Влияние экологических факторов. Экологические факторы окружающей среды

Температурные, физико-химические, биологические элементы среды обитания, оказывающие постоянное или периодическое, прямое или косвенное влияние на организмы и популяции, называют экологическими факторами.

Экологические факторы подразделяют следующим образом:

абиотические - температурные и климатические условия, влажность, химический состав атмосферы, почвы, воды, освещенность, особенности рельефа;
биотические - живые организмы и непосредственные продукты их жизнедеятельности;
антропогенные - человек и непосредственные продукты его хозяйственной и иной деятельности.

Основные абиотические факторы

Солнечная радиация: ультрафиолетовые лучи губительны для организма. Видимая часть спектра обеспечивает фотосинтез. Инфракрасные лучи повышают температуру окружающей среды и тела организмов.
Температура влияет на скорость реакций обмена веществ. Животных с постоянной температурой тела называют гомойотермными, а с переменной - пойкилотермными.
Влажность характеризуется количеством воды в среде обитания и внутри организма. Адаптации животных связаны с добыванием воды, запасанием жира как источника воды при окислении, с переходом к спячке в жару. У растений развиваются корневые системы, утолщается кутикула на листьях, уменьшается площадь листовой пластинки, редуцируются листья.
Климат - совокупность факторов, характеризующихся сезонной и суточной периодичностью, обусловленной вращением Земли вокруг Солнца и собственной оси. Адаптации животных выражаются в переходе к спячке в холодное время года, в оцепенении у пойкилотермных организмов. У растений адаптации связаны с переходом в состояние покоя (летнего или зимнего). При больших потерях воды ряд организмов впадает в состояние анабиоза - максимального замедления процессов обмена веществ.
Биологические ритмы - периодические колебания интенсивности действия факторов. Суточные биоритмы определяют внешние и внутренние реакции организмов на смену дня и ночи

Организмы адаптируются (приспосабливаются) к влиянию определенных факторов в процессе естественного отбора. Их адаптационные возможности определяются нормой реакции по отношению к каждому из факторов, как постоянно действующих, так и колеблющихся в своих значениях. Например, длина светового дня в конкретном регионе постоянна, а температура и влажность могут колебаться в достаточно широких пределах.

Экологические факторы характеризуются интенсивностью действия, оптимальностью значения (оптимумом), максимальным и минимальным значениями, в пределах которых возможна жизнь конкретного организма. Эти параметры для представителей разных видов различны.

Отклонение от оптимума какого-либо фактора, например снижение количества пищи, может сузить пределы выносливости птиц или млекопитающих по отношению к понижению температуры воздуха.

Фактор, значение которого в данный момент находится на пределах выносливости или выходит за них, называют ограничивающим.

Организмы, способные существовать в широких пределах колебания фактора, называют эврибионтами. Например, организмы, обитающие в условиях континентального климата, переносят широкие колебания температур. Такие организмы обычно имеют широкие ареалы распространения.

Интенсивность фактора минимальная оптимальная максимальная

Основные биотические факторы

Организмы одного вида вступают в различные по характеру отношения как друг с другом, так и с представителями других видов. Эти отношения соответственно подразделяют на внутривидовые и межвидовые.

Внутривидовые отношения проявляются во внутривидовой конкуренции за пищу, кров, самку, а также в особенностях поведения, иерархии отношений между членами популяции.

Межвидовые отношения:

Антропогенные факторы связаны с деятельностью человека, под влиянием которой среда изменяется и формируется. Деятельность человека распространяется практически на всю биосферу: добыча полезных ископаемых, освоение водных ресурсов, развитие авиации и космонавтики сказываются на состоянии биосферы. В результате возникают разрушительные процессы в биосфере, к которым относятся загрязнение вод, «парниковый эффект», связанный с увеличением концентрации диоксида углерода в атмосфере, нарушения озонового слоя, «кислотные дожди» и т.д.

Экологический фактор - это любой элемент среды, способный оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития.

Любой организм в окружающей среде подвергается воздействию огромного числа экологических факторов. Наиболее традиционной классификацией экологических факторов является их деление на абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы - это комплекс условий окружающей среды, влияющих на живой организм (температура, давление, радиационный фон, освещённость, влажность, долгота дня, состав атмосферы, почвы и др.). Эти факторы могут влиять на организм прямо (непосредственно), как СВЕТ и тепло, либо косвенно, как, например, рельеф местности, который обуславливает действие прямых факторов (освещенности, увлажнения ветра и т.д.).

Антропогенные факторы - это совокупность влияний деятельности человека на окружающую среду (выбросы вредных веществ, разрушение почвенного слоя, нарушение природных ландшафтов). Одним из наиболее важных антропогенных факторов является загрязнение.
- физические: использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации
- химические: использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта
- биологические: продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания
- социальные - связанные с отношениями людей и жизнью в обществе

Условия среды

Условиями среды, или экологическими условиями, называют изменяющиеся во времени и пространстве абиотические факторы среды, на которые организмы реагируют по-разному в зависимости от их силы. Условия среды налагают определенные ограничения на организмы. Количеством света, проникающим через толщу воды, ограничивается жизнь зеленых растений в водоемах. Обилием кислорода ограничивается число воздуходышащих животных. Температурой определяется активность и контролируется размножение многих организмов.
К наиболее важным факторам, определяющим условия существования организмов, практически во всех средах жизни относятся температура, влажность и свет.

