Экологический фактор - это любой элемент среды, способный оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития.
Любой организм в окружающей среде подвергается воздействию огромного числа экологических факторов. Наиболее традиционной классификацией экологических факторов является их деление на абиотические, биотические и антропогенные.
Абиотические факторы - это комплекс условий окружающей среды, влияющих на живой организм (температура, давление, радиационный фон, освещённость, влажность, долгота дня, состав атмосферы, почвы и др.). Эти факторы могут влиять на организм прямо (непосредственно), как СВЕТ и тепло, либо косвенно, как, например, рельеф местности, который обуславливает действие прямых факторов (освещенности, увлажнения ветра и т.д.).
Биотические факторы - это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие (конкуренция, хищничество, паразитизм и др.). Биотические взаимоотношения имеют чрезвычайно сложный и своеобразный характер и также могут быть прямыми и косвенными.
Антропогенные факторы - это совокупность влияний деятельности человека на окружающую среду (выбросы вредных веществ, разрушение почвенного слоя, нарушение природных ландшафтов). Одним из наиболее важных антропогенных факторов является загрязнение.
Условия среды
Условиями среды, или экологическими условиями, называют изменяющиеся во времени и пространстве абиотические факторы среды, на которые организмы реагируют по-разному в зависимости от их силы. Условия среды налагают определенные ограничения на организмы. Количеством света, проникающим через толщу воды, ограничивается жизнь зеленых растений в водоемах. Обилием кислорода ограничивается число воздуходышащих животных. Температурой определяется активность и контролируется размножение многих организмов.
К наиболее важным факторам, определяющим условия существования организмов, практически во всех средах жизни относятся температура, влажность и свет.
Температура
Любой организм способен жить только в пределах определенного интервала температур: особи вида погибают при слишком высоких либо слишком низких температурах. Где-то внутри этого интервала температурные условия наиболее благоприятны для существования данного организма, его жизненные функции осуществляются наиболее активно. По мере того как температура приближается к границам интервала, скорость жизненных процессов замедляется и, наконец, они вовсе прекращаются - организм погибает.
Пределы температурной выносливости у разных организмов различны. Существуют виды, способные выносить колебания температуры в широких пределах. Например, лишайники и многие бактерии способны жить при самой различной температуре. Среди животных наибольшим диапазоном температурной выносливости характеризуются теплокровные. Тигр, например, одинаково хорошо переносит как сибирский холод, так и жару тропических областей Индии или Малайского архипелага. Но есть и такие виды, которые могут жить только в более или менее узких температурных пределах. Сюда относятся многие тропические растения, как, например, орхидеи. В умеренном поясе они могут произрастать только в теплицах и требуют тщательного ухода. Некоторые кораллы, образующие рифы, могут жить только в морях, где температура воды не ниже 21 С. Однако кораллы отмирают и когда вода сильно перегревается.
В наземно-воздушной среде и даже во многих участках водной среды температура не остается постоянной и может сильно варьировать в зависимости от сезона года или от времени суток. В тропических областях годовые колебания температуры могут быть даже менее заметны, чем суточные. И, наоборот, в умеренных областях температура значительно различается в разные времена года. Животные и растения вынуждены приспосабливаться к неблагоприятному, зимнему сезону, в течение которого активная жизнь затруднена или просто невозможна. В тропических областях такие приспособления выражены слабее. В холодном периоде с неблагоприятными температурными условиями в жизни многих организмов как бы наступает пауза: спячка у млекопитающих, сбрасывание листвы у растений и т. д. Некоторые животные совершают длительные миграции в места с более подходящим климатом.
На примере температуры видно, что этот фактор переносится организмом лишь в определённых пределах. Организм погибает, если температура среды слишком низкая или слишком высокая. В среде, где температура близка к этим крайним значениям, живые обитатели встречаются редко. Однако их число увеличивается по мере того, как температура приближается к среднему значению, которое является наилучшим (оптимальным) для данного вида.
