Что относят к экологическим факторам. Экологические факторы среды. Реакция организма на изменение экологических факторов
Экологические факторы
Взаимодействие человека и среды его обитания было объектом изучения медицины во все времена. Для оценки влияний различных условий среды был предложен термин «экологический фактор», который широко используктся в экологической медицине.
Фактор (от латинского factor - делающий, производящий) – причина, движущая сила какого-либо процесса, явления, определяющая его характер или определённые черты.
Экологический фактор – это любое воздействие окружающей среды, которое может оказывать прямое или косвенное воздействие на живые организмы. Экологический фактор – это условие среды, на которое живой организм реагирует приспособительными реакциями.
Экологические факторы определяют условия существования организмов. Условия существования организмов и популяций можно рассматривать как регулирующие экологические факторы.
Не все экологические факторы (например, свет, температура, влажность, наличие солей, обеспеченность биогенными элементами и т. д.) одинаково важны для успешного выживания организма. Взаимоотношения организма со средой представляют собой сложный процесс, в котором можно выделить наиболее слабые, "уязвимые" звенья. Те факторы, которые являются критическими или лимитирующими для жизнедеятельности организма, вызывают наибольший интерес прежде всего с практической точки зрения.
Идея о том, что выносливость организма определяется самым слабым звеном среди
всех его потребностей, впервые была высказана К. Либихом в 1840 г. Он сформулировал принцип, который известен как закон минимума Либиха: "Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени".
Современная формулировка закона Ю.Либиха звучит следующим образом: «Жизненные возможности экосистемы лимитируются теми из экологическимх факторов среды, количество и качество которых близки к необходимому экосистеме минимуму, снижение их ведет к гибели организма или разрушению экосистемы».
Принцип, первоначально сформулированный К. Либихом, в настоящее время распространен на любые экологические факторы, но он дополнен двумя ограничениями:
Относится только к системам, находящимся в стационарном состоянии;
Относится не только к одному фактору, но и к комплексу факторов, различных по своей природе и взаимодействующих в своем влиянии на организмы и популяции.
По сложившимся представлениям, лимитирующим считают такой фактор, по которому для достижения заданного (достаточно малого) относительного изменения отклика требуется минимальное относительное изменение этого фактора.
Наравне с влиянием недостатка, "минимума" экологических факторов, негативным может быть и влияние избытка, т. е. максимума факторов, таких как тепло, свет, влага. Представления о лимитирующем влиянии максимума наравне с минимумом ввел В. Шелфорд в 1913г., сформулировавший этот принцип как "закон толерантности": Лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма по отношению к данному фактору.
Закон толерантности, сформулированный В. Шелфордом, был дополнен рядом положений:
Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий - в отношении другого;
Наиболее широко распространены организмы с большим диапазоном толерантности;
Диапазон толерантности для одного экологического фактора может зависеть от других экологических факторов;
Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то это сказывается и на диапазоне толерантности для других экологических факторов;
Пределы толерантности существенно зависят от состояния организма; так, пределы толерантности для организмов в период размножения или на ранней стадии развития стадии обычно уже, чем для взрослых;
Диапазон между минимумом и максимумом экологических факторов принято называть пределами или диапазоном толерантности. Для обозначения пределов толерантности к условиям среды обитания используют термины "эврибионтный" - организм с широким пределом толерантности - и "стенобионтный" - с узким.
На уровне сообществ и даже видов известно явление компенсации факторов, под которым понимают способность приспосабливаться (адаптироваться) к условиям среды так, чтобы ослабить лимитирующее влияние температуры, света, воды и других физических факторов. Виды с широким географическим распространением почти всегда образуют адаптированные к местным условиям популяции - экотипы. По отношению к людям существует термин экологический портрет.
Известно, что не все природные экологические факторы одинаково важны, для жизнедеятельности человека. Так, наиболее существенными считают интенсивность солнечной радиации, температуру и влажность воздуха, концентрацию кислорода и углекислого газа в приземном слое воздуха, химический состав почвы и воды. Важнейшим экологическим фактором является пищевой. Для поддержания жизнедеятельности, для роста и развития, размножения и сохранения популяции людей необходима энергия, которая получается из окружающей среды в виде пищи.
Существует несколько подходов к классификации экологических факторов.
По отношению к организму экологические факторы делят на: внешние (экзогенные) и внутренние (эндогенные). Считается, что внешние факторы, действуя организм, сами не подвержены или почти не подвержены его влиянию. К ним относят факторы внешней среды.
Внешние экологические факторы по отношению к экосистеме и к живым организмам являются воздействием. Реакция экосистемы, биоценоза, популяций и отдельных организмов на эти воздействия называется откликом. От характера отклика на воздействие зависит способность организма приспосабливаться к условиям окружающей среды, адаптироваться и приобретать устойчивость к влиянию различных факторов среды, в том числе неблагоприятных воздействий.
Существует также такое понятие как летальный фактор (от лат. - letalis – смертельный). Это экологический фактор, действие которого приводит к гибели живых организмов.
При достижении определенных концентраций летальными факторами могут выступать многие химические и физические загрязнители.
Внутренние факторы соотносятся со свойствами самого организма и образуют его, т.е. входят в ее состав. Внутренние факторы - это численность и биомасса популяций, количество различных химических веществ, характеристики водной или почвенной массы и т. п.
По критерию "жизни" экологические факторы делят на биотические и абиотические.
К последним относят неживые компоненты экосистемы и ее внешней среды.
