Основные понятия экологии

Содержание

Введение 3
Глава 1. Основные понятия экологии 4
Глава 2. Классификация экологических факторов 9
Глава 3. Схема действия фактора на организм 18
Глава 4. Совместное действие факторов 23
Глава 5. Жизненные формы растений 27
Глава 6. Классификация жизненных форм животных 36
Заключение 42
Список использованной литературы 44

Введение

Факториальная экология изучает взаимодействие видов с окружающей средой. Другими словами, факториальная экология исследует совокупность экологических факторов, действующих на изолированную особь, и ответные реакции особи на их действие. Этот раздел экологии иногда называют экологией вида. Факториальная экология довольно тесно связана с физиологией и морфологией.
Различные факторы окружающей среды, такие как температура, влажность, влияют на каждый организм. В ответ на это организмы посредством естественного отбора производят различные морфологические и физиологические адаптации к ним. Факторы окружающей среды — это элементы окружающей среды, которые оказывают значительное влияние на живой организм. Они очень разнообразны по своим характеристикам, имеют разную природу и специфику действия.
Предметом факториальной экологии является изучение влияния факторов окружающей среды на обмен веществ, питание, скорость развития, фертильность, продолжительность жизни, смертность и другие показатели жизнеспособности отдельных особей в популяции [1].
Цель работы заключается в изучении факториальной экологии. Для решения цели были поставлены следующие задачи:
1. рассмотреть основные понятия экологии;
2. изучить классификацию экологических факторов;
3. установить схему действия фактора на организм;
4. охарактеризовать совместное действие факторов;
5. выявить жизненные формы растений;
6. классифицировать жизненные формы животных.
Работа состоит из введения, 6 глав, соответствующих задачам работы, заключения и списка литературы.
Глава 1. Основные понятия экологииТермин «экология» был предложен немецким биологом Э. Геккелем в 1866 году. В современном смысле экология — это наука о взаимоотношениях живых организмов и окружающей их среды. Все живые и неживые объекты, окружающие растения, животных и другие организмы и непосредственно взаимодействующие с ними, называются средой обитания [2, С. 4].
Экологи стремятся представить общую картину структуры и функционирования природы и определить место и роль человеческого общества в природных процессах на Земле. Современная экология делится на следующие направления:
1. классическая экология (биоэкология): экология растений, экология животных, биоценология, экология производства;
2. глобальная экология (географическая экология), объектом которой является биосфера в целом, ее географическое разделение, распределение экосистем по континентам и климатическим зонам и связанные с ними особенности их структуры и функций;
3. региональная экология (ее также можно рассматривать как особую часть глобальной экологии), изучение особенностей конкретного региона;
4. прикладная экология (экологические аспекты природопользования): машиностроение (проектирование и строительство установок и сооружений, направленных на защиту окружающей среды от вредных антропогенных воздействий, разработка соответствующих технологий), экологическое (природопользование, государственный и ведомственный контроль, экономика природопользования, регулирование, лицензирование, экологическое страхование), консервация, строительство (или защита окружающей среды во время строительства, включая экологию дома и архитектуру окружающей среды), сельское хозяйство, радиационная экология;
5. экология человека: физиологическая экология, экотоксикология, экопаразитология (экологически вызванные паразитарные заболевания), промышленная экология (санитарная экология), адаптивная экология (адаптивные особенности населения к конкретным условиям окружающей среды);
6. социальная экология (экологические особенности взаимодействия общества с природой).
Но даже эти направления не могут исчерпать интересы современной экологии. На границах контакта экологии с другими областями знаний появляются системы знаний, которые больше нельзя отнести к самой экологии: экологическое право на границе права и экологии, экологическая этика на границе экологии и этики, экологическая культура на границе культуры и экологии, экологии на границе и психологии - экологическая психология [3, С.4].
Биогеоценоз и экосистема являются сходными, но не идентичными понятиями. Оба предполагают сочетание живых организмов и сред обитания, но экосистема — это безразмерная концепция. «От капли к океану», так образно описал его автор А. Тенсли. Муравейник, аквариум, пруд, болото, кабина космического корабля - все это экосистемы.