Задавайте вопросы нашему консультанту, он ждет вас внизу экрана и всегда онлайн специально для Вас. Не стесняемся, мы работаем совершенно бесплатно!!!
Также оказываем консультации по телефону: 8 (800) 600-76-83, звонок по России бесплатный!
На протяжении большей части своей истории живая природа была представлена исключительно водными формами организмов. Завоевав сушу, они, тем не менее, не утратили зависимости от воды. Вода является составной частью значительного большинства живых существ: она необходима для их нормального функционирования. Нормально развивающийся организм постоянно теряет воду и поэтому не может жить в абсолютно сухом воздухе. Рано или поздно такие потери могут привести к гибели организма.
В физике влажность измеряется количеством водяных паров в воздухе. Однако наиболее простым и удобным показателем, характеризующим влажность той или иной местности, является количество осадков, выпадающих здесь за год или иной период времени.
Растения извлекают воду из почвы при помощи корней. Лишайники могут улавливать водяной пар из воздуха. Растения обладают рядом приспособлений, обеспечивающих минимальную потерю воды. Все сухопутные животные для компенсации неизбежной потери воды за счет испарения или выделения нуждаются в ее периодическом поступлении. Многие животные пьют воду; другие, например амфибии, некоторые насекомые и клещи, через покровы тела всасывают её в жидком или парообразном состоянии. Большая часть животных пустынь никогда не пьет. Они удовлетворяют свои потребности за счет воды, поступающей с пищей. Наконец, есть животные, получающие воду еще более сложным путем в процессе окисления жиров. Примерами могут служить верблюд и некоторые виды насекомых, например рисовый и амбарный долгоносики, платяная моль, питающиеся жиром. У животных, как и у растений, существует множество приспособлений для экономии расходов воды.
Свет
Для животных свет как экологический фактор имеет несравненно меньшее значение, чем температура и влажность. Но свет совершенно необходим живой природе, поскольку служит для нее практически единственным источником энергии.
С давних пор отличают светолюбивые растения, которые способны развиваться только под солнечными лучами, и растения теневыносливые, которые способны хорошо расти под пологом леса. Большую часть подлеска в буковом лесу, отличающемся особой тенистостью, образуют теневыносливые растения. Это имеет большое практическое значение для естественного возобновления древостоя: молодая поросль многих древесных пород способна развиваться под прикрытием больших деревьев. У многих животных нормальные условия освещенности проявляются в положительной или отрицательной реакции на свет.
Однако наибольшее экологическое значение свет имеет в смене дня и ночи. Многие животные ведут исключительно дневной образ жизни (большинство воробьиных), другие - исключительно ночной (многие мелкие грызуны, летучие мыши). Мелкие рачки, парящие в толще воды, держатся ночью в поверхностных водах, а днем опускаются на глубину, избегая слишком яркого света.
По сравнению с температурой или влажностью свет почти не оказывает непосредственного влияния на животных. Он служит лишь сигналом к перестройке протекающих в организме процессов, что позволяет им наилучшим образом отвечать на происходящие изменения внешних условий.
Перечисленными выше факторами вовсе не исчерпывается набор экологических условий, определяющих жизнь и распространение организмов. Важное значение имеют так называемые вторичные климатические факторы, например, ветер, атмосферное давление, высота над уровнем моря. Ветер обладает кос венным действием: усиливая испарение, увеличивая сухость. Сильный ветер способствует охлаждению. Это действие оказывается важным в холодных местах, на высокогорьях или в полярных областях.
