Влияние абиотических факторов окружающей среды на формирование экосистемы

Введение
Актуальность темы работы: абиотические факторы являются неживыми факторами, которые влияют на формирование экосистем. Естественно, что эти факторы действуют одновременно и значит, что все живые организмы попадают под их влияние. Степень присутствия или отсутствия каждого из них существенно отражается на жизнеспособности организмов, причем на разные их виды неодинаково. Надо отметить, что это очень сильно влияет на всю экосистему в целом, на ее устойчивость [8].Факторы среды как по отдельности, так и в комплексе при воздействии на живые организмы заставляют их изменяться, адаптироваться к этим факторам. Эта способность носит название экологической валентности или пластичности. Абиотическими факторами среды называются условия, напрямую не связанные с жизнедеятельностью организмов. К числу наиболее важных абиотических факторов влияющих на формирование экосистем можно отнести температуру, свет, влажность, осадки и т. п. Цель работы — изучить и рассмотреть абиотические факторы окружающей среды и их влияние на формирование экосистем.Для достижения цели были поставлены следующие задачи:дать понятие абиотических факторов и рассмотреть их классификацию;рассмотреть абиотические факторы: температура, свет, влажность, осадки;выявить способы влияние абиотических факторов на формирование экосистем;изучить основные пути адаптации в экосистемах.Объект исследования: абиотические факторы среды.Предмет исследования: проявление абиотических факторов окружающей среды на формирование экосистемы.Методы исследования: теоретический анализ научной литературы.1 Определение и классификация абиотических факторовАбиотические факторы — совокупность факторов неживой среды, влияющих на жизнь и распространение организмов (неживые элементы среды обитания) [3].Абиотические факторы разделяют на следующие четыре подгруппы:климатические (атмосферные) факторы — все факторы, которые формируют климат в данной среде обитания (свет, газовый состав воздуха, осадки, температура, влажность воздуха, атмосферное давление, скорость ветра и т. д.);эдафические (почвенные) факторы — свойства почвы (механическая структура, минеральный состав, органический состав, кислотность, вязкость, влажность, газовый состав, температура;топографические факторы (факторы рельефа) — особенности характера и специфика рельефа местности. К ним относятся: высота над уровнем моря, перепад высот, крутизна (угол наклона местности по отношению к горизонту), экспозиция (положение местности относительно сторон света);геофизические факторы — физические явления природы (гравитация, магнитное поле Земли, ионизирующее и электромагнитное излучения) [4].Климатические и эдафические факторы во многом определяется географическим положением экотопа — его удаленностью от экватора и от океана и высотой над уровнем моря.Абиотические факторы разделяются на прямые и косвенные.Прямо действующие — непосредственно влияющие на организмы (например, влажность почвы и воздуха, температура, свет, богатство почвы и воды элементами минерального питания, скорость течения воды и др.)Косвенно действующие — непосредственно влияющие на изменение прямо действующих факторов (например, географическая широта и удаленность от океана, рельеф (высота над уровнем моря и экспозиция склона), гранулометрический состав почвы, прозрачность воды и др.) [5].2 Важнейшие абиотические факторы среды влияющие на формирование экосистем2.1 ТемператураТемпература — один из важнейших абиотических факторов, который действует всегда и везде.Температура на земной поверхности зависит от географической широты и высоты над уровнем моря, а также времени года, то есть от климата.От температуры зависит интенсивность обмена веществ организмов и их географическое распространение [10].Любой организм способен жить в пределах определенного диапазона температур. И хотя для разных видов организмов (эвритермных и стенотермных) эти интервалы различны, для большинства из них зона оптимальных температур, при которых жизненные функции осуществляются наиболее активно и эффективно, сравнительно невелика. Диапазон температур, в которых может существовать жизнь, составляет примерно 300 °С: от минус 200 °С до плюс 100 °С. На самом деле большинство видов и большая часть активности приурочены к более узкому диапазону температур таблица 1 [10].Таблица 1 — Температурный диапазон активной жизни на Земле, °ССреда жизниМаксимум Минимум Амплитуда суша55–70125моря35,6–3,338,9пресные воды93093Как правило, эти температуры, при которых возможно нормальное строение и функционирование белков: от 0 °С до плюс 50 °С. Однако целый ряд организмов обладает специализированными ферментными системами и приспособлен к активному существованию при температуре тела, выходящей за названные выше пределы.От температуры, в свою очередь, зависит жизнь различных организмов. Если температура тёплая, то живым организмам живётся лучше. Поэтому страны, находящиеся в климатических поясах, где преобладает теплый климат, наиболее заселены и имеют разнообразный живой мир.