ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ.

1. Экология как наука.

2. Экологические факторы, их классификация. Закономерности действия факторов среды на организм. Понятие о пределах выносливости, стено- и эврибионтах. Взаимодействие экологических факторов. Лимитирующие факторы.

3. Абиотические факторы среды.

3а. Свет в жизни организмов. Фотопериодизм. Экологические группы растений по отношению

к световому режиму.

3б. Температура, как экологический фактор. Пойкилотермные и гомойтермные животные.

Температурные адаптации растений и животных.

3в. Влажность как экологический фактор. Экологические группы растений по отношению к вла-

ге. Адаптации растений и животных к различному водному режиму.

4. Биотические факторы среды.

5. Антропогенные факторы среды.

1. Экология как наука.

Экология – общебиологическая наука, изучающая исторически сложившиеся закономерности взаимоотношений организмов друг с другом и с окружающей средой .Термин «экология» предложил в 1866 г. немецкий зоолог Э. Геккель.

Экология исследует и изучает:

- влияние факторов среды на растительные и животные организмы;

- реакции отдельных особей, популяций и сообществ на эти факторы;

- механизмы, влияющие на численность популяций, их структуру;

- биологическую продуктивность природных сообществ;

- закономерности функционирования экологических систем.

Для решения перечисленных выше задач экологическая наука использует специализированные методы:

• Полевые– длительное наблюдение за взаимоотношениями в природе, за миграцией животных и т. д. С их помощью изучают конкретное влияние комплекса факторов среды на развитие и жизнедеятельность популяций.

• Экспериментальныепозволяют устанавливать влияние отдельных факторов на развитие организмов в условияхискусственных экологических систем(аквариум может служить моделью реального водоема).

• Математического моделирования дают возможность прогнозировать развитие экосистем в зависимости от изменений климата и антропогенных воздействий. В основе этих моделей лежит количественный анализ многолетних наблюдений за экосистемами специалистов различных профилей: биологов, гидрологов, микробиологов, климатологов, гидрохимиков, почвоведов и т. д. Массивы полученных данных заносятся в компьютерную базу и обрабатываются с использованием специальных программ, что позволяет предсказывать на многие десятилетия вперед ответную реакцию данной экосистемы на воздействие среды и человека. Таким образом, были рассчитаны отдаленные на 10, 20, 50 и более лет последствия загрязнения территории РБ. Росси, Украины радионуклидами после аварии на Чернобыльской АЭС. Такие модели развития разработаны для Байкала, Азовского и Каспийского морей.

По мере ускорения темпов научно-технического прогресса воздействие человечества на природу становится все более мощным и в настоящее время уже соизмеримо с действием природных факторов. Экология представляет собой научную основу охраны окружающей среды, которая основывается на понимании особенностей конкретных экосистем и всей биосферы.

2. Экологические факторы, их классификация. Закономерности действия факторов среды на организм. Понятие о пределах выносливости, стено - и эврибионтах. Взаимодействие экологических факторов. Лимитирующие факторы.

С экологических позиций среда – это комплекс окружающих условий, которые способны в той или иной степени влиять на жизнедеятельность организмов.В широком смысле это материальные тела, явления и энергии, воздействующие на организм. Ксреде обитания(в более её узком смысле) относят только те элементы среды, с которыми данный организм вступает в прямые или косвенные отношения. Так, например, для оптимальной плотности популяций хищника имеют непосредственное значение пища, жизненное пространство, конкуренты, паразиты, возбудители болезней, климатические условия и т. д. Таким образом,среда обитания – это совокупность элементов окружающей среды, которые способны прямо или косвенно оказывать воздействие на организм.

Экологические факторы – это те элементы среды обитания, которые способны оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы хотя бы на протяжении одной из стадий их индивидуального развития.

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

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

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

• климатические(солнечная радиация, свет и световой режим, температура, влажность, атмосферные осадки, ветер, атмосферное давление и др.);

• эдафические(механическая структура и химический состав почвы, влагоемкость, водный, воздушный и тепловой режим почвы, кислотность, влажность, газовый состав, уровень грунтовых вод и др.);

• орографические(рельеф, экспозиция склона, крутизна склона, перепад высот, высота над уровнем моря);

• гидрографические(прозрачность воды, текучесть, проточность, температура, кислотность, газовый состав, содержание минеральных и органических веществ и др.);

• химические(газовый состав атмосферы, солевой состав воды);

• пирогенные(воздействие огня).

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

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

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

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

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

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

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

В свою очередь, адаптивные (приспособительные) реакции организмов на влияние факторов среды вырабатываются в процессе естественного отбора и позволяют выживать и оставлять потомство.

