ФАКТОРЫ СРЕДЫ

ФАКТОРЫ СРЕДЫ
Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы,
называются экологическими факторами. Факторы среды многообразны. Они могут быть
необходимы или, наоборот, вредны для живых существ, способствовать или
препятствовать выживанию и размножению. Они имеют разную природу и специфику
действия.
Один и тот же фактор среды имеет различное значение в жизни совместно
обитающих организмов разных видов. Например, сильный ветер зимой неблагоприятен
для крупных, обитающих открыто животных, но не действует на более мелких, которые
укрываются в норах или под снегом. Солевой состав почвы важен для питания растений,
но безразличен для большинства наземных животных и т. п.
Некоторые свойства среды остаются относительно постоянными на протяжении
длительных периодов времени в эволюции видов. Таковы сила тяготения, солнечная
постоянная, солевой состав океана. Большинство экологических факторов – температура,
влажность и т. д. – очень изменчивы в пространстве и времени.
Классификация факторов среды
Классификация факторов среды (Пивоварова, 1996)
Классифика
ция
I. Абиотические:
1. Климатические:
а) свет;
б) температура;
в) влажность;
2. Почвенные.
3. Орографические
(влияние рельефа)
Определе
ние
Значение для организма
Воздействие
факторов неживой
природы на
организмы
Осуществление всех жизненно важных процессов
выживания, расселения и размножения. Выра ботка
биоритмов и явления фотопериодизма, основных
закономерностей географического распространения
по планете.
II. Биотические:
1. Воздействие
растений.
2. Воздействие
животных.
Воздействие
живых
организмов на
окружающую
среду
Например: смягчающее воздействие растительности
и отдельных экземпляров растений (куст саксаула в
пустыне) на окружающую среду, обогащение
воздуха фитонцидами, смягчение дей ствия ветров,
усиление выпадения осадков над лесными
массивами косвенно благоприятно воздействует на
организмы, обитающие там. Животные участвуют, в
разложении органического вещества, создании
гумуса, оструктуривании почвы и косвенно создают
благоприятные условия для размножения и
поддерживания численности своей популяции и
микроорганизмов в почве.
III. Антропогенные:
1. Положительные.
2. Отрицательные.
Воздействие
деятельности че
ловека на
Положительное воздействие человека, безусловно,
связано с работами по увеличению площади лесных
массивов, сохранению естественных ландшафтов
окружающую
среду
как лона жизни всех видов растений и животных, в
том числе и человека, а отсюда и косвенное
облагораживающее и оздоравливающее обратное
воздействие природы на человека. Отрицательное
воздействие, к сожалению, куда как больше и
связано с экологически неграмотным отношением
человека к при роде.
Встречаются различные интерпритации классификаций факторов среды:
По происхождению (Горышина, 1979)
Фактор абиотический – все свойства неживой природы, которые прямо или
косвенно влияют на живые организмы (температура, свет, влажность, плотность, солевой
состав и др.).
Фактор климатический – совокупность факторов, определяющих климат
окружающей среды (свет, тепло, состав и движение воздуха, влажность почвы).
Фактор эдафический – механический и химический состав почв, их физические
свойства и т. д.
Фактор топографический – условия рельефа.
Фактор биотический – формы воздействия живых существ друг на друга (симбиоз,
паразитизм, конкуренция и т. д.).
Фактор зоогенный – влияние животных на другие организмы (поедание,
вытаптывание, опыление, распространение семян).
Фактор косвеннодейстствующий – фактор, влияющий на организм через изменение
других факторов (действие тепла на влажность почвы, а через нее – на водный режим
растения).
Фактор прямодействующий – фактор непосредственно действующий на обмен
веществ, формообразовательные процессы, развитие организма (действие тепла на рост
растения).
Фактор фитогенный – влияние растений-сообитателей как прямое (механические
контакты, симбиоз, паразитизм, поселение эпифитов), так и косвенное (фитогенные
изменения среды обитания для растений).
Фактор косвеннодейстствующий – фактор, влияющий на организм через изменение
других факторов (действие тепла на влажность почвы, а через нее – на водный режим
растения).
