Фактори, които характеризират екологичната роля на светлината. Основни жизнени среди

Фактор на околната среда е всяко състояние на околната среда, което може да има пряко или косвено въздействие върху живия организъм поне на един от етапите на неговото индивидуално развитие. Тялото реагира на факторите на околната среда със специфични приспособителни реакции.

Факторите на околната среда се разделят на две категории:

Абиотични – фактори на неживата природа (гр. “биос” – живот);

Биотични – фактори на живата природа.

Абиотичните фактори се разделят на следните групи:

Климатични: светлина, температура, влажност, движение на въздуха, налягане;

Едафогенни (“едафос” - почва): механично състояние на почвата, влагоемкост, въздухопропускливост, плътност;

Орографски (гр. “oros” - планина): релеф, надморска височина, изложение на склона;

Химически: газов състав на въздуха, солено състояние на водата, концентрация, киселинност и състав на почвените разтвори.

Биотичните фактори се разбират като съвкупността от въздействия на жизнената активност на едни организми върху други. Взаимодействията между растенията и животните са изключително разнообразни. Директните взаимодействия са прякото влияние на един организъм върху друг. Непреките взаимодействия са промени в абиотичните фактори, които засягат други организми.

От общоекологична гледна точка всички организми са необходими един на друг. В естествени условия никой вид не се стреми да унищожи напълно друг вид. Човек трябва да вземе предвид всичко това, когато планира взаимодействието между природата и човека.

Биотичните фактори се разделят на групи:

Фитогенни, причинени от влиянието на растителни организми;

Зоогенни, причинени от излагане на животински организми;

Микробиогенен – излагане на вируси, бактерии, протозои;

Антропогенно – човешко въздействие.

Има и други класификации на факторите на околната среда, например можем да разграничим фактори, които зависят и не зависят от броя на индивидите в популацията. Организмите могат да бъдат разделени на местообитания. Особено важно е разделянето на факторите на околната среда на постоянни и периодични. Адаптирането, т.е. адаптирането е възможно само към периодични фактори на околната среда.

Основни абиотични фактори:

1. Лъчиста енергия от слънцето. 99% от слънчевата енергия, достигаща до Земята, идва от ултравиолетови, видими и инфрачервени лъчи. При това ултравиолетовите лъчи съставляват 7%, видимите лъчи – 48%, инфрачервените – 45% от енергията. Топлинният баланс на планетата се поддържа от инфрачервеното лъчение. Растенията използват оранжево-червени и ултравиолетови лъчи за фотосинтеза.

Живите организми имат ежедневни цикли на активност, свързани със смяната на деня и нощта. Количеството слънчева енергия зависи от продължителността на деня, ъгъла на падане и прозрачността на въздуха. Прясно падналият сняг отразява до 95% от слънчевата радиация, замърсеният сняг - до 45-50%, черната почва - до 5% от слънчевите лъчи, иглолистните гори - 10-15%, леката почва - 35-45%.

2. Абиотични фактори на атмосферата. Влажност на околния въздух. Най-богати на влага са долните слоеве на атмосферата. Въздушният слой до височина 1,5 km съдържа приблизително 50% от цялата атмосферна влага. Дефицитът на влажност е разликата между максималната и зададената наситеност. Дефицитът на влажност е важен фактор за околната среда, тъй като характеризира едновременно два параметъра: температура на въздуха Tи неговата влажност У. Колкото по-висок е дефицитът на влажност, толкова по-топло е. Анализът на динамиката на недостига на влага ни позволява да прогнозираме различни явления в света на животинските организми.

Валежите са резултат от кондензация на атмосферни водни пари. Моделите на валежите са най-важният фактор, регулиращ миграцията на замърсители в атмосферата.

Съставът на атмосферата е относително постоянен. Едва през последните десетилетия концентрацията на азот, сяра и въглеродни оксиди се е увеличила. Съставът на атмосферата се променя с увеличаване на надморската височина. Има увеличение на съдържанието на леки газове като водород и хелий.

Движението на въздушните маси възниква поради неравномерно нагряване на земната повърхност. Вятърът носи примеси от атмосферния въздух. Антициклонът е област с високо въздушно налягане, която има тенденция да се премества в зона с по-ниско налягане.

3. Абиотични фактори на почвената покривка. Те включват механичен състав на почвата, водопропускливост, способност за задържане на влага, възможност за проникване на корени и др.

Всички почвени хоризонти са смес от органични и минерални съединения. Над 50% от минералния състав на почвата се състои от силициеви оксиди SiO 2. Останалата част от почвата се състои от следните оксиди: 1-25% Ал 2 О 3 ; 1-10 % FeO; 0,1-5,0 % MgO, К 2 О, П 2 О 5 , CaO. Органичните вещества навлизат в почвата с растителни остатъци. В почвата тези остатъци се разрушават (минерализират) или се трансформират в по-сложно органично съединение: хумус или хумус

В почвата протичат различни процеси, свързани с живота на бактериите. Те са много и функциите им са разнообразни. Някои бактерии участват в цикли на трансформация на един елемент ( Р), други бактерии обработват съединения от няколко елемента ( СЪС, Saи т.н.).

Растенията използват почвени минерали за изграждане на стъбла или стволове, клони и листа. Загубите на почвени минерали обикновено се компенсират с минерални торове. Растенията могат да използват тези торове само след като микробите ги превърнат в биологично достъпна форма. Най-голям брой микроорганизми се намират в почвените слоеве до дълбочина 40 см.

В промишлеността почвата се използва за пречистване на отпадъчни води в полета за напояване и полета за филтриране. Вредните органични вещества се окисляват с активното участие на почвената флора и фауна.

4. Абиотични фактори на водната среда. Това са плътност, вискозитет, подвижност, концентрация на разтворен кислород, температурна стратификация, т.е. промяна на температурата с дълбочина. Температурата на водата варира в сравнително тесен диапазон от 2 до 37 °C. Динамиката на температурните колебания на водата е много по-малка от тази на въздуха.

Важен фактор е солеността на водата. В прясна вода солите са представени под формата на карбонати, в морската вода - хлориди и частично сулфати. Съдържанието на сол в открития океан е 35 г на 1 литър вода, в Черно море - 19 г/л, в Каспийско море - 14 г/л. Замърсяването на водата от промишлени отпадъчни води променя pH на водата, което води до смърт на водни организми (водни организми) или до замяна на едни видове с други.

