Факторы среды

Содержание

Введение

Глава 1. Основные характеристики экологических факторов и условия существования организмов.

1. Классификации экологических факторов
2. Адаптация организмов к факторам среды.
3. Совместное действие экологических факторов.

Глава 2. Важнейшие  абиотические факторы и их взаимодействие с организмами.

2.1. Свет -  как  экологический фактор.

2.2 Температура – как экологический фактор.

2.3. Влажность

Заключение 

Список используемой литературы

Введение

Окружающий органический мир - составная часть среды каждого  живого существа. Взаимные связи организмов - основа существования биоценозов и популяций. Живое неотрывно от среды. Каждый отдельный организм, являясь самостоятельной биологической системой, постоянно находится в прямых или косвенных отношениях с разнообразными компонентами и явлениями окружающей его среды или, иначе, среды обитания, влияющими на состояние и свойства организмов.

Среда - одно из основных экологических  понятий, которое означает весь спектр окружающих организм элементов и  условий в той части пространства, где обитает организм, все то, среди чего он живет и с чем  непосредственно взаимодействует. При этом организмы, приспособившись  к определенному комплексу конкретных условий, в процессе жизнедеятельности  сами постепенно изменяют эти условия, т.е. среду своего существования.

Среда каждого организма  слагается из множества элементов  неорганической и органической природы  и элементов, привносимых человеком  и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть частично или полностью безразличны  организму, другие необходимы, а третьи оказывают отрицательное воздействие. Например, заяц - беляк (Lepus timidus) в лесу вступает в определенные взаимоотношения с пищей, водой, химическими соединениями, кислородом, без которых он обойтись не может, а в то время как ствол дерева, пень, кочка, валун на его жизнь не оказывают существенного влияния. Заяц вступает с ними во временные связи (укрытие от врага, непогоды), но необязательные связи.

Условия жизни, или условия  существования – это совокупность необходимых для организма элементов  среды, с которыми он находится в  неразрывном единстве и без которых  существовать не может.

Приспособления организмов к среде носят название адаптаций. Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, обеспечивающая возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях – от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Все приспособления организмов к существования в различных условиях выработались исторически. В результате сформировались специфические для каждой графической зоны группировки растений и животных.

Глава 1. Основные характеристики экологических факторов и условия существования организмов.

1. Классификации экологических факторов.

 Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. (Табл.1)

Многообразие экологических  факторов подразделяется на две большие группы: абиотические и биотические.

Абиотические  факторы – это комплекс условий неорганической среды, влияющих на организм. Абиотический, или неживой, компонент среды подразделяется на климатические, почвенные (эдафические), топографические и другие физические факторы, в том числе воздействие волн, морских течений, огня и т. д.

Биотические факторы – это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. В отдельных случаях антропогенные факторы выделяют в самостоятельную группу факторов наряду с абиотическими и биотическими, подчеркивая тем самым чрезвычайное действие антропогенного фактора. Соглашаясь с вышеуказанным мы все же считаем более правильным классифицировать его как часть факторов биотического влияния, так как понятие «биотические факторы» охватывает действие всего органического мира, к которому принадлежит человек.

Совокупность факторов одного рода составляет верхний уровень  понятий. Нижний уровень понятий  связан с познанием отдельных экологических факторов (табл. 2).

Влияние факторов среды определяется, прежде всего их воздействием на обмен веществ организмов. Отсюда все экологические факторы по их действию можно подразделить на прямодействующие и косвеннодействующие. Те и другие могут оказывать существенные воздействия на жизнь отдельных организмов и на все сообщество. Экологические факторы могут выступать то в виде прямодействующего, то в виде косвенного. Каждый экологический фактор характеризуется определенными количественными показателями, например, силой и диапазоном действия. Для разных видов растений и животных условия, в которых они особенно хорошо себя чувствуют, неодинаковы. Например, некоторые растения предпочитают очень влажную почву, другие – относительно сухую. Они требуют сильной жары, другие лучше переносят более холодную среду и т.д.

Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для  жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект – пессимумом, т.е. условия, при которых жизнедеятельность организма максимально угнетается, но он еще может существовать. Так, при выращивании растений при различных температурах точка, при которой наблюдается максимальный рост, и будет оптимумом. В большинстве случаев это некий диапазон температур, составляющий несколько градусов, поэтому лучше здесь говорить о зоне оптимума. Весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которых еще возможен рост, называют диапазоном устойчивости (выносливости) или толерантности. Точки, ограничивающие его, т.е. максимальная и минимальная, пригодные для жизни температуры, - это пределы устойчивости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости по мере приближения к последним растение испытывает все нарастающий стресс, т.е. речь идет о стрессовых зонах или зонах угнетения в рамках диапазона устойчивости (рис. 1). По мере удаления от оптимума вниз и вверх по шкале не только усиливается стресс, а в конечном итоге по достижении пределов устойчивости организмов происходит его гибель.

Рис. 1. Зависимость действия экологического фактора от его интенсивности.

Подобные эксперименты можно  провести и для проверки влияния  других факторов. Результаты графически соответствовать кривой подобного  же типа.

Повторяемость наблюдаемых  тенденций дает возможность сделать  заключение, что здесь речь идет о фундаментальном биологическом  принципе. Для каждого вида растений (животных) существуют оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости или  выносливости в отношении каждого  средового фактора.

При значении фактора, близком  к пределам выносливости или толерантности, организм обычно может существовать лишь непродолжительное время. В  более узком интервале условий  возможно длительное существование  и рост особей. Еще в более узком  диапазоне происходит размножение, и вид может существовать неограниченно  долго. Обычно где-то в средней части  диапазона устойчивости имеются  условия, наиболее благоприятные для  жизнедеятельности, роста и размножения. Эти условия называют оптимальными, в которых особи данного вида оказываются наиболее приспособленными, т. е. оставляют наибольшее число  потомков. На практике выявить такие  условия сложно, и обычно определяют оптимум для отдельных показателей  жизнедеятельности — скорости роста, выживаемости и т. п.

2. Адаптация организмов к факторам среды.

Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону  факторов среды обозначается понятием «экологическая пластичность» (экологическая  валентность) вида. Чем шире диапазон колебаний экологического фактора, в пределах которого данный вид может  существовать, тем больше его экологическая  пластичность.

Виды, способные существовать при небольших отклонениях от фактора, от оптимальной величины, называются узкоспециализированными, а выдерживающие значительные изменения фактора - широкоприспособленными.

 К узкоспециализированным видам относятся, например, организмы пресных вод, нормальная жизнь которых сохраняется при низком содержании солей в среде. Для большинства обитателей морей, наоборот, нормальная жизнедеятельность сохраняется при высокой концентрации солей в окружающей среде. Отсюда пресноводные и морские виды обладают невысокой экологической пластичностью по отношению к солености. В то же время, например, трехиглой колюшке свойственна высокая экологическая пластичность, так как она может жить как в пресных, так и в соленых водах. Экологически выносливые виды называют эврибионтными (eyros — широкий): маловыносливые — стенобионтными (stenos — узкий). Эврибионтность и стенобионтность характеризуют различные типы приспособления организмов к выживанию. Виды, длительное время развивающиеся в относительно стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность и вырабатывают черты стенобионтности, тогда как виды, существовавшие при значительных колебаниях факторов среды, приобретают повышенную экологическую пластичность и становятся эврибионтными (рис.2).

 
 
                    Температура и другие факторы

Рис. 2. Экологическая пластичность видов (по Ю. Одуму, 1975).

Отношение организмов к колебаниям того или иного определенного  фактора выражается прибавлением приставки  «эври-» или «стено-» к названию фактора. Например, по отношению к температуре различают эври- и стенотермные организмы, к концентрации солей — эвристеногалинные, к свету — эври- и стенофотные и др. По отношению ко всем факторам среды эврибионтные организмы встречаются редко. Чаще всего эври- или стенобионтность проявляется по отношению к одному фактору. Так, пресноводные и морские рыбы будут стеногалинными, тогда как ранее названная трехиглая колюшка — типичный эвригалинный представитель. Растение, являясь эвритермным, одновременно может относиться к стеногигробионтам, т. е. быть менее стойким относительно колебаний влажности.

Эврибионтность, как правило, способствует широкому распространению  видов. Многие простейшие, грибы (типичные эврибионты) являются космополитами  и распространены повсеместно. Стенобионтность  обычно ограничивает ареалы. В то же время, нередко благодаря высокой специализированности, сте-нобионтам принадлежат обширные территории. Например, рыбоядная птица скопа (Pandion haliaetus) — типичный стенофаг, а по отношению же к другим факторам является эврибионтом, обладает способностью в поисках пищи передвигаться на большие расстояния и занимает значительный ареал.

