Тема 4 ФАКТОРЫ СРЕДЫ
Общее понятие о факторах среды Среда обитания - природные тела и явления, с которыми организмы находятся в прямых или косвенных взаимоотношениях. Информация – это обозначение содержания (сигналов), полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления наших чувств. При помощи подобных сигналов осуществляется жизнедеятельностью организма. Исходя из этого, управление окружающая среда рассматривается как источник поступающей информации – это все тела и явления (природные и антропогенные), с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях.
Понятие об экологических факторах Окружающая (внешняя) среда – совокупность всех явлений природы (как естественных, так и вызванных деятельностью человека), находящихся в непосредственном контакте с организмом Окружающая среда создается совокупностью различных экологических факторов. Экологический фактор (от латинского "factor" – делающий) – явление неживой или живой природы, оказывающее непосредственное физическое, химическое или биологическое влияние на живые организмы и на их взаимоотношения с другими организмами (того же самого вида и других видов).
ПОНЯТИЕ ОБ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРАХ Количественная характеристика экологического фактора, адекватная его природе, называется значением фактора (например, значения температуры могут выражаться в градусах Цельсия, Кельвина и др. , значения концентрации растворенного в воде кислорода – в мг л-1, значения скорости образования органического вещества водорослями в толще воды – в г м-3 сут-1, и т. д. ).
Классификация экологических факторов Экологические факторы часто подразделяют на три группы: 1) абиотические (т. е. факторы неживой природы); 2) биотические (факторы, обусловленные жизнедеятельностью других организмов); 3) антропогенные (т. е. обусловленные деятельностью человека). Однако эта классификация плоха тем, что внутренне противоречива: ведь антропогенные факторы тоже являются или абиотическими, или биотическими.
Классификация экологических факторов
Классификация факторов зависимые и независимые от численности и плотности организмов. 2. Выделяют факторы Например, климатические факторы не зависят от численности животных, растений, а массовые заболевания, вызываемые патогенными микроорганизмами (эпидемии) у животных или растений, безусловно, связаны с их численностью: эпидемии возникают при тесном контакте между индивидуумами или при их общем ослаблении из-за нехватки корма, когда возможна быстрая передача болезнетворного начала от одной особи к другой, а также утрачена сопротивляемость к патогену. Макроклимат от численности животных не зависит, а микроклимат может существенно изменяться в результате их жизнедеятельности. Если, например, насекомые при их высокой численности в лесу уничтожат большую часть хвои или листвы деревьев, то здесь изменится ветровой режим, освещенность, температура, качество и количество корма, что скажется на состоянии последующих поколений тех же или других обитающих здесь животных. Массовые размножения насекомых привлекают насекомых-хищников и насекомоядных птиц. Урожаи плодов и семян влияют на изменение численности мышевидных грызунов, белки и ее хищников, а также многих птиц, питающихся семенами. регулирующие (управляющие) и регулируемые (управляемые), что также 3. Можно делить все факторы на легко понять в связи с приведенными выше примерами.
Классификация факторов 4. Классификация А. С. Мончадского: все приспособительные реакции организмов к тем или иным факторам связаны со степенью постоянства их воздействия, или, иначе говоря, с их периодичностью. В частности, он выделял: ◦ первичные периодические факторы; ◦ вторичные периодические факторы; ◦ непериодические факторы. 5. По виду воздействия: ◦ прямого (непосредственного), ◦ опосредованного действия. 6. По действию на организм: внутренние - действующие внутри самой биосистемы и входящие в её состав) внешние - оказывающие на биосистему воздействие снаружи
Абиотические факторы. космические (солнечная радиация) климатические (свет, температура, влажность, эдафические атмосферное воздуха), давление, или осадки, почвенные движение факторы (механический состав почвы, влагоемкость, воздухопроницаемость, плотность почвы), орографические факторы (рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона), химические факторы (газовый состав воздуха, солевой состав и кислотность воды и почвенных растворов).