Терминът "екология" е въведен в науката от немския учен Ернст Хекел през 1869 г. Формално определение е доста лесно да се даде, тъй като думата "екология" произлиза от гръцките думи "oikos" - жилище, подслон и "логос" - наука. Поради това екологията често се определя като наука за връзките между организми или групи от организми (популации, видове) с тяхната среда. С други думи, предметът на екологията е съвкупност от връзки между организмите и условията на тяхното съществуване (околна среда), от които зависи успехът на тяхното оцеляване, развитие, възпроизводство, разпространение и конкурентоспособност.

В ботаниката терминът "екология" е използван за първи път от датския ботаник Е. Уорминг през 1895 г.

В широк смисъл околната среда (или среда) се разбира като съвкупност от материални тела, явления и енергия, вълни и полета, които по един или друг начин влияят. Различните среди обаче далеч не се възприемат еднакво от живия организъм, тъй като значението им за живота е различно. Сред тях има практически безразлични към растенията, например инертни газове, съдържащи се в атмосферата. Други елементи на околната среда, напротив, имат забележим, често значителен ефект върху растението. Те се наричат фактори на околната среда. Това са например светлината, водата в атмосферата и в почвата, въздухът, засоляването на подземните води, естествената и изкуствената радиоактивност и др.). Със задълбочаването на нашите познания списъкът на факторите на околната среда се разширява, тъй като в някои случаи се открива, че растенията са в състояние да реагират на елементи от околната среда, които преди са се считали за безразлични (например магнитно поле, излагане на силен шум, електрически полета и др.).

Класификация на факторите на околната среда

Факторите на околната среда могат да бъдат класифицирани в различни концептуални координатни системи.

Има например ресурсни и нересурсови фактори на околната среда. Ресурсните фактори са вещество и (или) включени в биологичния цикъл от растителната общност (например светлина, вода, съдържание на минерални хранителни елементи в почвата и др.); Съответно, нересурсните фактори не участват в циклите на трансформация на материя и енергия и екосистеми (например релеф).

Има също преки и косвени фактори на околната среда. Първите влияят пряко върху метаболизма, процесите на морфогенеза, растежа и развитието (светлина), вторите влияят върху тялото чрез промени в други фактори (например трансабиотични и трансбиотични форми на взаимодействие). Тъй като в различни екологични ситуации много фактори могат да действат както пряко, така и непряко, по-добре е да говорим не за разделянето на факторите, а за тяхното пряко или косвено въздействие върху растението.

Най-широко използваната класификация на факторите на околната среда според техния произход и характер на действие е:

I. Абиотични фактори:

а) климатични - светлина, топлина (нейният състав и движение), влага (включително валежи в различни форми, влажност на въздуха) и др.;

б) едафични (или почвено-почвени) - физични (гранулометричен състав, водопропускливост) и химични (рН на почвата, съдържание на елементи на минерално хранене, макро- и микроелементи и др.) свойства на почвите;

в) топографски (или орографски) - релефни условия.

II. Биотични фактори:

а) фитогенни - пряко и косвено въздействие на съжителстващите растения;

б) зоогенни - пряко и непряко влияние на животните (изяждане, утъпкване, копаене, опрашване, разпространение на плодове и семена);

в) прокариотогенни фактори - влиянието на бактерии и синьо-зелени водорасли (отрицателни ефекти на фитопатогенни бактерии, положителни ефекти на свободно живеещи и симбиотично свързани азотфиксиращи бактерии, актиномицети и цианиди);

Повече за биотичните фактори можете да прочетете в статията

Специфичните форми на човешкото въздействие върху растителността, тяхната посока и мащаб позволяват да се идентифицират антропогенните фактори.

III. Антропогенни фактори, свързани с многостранни форми на човешка селскостопанска дейност (паша, сенокос), промишлени дейности (газови емисии, строителство, минно дело, транспортни комуникации и тръбопроводи), изследване на космоса и развлекателни дейности.

Тази проста класификация не отговаря на всичко, а само на основните фактори на околната среда. Има други растения, които са по-малко важни за живота (атмосферното електричество, магнитното поле на Земята, йонизиращото лъчение и др.).

Нека отбележим обаче, че горното разделение е до известна степен произволно, тъй като (и това е важно да се подчертае както теоретично, така и практически) околната среда влияе върху организма като цяло, а разделянето на факторите и тяхната класификация не е нищо повече отколкото методическа техника, улесняваща познаването и изучаването на моделите на взаимоотношения между растенията и околната среда.

Общи закономерности на влияние на факторите на околната среда

Влиянието на факторите на околната среда върху живия организъм е много разнообразно. Едни фактори – водещи – въздействат по-силно, други – второстепенни – въздействат по-слабо; Някои фактори влияят на всички аспекти от живота на растението, други влияят върху всеки специфичен жизнен процес. Въпреки това е възможно да си представим обща диаграма на зависимостта на реакцията на тялото под въздействието на фактор на околната среда.

Ако интензитетът на фактора във физическото му изражение се нанесе по абсцисната ос (X) ( , концентрация на соли в почвения разтвор, pH, осветеност на местообитанието и др.), а по ординатната ос (Y) - реакция на организма или популацията към този фактор в неговото количествено изражение (интензивност на определен физиологичен процес - фотосинтеза, поглъщане на вода от корените, растеж и др.; морфологични характеристики - височина на растението, размер на листата, брой произведени семена и др.); характеристики на популацията - брой индивиди на единица площ, честота на срещане и др.), получаваме следната картина.

Обхватът на действие на фактора на околната среда (областта на толерантност на вида) е ограничен от минималните и максималните точки, които съответстват на екстремните стойности на този фактор, при които е възможно съществуването на растението. Точката на оста x, съответстваща на най-добрите показатели за ефективност на инсталацията, означава оптималната стойност на фактора - това е оптималната точка. Поради трудностите при точното определяне на тази точка, обикновено се говори за някаква оптимална зона или зона на комфорт. Точките на оптимума, минимума и максимума представляват три кардинални точки, които определят възможността за реакция на даден вид към даден фактор. Крайните участъци на кривата, изразяващи състоянието на потиснатост с рязък дефицит или излишък на фактор, се наричат области на песимума; те съответстват на песималните стойности на фактора. В близост до критичните точки има сублетални стойности на фактора, а извън зоната на толерантност - летални стойности.