Абиотические факторы среды - компоненты и явления неживой, неорганической природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы: климатические, почвенные и гидрографические факторы. Основными абиотическими факторами среды являются температура, свет, вода, соленость, кислород, электромагнитные характеристики, почва.
Абиотические факторы делятся на:
Физические
Химические
Биотические факторы (от греческого biotikos - жизненный) - факторы живой среды, влияющие на жизнедеятельность организмов.
Биотические факторы делятся на:
Фитогенные;
Микробогенные;
Зоогенные:
Антропогенные (социально-культурные).
Действие биотических факторов выражается в форме взаимовлияний одних организмов на жизнедеятельность других организмов и всех вместе на среду обитания. Различают: прямые и косвенные взаимоотношения между организмами.
В последние десятилетия все чаще употребляется термин антропогенные факторы, т.е. вызванные человеком. Антропогенные факторы противопоставляют природным, или естественным факторам.
Антропогенным фактором называют совокупность экологических факторов и воздействий, обусловленных человеческой деятельностью в экосистемах и биосфере в целом. Антропогенный фактор - непосредственное воздействие человека на организмы или воздействие на организмы через изменение человеком их среды обитания.
Экологические факторы делятся также на:
1. Физические
Природные
Антропогенные
2. Химические
Природные
Антропогенные
3. Биологические
Природные
Антропогенные
4. Социальные (социально-психологические)
5. Информационные.
Экологические факторы делятся также на климато-географические, биогеографические, биологические, а также почвенные, водные, атмосферные и т. п.
Физические факторы.
К физическим природным факторам относятся:
Климатические, в том числе микроклимат местности;
Естественный радиационный фон;
Рельеф местности;
Физические факторы делятся на:
Механические;
Вибрацию;
Акустические;
ЭМ-излучение.
Физические антропогенные факторы:
Микроклимат населённых пунктов и помещений;
Загрязнение среды электоромагнитным излучением (ионизирующим и неионизирующим);
Шумовое загрязнение среды;
Тепловое загрязение среды;
Деформированность видимой среды (изменение рельефа местности и цветовой гаммы в населённых пунктах).
Химические факторы.
К природным химическим факторам относятся:
Химический состав литосферы:
Химический состав гидросферы;
Химический состав атмосферы,
Химический состав пищи.
Химический состав литосферы, атмосферы и гидросферы зависит от природного состава + выброс химических веществ в результате геологических процессов (например, примеси сероводорода в результате извержения вулана) и жизнедеятельности живых организмов (например, примеси в воздухе фитонцидов, терпенов).
Антропогенные химические факторы:
Хозяйственно-бытовые отходы,
Синтетические материалы, используемые в быту, сельском хозяйстве и промышленном производстве,
Продукты фармацевтической промышленности,
Пишевые добавки.
Действие химических факторов на организм человека может быть обусловлено:
Избытком или недостатком содержания естественных химических элементов в
окружающей среде (природные микроэлементозы);
Избытком содержания естественных химических элементов в окружающей
среде, связанным с деятельностью человека (антропогенное загрязненеие),
Присутствием в окружающей среде несвойственных ей химических элементов
(ксенобиотиков) вследствие антропогенного загрязнения.
Биологические факторы
Биологические, или биотические (от греческого biotikos – жизненный) экологические факторы - факторы живой среды, влияющие на жизнедеятельность организмов. Действие биотических факторов выражается в форме взаимовлияний одних организмов на жизнедеятельность других, а также их совместного влияния на среду обитания.
Биологические факторы:
Бактерии;
Растения;
Простейшие;
Насекомые;
Безпозвоночные (в том числе гельминты);
Позвоночные.
Здоровье человека не определяется полностью приобретенными в онтогенезе биологическими и психологическими свойствами. Человек – существо социальное. Он живёт в обществе, управляемом с помощью государственных законов, с одной стороны, с другой, - с помощью так называемых общепринятых законов, моральных установок, правил поведения, в том числе предполагающих различные ограничения и т.д.
Социум с каждым годом становиться всё сложнее и оказывает всё большее влияние на здоровье личности, популяции, общества. За пользование благами цивилизованного общества человек должен жить в жёсткой зависимости от принятого в социуме образа жизни. За эти блага, часто очень сомнительные, личность платит частью своей свободы, или же полностью всей свободой. А личность несвободная, зависимая не может быть полностью здоровой и счастливой. Какая-то часть свободы человека, отдаваемая технокритическому обществу в обмен на преимущества цивилизованной жизни, постоянно держит его в состоянии нервнопсихического напряжения. Постоянное нервно-психическое перенапряжение и перенапряжение ведёт к уменьшению психической устойчивости за счёт снижения резервных возможностей нервной системы. К тому же существует множество социальных факторов, которые могут привести к срыву адаптационных возможностей человека и развитию различных болезней. К ним относятся и социальная неустроенность, неуверенность в завтрашнем дне, моральная угнетённость, которые расцениваются в качестве ведущих факторов риска.
Социальные факторы
Социальные факторы делятся на:
1. социальный строй;
2. производственная сфера (промышленность, сельское хозяйство);
3. бытовая сфера;
4. образование и культура;
5. народонаселение;
6. ЗО и медицина;
7. др. сферы.
Существует также следующая группировка социальных факторов:
1. Социальная политика, формирующая социотип;
2. Социальное обеспечение, оказывающее непосредственное влияние на формирование здоровья;
3. Экологическая политика, формирующая экотип.
