Факторы среды обитания

13

1. Абиотические факторы среды обитания

Экологические факторы - это отдельные элементы среды обитания, которые воздействуют на организмы. Каждая из сред обитания отличается особенностями воздействия экологических факторов. Экологические факторы делят, на абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы - компоненты неживой природы. К ним относят:

- климатические (свет, температура, влажность, ветер, давление и др.),

- геологические (землетрясения, извержения вулканов, движение ледников, радиоактивное излучение и др.),

- орографические (рельеф местности),

- эдафические, или почвенно-грунтовые (плотность, структура, рН, гранулометрический состав, химический состав и др.),

- гидрологические (вода, течение, соленость, давление и др.) Общая экология: Учебник для вузов. / Автор-составитель А.С. Степановских. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000..

Иначе абиотические факторы делят на физические, химические и эдафические.

Свет как абиотический фактор. При прохождении солнечной радиации через атмосферу около 19% поглощается облаками, водяными парами и т.д., 34% отражается обратно в космос, 47% достигает земной поверхности, из них 24% - прямая радиация и 23% - отраженные лучи.

В спектре солнечного света выделяют области, различные по своему биологическому действию. Ультрафиолетовые лучи в небольших дозах необходимы живым организмам (бактерицидное действие, стимуляция роста и развития клеток, синтез витамина В и т.д.), в больших дозах губительны из-за способности вызывать мутации. Значительная часть ультрафиолетовых лучей отражается озоновым слоем. Видимые лучи - основной источник жизни на Земле, дающий энергию для фотосинтеза. Инфракрасные лучи - основной источник тепловой энергии.

Для растений солнечный свет необходим, прежде всего, как источник энергии для фотосинтеза. По отношению к условиям освещенности растения делят на следующие экологические группы. Гелиофиты (светолюбивые) - растения, обитающие в условиях хорошего освещения. Они имеют мелкие листья, сильно ветвящиеся побеги, значительное количество пигментов в листьях и др. Сциофиты (тенелюбивые) - растения, плохо переносящие прямые солнечные лучи. Для них характерны крупные, тонкие листья, расположенные горизонтально, с меньшим количеством устьиц. Факультативные гелиофиты (теневыносливые) - растения, способные обитать как в условиях хорошего освещения, так и в условиях затенения. Имеют переходные черты.

Для животных свет - это условие ориентации. Животные бывают с дневным, ночным и сумеречным образом жизни.

Температура как абиотический фактор. От температуры окружающей среды зависит температура организмов, а, следовательно, скорость всех химических реакций, составляющих обмен веществ. В основном живые организмы способны жить при температуре от 0 до +50 °С, что обусловлено свойствами цитоплазмы клеток. Верхним температурным пределом жизни является 120 - 140 °С (близкие к нему значения температуры выдерживают споры, бактерии), нижним - минус 190-273 °С (переносят споры, семена, сперматозоиды).

По отношению к температуре организмы делят на криофилов (обитающих в условиях низких температур) и термофилов (обитающих в условиях высоких температур).

Организмы могут использовать два источника тепловой энергии: внешний (тепловая энергия Солнца или внутреннее тепло Земли) и внутренний (тепло, выделяемое при обмене веществ).

В зависимости от того, какой источник преобладает в тепловом балансе, живые организмы делят на пойкилотермных и гомойотермных. Пойкилотермные организмы - организмы с непостоянной внутренней температурой тела, меняющейся в зависимости от температуры внешней среды. К ним относятся микроорганизмы, растения, беспозвоночные и низшие позвоночные животные. Температура их тела обычно на 1-2 °С выше температуры окружающей среды или равна ей. Гомойотермные организмы, - организмы, способные поддерживать внутреннюю температуру тела на относительно постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Это птицы и млекопитающие. Если речь идет только о животных, то их еще называют холоднокровными и теплокровными соответственно. Среди гомойотермных организмов выделяют группу гетеротермных организмов - организмов, у которых периоды сохранения постоянно высокой температуры тела сменяются периодами ее понижения при впадении в спячку в неблагоприятный период года (суслики, сурки, ежи, летучие мыши и др.).

У живых организмов различают три механизма терморегуляции. Химическая терморегуляция осуществляется путем изменения величины теплопродукции за счет изменения интенсивности обмена веществ. Физическая терморегуляция связана с изменением величины теплоотдачи. Этологическая (или поведенческая) терморегуляция заключается в избегании условий с неблагоприятными температурами.

