Екологія

антропогенними змінами клімату. Основними причинами спустелювання є виснаження і надмірне забруднення ґрунтів, їх нераціональне використання та вирубування лісів;

− засолення ґрунтів. Воно виникає в результаті нагромадження у верхніх шарах ґрунту надлишку шкідливих для живих організмів легкорозчинних солей (карбонату натрію, хлоридів і сульфатів) за рахунок ґрунтових і поверхневих вод, а найчастіше внаслідок нераціонального зрошування. У результаті утворю-

ються солонці і солончаки.

− створення звалищ промислових і побутових відходів.

Антропогенне забруднення гідросфери. Людство щорічно витрачає понад 3000 кмЗ води, і потреба у її використанні щороку зростає. Глобальною екологічною проблемою сучасності стає забруднення і виснаження водних ресурсів. Вода після її використання скидається у водойми і річки, і майже третина її – без належного очищення. Велика частина води в результаті водоспоживання безповоротно втрачається. Щорічно безповоротне водопостачання становить близько 150 кмЗ, тобто 1 % стоку прісних вод.

Гідросфера зазнає найбільшого антропогенного впливу внаслідок:

−скидання забруднених відпрацьованих промислових і комунальних стічних вод. Щороку в річки скидається до 450 млрд. м3 стічних вод; вони містять різноманітні органічні речовини і сполуки важких металів. Більше половини великих рік у світі страждають від надмірного забруднення або пересихають. З 500 найбільших рік тільки дві є більш-менш «здоровими» – це Амазонка в Південній Америці і Конго в Африці. Це пов'язано з тим, що на берегах обох рік розташовано мало промислових підприємств;

−поверхневого стоку з територій сільськогосподарських об'єктів і

угідь.

Розкладання численних органічних речовин у водоймах, що надійшли зі стічними водами, спричиняє дефіцит кисню і накопичення сірководню, розмноження синьо-зелених водоростей («цвітіння» води), що у свою чергу викликає масове знищення водних організмів, особливо промислових видів риби. Присутність великої кількості органічних речовин створює у мулах відновне середовище, внаслідок чого виникає особливий тип мулових вод, що містять сірководень, аміак, іони металів. Забруднення води органічними речовинами називається евтрофікацією.

Небезпечним є теnлове забруднення води. Воно зумовлене викиданням у відкриті водойми підігрітих вод від АЕС, ТЕС та інших енергетичних установок. Тепла вода змінює термічний і біологічний режим водойм і

31

негативно впливає на гідробіонтів. Побічним фактором теплового забруднення води є підсилення токсичної дії більшості шкідливих домішок.

Країни, які мають вихід до моря, часто здійснюють тут захоронення матеріалів і речовин (дамnінг); їх обсяг становить близько 10 % від усієї маси забруднювальних речовин, що надходять у Світовий океан.

Радіоактивне забруднення Світового океану зумовлюють джерела іонізаційного випромінювання, затоплені атомні підводні човни і радіонукліди, які потрапили в океан в результаті підводних ядерних вибухів, захоронення радіоактивних відходів.

Значну частку в забруднення води вносять детергентu (миючі засоби). До їх складу входять як активна основа поверхневоактивні речовини (ПАР) і різні добавки: лужні і нейтральні електроліти, пероксидні сполуки, а також речовини, що сповільнюють або перешкоджають сорбції забруднювачів. Детергенти, потрапляючи у водні об'єкти, викликають спінювання, погіршують органолептичні властивості води, порушують процеси кисневого обміну, токсично впливають на фауну, утруднюють процеси біологічного окислення органічних речовин, перешкоджають біологічномуочищеннюстічних вод.

Тяжкі екологічні наслідки викликає забруднення води сирою нафтою,

нафтопродуктами та неочищеними водами нафтопереробних заводів.

Потрапляючи у воду, нафта утворює тонку поверхневу плівку (0,1 мм). Хвилі сприяють тому, що плівка розривається і утворює краплі, які розсіюються в товщі води і проникають на глибину до 5 м.

Під дією сонця та органічних речовин відбувається фотохімічне і біологічне окиснення нафтової плівки і розсіяних нафтових крапель. В результаті утворюються поліароматичні вуглеводні, розчинні у воді. Вони акумулюються в організмах гідробіонтів, переходять у донні відклади. Похідні нафти мають канцерогенні властивості, і, потрапляючи в організм людини, можуть викликати онкологічні захворювання.

Лекція 3. Екологічні фактори.