Фактор прямодействующий – фактор непосредственно действующий на обмен
веществ, формообразовательные процессы, развитие организма (действие тепла на рост
растения).
Фактор антропогенный – формы деятельности человеческого общества, которые
приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно
сказываются на их жизни
По направлению действия (Реймерс, 1991)
Факторы лимитирующие – факторы, воздействующие на организм в размере
предельной нормы (для большинства крестоцветных лимитирующим фактором является
количество медного удобрения от 0 до 0,6 кг/га и от 4,5 до 5 кг/га).
Факторы модифицирующие – факторы, под действием которых идет
ненаследственное изменение признаков организма (На одуванчик, произрастающий у
проселочной дороги, действуют такие факторы, как плотная почва, вытаптывание, прямое
воздействие солнечных лучей; одуванчик будет мелколистным, не высоким, с мелкими
цветками, но эти признаки не будут передаваться потомству).
Факторы средообразующие – факторы, находящиеся в таком большом количестве,
что образуют среду жизни (гидрологический фактор в водной среде, эдафический фактор
в почвенной среде).
По продолжительности действия (Реймерс, 1991)
Факторы стабильные – факторы, которые находятся в неизменном виде очень
долгое время (таким фактом можно считать только силу земного притяжения).
Факторы динамичные – факторы, которые изменяются на всем протяжении
времени (температура, свет, влажность и т. д.).
По характеру воздействия на организм (Реймерс, 1991)
Фактор косвеннодейстствующий – фактор, влияющий на организм через изменение
других факторов (действие тепла на влажность почвы, а через нее – на водный режим
растения).
Фактор прямодействующий – фактор непосредственно действующий на обмен
веществ, формообразовательные процессы, развитие организма (действие тепла на рост
растения).
По силе воздействия (Реймерс, 1991)
Летальные факторы – факторы, приводящие к гибели организма (водоросль
Oscillatoria, живущая на о. Ява в воде с температурой +64 о С, погибает при +68 о С – эта
температура для нее является летальным фактором).
Сублетальные факторы – факторы, при воздействии которых организм находится в
предгибельном состоянии (степень радиации 600–5000 р для хвойных растений, до 10000
р для лиственных).
Экстремальные факторы – крайние, предельные факторы, при воздействии которых
организм находится в стрессовой ситуации (действие сильного шума 100дБ с частотой
звука от 31,5 до 90 тыс. Гц).
Лимитирующие факторы – факторы, воздействующие на организм в размере
предельной нормы (для большинства крестоцветных лимитирующим фактором является
количество медного удобрения от 0 до 0,6 кг/га и от 4,5 до 5 кг/га).
Характеристика факторов среды
Свет
Солнечная радиация представляет собой электромагнитное излучение в широком
диапазоне волн, составляющих непрерывный спектр от инфракрасных лучей с длинной
волны около 3–4 тыс. нм до ультрафиолетовых с длиной волны 290–380 нм. Лучи короче
290 нм, гибельные для живых организмов, поглощаются слоем озона и до земли не
доходят. Видимый свет ограничен областью от 380 (сине-фиолетовые) до 750нм
(красные). Длинноволновые ультрафиолетовые лучи, обладающие большой энергией
фотонов, имеют высокую химическую активность. Большие их дозы вредны для
организмов, а небольшие необходимы многим видам. В диапазоне 250–300 нм УФЛ
оказывают мощное бактерицидное действие и у животных вызывают образование
витамина D; при длине волны 200-400 нм вызывает у человека загар. Инфракрасные лучи
с длиной волны более 750 нм оказывают тепловое действие.
Выделяют ультрафиолетовые (менее 400 нм), сине-фиолетовые (400–500 нм),
желто-зеленые (500–600 нм), оранжево-красные (600–700 нм) и дальние красные лучи
(более 700 нм).
Только 43% солнечной радиации поступает на поверхность Земли.
Рис. 79. Баланс солнечной радиации на земной поверхности в дневное время (по Walter H.,
1951).
Энергетической количественной характеристикой солнечного излучения служит
поток лучистой энергии, который приходит на перпендикулярную лучам поверхность в
единицу времени – это интенсивность радиации (облученность).
