3.2. Классификация факторов среды. Абиотические факторы

Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Они действуют на организм различно: каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма.

Действие экологических факторов может приводить к:

а) устранению некоторых видов с территории (климатические и физико – химические особенности которых им не подходят), что влеччет за собой изменение их географическое распространения;

в) изменению плодовитости и смертности разных видов путем воздействия на развитие каждого из них и вызывая миграции, т.е. влияя на плотность популяций;

г) появлению адаптивных модификаций: количественных изменений обмена веществ и таких качественных изменений, как диапауза, зимняя и летняя спячки, фотопериодические реакции и т.д.

В зависимости от причины возникновения и направленности воздействия среди абиотических и биотических факторов можно выделить несколько их групп (табл. 4).

Охарактеризуем основные абиотические факторы, воздействующие на живой организм.

Таблица 4. Классификация экологических факторов среды

Абиотические факторы

Биотические факторы

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: факторы водной среды - прозрачность воды, текучесть, проточность, температура, кислотность, газовый состав, содержание минеральных и органических веществ и т.п. Химические: газовый состав атмосферы, солевой состав воды. Пирогенные: воздействие огня

Фитогенные: влияние растений друг на друга и на окружающую среду. Зоогенные: влияние животных друг на друга и на окружающую среду.

Климатические факторы

Климат конкретной местности определяется как характерный многолетний режим погоды, обусловленный солнечной радиацией, ее преобразованиями в деятельном слое земной поверхности и связанной с ними циркуляцией атмосферы и океанов. Основными климатическими характеристиками, имеющими значение в экологии являются: число дней солнечного сияния, суммарная солнечная радиация, радиационный баланс; среднегодовые величины и сезонные или месячные колебания температуры воздуха, ее суточный ход, ее абсолютные и минимумы и максимумы; сроки перехода температуры через 0°С и 10°С; количество осадков, испаряемость влаги; сила и направление ветров; влажность воздуха.

Свет

Наиболее значимым фактором внешней среды является свет. Почему мы ставим его на первое место? Прежде всего потому, что без света невозможна фотосинтетическая деятельность растений, а без последней невозможна жизнь вообще, поскольку зеленые растения имеют способность продуцировать необходимый для жизни живых существ кислород. Кроме того, свет является единственным источником тепла на планете Земля.

Однако есть и другие аспекты воздействия света на живые организмы. Необходимость света для растений существенно влияет на структуру сообществ. Распространение водных растений, океанических животных и планктона ограничено областью проникновения солнечных лучей.

В экологии под термином «свет» подразумевается весь диапазон солнечного излучения, достигающего земной поверхности. Солнце излучает в космическое пространство громадное количество электромагнитных волн разной длины и частоты. Спектр распределения энергии излучения Солнца за пределами земной атмосферы показывает, что около половины солнечной энергии излучается в инфракрасной области, 40 % - в видимой и 10 % - в ультрафиолетовой и рентгеновской областях. Земная атмосфера, включая озоновый слой, селективно, то есть избирательно по частотным диапазонам, поглощает энергию электромагнитного излучения Солнца и до поверхности Земли доходит в основном излучение с длиной волны от 0,3 до 3 мкм.

Для живого вещества важны качественные признаки света - длина волны, интенсивность и продолжительность воздействия. Излучение, воспринимаемое нашим глазом, - это лишь часть спектра электромагнитных колебаний. Эта область охватывает диапазон волн длиной 0,39-0,76 мкм*. Электромагнитные волны ______________________________

* 1 мкм (микрометр) равен 0,001 мм.

большей длины лежат в инфракрасной области спектра (0,76-4,0 мкм). Они воспринимаются человеком как тепло. Более короткие - ультрафиолетовые волны (<0,4 мкм) наши органы чувств непосредственно не воспринимают. Другие живые существа, в частности насекомые, наоборот, воспринимают инфракрасные и ультрафиолетовые излучения, недоступные человеку (рис. ).

Рис. Спектр электромагнитного излучения Солнца.

Известно, что животные и растения реагируют на изменение длины волны света. Цветовое зрение развито в разных группах животных по разному: оно хорошо развито у некоторых видов членистоногих, рыб, птиц и млекопитающих, но у других видов тех же групп оно может отсутствовать. На рисунке N показано восприятие цветочного луга человеком (слева) и пчелой.

Часть солнечных лучей, преодолев огромное расстояние, достигает поверхности Земли, освещает и обогревает ее. Подсчитано, что на нашу планеты поступает около одной двухмиллиардной части солнечной энергии, а из этого количества лишь 0,1-0,2% используется зелеными растениями на создание органического вещества.

Солнечная энергия, которую зеленые растения поглощают и используют, называется фотосинтетически активной радиацией (ФАР). В этом спектральном диапазоне (0,38-0,71 мкм) в живых организмах совершаются важнейшие фотобиологические процессы. Показатели ФАР очень изменчивы. Интенсивность фотосинтеза варьируется с изменением длины волны света. Например, при прохождении света через воду красная и синяя части спектра отфильтровываются и получающийся зеленоватый свет слабо поглощается хлорофиллом. Однако красные водоросли имеют дополнительные пигменты (фикоэритрины), позволяющие им использовать эту энергию и жить на большей глубине, чем зеленые водоросли.

Оказывается, для растений наиболее продуктивными являются не прямые солнечные лучи, которые падают перпендикулярно на зеленую поверхность листьев, а рассеянные. Прямая радиация Солнца в зависимости от высоты светила над горизонтом содержит 28-43% ФАР. Рассеянная радиация при солнечном свете – 50-60, рассеянная радиация при ясном небе – до 90% ФАР.