Космические факторы космическая пыль, метеоритное вещество столкновения с астероидами, сближение с кометами прохождение веществ и волн, возникающие в результате вспышек сверхновых звезд процессы, происходящие на Солнце – солнечная активность ◦ суть этого явления состоит в превращении энергии, накапливающейся в магнитных полях Солнца, в энергию движения газовых масс, быстрых частиц, связанное с солнечной активностью электромагнитное излучение с широким диапазоном длин волн. поглощение атмосферой Земли коротковолнового излучения приводит к образованию защитных оболочек, в частности озоносферы корпускулярное излучение Солнца коротковолновое электромагнитное излучение
Климатические факторы: свет Прямое воздействие света на протоплазму – смертельно. В то же время свет – первоисточник энергии и самой жизни. По выражению известного эколога Юджина Одума, вся эволюция биосферы в значительной степени направлена на использование полезных составляющих света и на защиту от его губительных свойств. Солнечное излучение, проходящее через атмосферу и достигающее поверхности Земли, состоит из электромагнитных волн длиной от 0, 3 до 10 мкм. Проходя через атмосферу, излучение значительно ослабляется, при этом волны разной длины реагируют на это препятствие по-разному. Губительное ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 0, 3 мкм почти не проходит через озоновый слой, имеющийся в атмосфере на высоте около 25 км. Видимый свет (длина волны 0. 39 – 0. 76 мкм) ослабляется равномерно. Инфракрасный свет (длина волны более 0. 76 мкм) поглощается в атмосфере неодинаково – в зависимости от длины волны.
Поступление энергии Солнца
В итоге лучистая энергия, достигающая земной поверхности в ясный день, состоит примерно на 10 % из ультрафиолетового излучения, на 45 % – из видимого света и на 45 % – из инфракарсного излучения. При прохождении через облака менее всего ослабляется видимый свет, нужный для фотосинтеза. Коэффициент отражения солнечной радиации, поступающей на верхнюю границу экосистемы, называется альбедо. Энергия солнечной радиации, поступающая в экосистему, расходуется: – на нагревание экосистемы, – на теплопередачу в атмосферу, – на фотосинтез – и на возврат водяного пара в атмосферу от поверхности земли – эвапотранспирацию (от латинского: "evaporo" – испаряю", "trans" – через и "spiro" – дышу, вдыхаю).
Распределение энергии Солнца на Земле
Почему небо – голубое? Воздух, как и любой газ, только кажется нам однородным. На самом деле в нём постоянно происходит беспорядочное движение молекул. При этом плотность газа непрерывно подвергается небольшим местным изменениям. Эти мельчайшие разрежения и уплотнения, постоянно образующиеся из-за хаотического теплового движения, приводят к рассеянию света в стороны. Причём размеры таких хаотически возникающих неоднородностей меньше длины световых волн. Поэтому сравнительно длинные волны при встрече с такими уплотнениями не отклоняются от своего маршрута: такие препятствия для них – слишком мелкие. А вот более короткие волны, соответствующие фиолетовой и синей частям спектра, сталкиваясь с такими уплотнениями, как раз рассеиваются, отклоняются в стороны. Это и окрашивает небо в голубой цвет.
Распределение солнечной радиации на поверхности Земли (к. Вт·ч/м 2/год)
Растительность лучше всего поглощает синие и красные лучи (хлорофилл) и инфракрасные лучи (вода в листьях, испарение из которых и создаёт лесную прохладу). Необходимо отметить также и важнейшую сигнальную роль света. Фотопериод – суточные и годовые ритмы естественной освещённости – является основным, наиболее закономерным и надёжным регулятором физиологических процессов у многих живых организмов. Именно фотопериод управляет теми физиологическими процессами, которые связаны с сезонными изменениями климата: например, осенний листопад у деревьев, уход животных на зимовку, сезонные миграции перелетных птиц.