Социотип – косвенная характеристика интегрального социального груза по совокупности факторов социальной среды.
Социотип включаетв себя:
2. условия труда, отдыха и быта.
Всякий экологический фактор по отношению к человеку может быть: а) благоприятным - способствующим его здоровью, развитию и реализации; б) неблагоприятным, ведущим к его болезни и деградации, в) оказывающим влияние и того и другого рода. Не менее очевидно также, что в реальности большинство воздействий относятся к последнему типу, имея как позитивные, так и негативные стороны.
В экологии существует закон оптимума, согласно которому любой экологический
фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы. Оптимальный фактор - наиболее благоприятная для организма интенсивность экологического фактора.
Воздействия могут различаться также по масштабу: одни затрагивают все население страны в целом, другие - жителей того или иного региона, третьи - выделяемые по демографическим характеристикам группы, четвертые - отдельного гражданина.
Взаимодействие факторов - одновременное или последовательное суммарное воздействие на организмы различных природных и антропогенных факторов, приводящее к ослаблению, усилению или видоизменению действия отдельного фактора.
Синергизм - комбинированное воздействие двух или более факторов, характеризующееся тем, что их совместное биологическое действие значительно превышает эффект каждого компонента и их суммы.
Следует понять и запомнить, что основной вред здоровью наносят не отдельные экологические факторы, а совокупная интегральная средовая нагрузка на организм. Она состоит из экологического груза и социального груза.
Экологический груз – совокупность неблагоприятных для здоровья человека факторов и условий природной и техногенной среды. Экотип – косвенная характеристика интегрального экологического груза по совокупности факторов природной и техногенной среды.
Для оценок экотипа необходимы гигиенические данные о:
Качестве жилья,
Воздуха,
Почвы, продуктов питания,
Лекарств и т.д.
Социальный груз – совокупность неблагоприятных для здоровья человека факторов и условий социальной жизни.
Факторы окружающей среды, формирующие здоровье населения
1. Климато-географические характеристики.
2. Социально-экономические характеристики места жительства (город, село).
3. Санитарно-гигиенические характеристики окружающей среды (воздуха, воды, почвы).
4. Особенности питания населения.
5. Характеристика трудовой деятельности:
Профессия,
Санитарно-гигиенические условия труда,
Наличие профессиональных вредностей,
Психологический микроклимат на службе,
6. Семейно-бытовые факторы:
Характер жилья,
Средний доход на 1 члена семьи,
Организация семейного быта.
Распределение внерабочего времемни,
Психологический климат в семье.
Показатели, характеризующие отношение к состоянию здоровья и определяющие активность по его поддержанию:
1. Субъективная оценка собственного здоровья (здоровый, больной).
2. Определение места личного здоровья и здоровья членов семьи в системе индивидуальных ценностей (иерархии ценностей).
3. Информированность о факторах, способствующих сохранению и укреплению здоровья.
4. Наличие вредных привычек и зависимостей.
Экология и биосфера
1. Назвать группы экологических факторов и привести примеры. В чем состоит особенность деятельности человека как экологического фактора
Элементы окружающей среды, оказывающие влияние на живые организмы, называются экологическими факторами. Они подразделяются:
1. Абиотический;
2. Биотический;
3. Антропогенный.
К числу абиотических факторов относятся элементы неживой природы: свет, температура, влажность, осадки, ветер, атмосферное давление, радиационный фон, химический состав атмосферы, воды, почвы и тому подобное.
Биотическими факторами являются живые организмы (бактерии, грибы, растения, животные), вступающие во взаимодействие с данным организмом.
К антропогенным факторам относятся особенности среды, обусловленные трудовой деятельностью человека. По мере роста народонаселения и технической вооруженности человечества удельный вес антропогенных факторов постоянно возрастает.
В процессе природопользования человечество ежегодно перемещает на нашей планете более 4 трлн. тонн вещества, создает тысячи новых химических соединений, большинство из которых не включается в круговорот веществ и, в конечном счете, накапливается в биосфере, вызывая ее загрязнение. В результате промышленной деятельности происходит загрязнение природной среды, сокращение уровня солнечной радиации над крупными географическими регионами.
Взаимосвязь группы крови и характера человека
Высшая нервная деятельность
В течение многих веков люди задумывались над удивительной приспособленностью поведения животных и условиям обитания. В 1863 году вышла книга И.М. Сеченова "Рефлексы головного мозга", объяснявшая эти явления...
Высшая нервная деятельность
И.П. Павлов и В.М. Бехтерев установили, что закономерности образования условных рефлексов и торможения в основных чертах одинаковы у животных и человека. В тоже время И.П. Павлов не раз указывал...
Живые организмы и окружающая среда
Деятельность человека может неблагоприятно влиять на живые организмы, и вызывать исчезновение определенных видов (пример с черепахой). В этом разделе мы рассмотрим, каким образом некоторые виды деятельности человека...
Морфологическая конституция человека. Проблема связи с психологическими характеристиками личности
«Каждый человек морфологически уникален, так как неповторима наследственная программа, реализованная в его онтогенезе, специфичны и условия среды, контролирующие реализацию генотипа в фенотип...
Наследственность, гены, здоровье
Наследственные болезни представлены практически во всех медицинских специальностях. Это многочисленные болезни внутренних органов, обмена веществ, крови, эндокринной системы, печени, глаз, мочеполовой системы...