В отечественной литературе принято характеризовать биогеоценоз как экосистему, границы которой очерчиваются территорией распространения растительного покрова - фитоценозом. Например, степь, болото, луг и подобные биогеоценозы. Другими словами, биогеоценоз является частным случаем экосистемы, это явление естественное, даже если речь идет о воздействии человека на него. Экосистема может быть полностью искусственной (аквариум, космический корабль).
Поддержание жизни организмов и циркуляции вещества в экосистемах возможно только благодаря постоянному притоку энергии. Жизнь на Земле существует благодаря энергии солнечного излучения, которая переводится фотосинтезирующими растениями (автотрофами) в химические связи органических соединений. Все другие организмы получают энергию с пищей. Передача пищевой энергии от ее источника (автотрофы) через ряд организмов, происходящая в результате поглощения одних организмов другими, называется пищевой (трофической) цепью
Экосистема — представляет собой сложную природную систему, которая на основе обмена веществ и энергии объединяет совокупность живых организмов (биоценоз) с неодушевленными компонентами (биотоп).
Экосистема — это сочетание биоценоза и биотопа. Самая большая экосистема — это Земля, или биосфера Земли, за глобальной системой - макросистемы (континенты, океаны), мезосистемы (лес, пруд, озеро), микросистемы (ствол дерева), т. е. более крупные системы включают более мелкие системы. Общее — процесс передачи энергии от одного звена экосистемы к другому, который поддерживает биотическую циркуляцию веществ [4, C. 11].
Одним из важнейших экологических понятий является гомеостаз —состояние внутреннего функционального равновесия природной системы (экосистемы), поддерживаемое регулярным обновлением его основных элементов и материально-энергетического состава, а также постоянной функциональной саморегуляцией компонентов.
Гомеостаз характерен и необходим для всех природных систем — от атома и организма до космических образований. У популяций есть свойства, благодаря которым они сохраняют свою численность на оптимальном уровне в постоянно меняющейся среде.
Популяция — это совокупность особей одного вида, живущих на общей территории в течение многих поколений.
Вид — это совокупность организмов с общими морфологическими признаками (фенотипом), свободно скрещивающимися и производящими плодовитое потомство. Это основная структурная единица в системе живых организмов, виды имеют морфологические, физиологические и биохимические, эколого-географические (биогеографические) и генетические характеристики.
В состав биогеоценоза входят:
1. Биотическая часть (биоценоз) — совокупность живых организмов (продуценты, редуценты, консументы).
2. Абиотическая часть (экотоп) представляет собой совокупность факторов неживой среды.
Продуцентами (автотрофами) в основном являются растительные организмы, синтезирующие органическое вещество из неорганического (углекислый газ и вода), фиксирующие солнечную энергию, превращающие ее в потенциальную энергию химических связей, синтезируемых органических веществ с выделением кислорода. Консументы (потребители) - гетеротрофные организмы, потребители органического вещества.
Консументы делятся на:
• консументы первого порядка - животные, которые питаются напрямую от продуцентов (фитофаги, травоядные).
• консументы второго порядка - животные, которые питаются травоядными (зоофаги, хищники).
• консументы третьего порядка - животные, которые питаются плотоядными и травоядными животными (вторичные хищники).
Консументам выделяют 4 и 5 порядок, обычно 5 порядок потребителей — это максимум.
Редуценты (деструкторы) — это гетеротрофные организмы (бактерии, грибки), которые уничтожают останки животных и растений, превращая их в простые соединения.
Пищевая цепочка является функциональной единицей биогеоценоза, в которой энергия солнца, заключенная в пищевой субстрат, передается между организмами - от производителей к потребителям более высокого порядка.
Экологическая ниша — это совокупность необходимых условий для существования вида (жизненное пространство, физико-химические параметры окружающей среды, наличие пищевых ресурсов, взаимодействие с другими организмами и т. Д.). Совокупность абиотических факторов образует биотоп (экотоп). К ним относятся свет, температура, влажность, кислотность, соленость, топография, ветер, воздух, давление, долгота дня, радиация [5, С. 18-19].