Освещенность – световой поток, приходящийся на единицу площади поверхности.
Единицей освещенности служит люкс (лк) – световой поток в один люмен, приходящийся
на 1м 2.
Качественный состав света принято выражать по содержанию в них тех лучей,
которые оказывают наибольшее физиологическое воздействие на живой организм. В
спектре солнечных лучей выделяют область фотосинтетически активной радиации (ФАР),
используемой растениями в процессе фотосинтеза (380-710 нм).
Прямая радиация 28–43% ФАР.
Рассеянная радиация 50–60% ФАР (при облачной погоде).
Рассеянная радиация 90% ФАР (при ясной погоде).
Количество радиации и ее качественный состав подвержены широтным
изменениям. Об этом свидетельствует различное содержание ФАР в солнечной радиации
в разных географических зонах.
Отношение отраженной радиации к падающей, и способность субстрата к
отражению света называется альбедо. У различных субстратов оно различное.
Свежий снег
85%
Чернозем сухой
8%
Желтые листья (осенью)
33-38%
Вода при высоте солнца 2 o
78%
Вода при высоте солнца 90 o
2%
Свет необходим растениям для образования хлорофилла, регулирует работу
устьичного аппарата, влияет на газообмен и транспирацию, активизирует ряд ферментов,
стимулирует биосинтез белков и нуклеиновых кислот. Влияет на деление и растяжение
клеток, ростовые процессы, развитие растений, определяет сроки цветения и
плодоношения, главная роль – фотосинтез. Для животных свет не такой важный фактор,
но разные виды животных нуждаются в свете определенного состава, интенсивности и
длительности освещения.
Влажность
Основной источник воды для наземных организмов – атмосферные осадки.
Обеспеченность растительного покрова влагой в первую очередь зависит от
общеклиматической характеристики местности. Есть районы, где в год выпадает
несколько тысяч миллиметров осадков, а есть и такие, где 100 мм в год, причем дожди
выпадают не каждый год. Большую роль играет соотношение осадков и испаряемость
(сумма годового испарения со свободной водной поверхностью).
Рис. 80. Круговорот воды. По данным одной промышленной страны в Западной Европе
(Горышина, 1979).
Области, в которых эта величина превышает годовую сумму осадков, относят к
аридным (сухим, засушливым). Области, где не превышает – гумидными (влажными).
Иногда выделяют переходные – семиаридные местообитания. В случае крайне
засушливых районах говорят об экстрааридных условиях.
Наряду с количеством осадков существенно распределение их во времени и
соотношение осадков с годовым ходом температур.
При количественной характеристике среды обитания по водному фактору
используют показатели, отражающие содержание, распределение и динамику влаги в
воздухе и почве.
Вода в почве находится в раздробленном состоянии: она вкраплена в поры разных
размеров и форм и имеет огромную поверхность раздела с почвой, содержит ряд катионов
и анионов. Поэтому почвенная влага весьма неоднородна по физическим и химическим
свойствам. Различают три основные категории почвенной воды, отличающиеся по
механизму удержания ее почвой: гравитационную, капиллярную и пленочную.
Рис. 81. Вода в почве (по Качинскому Н.А., 1957, без соблюдения маштаба).
Гравитационная – подвижная, заполняет широкие участки между частицами почвы
и просачивается вниз под действием силы тяжести.
Капиллярная – заполняет тончайшие промежутки между частицами и удерживается
капиллярными силами сцепления. Выделяют подвешенную капиллярную влагу, которая
удерживается этими силами; и восходящую, которая поднимается верхние слои почвы при
испарении.
Пленочная – удерживается на поверхности почвенных частиц адсорбционными
силами. Различают прочносвязанную влагу, находящуюся непосредственно на
поверхности почвенных частиц, и рыхлосвязанную, находящуюся на более удаленном
расстоянии от частиц.
Кроме перечисленных форм воды в почве всегда содержится парообразная влага,
занимающая все свободные от воды поры.
Температура
Температура отражает среднюю кинетическую скорость атомов и молекул в
системе. От температуры окружающей среды зависит температура организмов и,
следовательно, скорость всех химических реакций, составляющих обмен веществ.