Фактор тепла (температурные условия) существенно зависит от климата и от микроклимата фитоценоза, однако не меньшую роль играют орография и характер поверхности почвы; фактор влажности (вода) также в первую очередь зависит от климата и микроклимата (осадки, относительная влажность и т. д.), однако орография и биотические воздействия играют не меньшую роль; в действии светового фактора главную роль играет климат, но не меньшее значение имеют орография (например, экспозиция склона) и биотические факторы (например, затенение). Свойства почвы здесь уже почти несущественны; химизм (включая кислород) прежде всего, зависит от почвы, а также от биотического фактора (почвенные микроорганизмы и т. д.), однако и климатическое состояние атмосферы тоже немаловажно; наконец, механические факторы в первую очередь зависят от биотических (вытаптывание, сенокошение и пр.), но здесь определенное значение имеют орография (падение склона) и климатические воздействия (например град, снег и т. д.).
По способу действия экологические факторы можно подразделить на прямодействующие (т. е. непосредственно на организм) и косвенно действующие (влияющие на другие факторы). Но один и тот же фактор в одних условиях может быть прямодействующим, а в других — косвенно действующим. Причем иногда косвенно действующие факторы могут иметь очень большое (определяющее) значение, меняя совокупное действие других, прямодействующих, факторов (например геологическое строение, высота над уровнем моря, экспозиция склона и т. д.).
Приведем еще один несколько типов классификации экологических факторов:
1. Постоянные факторы (факторы, не меняются) — солнечная радиация, состав атмосферы, сила тяжести и т.д.
2. Факторы, которые меняются. Они подразделяются на периодические (температура — сезонная, суточная, ежегодная; приливы и отливы, освещение, влажность) и непериодические (ветер, пожар, гроза, все формы человеческой деятельности).
Классификация по расходованию:
• Ресурсы — элементы среды, которые организм потребляет, уменьшая их запас в среде (вода, CO2, O2, свет);
• Условия — не расходуемые организмом элементы среды (температура, движение воздуха, кислотность почвы).
Классификация по направленности:
• Векторизованные — направленно изменяющиеся факторы: заболачивание, засоление почвы;
• Многолетние-циклические — с чередованием многолетних периодов усиления и ослабления фактора, например изменение климата в связи с 11-летним солнечным циклом;
• Осцилляторные (импульсные, флуктуационные) — колебания в обе стороны от некоего среднего значения (суточные колебания температуры воздуха, изменение среднемесячной суммы осадков в течение года).
Экологические факторы — это комплекс окружающих условий, воздействующих на живые организмы. Различают факторы неживой природы — абиотические (климатические, эдафические, орографические, гидрографические, химические, пирогенные), факторы живой природы — биотические (фитогенные и зоогенные) и факторы антропогенные (воздействие человеческой деятельности). К лимитирующим относятся любые факторы, ограничивающие рост и развитие организмов. Приспособление организма к среде обитания называется адаптацией. Внешний облик организма, отражающий его приспособленность к условиям среды, называется жизненной формой.
ПОНЯТИЕ ОБ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРАХ СРЕДЫ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
Отдельные компоненты среды обитания, воздействующие на живые организмы, на которые они реагируют приспособительными реакциями (адаптациями), называются факторами среды, или экологическими факторами. Иначе говоря, комплекс окружающих условий, влияющих на жизнедеятельность организмов, носит название экологические факторы среды.
Все экологические факторы делят на группы:
1. Абиотические факторы включают компоненты и явления неживой природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы.
Среди множества абиотических факторов главную роль играют:
• климатические (солнечная радиация, свет и световой режим, температура, влажность, атмосферные осадки, ветер, атмосферное давление и др.);
• эдафические (механическая структура и химический состав почвы, влагоемкость, водный, воздушный и тепловой режим почвы, кислотность, влажность, газовый состав, уровень грунтовых вод и др.);
• орографические (рельеф, экспозиция склона, крутизна склона, перепад высот, высота над уровнем моря);
• гидрографические (прозрачность воды, текучесть, проточность, температура, кислотность, газовый состав, содержание минеральных и органических веществ и др.);
• химические (газовый состав атмосферы, солевой состав воды);
• пирогенные (воздействие огня).