Таким образом, каждый вид занимает в среде, в которой он живет, место, которое обусловлено его потребностью в пище, территорию, связанную с функцией размножения. Такие экологические связи создают определенную структуру биоценоза. Биоценозы — это динамические системы, они находятся в постоянном развитии, для них характерна последовательность.
Сукцессия — это последовательное изменение одного биоценоза на другой. Суть этого явления заключается в том, что под влиянием внутреннего развития биоценозов, их взаимодействия с окружающей средой они постепенно «стареют» и сменяются другими типами биоценозов. Примерами являются разрастание озера и превращение его в болото; засыхание болот и превращение их в луг; смена видов в лесу после пожара и т. д.
Процесс сукцессии включает в себя следующие этапы:
появление участка, не занятого жизнью;
миграция различных организмов на этот участок;
выживание организмов;
формирование структуры биоценоза путем конкуренции.
Глава 2. Классификация экологических факторовЭкологические факторы окружающей среды — это все явления и элементы окружающей среды, которые могут влиять на организмы, их популяции, скорость и направление процессов, происходящих в экосистемах [6, С.4]. Они могут быть необходимы или, наоборот, вредны для живых существ, чтобы способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Экологические факторы имеют различную природу и специфику действия. Среди них выделяются абиотические и биотические, антропогенные.
Абиотические факторы - температура, свет, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, ветер, течения, местность - все это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.
Абиотические факторы наземной среды.
1) лучистая энергия солнца. Солнечная энергия является основным источником энергии на Земле, основой существования живых организмов (процесс фотосинтеза). Количество солнечной энергии зависит от периода года, продолжительности дня, прозрачности воздуха (чем больше пыли, тем меньше солнечной энергии). По радиационному режиму выделяются климатические зоны (тундра, леса, пустыни);
2) освещение. Это определяется годовой суммарной солнечной радиацией, географическими факторами (состоянием атмосферы, характером рельефа и т. Д.). Свет необходим для процесса фотосинтеза, определяет сроки цветения и плодоношения растений.
Растения делятся на:
• светолюбивые - растения открытых, хорошо освещенных мест.
• теневыносливые - нижний ярус леса (зеленый мох, лишайник).
• тепловыносливые - хорошо растут на свету, но также переносят затенение. Легко настраиваются на режим освещения.
Для животных световой режим не является таким необходимым фактором окружающей среды, но он необходим для ориентации в пространстве. У беспозвоночных - самая примитивная, у других - очень сложная. У постоянных обитателей пещер может отсутствовать. Гремучие змеи видят ИК часть спектра, поэтому они охотятся ночью.
3) температура. Один из важнейших абиотических факторов, который прямо или косвенно влияет на живые организмы. Температура напрямую влияет на жизнедеятельность растений и животных, определяя их активность и характер их существования в конкретных ситуациях. Особенно заметный эффект оказывает температурный режим на фотосинтез, обмен веществ, потребление пищи, двигательную активность и репродукцию.
4) влажность атмосферного воздуха. Нижние слои атмосферы наиболее богаты влагой (до высоты 2 км), где сконцентрировано до 50 всей влаги, количество водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит от воздуха.
5) атмосферные осадки. Осадки определяют движение и распространение вредных веществ в окружающей среде. В общем круговороте воды атмосферные осадки являются наиболее мобильными, поскольку объем влаги в атмосфере изменяется 40 раз в год. Основными условиями выпадения осадков являются: температура воздуха, движение воздуха, рельеф.
6) газовый состав атмосферы. Его состав практически постоянен и включает в себя: N2-78%, О2 -20,9%, СО, аргон и другие газы, частицы воды, пыль.
7) Движение воздушных масс (ветер). Давление ветра - направление ветра в направлении более низкого давления. Ветер переносит примеси в атмосферу.
8) Атмосферное давление. 760 мм рт. Ст. Или 10 кПа [7].
