени (эволюционные, исторические, действующие), периодичности (периодические и непериодические), первичные и вторичные;

по происхождению (космические, абиотические, биотические, природные, техногенные, антропогенные);

по среде возникновения (атмосферные, водные, геоморфологические, экосистемные);

по характеру (информационные, физические, химические, энергетические, биогенные, комплексные, климатические);

по объекту влияния (индивидуальные, групповые, видовые, социальные);

по степени влияния (летальные, экстремальные, ограничивающие, возмущающие, мутагенные, тератогенные);

по условиям действия (зависимые или независимые от плотности);

по спектру влияния (выборочного или общего действия).

Прежде всего, экологические факторы делятся на внешние (экзогенные илиэнтопические ) ивнутренние (эндогенные ) по отношению к данной экосистеме.

К внешним относятся факторы, действия которых в той или иной степени определяют изменения, происходящие в экосистеме, но сами они практически не испытывают ее обратного воздействия. Таковы солнечная радиация, интенсивность атмосферных осадков, атмосферное давление, скорость ветра, скорость течения и т.д.

В отличие от них внутренние факторы соотносятся со свойствами самой экосистемы (или отдельных ее компонентов) и в действительности образуют ее состав. Таковы численности и биомассы популяций, запасы различных веществ, характеристики приземного слоя воздуха, водной или почвенной массы и т.д.

Второй распространенный классификационный принцип – это деление факторов на биотические иабиотические . К первым относятся разнообразные переменные, характеризующие свойства живого вещества, а ко вторым - неживых компонентов экосистемы и ее внешней среды. Деление факторов на эндогенные - экзогенные и на биотические - абиотические не совпадают. В частности, существуют как экзогенные биотические факторы, например интенсивность заноса извне семян некоторого вида в экосистему, так и эндогенные абиотические факторы, такие, как концентрация О 2 или СО 2 в приземном слое воздуха или воде.

Широкое использование в экологической литературе находит классификация факторов по общему характеру их происхождения илиобъекту воздействия . Например, среди экзогенных различают метеорологические (климатические), геологические, гидрологические, миграционные (биогеографические), антропогенные факторы, а среди эндогенных – микрометеорологические (биоклиматические), почвенные (эдафические), водные и биотические.

Важным классификационным показателем служит характер динамики экологических факторов, в особенности наличие или отсутствие ее периодичности (суточной, лунной, сезонной, многолетней). Связано это с тем, что приспособительные реакции организмов к тем или иным факторам среды определяются степенью постоянства воздействия этих факторов, то есть их периодичностью.

Биологом А.С. Мончадским (1958) выделялись первичные периодические факторы, вторичные периодические факторы и непериодические факторы.

К первичным периодическим факторам относятся в основном явления, связанные с вращением Земли: смена времен года, суточная смена освещенности, приливные явления и т.п. Эти факторы, которым свойственна правильная периодичность, действовали еще до появления жизни на Земле, и возникающие живые организмы должны были сразу адаптироваться к ним.

Вторичные периодические факторы следствие первичных периодических: например, влажность, температура, осадки, динамика растительной пищи, содержание растворенных газов в воде и т.п.

К непериодическим относятся факторы, не имеющие правильной периодичности, цикличности. Таковы почвенно-грунтовые факторы, разного рода стихийные явления. Антропогенные воздействия на окружающую среду часто относятся к непериодическим факторам, которые могут проявляться внезапно и нерегулярно. Поскольку динамика естественных периодических фактороводна из движущих сил естественного отбора и эволюции, живые организмы, как правило, не успевают выработать приспособительных реакций, например, к резкому изменению содержания тех или иных примесей в окружающей среде.

Особая роль среди экологических факторов принадлежит суммативным (аддитивным) факторам, характеризующим численности, биомассы или плотности популяций организмов, а также запасы или концентрации различных форм вещества и энергии, временные изменения которых подчиняются законам сохранения. Подобные факторы называютсяресурсами . Например, говорят о ресурсах тепла, влаги, органической и минеральной пище и т.д. В отличие от них такие факторы, как интенсивность и спектральный состав радиации, уровень шума, окислительно-восстановительный потенциал, скорость ветра или течения, размер и форма пищи и т.д., которые сильно влияют на организмы, не относятся к категории ресурсов, т.к. к ним не применимы законы сохранения.

Число всевозможных экологических факторов представляется потенциально неограниченным. Однако по степени воздействия на организмы они далеко не равносильны, вследствие чего в экосистемах разного типа некоторые факторы выделяются как наиболее существенные, или императивные . В наземных экосистемах из числа экзогенных факторов к ним, как правило, относятся интенсивность солнечной радиации, температура и влажность воздуха, интенсивность атмосферных осадков, скорость ветра, скорость заноса спор, семян и других зародышей или притока взрослых особей из других экосистем, а также всевозможные формы антропогенного воздействия. Эндогенными императивными факторами в наземных экосистемах являются следующие:

1) микрометеорологические освещенность, температура и влажность приземного слоя воздуха, содержание в нем СО 2 и О 2 ;

2) почвенные температура, влажность, аэрация почвы, физико-механические свойства, химический состав, содержание гумуса, доступность элементов минерального питания, окислительно-восстановительный потенциал;

3) биотические плотность популяций разных видов, их возрастной и половой состав, морфологические, физиологические и поведенческие характеристики.

