6.1. Краткий обзор важнейших факторов среды обитания

К основным физическим факторам в экологии относятся температура, излучение, свет, влажность, состав биосферы, биогенные элементы, почва и ее состав, а также микросфера.

Экология стремится не к тому, чтобы выявить роль отдельных факторов, а к тому, чтобы оценить сравнительную важность различных факторов, которые в реальной экосистеме действуют совместно. На суше важными физическими факторами являются свет, температура, вода (осадки); в море – свет, температура и соленость.

В пресных водах основную роль могут играть такие факторы, как содержание кислорода. Организмы, входящие в сообщество, так реагируют на эти факторы, что сообщество как бы ослабляет вредные эффекты и, достигает максимальной эффективности и наибольшей устойчивости в данных условиях.

6.2. Характеристика ресурсов

Источником существования человеческого общества служат природные ресурсы, являющиеся важнейшими компонентами окружающей его естественной среды. Все они связаны с литосферой, атмосферой, биосферой, космосом. Это минеральные ресурсы, земля, вода, растительность, живые организмы, газы, солнечная радиация и другие.

Природные ресурсы человек использует непосредственно или в переработанном виде. Само понятие “ресурсы” появилось, в то время, когда началась хозяйственная деятельность человека и возникла необходимость широкого и разнообразного использования природных богатств и объектов окружающей среды. Из различных классификаций природных ресурсов наиболее широко используются классификации по их принадлежности к тем или иным компонентам окружающей среды: функциональному назначению; способности к естественному восстановлению или сохранению, т.е. по истощаемости.

К возобновимым ресурсам принадлежит почва, растительность, животный мир, а также некоторые минеральные ресурсы (например, соли, осаждающиеся в озерах и морских лагунах).

Однако при расточительном использовании некоторые виды возобновляемых ресурсов могут перейти в разряд не возобновляемых или на их восстановление потребуется несоразмерно большое время. При хищническом использовании нарушается способность биологических систем к самовоспроизводству, и тогда эти ресурсы становятся практически невозобновимыми.

К невозобновимым ресурсам относятся богатства недр. Использование этих ресурсов возможно только один раз (хотя некоторые металлы могут служить вторичным сырьем), и оно неизбежно приводит к истощению их запасов; такие виды ресурсов имеют конечные запасы; пополнение их на Земле практически невозможно.

Развитие производства, рост техники со временем, казалось бы, делали человека все менее зависимым от природы. Опьяненные таким “могуществом”, люди возомнили себя полными хозяевами и господами природы, которым дозволено все, что они пожелают.

Природа таит в себе неограниченные возможности для удовлетворения потребностей человека. Возрастающие темпы изменения среды обитания приводят к нарушению взаимосвязи между ней и человеком.

В настоящее время обеспечение рационального взаимодействия общества с природной средой превратилось в одну из основных проблем, стоящих перед человечеством. Целенаправленная деятельность по удовлетворению общества в природных ресурсах приводит к нарушению сложившихся в природе связей. При этом в ряде случаев происходят глубокие изменения природной среды, существенно нарушается ход естественных природных процессов, сложившихся до появления на Земле человеческого общества.

6.2.1. Физические факторы

Свет. Условия жизни организмов определяются общим потоком излучения в окружающей среде. Организмы, живущие на поверхности Земли или вблизи нее, воспринимают поток энергии, который состоит из солнечного излучения и длинноволнового теплового излучения от близлежащих тел. Эти два фактора определяют климатические условия среды – температуру, скорость испарения воды, движения воздуха и воды.

Вспомним, что солнечный спектр есть распределение электромагнитного излучения Солнца в диапазоне длин волн от нескольких А (ангстрем) (гамма – излучение) до метровых радиоволн. Продолжительность дня, угол падения солнечных лучей, прозрачность атмосферы определяют количество достигшей Земли радиации. Излучения, доходящие до Земли, состоят из теплового излучения (инфракрасные лучи и небольшая часть видимого спектра), лучей, обладающих химической активностью (ультрафиолетовые лучи) и лучей видимой части спектра.