Фото: Gabriel

Температура

Любой организм способен жить только в пределах определенного интервала температур: особи вида погибают при слишком высоких либо слишком низких температурах. Где-то внутри этого интервала температурные условия наиболее благоприятны для существования данного организма, его жизненные функции осуществляются наиболее активно. По мере того как температура приближается к границам интервала, скорость жизненных процессов замедляется и, наконец, они вовсе прекращаются - организм погибает.
Пределы температурной выносливости у разных организмов различны. Существуют виды, способные выносить колебания температуры в широких пределах. Например, лишайники и многие бактерии способны жить при самой различной температуре. Среди животных наибольшим диапазоном температурной выносливости характеризуются теплокровные. Тигр, например, одинаково хорошо переносит как сибирский холод, так и жару тропических областей Индии или Малайского архипелага. Но есть и такие виды, которые могут жить только в более или менее узких температурных пределах. Сюда относятся многие тропические растения, как, например, орхидеи. В умеренном поясе они могут произрастать только в теплицах и требуют тщательного ухода. Некоторые кораллы, образующие рифы, могут жить только в морях, где температура воды не ниже 21 °С. Однако кораллы отмирают и когда вода сильно перегревается.

В наземно-воздушной среде и даже во многих участках водной среды температура не остается постоянной и может сильно варьировать в зависимости от сезона года или от времени суток. В тропических областях годовые колебания температуры могут быть даже менее заметны, чем суточные. И, наоборот, в умеренных областях температура значительно различается в разные времена года. Животные и растения вынуждены приспосабливаться к неблагоприятному, зимнему сезону, в течение которого активная жизнь затруднена или просто невозможна. В тропических областях такие приспособления выражены слабее. В холодном периоде с неблагоприятными температурными условиями в жизни многих организмов как бы наступает пауза: спячка у млекопитающих, сбрасывание листвы у растений и т. д. Некоторые животные совершают длительные миграции в места с более подходящим климатом.
На примере температуры видно, что этот фактор переносится организмом лишь в определённых пределах. Организм погибает, если температура среды слишком низкая или слишком высокая. В среде, где температура близка к этим крайним значениям, живые обитатели встречаются редко. Однако их число увеличивается по мере того, как температура приближается к среднему значению, которое является наилучшим (оптимальным) для данного вида.

Влажность

На протяжении большей части своей истории живая природа была представлена исключительно водными формами организмов. Завоевав сушу, они, тем не менее, не утратили зависимости от воды. Вода является составной частью значительного большинства живых существ: она необходима для их нормального функционирования. Нормально развивающийся организм постоянно теряет воду и поэтому не может жить в абсолютно сухом воздухе. Рано или поздно такие потери могут привести к гибели организма.
В физике влажность измеряется количеством водяных паров в воздухе. Однако наиболее простым и удобным показателем, характеризующим влажность той или иной местности, является количество осадков, выпадающих здесь за год или иной период времени.
Растения извлекают воду из почвы при помощи корней. Лишайники могут улавливать водяной пар из воздуха. Растения обладают рядом приспособлений, обеспечивающих минимальную потерю воды. Все сухопутные животные для компенсации неизбежной потери воды за счет испарения или выделения нуждаются в ее периодическом поступлении. Многие животные пьют воду; другие, например амфибии, некоторые насекомые и клещи, через покровы тела всасывают её в жидком или парообразном состоянии. Большая часть животных пустынь никогда не пьет. Они удовлетворяют свои потребности за счет воды, поступающей с пищей. Наконец, есть животные, получающие воду еще более сложным путем в процессе окисления жиров. Примерами могут служить верблюд и некоторые виды насекомых, например рисовый и амбарный долгоносики, платяная моль, питающиеся жиром. У животных, как и у растений, существует множество приспособлений для экономии расходов воды.

Свет

Для животных свет как экологический фактор имеет несравненно меньшее значение, чем температура и влажность. Но свет совершенно необходим живой природе, поскольку служит для нее практически единственным источником энергии.
С давних пор отличают светолюбивые растения, которые способны развиваться только под солнечными лучами, и растения теневыносливые, которые способны хорошо расти под пологом леса. Большую часть подлеска в буковом лесу, отличающемся особой тенистостью, образуют теневыносливые растения. Это имеет большое практическое значение для естественного возобновления древостоя: молодая поросль многих древесных пород способна развиваться под прикрытием больших деревьев. У многих животных нормальные условия освещенности проявляются в положительной или отрицательной реакции на свет.

Однако наибольшее экологическое значение свет имеет в смене дня и ночи. Многие животные ведут исключительно дневной образ жизни (большинство воробьиных), другие - исключительно ночной (многие мелкие грызуны, летучие мыши). Мелкие рачки, парящие в толще воды, держатся ночью в поверхностных водах, а днем опускаются на глубину, избегая слишком яркого света.
По сравнению с температурой или влажностью свет почти не оказывает непосредственного влияния на животных. Он служит лишь сигналом к перестройке протекающих в организме процессов, что позволяет им наилучшим образом отвечать на происходящие изменения внешних условий.