Абиотические почвенные факторы
Почва – это поверхностный слой земной коры, который формируется и развивается в результате взаимодействия растений, животных, микроорганизмов, горных пород и является самостоятельной экосистемой.
Важнейшим свойством почвы является плодородие, то есть способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство имеет исключительную ценность для жизни человека и других организмов. Почва является неотъемлемой частью биосферы и энергии в природе, поддерживает газовый состав атмосферы. Состав почвы: твердые частицы, жидкость (вода), газы (воздух-О2, СО2), растения, животные, микроорганизмы, гумус.
Физические свойства
1. Механический состав - содержание частиц различного диаметра;
2. плотность;
3. Теплоемкость, теплопроводность;
4. Влагопоглощение, влагопроницаемость (песок имеет более высокую влагопроницаемость, глина имеет влагопроницаемость);
5. Аэрация - способность насыщать почву воздухом (рыхление почвы).
Химические свойства
Химические свойства почвенного покрова [8, С. 472-478] представлены в таблице 1.
Таблица 1
Химические свойства почвенного покрова
свойства показатель
Химический состав до 50 % SiO2 - кремнезем
до 25 % Al2O3 - глинозем
до 10 %- оксиды Feостальное - оксиды Са, К, Mg, Р .
Кислотность кислая почва (рН <6,7) карликовая береза, хвощ, некоторые мхи
нейтральные (рН 6,7 - 7,0) большинство культурных растений
на щелочных почвах (рН > 7,0) степные и пустынные растения (лебеда, полынь.)
Могут расти на любой почве (ландыш, вьюн, земляника лесная)
Содержание вредных веществ пестициды, тяжелые металлы
Абиотические факторы водной среды
Водная оболочка Земли называется гидросферой и включает в себя океаны, моря, реки, озера, болота, ледники. Вода занимает преобладающую часть биосферы Земли (71% земной поверхности). Средняя глубина - 3554 м, вес - 0,022% от веса планеты, площадь - 1350 млн. км2-океаны, 35 млн. км2 - пресная вода. Абиотическими факторами водной среды являются физические и химические свойства воды как среды обитания для живых организмов.
Физические свойства
1. Плотность. Плотность как фактор окружающей среды определяет условия движения организмов. Некоторые из них (головоногие моллюски, ракообразные), обитающие на больших глубинах, могут выдерживать давление до 400-500 атмосфер. Плотность воды также позволяет полагаться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм (планктон).
2. Температура. Изменение температуры в зависимости от глубины и колебаний (суточных и сезонных). Температурный режим водоемов более устойчив, чем на суше, что связано с высокой теплоемкостью воды. Например, колебания t ° верхних слоев океана составляют -10-15 ° С, более глубокие слои 3 -4 ° С.
3. Световой режим. Он играет важную роль в распространении водных организмов. Водоросли в океане обитают в освещенной зоне, чаще всего на глубине до 40 м, если прозрачность воды высокая, то до 200 м. Водоросли были обнаружены на Багамах на глубине 265 м, и только 5 * 10-6 солнечных лучей достигает их.
Цвет животных меняется с глубиной. Жители мелкой части океана наиболее ярко и разнообразно окрашены. Красный цвет широко распространен в глубоководной зоне, здесь он воспринимается как черный, что позволяет животным прятаться от врагов. В самых глубоких частях Мирового океана организмы используют свет, излучаемый живыми существами (биолюминесценция), в качестве источника света.
4. Мобильность - постоянное движение водных масс в космосе.
5. Прозрачность. Зависит от содержания взвешенных частиц. Самым чистым является море Уэдделла в Антарктиде, видимость 80 м (прозрачность дистиллированной воды).
Химические свойства
1. Соленость воды - содержание растворенных сульфатов, хлоридов, карбонатов. В океане 35 г / л солей. Черное море - 19 г / л. Пресноводные виды не могут жить в морях, а морские виды в реках. Однако такие рыбы, как лосось, сельдь проводят всю свою жизнь в море, а для нереста поднимаются в реку.
2. Количество растворенного O2 и CO2.