Видовете се различават един от друг по позицията на оптимума в рамките на градиента на екологичния фактор. Например отношението към топлината при арктическите и тропическите видове. Ширината на обхвата на действие на фактора (или оптималната зона) също може да бъде различна. Има видове например, за които е оптимално ниско ниво на осветеност (пещерни бриофити) или относително високо ниво на осветеност (високопланински растения). Но има и известни видове, които растат еднакво добре както при пълно осветление, така и при значително засенчване (например таралежът - Dactylis glomerata).

По същия начин някои ливадни треви предпочитат почви с определен, доста тесен диапазон на киселинност, докато други растат добре в широк диапазон на pH - от силно киселинно до алкално. Първият случай показва тясна екологична амплитуда на растенията (те са стенобионтни или стенотопни), вторият - широка екологична амплитуда (растенията са еврибионтни или евритопни). Между категориите евритоп и стенотоп има редица междинни качествени категории (хемиевритоп, хемистенотоп).

Ширината на екологичната амплитуда по отношение на различните фактори на околната среда често е различна. Възможно е да бъдете стенотопни по отношение на един фактор и евритопни по отношение на друг: например растенията могат да бъдат ограничени до тесен диапазон от температури и широк диапазон от соленост.

Взаимодействие на факторите на околната среда

Факторите на околната среда влияят върху растението съвместно и едновременно, като действието на един фактор до голяма степен зависи от „екологичния фон“, т.е. от количественото изразяване на други фактори. Този феномен на взаимодействие на фактори е ясно илюстриран от примера на експеримент с водния мъх Fontinalis. Този експеримент ясно показва, че осветяването има различен ефект върху интензивността на фотосинтезата при различно съдържание на CO 2 .

Експериментът показва също, че подобен биологичен ефект може да се получи чрез частично заместване на действието на един фактор с друг. По този начин същата интензивност на фотосинтезата може да се постигне или чрез увеличаване на осветеността до 18 хиляди лукса, или при по-ниска осветеност чрез увеличаване на концентрацията на CO 2.

Тук се проявява частичната взаимозаменяемост на действието на един фактор на средата с друг. В същото време нито един от необходимите фактори на околната среда не може да бъде заменен с друг: зелено растение не може да се отглежда в пълна тъмнина, дори при много добро минерално хранене или с дестилирана вода при оптимални термични условия. С други думи, има частична заменимост на основните фактори на околната среда и в същото време тяхната пълна незаменимост (в този смисъл понякога се казва, че те са с еднакво значение за живота на растението). Ако стойността на поне един от необходимите фактори надхвърли диапазона на толерантност (под минимума и над максимума), тогава съществуването на организма става невъзможно.

Ограничаващи фактори

Ако някой от факторите, съставляващи условията за съществуване, има песимална стойност, тогава той ограничава действието на останалите фактори (колкото и благоприятни да са те) и определя крайния резултат от действието на околната среда върху растението. Този краен резултат може да бъде променен само чрез повлияване на ограничаващия фактор. Този „закон за ограничаващия фактор“ е формулиран за първи път в селскостопанската химия от немския селскостопански химик, един от основателите на селскостопанската химия, Юстус Либих през 1840 г. и затова често се нарича закон на Либих.

Той забеляза, че ако има дефицит на един от необходимите химически елементи в почвата или хранителния разтвор, никакви торове, съдържащи други елементи, нямат ефект върху растението и само добавянето на „минимални йони“ дава увеличение на добива. Многобройни примери за действието на ограничаващи фактори не само в експеримента, но и в природата показват, че това явление има общоекологично значение. Един пример за действието на „закона за минимума“ в природата е потискането на тревисти растения под короната на буковите гори, където при оптимални топлинни условия, повишено съдържание на въглероден диоксид, достатъчно богати почви и други оптимални условия, възможностите за развитието на тревите са ограничени от рязка липса на светлина.

Идентифицирането на „минималните фактори“ (и най-много) и елиминирането на ограничаващия им ефект, с други думи, оптимизирането на околната среда за растенията, представлява важна практическа задача при рационалното използване на растителността.

Аутекологична и синекологична зона и оптимум

Отношението на растенията към факторите на околната среда тясно зависи от влиянието на други обитатели на растенията (предимно от конкурентните отношения с тях). Често има ситуация, при която даден вид може успешно да расте в широк диапазон на действие на някакъв фактор (който се определя експериментално), но наличието на силен конкурент го принуждава да бъде ограничен до по-тясна зона.

Например, белият бор (Pinus sylvestris) има много широк екологичен диапазон по отношение на почвените фактори, но в зоната на тайгата той образува гори главно върху сухи, бедни песъчливи почви или върху силно наводнени торфища, т.е. там, където няма конкурентни дървета видове. Тук действителната позиция на оптимумите и областите на толерантност е различна за растения, които изпитват или не изпитват биотично влияние. В тази връзка се прави разлика между екологичния оптимум на даден вид (при липса на конкуренция) и фитоценотичния оптимум, който съответства на действителното положение на вида в ландшафта или биома.

В допълнение към оптималното положение се разграничават границите на издръжливост на вида: екологичният ареал (потенциалните граници на разпространението на вида, определени само от връзката му с даден фактор) и действителният фитоценотичен ареал.

Често в този контекст те говорят за потенциален и действителен оптимум и диапазон. В чуждестранната литература също се пише за физиологичен и екологичен оптимум и местообитание. По-добре е да говорим за аутекологичен и синекологичен оптимум и ареал на вида.

За различните видове съотношението на екологични и фитоценотични ареали е различно, но екологичният ареал винаги е по-широк от фитоценотичния ареал. В резултат на взаимодействието на растенията се получава стесняване на диапазона и често изместване на оптимума.

Всички свойства или компоненти на външната среда, които влияят на организмите, се наричат фактори на околната среда. Светлина, топлина, концентрация на сол във водата или почвата, вятър, градушка, врагове и патогени - всичко това са фактори на околната среда, чийто списък може да бъде много голям.

Сред тях има абиотиченсвързани с неживата природа, и биотиченсвързани с влиянието на организмите един върху друг.

