Факториальная экология.

1. Экологические факторы.

На состояние окружающей среды и на живые организмы оказывают сильное влияние различные экологические факторы. Экологический фактор – любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное воздействие на живые организмы. Экологические факторы делятся на три категории:

1. абиотические – факторы неживой природы;

2. биотические – факторы живой природы;

3. антропогенные – факторы человеческой деятельности.

Абиотические факторы делятся на : химические (составы атмосферы, морских и пресноводных вод, почвы, донных отложений) и физические или климатические (температура, влажность воздуха, осадки, снежный покров, давление, ветер и т.д.).

Температура – все химические процессы, протекающие в организме, зависят от температуры – внешней и внутренней. Для большинства наземных животных и растений температурный оптимум колеблется от 15-30 градусов. Некоторые моллюски живут в горячих источниках при температуре до 53 градусов, а некоторые сине-зеленые водоросли и бактерии – до 70-90 градусов. Глубокое охлаждение вызывает у насекомых, некоторых пресмыкающихся и рыб полную остановку жизни – анабиоз. Так зимой карась вмерзает в ил, а весной оттаивает т продолжает обычную жизнедеятельность. Организмы с непостоянной температурой тела называют пойкилотермными. У животных с постоянной температурой тела (гомойотермные), у птиц и млекопитающих состояние анабиоза не наступает. У птиц в холодные времена отрастает пух, у млекопитающих – густой подшерсток. Животные, у которых зимой корма недостаточно, впадают в спячку (летучие мыши, суслики, барсуки, медведи).

Свет – лучистая энергия Солнца делится по спектрам на видимую часть – это 48% солнечной радиации (длина волны от 400-750 нм), оранжево-красные лучи составляют 455 солнечной радиации, именно они участвуют в процессах фотосинтеза. Инфракрасные лучи с длиной волны более 750 нм не воспринимаются многими животными и растениями, но являются необходимыми источниками тепловой энергии.

На ультрафиолетовую часть спектра – менее 400 нм – приходится 7% солнечной энергии.

Ионизирующее излучение – это излучение с очень высокой энергией, способное выбивать электроны из атомов и присоединять их к другим атомам с образованием пар положительных и отрицательных ионов. Источник ионизирующего излучения – радиоактивные вещества и космические лучи.

Фоновое излучение за год, которое получает человек 100 мбэр, допустимое излучение за год 500 мбэр, телевизор и компьютер – 500 мбэр, рентгенография зубов – 3 бэр, рентгенография желудка – 25 бэр, лучевая болезнь – 100-450 бэр, допустимая аварийная доза облучения населения – 10 бэр. В течение года человек получает дозу 0,1 бэр и за всю жизнь (за 70 лет) 7 бэр.

Влажность воздуха – параметр, характеризующий процесс насыщения воздуха водяными парами. Растения пустынь приспосабливаются к экономному расходованию влаги. Они имеют длинные корни и уменьшенную поверхность листьев. Пустынные животные способны к быстрому и продолжительному бегу для длинных маршрутов на водопой. Внутренним источником воды у них служит жир, при окислении 100 гр. которого образуется 100 гр. воды.

Осадки являются результатом конденсации водяных паров. Они играют важную роль в круговороте воды на Земле. В зависимости от характера выпадения выделяют гумидные (влажные) и аридные (засушливые) зоны.

Газовый состав атмосферы. Важнейшим биогенным элементом атмосферы, который участвует в образовании белков в организме, является азот. Кислород, поступающий в атмосферу в основном из зеленых растений, обеспечивает дыхание. Озон выполняет экранирующую роль по отношению к ультрафиолетовой части солнечного спектра.

К абиотическим факторам водной среды относят плотность воды, соленость, насыщенность кислородом, прозрачность и т.д.

Биотические факторы окружающей среды – это совокупность влияния одних организмов на другие (паразитизм, хищничество, симбиоз). Живые существа могут служить источником пищи для других организмов, оказывать химическое (токсическое) воздействие.