Климатические факторы: температура При температуре ниже точки замерзания живая клетка физически повреждается образующимися кристаллами льда и гибнет, а при высоких температурах происходит денатурация ферментов В диапазоне между крайними границами скорость ферментативных реакций удваивается с повышением температуры на каждые 10 °С В водной среде благодаря высокой теплоемкости воды изменения температуры менее резкие и условия более стабильные, чем на суше Температурная стратификация - изменение температуры по мере подъема в воздушной среде, а также погружения в водную или почвенную среду. Температурная инверсия - явление, при котором охлажденные слои воздуха смещаются вниз и располагаются под теплыми слоями. Вследствие этого происходит накопление загрязняющих веществ в приземном слое воздуха
Климатические факторы: температура Теплота – основа кинетики химических реакций, из которых складывается жизнедеятельность организма. Верхний предел переносимой температуры для многих живых организмов – 42– 43 о. С, реже – около 60 о. С (температура свертывания белков). Однако некоторые организмы переносят и гораздо больший перегрев: бактерии, живущие в гейзерах, глубоководные морские организмы, живущие у выходов кипящих рассолов (температура которых при таком давлении может превышать 300 о. С) и т. д. Многие зимующие животные переносят температуру до -60 о. С. Наименьшее значение температуры, которое способны вынести живые организмы, вероятно, достигает около – 200 о. С. Основными причинами гибели организмов при переохлаждении являются разлад различных биохимических процессов (которые привычной температуре сбалансированы), замерзание клеточной протоплазмы и межклеточной жидкости и разрыв мембран, обезвоживание цитоплазмы и повышение концентрации солей.
Климатические факторы: температура Организмы большинства биологических видов неспособны поддерживать температуру своего тела постоянной. Исключение составляют птицы и млекопитающие. У организмов с непостоянной температурой тела главным источником поступления тепловой энергии является внешнее тепло. Скорость физиологических процессов у них прямо зависит от температуры в пределах её толерантных значений. Организмы с постоянной температурой тела используют, в основном, собственную теплопродукцию. У них физиологические процессы всегда идут в одинаковых, оптимальных температурных условиях. Это обеспечивает независимость от изменений температуры окружающей среды, но требует больших затрат энергии. Такой высокий уровень тепловой саморегуляции возможен благодаря участию центральной нервной системы.
Температура тела у большинства птиц находится в пределах от 38 до 43, 5 о. С, обычно – около 41 о. С. У млекопитающих она обычно несколько ниже. Например, хищным зверям свойственна температура 37 – 39 о. С, грызунам – 34 – 40 о. С. Заметно ниже она у сумчатых (34 о. С).
Реакция характеристик сообществ донных беспозвоночных животных на подогрев воды (сброс в реку тёплых вод с электростанции) Доля значения характеристики от фоновой 1, 2 видовой состав видовое сходство видовое разнообразие биомасса средняя масса особи продукция 1, 0 0, 5 0, 07 0, 10 начинается изменение количественных характеристик 0, 20 Доля подогрева воды от0, 30 максимального 0, 40 начинается изменение видового состава
Климатические факторы: влажность Вода обязательна для жизни на Земле При практически одинаковых географических условиях на Земле существуют и жаркая пустыня, и тропический лес. Различие состоит только в годовом количестве осадков: в первом случае 0, 2 -200 мм, а во втором – 900 -2000 мм Влажность воздуха при своих крайних значениях (повышенной и пониженной влажности), усиливает воздействие (усугубляет) действие температуры на организм Чем выше дефицит влажности, тем суше и теплее, и наоборот Режим осадков – важнейший фактор, определяющий миграцию загрязняющих веществ в природной среде и вымывание их из атмосферы
Климатические факторы: осадки Атмосферные осадки – это вода в жидком (капли) или твердом состоянии, выпадающая на земную поверхность из облаков или осаждающаяся непосредственно из воздуха вследствие сгущения водяного пара. Из облаков могут выпадать дождь, снег, морось, ледяной дождь, снежные зерна, ледяная крупа, град. Количество выпавших осадков измеряется толщиной слоя выпавшей воды в миллиметрах. Осадки тесно связаны с влажностью воздуха и представляют собой результат конденсации водяных паров. Вследствие конденсации в приземном слое воздуха образуются росы, туманы, а при низких температурах наблюдается кристаллизация влаги. Конденсация и кристаллизация паров воды в более высоких слоях атмосферы образуют облака различной структуры и являются причиной атмосферных осадков.