Все факторы среды взаимосвязаны, и среди них нет абсолютно  безразличных для любого организма. Популяция и вид в целом  реагируют на эти факторы, воспринимая  их по-разному. Такая избирательность  обусловливает и избирательное  отношение организмов к заселению  той или иной территории.

Различные виды организмов предъявляют неодинаковые требования к почвенным условиям, температуре, влажности, свету и т. д. Поэтому  на разных почвах, в разных климатических  поясах произрастают различные растения. С другой стороны, в растительных ассоциациях формируются разные условия для животных. Приспосабливаясь к абиотическим факторам среды и вступая в определенные биотические связи друг с другом, растения, животные и микроорганизмы распределяются по различным средам и формируют многообразные экосистемы, объединяющиеся в биосферу Земли. Следовательно, к каждому из факторов среды особи и формирующиеся из них популяции приспосабливаются относительно независимым путем. Экологическая валентность их по отношению к разным факторам оказывается неодинаковой. Каждый вид обладает специфическим экологическим спектром, т. е. суммой экологических валентностей по отношению к факторам среды.

3. Совместное действие экологических факторов.

Экологические факторы обычно действуют не поодиночке, а целым  комплексом. Действие одного какого-либо фактора зависит от уровня других. Сочетание с разными факторами  оказывает совместное влияние на проявление оптимума в свойствах  организма и на пределах их существования. Действие одного фактора не заменяется действием другого. Однако при комплексном  воздействии среды можно видеть часто «эффект замещения», который  проявляется в сходстве результатов  воздействия разных факторов. Так  свет не может быть заменен избытком тепла или обилием углекислого  газа,  но действуя изменениями температуры, можно приостановить фотосинтезирование растений или активность у животных и тем самым создать эффект длинного дня. И в то же время это не замещение одного фактора другим, а проявление количественных показателей экологических факторов. Это явление широко используется в практике растениеводства и зоотехнике.

В комплексном действии среды  факторы по своему воздействию неравноценны для организмов. Их можно подразделить на ведущие (главные) и фоновые (сопутствующие, второстепенные). Ведущие факторы  различны для разных организмов, если даже они живут в одном месте. В роли ведущего фактора на разных этапах жизни организма могут выступать то одни, то другие элементы среды. Например, в жизни многих культурных растений, таких как злаки, в период прорастания ведущим фактором является температура, в период колошения и цветения – почвенная влага, в период созревания – количество питательных веществ и влажность воздуха. Роль ведущего фактора в разное время года может меняться. Так в пробуждении активности у птиц (синицы, воробьи) в конце зимы ведущим фактором является свет и, в частности, длина дня, то летом его действие становится равнозначным температурному фактору.

Ведущий фактор может быть неодинаков у одних и тех же видов, живущих в разных физико-географических условиях. Например, активность комаров, мошек, мокрецов в теплых районах определяется комплексом светового режима, тогда как на севере – изменениями температуры.

Понятие о ведущих факторах нельзя смешивать с понятием об ограничивающих факторах. Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма, называется ограничивающим или лимитирующим. Ограничивающее действие фактора будет проявляться и в том случае, когда другие факторы среды благоприятны или даже оптимальны. В роли ограничивающего фактора могут выступать как ведущие, так и фоновые экологические факторы.

Понятие о лимитирующих факторах было введено в 1840 году химиком Ю. Либихом. Изучая влияния на рост растений содержания различных химических элементов  в почве, он сформулировал: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется  урожай и определяется величина, и  устойчивость последнего во времени». Этот принцип известен под названием правила или закона минимума Либиха.

Лимитирующим фактором может  быть не только недостаток, на что указывал Либих, но и избыток таких факторов, как, например, тепло, свет и вода. Как  уже отмечено ранее, организмы характеризуются  экологическим минимумом и экологическим  максимумом. Диапазоны межу этими  двумя величинами принято называть пределами устойчивости, выносливости или толерантности.

Глава 2. Важнейшие абиотические факторы и их взаимодействие с организмами.

2.1. Свет -  как  экологический фактор.