Перечисленными выше факторами вовсе не исчерпывается набор экологических условий, определяющих жизнь и распространение организмов. Важное значение имеют так называемые вторичные климатические факторы, например, ветер, атмосферное давление, высота над уровнем моря. Ветер обладает кос венным действием: усиливая испарение, увеличивая сухость. Сильный ветер способствует охлаждению. Это действие оказывается важным в холодных местах, на высокогорьях или в полярных областях.

Фактор тепла (температурные условия) существенно зависит от климата и от микроклимата фитоценоза, однако не меньшую роль играют орография и характер поверхности почвы; фактор влажности (вода) также в первую очередь зависит от климата и микроклимата (осадки, относительная влажность и т. д.), однако орография и биотические воздействия играют не меньшую роль; в действии светового фактора главную роль играет климат, но не меньшее значение имеют орография (например экспозиция склона) и биотические факторы (например затенение). Свойства почвы здесь уже почти несущественны; химизм (включая кислород) прежде всего зависит от почвы, а также от биотического фактора (почвенные микроорганизмы и т. д.), однако и климатическое состояние атмосферы тоже немаловажно; наконец, механические факторы в первую очередь зависят от биотических (вытаптывание, сенокошение и пр.), но здесь определенное значение имеют орография (падение склона) и климатические воздействия (например град, снег и т. д.).

По способу действия экологические факторы можно подразделить на прямодействующие (т. е. непосредственно на организм) и косвеннодействующие (влияющие на другие факторы). Но один и тот же фактор в одних условиях может быть прямодействующим, а в других - косвеннодействующим. Причем иногда косвеннодействующие факторы могут иметь очень большое (определяющее) значение, меняя совокупное действие других, прямодействующих, факторов (например геологическое строение, высота над уровнем моря, экспозиция склона и т. д.).

Приведем еще один несколько типов классификации экологических факторов.

1. Постоянные факторы (факторы, не меняются) - солнечная радиация, состав атмосферы, сила тяжести и т.д.
2. Факторы, которые меняются. Они подразделяются на периодические (температура - сезонная, суточная, ежегодная; приливы и отливы, освещение, влажность) и непериодические (ветер, пожар, гроза, все формы человеческой деятельности).

Классификация по расходованию:

Ресурсы - элементы среды, которые организм потребляет, уменьшая их запас в среде (вода, CO2, O2, свет)
Условия - не расходуемые организмом элементы среды (температура, движение воздуха, кислотность почвы).

Классификация по направленности:

Векторизованные - направленно изменяющиеся факторы: заболачивание, засоление почвы
Многолетние-циклические - с чередованием многолетних периодов усиления и ослабления фактора, например изменение климата в связи с 11-летним солнечным циклом
Осцилляторные (импульсные, флуктуационные) - колебания в обе стороны от некоего среднего значения (суточные колебания температуры воздуха, изменение среднемесячной суммы осадков в течение года)

По периодичности делятся на:
- периодические (регулярно повторяются): первичные и вторичные
- непериодические (возникают неожиданно).

Среда - это своеобразный комплекс условий, окружающих живой организм, которые воздействуют на его может быть совокупность явлений, материальных тел, энергий. Экологический фактор - это фактор среды, к которому организмам приходится приспосабливаться. Это может быть понижение или повышение температуры, влажность или засуха, радиационный фон, деятельность человека, конкуренция среди животных и т. д. Термин «среда обитания» по своей сути означает часть природы, в которой живут организмы, среди того, что на них оказывает прямое или косвенное влияние. Это и есть факторы, потому что они так или иначе воздействуют на субъект. Среда постоянно меняется, ее составные части многообразны, поэтому животным, растениям и даже людям приходится постоянно приспосабливаться, адаптироваться к новым условиям, чтобы как-то выживать и размножаться.

Классификация экологических факторов

На живые организмы может производиться как природное, так и искусственное воздействие. Существует несколько типов классификаций, но наиболее распространенными считаются такие виды экологических факторов, как абиотические, биотические и антропогенные. На все живые организмы так или иначе воздействуют явления и компоненты неживой природы. Это и есть абиотические факторы, влияющие на жизнедеятельность человека, растений, животных. Они, в свою очередь, разделяются на эдафические, климатические, химические, гидрографические, пирогенные, орографические.

Световой режим, влажность, температуру, атмосферное давление и осадки, солнечную радиацию, ветер можно отнести к климатическим факторам. Эдафические влияют на живые организмы через тепловой, воздушный и ее химический состав и механическую структуру, уровень грунтовых вод, кислотность. Химические факторы - это солевой состав воды, газовый состав атмосферы. Пирогенные - влияние огня на окружающую среду. Живые организмы вынуждены приспосабливаться к рельефу местности, перепаду высот, а также к особенностям воды, содержанию в ней органических и минеральных веществ.

Биотический экологический фактор - это взаимоотношения живых организмов, а также воздействие их отношений на окружающую среду. Влияние может быть как прямым, так и косвенным. Например, некоторые организмы способны влиять на микроклимат, изменять и т. д. Биотические факторы разделяются на четыре вида: фитогенные (растения влияют на окружающую среду и друг на друга), зоогенные (животные воздействуют на среду обитания и друг на друга), микогенные (воздействие оказывают грибы) и микробиогенные (в центре событий оказываются микроорганизмы).