Введение

1.1 Абиотические факторы

1.2 Биотические факторы

2.3 Особенности адаптации

Заключение

Введение

Живое неотрывно от среды. Каждый отдельный организм, являясь самостоятельной биологической системой, постоянно находится в прямых или косвенных отношениях с разнообразными компонентами и явлениями окружающей его среды или, иначе, среды обитания, влияющими на состояние и свойства организма.

Среда - одно из основных экологических понятий, которое означает весь спектр окружающих организм элементов и условий в той части пространства, где он обитает, все то, среди чего он живет и с чем непосредственно взаимодействует.

Среда обитания каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом каждый элемент всегда прямо или косвенно влияет на состояние организма, его развитие, выживание и размножение - одни элементы могут быть частично или полностью безразличны организму, другие - необходимы, а третьи - оказывать отрицательное воздействие.

Несмотря на все многообразие экологических факторов, о котором будет рассказано ниже, и различную природу их происхождения, существуют общие правила и закономерности их влияния на живые организмы, изучение которых и является целью данной работы.

1. Экологические факторы и их действие

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 многообразны, при этом каждый фактор является совокупностью соответствующего условия среды (необходимых для жизнедеятельности организма элементов среды обитания) и его ресурса (их запаса в среде).

Существует множество подходов к классификации экологических факторов. Так, например, можно выделить: по периодичности - периодический и непериодический факторы; по среде возникновения - атмосферный, водный, генетический, популяционный и др.; по происхождению - абиотический, космический, антропогенный и др.; факторы, зависящие и не зависящие от численности и плотности организмов и др. Все это многообразие экологических факторов подразделяется на две большие группы: абиотические и биотические (Рис.1).

Абиотические факторы (неживой природы) - это комплекс условий неорганической среды, влияющих на организм.

Биотические факторы (живой природы) - это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие.

экологический фактор абиотический биотический

Рис.1. Классификация экологических факторов

В данном случае антропогенный фактор, прямо или косвенно связанный с деятельностью человека, соотнесен к группе факторов биотического влияния, т.к. само понятие "биотические факторы" охватывает действия всего органического мира, которому принадлежит и человек. Однако в отдельных случаях его выделяют в самостоятельную группу наряду с абиотическими и биотическими факторами, подчеркивая тем самым его чрезвычайное действие - человек не только меняет режимы природных экологических факторов, но и создает новые, синтезируя ядохимикаты, удобрения, строительные материалы, лекарства и т.п. Также возможна классификация, при которой биотические и абиотические факторы соотносятся как природным, так и антропогенным факторам.

1.1 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.

К климатическим факторам относятся:

Энергия Солнца . Она распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. Для организмов важны длина волны воспринимаемого излучения, его интенсивность и продолжительность воздействия. Вследствие вращения Земли периодически чередуются светлое и темное время суток. Цветение, прорастание семян у растений, миграция, зимняя спячка, размножение животных и многое другое в природе связаны с длительностью фотопериода (длиной дня).

Температура. Температура главным образом связана с солнечным излучением, но в ряде случаев определяется энергией геотермальных источников. При температуре ниже точки замерзания живая клетка физически повреждается образующимися кристаллами льда и гибнет, а при высоких температурах происходит денатурация ферментов. Абсолютное большинство растений и животных не выдерживает отрицательных температур тела. 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.

Осадки, влажность. Вода обязательна для жизни на Земле, в экологическом плане она уникальна. 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 (верблюд). При периодической 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 температуры на организм. Режим осадков - важнейший фактор, определяющий миграцию загрязняющих веществ в природной среде и вымывание их из атмосферы.

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. Кроме того, ветер косвенно влияет на все живые организмы суши, участвуя в процессах выветривания и эрозии.

Давление. Нормальным атмосферным давлением считается абсолютное давление на уровне поверхности Мирового океана 101,3 кПа, 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. Периодически в атмосфере образуются области пониженного давления с мощными воздушными потоками, перемещающимися по спирали к центру (циклоны). Для них характерно большое количество осадков и неустойчивая погода. Противоположные природные явления называют антициклонами. Они характеризуются устойчивой погодой, слабыми ветрами. При антициклонах порой возникают неблагоприятные метеорологические условия, способствующие накоплению в приземном слое атмосферы загрязняющих веществ.

Ионизирующие излучения - излучения, образующие пары ионов при прохождении через вещество; фоновое - 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. Радиационный фон ландшафта - одна из непременных составляющих его климата. Все живое на Земле подвергается излучению из Космоса на протяжении всей истории существования и адаптировалось к этому. Горные ландшафты благодаря значительной высоте над уровнем моря характеризуются повышенным вкладом космического излучения. Суммарная радиоактивность морского воздуха в сотни и тысячи раз меньше, чем континентального. Радиоактивные вещества могут накапливаться в воде, почве, осадках или в воздухе, если скорость их поступления превышает скорость радиоактивного распада. В живых организмах накопление радиоактивных веществ происходит при их попадании с пищей.