Границы существования жизни- это температуры, при которых возможно
нормальное строение и функционирование белков (в среднем от 0 o C до +50 o C).
Главным источником тепла является солнечное излучение; им могут также быть
геотермальные источники, но они играют важную роль только в немногих
местообитаниях, например в горячих ключах, где развиваются бактерии и сине-зеленые
водоросли.
Данный организм может выживать только в определенных температурных
пределах, к которым приспособлены его метаболизм и структура. Если температура
живой клетки падает ниже точки замерзания, клетка обычно физически повреждается и
гибнет в результате образования кристаллов льда. Если же температура слишком высока,
происходит денатурация ферментов. Между этими крайними точками скорость реакций,
контролируемых ферментами, а значит, и интенсивность метаболизма удваиваются с
повышением температуры на каждые 10 oC.
Большинство организмов способно в той или иной степени контролировать
температуру своего тела с помощью различных ответных реакций и адаптаций, которые
могут смягчать воздействие экстремальных условий и внезапных изменений среды. В
водной среде из-за высокой теплоемкости воды не происходит резких изменений
температуры, так в этом отношении условия здесь более стабильны, чем на суше.
Температура, так же как интенсивность света, в большей мере зависит от
географической широты, сезона, времени суток и экспозиции склона. Однако часто
встречаются и узколокальные различия в температуре; это в особенности касается
микроместообитаний, обладающих собственным микроклиматом. Растительность тоже
оказывает некоторое влияние на температуру. Например, иная температура бывает под
пологом леса или в меньшей степени внутри отдельных групп растений, а также под
листьями отдельного растения.
Самый теплый месяц – июль, самый холодный – январь. На основании этих данных
выделяют термические пояса:
Тропический. Температура за год не бывает ниже 0 o C, температура в январе 15 o
C-200 o C.
Субтропики. Температура иногда опускается ниже 0, но далеко не каждый год.
Средняя температура января >40 o C.
Умеренный. Резко выражен летний и зимний периоды. Возможны заморозки.
Холодный, превалирует холод. Период 60-80 дней без мороза. Температура
колеблется от низко «-», до «+».
Плотность
Низкая плотность воздуха определяет его малую подъемную силу и
незначительную опорность. Малая плотность воздуха обуславливает низкую
сопротивляемость. Поэтому многие наземные животные способны летать. Могут с
помощью мускульных усилий, но и за счет воздушных масс планировать. Благодаря
подвижному передвижению воздушных масс возможен пассивный перелет.
Плотность воды- фактор, определяющий условия передвижения водных
организмов и давление на разных глубинах.
Давление возрастает на каждые 10 метров на 1*105 Па (1 атм) некоторые виды
переносят давление от нескольких до сотен атм. Плотность воды обеспечивает
возможность опираться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм.
Химический состав
Элементы:
Основные (N, P, S, K, Ca, Mg).
Микроэлементы (Fe, Mn, Zn, Cu, Mo, B, Cl).
Почти 98% элементов содержится в почве в органических остатках, гумусе и
трудно растворимых неорганических соединениях или входят в состав минералов. Это
резерв питательных веществ, которые очень медленно мобилизируются в результате
минерального гумуса и процессов выветривания. Остальные 2% адсорбируются на
почвенных коллоидах.
Газовый состав воздуха довольно однороден в отношении содержания главных
компонентов (Азот – 78,1%; Кислород – 21,0%; Аргон – 0,9%; CO2 – 0,03%). Высокое
содержание кислорода способствует повышению обмена веществ. Именно благодаря
этому возникла гомейотермия. Кислород не является лимитирующим фактором из-за
высокого содержания в воздухе. Углекислый газ изменяется в отдельных участках
приземного слоя воздуха в значительных пределах (при отсутствии ветра в центре
больших городов его концентрация возрастает в десятки раз). Азот для большинства
обитателей наземной среды представляет инертный газ, но ряд микроорганизмов
(клубеньковые бактерии, азот. бактерии обладают способностью к его связыванию и
вовлечению в круговорот веществ).