3. Кислая, нейтральная, щелочная среда. Все жители адаптировались к определенным кислотно-щелочным условиям. Их изменение в результате загрязнения может привести к гибели организмов [9].
Биотические факторы — это формы влияния живых существ друг на друга. Каждый организм постоянно испытывает прямое или косвенное влияние других существ, вступает в отношения с представителями своего вида и других видов - растений, животных, микроорганизмов, зависит от них и оказывает на них влияние. Окружающий органический мир является неотъемлемой частью окружающей среды каждого живого существа.
Взаимоотношения организмов - основа существования биоценозов и популяций; их рассмотрение относится к области синекологии.
Классификация биотических взаимодействий [10, С.22-24] представлена в таблице 2.
Таблица 2
Классификация биотических взаимодействий
Биотическое взаимодействие описание пример
Нейтрализм ни одна популяция не влияет на другую Сова- кислица
Конкуренция использование ресурсов (пищи, воды, света, пространства) одним организмом, который тем самым уменьшает доступность этого ресурса для другого организма. Внутривидовая: борьба за общий ресурс у двух самцов шимпанзе,
Межвидовая: при завозе в Британию из Северной Америки каролинской белки уменьшилась численность обыкновенной белки, т. к. каролинская белка оказалась более конкурентоспособной.
Прямая: при недостатке ресурсов возможно поедание животных особей своего вида (волки, рыси, хищные клопы.)
Косвенная: между кустарниками и травянистыми растениями в Калифорнии.
Паразитизм один организм (паразит) живёт за счёт питания тканями или соками другого организма (хозяина), тесно связан в своём жизненном цикле. находятся на поверхности хозяина: Блохи, вши, клещи - животные. Тля, мучнистая роса - растения.
внутри хозяина: Вирусы, бактерии, примитивные грибы - растения. Глисты - животные.
Хищничество поедание одного организма (жертвы) другим организмом (хищником). Норка уничтожает больных и старых ондатр, а на взрослых особей не нападает.
Симбиоз сожительство двух организмов разных видов при котором организмы приносят друг другу пользу. Комменсализм - один организм питается за счет другого, не нанося ему вреда. Рак - актиния. Актиния прикрепляется к раковине, защищая его от врагов, и питается остатками пищи.
Мутуализм - оба организма получают пользу, при этом они не могут существовать друг без друга. Лишайник - гриб + водоросль. Гриб защищает водоросль, а водоросль кормит его.
Антропогенные факторы — это формы человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно влияют на их жизнь. В ходе истории человечества развитие охоты, а затем сельского хозяйства, промышленности и транспорта сильно изменило природу нашей планеты. Значение антропогенных воздействий на весь живой мир Земли продолжает быстро расти.
Хотя человек влияет на дикую природу посредством изменения абиотических факторов и биотических связей видов, деятельность людей на планете следует выделять в виде особой силы, которая не вписывается в рамки этой классификации. В настоящее время практически судьба живого покрова Земли, всех видов организмов находится в руках человеческого общества и зависит от антропогенного воздействия на природу.
Один и тот же фактор окружающей среды имеет разные значения в жизни живых организмов разных видов. Например, сильный ветер зимой неблагоприятен для крупных животных, которые живут открыто, но не влияет на более мелких животных, которые прячутся в норах или под снегом. Солевой состав почвы важен для питания растений, но безразличен для большинства наземных животных.
Некоторые свойства окружающей среды остаются относительно постоянными в течение длительных периодов времени в эволюции видов. Таковы сила тяжести, солнечная постоянная, солевой состав океана и свойства атмосферы. Большинство факторов окружающей среды - температура, влажность, ветер, осадки, наличие укрытий, пищи, хищников, паразитов, конкурентов - очень изменчивы в пространстве и времени. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от характеристик среды обитания. Например, температура сильно варьируется на суше, но почти постоянна на дне океана или в глубинах пещер. Паразиты млекопитающих живут в условиях избытка пищи, в то время как для свободно живущих хищников его запасы постоянно меняются после изменения числа жертв.