Антропогенный экологический фактор - это изменение условий жизнедеятельности организмов в связи с деятельностью человека. Действия могут быть как сознательными, так и неосознанными. Тем не менее, они приводят к необратимым изменениям в природе. Человек разрушает почвенный слой, загрязняет атмосферу и воды вредными веществами, нарушает природные ландшафты. Антропогенные факторы можно разделить на четыре основные подгруппы: биологические, химические, социальные и физические. Все они в той или иной степени воздействуют на животных, растения, микроорганизмы, способствуют появлению новых видов и стирают с лица земли старые.

Химическое влияние экологических факторов на организмы в основном негативно сказывается на окружающей среде. Чтобы добиться хороших урожаев, люди используют минеральные удобрения, убивают вредителей ядами, тем самым загрязняя почву и воды. Сюда также следует добавить отходы транспорта и промышленности. Физические факторы предполагают перемещение в самолетах, поездах, на авто, использование атомной энергии, влияние на организмы вибрации и шума. Не стоит также забывать о взаимоотношениях людей, жизни в обществе. К биологическим факторам относятся организмы, для которых человек является источником питания или средой обитания, сюда же стоит отнести продукты питания.

Условия среды

В зависимости от своих особенностей и сил различные организмы по-разному реагируют на абиотические факторы. Экологические условия со временем изменяются и, конечно же, меняют правила выживания, развития и размножения микробов, животных, грибов. Например, жизнь зеленых растений на дне водоема ограничивается количеством света, способным проникать сквозь толщу воды. Число животных ограничивается обилием кислорода. Огромное влияние на живые организмы оказывает температура, потому как ее понижение или повышение сказывается на развитии и размножении. Во время ледникового периода вымерли не только мамонты и динозавры, но и многие другие животные, птицы и растения, тем самым изменив среду. Влажность, температура и свет - это основные факторы, определяющие условия существования организмов.

Свет

Солнце дарит жизнь многим растениям, животным оно не так важно, как представителям флоры, но все же и они не могут без него обходиться. Естественное освещение - это природный источник энергии. Многие растения разделяют на светолюбивые и теневыносливые. Разные виды животных проявляют отрицательную или положительную реакцию на свет. Но самое главное влияние солнце оказывает на смену дня и ночи, потому как разные представители фауны ведут исключительно ночной или дневной образ жизни. Действие экологических факторов на организмы сложно переоценить, но если говорить о животных, то освещение не влияет на них непосредственно, оно лишь сигнализирует о необходимости перестройки процессов, протекающих в организме, благодаря чему живые существа отвечают на изменение внешних условий.

Влажность

Зависимость от воды у всех живых существ очень большая, потому как она необходима для их нормального функционирования. Большинство организмов неспособны жить в сухом воздухе, рано или поздно они гибнут. Количество осадков, выпадающих за конкретный период, характеризует влажность местности. Лишайники вылавливают водяной пар из воздуха, растения питаются при помощи корней, животные пьют воду, насекомые, амфибии способны всасывать ее через покровы тела. Есть существа, получающие жидкость вместе с пищей или через окисление жиров. Как растения, так и животные имеют множество приспособлений, позволяющих им медленнее растрачивать воду, экономить ее.

Температура

Каждому организму присущ свой интервал температур. Если она выходит за рамки, повышаясь или понижаясь, то он попросту может погибнуть. Влияние экологических факторов на растения, животных и человека может быть как положительным, так и отрицательным. Внутри температурного интервала организм нормально развивается, но как только температура подходит к нижним или верхним границам, жизненные процессы замедляются, а потом и вовсе прекращаются, что ведет к гибели существа. Кому-то нужен холод, кому-то - тепло, а кто-то может жить при различных условиях среды. Например, бактерии, лишайники выдерживают широкий диапазон температур, тигры хорошо себя чувствуют в тропиках и в Сибири. Но большинство организмов выживают лишь в узких температурных пределах. Например, кораллы разрастаются в воде при 21 °С. Понижение температуры или перегрев для них смертельно опасны.

В тропических областях погодные колебания практически незаметны, чего не скажешь об умеренном поясе. Организмы вынуждены приспосабливаться к смене сезонов, многие с наступлением зимы совершают длительные миграции, а растения вовсе отмирают. При неблагоприятных температурных условиях некоторые существа впадают в спячку, чтобы переждать неподходящий для них период. Это лишь основные экологические факторы, на организмы также влияет атмосферное давление, ветер, высота над уровнем моря.

Воздействие экологических факторов на живой организм

На развитие и размножение живых существ существенное влияние оказывает среда обитания. Все группы экологических факторов обычно воздействуют комплексно, а не по одному. Сила влияния одного зависит от других. Например, освещение никак нельзя заменить углекислым газом, но, изменив температуру, вполне возможно приостановить фотосинтез растений. Все факторы влияют на организмы в той или иной мере неодинаково. Ведущая роль может изменяться в зависимости от времени года. Например, весной для многих растений важна температура, в период цветения - влага почвы, при созревании - влажность воздуха и питательные вещества. Есть еще и избыток или недостаток которых близок к пределам выносливости организма. Их действие проявляется даже тогда, когда живые существа находятся в благоприятной среде.