Влияние абиотических факторов в значительной мере зависит 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 распределения растительности, соответствующая последовательности смены широтных зон от экватора к полюсам.

Горные цепи могут служить климатическими барьерами. 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.

Рельеф местности - один из главных факторов, влияющих на перенос, рассеивание или накопление примесей в атмосферном воздухе.

Состав среды

Состав водной среды. Распространение и жизнедеятельность организмов в водной среде в значительной степени зависят от ее химического состава. Прежде всего, водные организмы подразделяют на пресноводные и морские в зависимости от солености воды, в которой они обитают. Повышение солености воды в среде обитания ведет к потере воды организмом. Соленость воды влияет и на наземные растения. При чрезмерно интенсивном испарении воды либо ограниченности осадков почва может засоляться. Еще один из основных комплексных показателей химического состава водной среды - кислотность (рН). Одни организмы эволюционно приспособлены к жизни в кислой среде (рН < 7), другие - в щелочной (рН > 7), третьи - в нейтральной (рН~7). В составе природной водной среды всегда присутствуют растворенные газы, из которых первоочередное значение имеют кислород и диоксид углерода, участвующие в фотосинтезе и дыхании водных организмов. Среди прочих растворенных в океане газов наиболее заметны сероводород, аргон и метан.

Один из главных абиотических факторов наземной (воздушной) среды обитания - состав воздуха, естественной смеси газов, сложившейся в ходе эволюции Земли. Состав воздуха в современной атмосфере находится в состоянии динамического равновесия, зависящего от жизнедеятельности живых организмов и геохимических явлений глобального масштаба. Воздух, лишенный влаги и взвешенных частиц, имеет на высоте уровня моря практически одинаковый состав во всех местностях земного шара, а также на протяжении суток и в разные периоды года. Азот, присутствующий в атмосферном воздухе в наибольшем количестве, в газообразном состоянии для абсолютного большинства организмов, особенно для животных, является нейтральным. Только для ряда микроорганизмов (клубеньковых бактерий, азотобактеров, сине-зеленых водорослей и др.) азот воздуха служит фактором жизнедеятельности. Присутствие в воздухе иных газообразных веществ или аэрозолей (твердых или жидких частиц, находящихся в воздухе во взвешенном состоянии) в каких-либо заметных количествах изменяет привычные условия среды обитания, влияет на живые организмы.

Состав почв

Почва - слой веществ, лежащих на поверхности земной коры. Она представляет собой продукт физического, химического и биологического преобразования горных пород и является трехфазной средой, включающей твердые, жидкие и газообразные компоненты, находящиеся в следующих соотношениях: минеральная основа - обычно 50-60% от общего состава; органическое вещество - до 10%; вода - 25-35%; воздух - 15-25%. В данном случае почва рассматривается среди прочих абиотических факторов, хотя на самом деле она является важнейшим звеном, связывающим абиотические и биотические факторы среды обитания.

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

Огонь (пожары)

К числу важных природных абиотических факторов относят пожары, которые при определенном сочетании климатических условий приводят к полному или частичному выгоранию наземной растительности. Основной причиной возгораний в естественных условиях являются молнии. По мере развития цивилизации увеличивалось число пожаров, связанных с деятельностью человека. Косвенное экологически значимое воздействие огня проявляется прежде всего в устранении конкуренции для видов, переживших пожар. Кроме того, после сгорания растительного покрова резко изменяются такие условия среды, как освещенность, разница между дневной и ночной температурами, влажность. Также облегчаются ветровая и дождевая эрозия почвы, ускоряется минерализация гумуса.

Однако почва после пожаров обогащается питательными элементами, такими, как фосфор, калий, кальций, магний. Искусственное предотвращение пожаров вызывает изменения факторов среды обитания, для поддержания которых в естественных пределах необходимы периодические выгорания растительности.

Совокупное воздействие экологических факторов

Экологические факторы среды воздействуют на организм одновременно и совместно. Совокупное воздействие факторов (констелляция) в той или иной мере взаимоизменяет характер воздействия каждого отдельного фактора.

Хорошо изучено влияние влажности воздуха на восприятие животными температуры. С повышением влажности уменьшается интенсивность испарения влаги с поверхности кожи, что затрудняет работу одного из наиболее эффективных механизмов приспособления к высокой температуре. Низкие температуры также легче переносятся в сухой атмосфере, имеющей меньшую теплопроводность (лучшие теплоизоляционные свойства). Таким образом, влажность среды меняет субъективное восприятие температуры у теплокровных животных, в том числе у человека.

В комплексном действии экологических факторов среды значение отдельных экологических факторов неравноценно. Среди них выделяют ведущие (которые необходимы для жизнедеятельности) и второстепенные факторы (существующие или фоновые факторы). Обычно у разных организмов различные ведущие факторы, даже если организмы живут в одном месте. Кроме того, смену ведущих факторов наблюдают при переходе организма в другой период своей жизни. Так, в период цветения ведущим фактором для растения может быть свет, а в период формирования семян - влага и питательные вещества.