Изменения факторов окружающей среды с течением времени могут быть:
1) регулярно периодический, изменяющий воздействие в зависимости от времени суток, времени года или ритма приливов в океане;
2) нерегулярные, без четкой периодичности, например, изменения погодных условий в разные годы, явления катастрофического характера - штормы, ливни, оползни;
3) направлены в течение известных, иногда длительных периодов времени, например, во время охлаждения или потепления климата, зарастания водоемов, постоянного выпаса скота в одном и том же районе [11, С.17].
Часто встречающаяся классификация экологических факторов (факторов среды)
по временным отрезкам: эволюционный, исторический, действующий
по периодичности: периодический, непериодический
очередность возникновения: первичный, вторичный
по происхождению: космический, абиотический (он же абиогенный), биогенный, биологический, биотический, природно-антропогенный, антропогенный (в т. ч. техногенный, загрязнения среды), антропический (в т. ч. беспокойства)
по среде возникновения: атмосферный, водный (он же влажности), геоморфологический, эдафический, физиологический, генетический, популяционный, биоценотический, экосистемный, биосферный
по характеру: вещественно-энергетический, физический (геофизический, термический), биогенный (он же биотический), информационный, химический (солености, кислотности), комплексный (экологический, эволюции, системообразующий, географический, климатический)
по объекту: индивидуальный, групповой (социальный, этологический, социально-экономический, социально-психологический, видовой (в т.ч. человеческий, жизни общества)
по плотности: зависящий от плотности, не зависящий от плотности
по степени воздействия: летальный, экстремальный, лимитирующий, беспокоящий, мутагенный, тератогенный; канцерогенный
по спектру воздействия: избирательный, общего действия
Глава 3. Схема действия фактора на организмФакторы окружающей среды чрезвычайно разнообразны, и каждый вид, испытывая свое влияние, реагирует на него по-своему. Тем не менее, существуют некоторые общие законы, которые регулируют реакции организмов на любой фактор окружающей среды [12].
Основным является закон оптимума. Он отражает то, как живые организмы передают различные силы факторов окружающей среды. Закон оптимума указывает меру каждого фактора на жизнеспособность организмов. На графике это выражено симметричной кривой, показывающей, как изменяется жизнедеятельность вида с постепенным увеличением меры фактора (рисунок 1).
Рисунок 1. Закономерности действия фактора на организмы
Результаты действия переменного фактора зависят, прежде всего, от силы его проявления или дозировки. Факторы положительно влияют на организмы только в определенных пределах. Неадекватное или чрезмерное воздействие на организмы сказывается отрицательно.
В центре под кривой находится оптимальная зона. При оптимальных значениях фактора организмы активно растут, питаются и размножаются. Чем больше значение фактора отклоняется вправо или влево, то есть в направлении уменьшения или увеличения силы действия, тем менее благоприятно оно для организмов. Кривая, отражающая жизнедеятельность, резко падает по обе стороны от оптимума. Есть две зоны пессимума. Когда кривая пересекается с горизонтальной осью, появляются две критические точки. Это значения фактора, который организмы больше не могут выдерживать, смерть наступает за их пределами. Расстояние между критическими точками показывает степень выносливости организмов к изменению фактора. Условия, близкие к критическим точкам, особенно трудно пережить. Такие условия называются экстремальными.
Если построить оптимальные кривые коэффициента, например, температуры, для разных видов, то они не будут совпадать. Часто то, что является оптимальным для одного вида, представляет собой пессимум для другого или даже лежит вне критических точек. Верблюды и тушканчики не могли жить в тундре, а олени и лемминги в жарких южных пустынях.
Экологическое разнообразие видов проявляется также в положении критических точек: в одних они близки, в других они широко разнесены. Это означает, что некоторые виды могут жить только в очень стабильных условиях с незначительным изменением факторов окружающей среды, в то время как другие противостоят их широким колебаниям. Например, чувствительное растение увядает, если воздух не насыщен водяным паром, и перо хорошо переносит изменения влажности и не умирает даже при засухе.
Таким образом, закон оптимальности показывает нам, что для каждого вида существует мера влияния каждого фактора. Как уменьшение, так и увеличение воздействия за пределы этой меры приводит к гибели организмов.