Та энергия, которая достигает земной поверхности, вместе с вращением Земли вокруг собственной оси и движением ее вокруг Солнца оказывает влияние на океанические течения, на возникновение основных ветров. Перемещения воздушных и водных масс, в свою очередь, влияют на распределение осадков. Все названные явления в целом определяют климат. Климат есть главный экологический фактор, так как он определяет влажность и температуру среды. От взаимодействия двух последних факторов зависит фотосинтез.

Именно фотосинтез – важнейший, ключевой процесс жизни в биосфере – происходит в присутствии видимого солнечного света. Пигменты хлоропластов поглощают излучение примерно между 380 и 740 нм, поэтому данную область называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР).

У растений радиация действует как источник энергии для фотохимических реакций и как раздражитель, регулирующий развитие. Интенсивность фотосинтеза сказывается на продуктивности экосистем.

Свет является важным физическим фактором, интенсивность которого изменяется по сезонам года и в течение суток. У живых существ развились адаптивные реакции фотопериодизма, цикадных ритмов и др.

Температура. Температура – важнейший физический фактор, определяется как солнечным, так и тепловым (длинноволновым) излучением. Оно исходит от всех поверхностей и тел, температура которых выше абсолютного нуля. Температура определяет предпочтительность местообитания, степень активности и жизнедеятельности развития и число поколений в году.

Живое существо получает и теряет тепловую энергию различными путями. Большинство живых организмов могут существовать только в интервале температур между 0 и С, так как именно при этих температурах происходит нормальный обмен веществ. Однако самая низкая температура, при которой обнаружены живые существа, составляет -С, а самая высокая до +С. Большинство видов обитает в еще более узком температурном диапазоне.

Некоторые организмы, особенно в стадии покоя, могут существовать при очень низких температурах, а отдельные виды микроорганизмов способны жить и размножаться в городских источниках при температуре, близкой к точке кипения. Диапазон колебаний температур в воде обычно меньше, чем на суше.

Важное значение имеет не только абсолютное значение температур, но и их распределение во времени. Животные и растения в ходе эволюции приспособились к периодическим изменениям температур и выработали различную потребность к теплу в различные периоды жизни. Например, семена клевера могут прорастать при температуре +1…+С, а хлопчатник - +С. Физиологические процессы у всех организмов наиболее активно протекают при оптимальных температурах. Отклонение от оптимума приводит к нарушениям физиологических процессов и даже к гибели организма. Общий температурный диапозон активной жизни на Земле изменяется в следующих пределах: на суше - +55…-С, в море – собственно +35.6…С, в пресных водах - +…С.

Вода. Физические свойства воды – плотность, удельная теплоемкость, растворенные в ней газы и соли, показатель pH, а также ее движение – являются для обитателей водной среды физическими факторами, определяющими их разнообразные приспособления и выживание. До сих пор мы рассматривали физические факторы, действие которых в наибольшей мере проявляется на суше. Однако большая часть нашей планеты покрыта водой. Водная среда является особым местообитанием, так как жизнь в ней зависит от физических свойств воды, в первую очередь от ее плотности, от количества кислорода и углекислого газа, растворенных в ней, от прозрачности воды, что определяет количество света на данной глубине. Кроме того, для обитателей воды важны скорость ее течения, соленость, показатель кислотности pH.

Так как плотность воды изменяется с температурой, достигая при -С максимума, то лед образуется не на дне водоемов, а на их поверхности. В озерах и прудах совершается сезонная циркуляция воды. Кроме того, вода обладает высокой удельной теплоемкостью, а потому является важным теплорегулятором.

Многие обитатели водоема парят в толще воды, образуя фито – и зоопланктон. Для планктонных организмов проблема состоит в том, чтобы иметь как можно меньший удельный вес. Это достигается разными путями: увеличением жировых пузырьков в цитоплазме (диатомовые водоросли), высоким содержанием воды в тканях (до 95%) у медуз, воздушными вакуолями в цитоплазме (радиолярии). Размеры планктонных организмов невелики, что соответствует правилу: чем мельче организмы и больше отношение поверхности тела к его весу, тем выше способность к парению.

Скорость течения воды повлияла на обитателей водоемов и способствовала появлению особенных приспособлений. Текущие воды выравнивают температуру по всей толще воды и способствуют ее обогащению кислородом. Поэтому главным фактором здесь становится само течение воды.

Форель, подкаменщик, гольян – обитатели текучих вод. Их тело в поперечном разрезе почти округлое, а не сжатое с боков, как у рыб спокойных вод (плотва, окунь, карп).