Вода как абиотический фактор. Вода обеспечивает протекание в организме обмена веществ и нормальное функционирование организма в целом. Одни организмы живут в воде, другие приспособились к постоянному недостатку влаги. Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70%. Вода в клетке присутствует в двух формах: свободной (95% всей воды клетки) и связанной (4-5% связаны с белками).

Наиболее важные функции и свойства воды следующие.

1. Вода как растворитель является лучшим из известных растворителей, в ней растворяется больше веществ, чем в любой другой жидкости. Многие химические реакции в клетке являются ионными, поэтому протекают только в водной среде.

2. Вода как реагент участвует во многих химических реакциях: полимеризации, гидролиза, в процессе фотосинтеза.

3. Вода как термостабилизатор и терморегулятор. Эта функция обусловлена такими свойствами воды, как высокая теплоемкость - смягчает влияние на организм значительных перепадов температуры в окружающей среде; высокая теплопроводность - позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме; высокая теплота испарения - используется для охлаждения организма при потоотделении у млекопитающих и транспирации у растений.

4. Транспортная функция воды осуществляется при передвижении по организму вместе с водой растворенных в ней веществ к различным его частям и выведение ненужных продуктов из организма.

5. Структурная функция состоит в том, что цитоплазма клеток содержит от 60 до 95% воды, и именно она придает клеткам их нормальную форму. У растений вода поддерживает тургор (упругость эндоплазматической мембраны), у некоторых животных служит гидростатическим скелетом (медузы) Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001..

По отношению к воде среди живых организмов выделяют следующие экологические группы: гигрофилы (влаголюбивые), ксерофилы (сухолюбивые) имезофилы (промежуточная группа).

В частности среди растений различают гигрофитов, мезофитов и ксерофитов.

Гигрофиты - растения влажных местообитаний, не переносящие водного дефицита. К ним, в частности, относятся водные растения - гидрофиты и гидатофиты. Гидатофиты - водные растения, целиком или большей своей частью погруженные в воду (например, рдест, кувшинка). Гидрофиты - водные растения, прикрепленные к грунту и погруженные в воду только нижними частями (например, тростник).

Ксерофиты - растения сухих местообитаний, способные переносить перегрев и обезвоживание. К ним относятся суккуленты и склерофиты. Суккуленты - ксерофитные растения с сочными, мясистыми листьями (например, алоэ) или стеблями (например, кактусовые), в которых развита водозапасающая ткань. Склерофиты - ксерофитные растения с жесткими побегами, благодаря чему при водном дефиците у них не наблюдается внешней картины завядания (например, ковыли, саксаул). См. ксерофиты.

Мезофиты - растения умеренно увлажненных местообитаний; промежуточная группа между гидрофитами и ксерофитами.

Рельефом (формами рельефа) называют совокупность неровностей земной поверхности разного масштаба. Различают выпуклые (положительные) формы рельефа и вогнутые (отрицательные) формы. Рельеф сформировался в результате взаимодействия внутренних (эндогенных) и внешних (экзогенных) геологических процессов.

Рельеф как абиотический фактор. По размерам рельеф делят на макрорельеф, мезорельеф и микрорельеф. Макрорельеф - формы рельефа с разностью высот от десятков до тысяч метров (горы, равнины, возвышенности, речные долины и др.). Мезорельеф - формы рельефа с разностью высот в пределах 10-20 м (холмы, лощины, долины, террасы, склоны разной крутизны, овраги, балки и др.). Микрорельеф - формы рельефа с разностью высот от нескольких сантиметров до 1 м (бугорки, западины, борозды, кочки, небольшие промоины и др.).

Рельеф оказывает косвенное воздействие на живые организмы, перераспределяя солнечную радиацию и осадки в зависимости от экспозиции и крутизны склонов. Так в северном полушарии на южных склонах произрастают более светолюбивые и теплолюбивые растения, чем на северных, в понижениях обитают более требовательные к влаге растения и т.д.

Эдафические (почвенно-грунтовые) абиотические факторы. Важнейшими экологическими факторами, характеризующими почву как среду обитания, являются кислотность, содержание питательных элементов, содержание органических веществ, структура, плотность, засоленность, гранулометрический состав и др.