Екологічні фактори. Типи взаємодії між живими організмами. Екологічні системи.

Загальні принципи стабільності та стійкості екологічних систем. Основні закони загальної екології.

Екологічні фактори. Типи взаємодії між живими організмами. Вплив середовища на організми зазвичай оцінюють через окремі фактори. Екологічні фактори – складові (елементи) природного середовища, які впливають на існування й розвиток організмів і на які живі істоти реагують реакціями пристосування (за межами здатності пристосування настає смерть). Екологіч-

32

ним фактором є будь-який нерозчленований далі елемент середовища, здатний прямо чи опосередковано впливати на живі організми. Серед них розрізняють фактори прямого впливу на організми (наприклад, промисел) і опосередкованого – вплив на місце проживання (наприклад, забруднення середовища, знищення рослинного покриву, будівництво гребель на ріках тощо).

Розрізняють такі групи екологічних факторів (загальна кількість факторів – близько 60), об'єднані за певною ознакою:

−за часом – фактори часу (еволюційний, історичний, чинний) та періодичності (періодичний і неперіодичний);

−за середовищем виникнення (атмосферні, водні, геоморфологічні, фізіологічні, генетичні, екосистемні);

−первинні та вторинні;

−за походженням (космічні, біотичні, абіотичні, природно-антропоген- ні, антропогенні);

−за характером (інформаційні, фізичні, хімічні, термічні, біогенні, кліматичні, комплексні);

−за спектром впливу (вибіркової чи загальної дії);

−за умовами дії;

−за об’єктом впливу(летальні, екстремальні, обмежувальні, мутагенні).

Уприроді екологічні фактори діють комплексно (закон сукупної дії екологічних факторів). Особливо важливо пам’ятати це, оцінюючи вплив хімічних забруднювачів, коли “сумаційний” ефект (на негативну дію однієї речовини накладається негативна дія інших, до чого додається вплив стресової ситуації, шумів, різних фізичних полів – радіаційного, теплового, гравітаційного чи електромагнітного) значно змінює умовні значення ГДК, наведені в довідниках.

Рис. 3.1. Вплив інтенсивності фактора на життєдіяльність організму: А – екологічний мінімум; В – екологічний максимум.

33

Вплив факторів проявляється у зміні життєдіяльності організмів та зміні чисельності популяцій. При цьому слід зазначити такі закономірності:

1)за певних значень фактора складаються найсприятливіші умови для життєдіяльності організмів. Такі умови називають оптимальними, а відповідні значення фактора – оптимумом (рис.3.1);

2)чим більше значення фактора відхиляється від оптимального, тим сильніше пригнічується життєдіяльність особин. У зв'язку з цим виділяють зону їх нормальної життєдіяльності;

3)діапазон значень фактора, за межами якого нормальна життєдіяльність особин стає неможливою, називають межею витривалості. Розрізняють верхню

інижню межі витривалості. Діапазон значень фактора, за межами якого організм почувається пригнічено, називають зоноюпригнічення (пecимуму).

Діапазон значень оптимуму і песимуму є критерієм для визначення еколо-

гічної валентності (екологічної толерантності; лат. «толеранція» – терпіння) – здатності організму пристосовуватися до змін умов серодовища. Екологічна

валентність різних видів відрізняється одна від одної: північний олень витримує коливання температури повітря від –55 до 25–30оС, а тропічні корали гинуть вже

уразі зміни температури на 5–6оС. Найбільше поширені організми з широким діапазоном толерантності щодо всіх екологічних факторів. Найвища толерантність характерна для бактерій і синьо-зелених водоростей, які виживають у широкомудіапазоні температур, радіації, солоності, рН.

За екологічною валентністю організми поділяють на стенота еврибіонти. Стенобіонти (грец. «стенос» – вузький та «біос» – життя) організми, що можуть жити за дуже незначної зміни факторів середовища (температури, кислотності, вологості, солоності тощо). До стенобіонтів належать орхідеї, далекосхідний рябчик, форель та ін. Еврибіонти (грец. «еурі» – широкий) – організми, що можуть жити за значних змін факторів середовища (колорадський жук, пацюки, вовки, таргани, очерет тощо).

Серед сукупності різних факторів виділяють лімітуючі, тобто такі, значення (рівень, доза) яких наближається до межі витривалості організму (значення фактора менше або більше від оптимуму). Найчастіше лімітуючими факторами є температура, світло, тиск, біогенні речовини тощо.