Из насекомых в текучих водах живот только те, у кого есть жабры. Им не нужно подниматься на поверхность за кислородом. Интересно, что животные текучих вод держатся головой навстречу течению и пытаются его преодолеть.

Содержание кислорода в условиях водоема оказывается лимитирующим фактором. Степень насыщения воды кислородом обратно пропорциональна ее температуре. Кислород составляет в атмосфере 21% (по объему) и около 35% от всех газов, растворенных в воде. Следовательно, водная среда сравнительно бедна кислородом и в ней редко достигается насыщенность.

Распределение кислорода в озере зависит от температуры, перемещения слоев воды, а также от характера живущих организмов.

Кислотность воды влияет на продуктивность водоемов.

Если pH ниже 5, то продуктивность пресных вод резко снижается.

Влажность. Этот параметр характеризует содержание водяного пара в воздухе. В природе существуют сезонный и суточный ритмы влажности, которые вместе со светом и температурой регулируют поведение и активность живых организмов. Влага, поступающая из почвы в растения, почти полностью испаряется через листья.

6.2.2. Антропогенные факторы

Воздействие человека в природе может быть сознательным и случайным. Сознательно человек создает новые биоценозы, выводит высокопродуктивные и устойчивые к заболеваниям формы, расселяет одних и уничтожает других. Эти воздействия часто носят положительный характер, но нередко они являются отрицательными. Пример тому – необдуманное расселение многих растений, животных, различных микроорганизмов, загрязнение среды, хищническое уничтожение целого ряда видов и т.п.

К случайным относятся те воздействия, которые происходят в природе под влиянием человеческой деятельности, но они не были заранее предусмотрены и запланированы им, а таких примеров немало: случайный завоз различных организмов с грузом, пищевыми продуктами, распространение различных вредителей, паразитов, непредвиденные последствия, вызванные сознательными действиями в природе, например нежелательные явления, вызванные осушением болот, постройкой плотин, распашкой целины и т.п.

А.Т.Воронов (1973) на примере антропогенного воздействия на фитоценозы перечисляет основные способы влияния:

1.Завоз растений.

2.Сокращение ареалов и уничтожение растений.

3.Непосредственное воздействие на растительный покров.

4.Распашка земель.

5.Вырубка лесов.

6.Выжигание.

7.Выпас домашних животных.

8.Выкашивание.

9.Осушение.

10. Орошение и обводнение.

11. Действие дымов, газов и других вредных примесей в воздухе.

12. Создание рудеральных местообитаний и отвалов.

13. Создание культурных фитоценозов.

14. Охрана растительного покрова.

К этому следует добавить еще промысел животных, их акклиматизацию и реакклиматизацию, многообразные формы растениеводческой и животноводческой деятельности, мероприятия по защите растений, охране редких и экзотических видов и т.п. Даже одно перечисление этих воздействий на природу показывает грандиозность антропогенного фактора. И почти все это на протяжении всей истории существования человека. Сейчас ни один из экологических факторов не оказывает столь существенного, многообразного и всеобщего, т.е. планетарного, влияния, как человек, хотя это наиболее молодой фактор из всех действующих на природу. Влияние антропогенного фактора постепенно усиливалось с момента появления человека на Земле, и в настоящее время оно стало настолько широким, что практически сейчас на нашей планете нет сообществ, на которых в той или иной степени не отражалось бы воздействие человека, имея в виду не только сухопутные, но и водные биогеоценозы.

Изменения происходят не только в макромасштабах, но и у отдельных видов. Например, распашка целинных земель показала интересные изменения не только биогеоценозов, но и их обитателей. Так, распашка целинных земель в Узбекистане (на участке между станциями Джизак и Ростовцево) привела почти к полному вытеснению таких саранчовых, как атбасарка и мароккская кобылка, так как они откладывают свои яйца лишь в плотные, сильнозадерненные почвы. Заметно сократилось число проволочников, потому что в рыхлых почвах их больше стали уничтожать хищные жужелицы (карабиды). Последних в свою очередь стало намного больше. Распашка и орошение целины под посевы привели к полному искоренению терминов на освоенных землях Голодной степи и в зоне Северного Туркменского канала.