Нокаут генов
Существует много примеров использования классического нокаута генов для изучения биологических функций индивидуальных генов или семейств генов. Рассмотрим лишь некоторые из них. Изучение функций генов. 1) Ген Nuk...
ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЕМЕЙСТВА РОЗОЦВЕТНЫЕ Растения семейства розоцветных распространены по всей Земле, но наиболее многообразны они в тропических областях северного полушария...
Подсемейство розанные. Биологические особенности и значение
Подсемейство розовых дало человечеству огромное количество полезных растений. С древнейших времен население земного шара употребляет в пищу плоды многих рубусов: малину (виды подрода Idaeobatus), ежевику (темноплодные виды...
Рост и развитие растений
Рост и развитие растений
На рост растений оказывают влияние многие факторы внешней среды. Прежде всего это физические факторы: свет(его интенсивность, качество, продолжительность и периодичность), температура(величина и периодичность), сила тяжести, газовый состав...
Шимпанзе и человек
Игры животных уже давно служат объектами интенсивных зоопсихологических и этологических исследований...
Экология и биосфера
Все виды взаимоотношений между организмами можно подразделить на конкуренцию, хищничество, антибиоз и симбиоз. Конкурентные взаимоотношения возникают между организмами в том случае...
Экология и биосфера
Смена биогеоценоза (сукцессия) - это направленная и непрерывная последовательность появления и исчезновения популяций разных видов в данном биотипе. Чем полнее круговорот в биогеоценозе, тем он устойчивее и долговечнее...
Экология и биосфера
Живое вещество играет ведущую роль в круговороте веществ в природе и осуществляет важнейшие биохимические функции: · Газовая функция заключается в поглощении растениями диоксида углерода и выделении кислорода в процессе фотосинтеза (при...
Термин «экология» ввел в науку немецкий ученый Эрнст Геккель (E. Haeckel) в 1869 г. Формальное определение дать довольно легко, поскольку слово «экология» происходит от греческих слов «ойкос» - жилище, убежище и «логос» - наука. Поэтому экологию часто определяют как науку об отношениях между организмами или группами организмов (популяций, видов) с окружающей их средой. Иначе говоря, предмет экологии - это совокупность связей между организмами и условиями их существования (средой), от которых зависит успешность их выживания, развития, размножения, распространения, конкурентоспособность.
В ботанике термин «экология» первым употребил датский ботаник Е. Варминг в 1895 г.
В широком смысле под средой (или окружающей средой) понимают совокупность материальных тел, явлений и энергии, волн и полей, так или иначе влияющих на . Однако разные среды далеко не одинаково воспринимаются живым организмом, поскольку значение их для жизни различно. Среди них есть практически безразличные для растений, например - инертные газы, содержащиеся в атмосфере. Другие элементы среды, напротив, оказывают заметное, часто - существенное влияние на растение. Их называют экологическими факторами. Таковыми являются, например, свет, вода в атмосфере и в почве, воздух, засоление грунтовых вод, естественная и искусственная радиоактивность и т. д.). С углублением наших знаний перечень экологических факторов расширяется, поскольку в ряде случаев обнаруживается, что растения способны реагировать на элементы среды, ранее считавшиеся безразличными (например, магнитное поле , сильное шумовое воздействие, электрические поля и т. д.).
Классификация экологических факторов
Классифицировать экологические факторы можно в разных понятийных системах координат.
Различают, например, ресурсные и нересурсные экологические факторы. Ресурсные факторы - это вещество и (или) , вовлекаемые в биологический круговорот растительным сообществом (например, свет, вода, содержание в почве элементов минерального питания и т. д.); соответственно, нересурсные факторы не участвуют в циклах трансформации вещества и энергии и экосистемах (например, рельеф).
Различают также прямодействующие и косвеннодействующие экологические факторы. Первые непосредственно влияют на обмен веществ, формообразовательные процессы, рост и развитие (свет), вторые влияют на организм через изменение других факторов (например, трансабиотические и трансбиотические формы взаимодействий). Поскольку в разных экологических ситуациях многие факторы могут выступать и как прямодействующие, и как косвеннодействующие, лучше говорить не о разделении факторов, а о прямом или косвенном их действии на растение.
Наиболее широко используется классификация экологических факторов по их происхождению и характеру действия:
I. Абиотические факторы:
а) климатические - свет, тепло, (его состав и движение), влага (включая осадки в разных формах, влажность воздуха) и т. д.;
б) эдафические (или почвенно-грунтовые) - физические (гранулометрический состав, водопроницаемость) и химические (рН почв, содержание в них элементов минерального питания, макро- и микроэлементов и т.д.) свойства почв;
в) топографические (или орографические) - условия рельефа.
II. Биотические факторы:
а) фитогенные - прямое и косвенное воздействие растений-сообитателей;
б) зоогенные - прямое и косвенное влияние животных (поедание, вытаптывание, деятельность землероев, опыление, распространение плодов и семян);
в) прокариотогенные факторы - влияние бактерий и сине-зелёных водорослей (отрицательное воздействие фитопатогенных бактерий, положительное воздействие свободноживущих и симбиотически связанных азотфиксирующих бактерий, актиномицетов и цианей);
Подробнее о биотических факторах можно почитать с статье
Специфические формы воздействия человека на растительный покров, их направленность, масштабы позволяют выделять и антропогенные факторы.
III. Антропогенные факторы, связанные с многосторонними формами сельскохозяйственной деятельности человека (выпас, сенокошение), его промышленной деятельности (выбросы газов в , строительство, добыча полезных ископаемых, транспортные коммуникации и трубопроводы), с освоением космоса и рекреационной деятельностью.