Факторите на околната среда са изключително разнообразни и всеки вид, изпитвайки тяхното влияние, реагира на него по различен начин. Съществуват обаче някои общи закони, които управляват реакциите на организмите към всеки фактор на околната среда.

Основният е закон за оптимума. Той отразява как живите организми понасят различна сила на факторите на околната среда. Силата на всеки от тях непрекъснато се променя. Живеем в свят с променливи условия и само на определени места на планетата стойностите на някои фактори са повече или по-малко постоянни (в дълбините на пещерите, на дъното на океаните).

Законът за оптимума се изразява във факта, че всеки фактор на околната среда има определени граници на положително въздействие върху живите организми.

При отклонение от тези граници знакът на ефекта се променя на противоположния. Например, животните и растенията не понасят силна топлина и силна слана; Средните температури са оптимални. По същия начин сушата и постоянните проливни дъждове са еднакво неблагоприятни за реколтата. Законът за оптимума показва степента на всеки фактор за жизнеспособността на организмите. На графиката това се изразява със симетрична крива, показваща как се променя жизнената активност на вида с постепенно увеличаване на влиянието на фактора (фиг. 13).

Фигура 13. Схема на действието на факторите на околната среда върху живите организми. 1,2 - критични точки
(за да увеличите изображението, щракнете върху снимката)

В центъра под кривата - оптимална зона. При оптимални стойности на фактора организмите активно растат, хранят се и се размножават. Колкото повече стойността на фактора се отклонява надясно или наляво, т.е. в посока на намаляване или увеличаване на силата на действие, толкова по-малко благоприятно е за организмите. Кривата, отразяваща жизнената активност, се спуска рязко от двете страни на оптимума. Има два зони на песимум. Когато кривата пресича хоризонталната ос, има две критични точки. Това са стойностите на фактора, на който организмите вече не могат да издържат, след което настъпва смърт. Разстоянието между критичните точки показва степента на толерантност на организмите към промени във фактора. Особено трудни за оцеляване са условия, близки до критичните точки. Такива условия се наричат екстремни.

Ако начертаете оптимални криви за фактор, като например температура, за различни видове, те няма да съвпадат. Често това, което е оптимално за един вид, е песимистично за друг или дори се намира извън критичните точки. Камилите и джербоите не могат да живеят в тундрата, а северните елени и лемингите не могат да живеят в горещите южни пустини.

Екологичното разнообразие на видовете се проявява и в разположението на критичните точки: за някои те са близо една до друга, за други са на голямо разстояние. Това означава, че редица видове могат да живеят само при много стабилни условия, с незначителни промени във факторите на околната среда, докато други могат да издържат на големи колебания. Например, растението impatiens изсъхва, ако въздухът не е наситен с водна пара, а перовата трева понася добре промените във влажността и не умира дори при суша.

Така законът за оптимума ни показва, че за всеки тип има собствена мярка за влиянието на всеки фактор. Както намаляването, така и увеличаването на експозицията над тази мярка води до смърт на организмите.

За разбирането на връзката на видовете с околната среда е не по-малко важно закон за ограничаващия фактор.

В природата организмите се влияят едновременно от цял комплекс фактори на околната среда в различни комбинации и с различна сила. Не е лесно да се изолира ролята на всеки от тях. Кое означава повече от другите? Това, което знаем за закона на оптимума, ни позволява да разберем, че няма изцяло положителни или отрицателни, важни или второстепенни фактори, а всичко зависи от силата на всяко влияние.

Законът за ограничаващия фактор гласи, че най-значимият фактор е този, който най-много се отклонява от оптималните стойности за тялото.

От това зависи оцеляването на индивидите в този конкретен период. В други периоди от време други фактори могат да станат ограничаващи и през целия живот организмите се сблъскват с различни ограничения в жизнената си дейност.

Селскостопанската практика постоянно се сблъсква със законите на оптималните и ограничаващите фактори. Например, растежът и развитието на пшеницата, а следователно и добивът, са постоянно ограничени от критични температури, липса или излишък на влага, липса на минерални торове, а понякога и от такива катастрофални влияния като градушки и бури. Необходими са много усилия и средства, за да се поддържат оптимални условия за културите и в същото време, на първо място, да се компенсира или смекчи действието на ограничаващите фактори.

Местообитанията на различните видове са изненадващо разнообразни. Някои от тях, например някои малки акари или насекоми, прекарват целия си живот в листата на растението, което е целият свят за тях, други владеят обширни и разнообразни пространства, като северни елени, китове в океана, прелетни птици .

В зависимост от това къде живеят представители на различни видове, те се влияят от различни набори от фактори на околната среда. На нашата планета има няколко основни жизнени среди, много различни по отношение на условията на живот: вода, земя-въздух, почва. Местообитанията са и самите организми, в които живеят другите.

Водна жизнена среда.Всички водни обитатели, въпреки различията в начина на живот, трябва да бъдат адаптирани към основните характеристики на тяхната среда. Тези характеристики се определят преди всичко от физичните свойства на водата: нейната плътност, топлопроводимост и способността да разтваря соли и газове.

Плътностводата определя неговата значителна плавателна сила. Това означава, че теглото на организмите във водата се облекчава и става възможно да се води постоянен живот във водния стълб, без да потъват на дъното. Много видове, предимно дребни, неспособни на бързо активно плуване, сякаш се носят във водата, като са окачени в нея. Колекцията от такива малки водни обитатели се нарича планктон. Планктонът включва микроскопични водорасли, малки ракообразни, рибни яйца и ларви, медузи и много други видове. Планктонните организми се носят от течения и не могат да им устоят. Наличието на планктон във водата прави възможен филтрационният тип хранене, т.е. прецеждане, с помощта на различни устройства, малки организми и хранителни частици, суспендирани във вода. Развива се както при плаващите, така и при приседналите дънни животни, като криноиди, миди, стриди и др. Заседналият начин на живот би бил невъзможен за водните обитатели, ако нямаше планктон, а това от своя страна е възможно само в среда с достатъчна плътност.

Плътността на водата затруднява активното движение в нея, така че бързо плуващите животни, като риби, делфини, калмари, трябва да имат силни мускули и опростена форма на тялото. Поради високата плътност на водата, налягането нараства значително с дълбочината. Дълбоководните обитатели са в състояние да издържат на натиск, който е хиляди пъти по-висок от този на земната повърхност.