… Появление сорняков, придорожных растений, амбарных вредителей и других подобных им является следствием приспособления организмов к человеческой деятельности в природе. При этом появились организмы, которые полностью или почти полностью утеряли связь со свободной природой, например амбарный долгоносик, некоторые мучные жуки из рода Триболиум и другие. Многие местные виды приобретают особые приспособительные черты строения, ритмы развития, соответствующие условиям жизни на обрабатываемых территориях, способные выдерживать уборку урожая, различные агротехнические мероприятия (систему обработки почв, севообороты), химические средства борьбы с вредителями.

Примерам приспособленности к результатам человеческой деятельности служит явление индустриального механизма (появление темной окраски) у животных, обладающих покровительственной окраской. Впервые это явление было отмечено в 1848г. у березовой пяденицы в г. Манчестере. В настоящее время это явление отмечается более чем у 70 видов бабочек, особенно в Англии.

В ответ на химические методы борьбы, проводимые человеком, многие организмы приобретают устойчивость к различным инсектицидам, что связано с появлением видоизмененных по химическому составу липоидов, способностью жировой ткани растворять и накапливать в себе значительное количество яда. В связи с усилением ферментативных реакций в обмене веществ ядовитые вещества могут превращаться в нейтральные или неядовитые, например ДДТ – в неядовитый дихлордифенилэтилен.

К числу приспособлений, появившихся у организмов в связи с человеческой деятельностью, относятся, например, сезонные миграции синиц из леса в город и обратно. Интересно, что зимой в городах эти птицы с поразительной тщательностью (и регулярностью) обследуют одно окно жилого дома за другим. При этом в поисках корма сдирают клювом бумажную упаковку с коробок, пакетов, банок и других предметов, по внешнему виду очень далеких от “привычных” кормовых объектов, встречающихся им в условиях леса.

Тесты для проверки знаний

1. Температура, свет, влажность – это ________ экологические факторы среды
• абиотические
• биотические
• антропогенные
• фитогенные



2. Разнообразные типы взаимоотношений организмов между собой относятся к ________ экологическим факторам
• биотическим
• абиотическим
• почвенным
• антропогенным



3. Сигнальным (информационным) фактором для перелета птиц в теплые страны является …
• изменение продолжительности дня
• листопад
• изменение влажности воздуха
• отсутствие корма



4. Воздействие микроорганизмов, вызывающее заболевания у человека и животных, называется ___________ экологическим фактором
• биотическим
• климатическим
• абиотическим
• антропогенным



5. Прямое или косвенное (через изменение среды) влияние растений на другие организмы, относится к группе _____________ экологических факторов
• фитогенных
• зоогенных
• эдафических
• орографических



6. Любые элементы или условия среды, оказывающие воздействие на организм, называются…
• экологическими факторами
• экологическими проблемами
• экологической валентностью
• экологической парадигмой



7. Газовый состав атмосферы относится к ___________ экологическим факторам
• химическим
• физическим
• климатическим
• биотическим



8. Ветер, свет, влажность, температура – это _________ экологические факторы
• климатические
• биотические
• химические
• антропические



9. Рельеф местности, крутизна и ориентация склона относительно сторон света, являются __________ экологическими факторами
• орографическими
• химическими
• антропическими
• биотическими



10. Плотность сложения, механический состав, влагоемкость, аэрируемость почвы называются __________ экологическими факторами
• эдафическими
• химическими
• биотическими
• антропическими



11. Содержание растворенного в воде кислорода – это _________ экологический фактор
• химический
• биотический
• эдафический
• климатический



12. Почвообразовательная деятельность бактерий – это _________ фактор среды
• биотический
• абиотический
• физический
• климатический



13. Влияние плодородия почвы на продуктивность растений относится к _______ факторам среды
• абиотическим
• физическим
• климатическим
• биотическим



14. pH среды (водной, почвенной) влияет на распространение и жизнедеятельность организмов и является одним из важнейших __________ экологических факторов
• абиотических
• биотических
• физических
• климатических



15. Совокупность многообразных воздействий леса на организмы и среду – это _______ экологические факторы
• биотические
• абиотические
• климатические
• орографические



16. Вода является ________ экологическим фактором для организмов биосферы
• незаменимым
• заменимым
• биотическим
• космическим