Влияние экологических факторов на растения

Для каждого представителя флоры средой обитания считается окружающая его природа. Именно она создает все необходимые экологические факторы. Среда обитания обеспечивает растение необходимой влажностью почвы и воздуха, освещением, температурой, ветром, оптимальным количеством питательных веществ в грунте. Нормальный уровень экологических факторов позволяет организмам нормально расти, развиваться и размножаться. Некоторые условия способны негативно влиять на растения. Например, если посадить культуру на истощенном поле, в почве которого нет достаточного количества питательных веществ, то она вырастет очень слабой или не вырастет вовсе. Такой фактор можно назвать ограничивающим. Но все же большинство растений приспосабливаются к условиям обитания.

Представители флоры, произрастающие в пустыне, приспосабливаются к условиям с помощью особенной формы. У них обычно очень длинные и мощные корни, которые могут уходить вглубь земли на 30 м. Возможна и поверхностная корневая система, позволяющая собирать влагу во время коротких дождей. Воду деревья и кусты хранят в стволах (часто деформированных), листьях, ветвях. Некоторые жители пустынь способны по несколько месяцев ждать живительной влаги, а вот другие радуют глаз всего несколько дней. Например, эфемеры рассеивают семена, которые прорастают только после дождя, тогда пустыня расцветает рано утром, а уже в полдень цветы увядают.

Влияние экологических факторов на растения сказывается и в холодных условиях. В тундрах очень суровый климат, лето короткое, теплым его не назовешь, а вот морозы длятся от 8 до 10 месяцев. Снежный покров незначительный, а ветер и вовсе оголяет растения. Представители флоры обычно имеют поверхностную корневую систему, толстую кожицу листьев с восковым налетом. Необходимый запас питательных веществ растения накапливают в период, когда длится Тундровые деревья производят семена, прорастающие только раз в 100 лет в период наиболее благоприятных условий. А вот лишайники и мхи приспособились размножаться вегетативным путем.

Растений позволяют им развиваться в самых разных условиях. Представители флоры зависимы от влажности, температуры, но больше всего им нужен солнечный свет. Он изменяет их внутреннее строение, внешний вид. Например, достаточное количество света позволяет деревьям вырастить роскошную крону, а вот кусты, цветы, выросшие в тени, кажутся угнетенными и слабыми.

Экология и человек очень часто идут разными дорогами. Деятельность людей губительно сказывается на окружающей среде. Работа промышленных предприятий, лесные пожары, транспорт, загрязнение атмосферы выбросами электростанций, заводов, вода и почва с остатками нефтепродуктов - все это негативно сказывается на росте, развитии и размножении растений. За последние годы множество видов представителей флоры попало в Красную Книгу, многие вымерли вовсе.

Влияние экологических факторов на человека

Еще каких-нибудь два столетия назад люди были намного здоровее и физически сильнее, нежели сегодня. Трудовая деятельность постоянно усложняет взаимоотношения человека и природы, но до определенного момента им удавалось уживаться. Это получалось благодаря синхронности уклада жизни людей с природными режимами. Каждое время года имело свой трудовой настрой. Например, весной крестьяне вспахивали землю, сеяли злаки и другие культуры. Летом ухаживали за посевами, пасли скот, осенью - собирали урожай, зимой - занимались домашними делами, отдыхали. Культура здоровья была важным элементом общей культуры человека, сознание личности менялось под влиянием природных условий.

Все резко изменилось в ХХ веке, в период огромного скачка в развитии техники и науки. Конечно, и до этого деятельность человека существенно вредила природе, но тут были побиты все рекорды негативного влияния на окружающую среду. Классификация экологических факторов позволяет определить, на что люди влияют в большей степени, а на что - в меньшей. Человечество живет в режиме производственного цикла, и это не может не сказываться на состоянии здоровья. Нет никакой периодичности, люди выполняют одну и ту же работу в течение всего года, мало отдыхают, постоянно куда-то спешат. Конечно, условия труда и жизни изменились в лучшую сторону, но вот последствия такого комфорта очень даже неблагоприятны.

Сегодня загрязнены вода, почва, воздух, выпадают уничтожающие растения и животных, повреждающие конструкции и сооружения. Истончение озонового слоя также не может не пугать последствиями. Все это приводит к генетическим изменениям, мутациям, здоровье людей с каждым годом ухудшается, количество больных неизлечимыми болезнями неумолимо растет. На человека в значительной степени влияют экологические факторы, биология изучает это воздействие. Раньше люди могли погибать от холода, жары, голода, жажды, в наше время человечество «само роет себе могилу». Землетрясения, цунами, наводнения, пожары - все эти природные явления уносят жизни людей, но еще больше человек вредит себе сам. Наша планета похожа на корабль, который на большой скорости идет на скалы. Нужно остановиться, пока не поздно, исправить ситуацию, попытаться меньше загрязнять атмосферу, стать ближе к природе.