Каждый организм способен реагировать на окружающую среду в соответствии со своей генетической конституцией, использовать её факторы для своего развития и существования, или, по крайней мере, переносит их воздействие. Экологические возможности организма зависят от наследственной нормы реакции по отношению к каждому фактору среды. Большинство экологических факторов (например, температура, влажность, интенсивность солнечной радиации, источники пищи, конкуренты, паразиты и многое другое) подвержены значительным колебаниям, как в пространстве, так и во времени. Воздействие экологического фактора зависит от его интенсивности. Несмотря на многообразие влияния экологических факторов на организмы, можно выявить общий характер их воздействия.

Для каждого экологического фактора, влияющего на организм, существует благоприятная интенсивность воздействия, называемая зоной оптимума.Так, при выращивании растений при различных температурах точка, при которой наблюдается максимальный рост, и будет оптимумом.

А весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которых еще возможен рост, называют диапазоном устойчивости (выносливости),или толерантности. Ограничивающие его точки, т.е. максимальная и минимальная пригодные для жизни температуры, —пределы устойчивости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости по мере приближения к последним растение испытывает все нарастающий стресс, т.е. речь идет о стрессовых зонах, или зонах угнетения,в рамках диапазона устойчивости (рис. 2). По мере удаления от оптимума вниз и вверх по шкале не только усиливается стресс, но по достижении пределов устойчивости организма происходит его гибель. Таким образом, максимальное и минимальное значение фактора, при которых еще возможна жизнедеятельность, называютпределами выносливости.В условиях, близких к пороговому действию фактора (уменьшение или увеличение) происходит угнетение жизни. Границы, за которыми наступает гибель организмов, называютверхними инижними пределами выносливости.

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

Рис. 2. Зависимость действия экологического фактора от его интенсивности

Оптимальное значение фактора, и пределы выносливости, неодинаковы для разных видов и даже для отдельных особей одного и того же вида. Виды (организмы), которые выдерживают значительные отклонения от оптимального значения фактора, т. е. обладают широким диапазоном выносливости, называются эврибионтными. Например, бурый медведь обитает в условиях холодного и теплого климата, в сухих и влажных районах, питается разнообразной растительной и животной пищей; сосна растет на песках и на болотах, где стоит вода; лесообразующие породы способны переносить существенные колебания температур. Эврибионтные организмыэкологически пластичны, что способствует их широкому расселению. Виды (организмы) для которых необходимы относительно постоянные условия окружающей среды, называютсястенобионтными.Например, кувшинка не может жить без воды; огурцы и томаты не переносят даже небольшие заморозки; некоторые вида антарктических рыб адаптированы к низким температурам (от -2 до +2^оС), и с повышением температуры они перестают двигаться, впадая в тепловое оцепенение. Эти организмы являютсяэкологически непластичнымии имеют ограниченные области распространения. Способность выносить вариации экологических факторов может зависеть от этапов онтогенеза. Так, личинки краба не могут развиваться в пресной воде, тогда как взрослые особи заходят в реки далеко вверх по течению.

Значения факторов внешней среды неравноценно. Например, животные не могут жить без кислорода и органической пищи; зеленые растения не могут существовать без света, углекислого газа, кислорода и минеральных солей. Совокупность жизненно необходимых факторов среды, без которых живые организмы не могут существовать, называется условиями существования.Другие факторы среды – содержание азота в атмосфере, кремния в почве, ветер, электрические разряды и т. п. - могут быть безразличны для жизни организмов.

Отклонение от оптимальной интенсивности какого-либо фактора может сузить пределы выносливости к другим факторам, например, при уменьшении содержания азота в почве снижается засухоустойчивость растений. Факторы среды воздействую на организм одновременно и совместно, причем действие каждого из них в определенной мере зависит от количественного выражения других факторов. В то же время ни один из необходимых факторов не может быть полностью заменен другим. При недостатке бора в почве рост растений прекращается, даже если другие элементы имеются в необходимом количестве. Фактор среды, в конкретных условиях наиболее удаленный от оптимума, снижает возможность существования вида в данных условиях, несмотря на оптимальные сочетания остальных факторов. Такой фактор, интенсивность которого приближается к пределу выносливости или выходит за него, называется ограничивающим, илилимитирующим фактором. Такие уклоняющиеся от оптимума факторы имеют большое значение в жизни вида, определяя его географический ареал.

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

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

Сочетание условий среды, обеспечивающих усиленный рост, развитие и размножение каждого организма (популяции, вида),называютэкологическим (биологическим) оптимумом.

Создание условий биологического оптимума при выращивании сельскохозяйственных культур и животных позволяет значительно повысить их продуктивность.