|
|||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
ТЕМА 2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
1. Экологические факторы и экологическая среда. Классификация экологических факторов. 2. Общие закономерности действия экологических факторов. 3. Взаимодействие факторов. 4. Экологическая ниша
1. Экологические факторы и экологическая среда. Под средой в экологии понимают всю совокупность тел и сил внешнего по отношению к живому организму мира. Термин среда обитания применяют, когда хотят обозначить характерные для какого-нибудь вида растений или животных естественные условия жизни. А широко используемое понятие окружающая среда соответствует той части экологической среды, с элементами которой данный организм в данное время контактирует и прямо или косвенно взаимодействует. Чаще всего это понятие используют применительно к человеку, имея в виду окружающую человека среду. Экологические факторы — это такие свойства компонентов экосистемы и ее внешней среды, которые оказывают непосредственное действие на особей данной популяции, а также на характер их отношений друг с другом и с особями других популяций. Экологические факторы классифицируют по нескольким критериям. Внешние факторы воздействуют на организм, популяцию, экосистему, но не испытывают непосредственного обратного действия: солнечная радиация, атмосферное давление, скорость течения, ветер. В отличие от них внутренние факторы связаны со свойствами самой экосистемы и образуют ее состав: численность популяций, пища, концентрации веществ, состав приземного слоя воздуха и т.п. Часто важно оценить значимость факторов, выделить главные и второстепенные. Те из них, без которых невозможны жизнь и развитие организма — пища, вода, тепло, свет, кислород, — определяются как условия существования. Другие, действующие не обязательно постоянно, но влияющие на различные проявления жизнедеятельности и распространение организмов, называют факторами воздействия. Наиболее универсальные условия существования для преобладающего большинства видов живых существ — это наличие жидкой воды, определенных минимумов концентраций биогенных |элементов — С, О, Н, N, S, Р, а также ионов К, Na, Ca, Mg и поток лучистой энергии в диапазоне температур от -50 до +50°С. Наибольшее значение среди экологических факторов имеют факторы, характеризующие доступность для организмов различных форм вещества и энергии, временные изменения которых подчиняются законам сохранения. Подобные факторы называются ресурсами. Например, ресурсы пространства, энергии, света, тепла, влаги, кислорода, минеральной и органической пищи. По природе источников и характеру действия факторы среды разделяют на абиотические и биотические. Абиотические факторы — факторы неорганической (неживой) природы. Это свет, температура, влажность, давление и другие климатические и геофизические факторы; природа самой среды — воздушной, водной, почвенной; химический состав среды, концентрации веществ в ней. К абиотическим факторам относят также физические поля (гравитационное, магнитное, электромагнитное), ионизирующую и проникающую радиацию, движение сред (акустические колебания, волны, ветер, течения, приливы), суточные и сезонные изменения в природе. Многие абиотические факторы могут быть охарактеризованы количественно и поддаются объективному измерению. Биотические факторы — это прямые или опосредованные воздействия других организмов, населяющих среду обитания данного организма. Все биотические факторы обусловлены внутривидовыми (внутрипопуляционными) и межвидовыми (межпопуляционными) взаимодействиями. Внутривидовые факторы — это контакты между членами семьи, группы, стада, популяции одного вида — отношения полов, размножение, уход за потомством, взаимопомощь и защита или, наоборот, возникновение внутривидовой конкуренции, отношений доминирования и подчинения, иерархии в стаде или в популяции. Межвидовые факторы — контакты между особями и популяциями разных видов, разнообразные пищевые связи, поедание одних организмов другими, отношения симбиоза и «сотрудничества» или хищника и жертвы, бациллоносительство и вирулентность, межвидовая конкуренция, паразитизм и т.п. Взаимоотношения между организмами сложнее абиотических воздействий. Большинство из них не имеет скалярных значений. Поэтому они труднее поддаются прямому измерению. Только для некоторых биотических факторов, относящихся к пищевым связям и численности популяций, возможны количественные оценки на основании экспериментов. Особую группу составляют антропогенные факторы, порожденные деятельностью человека, человеческого общества. Часть их связана с хозяйственным изъятием природных ресурсов, нарушением естественных ландшафтов. Это вырубка лесов, распашка степей, осушение болот, промысел растений, рыб, птиц и зверей, замена природных комплексов сооружениями, коммуникациями, водохранилищами, свалками и пустырями. Другие антропогенные воздействия обусловлены загрязнением природной среды (в том числе и среды обитания человека) - воздуха, водоемов, земли побочными продуктами, отходами производства и потребления. Преобладающая часть антропогенных факторов, связанная с производством, с применением техники, машин, с влияниями промышленности, транспорта, строительства на природные экологические системы и окружающую человека среду, носит название техногенных факторов. Нетехногенная часть антропогенных факторов связана в основном с бытом и поведением человека в природе — нетехнизированным промыслом и «активным отдыхом». Разделяя экологические факторы на абиотические, биотические и антропогенные, следует иметь в виду, что границы между ними условны: некоторые абиотические факторы имеют биогенное или техногенное происхождение (состав воздуха, региональный мезоклимат, гидрологический режим водоемов, радиоволны, нейтронное излучение и т.п.).
