2. Абиотические факторы

ЛЕКЦИЯ №4
ТЕМА: ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ
ФАКТОРЫ
ПЛАН:
• 1. Понятие экологических факторов и их
классификация.
• 2. Абиотические факторы.
• 2.1. Экологическая роль основных абиотических
факторов.
• 2.2. Топографические факторы.
• 2.3. Космические факторы.
• 3. Биотические факторы.
• 4. Антропогенные факторы.
1. Понятие экологических факторов и их классификация
• Экологический фактор — любой элемент
окружающей среды, способный прямо или
косвенно влиять на живой организм, хотя
бы на одном из этапов его индивидуального
развития.
• Экологические факторы среды принято делить на
две группы: факторы косной (неживой) природы
— абиотические или абиогенные; факторы живой
природы — биотические или биогенные.
• Наряду с приведенной классификацией
экологических факторов существует много
других (менее распространенных), в которых
используют иные отличительные признаки.
Классификация экологических факторов
2. Абиотические факторы
• В абиотической части среды обитания (в
неживой природе) все факторы, прежде
всего, можно разделить на физические и
химические. Однако для понимания сути
рассматриваемых явлений и процессов
абиотические факторы удобно представить
совокупностью климатических,
топографических, космических факторов, а
также характеристик состава среды
(водной, наземной или почвенной) и др.
• Физические факторы — это те,
источником которых служит физическое
состояние или явление (механическое,
волновое и др.). Например, температура,
если она высокая — будет ожог, если очень
низкая — обмораживание. На действие температуры могут повлиять и другие
факторы: в воде — течение, на суше —
ветер и влажность, и т. п.
• Химические факторы — это те, которые
происходят от химического состава среды.
Например, соленость воды, если она
высокая, жизнь в водоеме может вовсе
отсутствовать (Мертвое море), но в то же
время в пресной воде не могут жить большинство морских организмов. От
достаточности содержания кислорода
зависит жизнь животных на суше и в воде,
и т. п.
• Эдафические факторы (почвенные) — это
совокупность химических, физических и
механических свойств почв и горных
пород, оказывающих воздействие как на
организмы, живущие в них, т. е. для
которых они являются средой обитания, так
и на корневую систему растений. Хорошо
известны влияния химических компонентов
(биогенных элементов), температуры,
влажности, структуры почв на рост и
развитие растений.
2.1. Экологическая роль основных абиотических
факторов
• Солнечное излучение – основной
источник энергии для экосистемы. Энергия
Солнца распространяется в пространстве в
виде электромагнитных волн. Для
организмов важны длина волны
воспринимаемого излучения, его
интенсивность и продолжительность
воздействия.
Основной источник тепла и света на Земле - Солнце
Солнечный спектр. Около 99% всей энергии солнечной радиации составляют
лучи с длиной волны к = 170 ... 4000 нм, в том числе 48% приходится на видимую
часть спектра (к = 390 ... 760 нм), 45% — на близкую инфракрасную (к = 760 ...
4000 нм) и около 7% — на ультрафиолетовую (к < 400 нм).
При прохождении через атмосферный воздух солнечный
свет отражается, рассеивается и поглощается
К наиболее важным физиологическим и биохимическим процессам,
осуществляемым в живом организме, благодаря наличию света, можно отнести
следующие:
• 1. Фотосинтез (1-2% падающей на Землю солнечной энергии
используется для фотосинтеза);
• 2. Транспирация (около 75 % - для транспирации, обеспечивающей
охлаждение растений и движение по ним водных растворов
минеральных веществ);
• 3. Фотопериодизм (обеспечивает синхронность жизненных процессов
в живых организмах периодически меняющимся условиям среды);
• 4. Движение (фототропизм у растений и фототаксис у животных и
микроорганизмов);
• 5. Зрение (одна из главных анализирующих функций животных);
• 6. Прочие процессы (синтез витамина Д у человека на свету,
пигментация и т.п.).