Свет является одним из важнейших абиотических факторов, особенно для фотосинтезирующих зеленых  растений. Солнце излучает в космическое  пространство громадное количество энергии. На границе с земной атмосферы с космосом радиация составляет от 1,98 до 2 кал/см.кв.мин., или 136 МВТ/см.кв. («солнечная постоянная»). Как видно на рисунке 30,42% всей падающей радиации (33%+9%) отражается атмосферой в мировое пространство, 15% поглощается толщей атмосферы и идет на ее нагревание и только 43% достигает земной поверхности. Эта доля радиации состоит из прямой радиации (27%) – почти параллельных лучей, идущих непосредственно от Солнца и несущих наибольшую энергетическую нагрузку, и рассеянной (диффузной) радиации (16%) – лучей поступающих к земле со всех точек небосвода, рассеянных молекулами газов воздуха, капельками водяных паров, кристалликами льда, частицами пыли, а также отраженных вниз от облаков. Общую сумму прямой и рассеянной радиации называют суммарной радиацией.

Свет для организмов служит, с одной стороны, первичным источником энергии, без которого невозможна жизнь, а с другой стороны, прямое воздействие  света на протоплазму смертельно для организма. Таким образом, многие морфологические и поведенческие  характеристики связаны с решением этой проблемы. Эволюция биосферы в целом была направлена главным образом на «укрощение» поступающего солнечного излучения, использование его полезных составляющих и ослабление вредных или на защиту от них. Следовательно, свет – это не только жизненно  важный фактор, но и лимитирующий, как на минимальном, так и максимальных уровнях. С этой точки ни один из факторов так не интересен для экологии, как свет!

Среди солнечной энергии, проникающей в атмосферу Земли, на видимый свет приходится около 50% энергии, остальные 50% составляют тепловые инфракрасные лучи и около 1 % — ультрафиолетовые лучи.  Видимые лучи («солнечный свет») состоят из лучей разной окраски и имеют разную длину волн. Таблица 3Спектр солнечного света

В жизни организмов важны  не только видимые лучи, но и другие виды лучистой энергии, достигающие  земной поверхности: ультрафиолетовые, инфракрасные лучи, электромагнитные (особенно радиоволны) и некоторые  другие излучения. Так, ультрафиолетовые лучи с длиной 0,25—0,30 мкм способствуют образованию витамина D в животных организмах, при длине волны 0,326 мкм в коже человека образуется защитный пигмент, а лучи с длиной волны 0,38—0,40 мкм обладают большей фотосинтетической активностью. Эти лучи в умеренных дозах стимулируют рост и размножение клеток, способствуют синтезу высокоактивных биологических соединений, повышая в растениях содержание витаминов, антибиотиков, увеличивают устойчивость к болезням.

Инфракрасное излучение  воспринимается всеми организмами, например, воздействуя на тепловые центры нервной системы животных организмов, осуществляет тем самым  у них регуляцию окислительных  процессов и двигательные реакции как в сторону предпочитаемых температур, так и от них.

Особое значение в жизни  всех организмов имеет видимый свет. С участием света у растений и  животных протекают важнейшие процессы: фотосинтез, транспирация, фотопериодизм, движение, зрение у животных, прочие процессы (табл. 4).

Таблица 4

На свету происходит образование  хлорофилла и осуществляется важнейший  в биосфере процесс фотосинтеза. Фотосинтезирующая деятельность зеленых растений обеспечивает планету органическим веществом и аккумулированной в нем солнечной энергией — источником возникновения и фактором развития жизни на Земле. Основная реакция фотосинтеза может быть записана следующим образом:

где Н2 Х — «донор» электронов; Н — водород; Х — кислород, сера или другие восстановители (например, сульфобактерии используют в качестве восстановителя H2S, другие же виды бактерий — органическую субстанцию, а большинство зеленых растений, осуществляющих хлорофилльную ассимиляцию, — кислород).

Среди всех лучей солнечного света обычно выделяют лучи, которые, так или иначе, оказывают влияние на растительные организмы, особенно на процесс фотосинтеза, ускоряя или замедляя его протекание. Эти лучи принято называть физиологически активной радиацией (сокращенно ФАР).

