4. Экологические факторы
4.1. Классификация экологических факторов
Известно, что экология изучает взаимодействие живых организмов с окружающей средой. С точки зрения экологии среда – это все природные явления, с которыми взаимодействует организм. Действие среды склады-вается из множества экологических факторов.
Экологический фактор – это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное воздействие на живые организмы.
Существует очень много экологических факторов, влияющих на живые организмы, которые принято классифицировать по их природе, способу воздействия, степени периодичности.
1. В зависимости от их природы экологические факторы делятся на абиотические и биотические.
Абиотическими называют совокупность факторов, характеризующих воздействие неживой природы на живые организмы, биотическими – воздействие живой природы на другие организмы и на окружающую среду.
2. По способу воздействия выделяют прямые и косвенные эколо-гические факторы.
Прямые – связаны с непосредственным воздействием на живые организмы (например, солнечное излучение прямо воздействует на растения, обуславливая процесс фотосинтеза). Косвенные характеризуют опосредованное воздействие. Например, растения изменяют влажность воздуха, тем самым влияя на другие живые организмы). Еще одним примером косвенного воздействия является аллелопатия – взаимодействие организмов путем выделения особых химических веществ в окружающую среду. Чаще всего аллелопатия наблюдается у растений. При этом растения с высокой способностью к аллелопатии могут вытеснять другие виды. Так, многие сорняки выделяют вещества, задерживающие рост культурных растений. Многие цветы выделяют сильнопахнущие вещества – терпены, отрицательно влияющие на близлежащую растительность.
3. По степени периодичности экологические факторы делятся на две группы: периодические и непериодические. Первые связаны с периодичными процессами в окружающей среде (с вращением Земли, со сменой времен года и суточной освещенности), они действуют на протяжении значительного этапа жизни организма.
Непериодические факторы часто воздействуют катастрофически (примером могут служить шквальные ветры, наводнения, антропогенные воздействия). В этом случае организм часто не успевает выработать защитных реакций.
Выделяют следующие группы абиотических факторов (факторов неживой природы): климатические, эдафогенные (почвенные), орографи-ческие и химические.
I. Климатические факторы: к ним относятся солнечное излучение, температура, давление, ветер и некоторые другие воздействия среды.
1) Солнечное излучение является мощным экологическим фактором. Оно распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн, из которых 48 % приходится на видимую часть спектра, 45 % – на инфра-красное излучение (с большой длиной волны) и около 7 % – на коротко-волновое ультрафиолетовое излучение. Солнечное излучение представляет собой первичный источник энергии, без которого невозможна жизнь на Земле. Но, с другой стороны, прямое воздействие солнечного света (особенно его ультрафиолетовой составляющей) губительно для живой клетки. Эволюция биосферы была направлена на снижение интенсивности ультрафиолетовой части спектра и защиты от избыточной солнечной радиации. Этому способствовало образование озона (озонового слоя) из кислорода, выделенного первыми организмами-фотосинтетиками.
Общее количество солнечной энергии, достигающей Земли, примерно постоянно. Но разные точки земной поверхности получают разное количество энергии (из-за различия во времени освещенности, разного угла падения, степени отражения, прозрачности атмосферы и т.д.).
Выявлена тесная связь между солнечной активностью и ритмом биологических процессов. Чем больше солнечная активность (больше пятен на Солнце), тем больше возмущений в атмосфере, магнитных бурь, воздействующих на живые организмы. Большую роль играет также смена солнечной активности в течение суток, обуславливающая суточные ритмы организма. У человека более 100 физиологических характеристик подчи-няется суточному циклу (выделение гормонов, частота дыхания, работа различных желез и т.д.).
Солнечное излучение в большой степени определяет остальные климатические факторы.
2) Температура окружающей среды связана с интенсивностью солнеч-ного излучения, особенно инфракрасной части спектра. Жизнедеятель-ность большинства организмов протекает нормально в интервале температур от +5 до 40 С. Выше +50–60 С начинается необратимое разрушение белка, входящего в состав живых тканей. При высоких давлениях верхний предел температур может быть гораздо выше (до +150–200 С). Нижний предел температуры часто оказывается менее критическим. Некоторые живые организмы способны выдерживать очень низкие температуры (до –200 С) в состоянии анабиоза. Многие организ-мы Арктики и Антарктики постоянно живут при отрицательных температурах. У некоторых арктических рыб нормальная температура тела составляет −1,7 С. При этом вода в их узких капиллярах не замерзает.
Зависимость
интенсивности жизнедеятельности
большинства живых организмов от
температуры имеет следующий вид:
К
Рис.17.
Зависимость жизнедеятельности
организмов
от температуры
Но дальнейшее увеличение температуры ведет к резкому снижению параметров жизнедеятельности и гибели организма.
В воде диапазон колебаний температур меньше, чем на суше. Поэтому водные организмы меньше приспособлены к изменениям температуры, чем наземные.
Температура часто обуславливает зональность в наземных и водных биогеоценозах.
3) Влажность окружающей среды – важный экологический фактор. Большинство живых организмов на 70–80 % состоят из воды – вещества, необходимого для существования протоплазмы. Влажность местности определяется влажностью атмосферного воздуха, количеством осадков, площадью водных запасов.
Влажность воздуха зависит от температуры: чем она выше, тем обычно больше водяных паров содержится в воздухе. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы. Осадки представляют собой результат конденсации водяных паров. В зоне умеренного климата распределение осадков по времени года более-менее равномерное, в тропиках и субтропиках – неравномерное. Доступный запас поверхностных вод зави-сит от подземных источников и количества осадков.