За іншою класифікацією, існують такі групи факторів середовища, які впливають на організми:

−абіотичні (фактори неживої природи – – хімічні (хімічний склад повітря, сольовий склад води, кислотність і склад ґрунтових розчинів); фізичні, або кліматичні (сонячна енергія, температура, вологість, атмосферний тиск, фізичні поля); топографічні (характер рельєфу, висота над рівнем моря); та едафічні (ґрунтові умови зростання рослин – механічний склад ґрунту, вологоємність, альбедо);

34

−біотичні (фактори живої природи – вплив одних організмів або їхніх угруповань – наінші);

−антропогенні (вплив діяльності людини на живуприроду).

Біотичні фактори поділяють на дві групи: внутрішньовидові та міжвидові взаємодії. Під внутрішньовидовими, або гомотипічними, реакціями розуміють взаємодію між особинами одного виду. До гомотипічних реакцій належить, зокрема, внутрішньовидова конкуренція — боротьба за можливість вижити, за джерело енергії, яку отримують рослини у вигляді сонячного світла, а тварини у вигляді різної поживи. Тому в боротьбі за оволодіння джерелами енергії відбувається напружена конкуренція, виникає суперництво між особинами одного виду. Стосовно всіх видів конкуренції існує правило: чим більше збігаються потреби конкурентів, тим жорстокіша конкуренція (правило конкурентної боротьби). Розрізняють дві основні форми конкуренції — пряму і побічну. Пряма конкуренція, або інтерференція, здійснюється прямим впливом однієї особини на іншу, наприклад, унаслідок агресивних зіткнень між тваринами або виділення токсинів (алелопатія) рослинами та мікроорганізмами. Побічна конкуренція не передбачає безпосередньої взаємодії між особинами. Вона відбувається опосередковано – внаслідок споживання різними тваринами одного й того самого ресурсу, який обов'язково має бути обмеженим. Тому таку конкуренцію зазвичай називають експлуатаційною.

Міжвидові, або гетеротипічні, реакції – це взаємодії між особинами різних видів. Дві популяції або впливають, або не впливають одна на одну. Якщо вплив є, він може бути сприятливим чи несприятливим.

Симбіоз – явище закономірного, невипадкового співжиття особин (симбіонтів), які належать до різних видів (наприклад, рака-самітника та крабів – з актиніями, паразитичні гриби – з рослинами, утворюючи лишайник). Основними формами симбіозу є мутуалізм, коменсалізм та паразитизм. У випадку мутуалізму жодна зі сторін не може існувати без іншої (наприклад, жуйні тварини (або людина) та мікроорганізми їхнього кишково-шлункового тракту). У випадку коменсалізму один організм (коменсал) існує за рахунок іншого (хазяїна), не завдаючи йому шкоди. Такий тип взаємодії проявляється у формі квартирантства (використанні коменсалом для оселення організму хазяїна або частини його середовища проживання) або нахлібництва (живлення залишками їжі хазяїна). Наприклад, так звані риби-«прилипайли» пересуваються, приліпившись до акули чи іншої великої риби; вони також живляться об’їдками, що залишаються після хазяїна. Інший приклад харчових коменсальних стосунків демонструють деякі види птахів, які рухаються за колонами мандрівних мурашок і ловлять комах, павуків і дрібних плазунів, що їх сполохує на своєму шляху мурашина навала.

35

Паразитизм є специфічною формою співжиття (симбіозу) організмів різних видів, з яких один (паразит) використовує іншого (хазяїна) як середовище існування та джерело живлення. Хазяїн, як правило, не гине відразу, а деякий час використовується паразитом. А відтак паразитизм можна розглядати як особливу форму хижацтва.

Хижацтвом називають таку взаємодію між організмами різних видів, за якої один (хижак) поїдає іншого (жертву). Хижацтво відіграє важливу роль у регулюванні кількісного складу популяцій.

Аменсалізм – форма взаємодії організмів різних видів, за якої один із них (аменсал) потерпає від пригнічення росту і розмноження, а другий (інгібітор) не зазнає шкідливого вливу, але й не має користі для себе. Аменсалізм спостерігається, наприклад, між плісеневими грибами роду Penicillium, які продукують антибіотик пеніцилін, і бактеріями, ріст яких при цьомупригнічується.

Вирішальне значення в природі має міжвидова конкуренція, оскільки вона більшою мірою, ніж інші гетеротипічні реакції, визначає роль видів в екосистемах.