2. Биотические факторы — совокупность взаимоотношений живых организмов, а также их взаимовлияний на среду обитания. Действие биотических факторов может быть не только непосредственным, но и косвенным, выражаясь в корректировке абиотических факторов (например, изменение состава почвы, микроклимата под пологом леса и т.д.).
К биотическим факторам относятся:
• фитогенные (влияние растений друг на друга и на окружающую среду);
• зоогенные (влияние животных друг на друга и на окружающую среду).
3. Антропогенные факторы отражают интенсивное влияние человека (непосредственно) или человеческой деятельности (опосредованно) на окружающую среду и живые организмы. К таким факторам относятся все формы деятельности человека и человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно сказываются на их жизни. Каждый живой организм испытывает влияние неживой природы, организмов других видов, в том числе человека, и в свою очередь оказывает воздействие на каждую из этих составляющих.
Влияние антропогенных факторов в природе может быть как сознательным, так и случайным, или неосознанным. Человек, распахивая целинные и залежные земли, создает сельскохозяйственные угодья, выводит высокопродуктивные и устойчивые к заболеваниям формы, расселяет одни виды и уничтожает другие. Эти воздействия (сознательные) часто носят отрицательный характер, например необдуманное расселение многих животных, растений, микроорганизмов, хищническое уничтожение целого ряда видов, загрязнение среды и др.
К случайным относятся воздействия, которые происходят в природе под влиянием деятельности человека, но не были заранее предусмотрены и запланированы им: распространение вредителей, паразитов, случайный завоз различных организмов с грузом, непредвиденные последствия, вызванные сознательными действиями в природе, например осушением болот, постройкой плотин, распашкой целины и др.
Биотические факторы среды проявляются через взаимоотношения организмов, входящих в одно сообщество. В природе многие виды тесно взаимосвязаны, их отношения друг с другом как компонентами окружающей среды могут носить чрезвычайно сложный характер. Что касается связей между сообществом и окружающей неорганической средой, то они всегда являются двусторонними, обоюдными. Так, характер леса зависит от соответствующего типа почв, но сама почва в значительной мере формируется под влиянием леса. Подобно этому температура, влажность и освещенность в лесу определяются растительностью, но сформировавшиеся климатические условия в свою очередь влияют на сообщество обитающих в лесу организмов.
ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ОРГАНИЗМ
Воздействие среды обитания воспринимается организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими. Следует отметить, что экологическим фактором является только изменяющийся элемент окружающей среды, вызывающий у организмов при своем повторном изменении ответные приспособительные эколого-физиологические реакции, наследственно закрепляющиеся в процессе эволюции. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенны.
Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают: физические, химические и эдафические.
Физические факторы - те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.). Например, температура.
Химические факторы — те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды, содержание кислорода и т.п.
Эдафические (или почвенные) факторы представляют собой совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений. Например, влияние биогенных элементов, влажности, структуры почвы, содержание гумуса и т.п. на рост и развитие растений.
Биотические факторы - совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других (внутривидовые и межвидовые взаимодействия), а также на неживую среду обитания. Пример: внутривидовая конкуренция за места гнездований, за площадь расселения в округе; межвидовые взаимодействия — нейтрализм, конкуренция, паразитизм, хищничество и др. Примером воздействия биотических факторов на неживую природу может служить особый лесной микроклимат или микросреда, где по сравнению с открытым местообитанием создается свой режим температур и влажности: зимой здесь теплее, летом — прохладнее и более влажно.
Антропогенные факторы — факторы деятельности человека, воздействующие на окружающую природную среду (загрязнение атмосферы и гидросферы, эрозия почв, уничтожение лесов и т.п.).
Лимитирующими (ограничивающими) экологическими факторами называют такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или избытка питательных веществ по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием).