Светлината прониква във водата само до малка дълбочина, така че растителните организми могат да съществуват само в горните хоризонти на водния стълб. Дори в най-чистите морета фотосинтезата е възможна само до дълбочини от 100-200 м. На по-големи дълбочини няма растения, а дълбоководните животни живеят в пълна тъмнина.

температуравъв водните тела е по-мек, отколкото на сушата. Поради високия топлинен капацитет на водата, температурните колебания в нея се изглаждат и водните обитатели не са изправени пред необходимостта да се адаптират към тежки студове или четиридесет градусова топлина. Само в горещи извори температурата на водата може да се доближи до точката на кипене.

Една от трудностите в живота на водните обитатели е ограничено количество кислород. Разтворимостта му не е много висока и освен това силно намалява, когато водата е замърсена или нагрята. Следователно в резервоарите понякога има замръзва- масова смърт на жители поради липса на кислород, която възниква по различни причини.

Състав на солтаОколната среда също е много важна за водните организми. Морските видове не могат да живеят в сладки води, а сладководните видове не могат да живеят в морета поради нарушаване на клетъчната функция.

Земно-въздушна среда на живот.Тази среда има различен набор от функции. Като цяло е по-сложен и разнообразен от водния. Има много кислород, много светлина, по-резки температурни промени във времето и пространството, значително по-слаби спадове на налягането и често се получава недостиг на влага. Въпреки че много видове могат да летят и малки насекоми, паяци, микроорганизми, семена и растителни спори се пренасят от въздушни течения, храненето и размножаването на организмите се случва на повърхността на земята или растенията. В такава среда с ниска плътност като въздуха, организмите се нуждаят от подкрепа. Следователно сухоземните растения имат развити механични тъкани, а сухоземните животни имат по-изразен вътрешен или външен скелет от водните животни. Ниската плътност на въздуха улеснява движението в него.

М. С. Гиляров (1912-1985), виден зоолог, еколог, академик, основоположник на широко изследване на света на почвените животни, пасивният полет е усвоен от около две трети от жителите на сушата. Повечето от тях са насекоми и птици.

Въздухът е лош проводник на топлина. Това улеснява запазването на топлината, генерирана вътре в организмите, и поддържането на постоянна температура при топлокръвните животни. Самото развитие на топлокръвието стана възможно в земна среда. Предците на съвременните водни бозайници - китове, делфини, моржове, тюлени - някога са живели на сушата.

Обитателите на сушата имат голямо разнообразие от адаптации, свързани с осигуряването на вода, особено в сухи условия. При растенията това е мощна коренова система, водоустойчив слой на повърхността на листата и стъблата и способността да се регулира изпарението на водата през устицата. При животните това също са различни структурни характеристики на тялото и обвивката, но освен това подходящото поведение също допринася за поддържането на водния баланс. Те могат например да мигрират към водоеми или активно да избягват особено сухи условия. Някои животни могат да живеят целия си живот със суха храна, като тушканчетата или добре познатия молец за дрехи. В този случай водата, необходима на тялото, възниква поради окисляването на хранителните компоненти.

Много други фактори на околната среда също играят важна роля в живота на земните организми, като състава на въздуха, ветровете и релефа на земната повърхност. Времето и климатът са особено важни. Обитателите на земно-въздушната среда трябва да са адаптирани към климата на частта от Земята, където живеят и да понасят променливостта на метеорологичните условия.

Почвата като жизнена среда.Почвата е тънък слой земна повърхност, обработен от дейността на живите същества. Твърдите частици са проникнати в почвата с пори и кухини, пълни отчасти с вода и отчасти с въздух, така че малките водни организми също могат да обитават почвата. Обемът на малките кухини в почвата е много важна характеристика за нея. При рохкави почви може да бъде до 70%, а при плътни около 20%. В тези пори и кухини или на повърхността на твърдите частици живеят огромно разнообразие от микроскопични същества: бактерии, гъбички, протозои, кръгли червеи, членестоноги. По-големите животни сами правят проходи в почвата. Цялата почва е проникната от корените на растенията. Дълбочината на почвата се определя от дълбочината на проникване на корените и активността на ровещите животни. Не е повече от 1,5-2 м.

Въздухът в почвените кухини винаги е наситен с водна пара, а съставът му е обогатен на въглероден диоксид и обеднен на кислород. По този начин условията на живот в почвата наподобяват водната среда. От друга страна, съотношението на вода и въздух в почвите постоянно се променя в зависимост от климатичните условия. Температурните колебания са много резки на повърхността, но бързо се изглаждат в дълбочина.

Основната характеристика на почвената среда е постоянното снабдяване с органични вещества, главно поради умиращи корени на растенията и падащи листа. Тя е ценен източник на енергия за бактерии, гъбички и много животни, такава е и почвата най-жизнената среда. Нейният скрит свят е много богат и разнообразен.

По външния вид на различни видове животни и растения можете да разберете не само в каква среда живеят, но и какъв живот водят в нея.

Ако имаме пред себе си четириного със силно развита мускулатура на бедрата на задните крака и много по-слаби мускули на предните крака, които също са скъсени, със сравнително къс врат и дълга опашка, тогава можем уверено казват, че това е земен скакач, способен на бързи и маневрени движения, обитател на открити пространства. Известните австралийски кенгура, пустинни азиатски тушканчета, африкански скачачи и много други скачащи бозайници - представители на различни разреди, живеещи на различни континенти - изглеждат така. Те живеят в степи, прерии и савани - където бързото движение по земята е основното средство за бягство от хищници. Дългата опашка служи като балансьор при бързи завои, в противен случай животните биха загубили равновесие.

Хълбоците са силно развити на задните крайници и при скачащи насекоми - скакалци, скакалци, бълхи, псилид.

Компактно тяло с къса опашка и къси крайници, от които предните са много мощни и приличат на лопата или гребло, слепи очи, къс врат и къса, сякаш подстригана, козина ни подсказват, че това е подземно животно, което копае дупки и галерии. Това може да е горска къртица, степен мол плъх, австралийска торбеста къртица и много други бозайници, водещи подобен начин на живот.

Ровящите се насекоми - моловите щурци също се отличават с компактното си, набито тяло и мощни предни крайници, подобни на намалена кофа на булдозер. На външен вид те приличат на малка бенка.