• Температура. Для естественных экосистем нашей зоны
температурный фактор наряду со светообеспечением
является определяющим для всех жизненных процессов.
Активность популяций зависит от времени года и времени
суток, т.к. в каждый из этих периодов свои температурные
условия.
• Температура главным образом связана с солнечным
излучением, но в ряде случаев определяется энергией
геотермальных источников.
Температура на поверхности Земли очень сильно варьирует
Температура, как и интенсивность света, зависит от географической широты, сезона,
времени суток и экспозиции склона. Действие экстремальных температур (низких и
высоких) усиливается сильными ветрами
• Значительная часть организмов способна
контролировать (поддерживать) температуру
тела, причем в первую очередь наиболее
жизненно важных органов. Такие организмы
называют гомойотермными — теплокровными
(от греч. homoios — подобный, therme —
теплота), в отличие от пойкилотермных —
холоднокровных (от греч. poikilos — различный,
переменчивый, разнообразный), имеющих
непостоянную температуру, зависящую от
температуры окружающей среды.
• Пойкилотермные организмы в холодное время
года или суток снижают уровень жизненных
процессов вплоть до анабиоза. В первую очередь
это касается растений, микроорганизмов, грибов и
пойкилотермных (холоднокровных) животных.
Активность сохраняют только гомойотермные
(теплокровные) виды. Гетеротермные организмы,
находясь в неактивном состоянии, имеют
температуру тела не на много выше температуры
внешней среды; в активном состоянии достаточно высокую (медведи, ежи, летучие
мыши, суслики).
• Терморегуляция гомойотермных животных
обеспечивается особым типом обмена веществ,
идущим с выделением в организме животных
тепла, наличием теплоизолирующих покровов,
размерами, физиологией и т.д.
• Что же касается растений, то они выработали в
процессе эволюции ряд свойств: холодостойкость,
зимостойкость, морозостойкость, анабиоз,
жаростойкость, эфемерность
Распределение живых организмов по Земному шару, в первую очередь,
зависит от температуры
• В водной среде благодаря высокой
теплоемкости воды изменения температуры
менее резкие и условия более стабильные,
чем на суше. Известно, что в регионах, где
температура в течение суток, а также в
разные сезоны сильно меняется,
разнообразие видов меньше, чем в регионах
с более постоянными суточными и
годовыми температурами.
• Изменение температуры по мере подъема в
воздушной среде или погружения в водную
среду называют температурной
стратификацией.
• В почвенной среде суточная и сезонная
стабильность (колебания) температуры зависят от
глубины. Значительный градиент температур (а
также влажности) позволяет обитателям почвы
обеспечивать себе благоприятную среду путем
незначительных перемещений. Наличие и
численность живых организмов могут влиять на
температуру. Например, под пологом леса или
под листьями отдельного растения имеет место
иная температура.
• Наиболее значима для живых
организмов температура в сочетании с
влажностью
• Осадки, влажность. Вода обязательна для
жизни на Земле, в экологическом плане она
уникальна. При практически одинаковых
географических условиях на Земле
существуют и жаркая пустыня, и
тропический лес. Различие состоит только в
годовом количестве осадков: в первом
случае 0,2–200 мм, а во втором 900–2000
мм.
• Осадки, тесно связанные с влажностью
воздуха, представляют собой результат
конденсации и кристаллизации водяных
паров в высоких слоях атмосферы. В
приземном слое воздуха образуются росы,
туманы, а при низких температурах наблюдается кристаллизация влаги – выпадает
иней.
• Одна из основных физиологических функций
любого организма – поддержание на достаточном
уровне количества воды в теле. В процессе
эволюции у организмов сформировались
разнообразные приспособления к добыванию и
экономному расходованию воды, а также к
переживанию засушливого периода. Одни
животные пустыни получают воду из пищи,
другие за счет окисления своевременно
запасенных жиров (например, верблюд,
способный путем биологического окисления из
100 г жира получить 107 г метаболической воды);
при этом у них минимальна водопроницаемость
наружных покровов тела, ческой засушливости
характерно впадение в состояние покоя с
минимальной интенсивностью обмена веществ.