Так, при выращивании растений при различных температурах точка, при которой наблюдается максимальный рост, и будет оптимумом. Весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которых еще возможен рост, называют диапазоном устойчивости (выносливости), или толерантности. Ограничивающие его точки, т.е. максимальная и минимальная пригодные для жизни температуры, — пределы устойчивости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости по мере приближения к последним растение испытывает все нарастающий стресс, т.е. речь идет о стрессовых зонах, или зонах угнетения, в рамках диапазона устойчивости. По мере удаления от оптимума вниз и вверх по шкале не только усиливается стресс, но по достижении пределов устойчивости организма происходит его гибель.
Таким образом, для каждого вида растений или животных существуют оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости (или выносливости) в отношении каждого фактора среды обитания. При значении фактора, близкого к пределам выносливости, организм обычно может существовать лишь непродолжительное время. В более узком интервале условий возможно длительное существование и рост особей. Еще в более узком диапазоне происходит размножение, и вид может существовать неограниченно долго. Обычно где-то в средней части диапазона устойчивости имеются условия, наиболее благоприятные для жизнедеятельности, роста и размножения. Эти условия называют оптимальными, в которых особи данного вида оказываются наиболее приспособленными, т.е. оставляют наибольшее число потомков. На практике выявить такие условия сложно, поэтому оптимум обычно определяют отдельные показатели жизнедеятельности (скорость роста, выживаемость и т.п.).
Адаптация состоит в приспособлении организма к условиям среды обитания.
Способность к адаптациям — одно из основных свойств жизни вообще, обеспечивающее возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях — от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Все приспособления организмов к существованию в различных условиях выработались исторически. В результате сформировались специфические для каждой географической зоны группировки растений и животных.
Адаптации могут быть морфологическими, когда меняется строение организма вплоть до образования нового вида, и физиологическими, когда происходят изменения в функционировании организма. К морфологическим адаптациям близко примыкает приспособительная окраска животных, способность менять ее в зависимости от освещенности (камбала, хамелеон и др.).
Широко известны примеры физиологической адаптации — зимняя спячка животных, сезонные перелеты птиц.
Весьма важными для организмов являются поведенческие адаптации. Например, инстинктивное поведение определяет действие насекомых и низших позвоночных: рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и др. Такое поведение генетически запрограммировано и передается по наследству (врожденное поведение). Сюда относится: способ построения гнезда у птиц, спаривание, выращивание потомства и др.
Существует также и приобретенное повеление, полученное индивидом в процессе его жизни. Обучение (или научение) - главный способ передачи приобретенного поведения от одного поколения к другому.
Способность индивида управлять своими познавательными способностями, чтобы выжить при неожиданных изменениях среды обитания, является интеллектом. Роль научения и интеллекта в поведении возрастает с совершенствованием нервной системы — увеличением коры головного мозга. Для человека — это определяющий механизм эволюции. Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием экологическая мистичность вида.
СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ОРГАНИЗМ
Экологические факторы обычно действуют не по одному, а комплексно. Действие одного какого-либо фактора зависит от силы воздействия других. Сочетание разных факторов оказывает заметное влияние на оптимальные условия жизни организма. Действие одного фактора не заменяет действие другого. Однако при комплексном воздействии среды часто можно наблюдать «эффект замещения», который проявляется в сходстве результатов воздействия разных факторов. Так, свет не может быть заменен избытком тепла или обилием углекислого газа, но, воздействуя изменениями температуры, можно приостановить, например фотосинтез растений.
В комплексном влиянии среды воздействие различных факторов для организмов неравноценно. Их можно подразделить на главные, сопутствующие и второстепенные. Ведущие факторы различны для разных организмов, если даже они живут в одном месте. В роли ведущего фактора на разных этапах жизни организма могут выступать то одни, то другие элементы среды. Например, в жизни многих культурных растений, таких, как злаки, в период прорастания ведущим фактором является температура, в период колошения и цветения — почвенная влага, в период созревания — количество питательных веществ и влажность воздуха. Роль ведущего фактора в разное время года может меняться.
Ведущий фактор может быть неодинаков у одних и тех же видов, живущих в разных физико-географических условиях.