Иногда недостаток одного фактора частично компенсируется усилением другого. Например, в Арктике продолжительный световой день компенсирует недостаток тепла.

1.2 Биотические факторы

Все живое, окружающее организм в среде обитания, составляет биотическую среду или биоту. 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.

Представители каждого вида способны существовать в таком биотическом окружении, где связи с другими организмами обеспечивают им нормальные условия жизни. Главной формой проявления этих связей служат пищевые взаимоотношения организмов различных категорий, составляющие основу пищевых (трофических) цепей.

Кроме пищевых связей, между растительными и животными организмами возникают также пространственные взаимоотношения. В результате действия многих факторов разнообразные виды объединяются не в произвольном сочетании, а только при условии приспособленности к совместному обитанию.

Стоит выделить основные формы биотических взаимоотношений :

. Симбиоз (сожительство) - это форма взаимоотношений, при которой оба партнера или один из них извлекают пользу от другого.

. Кооперация представляет собой длительное, неразделимое взаимовыгодное сожительство двух и более видов организмов. Например, отношения рака-отшельника и актинии.

. Комменсализм - это взаимодействие между организмами, когда жизнедеятельность одного доставляет пищу (нахлебничество) или убежище (квартиранство) другому. Типичные примеры - гиены, подбирающие остатки недоеденной львами добычи, мальки рыб, прячущиеся под зонтиками крупных медуз, а также некоторые грибы, растущие у корней деревьев.

. Мутуализм - взаимополезное сожительство, когда присутствие партнера становится обязательным условием существования каждого из них. Примером служит сожительство клубеньковых бактерий и бобовых растений, которые могут совместно жить на почвах, бедных азотом, и обогащать им почву.

. Антибиоз - форма взаимоотношений, при которой оба партнера или один из них испытывают отрицательное влияние.

. Конкуренция - отрицательное воздействие организмов друг на друга в борьбе за пищу, местообитание и другие необходимые для жизни условия. Проявляется наиболее отчетливо на популяционном уровне.

. Хищничество - отношение между хищником и жертвой, заключающееся в поедании одного организма другим.

Хищники - это животные или растения, ловящие и поедающие животных как объект питания. Так, например, львы поедают растительноядных копытных, птицы - насекомых, крупные рыбы - более мелких. Хищничество одновременно полезно для одного и вредно для другого организма.

В то же время все эти организмы необходимы друг другу.

В процессе взаимодействия "хищник - жертва" происходят естественный отбор и приспособительная изменчивость, т.е. важнейшие эволюционные процессы. В естественных условиях ни один вид не стремится (и не может) привести к уничтожению другого.

Более того, исчезновение какого-либо естественного "врага" (хищника) из среды обитания может способствовать вымиранию его жертвы.

Исчезновение (или уничтожение) такого "естественного врага" наносит ущерб хозяину, так как слабые, отставшие в развитии или имеющие иные недостатки особи не будут уничтожаться, что способствует постепенной деградации и вымиранию.

Вид, не имеющий "врагов", обречен на вырождение. Отмеченное обстоятельство имеет особо важное значение в таких случаях, как разработка и применение средств защиты растений в сельском хозяйстве.

. Нейтрализм - взаимонезависимость разных видов, обитающих на одной территории, называют нейтрализмом.

Например, белки и лоси не конкурируют друг с другом, но засуха в лесу сказывается на тех и на других, хотя в разной степени.

Биотическое влияние на растения

Биотические факторы, воздействующие на растения как первичные продуценты органического вещества, подразделяют на зоогенные (например, поедание растения целиком или отдельных его частей, вытаптывание, опыление) и фитогенные (например, переплетение и срастание корней, охлестывание ветвями соседних крон, использование одним растением другого для прикрепления и многие другие формы взаимоотношений между растениями).

Биотические факторы почвенного покрова

В процессах образования и функционирования почвы важнейшую роль играют живые организмы. В первую очередь к ним относятся зеленые растения, извлекающие из почвы питательные химические вещества и возвращающие их обратно с отмирающими тканями. В лесах основным материалом подстилки и гумуса служат листва и хвоя деревьев, определяющие кислотность почвы. Растительность создает непрерывный поток зольных элементов из более глубоких слоев почвы к ее поверхности, т.е. их биологическую миграцию. В почве постоянно обитает множество организмов различных групп. На 1 м площади почвы встречаются десятки тысяч червей, мелких членистоногих. В ней живут грызуны, ящерицы, роют норы кролики. Часть жизненного цикла многих беспозвоночных (жуки, прямокрылые и т.п.) также проходит в почве. Ходы и норы способствуют перемешиванию и аэрации почвы, облегчают рост корней. Проходя через пищеварительный тракт червя, почва измельчается, минеральные и органические компоненты перемешиваются, структура почвы улучшается. Протекающие в почве процессы синтеза, биосинтеза, разнообразные химические реакции преобразования веществ связаны с жизнедеятельностью бактерий.