• Наземные растения получают воду главным
образом из почвы. Малое количество
осадков, быстрый дренаж, интенсивное
испарение либо сочетания этих факторов
ведут к иссушению, а избыток влаги — к
переувлажнению и заболачиванию почв.
• Помимо отмеченного, влажность воздуха как
экологический фактор при своих крайних значениях
(повышенной и пониженной влажности), усиливает
воздействие (усугубляет) действие температуры на
организм.
• Насыщение воздуха парами воды редко достигает
максимального значения. Дефицит влажности —
разность между максимально возможным и
фактически существующим насыщением при данной
температуре. Это один из важнейших экологических
параметров, поскольку характеризует сразу две
величины: температуру и влажность. Чем выше
дефицит влажности, тем суше и теплее, и наоборот.
Режим осадков — важнейший фактор, определяющий миграцию загрязняющих веществ в
природной среде и вымывание их из атмосферы
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
По отношению к водному режиму выделяют следующие экологические
группы живых существ:
• гидробионты – обитатели экосистем, весь жизненный цикл которых
проходит в воде;
• гигрофиты – растения влажных мест обитания (калужница болотная,
купальница европейская, рогоз широколистный);
• гигрофилы – животные, обитающие в очень сырых частях экосистем
(моллюски, амфибии, комары, мокрицы);
• мезофиты – растения умеренно увлажненных мест обитания;
• ксерофиты – растения сухих мест обитания (ковыли, полыни, астрагалы);
• ксерофилы – обитатели засушливых территорий, не переносящие
повышенную увлажненность (некоторые виды пресмыкающихся, насекомых,
пустынные грызуны и млекопитающие);
• суккуленты – растения наиболее засушливых местообитаний, способные
накапливать значительные запасы влаги внутри стебля или листьев (кактусы,
алоэ, агава);
• склерофиты – растения очень засушливых территорий, способные
выдерживать сильную обезвоженность (верблюжья колючка обыкновенная,
саксаул, саксагыз);
• эфемеры и эфемероиды - однолетние и многолетние травянистые виды,
имеющие укороченный цикл, совпадающий с периодом достаточного
увлажнения.
• Влагопотребление растений может быть охарактеризовано
следующими показателями:
• • засухоустойчивость – способность переносить
пониженную атмосферную и (или) почвенную засуху;
• • влагоустойчивость – способность переносить
переувлажнения;
• • коэффициент транспирации - количество воды,
расходуемое на образование единицы сухой массы (для
капусты белокачанной 500-550, для тыквы-800);
• • коэффициент суммарного водопотребления –
количество воды, расходуемое растением и почвой на
создание единицы биомассы (для луговых трав – 350–400
м3 воды на одну тонну биомассы).
• Подвижность среды. Причинами возникновения
движения воздушных масс (ветра) являются в
первую очередь неодинаковый нагрев земной
поверхности, вызывающий перепады давления, а
также вращение Земли. Ветер направлен в
сторону более прогретого воздуха.
• Ветер — важнейший фактор распространения на
большие расстояния влаги, семян, спор,
химических примесей и т. п. Он способствует как
снижению околоземной концентрации пыле- и
газообразных веществ вблизи места их
поступления в атмосферу, так и повышению
фоновых концентраций в воздушной среде
вследствие выбросов далеких источников,
включая трансграничный перенос.
• Давление. Нормальным атмосферным давлением
считается абсолютное давление на уровне
поверхности Мирового океана 101,3 кПа,
соответствующее 760 мм рт. ст. или 1 атм. В
пределах земного шара существуют постоянные
области высокого и низкого атмосферного
давления, причем в одних и тех же точках
наблюдаются сезонные и суточные его колебания.
По мере увеличения высоты относительно уровня
океана давление уменьшается, снижается
парциальное давление кислорода, усиливается
транспирация у растений.