Теплота — основа кинетики химических реакций, из которых складывается жизнедеятельность организма. Поэтому температурные условия оказываются одним из важнейших экологических факторов, влияющих на интенсивность обменных процессов. Температура относится к числу постоянно действующих факторов; количественное ее выражение характеризуется широкими географическими, сезонными и суточными различиями [6].Температура очень важна для определения характера экосистемы, однако за исключением самых холодных регионов, занятых тундрой или полярными льдами, этот фактор играет в каком-то смысле вторичную роль по сравнению с осадками. Так, при количестве осадков 750 мм/год и более развиваются лесные сообщества, а температура влияет лишь на то, какой тип леса будет при этом формироваться. Например, ель и пихта характерны для холодных регионов с мощным снежным покровом зимой и коротким теплым летом, т. е. для северных областей. Листопадные деревья также в состоянии переносить морозную зиму, но требуют более длительного вегетационного периода, поэтому преобладают в умеренных широтах. Многие вечнозеленые широколистные породы с быстрым ростом, не способные выдержать даже кратковременные заморозки, доминируют в тропиках. Точно так же любая территория с годовой суммой осадков менее 250 мм представляет собой пустыню, причем по своей биоте пустыни жаркого пояса существенно отличаются от пустынь, свойственных холодным регионам.Кроме того, от температуры зависит скорость испарения воды. Чем теплее, тем быстрее теряется выпавшая в виде осадков влага. Следовательно, в жарких регионах пустыни сменяются степями, а последние — лесами при большей годовой сумме осадков, чем в холодных [6].Наконец, на севере России зима настолько холодная, а лето настолько короткое, что тепла хватает лишь на то, чтобы сошел снег и оттаяли самые верхние горизонты почвы. Ниже в ней постоянно сохраняется лед. Это явление называется вечной мерзлотой. Она ограничивает распространение на север еловых и пихтовых лесов, так как препятствует глубокому проникновению корней в почву, но не мешает произрастанию морозоустойчивых карликовых растений тундры. При дальнейшем снижение температуры тундра сменяется полярными ледяными пустынями.Таким образом, температура является важным и очень часто лимитирующим фактором. Температурные ритмы в значительной степени контролируют сезонную и суточную активность растений и животных.2.2 ОсадкиИз-за конденсации и кристаллизации паров воды в высоких слоях атмосферы формируются облака и атмосферные осадки. В приземном слое образуются роса и туман [1].Влага — это основной фактор, определяющий разделение экосистем на пустынные, степные и лесные. Годовая сумма осадков ниже 1000 мм соответствует стрессовой зоне для многих видов деревьев, а предел устойчивости большинства из них составляет около 750 мм/год. В то же время у большинства злаков такой предел значительно ниже — примерно 250 мм/год, а кактусы и другие пустынные растения способны расти при 50–100 мм осадков в год. Соответственно местах с количеством осадков выше 750 мм/год обычно развиваются леса, от 250 до 750 мм/год — злаковые степи, а там, где выпадает меньше 250 мм/год, преобладает растительность пустынь. При количестве осадков 750 мм в год температура лишь определяет какой именно лес будет формироваться в регионе. Растения пустынь приспосабливаются к экономному расходованию влаги. Они имеют длинные корни и уменьшают поверхность листьев. Пустынные животные способны к быстрому и продолжительному бегу на длинные маршруты при устремлении к водопою. Внутренним источником воды у них служит жир, при окислении 100 г которого образуется 100 г воды [12].На анализе динамики дефицита влажности основаны способы прогнозирования различных явлений в мире живых организмов.Например, замечено, что если в середине июня влажная погода и дефицит влажности меньше средней многолетней, то на следующий год деревья ели имеют слабый урожай шишек.2.3 Излучение: светЭкосистема является открытой системой и характеризуется входными и выходными потоками вещества и энергии. Основа существования практически любой экосистемы — поток энергии солнечного света, который является следствием термоядерной реакции — в прямом (фотосинтез) или косвенном (разложение органического вещества) виде, за исключением глубоководных экосистем: «чёрных» и «белых» курильщиков, источником энергии в которых является внутреннее тепло Земли и энергия химических реакций [2].Преимущественное значение для жизни имеют инфракрасные лучи (длина волны больше 0,76 мкм), на долю которых приходится 45 % всей энергии Солнца. В процессах фотосинтеза наиболее важную роль играют ультрафиолетовые лучи (длина волны до 0,3 мкм), составляющие 10 % энергии солнечной радиации. Остальная часть энергии приходится на видимую часть спектра с длиной волны 0,4–0,75 мкм, составляющие 45 % от общего количества света.