2. Закономерности воздействия факторов среды на организмы

Экологические факторы динамичны, изменчивы во времени и пространстве. Теплое время года регулярно сменяется холодным, в течение суток наблюдается колебание температуры и влажности, день сменяет ночь и т.п. Все это природные (естественные) изменения экологических факторов. Также, как уже говорилось выше, в них может вмешиваться человек, изменяя либо режимы экологических факторов (абсолютные значения или динамику), либо их состав (например, разрабатывая, производя и применяя не существовавших ранее в природе средств защиты растений, минеральных удобрений и др.).

Несмотря на многообразие экологических факторов, разную природу их происхождения, их изменчивость во времени и пространстве, можно выделить общие закономерности их воздействия на живые организмы.

2.1 Понятие об оптимуме. Закон минимума Либиха

Каждый организм, каждая экосистема развивается при определенном сочетании факторов: влаги, света, тепла, наличия и состава питательных ресурсов. Все факторы действуют на организм одновременно. Реакция организма зависит не столько от самого фактора, сколько от его количества (дозы). Для каждого организма, популяции, экосистемы существует диапазон условий среды - диапазон устойчивости, в рамках которого происходит жизнедеятельность объектов (рис.2).

Рис.2. Влияние температуры на развитие растений

В процессе эволюции у организмов сформировались определенные требования к условиям среды. Дозы факторов, при которых организм достигает наилучшего развития и максимальной продуктивности, соответствует оптимуму условий. С изменением этой дозы в сторону уменьшения или увеличения происходит угнетение организма и чем сильнее отклонение значения факторов от оптимума, тем снижение жизнеспособности больше, вплоть до его гибели. Условия, при которых жизнедеятельность максимально угнетена, но организм еще существует, называются пессимальными. Например, на юге лимитирующим фактором является влагообеспеченность. Так, в Южном Приморье оптимальные лесорастительные условия свойственны северным склонам гор в их средней части, а пессимальные - сухим южным склонам с выпуклой поверхностью.

Тот факт, что ограничение дозы (или отсутствие) любого из необходимых растению веществ, относящихся как к макро, так и к микроэлементам, ведет к одинаковому результату - замедлению роста и развития, обнаружен и изучен немецким химиком Юстасом фон Либихом. Сформулированное им в 1840 г. правило называют законом минимума Либиха: наибольшее влияние на выносливость растений оказывают те факторы, которые в данном местообитании находятся в минимуме.2 При этом Ю. Либих, проводя опыты с минеральными удобрениями, рисовал бочку с дырками, показывая, что нижняя дырка в бочке определяет уровень жидкости в ней.

Закон минимума справедлив как для растений, так и для животных, включая человека, которому в определенных ситуациях приходится употреблять минеральную воду или витамины для компенсации недостатка каких-либо элементов в организме.

Фактор, уровень которого близок к пределам выносливости конкретного организма называется ограничивающим (лимитирующим). И именно к этому фактору организм приспосабливается (вырабатывает адаптации) в первую очередь. Например, нормальное выживание пятнистого оленя в Приморье имеет место только в дубняках на южных склонах, т.к. здесь мощность снега незначительна и обеспечивает оленю достаточную кормовую базу на зимний период. Ограничивающим фактором для оленя является глубокий снег.

Впоследствии в закон Либиха были внесены уточнения. Важной поправкой и дополнением служит закон неоднозначного (селективного) действия фактора на различные функции организма: любой экологический фактор неодинаково влияет на функции организма, оптимум для одних процессов, например дыхания, не есть оптимум для других, например пищеварения, и наоборот.

Э. Рюбелем в 1930 г. был установлен закон (эффект) компенсации (взаимозаменяемости) факторов: отсутствие или недостаток некоторых экологических факторов может быть компенсировано другим близким (аналогичным) фактором.

Например, недостаток света может быть компенсирован для растения обилием диоксида углерода, а при построении раковин моллюсками недостающий кальций может заменяться на стронций. Однако компенсаторные возможности у факторов ограничены. Нельзя ни один фактор полностью заменить другим, и если значение хотя бы одного из них выходит за верхний или нижний пределы выносливости организма, существование последнего становится невозможным, каковы бы благоприятны не были остальные факторы.

В 1949 г. В.Р. Вильяме сформулировал закон незаменимости фундаментальных факторов: полное отсутствие в среде фундаментальных экологических факторов (света, воды и т.д.) не может быть заменено другими факторами.

К этой группе уточнений закона Либиха относится несколько отличное от других правило фазовых реакций "польза - вред": малые концентрации токсиканта действуют на организм в направлении усиления его функций (их стимулирования), тогда как более высокие концентрации угнетают или даже приводят к его смерти.

Эта токсикологическая закономерность справедлива для многих (так, известны лечебные свойства малых концентраций змеиного яда), но не всех ядовитых веществ.

2.2 Закон лимитирующих факторов Шелфорда

Фактор среды ощущается организмом не только при его недостатке. Как уже говорилось выше, проблемы возникают также и при избытке любого из экологических факторов. Из опыта известно, что при недостатке воды в почве ассимиляция растением элементов минерального питания затруднена, но и избыток воды ведет к аналогичным последствиям: возможна гибель корней, возникновение анаэробных процессов, закисание почвы и т.п. Жизненная активность организма также заметно угнетается при малых значениях и при чрезмерном воздействии такого абиотического фактора, как температура (Рис.2).