Міжвидова конкуренція – це така взаємодія, коли два види суперничають через одні й ті самі джерела існування – поживу, життєвий простір тощо. Причому вона виникає в тих випадках, якщо використання джерела ресурсів одним видом призводить до обмеженого використання його іншим.

В екологічній системі біотична складова представлена біоценозом, абіотична - біотопом

Рис. 3.2. Структура екологічної системи

Внутрішньовидова конкуренція сильніша від міжвидової, однак правило конкуренції поширюється на останню. Конкуренція між двома видами тим сильніша, чим ближчі їхні потреби. Два види з цілком однаковими потребами

36

не можуть існувати разом: один з них через деякий час обов'язково буде витіснений (принцип конкурентного витіснення, або принцип Гаузе).

Екологічні системи. Основною функціональною одиницею біосфери є екологічна система (екосистема), до складу якої входять живі організми та абіотичне середовище (рис. 3.2). Екосистема – єдиний природний або при- родно-антропогенний комплекс, утворений живими організмами та середовищем їх існування, в якому живі й неживі компоненти поєднані між собою причинно-наслідковими зв'язками, обміном речовин та розподілом потоку енергії.

Екологічна система є функцією біоценозу Бз, біотопу Бm, обміну речовин (Р), енергії (Ея) таінших екологічних факторів ∑Еф:

Е= f (Бз,Бm, Р,Ея ∑Еф)

Біоценоз – це сукупність живих організмів, які взаємодіють між собою за допомогою трофічних або просторових зв’язків і населяють більш-менш однорідну ділянку суші чи води. Послідовна зміна біоценозів, що спадкоємно виникають на одній і тій самій території внаслідок природних чи антропогенних факторів, називається сукцесією (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Сукцесія сибірського темнохвойного лісу після спустошливої лісової пожежі (узагальнена схема)

Стійкою екологічною системою є біогеоценоз. Біогеоценоз (рис. 3.4) – однорідна ділянка суходолу чи водної поверхні з певним складом живих (біоценоз) та неживих (приземний шар атмосфери, ґрунт, вода, сонячна енергія) компонентів, що динамічно взаємодіють між собою в процесі обміну речовин та енергії. Біогеоценоз є більш загальним поняттям і його складовими є біотоп і біоценоз.

37

Біогеоценоз

Водойми

Повітря Ґрунт

Рис. 3.4. Схема будови біогеоценозу (за В.М.Сукачовим)

Біотоп – ділянка суходолу чи водойми з однотипними умовами рельєфу, клімату та інших абіотичних факторів, яку займає певний біоценоз. Біотоп – неорганічний компонент біогеоценозу. Отже, біоценоз – спільнота живих організмів, що мешкають у межах одного біотопу.

У кожній екосистемі виділяють такі компоненти:

1)неорганічні речовини (вуглець, азот, вуглекислий газ, вода та ін.), які вступають уколообіг;

2)органічні речовини (білки, вуглеводи), які об’єднують біотичну та абіотичнучастини екосистеми;

3)клімат (температура, вологість, тиск та ін.);

4)продуценти – виробники живої органічної речовини з неорганічної (це –

переважно рослини), Продуцентами є автотрофні (хемота фототрофні) організми, що продукують органічну речовину з неорганічної. Продуценти є первинного ланкою ланцюгів живлення;

5)консументи (рослинота м'ясоїдні тварини) – організми, які споживають органічну речовину, створену продуцентами або перетворену консументами нижчих рівнів екологічної піраміди. Розрізняють консументи першого порядку (травоїдні), другого і вищих порядків (хижаки, паразити тощо);

6)редуценти – організми (переважно бактерії, гриби), які в процесі життєдіяльності перетворюють, розкладають органічні рештки на неорга-

38

нічні речовини, тобто на прості мінеральні сполуки. Редуценти є заключною ланкою ланцюгів живлення.

Екологічна ніша – діапазон (відповідно до абіотичних та біотичних факторів) умов, за яких живе і відтворює себе популяція. Тобто це загальна сума вимог організму до умов існування, зокрема простір, який він займає, функціональна роль у співтоваристві (наприклад, трофічний статус) та його толерантність стосовно факторів середовища – температури, вологості, кислотності, складу ґрунту тощо.

Загальні принципи стабільності та стійкості екологічних систем.

Основою стабільності та стійкості екологічних систем є біологічне різноманіття – варіативність живих організмів на всіх рівнях біологічної організації.