Воздействие человека на экологию

Люди жалуются на резкое изменение окружающей среды, ухудшение здоровья и общего самочувствия, но при этом редко осознают, что сами в этом и виноваты. Различные виды экологических факторов менялись на протяжении веков, были периоды потепления, похолодания, высыхали моря, уходили под воду острова. Конечно, природа заставляла человека адаптироваться к условиям, но она не ставила людям жестких рамок, не действовала спонтанно и быстро. С развитием техники и науки все существенно изменилось. За одно столетие человечество настолько загрязнило планету, что ученые хватаются за голову, не зная, как изменить ситуацию.

Мы до сих пор вспоминаем о мамонтах и динозаврах, вымерших в ледниковый период из-за резкого похолодания, а сколько видов животных и растений было стерто с лица земли за последние 100 лет, сколько еще находится на грани вымирания? Большие города напичканы заводами и фабриками, в селах активно используются пестициды, загрязняющие почву и воду, везде наблюдается насыщенность транспортом. На планете практически не осталось мест, способных похвалиться чистым воздухом, незагрязненной землей и водой. Вырубка лесов, нескончаемые пожары, причиной которых может быть не только аномальная жара, но и деятельность человека, загрязнение водоемов нефтепродуктами, вредные выхлопы в атмосфере - все это негативно сказывается на развитии и размножении живых организмов и никак не улучшает здоровье людей.

«Или человек уменьшит количество дыма в воздухе, или дым сократит численность людей на Земле», - это слова Л. Батонна. Действительно, картина будущего выглядит удручающе. Лучшие умы человечества бьются над тем, как сократить масштабы загрязнений, создаются программы, выдумываются различные очищающие фильтры, ищутся альтернативы тем объектам, которые сегодня в наибольшей степени загрязняют природу.

Пути решения экологических проблем

Экология и человек сегодня не могут прийти к консенсусу. Все правительственные и должны сплоченно работать над решением существующих проблем. Нужно все делать для перевода производства на безотходные, замкнутые циклы, на пути к этому можно задействовать энерго- и материалосберегающие технологии. Природопользование должно быть рациональным и с учетом особенностей регионов. Увеличение видов существ, находящихся на грани вымирания, требует незамедлительного расширения заповедных территорий. Ну и, самое главное, следует воспитывать население, кроме общего давать экологическое образование.

Экологические факторы и законы их действия

Множество отдельных компонентов и условий среды, оказывающих прямое или косвенное влияние на организм, называются экологическими факторами. Они подразделяются по происхождению и характеру воздействия на абиотические (сюда относятся факторы неживой природы – физические и химические условия среды), биотические (факторы живой природы - межвидовые и внутривидовые взаимоотношения) и антропогенные (факторы, существование которых обусловлено деятельностью человека).

Общая схема экологических факторов представлена на рис. 1.2. На данной схеме в качестве примера представлена лишь часть антропогенных факторов, которые занимают особое место в системе экологических факторов, т.к. в целом их воздействие можно распределить между биотическими и абиотическими. Так, например, внесение гербицидов на поля влечет за собой химическое воздействие на организмы (абиотический фактор), а также изменение видового состава населяющих поле организмов и, как следствие, изменение межвидовых отношений (биотический фактор).

Характерной особенностью большинства факторов является качественная и количественная изменчивость во времени. Например, климатические факторы изменяются в течение суток, сезона, года (температура, освещенность, влажность и др.). Поэтому выделяют периодические факторы, изменение которых во времени повторяется регулярно, и непериодические факторы, возникающие без определенной периодической закономерности. К периодическим относятся не только климатические, но и гидрографические (приливы, отливы, океанские течения, паводки). К действию таких факторов организмы адаптировались в процессе эволюции.

Непериодическими факторами являются, например, извержение вулкана, землетрясение, изменение русла реки. Однако к непериодическим относятся главным образом антропогенные факторы – техногенные катастрофы, залповые выбросы загрязняющих веществ, сведение лесов и др. Непериодические факторы действуют, как правило, катастрофически: они могут вызвать болезнь или даже смерть живого организма.

Несмотря на многообразие и различную природу экологических факторов, существует определенная закономерность их воздействия на организмы.

Любому организму для существования необходима определенная совокупность условий среды обитания (например, температура, влажность, наличие питательных веществ и т.д.). Если все условия за исключением одного благоприятны, то именно это условие будет ограничивать (лимитировать) жизнь организма, поэтому данное условие называется лимитирующим фактором . Так, если в почве сочетание всех микроэлементов благоприятно для определенного вида растения и только какое-то вещество, например азот, содержится в количествах, близких к минимальному, то это может снизить урожайность. Кроме того, факторы могут быть лимитирующими, находясь в избытке.

Таким образом, лимитирующие экологические факторы – это факторы, недостаток или избыток которых (по сравнению с потребностью) ограничивают жизнедеятельность организма. Впервые на лимитирующие факторы указал немецкий химик-органик Ю.Либих, установивший закон минимума , который в современной формулировке звучит так: выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.

Американский зоолог В.Шелфорд, сформулировал закон толерантности , наиболее полно отражающий влияния экологических факторов на организм. Согласно этому закону лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, уровень которого приближается к пределам переносимого данным организмом . Диапазон между этими пределами определяет величину выносливости или экологическую валентность организма к данному фактору, а сами пределы называют пределами толерантности .