Фактор среды наиболее эффективно действует на организм только при некотором среднем его значении, оптимальном для данного организма. Чем шире пределы колебаний какого-либо фактора, при котором организм может сохранять жизнеспособность, тем выше устойчивость, т.е. толерантность данного организма к соответствующему фактору. Таким образом, толерантность - это способность организма выдерживать отклонения экологических факторов от оптимальных для его жизнедеятельности значений.

Впервые предположение о лимитирующем (ограничивающем) влиянии максимального значения фактора наравне с минимальным значением было высказано в 1913 г. американским зоологом В. Шелфордом, установившим фундаментальный биологический закон толерантности: любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору.

Другая формулировка закона В. Шелфорда поясняет, почему закон толерантности одновременно называют законом лимитирующих факторов: даже единственный фактор за пределами зоны своего оптимума приводит к стрессовому состоянию организма и в пределе - к его гибели. Поэтому экологический фактор, уровень которого приближается к любой границе диапазона выносливости организма или заходит за эту границу, называют лимитирующим фактором.

Закон толерантности дополняют положения американского эколога Ю. Одума:

·организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного экологического фактора и низкий диапазон в отношении другого;

·организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов обычно наиболее распространены;

·диапазон толерантности может сузиться и в отношении других экологических факторов, если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для организма;

·многие факторы среды становятся ограничивающими (лимитирующими) в особо важные (критические) периоды жизни организмов, особенно в период размножения.

К этим положениям также примыкает закон Митчерлиха Бауле или закон совокупного действия: совокупность факторов воздействует сильнее всего на те фазы развития организмов, которые имеют наименьшую пластичность - минимальную способность к приспособлению.

В зависимости от способности организма адаптироваться к условиям среды их можно разделить на виды, способные существовать в условиях небольшого отклонения от своего оптимума, узкоспециализированные - стенобионтные, и виды способные существовать при значительных колебаниях факторов - эврибионтные (Рис.3).

Типичными эврибионтами являются простейшие организмы, грибы. Из высших растений к эврибионтам можно отнести виды умеренных широт: сосну обыкновенную, дуб монгольский, бруснику и большинство видов вересковых. Стенобионтность вырабатывается у видов, длительное время развивающихся в относительно стабильных условиях.

Существуют и другие термины, характеризующие отношение видов к факторам окружающей среды. Добавление окончания "фил" (phyleo (греч.) - люблю) означает, что вид приспособился к высоким дозам фактора (термофил, гигрофил, оксифил, галлофил, хионофил), а добавление "фоб", наоборот, к низким (галлофоб, хионофоб). Вместо "термофоба" обычно употребляется "криофил", вместо "гигрофоба" - "ксерофил".

2.3 Особенности адаптации

Животные и растения вынуждены приспосабливаться к множеству факторов непрерывно изменяющихся условий жизни. Динамичность экологических факторов во времени и пространстве зависит от астрономических, гелиоклиматических, геологических процессов, которые выполняют управляющую роль по отношению к живым организмам.

Признаки, способствующие выживанию организма, постепенно усиливаются под действием естественного отбора, пока не будет достигнута максимальная приспособленность к существующим условиям. Приспособление может происходить на уровне клетки, тканей и даже целого организма, затрагивая форму, размеры, соотношение органов и т.п. Организмы в процессе эволюции и естественного отбора вырабатывают наследственно закрепленные особенности, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в изменившихся экологических условиях, т.е. происходит адаптация.

Адаптация имеет следующие особенности:

Приспособленность к одному фактору среды, например повышенной влажности, не дает организму такой же приспособленности к другим условиям среды (температуре и т.п.). Эта закономерность называется законом относительной независимости адаптации: высокая адаптированность к одному из экологических факторов не дает такой же степени приспособления к другим условиям жизни.

Каждый вид организмов в вечно меняющейся среде жизни по-своему адаптирован. Это выражается сформулированным Л.Г. Раменским в 1924 г. правилом экологической индивидуальности: каждый вид специфичен по экологическим возможностям адаптации; двух идентичных видов не существует.

Правило соответствия условий среды обитания генетической предопределенности организма гласит: вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления к ее колебаниям и изменениям.

3. Разрушение озонового экрана земли как последствие антропогенной деятельности

Определение озона

Известно, озон (Oз) - модификация кислорода - обладает большой химической реактивностью и токсичностью. Озон образуется в атмосфере из кислорода при электрических разрядах во время грозы и под действием ультрафиолетового излучения Солнца в стратосфере. Озоновый слой (озоновый экран, озоносфера) располагается в атмосфере на высоте 10-15км с максимумом концентрации озона на высоте 20-25км. Озоновый экран задерживает проникновение к земной поверхности наиболее жестокого УФ-излучения (длина волны 200-320нм), губительного для всего живого. Однако в результате антропогенных воздействий озоновый "зонтик" прохудился и в нем стали появляться озоновые дыры с заметно пониженным (до 50% и более) содержанием озона.