В эту простейшую классификацию укладываются далеко не все, а только главные экологические факторы. Есть и другие, менее существенные для жизни растения (атмосферное электричество, магнитное поле Земли, ионизирующее излучение и др.).
Заметим, однако, что приведенное деление в определенной степени условно, поскольку (и это важно подчеркнуть как в теоретическом, так и практическом отношении) среда воздействует на организм как единое целое, а разделение факторов и их классификация есть не что иное, как методический прием, облегчающий познание и изучение закономерностей взаимосвязей растения и среды.
Общие закономерности влияния экологических факторов
Влияние экологических факторов на живой организм весьма многообразно. Одни факторы - ведущие - оказывают более сильное воздействие, другие - второстепенные - действуют слабее; одни факторы влияют на все стороны жизни растения, другие - на какой-либо определенный жизненный процесс. Тем не менее можно представить общую схему зависимости реакции организма под воздействием экологического фактора.
Если по оси абсцисс (X) будет отложена интенсивность фактора в своем физическом выражении ( , концентрация солей в почвенном растворе, рН, освещенность местообитания и т. д.), а по оси ординат (У) - реакция организма или популяции на этот фактор в ее количественном выражении (интенсивность того или иного физиологического процесса - фотосинтеза, поглощения воды корнями, роста и т. д.; морфологическая характеристика - высота растения, размеры листьев, количество продуцируемых семян и т. д.; популяционные характеристики - численность особей на единицу площади, частота встречаемости и т. д.), мы получаем следующую картину.
Диапазон действия экологического фактора (область толерантности вида) ограничен точками минимума и максимума, которые соответствуют крайним значениям данного фактора, при котором возможно существование растения. Точка на оси абсцисс, соответствующая наилучшим показателям жизнедеятельности растения, означает оптимальную величину фактора - это точка оптимума. В связи с трудностями в точном определении этой точки обычно говорят о некоторой зоне оптимума, или о зоне комфорта. Точки оптимума, минимума и максимума составляют три кардинальные точки, определяющие возможности реакции вида на данный фактор. Крайние участки кривой, выражающие состояние угнетения при резком недостатке или избытке фактора, называют областями пессимума; им соответствуют пессимальные значения фактора. Вблизи критических точек лежат сублетальные величины фактора, а за пределами зоны толерантности - летальные.
Виды различаются друг от друга положением оптимума в пределах градиента экологического фактора. Например, отношение к теплу у арктических и тропических видов. Различной может быть и ширина диапазона действия фактора (или зоны оптимума). Есть виды, например, для которых оптимален низкий уровень освещенности (пещерные мохообразные) либо относительно высокий уровень освещенности (высокогорные альпийские растения). Но известны и виды, одинаково хорошо растущие и при полной освещенности, и при значительном затенении (например, ежа сборная - Dactylis glomerata).
Точно так же одни луговые травы предпочитают почвы с определенным, довольно узким диапазоном кислотности, другие хорошо растут в широком диапазоне рН - от сильнокислого до щелочного. Первый случай свидетельствует об узкой экологической амплитуде растений (они являются стенобионтными или стенотопными), второй - о широкой экологической амплитуде (растения эврибионтные или эвритопные). Между категориями эвритопности и стенотопности лежит ряд промежуточных качественных категорий (гемиэвритопные, гемистенотопные).
Широта экологической амплитуды по отношению к разным экологическим факторам часто бывает различной. Можно быть стенотопным по отношению к одному фактору и эвритопным по отношению к другому: например, растения могут быть приурочены к узкому диапазону температур и широкому диапазону солености.
Взаимодействие экологических факторов
Факторы среды воздействуют на растение совместно и одновременно, причем действие одного фактора в большой степени зависит от «экологического фона», т. е. от количественного выражения других факторов. Это явление взаимодействия факторов хорошо видно на примере эксперимента с водным мхом Fontinalis. В этом эксперименте наглядно показано, что освещенность по-разному действует на интенсивность фотосинтеза при разном содержании СO 2 в .
Эксперимент также показывает, что сходный биологический эффект может получиться при частичной замене действия одного фактора другим. Так, одна и та же интенсивность фотосинтеза может быть достигнута или увеличением освещенности до 18 тысяч люкс, или, при более низкой освещенности - повышением концентрации СO 2 .
Здесь проявляется частичная взаимозаменяемость действия одного экологического фактора другим. В то же время ни один из необходимых экологических факторов не может быть заменен другим: зеленое растение нельзя вырастить в полной темноте даже при очень хорошем минеральном питании или на дистиллированной воде при оптимальном тепловом режиме. Иными словами, существует частичная заменяемость основных экологических факторов и вместе с тем их полная незаменимость (в этом смысле иногда говорят также об их равнозначной важности для жизни растения). Если значение хотя бы одного из необходимых факторов выходит за пределы диапазона толерантности (ниже минимума и выше максимума), то существование организма становится невозможным.
Лимитирующие факторы
В случае, если какой-либо из факторов, составляющих условия существования, имеет пессимальное значение, то он ограничивает действие остальных факторов (сколь бы благоприятными они ни были) и определяет конечный результат действия среды на растение. Изменить этот конечный результат можно только воздействуя на ограничивающий фактор. Этот «закон ограничивающего фактора» вначале был сформулирован в агрохимии немецким агрохимиком, одним из основоположников агрохимии Юстусом Либихом в 1840 году и поэтому часто называется законом Либиха.