Оптимальная зона — это диапазон факторов, наиболее благоприятных для жизни. Отклонения от оптимума определяют зону пессимума. В них организмы угнетены.
Минимальные и максимальные допустимые значения фактора являются критическими точками, за пределами которых тело умирает [13].
Закон оптимума универсален. Он определяет границы условий, при которых возможно существование видов, а также меру изменчивости этих условий. Виды чрезвычайно разнообразны по своей способности переносить изменения факторов.
Чтобы понять связь видов с окружающей средой, закон ограничивающего фактора не менее важен. В природе на организм одновременно воздействует целый ряд факторов окружающей среды в разных сочетаниях и с разными сильными сторонами. Нелегко выделить роль каждого из них. Какой из них значит больше, чем другие? Знания о законе оптимума, позволяет нам понять, что нет абсолютно положительных или отрицательных, важных или вторичных факторов, и все зависит от силы каждого из них.
Закон ограничивающего фактора гласит, что наиболее значимым фактором является тот, который больше всего отклоняется от оптимальных значений для организма.
Именно от него зависит выживание людей в этот конкретный период. В других случаях другие факторы могут стать ограничивающими, и на протяжении всей жизни организмы сталкиваются с различными ограничениями своей жизни.
Законы оптимального и ограничивающего фактора постоянно сталкиваются с сельскохозяйственной практикой. Например, рост и развитие пшеницы и, следовательно, сбор урожая постоянно ограничены критическими температурами, недостатком или избытком влаги, недостатком минеральных удобрений, а иногда и такими катастрофическими воздействиями, как град и штормы. Требуются большие усилия и деньги для поддержания оптимальных условий для сельскохозяйственных культур и, прежде всего, для компенсации или смягчения влияния именно ограничивающих факторов.
Условия жизни разных видов удивительно разнообразны. Некоторые из них, например, небольшие клещи или насекомые, проводят всю свою жизнь внутри листа растения, которое для них представляет собой целый мир, другие осваивают огромные и разнообразные пространства, такие как северный олень, киты в океане, перелетные птицы.
В зависимости от того, где живут представители разных видов, на них воздействуют разные факторы окружающей среды. На нашей планете можно выделить несколько основных жизненных сред, которые сильно различаются по условиям существования: вода, земля-воздух, почва. Сами живые организмы также являются организмами, в которых живут другие.
В природе есть два крайних варианта - узкая специализация и широкая выносливость. У специализированных видов критические точки фактора очень близки; такие виды могут жить только в относительно постоянных условиях. Так, многие глубоководные обитатели - рыбы, иглокожие, ракообразные - не терпят колебаний температуры даже в пределах 2-3 ° С. Растения влажных мест обитания мгновенно увядают, если воздух вокруг них не насыщен водяным паром. Виды с узким диапазоном выносливости называются стенобионтами, а с широким диапазоном - эврибионтами.
Чтобы выразить степень толерантности в экологии, используются термины, которые используют префиксы wall- (узкий) и heury- (широкий) [14].
Например: эвритермические организмы - имеющие широкий температурный диапазон (много насекомых), стенотермические организмы - адаптированные к узкой амплитуде температуры (рисунок 2).
Рисунок 2. Пределы толерантности стенотермных и эвритермных организмов
Таким образом, по отношению к определенным экологическим факторам организмы могут подразделяться:
на стенотермные - эвритермные (по отношению к температуре);
стеногидрические - эвригидрические (по отношению к воде);
стеногалинные - эвригалинные (по отношению к солености);
стенофагные - эврифагные (по отношению к пище);
стеноойкные - эвриойкные (по отношению к местообитанию);
стснобатные - эврибатные (по отношению к давлению воды) [15].