Причины возникновения "озоновых дыр"

Озоновые (озонные) дыры являются лишь частью сложной экологической проблемы истощения озонового слоя Земли. В начале 1980-х гг. было отмечено снижение общего содержания озона в атмосфере над районом научных станций в Антарктиде. Так, в октябре 1985г. появились сообщения о том, что концентрация озона в стратосфере над английской станцией Халли-Бей уменьшилась на 40% от ее минимальных значений, а над японской - почти в 2 раза. Это явление и получило название "озоновой дыры". Значительных размеров озоновые дыры над Антарктидой возникали весной 1987, 1992, 1997 гг., когда фиксировалось снижение общего содержания стратосферного озона (ОСО) на 40 - 60%. Весной 1998 г. озоновая дыра над Антарктидой достигла рекордной площади - 26 млн кв.км (в 3 раза больше территории Австралии). А на высоте 14 - 25 км в атмосфере произошло почти полное разрушение озона.

Аналогичные явления отмечались и в Арктике (особенно с весны 1986г.), но размеры озоновой дыры здесь были почти в 2 раза меньше, чем над Антарктикой. В марте 1995г. озоновый слой Арктики был истощен примерно на 50%, причем сформировались "мини-дыры" над северными районами Канады и Скандинавским полуостровом, Шотландскими островами (Великобритания).

В настоящее время в мире имеются около 120 озонометрических станций, в том числе 40 появились с 60-х гг. ХХ в. на территории России. Данные наблюдений наземных станций свидетельствуют, что в 1997 г. практически над всей контролируемой территорией России отмечалось спокойное состояние общего содержания озона.

Для выяснения причин возникновения мощных озоновых дыр именно в околополюсных пространствах в конце ХХ в. были проведены исследования (с применением летающих самолетов-лабораторий) озонового слоя над Антарктидой и Арктикой. Установлено, что, помимо антропогенных факторов (выбросов в атмосферу фреонов, оксидов азота, метилбромида и др.), значительную роль играют природные воздействия. Так, весной 1997 г. в некоторых районах Арктики фиксировалось падение содержания озона в атмосфере до 60%. Причем на протяжении ряда лет темпы истощения озоносферы над Арктикой нарастали даже в условиях, когда концентрация хлорфторуглеродов (ХФУ), или фреонов, в ней оставалось постоянной. По данным норвежского ученого К. Хенриксена, в течение последнего десятилетия в нижних слоях арктической стратосферы формировалась все расширяющаяся воронка холодного воздуха. Она создавала идеальные условия для разрушения молекул озона, которое происходит в основном при весьма низкой температуре (около - 80*С). Аналогичная воронка над Антарктидой - причина возникновения озоновых дыр. Таким образом, причиной озоноразрушительного процесса в высоких широтах (Арктика, Антарктида) могут служить в большей степени именно природные воздействия.

Антропогенная гипотеза разрушения озонового слоя

В 1995 г. ученые - химики Шервуд Роуланд и Марио Молина из Калифорнийского университета в Беркли (США) и ПольКрутцен из Германии были удостоены Нобелевской премии за научную гипотезу, выдвинутую ими еще два десятилетия назад - в 1974 г. Ученые сделали открытие в области химии атмосферы в частности процессов образования и разрушения "озонового слоя". Они пришли к выводу, что под действием солнечных лучей синтетические углеводороды (ХФУ, галоны и др.) разлагаются с выделением атомарного хлора и брома, разрушающего озон в атмосфере.

Фреоны (хлорфторуглероды) - высоколетучие, химически инертные у земной поверхности вещества (синтезированы в 1930-х гг.), с 1960-х гг. стали широко применяться в качестве хладагентов (холоры), пенообразователей аэрозолей и др. Фреоны, поднимаясь в верхние слоя атмосферы, подвергаются фотохимическому разложению, образуя окись хлора, интенсивно разрушающая озон. Продолжительность пребывания фреонов в атмосфере составляет в среднем 50-200 лет. В настоящее время в мире производится более 1,4 млн т фреонов, в том числе на страны ЕЭС приходится 40%, США-35, Японию-12 и Россию - 8%.

Другая группа химических веществ, разрушающих озоновый слой, имеет название галоны, включающие фтор, хлор и йод, причем во многих странах они используются в качестве средств пожаротушения.

В России максимум производства озоноразрушающих веществ (ОРВ) приходится на 1990 г. - 197,5 тыс. т, причем 59% из них использованы внутри страны, а уже в 1996 г. этот показатель составил 32,4 % или 15,4 тыс. т).

Подсчитано, что разовая заправка всего парка действующего в нашей стране холодильного оборудования требует 30-35 тыс. т фреонов.

Разрушению озона в стратосфере помимо ХФУ и галонов способствуют и другие химические соединения, такие как тетрахлорметан, метилхлорформ, метилбромид и др. Причем особую опасность представляет метилбромид, который в атмосфере разрушает озона в 60 раз больше, чем хлорсодержащие фреоны.