Им было замечено, что при недостатке в почве или питательном растворе одного из необходимых химических элементов, никакие удобрения, содержащие другие элемёнты, на растение не действуют, и только добавление «ионов в минимуме» дает прибавку урожая. Многочисленные примеры действия ограничивающих факторов не только в эксперименте, но и в природе показывают, что это явление имеет общеэкологическое значение. Один из примеров действия «закона минимума» в природе - угнетение травянистых растений под пологом буковых лесов, где при оптимальном тепловом режиме, повышенном содержании углекислого газа, достаточно богатых почвах и прочих оптимальных условиях возможности развития трав ограничиваются резким недостатком света.
Выявление «факторов в минимуме» (и в максимуме) и устранение их ограничивающего действия, иными словами, оптимизация среды для растений, составляют важную практическую задачу в рациональном использовании растительного покрова.
Аутэкологический и синэкологический ареал и оптимум
Отношение растений к экологическим факторам тесно зависит от влияния других растений-сообитателей (в первую очередь - от конкурентных отношений с ними). Часто имеет место ситуация, когда вид может успешно произрастать в широком диапазоне действия какого-либо фактора (что определяется экспериментально), но присутствие сильного конкурента вынуждает его ограничиваться более узкой зоной.
Например, сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) имеет очень широкий экологический ареал по отношению к почвенным факторам, но в таежной зоне образует леса главным образом на сухих бедных песчаных почвах или на сильно переувлажненных торфяниках, т. е. там, где отсутствуют конкурирующие древесные породы. Здесь реальное положение оптимумов и областей толерантности различно для растений, испытывающих или не испытывающих биотическое влияние. В связи с этим различают экологический оптимум вида (при отсутствии конкуренции) и фитоценотический оптимум, соответствующий реальной позиции вида в ландшафте или биоме.
Кроме положения оптимума различают пределы выносливости вида: экологический ареал (потенциальные пределы распространения вида, определяемые только его отношением к данному фактору) и реальный фитоценотический ареал.
Часто в этом контексте говорят о потенциальном и реальном оптимуме и ареале. В зарубежной литературе пишут также о физиологическом и экологическом оптимуме и ареале. Лучше говорить об аутэкологическом и синэкологическом оптимуме и ареале вида.
У разных видов соотношение экологического и фитоценотического ареалов различно, но всегда экологический шире фитоценотического. В результате взаимодействия растений происходит сужение ареала и часто смещение оптимума.
Экологические факторы - совокупность определенных условий окружающей среды и ее элементов, способных оказывать воздействие на организмы, взаимодействующие с этой средой. Каждый организм в свою очередь соответствующим образом реагирует на эти воздействия и вырабатывает приспособительные меры. Именно экологические факторы определяют возможность существования и нормальной жизнедеятельности организмов. Однако наиболее часто живые существа подвергаются воздействию не одного, а нескольких факторов одновременно. Это, несомненно, оказывает специфическое воздействие на способность к приспособлению.
Классификация
По своему происхождению выделяют следующие экологические факторы:
1. Биотические.
2. Абиотические.
3. Антропогенные.
Первая группа состоит из взаимоотношений различных живых организмов друг с другом, а также включает их общее воздействие на окружающую среду. Кроме того, взаимодействие живых организмов может привести к изменению абиотических факторов, например, изменению состава почвенных покровов, а также микроклиматических условий среды. Среди биотических факторов выделяют две группы: зоо- и фитогенные. Первые отвечают за воздействие различных видов животных друг на друга и на окружающий мир, вторые, в свою очередь, - за действие растительных организмов на окружающую среду и взаимодействие их между собой. Необходимо отметить, что воздействие животных или растений в пределах одного конкретного вида также носит значимый характер и исследуется наравне с межвидовыми связями.
Вторая группа включает в себя экологические факторы, которые иллюстрируют взаимодействие неживой природы и живых организмов, осуществляемые посредством прямого или косвенного влияния. Различают химические, климатические, гидрографические, пирогенные, орографические и эдафические факторы. Они отражают воздействия всех четырех стихий: воды, земли, огня и воздуха. Третья группа факторов показывает уровень воздействия процессов жизнедеятельности человека на окружающую среду, а также животный и растительный мир. К данной категории относят прямое и косвенное воздействие, которое заключается в любых формах жизнедеятельности человеческого общества. Например, разработка земляных покровов, создание новых видов и уничтожение имеющихся, корректировка численности особей, загрязнение окружающей среды и многое другое.
Биосистема
Из совокупности условий и факторов, а также видов, присутствующих в конкретном регионе, складывается биосистема. Она наглядно иллюстрирует все взаимосвязи между организмами и элементами неживой природы. Структура биосистемы может иметь сложный и запутанный вид, поэтому в некоторых случаях удобнее пользоваться особой формой, которая носит название "Экологическая пирамида". Подобную графическую модель разработал англичанин Ч. Элтон в 1927 году. Различают три типа пирамид, каждая из которых отражает либо численность популяций (пирамида чисел), либо общее число затрачиваемой биомассы (пирамида биомасс), либо же запас заключенной в организмах энергии (пирамида энергии).
Наиболее часто построение подобных структур имеет пирамидальную форму, откуда, собственно, и произошло название. Однако в некоторых случаях можно столкнуться с так называемой перевернутой пирамидой. Это означает, что численность консументов превосходит численность продуцентов.