Исходя из закона толерантности, любой избыток вещества или энергии в окружающей организм среде оказывается загрязняющим началом. Так, избыток воды даже в засушливых районах вреден и вода может рассматриваться как обычный загрязнитель, хотя в оптимальных количествах она просто необходима.

На рис.1.3 представлена иллюстрация действия экологического фактора на организм. Предположим, особь определенного вида погибает при понижении температуры ниже значения min и при повышении сверх значения max . Тогда данные значения температур будут являться пределами толерантности, а диапазон температур между ними – экологическая валентность (толерантность) организма. При этом благоприятный диапазон действия экологического фактора называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этот диапазон называется зоной угнетения .

Широкую экологическую валентность вида по отношению к факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки "эври", например, животные, способные выносить значительные колебания температуры, называются эвритермными. Неспособность переносить значительные колебания факторов, или низкая экологическая валентность, характеризуется приставкой "стено ", например, стенотермные животные. Небольшие изменения температуры мало сказываются на эвритермных организмах и могут оказаться гибельными для стенотермных (рис. 1.4).

Экологические факторы, их влияние на организмы

Экологические факторы подразделяют следующим образом:

Абиотические - температурные и климатические условия, влажность, химический состав атмосферы, почвы, воды, освещенность, особенности рельефа;

Биотические - живые организмы и непосредственные продукты их жизнедеятельности;

Антропогенные - человек и непосредственные продукты его хозяйственной и иной деятельности.

Основные абиотические факторы

1. Солнечная радиация: ультрафиолетовые лучи губительны для организма. Видимая часть спектра обеспечивает фотосинтез. Инфракрасные лучи повышают температуру окружающей среды и тела организмов.

2. Температура влияет на скОрость реакций обмена веществ. Животных с постоянной температурой тела называют гомойотермными, а с переменной - пойкилотермными.

3. Влажность характеризуется количеством воды в среде обитания и внутри организма. Адаптации животных связаны с добыванием воды, запасанием жира как источника воды при окислении, с переходом к спячке в жару. У растений развиваются корневые системы, утолщается кутикула на листьях, уменьшается площадь листовой пластинки, редуцируются листья.

4. Климат - совокупность факторов, характеризующихся сезонной и суточной периодичностью, обусловленной вращением Земли вокруг Солнца и собственной оси. Адаптации животных выражаются в переходе к спячке в холодное время года, в оцепенении у пойкилотермных организмов. У растений адаптации связаны с переходом в состояние покоя (летнего или зимнего). При больших потерях воды ряд организмов впадает в состояние анабиоза - максимального замедления процессов обмена веществ.

5. Биологические ритмы - периодические колебания интенсивности действия факторов. Суточные биоритмы определяют внешние и внутренние реакции организмов на смену дня и ночи

Интенсивность фактора минимальная оптимальная максимальная

Рис. 23. Действие экологического фактора на живые организмы: А - общая схема; Б - схема для теплокровных и холоднокровных животных

Основные биотические факторы

Межвидовые отношения:

Мутуализм - форма взаимовыгодных симбиотических отношений двух популяций разных видов;

Комменсализм - форма симбиоза, при которой отношения выгодны преимущественно для одного из двух видов, обитающих совместно (рыбы лоцманы и акулы);

Хищничество - отношения, при которых особи одного вида убивают и поедают особей другого вида.

Биогеоценоз

Биогеоценоз - совокупность совместно обитающих и взаимодействующих между собой и с неживой природой популяций разных видов, образующих сложную, саморегулирующуюся систему в относительно однородных условиях среды. Термин введен В.Н. Сукачевым.

В состав биогеоценоза входят: биотоп (неживая часть среды) и биоценоз (все виды организмов, населяющие биотоп).

Совокупность растений, обитающих в данном биогеоценозе, принято называть фитоценозом, совокупность животных - зооценозом, совокупность микроорганизмов - мик-робоценозом.

Характеристика биогеоценоза:

Биогеоценоз имеет естественные границы;

В биогеоценозе взаимодействуют все экологические факторы;

Для каждого биогеоценоза характерен определенный круговорот веществ и энергии;

Биогеоценоз относительно устойчив во времени и способен к саморегуляции и саморазвитию в случае однонаправленных изменений биотопа. Смену биоценозов называют сукцессией.

Структура биогеоценоза:

Продуценты - растения, производящие органические вещества в процессе фотосинтеза;

Консументы - потребители готового органического вещества;

Редуценты - бактерии, грибы, а также питающиеся падалью и навозом животные, - разрушители органических веществ, преобразующие их в неорганические.

Перечисленные компоненты биогеоценоза составляют трофические уровни, связанные обменом и переносом питательных веществ и энергии.

Организмы разных трофических уровней образуют пищевые цепи, в которых вещества и энергия ступенчато передаются с уровня на уровень. На каждом трофическом уровне используется 5-10% энергии поступившей биомассы.

Пищевые цепи обычно состоят из 3-5 звеньев, например: растения-корова-человек; растения-божья коровка-синица-ястреб; растения-муха-лягушка-змея-орел.