• Ионизирующие излучения. Ионизирующим
называют излучение, образующее пары ионов при
прохождении через вещество; фоновым —
излучение, создаваемое природными источниками.
Оно имеет два основных источника: космическое
излучение и радиоактивные изотопы, и элементы в
минералах земной коры, возникшие некогда в
процессе образования вещества Земли. Из-за
большого периода полураспада ядра многих
первозданных радиоактивных элементов
сохранились в недрах Земли до настоящего
времени. Главнейшие из них — калий-40, торий-232,
уран-235 и уран-238. Под воздействием космического
излучения в атмосфере постоянно образуются все
новые ядра радиоактивных атомов, главные из
которых — углерод-14 и тритий.
2.2. Топографические факторы
• Влияние абиотических факторов в значительной мере зависит от топографических характеристик местности,
которые могут сильно изменять как климат, так и
особенности развития почв. Основной топографический
фактор — высота над уровнем моря. С высотой
снижаются средние температуры, увеличивается суточный
перепад температур, возрастает количество осадков,
скорость ветра и интенсивность радиации, понижается
давление. В результате в горной местности по мере
подъема наблюдается вертикальная зональность распределения растительности, соответствующая
последовательности смены широтных зон от экватора к
полюсам.
• Горные цепи могут служить климатическими
барьерами. Поднимаясь над горами, воздух
охлаждается, что часто вызывает осадки и тем
самым снижает его абсолютное влагосодержание.
Попадая затем на другую сторону горной гряды,
осушенный воздух способствует снижению
интенсивности дождей (снегопада), чем создается
«дождевая тень».
• Горы могут играть роль изолирующего фактора в
процессах видообразования, так как служат
барьером для миграции организмов.
• Важный топографический фактор — экспозиция
(освещенность) склона. В Северном полушарии
теплее на южных склонах, а в Южном полушарии
— на северных склонах.
• Другой важный фактор — крутизна склона,
влияющая на дренаж. Вода стекает со склонов,
смывая почву, уменьшая ее слой. Кроме того, под
действием силы тяжести почва медленно сползает
вниз, что ведет к ее скоплению у основания
склонов. Наличие растительности сдерживает эти
процессы, однако при уклонах более 35° почва и
растительность обычно отсутствуют и создаются
осыпи из рыхлого материала.
2.3. Космические факторы
• Наша планета не изолирована от процессов,
протекающих в космическом пространстве. Земля
периодически сталкивается с астероидами,
сближается с кометами, на нее попадают
космическая пыль, метеоритные вещества,
разнообразны виды излучений Солнца и звезд.
Циклически (один из циклов имеет период 11,4 г.)
солнечная активность меняется.
• Наукой накоплено множество фактов,
подтверждающих влияние Космоса на жизнь
Земли.
3. Биотические факторы
• Биотические факторы — это совокупность
влияний жизнедеятельности одних организмов на
другие.
• Взаимоотношения между животными,
растениями, микроорганизмами чрезвычайно
многообразны. Прежде всего, различают
гомотипические реакции, т. е. взаимодействие
особей одного и того же вида, и
гетеротипические — отношения представителей
разных видов.
4. Антропогенные факторы
• Нынешний этап человеческой цивилизации
отражает такой уровень знаний и возможностей
человечества, что его воздействие на
окружающую среду, в том числе на
биологические системы, приобретает характер
глобальной общепланетарной силы, которую
выделяем в особую категорию факторов –
антропогенные, т.е. порожденными человеческой
деятельностью.
Контрольные вопросы и задания
• 1. Что представляют собой экологические факторы?
• 2. Какие факторы среды относят к абиотическим, какие к
биотическим?
• 3. Как называют совокупность влияний
жизнедеятельности одних организмов на
жизнедеятельность других?
• 4. Что такое ресурсы живых существ, как они
классифицируются и в чем их экологическое значение?
• 5. Какие факторы следует учитывать в первую очередь
при создании проектов управления экосистемами.
Почему?