Всички летящи видове са развили широки равнини - крила при птици, прилепи, насекоми или изправящи се гънки на кожата отстрани на тялото, като при летящи летящи катерици или гущери.

Организмите, които се разпространяват чрез пасивен полет, с въздушни течения, се характеризират с малки размери и много разнообразни форми. Всички те обаче имат едно общо нещо - силно развитие на повърхността в сравнение с телесното тегло. Това се постига по различни начини: поради дълги косми, четина, различни израстъци на тялото, неговото удължаване или сплескване и по-леко специфично тегло. Ето как изглеждат малките насекоми и летящите плодове на растенията.

Външното сходство, което възниква сред представители на различни несвързани групи и видове в резултат на подобен начин на живот, се нарича конвергенция.

Засяга предимно тези органи, които пряко взаимодействат с външната среда, и е много по-слабо изразено в структурата на вътрешните системи - храносмилателна, отделителна, нервна.

Формата на растението определя характеристиките на връзката му с външната среда, например начина, по който понася студения сезон. Дърветата и високите храсти имат най-високи клони.

Формата на лоза - със слаб ствол, оплитащ други растения, се среща както при дървесни, така и при тревисти видове. Те включват грозде, хмел, ливадна лозя и тропически лози. Увивайки се около стволовете и стъблата на изправени видове, лианоподобните растения изнасят листата и цветовете си на светлината.

При подобни климатични условия на различни континенти възниква подобен външен вид на растителност, която се състои от различни, често напълно несвързани видове.

Външната форма, отразяваща начина, по който взаимодейства с околната среда, се нарича жизнена форма на вида. Различните видове могат да имат подобни форми на живот, ако водят близък начин на живот.

Формата на живот се развива по време на многовековната еволюция на видовете. Тези видове, които се развиват с метаморфоза, естествено променят жизнената си форма по време на жизнения цикъл. Сравнете, например, гъсеница и възрастна пеперуда или жаба и нейната попова лъжица. Някои растения могат да приемат различни форми на живот в зависимост от условията на отглеждане. Например липата или черешата могат да бъдат както изправено дърво, така и храст.

Съобществата от растения и животни са по-стабилни и по-пълни, ако включват представители на различни форми на живот. Това означава, че такава общност използва по-пълно ресурсите на околната среда и има по-разнообразни вътрешни връзки.

Съставът на жизнените форми на организмите в общностите служи като индикатор за характеристиките на тяхната среда и промените, настъпващи в нея.

Инженерите, които проектират самолети, внимателно изучават различните форми на живот на летящите насекоми. Създадени са модели на машини с махащ полет на принципа на движение във въздуха на двукрилите и ципокрилите. Съвременните технологии са конструирали ходещи машини, както и роботи с лостови и хидравлични методи на движение, като животни от различни форми на живот. Такива превозни средства са способни да се движат по стръмни склонове и извън пътя.

Животът на Земята се развива в условията на редовен цикъл на деня и нощта и редуване на сезоните поради въртенето на планетата около оста си и около Слънцето. Ритъмът на външната среда създава периодичност, т.е. повторяемост на условията в живота на повечето видове. Редовно се повтарят както критични периоди, трудни за оцеляване, така и благоприятни.

Адаптирането към периодични промени във външната среда се изразява в живите същества не само чрез пряка реакция на променящите се фактори, но и в наследствено фиксирани вътрешни ритми.

Циркадните ритми.Циркадните ритми адаптират организмите към цикъла на деня и нощта. При растенията интензивният растеж и цъфтежът на цветята са насрочени за определено време на деня. Животните променят значително дейността си през деня. Въз основа на тази характеристика се разграничават дневни и нощни видове.

Дневният ритъм на организмите не е само отражение на променящите се външни условия. Ако поставите човек, животни или растения в постоянна, стабилна среда без смяна на деня и нощта, тогава ритъмът на жизнените процеси се поддържа, близък до дневния ритъм. Тялото сякаш живее според вътрешния си часовник, отброявайки времето.

Циркадният ритъм може да повлияе на много процеси в тялото. При човека около 100 физиологични характеристики са подчинени на дневния цикъл: сърдечна честота, ритъм на дишане, секреция на хормони, секрети на храносмилателните жлези, кръвно налягане, телесна температура и много други. Следователно, когато човек е буден, вместо да спи, тялото все още е настроено на нощно състояние и безсънните нощи влияят зле на здравето.

Циркадните ритми обаче не се появяват при всички видове, а само при тези, в чийто живот смяната на деня и нощта играе важна екологична роля. Обитателите на пещери или дълбоки води, където няма такава промяна, живеят по различен ритъм. И дори сред обитателите на сушата не всеки проявява ежедневна периодичност.

При експерименти при строго постоянни условия плодовите мушици Drosophila поддържат ежедневен ритъм в продължение на десетки поколения. Тази периодичност при тях се предава по наследство, както и при много други видове. Толкова дълбоки са адаптивните реакции, свързани с дневния цикъл на външната среда.

Сериозен медицински проблем представляват нарушенията в денонощния ритъм на организма при нощен труд, космически полети, гмуркане и др.

Годишни ритми.Годишните ритми адаптират организмите към сезонните промени в условията. В живота на видовете периодите на растеж, размножаване, линеене, миграция и дълбок покой естествено се редуват и повтарят по такъв начин, че организмите посрещат критичното време от годината в най-стабилно състояние. Най-уязвимият процес - размножаването и отглеждането на млади животни - се случва през най-благоприятния сезон. Тази периодичност на промените във физиологичното състояние през годината е до голяма степен вродена, тоест тя се проявява като вътрешен годишен ритъм. Ако например австралийските щрауси или дивото куче динго бъдат настанени в зоологическа градина в Северното полукълбо, размножителният им период ще започне през есента, когато в Австралия е пролет. Преструктурирането на вътрешните годишни ритми се случва с голяма трудност в продължение на няколко поколения.

Подготовката за размножаване или презимуването е дълъг процес, който започва в организмите много преди настъпването на критичните периоди.

Резките краткосрочни промени във времето (летни студове, зимни размразявания) обикновено не нарушават годишните ритми на растенията и животните. Основният фактор на околната среда, на който организмите реагират в своите годишни цикли, не са случайните промени във времето, а фотопериод- промени в съотношението ден и нощ.