Зависимость типа растительности от климатических условий
Климатические факторы: давление Нормальным давлением принято считать 101, 3 к. Па (760 мм рт. ст. ). В пределах поверхности земного шара существуют области высокого и низкого давления, причем наблюдаются сезонные и суточные минимумы и максимумы давления в одних и тех же точках. Различаются также морской и континентальный типы динамики атмосферного давления. Периодически возникающие области низ кого давления носят название циклонов и характеризуются мощными потоками воздуха, движущегося по спирали и перемещающегося в пространстве к центру. Антициклоны характеризуются устойчивой погодой, низкими скоростями ветра, в ряде случаев температурными инверсиями. При антициклонах могут возникать неблагоприятные с точки зрения переноса и рассеивания примесей метеорологические условия.
Климатические факторы: ветер Ветер – важнейший фактор распространения на большие расстояния влаги, семян, химических примесей и т. п. Ветер 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 Подвижность в пространстве и перемешивание водных масс способствуют поддержанию относительной гомогенности (однородности) физических и химических характеристик водных объектов Ветровой поток направлен в сторону меньшего давления, но и вращение Земли также влияет на циркуляцию воздушных масс в глобальном масштабе. В приземном слое воздуха движение воздушных масс оказывает влияние на все метеорологические факторы окружающей среды, т. е. на климат, включая режимы температуры, влажности, испарения с поверхности суши и моря
Климатические факторы: ионизирующие излучения Ионизирующим называют излучение, образующее пары ионов при прохождении через вещество Фоновым называют 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. Основные: K 40, Th 232, U 235 и U 238 В формировании фона принимают участие все известные источники ионизирующего излучения, однако вклад каждого из них в общую дозу облучения зависит от конкретной географической точки В целом ионизирующее излучение более губительно воздействует на высокоразвитые и сложные организмы, причем человек отличается особой чувствительностью Радиоактивные вещества могут накапливаться в воде, почве, осадках или в воздухе, если скорость их поступления превышает скорость радиоактивного распада
Дозы получаемого радиоактивного облучения, мрад/г
Эдафические или почвенные факторы Согласно определению В. Р. Вильямса, почва – рыхлый поверхностный горизонт суши, способный производить урожай растений. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т. е. способность обеспечивать органическое и минеральное питание растений. Плодородие зависит от физических и химических свойств почвы, которые в совокупности представляют собой эдафогенные (от греч. эдафос - почва), или эдафические, факторы.
Почва: компонентный состав Почва – продукт физического, химического и биологического преобразования (выветривания) горных пород, является трехфазной средой, содержащей твердые; жидкие и газообразные компоненты.
Почвенный профиль
Типы почв
Механический состав почв Алеврит - рыхлая мелкообломочная осадочная порода, состоящая преимущественно из минеральных зерен (кварц, полевой шпат, слюда и другие) размером 0, 01 -0, 1 мм. В зависимости от преобладающих размеров зерен выделяют крупноалевритовые (0, 05 -0, 1 мм) и мелкоалевритовые или тонкоалевритовые (0, 01 -0, 05) разности (Заварицкий, 1932).
Орографические факторы 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 Горные цепи могут служить климатическими барьерами 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 Рельеф местности – один из главных факторов, влияющих на перенос, рассеивание или накопление примесей в атмосферном воздухе
Вертикальная и широтная зональности растительности
Состав среды Водные организмы подразделяют на пресноводные и морские в зависимости от солености воды, в которой они обитают. Соленость океанской воды меняется как по глубине, так и по акватории и составляет в среднем 35, 2 ‰, тогда как в пресных водоемах – 0, 05 ‰ Соли и другие растворенные в воде вещества находятся преимущественно в виде ионов. Состав солей разнообразен, в океанической воде встречаются практически все химические элементы и их изотопы Любые воды в природных водоемах, помимо растворенных веществ, содержат некоторое количество взвешенных частиц, наличие которых характеризует мутность воды, а также световой режим в глубине водоема Один из основных комплексных показателей химического состава водной среды – кислотность (р. Н). Одни организмы эволюционно приспособлены к жизни в кислой среде (р. Н < 7), другие – в щелочной (р. Н > 7), третьи – в нейтральной (р. Н = 7) В составе природной водной среды всегда присутствуют растворенные газы, из которых преобладают кислород и диоксид углерода, участвующие в фотосинтезе и дыхании водных организмов Присутствие в воздухе посторонних газообразных веществ или аэрозолей в каких-либо заметных количествах изменяет привычные условия среды обитания, влияет на живые организмы
Газовый состав воздуха Компоненты Азот Кислород Аргон Диоксид углерода Неон Гелий Криптон Ксенон Содержание массовая объемная доля, % 75, 52 78 -09 23, 15 20, 94 1, 28 0, 93 0, 046 0, 0330 Компоненты Оксид азота Водород Метан Диоксид азота Содержание массовая объемная доля, % 2, 5 *10 -3 2, 5 *10 -4 3, 5 *10 -6 5 *10 -5 0, 8 * 10 -4 * 8 * 10 -6 1, 5 *10 -4 Озон Диоксид серы Оксид углерода Аммиак На высоте 110— 120 км кислород почти весь становится атомарным. Предполагается, что выше 400 -500 км и азот находится в атомарном состоянии. Кислородно-азотный состав сохраняется примерно до высоты 400— 600 км. Выше 600 км в атмосфере начинает преобладать гелий. Гелиевая корона Земли простирается примерно до высоты 1600 км, а выше 2000 -3000 км преобладает водород.