Наиболее активными среди  ФАР являются оранжево-красные (0,65—0,68 мкм), сине-фиолетовые (0,40—0,50 мкм) и  близкие ультрафиолетовые (0,38—0,40 мкм). Меньше поглощаются желто-зеленые (0,50—0,58 мкм) лучи и практически не поглощаются  инфракрасные. Лишь далекие инфракрасные принимают участие в теплообмене растений, оказывая некоторое положительное воздействие, особенно в местах с низкими температурами.

Интенсивность фотосинтеза  несколько варьирует с изменением длины волны света. В наземных средах жизни качественные характеристики солнечного света не настолько изменчивы, чтобы это сильно влияло на интенсивность  фотосинтеза, при прохождении же света через воду красная и  синяя области спектра отфильтровываются, и получающийся зеленоватый свет слабо поглощается хлорофиллом. Однако живущие в море красные  водоросли (Rhodophyta) имеют дополнительные пигменты (фикозритрины), которые позволяют им использовать эту энергию и жить на большей глубине, чем зеленые водоросли.

Лучи разной окраски различаются  животными. Например, бабочки при  посещении цветков растений предпочитают красные или желтые, двукрылые  насекомые выбирают белые и голубые. Пчелы проявляют повышенную активность к желто-зеленым, сине-фиолетовым и  фиолетовым лучам, не реагируют на красный, воспринимая его как темноту. Гремучие змеи видят инфракрасную часть  спектра. Для человека область видимых  лучей — от фиолетовых до темно-красных.

Каждое местообитание  характеризуется определенным световым режимом, соотношением интенсивности (силы), количества и качества света.

Интенсивность, или сила света, измеряется количеством калорий или джоулей, приходящихся на 1 см2 горизонтальной поверхности в минуту. Для прямых солнечных лучей этот показатель практически не изменяется в зависимости от географической широты. Существенное же на него влияние оказывают особенности рельефа. Так, на южных склонах интенсивность света всегда больше, чем на северных.

Количество света, определяемое суммарной радиацией, от полюсов к экватору увеличивается.

Для определения светового  режима необходимо учитывать и количество отражаемого света—альбедо. Оно выражается в процентах от общей радиации и зависит от угла падения лучей и свойств отражающей поверхности. Например, снег отражает 85% солнечной энергии, альбедо зеленых листьев клена составляет 10%, а осенних пожелтевших — 28%. 
По отношению к свету различают следующие экологические группы растений: световые (светолюбы), теневые (тенелюбы) и теневыносливые.

Световые виды (гелиофиты) обитают на открытых местах с хорошей освещенностью, в лесной зоне встречаются редко. Они образуют обычно разреженный и невысокий растительный покров, чтобы не затенять друг друга. Свет оказывает влияние на рост растений.

Теневые растения (сциофиты) не выносят сильного освещения, живут в постоянной тени под пологом леса. Это главным образом лесные травы. При резком освещении, например на вырубках, они проявляют явные признаки угнетения и часто погибают.

Теневыносливые  растения (факультативные гелиофиты) живут при хорошем освещении, но легко переносят незначительное затенение. Это большинство растений лесов. Расположение листовых пластинок в пространстве значительно варьирует в условиях избытка и недостатка света.

Интенсивность света, падающего  на автотрофный ярус, управляет всей экосистемой, влияя на первичную  продукцию. Как у наземных, так  и у водных растений интенсивность  фотосинтеза связана с интенсивностью света линейной зависимостью до оптимального уровня светового насыщения, за которым  во многих случаях следует снижение интенсивности фотосинтеза, при  высоких интенсивностях прямого  солнечного света. Таким образом, здесь  вступает в действие компенсация  факторов: отдельные растения и целые  сообщества приспосабливаются к  разным интенсивностям света, становясь  «адаптированными к тени» или  «адаптированными к прямому солнечному свету».

Интенсивность освещения  влияет на активность животных, определяя  среди них виды, ведущие сумеречный, ночной и дневной образ жизни. Ориентация на свет осуществляется в  результате «фототаксисов»: положительного (перемещение в сторону наибольшей освещенности) и отрицательного (перемещение в сторону наименьшей освещенности). Пример: Так, в сумерки летают бабочки бражника, охотится еж. Майские хрущи начинают летать только в 21—22 ч и заканчивают лет после полуночи, комары же активны с вечера до утра. Ночной образ жизни ведет куница. Бесшумно, обследуя одно дерево за другим, отыскивает она гнезда белок и нападает на спящих зверьков.