Продължителността на дневните часове естествено се променя през годината и именно тези промени служат като точен сигнал за наближаването на пролетта, лятото, есента или зимата.

Способността на организмите да реагират на промените в продължителността на деня се нарича фотопериодизъм.

Ако денят се скъси, видовете започват да се подготвят за зимата; ако се удължи, те започват активно да растат и да се размножават. В този случай важното за живота на организмите е не самата промяна на продължителността на деня и нощта, а нейната стойност на сигнала, което показва предстоящи дълбоки промени в природата.

Както знаете, продължителността на деня до голяма степен зависи от географската ширина. В северното полукълбо летните дни са много по-кратки на юг, отколкото на север. Следователно южните и северните видове реагират различно на една и съща смяна на деня: южните видове започват да се размножават с по-къси дни от северните.

ФАКТОРИ НА ОКОЛНАТА СРЕДА

Иванова Т.В., Калинова Г.С., Мягкова А.Н. „Обща биология”. Москва, "Просвещение", 2000 г

Тема 18. "Хабитат. Фактори на околната среда." Глава 1; стр. 10-58
Тема 19. "Популации. Видове взаимоотношения между организмите." глава 2 §8-14; стр. 60-99; Глава 5 § 30-33
Тема 20. "Екосистеми." глава 2 §15-22; стр. 106-137
Тема 21. "Биосфера. Цикли на материята." Глава 6 §34-42; стр. 217-290

Екологичните фактори са неразделна част от съществуването на популациите и създаването на условия за живот. Изследването на всеки фактор поотделно създава множество допълнителни фактори, които изразяват целия комплекс от неговото влияние, действие и значение в природата.

Класификация на факторите на околната среда

Систематизирането на свойствата на околната среда опростява възприемането, компилирането и изучаването на техните параметри. Компонентите на околната среда се разделят според характера и обхвата на въздействие върху природната и антропогенната среда. Те включват:

Действащ бързо. Въздействието на фактора върху метаболитните процеси на енергия и информация за изпълнение, което изисква минимално количество време.
Косвено действащ. Влиянието на отделните фактори е ограничаващо или съпътстващо за развитието на процесите, обмяната на веществата или промените в материалния състав на елемент, група организми или вещества от околната среда.
Селективното въздействие е насочено към компонентите на околната среда, като ги характеризира като ограничаващи за определен тип организми или процеси.

Някои видове животни ядат само един вид храна; тяхното селективно влияние ще бъде местообитанието с това растение. Общият спектър на въздействие е фактор, който определя влиянието на набор от условия на околната среда върху различни нива на организация на живота.

Разнообразието от фактори на околната среда позволява те да бъдат класифицирани според характеристиките на тяхното действие:

по местообитание;
по време;
по честота;
по естеството на въздействието;
по произход;
по обект на въздействие.

Тяхната класификация има многокомпонентно описание и в рамките на всеки фактор се разделя на множество независими. Това ни позволява да опишем подробно условията на околната среда и тяхното съвместно влияние на различни нива на организация на живота.

Групи фактори на околната среда

Условията на живот на организмите, независимо от нивото на тяхната организация, се влияят от факторите на околната среда, които според тяхната организация се разделят на групи. Има три групи фактори: абиотични; биотичен; антропогенен.

Антропогенни факторисе нарича въздействие върху околната среда: продукти от човешката дейност, промени в естествената среда с заместване с изкуствено създадени обекти. Тези фактори допълват замърсяването от остатъчни продукти от промишлеността и живота (емисии, отпадъци, торове).

Абиотични фактори на околната среда. Природната среда се състои от компоненти, които я изграждат като едно цяло. Състои се от фактори, които го определят като местообитание за различни нива на организация на живота. Неговите компоненти:

Светлина. Отношението към светлината определя местообитанието, основните процеси на метаболизма на растенията, разнообразието на животните и тяхната жизнена дейност.
вода. Това е компонент, присъстващ в живите организми на всички нива на организация на живота на Земята. Този елемент на местообитание заема по-голямата част от Земята и е местообитание. Разнообразието от живи организми, повечето от техните видове, принадлежи към тази среда.
атмосфера. Газовата обвивка на земята, в която протичат процеси, които регулират климатичните и температурните режими на планетата. Тези режими определят поясите на планетата и условията за съществуване върху тях.
Едафични или почвени фактори. Почвата, резултат от ерозията на скалите на Земята, определя облика на планетата със своите свойства. Включените в състава му неорганични компоненти служат като хранителна среда за растенията.
Терен. Орографските условия на района се определят от промените в повърхността под влияние на геоложките ерозионни процеси на земята. Те включват хълмове, котловини, речни долини, плата и други географски граници на земната повърхност.
Влиянието на абиотичните и биотичните фактори е взаимосвързано. Всеки фактор има положителен или отрицателен ефект върху живите организми.

Биотични фактори на околната среда. Взаимоотношенията между организмите и тяхното влияние върху неодушевените обекти се наричат биотични фактори на околната среда. Тези фактори се класифицират според действията и взаимоотношенията на организмите:

Тип взаимодействие между индивидите, тяхната връзка и описание

Влияние на факторите на околната среда

Факторите на околната среда оказват комплексно въздействие върху организмите. Тяхното действие се характеризира с количествени показатели, изразени в общия поток на тяхното въздействие. Способността за приспособяване към действието на факторите на средата се нарича екологична валентност на вида. Прагът на влияние се изразява чрез зоната на толерантност. Широкият ареал на разпространение и адаптивността на вида го характеризира като еврибионт, а тесният ареал – стенобой.

Комбинираното влияние на факторите се характеризира с екологичния спектър на вида. Модели на влияние на факторите. Закон за действие на факторите:

Относителност. Всеки фактор влияе заедно и се характеризира с: интензивност, посока и количество в определен период от време.
Оптималност на факторите - средният диапазон на тяхното влияние е благоприятен.
Относителна заменимост и абсолютна незаменимост Условията на живот зависят от незаменими абиотични фактори на средата (вода, светлина) и тяхната абсолютна липса е незаменима за вида. Компенсиращ ефект се упражнява от излишък на други фактори.