Масса каждого последующего звена в пищевой цепи уменьшается примерно в 10 раз. Этo правило называют правилом экологической пирамиды. Соотношения энергетических затрат могут отражаться в пирамидах чисел, биомассы, энергии.

Искусственные биоценозы, созданные людьми, занимающимися сельским хозяйством, называют агроценозами. Они обладают большой продуктивностью, но не обладают способностью к саморегуляции и устойчивости, так как зависят от внимания к ним человека.

Биосфера

Существуют два определения биосферы.

1. Биосфера - это населенная часть геологической оболочки Земли.

2. Биосфера - это часть геологической оболочки Земли, свойства которой определяются активностью живых организмов.

Второе определение охватывает более широкое пространство: ведь образовавшийся в результате фотосинтеза атмосферный кислород распределен по всей атмосфере и присутствует там, где нет живых организмов.

Биосфера согласно первому определению состоит из литосферы, гидросферы и нижних слоев атмосферы - тропосферы. Пределы биосферы ограничены озоновым экраном, верхняя граница которого находится на высоте 20 км, а нижняя - на глубине около 4 км.

Биосфера в соответствии со вторым определением включает всю атмосферу.

Учение о биосфере и ее функциях разработал академик В.И. Вернадский.

Биосфера - это область распространения жизни на Земле, включая живое вещество (вещество, входящее в состав живых организмов). Биокосное вещество - это вещество, не входящее в состав живых организмов, но формирующееся за счет их активности (почва, природные воды, воздух).

Живое вещество, составляющее менее 0,001% массы биосферы, является наиболее активной частью биосферы.

В биосфере происходит постоянная миграция веществ как биогенного, так и абиогенного происхождения, в котором живые организмы играют основную роль. Круговорот веществ определяет устойчивость биосферы.

Основным источником энергии для поддержания жизни в биосфере является Солнце. Его энергия преобразуется в энергию органических соединений в результате фотосинтетических процессов, происходящих в фототрофных организмах. Энергия накапливается в химических связях органических соединений, служащих пищей растительноядным и плотоядным животным. Органические вещества пищи разлагаются в процессе обмена веществ и выводятся из организма. Выделенные или отмершие остатки, в свою очередь, разлагаются бактериями, грибами и некоторыми другими организмами. Образовавшиеся химические соединения и элементы вовлекаются в круговорот веществ.

Биосфера нуждается в постоянном притоке внешней энергии, так как вся химическая энергия превращается в тепловую.

Функции биосферы:

Газовая - выделение и поглощение кислорода и углекислого газа, восстановление азота;

Концентрационная - накопление организмами химических элементов, рассеянных во внешней среде;

Окислительно-восстановительная - окисление и восстановление веществ в ходе фотосинтеза и энергетического обмена;

Биохимическая - реализуется в процессе обмена веществ.

Энергетическая - связана с использованием и преобразованием энергии.

В результате биологическая и геологическая эволюции происходят одновременно и тесно взаимосвязаны. Геохимическая эволюция происходит под влиянием биологической эволюции.

Масса всего живого вещества биосферы составляет ее биомассу, равную примерно 2,4-1012 т.

Организмы, населяющие сушу, составляют 99,87% от общей биомассы, биомасса океана - 0,13%. Количество биомассы увеличивается от полюсов к экватору. Биомасса (Б) характеризуется:

а) продуктивностью - приростом вещества, приходящегося на единицу площади (П);

б) скоростью воспроизведения - отношением продукции к биомассе за единицу времени (П/Б).

Самыми продуктивными являются тропические и субтропические леса.

Часть биосферы, находящуюся под влиянием активной деятельности человека, называют ноосферой - сферой человеческого разума. Термин предполагает разумное влияние человека на биосферу в современную эпоху научно-технического прогресса. Однако чаще всего это влияние губительно для биосферы, что в свою очередь губительно для человечества.

Круговорот веществ и энергии в биосфере обусловлен жизнедеятельностью организмов и является необходимым условием их существования. Круговороты не замкнуты, поэтому химические элементы накапливаются во внешней среде и в организмах.

Углерод поглощается растениями в процессе фотосинтеза и выделяется организмами в процессе дыхания. Он также накапливается в среде в виде топливных ископаемых, а в организмах - в виде запасов органических веществ.

Азот превращается в соли аммония и нитраты в результате деятельности азотфиксирующих и нитрифицирующих бактерий. Затем после использования соединений азота организмами и денитрификации редуцентами азот возвращается в атмосферу. Сера находится в виде сульфидов и свободной серы в составе морских осадочных пород и почвы. Превращаясь в сульфаты в результате окисления серобактериями, она включается в ткани растений, затем вместе с остатками их органических соединений подвергается воздействию анаэробных редуцентов. Образовавшийся в результате их деятельности сероводород снова окисляется серобактериями.

Фосфор содержится в составе фосфатов горных пород, в пресноводных и океанических отложениях, в почвах. В результате эрозии фосфаты вымываются и в кислой среде переходят в растворимое состояние с образованием фосфорной кислоты, которая усваивается растениями. В тканях животных фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, костей. В результате разложения редуцентами остатков органических соединений он снова возвращается в почвы, а затем в растения.