Не насыщая пищей чрева,
Жует себя двадцатый век
И рубит, рубит жизни древо,
Как беспощадный дровосек...
Великий разум! Запрети ты
Рубить хотя б последний сук.
Многие виды деятельности человека можно считать особыми экологическими факторами, которые получили название антропогенных; масштаб действия антропогенных факторов становится способными с действием геологических сил; биосфера реагирует на воздействие антропогенных факторов сокращением численности видов, обеднением генофонда популяций, изменением направления действия естественного отбора, вымиранием видов.
Планета в целом, биосфера и общество экологически неделимы, поэтому экологические проблемы выступают как общечеловеческие. Однако в каждом регионе они проявляются и решаются по-своему, в зависимости от типа экосистем, конкретных физико-географических и социально-экономических условий, С другой стороны, локальные экологические ситуации, хотя и имеют значение, могут быть успешно решены только с учетом глобального подхода.
1. В конце кайнозойской эры в ряде областей планеты произошли важные изменения климата – началось похолодание и осушение. Это привело к тому, что на смену лесам пришли открытые пространства. Обитающие ранее в лесных зарослях и перешедшие к жизни на открытых пространствах живые организмы под действием экологических факторов приобрели новые свойства и признаки: развилась строительная деятельность (полевки, песчанки); возник кочевой образ жизни, миграции, увеличились размеры стада (в стаде лесных животных лосей всего 20¸30 голов, а жители открытых пространств олени собираются в тысячные стада). На смену ночному пришел дневной образ жизни, усложнились иерархические связи в стаде, сторожевые функции стали выполняться попеременно каждым его членом. Полагают, что предки человека – лесные животные – в новых условиях попали в трудные обстоятельства. Главными из ним были: исчезновение многих растений тропических лесов, которые служили пищей, невозможность хищничества из-за отсутствия клыков, когтей как средств нападения и защиты; низкая скорость передвижения по сравнению с большинством четвероногих животных того же размера; низкая рождаемость, длительность развития детенышей.
Это привело к развитию у предков человека по мере освоения наземного образа жизни признаков человеческого рода – прямохождения, усложнения орудийной деятельности, совершенствования строения руки, усложнения нервной деятельности. С точки зрения геологии, это произошло совсем недавно.
Успех в борьбе за существования мог быть обеспечен только за счет значительного превосходства умственных способностей по сравнению со всеми животными, которые нападали на предлюдей или могли быть их добычей. Естественный отбор благоприятствовал развитию человеческого мозга.
У наиболее ранних непосредственных предшественников или даже представителей древнейших людей – австралопитеков лица были уже относительно плоские, надбровные дуги выступали вперед, а значительную часть лица занимала мощная нижняя челюсть. Жили они на открытых пространствах и имели сложную иерархию. Именно у австралопитеков зародилась орудийная деятельность как форма биологической адаптации и как новой этап эволюции. Ученые полагают, что первое каменное орудие было изготовлено около трех миллионов лет назад. На рисунке 30 показаны кремневые орудия, обработанные по различной технологии.
На этом этапе стадо предлюдей стало приобретать черты человеческого общества, а предлюди – черты людей. Зародились разнообразные способы коммуникации, развилась дневная активность, человек начал использовать огонь.
Использование огня – первый антропогенный фактор, первая кострище привело к первым неблагоприятным последствиям для живого.
Неандерталец уже строил жилище – хижины на 10¸12 человек, научился жить в любом климате.
Развитие земледелия (рисунок 31) и одомашнивание животных (рис. 32) сопровождались вырубкой лесов, выпасом скота и заготавливанием корма, что привело к изменению экосистем.
8, 5 тыс. лет назад была сделана первая плавка металла (Чатал-Хююк, Южная Турция). Началось развитие ремесел, а затем промышленности.
Новым этапом взаимодействия общества и природы стало появление городов, рост технической вооруженности человека, развитие ремесел, искусства, книгопечатание.
Человек приобрел способность осваивать мир универсально, преобразовывать природу (демонстрация таблицы – свитка (рис. 33), характеризующего в обратной форме этапы воздействия человека на природу).
2. Деятельность человека приобрела глобальный характер и стала особым сверхмощным экологическим фактором существования живого в биосфере.
Человек сокращает территории, занимаемые естественными экосистемами. 9¸12% поверхности суши распахано, 22¸25% составляют полностью или частично окультуренные пастбища. 458 экваторов – такова протяженность дорог на планете; 24 км на каждые 100 км 2 – такова густота дорог. В одних лишь промышленно развитых странах, по данным ООН, под бетоном строящихся автострад, населенных пунктов, аэропортов ежегодно исчезает более трех тысяч км 2 ландшафта.
Человек потребляет продукцию суши, уменьшая долю естественных потребителей.
Биомасса человечества и домашних животных составляет 15¸20% к биомассе наземных животных (на 1980 г.). Однако человек и домашние животные потребляют 1/4 растительной продукции суши.
Человек истощает запасы энергии, накопленные в «тупиках» биосферы.
Современное человечество расходует потенциальную энергию биосферы в 10 раз быстрее, чем происходит ее накопление деятельностью организмов, связывающих солнечную энергию на Земле.