Влияние на факторите на околната среда

Влиянието на всеки фактор се определя от неговите характеристики. Основните групи от тези фактори:

Абиотичен. Светлината влияе върху физиологичните процеси в човешкото тяло, живота на животните и растителността на растенията. Биотичен. При смяната на сезоните дървото хвърля листата си и наторява горния почвен слой.
Антропогенен. Човешките дейности от каменната ера оказват влияние върху околната среда. С развитието на промишлеността и икономическата дейност замърсяването е основното човешко въздействие върху околната среда.
Екофакторите имат свързани въздействия и тяхното индивидуално въздействие е трудно да се опише.

Фактори на околната среда: примери

Примери за фактори на околната среда са основните условия за съществуване на популационно ниво. Основни фактори:

Светлина. Растенията използват светлина за вегетативни процеси. Физиологичните процеси под въздействието на светлината в човешкото тяло са генетично обусловени в процеса на еволюцията.
температура. Биоразнообразието на организмите се изразява в съществуването на видове в различни температурни граници. Метаболитните процеси в организма се извършват под въздействието на температурата.
вода. Елемент от околната среда, който влияе върху съществуването и адаптацията на организмите. Те включват също въздух, вятър, почва и хора. Тези фактори създават динамични процеси в природата и оказват влияние върху процесите в нея.

Замърсяването на околната среда е основен проблем за екологичните общности и опазването на околната среда. Факти за отпадъците (причинени от човека фактори на околната среда):

В Тихия океан е открит остров, направен от отпадъци (пластмасови бутилки и други вещества). Пластмасата се разгражда повече от 100 години, филмът – 200 години. Водата може да ускори този процес и това ще стане още един фактор за замърсяване на хидросферата. Животните ядат пластмаса, бъркайки ги с медузи. Пластмасата не се усвоява и животното може да умре.
Замърсеният въздух в Китай, Индия и други индустриални градове трови тялото. Токсичните отпадъци от промишлените предприятия навлизат в реките с отпадъчни води и отравят водите, които по веригата на водния баланс могат да замърсят въздушните маси, подземните води и са опасни за хората.
В Австралия Дружеството за защита на животните и опазване на биоразнообразието нанизва лози покрай магистралата. Това предпазва коалите от смърт.
За да предпазят носорозите от изчезване като вид, рогът им се отрязва.

Екологичните фактори са многофакторни условия за съществуването на всеки вид на различни нива на организация на живота. Всяко ниво на организацията ги използва рационално и методите им се различават.

Наричат се температурни, физико-химични, биологични елементи на местообитанието, които имат постоянно или периодично, пряко или косвено въздействие върху организмите и популациите. фактори на околната среда.

Факторите на околната среда се разделят, както следва:

абиотични - температура и климатични условия, влажност, химичен състав на атмосферата, почва, вода, осветление, особености на релефа;
биотични - живи организми и преки продукти от тяхната жизнена дейност;
антропогенен - човекът и преките продукти от неговата стопанска и друга дейност.

Основни абиотични фактори

Слънчева радиация: ултравиолетовите лъчи са вредни за тялото. Видимата част от спектъра осигурява фотосинтезата. Инфрачервените лъчи повишават температурата на околната среда и тялото на организмите.
Температурата влияе върху скоростта на метаболитните реакции. Животните с постоянна телесна температура се наричат хомеотермни, а тези с променлива телесна температура - пойкилотермни.
Влажността се характеризира с количеството вода в местообитанието и вътре в тялото. Адаптациите на животните са свързани с получаване на вода, съхраняване на мазнини като източник на вода по време на окисляване и преминаване към зимен сън в топлината. Растенията развиват коренова система, кутикулата на листата се удебелява, площта на листното острие намалява и листата намаляват.
Климатът е съвкупност от фактори, характеризиращи се със сезонна и дневна периодичност, обусловена от въртенето на Земята около Слънцето и собствената си ос. Адаптациите на животните се изразяват в преход към хибернация през студения сезон, в торпор при пойкилотермните организми. При растенията адаптациите са свързани с прехода към състояние на покой (лято или зима). При големи загуби на вода редица организми изпадат в състояние на застой - максимално забавяне на метаболитните процеси.
Биологичните ритми са периодични колебания в интензивността на действието на факторите. Ежедневните биоритми определят външните и вътрешните реакции на организмите към смяната на деня и нощта

Организмите се адаптират (приспособяват) към влиянието на определени фактори чрез процеса на естествен подбор. Техните адаптивни възможности се определят от нормата на реакция по отношение на всеки от факторите, както постоянно действащи, така и колебаещи се в стойностите си. Например, продължителността на дневните часове в определен регион е постоянна, но температурата и влажността могат да варират в доста широки граници.

Факторите на околната среда се характеризират с интензивност на действие, оптимална стойност (оптимум), максимални и минимални стойности, в рамките на които е възможен животът на даден организъм. Тези параметри са различни за представители на различни видове.

Отклонението от оптимума на всеки фактор, например намаляване на количеството храна, може да стесни границите на издръжливост на птици или бозайници по отношение на намаляването на температурата на въздуха.

Фактор, чиято стойност в момента е на или извън границите на издръжливостта, се нарича ограничаващ.

Организми, които могат да съществуват в широк диапазон от факторни флуктуации, се наричат еврибионти. Например организмите, живеещи в континентален климат, понасят големи температурни колебания. Такива организми обикновено имат широки области на разпространение.

Фактор интензитет минимум оптимален максимум

Основни биотични фактори

Организмите от един и същи вид влизат във взаимоотношения от различно естество както помежду си, така и с представители на други видове. Тези взаимоотношения съответно се разделят на вътрешновидови и междувидови.

Вътрешноспецифичните взаимоотношения се проявяват във вътрешновидовата конкуренция за храна, подслон, женски, както и в поведенческите характеристики и йерархията на взаимоотношенията между членовете на популацията.

Междувидови взаимоотношения:

Антропогенните фактори са свързани с човешката дейност, под влиянието на която се променя и формира околната среда. Човешката дейност обхваща почти цялата биосфера: минното дело, развитието на водните ресурси, развитието на авиацията и космонавтиката влияят върху състоянието на биосферата. В резултат на това в биосферата възникват разрушителни процеси, които включват замърсяване на водата, „парников ефект“, свързан с увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата, увреждане на озоновия слой, „киселинни дъждове“ и др.