Взаимодействие температуры и влажности формирует два климата: морской и континентальный.
4) Давление – еще один климатический фактор, важный для всех живых организмов. На Земле есть области с постоянно высоким или низким давлением. Перепады давления связаны с неодинаковым нагревом земной поверхности.
5) Ветер – направленное движение воздушных масс, являющееся следствием перепада давлений. Ветровой поток направлен из зоны с большим давлением в зону с меньшим давлением. Он влияет на темпера-турный режим, влажность и перемещение примесей в воздухе.
6) Лунные ритмы обуславливают приливы и отливы, к которым приспособлены морские животные. Они используют приливы и отливы для многих жизненных процессов: перемещения, размножения и т.д.
II. Эдафогенные факторы определяют различные характеристики почвы. Почва играет важную роль в наземных экосистемах – роль накопителя и резерва ресурсов. На состав и свойства почв сильно влияют климат, растительность и микроорганизмы. Степные почвы более плодо-родны, чем лесные, так как травы недолговечны и ежегодно в почву поступает большое количество органического вещества, которое быстро разлагается. Экосистемы, не имеющие почв, обычно очень неустойчивы. Выделяют следующие основные характеристики почв: механический состав, влагоемкость, плотность и воздухопроницаемость.
Механический состав почв определяется содержанием в ней частиц различной величины. Различают четыре типа почв в зависимости от их механического состава: песок, супесь, суглинок, глина. Механический состав прямо воздействует на растения, на подземные организмы, а через них – на другие организмы. От механического состава зависят влагоем-кость (способность удерживать влагу), их плотность и воздухопрони-цаемость почв.
III. Орографические факторы. К ним относятся высота местности над уровнем моря, ее рельеф и расположение относительно сторон света. Орографические факторы во многом определяют климат данной местности, а также другие биотические и абиотические факторы.
IV. Химические факторы. К ним относится химический состав атмосферы (газовый состав воздуха), литосферы, гидросферы. Для живых организмов большое значение имеет содержание в окружающей среде макро- и микроэлементов.
Макроэлементы – элементы, требующиеся организму в сравнительно больших количествах. Для большинства живых организмов это фосфор, азот, калий, кальций, сера, магний.
Микроэлементы – элементы, требующиеся организму в крайне малых количествах, но входящие в состав жизненно важных ферментов. Микроэлементы необходимы для нормальной жизнедеятельности орга-низма. Наиболее распространенные микроэлементы – металлы, кремний, бор, хлор.
Между макроэлементами и микроэлементами нет четкой границы: то, что для одних организмов – микроэлемент, для другого – макроэлемент.
В группе биотических факторов выделяют фитогенные, зоогенные, микробогенные и антропогенные.
I. Фитогенные факторы характеризуют влияние растительных орга-низмов. Они воздействуют на все абиотические и биотические факторы.
Любое растительное сообщество сильно влияет на окружающую среду, создавая особый микроклимат при испарении и поглощении воды. Растения увлажняют воздух, задерживают движение ветра, изменяют освещенность местности. Тепловой режим в лесу более выровнен, суточные колебания температур меньше, чем на открытом пространстве.
Растения формируют состав почвы, поставляя в нее большое количество органического вещества и извлекая необходимые компоненты.
Продуцируя первичное органическое вещество и изменяя среду обитания, растения воздействуют на всех живых организмов.
II. Зоогенные факторы характеризуют влияние животных. Животные воздействуют на растения (поедая их, используя для жилья, перенося их семена, пыльцу), на другие биотические факторы. В определенной степени животные влияют на абиотические факторы (на орографический, изменяя рельеф местности, на эдафогенный, разрыхляя почву и т.д.) Например, бобры устраивают крупные плотины, суслики и хомяки при рытье нор формируют микрорельеф местности и изменяют растительный покров. Водные организмы (рачки, рыбы) в процессе питания и дыхания отфильтровывают часть примесей из воды.
III. Микробогенные факторы, характеризуют влияние микроорга-низмов. Они воздействуют на абиотические факторы (особенно эдафогенный и химический), на все живые организмы. Каждый комочек почвы содержит миллионы клеток различных микроорганизмов. Бактерии и грибы минерализуют мертвое органическое вещество, замыкая биологические круговороты. Микроорганизмы принимают активное участие в биогеохимических циклах большинства элементов.
IV. Антропогенные факторы характеризуют влияние человека.
В доисторическую эпоху, когда человек воздействовал на окружаю-щую среду наравне с другими животными, антропогенный фактор можно было отнести к зоогенному. Но в настоящее время производственная деятельность людей радикально преобразовала биосферу, изменив параметры подавляющего большинства экологических факторов. Изменяется состав атмосферы, гидросферы и литосферы, рельеф местности, климат, происходит перераспределение элементов в биосфере, исчезают естественные и создаются искусственные экосистемы. Причем интенсивность антропогенного фактора постоянно растет.
Взаимодействия между всеми живыми организмами можно разделить на две группы: гомотипические и гетеротипические.
Гомотипические реакции – взаимодействия между особями одного вида. Они определяют такие характеристики популяций, как плотность, численность и др. При гомотипическом взаимодействии наблюдается эффект группы и массы.
Эффект группы характеризует влияние группы на поведение, развитие и размножение, а также на строение организма отдельных особей. Так, многие насекомые (сверчки, саранча, тараканы) в группе быстрее растут и развиваются. Стая волков охотится на более крупную добычу, чем единичные особи. Однако бывает и отрицательный эффект группы: рост некоторых организмов (мыши, рыбы, головастики) в группе замедлен.
Таблица 2