В последние годы промышленно развитые страны стали широко применять метилбромид в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями овощей и плодов (Испания, Греция, Италия), в составе средств пожаротушения, добавок к средствам дезинфекции и др. Ежегодно увеличивается производство метилбромида на 5 - 6 %, причем более 80% дают страны ЕЭС, США. Это токсичное химическое вещество не только существенно разрушает озоновый слой, но и является весьма вредным для здоровья человека. Так, в Нидерландах запретили использование метилбромида из-за отравления людей питьевой водой, в которую этот компонент попал со сточными водами.

Еще одним из антропогенных факторов разрушения озонового слоя Земли являются выбросы сверхзвуковых самолетов и космических аппаратов. Впервые гипотеза о значительном воздействии выхлопных газов авиационных двигателей на атмосфере была высказана в 1971 г. американским химиком Г. Джонстоном. Он предположил, что оксиды азота, содержащиеся в выбросах большого количества сверхзвуковых транспортных самолетов, могут вызвать уменьшение содержания озона в атмосфере. Это было подтверждено исследованиями последних лет. В частности, в нижней стратосфере (на высоте 20 - 25 км), где располагается зона полетов сверхзвуковой авиации, озон действительно разрушается в результате увеличения концентрации оксидов азота [Природа, 2001,№5]. Тем более что в конце ХХ в. объем пассажирских перевозок в мире ежегодно возрастал в среднем на 5% и, следовательно, увеличивались выбросы продуктов сгорания в атмосфере на 3,5-4,5%. Такие темпы роста ожидаются и в первые десятилетия ХХI в. Подсчитано, что двигатель сверхзвукового самолета производит около 50г оксидов азота на 1 кг использованного топлива. В продуктах сгорания авиационных двигателей, кроме оксидов азота и углерода, содержится значительное количество азотной кислоты, сернистых соединений и частиц сажи, также оказывающих разрушительное воздействие на озоновый слой. Положение усугубляется еще и тем, что сверхзвуковые самолеты движутся на высотах, где концентрация стратосферного озона максимальна.

Помимо сверзвуковых самолетов, оказывающих негативное воздействие на озоновый слой нашей планеты, имеют существенное значение космические аппараты (сейчас в мире более 400 действующих спутников). Установлено, что в продуктах выбросов жидкостных ("Протон", Россия) и твердотопливных ("Шаттл", США) спутников содержится хлор, разрушающий стратосферный озон. Так, один запуск американского космического корабля типа "Шаттл" приводит к гашению 10 млн. т озона. Ракета "Энергия" при 12-залповом пуске через 24 дня уменьшает содержание озона до 7% в пределах вертикального столба атмосферы (диаметром 550 км). Поэтому в США интенсивно ведутся разработки нового экологически чистого ракетного топлива, в состав которого входят перекись водорода (H2O2) и спирт (катализатор), в результате распада первого компонента на воду и атомарный кислород выделяется энергия.

Итак, приведенные данные показывают, что с каждым годом увеличивается количество антропогенных факторов (фреоны, метилбромид, сверхзвуковые самолеты, космические аппараты и др.), способствующих разрушению озонового слоя Земли. Однако одновременно имеются интересные дополнения и к естественным причинам, способствующим истощению слоя озона и возникновению озоновых дыр в околополярных пространствах.

Заключение

Окружающая среда состоит из ранее заданных природных условий и обстоятельств, возникших как помимо человеческой деятельности, так и из условий обстоятельств, созданных человеческой деятельностью. Экологические законы - это группа закономерностей, которые определяют взаимосвязь отдельных, биологических систем (в частности человека) и их группировок с окружающей средой. Понимание закономерностей планетарного развития биосферы и космофизической зависимости ее составляющих формирует современное экологическое мировоззрение, необходимое для сохранности жизни на Земле.

Человеку необходимо осознавать ведущую роль общественной системы в определении характера использования природных ресурсов, непрерывного производственного овладения формами движения материи, оптимальную скоординированность состояний природной среды с характером и темпом развития производства, естественнонаучное расширение и волнообразный процесс ноосферы.

Таким образом, совокупность базовых экологических законов свидетельствует, что спасти Биосферу возможно лишь путем коренного изменения сознания отдельных людей и общества в целом, развития основ современной духовности, морали и отношение общества к природе. Следует помнить, что природа живая и наше бездумное вмешательство в ее неизвестные процессы обусловливают необратимый негативный ответ в виде экологических катастроф.

Поэтому очень важно развивать экологическое сознание и понимание того, что пренебрежение экологическими закономерностями жизни природы ведет к разрушению биологической системы, от которой зависит жизнь человека на Земле.

Список используемых источников

1. Акимова Т.А. Экология: Человек - Экономика - Биота - Среда: Учебник для студ. вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: ЮНИТИ, 2006. - 495 с.

Потапов А.Д. Экология: учебник для студ. вузов. - 2-е изд., испр. и доп. М.: Высшая школа, 2004. - 528 с.

Стадницкий Г. В Экология: учебник для студ. вузов. - 6-е изд. СПб.: Химиздат, 2001. - 287 с.

Экология: конспект лекций / под ред.А.Н. Королева. Таганрог: Изд - во ТРТУ, 2004. - 168 с.

5. Экологический портал -

Экология на human-ecology.ru - http://human-ecology.ru/index/0-32

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

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.