2. Общие закономерности действия экологических факторов В соответствии с законом оптимальности каждый живой организм может нормально существовать и продолжать свой род только в определенной области значений какого-либо из существенных факторов среды. Для развития проростков кокосовой пальмы нужна (помимо других условий) температура не ниже 26° и не выше 41°, а для сибирской лиственницы средняя температура вегетационного периода должна быть не выше 16°. Тунцы избегают слегка опресненных реками участков океана, а щука не переносит даже малой солености, соответствующей 10-кратному разбавлению морской воды. Для нормального существования наземных животных и человека существуют и нижние, и верхние пределы температуры, освещенности, концентрации кислорода в воздухе, атмосферного давления, даже объема воспринимаемой информации. Существует понятие прожиточного минимума, но, к сожалению, нет понятия прожиточного максимума. С точки зрения экологии оно должно было бы существовать. Область количественных значений какого-либо фактора среды, в пределах которой могут существовать представители данного вида или популяции организмов, называют биоинтервалом фактора[1]. 0н ограничен крайними, экстремальными для вида значениями, за пределами которых уже невозможно нормальное осуществление всех жизненных функций, в первую очередь размножения и поддержания численности популяций. О положении и границах биоинтервала судят по разным проявлениям жизнедеятельности, которые выступают в качестве функций отклика на действие фактора. Это может быть интенсивность фотосинтеза, потребление пищи, численность, продуктивность, расход энергии, скорость роста, двигательная активность, смертность и т.д. Во многих случаях обобщенной функцией отклика, отражающей степень благоприятности воздействия среды, является так называемая функция благополучия вида или сообщества. Она отражает экологическую потенцию вида по отношению к данному фактору. Ее количественным выражением могут служить выживаемость или реализованная численность популяции. Если построить график зависимости экологической потенции или какой-либо существенной функции отклика от значений фактора, то в пределах биоинтервала график приобретет вид куполообразной кривой, которую можно обозначить как диаграмму выживания. Вершина ее совпадает с точкой или областью биологического оптимума, т.е. наиболее благоприятного для организмов данного вида значения фактора среды. При экстремальных значениях фактора экологическая потенция близка к нулю, организм может существовать лишь короткое время. В более узкой полосе биоинтервала возможно существование и рост особей, но ограничено их размножение. Еще в более узком диапазоне, вблизи биологического оптимума, возможно размножение и длительное существование организма, популяции, вида. Положение биоинтервала и биологического оптимума может быть установлено экспериментально. При приближении к экстремальным значениям фактора в организме наступают нарушения отдельных функций и нормальной жизнедеятельности в целом (состояния стресса). Критическим называют то значение фактора и соответствующее ему состояние организма, при котором эти нарушения обратимы, когда еще сохраняется способность к самовосстановлению после прекращения негативного воздействия. Если же нарушения необратимы и ведут к неизбежной гибели организма, то такое условие и состояние называют летальным. Положение критических и летальных значений существенно зависит от времени действия, экспозиции экстремального фактора. Для разработки нормативов экологической безопасности (как и гигиенических нормативов) в экспериментах на специально подобранных тест-объектах (это могут быть штаммы микроорганизмов, тканевые культуры, различные растения и животные) определяют переносимость вредных воздействий и устанавливают различные дозы воздействий: минимальные токсические, пороговые, средние летальные (LD50 - доза, при которой погибает 50% тест-объектов), абсолютные смертельные. Понятие дозы относится не только к количеству введенного, вещества, но и к воздействию радиации, низких и высоких температур, давлений и других факторов. Учитываются также различные поправки для перенесения результатов с тест-объектов на другие организмы, на человека. По результатам таких экспериментов с применением специальных программ рассчитываются нормативные показатели: предельно допустимые уровни воздействий (ПДУ), предельно допустимые дозы (ПДД), предельно допустимые концентрации (ПДК). Наряду с другими показателями эти нормативы составляют основу экологического нормирования. Лимитирующие факторы. В совокупности условий существования почти всегда можно выделить фактор, который сильнее других влияет на состояние организма или популяции. Дефицит какого-нибудь одного важного ресурса (воды, света, тепла или элемента пищи, например незаменимой аминокислоты) ограничивает жизнедеятельность даже тогда, когда все остальные условия оптимальны. Такие факторы называют ограничивающими, или лимитирующими. Их действие обозначают как ЗАКОН ЛИМИТИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ: факторы среды, имеющие в конкретных условиях пессимальные (т.е. наихудшие) значения, ограничивают возможность существования популяции, вида в данных условиях вопреки и несмотря на оптимальное сочетание других факторов. Это правило обозначают также как закон толерантности Шелфорда (1913). Закон лимитирующих факторов уточняет закон минимума, сформулированный выдающимся химиком и основателем агрохимии Ю. Либихом еще в 1840 г. Он показал, что урожай растений можно эффективнее всего повысить, улучшив минимальный фактор (обычно — увеличив количество азота или фосфора в почве). Но лимитирующим образом могут действовать не только минимальные, но и максимальные значения фактора: высокая щелочность и чрезмерное содержание Са или Na в почве, высокая температура, избыточная освещенность и т.п.