Глава 4. Совместное действие факторовФакторы окружающей среды обычно действуют не в одиночку, а совместно. Действие одного фактора зависит от уровня других. Сочетание с различными факторами оказывает заметное влияние на проявление оптимума в свойствах организма и в пределах их существования. Действие одного фактора не заменяется действием другого. Однако при комплексном воздействии окружающей среды часто можно увидеть «эффект замещения», который проявляется в сходстве эффектов различных факторов. Таким образом, свет не может быть заменен избыточным теплом или избытком углекислого газа, но, воздействуя на изменения температуры, можно остановить фотосинтез растений или активность у животных и, таким образом, создать эффект диапаузы, как в короткий день, так и путем удлинения. активный период, создать эффект длинного дня. И в то же время это не замена одного фактора другим, а проявление количественных показателей факторов окружающей среды. Это явление широко используется в практике растениеводства и животноводства [16].
При комплексном воздействии окружающей среды факторы их воздействия не являются эквивалентными для организмов. Их можно подразделить на ведущие (главные) и фоновые (сопутствующие, второстепенные). Ведущие факторы различны для разных организмов, даже если они живут в одном месте. В роли ведущего фактора на разных этапах жизни организма могут выступать те или иные элементы окружающей среды. Например, в жизни многих культурных растений, таких как злаки, в период прорастания основным фактором является температура, в период всхода и цветения - влажность почвы, в период созревания - количество питательных веществ и влажность воздуха. Роль ведущего фактора в разные времена года может измениться. Так, при пробуждении активности у птиц (синица, воробьи) в конце зимы ведущим фактором является свет, и, в частности, продолжительность дня, летом его действие становится эквивалентным температурному фактору [17].
Ведущий фактор не может быть одинаковым для одного и того же вида, живущего в разных физических и географических условиях. Например, активность комаров, мошек, кусающих мошек в теплых районах определяется комплексом светового режима, а на севере - изменениями температуры.
Понятие ведущих факторов нельзя путать с понятием ограничивающих факторов. Фактор, уровень которого в качественном или количественном выражении (дефицит или избыток) близок к пределам выносливости данного организма, называется ограничивающим или ограничивающим. Ограничивающее влияние фактора также будет проявляться в том случае, когда другие факторы окружающей среды являются благоприятными или даже оптимальными. Как ведущие, так и фоновые факторы окружающей среды могут действовать как ограничивающий фактор.
Понятие ограничивающих факторов было введено в 1840 году химиком Дж. Либихом. Изучая влияние на рост растений содержания различных химических элементов в почве, он сформулировал принцип: «Вещество при минимуме контролирует урожайность и определяет размеры и стабильность последних во времени» [18].
В простейшей форме, со ссылкой на конкретные эксперименты ученого, закон минимума Либиха гласит: рост растения зависит от питательного вещества, присутствующего в минимальном количестве (минимальном). В современной формулировке закон минимума таков: выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.
Закон минимума Либиха можно объяснить таким примером. Пусть почва содержит все элементы минерального питания, необходимые для этого вида растений, кроме одного из них, например, бора или цинка. Рост растений на такой почве будет подавлен. Если вы добавите правильное количество бора (цинка) в почву, это приведет к увеличению урожайности. Но если вы добавите какие-либо другие химические соединения (например, азот, фосфор, калий) и даже сможете гарантировать, что все они будут содержаться в оптимальных количествах, а бор (цинк) будет отсутствовать, это не будет иметь никакого эффекта [19].
В экологии под ограничивающим (лимитирующим) фактором понимается любой фактор, который ограничивает развитие или существование организма, вида или сообщества. Это может быть любой из факторов окружающей среды, действующих в природе: вода, тепло, свет, ветер, топография, содержание в почве солей и химических элементов, необходимых для жизни растений, а в водной среде - химия и качество воды, количество доступный кислород и углекислый газ [20].
Закон минимума дополняется двумя вспомогательными принципами (Одум, 1986):
Ограничительный принцип - закон действует только в стационарных условиях, когда приток и отток веществ и энергии уравновешен.
Предположим, что ограничивающим фактором для функционирования экосистемы озера является концентрация CO2 и других факторов окружающей среды (свет, температура, концентрация питательных веществ) содержатся в достаточных количествах и не являются ограничивающими. Производительность этой экосистемы находится в динамическом равновесии с количеством СО2, поступающим из разложения органических веще