У 1992 році саміт ООН з питань довкілля в Ріо-де-Жанейро прийняв Конвенцію про біорізноманіття та визначення біорізноманіття як «мінливості серед живих організмів із будь-яких ареалів, включаючи, зокрема, суходольні, морські та інші водні, та серед екологічних комплексів, частинами яких вони є: це включає мінливість всередині видів, між видами, та між екосистемами».

Високе біорізноманіття забезпечує стабільність та продуктивність екосистем. Різні види, займаючи відповідні екологічні ніші, забезпечують використання ресурсів. Конкуренція за ресурси між видами сприяє ефективнішому природному добору.

Біологічне різноманіття складається з видового, популяційного, ценотичного та генетичного різноманіття.

Внаслідок господарювання людини відбулися значні зміни в ландшафтах та середовищах існування. Різко зменшилася площа, зайнята природними угрупованнями. Спостерігається антропогенне забруднення значних територій, зокрема важкими металами, радіонуклідами, стійкими органічними сполуками, що загрожує втратою гено-, ценота екофонду та формує соціально-екологічний дискомфорт населення.

У2004 р. уряд України схвалив «Концепцію загальнодержавної програми збереження біорізноманіття на 2005–2025 роки», основними завданнями якої є мінімізація негативного впливу на біорізноманіття та максимальне зміцнення природної основи біорізноманіття. Метою Програми є: подолання тенденції деградації живої компоненти довкілля; екологізація сфер суспільної діяльності, яка може негативно впливати на компоненти біорізноманіття та довкілля; максимальне відтворення первинного стану природних комплексів.

УПрограмі йдеться, зокрема про таке. Біота України нараховує понад 70 тис. видів, з них флора та мікобіота – понад 27 тис. (гриби і слизовики – 15 тис., водорості – 5 тис., лишайники – 1,2 тис., мохи – 800 і судинні рослини – 5,1 тис., фауна – понад 45 тис. видів (з них комахи – 35 тис., членистоногі без комах – 3,4 тис., черви – 3,2 тис. тощо).

39

За багатством біорізноманіття Україна поступається в Європі тільки Франції, і це покладає на неї високу відповідальність за його збереження. Негативний вплив техногенних факторів призвів до значної деградації екосистем та екологічної кризи глобального характеру, а саме – зміни клімату, зменшення товщини озонового шару, забруднення екотопів важкими металами, нафтопродуктами, хімічними речовинами, випадання кислотних дощів і поширення явищ спустелювання, унаслідок чого 65 відсотків екосистем світу вже знищено або істотно змінено.

Основні закони загальної екології. На думку відомого еколога Д. Чіраса,

природа розвивається і функціонує за чотирма основними принципами:

−рециклічності, або повторного багаторазового використання найважливіших речовин;

−постійного відновлення ресурсів;

−консервативного споживання ( коли живі істоти споживають лише те й

утакій кількості, яка їм необхідна);

−популяційного контролю (природа не допускає вибухоподібного росту популяцій, регулюючи кількість особин того чи іншого виду створенням відповідних умов для його існування та розмноження).

Більшість цих та інших екологічних принципів і законів вдало узагальнив американський еколог Б. Коммонер у 1974 р., інтегрувавши їх до чотирьох законів.

Закон перший: у природі все взаємопов’язане. Екологія розглядає біосферу нашої планети як складну систему з багатьма взаємопов'язаними елементами. Ці зв'язки реалізуються за принципами зворотного негативного зв'язку (згадаємо, наприклад, систему «хижак–жертва»), прямих зв'язків (в екосистемах «працюють» усі дії логічної алгебри – «або», «і», «не»), а також завдяки різноманітним взаємодіям, що взаємно виключають одна одну. За рахунок цих зв'язків формуються гармонійні системи кругообігу речовин та енергії. Будь-яке втручання в роботу збалансованого механізму біосфери викликає відповідь одразу за багатьма напрямами, що робить прогнозування в екології надзвичайно складною справою.

Закон другий: ніщо в природі не зникає безслідно, усе має кудись діватися. За своєю сутністю це – фундаментальний закон природи про вічність матерії. На прикладі біологічного кругообігу видно, як рештки та продукти життєдіяльності одних організмів є в природі джерелом існування для інших. В природній екосистемі екскременти і відходи одних організмів слугують їжею для інших. Вуглець, який виділяють тварини у вигляді вуглекислого газу, є поживною речовиною для більшості рослин. Рослини продукують кисень, який використовують тварини. Органічні відходи тварин

40