По отношению к кислотности почвы растения делят на следующие экологические группы: ацидофилы (растут на почвах с рН<6,7); нейтрофилы (рН=6,7-7,0); базифилы (рН>7,0); индифферентные виды (могут обитать на почвах с разным значением рН).

По отношению к содержанию питательных элементов в почве среди растений различают олиготрофов (растения, довольствующиеся малым количеством зольных элементов), эвтрофов (нуждаются в большом количестве зольных элементов) и мезотрофов (требуют умеренного количества зольных элементов).

По другим признакам среди растений выделяют такие группы как галофиты (растения засоленных почв), нитрофилы (растения, предпочитающие почвы, богатые азотом), литофиты, или петрофиты, (растения каменистых почв), псаммофиты (растения песков).

По степени связи с почвой как средой обитания животных объединяют в три экологические группы. Геобионты - животные, постоянно обитающие в почве, весь цикл развития которых протекает в почвенной среде. Геофилы - животные, часть цикла развития которых (чаще одна из фаз) обязательно проходит в почве. Геоксены - животные, иногда посещающие почву для временного укрытия или убежища.

Изменения факторов среды могут быть периодическими и непериодическими. Периодические факторы регулярно повторяются во времени (например, изменение температуры воздуха и освещенности в течение суток или года). Непериодические факторы не имеют периодичности (например, извержение вулкана, нападение хищника). Периодические факторы делят на первичные и вторичные. Первичные периодические факторы связаны с космическими причинами (освещенность, приливы, отливы и др.). Вторичные периодические факторы возникают как следствие действия первичных факторов (температура, количество осадков, биомасса, продуктивность и др.).

Экологические факторы оказывают на живые организмы различные воздействия: ограничивающее, раздражающее, модифицирующее, сигнальное. Ограничивающее воздействие делает невозможным существование в данных условиях. Раздражительное воздействие вызывает биохимические и физиологические адаптации. Модификационное воздействие вызывает морфологические и анатомические изменения организмов. Сигнальное воздействие информирует об изменениях других факторов среды.

В природе экологические факторы действуют совместно, т.е. комплексно. Комплекс факторов, под действием которых осуществляются все основные жизненные процессы организмов, включая нормальное развитие и размножение, называются условиями жизни. Условия, в которых размножения не происходит, называются условиями существования Колесников С.И. Экология. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2003..

2. Изменение экосистем при стрессовых воздействиях. Экологические сукцессии

Изменения в сообществах могут быть циклическими и поступательными.

Циклические изменения - периодические изменения в биоценозе (суточные, сезонные, многолетние), при которых биоценоз возвращается к исходному состоянию.

Суточные циклы связаны с изменением освещенности, температуры, влажности и других экологических факторов в течение суток и наиболее резко выражены в условиях континентального климата. Суточные ритмы проявляется в изменении состояния и активности живых организмов.

Сезонная цикличность связана с изменением экологических факторов в течение года и наиболее сильно выражена в высоких широтах, где велик контраст зимы и лета. Сезонная изменчивость проявляется не только в изменении состояния и активности, но и количественного соотношения отдельных видов. На определенный период многие виды выключаются из жизни сообщества, впадая в спячку, оцепенение, перекочевывая или улетая в другие районы.

Многолетняя изменчивость связана с флуктуациями климата или другими внешними факторами (степень разлива рек), либо с внутренними причинами (особенности жизненного цикла растений - эдификаторов, повторения массового размножения животных).

Поступательные изменения - изменения в биоценозе, в конечном счете, приводящие к смене этого сообщества другим. Сукцессия - последовательная смена биоценозов (экосистем), выраженная в изменении видового состава и структуры сообщества. Последовательный ряд сменяющих друг друга в сукцессии сообществ называется сукцессионной серией. К сукцессиям относятся опустынивание степей, зарастание озер и образование болот и др.

В зависимости от причин вызвавших смену биоценоза, сукцессии делят на природные и антропогенные, аутогенные и аллогенные.

Природные сукцессии происходят под действием естественных причин, не связанных с деятельностью человека. Антропогенные сукцессии обусловлены деятельностью человека.

Аутогенные сукцессии (самопорождающиеся) возникают вследствие внутренних причин (изменения среды под действием сообщества). Аллогенные сукцессии (порожденные извне) вызваны внешними причинами (например, изменение климата).