Антропогенные факторы окружающей среды обязаны своим происхождением техногенной деятельности человека на земле. Сжигание мусора, выбросы промышленных стоков и выбросы в атмосферный воздух и т.д. это косвенное влияние человеческой деятельности на природные экосистемы, прямое влияние – охота, рыболовство, вырубка лесов.

Развитие земледелия приводило к освоению все новых территорий для выращивания культурных растений. Леса и другие биогеоценозы замещали агроценозами – бедными по видовому составу плантациями с/х культур. До сих пор в результате пожсечного земледелия сводятся тропические леса в Африке и Латинской Америке. Изменение ландшафтов вследствие добычи полезных ископаемых.

Лимитирующие факторы.

Степень воздействия факторов на организмы и популяции весьма различна. Поэтому выделяются наиболее значимые и мене значимые. Фактор, который находится в избытке или недостатке может влиять губительно на организм, даже если сила воздействия других факторов находится в оптимуме. Лимитирующий фактор определяет рамки (границу) распространения организмов, видов, сообществ (Блехман, 1909). Интенсивность факторов, наиболее благоприятную для жизнедеятельности, называют оптимальной или оптимумом.

Оптимальное значение для вида различно. Например, тепло- и холодолюбивые (слон и белый медведь), влаго- и сухолюбивые (липа и саксаул), приспособленный к высокой, низкой солености воды или пресной и т.д.

Согласно Шелфорду, факторы, присутствующие в экологической системе как в избытке, так и в недостатке по отношению к оптимальным требованиям живых организмов, называются лимитирующими. Это заключение получило название лимитирующего фактора, или закона толерантности.

Кислород в воде – это лимитирующий фактор. Из-за нехватки кислорода гибнет рыба в водоеме. В воздушной среде кислород не будет лимитирующим фактором, так как содержание кислорода практически постоянно, в воде лимитирующим фактором будет давление, влажность, температура и т.д.

Закон минимума. В 1873 г. химик-органик Либих установил, что рост и развитие растений зависит не только от тех химических элементов и веществ, которые присутствуют в почве в достаточном количестве, но и от тех, которых не хватает или вообще нет в почве. Избыток воды или азота не заменит недостаток бора или железа, которые присутствуют в почве в микроколичествах.

В результате своих исследований Либих сформулировал «Закон минимума». Согласно этому закону, для повышения урожайности растений необходимо увеличить содержание в почве питательного вещества, находящегося в минимальном количестве.

Закон взаимозаменяемости факторов. Одни факторы, находящиеся в избытке или недостатке могут смягчить или усилить силу действия других факторов. Например, избыток углекислого газа смягчает недостаток влаги. Недостаток освещенности смягчается повышенной влажностью. Но факторы взаимозаменяемы.

Толерантность – приспособляемость, адаптация к условиям обитания.

Этот закон был сформулирован в 1913 г. В.Шелфордом. Популяции организмов, обитающие в какой-то определенной среде, приспосабливаются к непостоянству этой среды путем естественного отбора, у них вырабатываются те или иные физиологические особенности, позволяющие существовать именно в этих и ни в каких других условиях среды. Для каждого влияющего на организм фактора существует благоприятная сила воздействия, называемая зоной оптимума экологического фактора. Для организмов данного вида отклонение от оптимальной интенсивности действия фактора (уменьшение или увеличение) угнетает жизнедеятельность. Граница, за пределами которых наступает гибель организма, называется верхним и нижним пределами выносливости.

Кривая толерантности бывает широкая и пологая – это значит предел толерантности у организмов широкий. Такие организмы называются эвритермными (эври – разный, био – жизнь). Острая кривая означает приспосабливаемость организма низкая, предел выносливости узкий. Например, при изменении температуры воды на 1-2 градуса, то форель погибает. Такие организмы называются стенобионтами (стено – один, био – жизнь).

Деревья выдерживают разную температуру от -20 до + 35 градусов, значит они эвритермны, но потребляют корнями воду определенной температуры – стеногидричны. Форель стенотермна, но эврифаг. Карп – эвритермный.

Иногда при смене условий обитания живого организма кривая толерантности также смещается. Например, медузы живут в водах тропических широт и в морях Ледовитого океана, однако скорость их движения практически одинаковая. Разность температуры воды на 20-30 градусов.