Содержание веществ, растворённых в морской воде, ‰
Состав литосферы Литосфера – верхняя твердая оболочка Земли, постепенно с глубиной переходящая в сферы с меньшей плотностью вещества. Включает земную кору и верхнюю мантию Земли. Мощность литосферы 50 -200 км, в том числе земной коры – до 50 -75 км на континентах и 5 -10 км на дне океана. Химический состав земной коры на глубинах 10 -20 км в основном (более 99 %) следующий (в массовых долях, %): Кислород 49, 13 Калий 2, 35 Кремний 26, 00 Магний 2, 35 Алюминий 7, 45 Водород 1, 00 Железо 4, 20 Титан 0, 61 Кальций 3, 25 Углерод 0, 35 Натрий 2, 40 Хлор 0, 20
Виды пород Магматические породы – это результат застывания вулканической магмы, разлившейся по поверхности суши или внедрившейся в глубь земной коры (представлены в основном гранитом). Осадочные породы – это преимущественно поверхностные образования, возникшие при разрушении и переотложении других – ранее сформировавшихся – горных пород (щебень, гравий, песок, галечники, песчаники, глины). Метаморфические (от греч. метаморфоз – превращение) породы – это продукты изменения магматических и осадочных пород в результате воздействия физикохимических процессов, в основном – высоких температур и давлений (железистые кварциты, мрамор, гнейс и др. ).
Биотические факторы Все живое, окружающее организм в среде обитания, составляет биотическую среду или биоту Биотические факторы – это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие 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
Формы биотических взаимоотношений Симбиоз (сожительство) Оба партнера или один из них извлекают пользу от другого Кооперация Длительное, неразделимое взаимовыгодное сожительство двух и более видов организмов. Пример: отношения рака-отшельника и актинии Межвидовая взаимопомощь Пример: птицы уничтожают личинок-паразитов под кожей буйволов Комменсализм Взаимодействие между организмами, когда жизнедеятельность одного доставляет пищу (нахлебничество) или убежище (квартиранство) другому. Пример: гиены, подбирающие остатки недоеденной львами добычи Мутуализм Взаимополезное сожительство, когда присутствие партнера становится обязательным условием существования каждого из них. Пример: сожительство клубеньковых бактерий и бобовых растений Антибиоз 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 Хищничество Отношение между хищником и жертвой, заключающееся в поедании одного организма другим. Хищничество одновременно полезно для одного и вредно для другого организма Паразитизм Взаимодействие организмов, при котором один из них живет за счет другого, находясь на поверхности или внутри его тела Нейтрализм Взаимонезависимость разных видов, обитающих на одной территории Опыление взаимодействие обязательно для обоих видов и благоприятно Амменсализм популяция вида 2 подавляет популяцию вида 1, но сама при этом не испытывает отрицательного воздействия Форезия Перенос одними видами других
Нейтрализм - ассоциация двух видов популяций не сказывается ни на одном из них (0 -0), оба вида не пересекаются между собой Белка и лось – нейтральные друг по отношению к другу виды. 44
Опыление
Конкуренция (– –) – обе популяции взаимно подавляют друга. Конкуренция. Слева направо: территориальный конфликт между сивучами и морскими котиками, конкуренция различных видов шмелей 46