Поступающая на поверхность планеты солнечная энергия расходуется в экосистеме. Количество этой энергии очень велико и составляет примерно 55 ккал на 1 см2 в год. Однако растения фиксируют не более 1–2 % солнечной энергии (а в пустынях и в океане — сотые доли процента), остальное затрачивается на нагревание атмосферы, суши и испарение. Из накопленной растениями солнечной энергии сравнительно немного — не более 7–10 % достается растительноядным животным, питающимся живыми растениями. Большую ее часть используют симбиотрофы (бактерии и грибы), которые получают питание из корней растений, выделяющих в почву углеводы (или живут непосредственно в корне), и детритофаги и редуценты, питающиеся отмершими растениями [5].Для понимания процессов превращения энергии в экосистеме полезны законы термодинамики, которые сформулированы физиками. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не возникает и не исчезает, а только переходит из одной формы в другую. Поэтому энергия в экосистеме не может появиться сама собой, а поступает в нее извне — от Солнца или в результате химических реакций неорганических веществ. В гетеротрофные антропогенные экосистемы энергия поступает от специальных энергетических устройств, на которых получается электрическая энергия или готовиться к использованию энергия углеродистых энергоносителей.2.4 ВлажностьВода — необходимый компонент клетки, поэтому количество её в тех или иных местообитаниях служит ограничивающим фактором для растений и животных и определяет характер флоры и фауны в данной местности. Избыток воды в почве приводит к развитию болотной растительности. В зависимости от влажности почвы (и годового количества осадков) видовой состав растительных сообществ меняется. При годовом количестве осадков 255 мм/год и менее развивается пустынный ландшафт. Неравномерное распределение осадков по временам года так же представляет важный ограничивающий фактор для организмов. В этом случаи растениям и животным приходится переносить длительные засухи. В короткий период высокой влажности почвы происходит накопление первичной продукции для сообщества в целом. Им определяется размер годового запаса пищи для животных и сапрофагов — организмов, разлагающих органические остатки [7].В природе, как правило, существуют суточные колебания влажности воздуха, которые на ряду со светом и температурой регулируют активность организмов. Влажность, как абиотический фактор, важна тем, что изменяет эффект температуры. Температура оказывает более выраженное влияние на организм, если влажность очень высока или низка. Точно также роль влажности повышается, если температура близка к пределам выносливости данного вида. Виды растений и животных, обитающие в зонах с недостаточной степенью увлажнения, в процессе естественного отбора эффективно приспособились к неблагоприятным условиям засушливости. У таких растений мощно развита корневая система, повышено осмотическое давление клеточного сока, способствующее удержанию воды в тканях, утолщена кутикула места, сильно уменьшена или превращена в колючки листовая пластинка. У некоторых растений (саксаул) листья утрачиваются, а фотосинтез осуществляется зелёными стеблями. При отсутствии воды рост пустынных растений прекращается, в то время как влаголюбивые растения в таких условиях увядают и гибнут. Кактусы способны запасать большое количество воды в тканях и экономно её расходовать. Аналогичное приспособление у африканских пустынных молочаев, что служит примером параллельной эволюции неродственных групп в сходных условиях среды [9].У пустынных животных также есть целый ряд физиологических адаптаций, позволяющих переносить недостаток воды. Мелкие животные — грызуны, пресмыкающиеся, членистоногие — извлекают воду из пищи. Источником воды служит и жир, накапливающийся у некоторых животных в больших количествах (горб у верблюда). В жаркое время года многие животные (грызуны, черепахи) впадают в спячку, продолжающую несколько месяцев [9].2.5 Совместное действие температуры и влажностиТемпература и влажность являются ведущими климатическими факторами и тесно взаимосвязаны между собой.При неизменном количестве воды в воздухе относительная влажность увеличивается, когда температура падает. Если воздух охлаждается до температуры ниже точки водонасыщения (100 %), происходит конденсация и выпадают осадки. При нагревании его относительная влажность падает. Взаимодействие температуры и влажности зависит не только от относительной, но и от абсолютной их величины. Например, температура оказывает более выраженное влияние на организмы в условиях влажности близкой к критической, т. е. если влажность очень велика или очень мала. Влажность также играет более критическую роль при температуре близкой к предельным значениям. Отсюда одни и те же виды организмов в различных географических зонах предпочитают разные местообитания. Так, по правилу постоянства местообитания широко распространенные виды на юге произрастают на северных склонах, а на севере встречаются только на южных [10].