Световой фактор играет для растений весьма важную роль: от интенсивности солнечного освещения зависит продуктивность, производительность растений. Однако световой режим на Земле довольно разнообразен. В лесу он иной, чем на лугу. Освещение в лиственном и темнохвойном еловом лесу заметно различается. Таких примеров можно привести множество. Конечно, растения стремятся как можно полнее использовать ту солнечную радиацию, которая достигает земли. Присмотритесь к комнатным растениям на ваших подоконниках. Они так и тянутся к солнечному свету, а если его недостаточно, то вытягиваются, истончаются, листья их мельчают.

Каким же образом растения приспосабливаются к условиям различной освещенности в природе? Помог им в этом естественный отбор, благодаря которому возникли различные приспособления, позволяющие им жить в разнообразных условиях освещенности. По отношению к освещенности в естественных местообитаниях растения можно разбить на несколько групп. В связи с этим хочется остановиться на кочующем из книги в книгу, где речь идет об экологии растений, заблуждении. Во многих учебниках, справочниках по экологии дается такая градация растений по отношению к свету: светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые. То есть одни растения любят светлые места произрастания, другие же, наоборот, обожают тень.

Следует заметить, что места, куда свет проникает в очень малых количествах, - это неблагоприятные условия существования для любых организмов. Не составляют исключений и растения. Тень - это неблагоприятный фактор для их развития. И поэтому в принципе каждое растение старается "ухватить" как можно больше солнечного света для успешного обеспечения фотосинтетического процесса. Однако не всегда желания совпадают с возможностями, и по отношению к фактору освещенности в мире растений происходит жесткая конкуренция. Виды, уже приспособившиеся жить в комфортных условиях, не допускают других, которые в конурентном отношении менее сильны. Такие виды и оттесняются в

места с неблагоприятным световым режимом, в тень. Происходит раздел сфер влияния. Но и здесь, где, казалось бы, не каждое растение хочет расти, тоже свои раздоры. Ведь существуют места, скажем, в лесу, с различной освещенностью. В итоге одни растения остаются в слабой тени, другие же вынуждены отступить в еще большую тень. Эволюционным путем такие группы растений приспосабливаются жить в сильной тени, скажем, под пологом густого елового леса, где конкурентов у них уже нет. Это не значит, что они не любят свет (якобы тенелюбивые). Они просто вынуждены терпеть эволюционно сложившиеся фитоценотические отношения. Согласитесь - любить и терпеть - это разные вещи. Другое дело, что в процессе длительной эволюции фотосинтетический аппарат у них приспособился к проявлению предельной интенсивности фотосинтеза в условиях малой освещенности. Но это как раз и есть то приспособление, благодаря которому им удалось уцелеть в условиях жесткой конкуренции. Развитие главенствующей древесной растительности эволюционно закрепило их статус. Так они и стали изгоями растительного мира.

Таким образом, все растения по отношению к свету можно разделить на следующие группы:

■ растения теневые - сциофиты (от греч. сциа - тень, и фитон - растение);

■ растения теневыносливые;

■ растения светолюбивые - гелиофиты (от греч. гелиос - солнце и фитон - растение).

Места обитания сциофитов - нижние затемненные ярусы; обитатели глубоких слоев водоемов. Прежде всего, это растения, растущие под пологом леса (кислица, костяника, сныть).

Сциофиты характеризуются следующими признаками:

□ листья крупные, нежные;

□ листья темно-зеленого цвета;

□ листья подвижные;

□ характерна так называемая листовая мозаика (то есть особое расположение листьев, при котором листья макимально не заслоняют друг друга).

Для сциофитов зоной оптимума служат затененные места, при сильной освещенности они чувствуют себя плохо. Растения этой группы адаптировались к условиям сильного затенения темнохвойных таежных, широколиственных и тропических влажных лесов. Обычно адаптация к условиям недостаточной освещенности сочетается у них с высокой потребностью в водоснабжении. В условиях сильной освещенности сциофиты не могут эффективно регулировать транспирацию и обычно высыхают. Типичные представители темных местообитаний - это зеленые мхи, плауны, кислица обыкновенная (Oxalis acetosella), копытень европейский (Asarum europaeum), седмичник европейский (Trientalis europaeus), барвинок малый (Vinca minor), майник двулистный (Majanthemum bifolium) и др.

Теневыносливые растения способны развиваться как при очень большом, так и при малом количестве света. В качестве примера таких растений можно указать некоторые деревья: ель обыкновенную (Picea abies), клен остролистный (Acer platanoides), граб обыкновенный (Carpinus betulus); кустарники - лещину (Corylus avellana), боярышник (Crataegus monogyna); травы - землянику (Fragaria vesca), герань полевую (Geranium pratense); многие комнатные растения.

Гелиофиты характеризуются следующими признаками:

□ мелкие размеры листьев; встречается сезонный диморфизм: весной лестья мелкие, летом - крупнее;

□ листья располагаются под большим углом, иногда почти вертикально;

□ листовая пластинка блестящая или густо опушенная;

□ образуют разряженные насаждения.

Гелиофиты либо совсем не переносят, либо плохо переносят даже незначительное затенение. К этой группе относятся степные и луговые злаки, растения тундр, ранневесенние растения, большинство культурных растений открытого грунта, многие сорняки. Из видов этой группы можно отметить подорожник обыкновенный (Plantago major), иван-чай (Chamaerion angustifolium), вейник тростниковидный (Calamagrostis arundinacea) и др.