Конкуренция за ресурсы (– –) – непрямое подавление одного вида другим при дефиците ресурсов. Конкуренция за ресурсы. Слева направо: конкуренция растениями на малой территории, белая и серая мыши. между 47
Конкуренция
Хищничество (+ –) – одна популяция неблагоприятно воздействует на другую в результате прямого нападения, но зависит от другой. Хищничество. Слева направо: ястреб и суслик, леопард и косуля. 49
Хищничество
Хищничество
Симбиоз гриба и водоросли
Протокооперация (+ +) – обе популяции получают пользу от объединения. Протокооперация. Слева направо: опыление пчелами растений, бабочка голубянка опыляет цветки ластовня. 53
Прокооперация
Синойкия ( сожительство)
Паразитизм (+ –) – популяция паразита наносит вред популяции хозяина. Паразитизм. Слева направо: вьющиеся лианы, платяная вошь. 56
Паразитизм
Форезия ( клещи на теле мертвоедов и карапузика)
Аменсализм (0 –) – одна популяция подавляет другую, но сама при этом не испытывает отрицательного влияния. Аменсализм. Слева направо: деревья и травы, стадо домашних животных и трава. 59
Аменсализм (0 –) – одна популяция подавляет другую, но сама при этом не испытывает отрицательного влияния. Аменсализм. Слева направо: деревья и травы, стадо домашних животных и трава. 60
Мутуализм (+ +) – связь благоприятна для роста и выживания отдельных популяций, причём в естественных условиях ни одна из них не может существовать без другой. Мутуализм. Слева направо: мурена и креветка, муравьи и тли. 61
Антропогенные факторы – это проявления деятельности человеческого общества, изменяющие среду обитания для разнообразных организмов. Антропогенные факторы, как правило, действуют косвенно, посредством изменения действия абиотических и биотических факторов.
Выделяется несколько типов антропогенных воздействий: – Точечные воздействия – например, отдельные источники загрязнений. – Линейные воздействия – например, дороги, нефтепроводы, линии электропередач. – Воздействия на обширных территориях – например, распашка степей, вырубка лесов. – Глобальные воздействия – например, изменение содержания углекислого газа в атмосфере.
Классификация антропогенных факторов БОВ - боевые отравляющие вещества; СМИ - средства массовой информации. Зоонозы - инфекционные и паразитарные заболевания животных, болезни, которыми человек может заразиться от животных (напр. , чума, сап, сибирская язва, бешенство и др. ).
КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ВЛИЯЮТ НА БИОСИСТЕМУ Реакция биосистемы на экологические факторы оценивается по соответствующим изменениям ее характеристик (смотрите рисунок). Все значения фактора, которые не угрожают существованию биосистемы, принято называть терпимыми, или толерантными (от латинского "tolerantia" – терпение). Толерантные значения естественного фактора (рисунок, a) могут быть: наилучшими (оптимальными), недостаточными или избыточными. Если чрезмерный недостаток или избыток действия данного фактора начинает угрожать самому существованию биологической системы, то такие факторные значения называют наихудшими (пессимальными). Толерантные значения искусственного фактора (рисунок, b) могут быть наилучшими (оптимальными) и избыточными. Понятно, что отсутствие этого фактора (то есть его значение, равное нулю) наилучшим образом соответствует потребностям биосистемы. Поэтому пессимальными могут быть только избыточные значениях искусственных факторов. Это определяет различие графиков a и b.