Человек использует ресурсы Земли и загрязняет биосферу: извлекает около 100 млрд. т руды, горючих ископаемых и другого сырья, что составляет 25 т на каждого жителя планеты. 96¸98% добываемого сырья идет в отходы. На одного жителя крупных городов приходится 1 т мусора (пищевого и бытового). 6 млрд. т в год твердых отходов выбрасываемых в океаны. Ежегодно 69¸90 млн. т нефти и нефтепродуктов попадает в биосферу, а в атмосферу поступает 20 млрд. т углекислого газа. В результате сжигания топлива растет концентрация свинца в воздухе и почве, оксиды серы и азота поступают в атмосферу, образую с водой кислотные дожди.
Усиливается физическое загрязнение биосферы – шумовое, тепловое, световое, радиоактивное. Растет запыленность воздушной Среды.
3. Воздействие антропогенного фактора вызывает реакции биологических систем.
а) Гибель особей и сокращение численности популяций.
Лоси, олени, косули и кабаны, птицы и насекомые гибнут на дорогах под колесами автотранспорта. Полевые работы приводят к гибели тетеревов, зайцев, перепелов в большей мере, чем охота.
Миллионы перелетных птиц сгорают в газовых факелах, где сжигают отходящие газы при добыче нефти. Животные гибнут в разливах нефти, на проводах и опорах линий электропередач (степные орлы, могильщики, беркуты, змееяды и др.), при проглатывании пластмассовых предметов, плавающих в море (морские черепахи), в рыболовных сетях (дельфины, тюлени).
б) Нарушения онтогенеза организмов.
Загрязняющие вещества (сернистый ангидрид, фтор и фтористый водород, хлориды и двуокись азота) наиболее опасны для растений, вызывая ожоги, а при высоких концентрациях и гибель растений, отдельных особей. Образующиеся из сернистого газа сернистая, а также серная кислота, вместе с другими веществами попадая в почву, снижают ее плодородие. Изменяется кислотность почвы, что вызывает подавление жизнедеятельности бактерий и снижение численности дождевых червей. Опаснейший загрязнитель – нефть.
Загрязняющие вещества влияют на эмбрионы, развивающиеся зародыши, отравляя их, вызывают уродство и ненормальности в развитии организма, нарушение функций половых желез и органов нарушение функций нервной системы.
Разные загрязнители, действуя одновременно, оказывают кумулятивный эффект? влияние меди на растения усиливается в присутствии солей свинца; медь усиливает влияние радиации, напротив, соли бария, марганца и магния ослабляют подобное влияние.
Под воздействием загрязняющих веществ сокращается сроки жизни – с особенности долгоживущих видов, способных накапливать в организме опасные концентрации загрязнителей.
в) Нарушение популяционных явлений.
Изменяется структура популяции – соотношение самцов и самок, особей разных поколений; численность сокращается до таких пределов, что нарушается поиск брачных партнеров. Вследствие загрязнения Среды нарушаются циклы размножения (асинхронность развития половых клеток у самцов и самок), уменьшается количество беременных самок, число детенышей в помете, растет смертность новорожденных. Распадается ареал вида, сокращаются площади местообитания, изолируются мелкие островки обитаний.
г) Изменение в экосистеме.
Сокращение числа видов уменьшает сложность экосистемы; выпадение одних видов может привести к вспышке численности других; доминантные виды могут быть угнетены, и их место занимают вновь вселяющиеся виды; разрушаются межвидовые отношения: хищник-жертва, опылитель – опыляемое растение, симбиотические связи. Гибель одного вида растения может привести к гибели от 5¸7 до 30¸35 связанных с ним видов животных, главным образом беспозвоночных. Световое, звуковое, химическое загрязнение нарушает сложившиеся системы сигнализации в природном сообществе между видами. В результате изменения структуры сообщества нарушается его стабильность, возникают массовые вспышки численности – как правило, беспозвоночных животных. Таким образом, на наших глазах происходит гигантское обеднение генофонда биосферы вследствие вымирания видов, сокращения их популяционного разнообразия и численности особей во всех сокращающихся по территории популяциях. Ежедневно из этого числа безвозвратно исчезает один вид животных и еженедельно – один вид растений. Сегодня на каждого жителя планеты приходится всего лишь 25 птиц, а к 2000 г. Это соотношение еще уменьшится.
Природные ресурсы, необходимые для выживания человека и стабильного развития, все в большей степени разрушаются или истощаются. Одновременно быстро растет потребность в этих ресурсах. Если нынешние темпы деградации почвы сохранятся, то за 20 последующих лет во всем мире будет погублена треть пахотных земель. Равным образом к концу нынешнего столетия (при существующих темпах вырубке леса) остающаяся площадь не срубленных тропических лесов сократится наполовину. Ожидается, что в течение этого периода население Земли увеличится в полтора раза – от немногим более 5 млрд. до почти 6 млрд. человек.
Стало очевидным, что равновесие биосферных процессов, нарушаемое хозяйственной деятельностью человека, восстанавливается медленнее, чем когда-либо раньше. Адаптационные механизмы биосферы работают «на пределе». Генофонд биосферы обедняется, создавая угрозу непредсказуемых эволюционных последствий.
4. Современную экологическую ситуацию многие ученые характеризуют как «экологический кризис», «кризис природной среды».
Экологические проблемы относятся к разряду глобальных и затрагивают как мир в целом, так и отдельные его регионы и страны.
Решение экологических проблем – в частности, сохранения генофонда биосферы – приобретает все более срочный характер.
Человечество и каждый человек, каждый из нас должны осознать кризисную ситуацию и выдвинуть идеи, позволяющие сохранить жизнь на планете.
Загрузка...