Для животных выявлены принципы смены местообитаний и принцип смены ярусов, согласно которым мезофильные виды в центре ареала, на севере его выбирают более сухие, а на юге — более влажные места или переходят от наземного образа жизни к подземному, как многие насекомые-фитофаги. Чем слабее проявляется влияние климата в тех конкретных местообитаниях, которые выбирает вид, тем больше их способность обитать в разных климатических условиях. Вид выбирает сочетание факторов, наиболее соответствующих его экологической валентности, путем смены местообитания, и таким образом преодолевает климатические рубежи [10].3 Основные пути адаптации в экосистемах Адаптация — это процесс приспособления строения и функций организмов (особей, популяций, видов) к меняющимся условиям среды. С течением времени любые условия существования изменяются в разной степени. Выделяют три основные типа изменений среды обитания:циклические изменения, периодически повторяющиеся, как при смене времен года, при приливах и отливах, при поочередном наступлении темного и светлого времени суток;направленные изменения, при которых изменения остаются стабильно однонаправленными в течение времени иногда превышающего по продолжительности жизненный цикл организмов; примером может служить прогрессирующая эрозия берегов, накопление донных осадков;хаотические изменения, с отсутствием определенного направления, аритмические изменения; например, непредсказуемо возникающие циклоны, шквалы, ураганы, пожары, наводнения [11].Во всем разнообразии приспособлений живых организмов к неблагоприятным условиям можно выделить следующие основные способы:активный путь — это усиление сопротивляемости, активизация регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все физиологические функции, несмотря на отклонение каких-то факторов от оптимальных величин. Например, по отношению к температуре этот путь более развит у гомойотермных (теплокровных) животных по сравнению с пойкилотермными (холоднокровными);пассивный путь — подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, при недостатке тепла это приводит к угнетению жизнедеятельности, снижению уровня обмена веществ, более экономному расходованию энергии. Пассивный путь адаптации свойственен всем растениям и холоднокровным животным. Среди млекопитающих и птиц пассивные приспособления в неблагоприятные периоды года используют виды, впадающие в оцепенение, спячку, зимний сон. Это выражается в некотором понижении температуры тела, снижении уровня обмена веществ, замедлении темпов роста и развития, что позволяет более экономно тратить ресурсы. Пассивное подчинение водному режиму среды свойственно растениям и животным, способным выносить высыхание: напочвенным водорослям, лишайникам, нематодам и т. д. [11];избегание неблагоприятных воздействий — выработка организмом таких жизненных циклов и поведения, которые позволяют избежать неблагоприятных воздействий. Например, сезонные миграции животных. Избегание, уход от действия неблагоприятных факторов свойственен организмам при активном и при пассивном пути адаптации к среде. Чаще всего приспособление к изменениям среды осуществляется сочетанием всех возможных путей адаптации [11].
Заключение
Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать вывод, что абиотическое содержание среды определяется климатическими (температура, свет, влажность, атмосферное давление), эдафическими (газовый состав, органические и минеральные вещества почвы и т. д.), топографическими (высота над уровнем моря, крутизна склона и т. д.) и геофизическими (гравитация, магнитное поле земли, ионизирующее излучение, электромагнитное излучение) условиями. Значение этих факторов состоит в том, что они существеннейшим образом определяют распространение видов, т. е. они определяют ареал видов, под которым понимают географическую зону, являющуюся местом обитания (распространения) организмов того или иного вида.
Список используемых источников
Технико-экономические аспекты промышленной экологии. Часть I: Защита атмосферного воздуха: учебное пособие / Амиров Я. С. [и др.]. Уфа: УГНТУ, 1995. 273 с.Бродский А. К. Краткий курс общей экологии. СПб.: Деан, 2000. 224 с.Горячкина Е. Г. Элементы экологии. Проблемы выживания человечества. Охрана окружающей среды. Иркутск: ИГМУ, 2013. 51 с.Дерябин В. А. Экология. Екатеринбург: Урал, 2016. 136 с.Миркин Б. М. Краткий курс общей экологии. Часть I: Экология видов и популяций. Уфа: БГПУ, 2011. 206 с.Малахова М. С. Организм и среда. Бузулук: БГТИ, 2012. 153 с.Мамонтов С. Г. Биология. М.: Высшая школа, 1991. 478 с.Основы общей экологии. Учебник для старших классов общеобразовательной школы / Мамедов Н. М. [и др.]. М.: Устойчивый мир, 2000. 272 с.Экология: учебник для вузов / Николайкин Н. И. [и др.]. М.: Дрофа, 2004. 624 с.Степановских А. С. Экология. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. 703 с.Хван Т. А. Экология: экзаменационные ответы. Ростов: Феникс, 2002. 224 с.Горбунова-Наумова А. В. Микробиогенные, микогенные экофакторы. Паразитизм // Элективный курс экологии для учителей и учащихся: электронный ресурс. 2014. URL: https://www.proza.ru/2014/01/08/1485 (дата обращения: 05.12.2021).