3. Взаимодействие факторов Экологические ограничения никогда не бывают абсолютными. Именно за счет взаимодействия факторов пределы жизни могут быть несколько «отодвинуты». Так, снижение температуры повышает выносливость рыб по отношению к недостатку пищи и кислорода; недостаточная освещенность для растений может быть частично компенсирована повышенной концентрацией углекислого газа; действие повышенной кислотности почвы отчасти нейтрализуется благоприятными окислительно-восстановительными условиями и т.д. Диаграмма выживания для одного фактора почти всегда изменяется под влиянием другого фактора. В природных условиях на организм, группу организмов, экосистему всегда действует большое число факторов. Их совокупность обладает всеми признаками динамической системы. Взаимодействие между элементами системы факторов может быть обнаружено и до их воздействия на биосистему, но всегда полностью реализуется в процессе воздействия. Так, температура, влажность и скорость движения воздуха совместно образуют системный фактор теплопередачи, определяя охлаждающую или, наоборот, нагревающую силу среды. Животное или человек оценивает интегральную меру теплового комфорта или дискомфорта, лишь субъективно различая слагаемые тепловых ощущений. Для развития и реализации экологической потенции вида необходимо оптимальное сочетание ряда ведущих факторов среды в значениях, близких к их биологическим оптимумам. Это требование называют законом совместного действия факторов. Совместное действие нескольких факторов бывает синергическим, когда они как бы усиливают друг друга и производят больший эффект, чем сумма раздельных действий. Таково, например, действие комплексных удобрений. Сочетание может быть и негативным, когда наблюдается взаимное ослабление эффектов. Организму часто приходится сталкиваться с несовпадающими, иногда противоположными влияниями на одну и ту же функцию. Так, в процессе фотосинтеза не совпадают температурные оптимумы световых и темновых процессов. Растение вынуждено выбирать компромиссные значения и само определять требование к фактору. У холоднокровных животных низкая температура повышает переносимость голода и недостатка кислорода, а у теплокровных снижает, так как реакция на холод у них повышает потребность в энергии и кислородный запрос. Хотя на уровне природных экосистем число экологических факторов и их действующих сочетаний потенциально неограниченно, все же удается выделить конечное число факторов, от которых зависит преобладающая часть варьирования ответов экосистемы. Например, первые три фактора — ресурсы пиши, воды и тепла — могут объяснить 80% параметров состояния; первые пять факторов (те же + наличие убежищ + плотность врагов или конкурентов) — 95% параметров состояния и т. д. 4. Экологическая ниша Если изменения какой-либо функции отклика в пределах биоинтервала фактора дают одномерное представление о диапазоне существования организма, популяции, вида, то сочетание двух и более различных влияний уже образует некоторое пространство экологических, факторов. Оно может быть двухмерным, трехмерным и многомерным. Добавление к сочетанию каждого нового фактора и взаимодействия между ними все больше ограничивают экологическое пространство, делают его все более специфичным для экологических потенций данной популяции или данного вида. Многомерное экологическое пространство, образованное совмещением диаграмм выживания для существенных факторов среды данного вида или популяции, носит название экологической ниши. В этой формальной интерпретации речь идет о так называемой фундаментальной экологической нише — совокупности условий, в которых популяция или вид могут в принципе существовать. Часть этого пространства составляет реализованная экологическая ниша — совокупность благоприятных условий, в которых популяция или вид реально встречаются в данном сообществе. Реальные экологические ниши далеки от их «геометрического» представления. Ведь их образуют не только факторы, отображаемые скалярными величинами, такие, как температура и влажность, но и многие биотические факторы и взаимодействия, не подлежащие координатному выражению. По существу экологическая ниша — это комплексная характеристика различных сторон и условий жизни популяции или вида в реальной среде, содержащая обстоятельства не только места, но и времени, и поведения. Иногда понятие экологической ниши образно обозначают как «профессиональную» принадлежность вида в экономике природы. [1] В экологической литературе встречаются и другие названия для обозначения биоинтервала: зона толерантности, диапазон выживания, экологическая валентность, биокинетическая зона. Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.) |