Совокупное воздействие экологических факторов Экологические факторы среды воздействуют на организм одновременно и совместно В комплексном действии экологических факторов среды значение отдельных экологических факторов неравноценно. Среди них выделяют ведущие (главные) и второстепенные факторы Ведущими являются те факторы, которые необходимы для жизнедеятельности, второстепенными – существующие или фоновые факторы Иногда недостаток одного фактора частично компенсируется усилением другого. Любому живому организму необходимы не вообще температура, влажность, минеральные и органические вещества или какие-нибудь другие факторы, а их определенный режим Кроме того, живой организм в природных условиях подвергается воздействию многих экологических факторов (как абиотических, так и биотических) одновременно
Закономерности воздействия факторов среды на организмы Экологические факторы динамичны, изменчивы во времени и пространстве В природные (естественные) изменения экологических факторов может вмешиваться человек Антропогенное влияние на природную среду проявляется в изменении либо режимов экологических факторов (абсолютных значений или динамики), либо состава факторов (например, разработка, производство и применение не существовавших ранее в природе средств защиты растений, минеральных удобрений и др. )
Закон минимума Либиха В авторская формулировка закона минимума: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени» фон Либих, Иоганн Юстус (1803 -1873) – немецкий химик, один из создателей агрохимии и органической химии, автор так называемой «минеральной теории питания растений» , почетный иностранный член Петербургской Академии Наук. http: //www. alhimik. ru/teleclass/pictures/liebig. jpg Термин «лимитирующий фактор» (иными словами - фактор, ограничивающий благополучие биосистемы) предложен Ю. фон Либихом (Liebig, 1840). Ю. фон Либих заметил, что состояние биосистемы в основном определяется тем внешним экологическим фактором, который находится в наибольшем недостатке (так называемый «закон минимума Либиха» ).
Бочка Либиха Закона Либиха. Резкий недостаток составляющего ограничивают действие других составляющих (даже если они находятся в оптимальном количестве) Для того чтобы нормально существовать, развиваться, организм должен иметь весь набор необходимых факторов в оптимальных режимах и достаточных количествах 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
«Закон толерантности» Шелфорда В. Шелфорд (Shelford, 1913, 1929) уточнил, что лимитировать биосистему могут не только недостаточные, но и избыточные значения естественных внешних факторов). «Присутствие или процветание популяции в данном местообитании зависит от комплекса экологических факторов, к каждому из которых у организма существует Шелфорд, Виктор Эрнест определенный диапазон толерантности. (1877 -1968) – американский Этот диапазон по каждому фактору зоолог, эколог, гидробиолог. ограничен его минимальным и Первый президент максимальным значениями, в пределах экологического общества которых только может существовать США. организм» . http: //www. nceas. ucsb. edu/~alroy/lefa/biblio. html#Croker 91
Закон лимитирующих факторов Шелфорда Фактор среды ощущается организмом не только при его недостатке. Проблемы возникают также и при избытке любого из экологических факторов Фактор среды наиболее эффективно действует на организм только при некотором среднем его значении, оптимальном для данного организма Толерантность – это способность организма выдерживать отклонения экологических факторов от оптимальных для его жизнедеятельности значений Закон толерантности: любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору (американский зоолог В. Шелфорд, 1913 г. )
КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ВЛИЯЮТ НА БИОСИСТЕМУ a b Зависимость благополучия биосистемы от естественного (a) и искусственного (b) экологического фактора (X)
Схема действия фактора среды на живые организмы
КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ВЛИЯЮТ НА БИОСИСТЕМУ Чем уже оказываются диапазоны оптимальных и толерантных значений факторов, тем более данная биосистема требовательна к условиям среды (или стенобионтна – от греческого "στενος" [стенос] – узкий). Биосистемы, характеризующиеся сравнительно широкими диапазонами толерантных и оптимальных значений факторов, называются эврибионтными (от греческого "ευρυ" [эури] –широко). Обычно количество факторов, реально влияющих на биосистему и определяющих ее состояние, всё-таки сравнительно невелико, что и позволяет экологам изучать их воздействие. Такие факторы называются императивными (от лат. "imperito" – господствовать) – т. е. главными, определяющими, или лимитирующими – т. е. ограничивающими, сдерживающими состояние биосистемы.
КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ВЛИЯЮТ НА БИОСИСТЕМУ Э. Митчерлих (Mitscherlich, 1909) указал, что для биосистем лимитирующими обычно являются сразу несколько факторов, причем общий эффект во многом определяется степенью их взаимодействия ( «закон взаимодействия факторов» Митчерлиха). Митчерлих Эйльхард Альфред (18741956) – немецкий агрохимик, почвовед и физиолог растений. Исходно он назвал замеченную им закономерность «Законом физиологических взаимосвязей» . Сначала он формулировался так: «продуктивность биологической системы определяется всей совокупностью действующих экологических факторов» . http: //physchem. chimfak. rsu. ru/Source/History/Persones/photos/Mitscherlich. jpg