В зависимости от первоначального состояния субстрата, на котором развивается сукцессия, различают первичные и вторичные сукцессии. Первичные сукцессии развиваются на субстрате, не занятом живыми организмами (на скалах, обрывах, сыпучих песках, в новых водоемах и т.п.). Вторичные сукцессии происходят на месте уже существующих биоценозов после их нарушения (в результате вырубки, пожара, вспашки, извержения вулкана и т.п.).

В своем развитии экосистема стремится к устойчивому состоянию. Сукцессионные изменения происходят до тех пор, пока не сформируется стабильная экосистема, производящая максимальную биомассу на единицу энергетического потока. Сообщество, находящееся в равновесии с окружающей средой, называется климаксным Никаноров А.И., Хоружай Т.А. Глобальная экология: Учебное по-собие. - М.: ПРИОР, 2000..

3. Последствия антропогенного воздействия на биосферу

Эволюция проходила в несколько этапов. Первый характеризовался возникновением биологического круговорота веществ и биосферы, второй сопровождался формированием разнообразных многоклеточных организмов и усложнением форм жизни. Эти два этапа называют биогенезом. Третий этап, ноогенез - эволюция, управляемая человеческим разумом, связан с появлением человеческого общества, деятельность которого стала «новым геологическим фактором», существенно изменившим абиотические и биотические условия нашей планеты, а следовательно, и направленность эволюции биосферы. Ту часть биосферы, на которую особо влияет деятельность человека, называют ноосферой (сферой разума).

В начале своего становления человек как биологический вид являлся ординарным компонентом биоценозов, принципиально не отличавшимся от других входивших в эти биоценозы организмов по воздействию на окружающую его природную среду. Однако постепенно человек выходил из-под контроля биологических законов развития, оттесненных социальными законами развития человеческого общества. Использование огня, строительство жилищ, совершенствование орудий для охоты, развитие земледелия и скотоводства усилили давление на природную среду.

Начало исторического этапа развития биосферы совпадает с началом железного века. Более современные орудия из железа вытеснили каменные. Происходит ускорение развития производительных сил, совершенствование техники, освободившей человека от воздействия стихийных сил природы. Усиление давления человека на природную среду идет параллельно с возрастанием численности населения планеты и развитием техники, преобразующей и теснящей природу. Так, к началу нашей эры население Земли составляло около 200 млн. человек, в настоящее время оно близко к 6 млрд. Для удовлетворения возрастающих потребностей в продовольствии человек занял под посевы более 10% поверхности суши. Огромные пространства были заняты под строительство крупных и мелких городов и сел, дорог, промышленных предприятий и т.п. Несовершенные технологии в промышленном и сельскохозяйственном производстве породили проблему загрязнения природной среды отходами, токсичными для живых организмов, в том числе и для человека. Неграмотное использование химических удобрений, предназначенных для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, применение химических препаратов (пестицидов) для борьбы с сорной растительностью и вредными животными привели к загрязнению почвы и воды. Прямое и косвенное уничтожение многих видов растений и животных, необходимых компонентов биоценозов, приводит к утрате ими способности к саморегуляции, устойчивости. Нередки примеры деградации водных и наземных экосистем. Истончение озонового слоя, возрастание концентрации диоксида углерода в атмосфере, которое может привести к глобальному потеплению, таянию ледников и повышению уровня Мирового океана; кислотные осадки, уничтожающие леса и водоемы, - вот некоторые негативные последствия деятельности человека в настоящее время.

Сила воздействия человека на природу в современную эпоху научно-технического прогресса столь велика, что порождает мысли о вытеснении биосферы «техносферой», т.е. средой, насыщенной продуктами технической деятельности человека. Возникший экологический кризис в отношениях человека и природы может быть разрешен при условии осознания человеком себя частицей биосферы.

Биосфера может функционировать и без человека, но человек, уничтожив биосферу, сам обречен на гибель. Поэтому основной его задачей является научиться взаимодействовать с природой, соизмерять свою деятельность с ее возможностями Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2003. .

Список литературы

1. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.

2. Колесников С.И. Экология. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2003.

3. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2003.

4. Никаноров А.И., Хоружай Т.А. Глобальная экология: Учебное пособие. - М.: ПРИОР, 2000.

5. Общая экология: Учебник для вузов. / Автор-составитель А.С. Степановских. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000.