Понятие о ведущих факторах нельзя смешивать с понятием о лимитирующих факторах. Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма, называется лимитирующим. Действие лимитирующего фактора будет проявляться и в том случае, когда другие факторы среды благоприятны или даже оптимальны. Лимитирующими могут выступать как ведущие, так и второстепенные экологические факторы.
Понятие лимитирующих факторов было введено в 1840 г. химиком Либихом. Изучая влияние на рост растений содержания различных химических элементов в почве, он сформулировал принцип: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени». Этот принцип известен под названием закона минимума Либиха.
Закон минимума Либиха относится ко всем влияющим на организм абиотическим и биотическим факторам. Это может быть, например, конкуренция со стороны другого вида, присутствие хищника и паразита. Сформулированный закон действует как в отношении растений, так и животных.
Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, на что указывал Либих, но и избыток таких факторов, как, например, тепло, свет и вода. Как отмечалось ранее, организмы характеризуются экологическим минимумом и максимумом. Диапазон между этими двумя величинами принято называть пределами устойчивости, или толерантности.
В общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В. Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам, переносимым данным организмом. Эти два предела называют пределами толерантности.
По «экологии толерантности» были проведены многочисленные исследования, благодаря которым стали известны пределы существования многих растений и животных. Таким примером является влияние загрязняющего атмосферный воздух вещества на организм человека.
Влияние экологических факторов
Экологические факторы – свойства среды, в которой мы живем.
На наше здоровье оказывают влияние климатические факторы, химический и биологический состав воздуха, которым мы дышим, воды, которую мы пьем, и множество других экологических факторов.
Экологические факторы могут оказывать на организм человека следующее влияние:
• могут благоприятно влиять на организм человека (свежий воздух, умеренное воздействие ультрафиолетовых лучей помогают укрепить наше здоровье);
• могут выступать в роли раздражителей, тем самым заставляя нас приспосабливаться к определенным условиям;
• могут провоцировать существенные структурные и функциональные изменения в нашем организме (например, темный цвет кожи у коренных жителей регионов с интенсивным солнцем);
• способны полностью исключать наше обитание в определенных условиях (человек не сможет жить под водой, без доступа кислорода).
Среди экологических факторов, влияющих на организм человека, выделяют факторы неживой природы (абиотические), связанные с действием живых организмов (биотические) и самого человека (антропогенные).
Абиотические факторы – температура и влажность воздуха, магнитные поля, газовый состав воздуха, химический и механический состав почвы, высота над уровнем моря и другие. Биотические факторы – воздействие микроорганизмов, растений и животных. К антропогенным экологическим факторам относятся загрязнение почвы и воздуха отходами промышленности и транспорта, использование атомной энергии, а также все, что связано с жизнью человека в обществе.
Благоприятное воздействие солнца, воздуха и воды на организм человека долго описывать не нужно. Дозированное воздействие этих факторов улучшает приспособительные возможности человека, укрепляет иммунитет, тем самым помогает оставаться нам здоровыми.
К сожалению, экологические факторы могут также наносить вред организму человека. Большинство из них связано с воздействием самого человека – производственные отходы, попадающие в источники воды, почву и воздух, выделение в атмосферу выхлопных газов, не всегда удачные попытки человека обуздать атомную энергию (как пример – последствия аварии на Чернобыльской атомной электростанции). На этом мы остановимся подробнее.
Негативное воздействие антропогенных экологических факторов на здоровье человека
В атмосферный воздух городов поступает множество вредных химических веществ, токсически воздействующих на организм человека. Часть из этих веществ прямо или опосредованно способствует развитию раковых заболеваний у человека (оказывает канцерогенное действие). К таким веществам относятся бензопирен (поступает в воздух с выбросами заводов, выплавляющих алюминий, энергетических установок), бензол (его выбрасывают в атмосферу нефтехимические, фармацевтические предприятия, а также он выделяется в процессе изготовления пластмасс, лаков, красок, взрывчатых веществ), кадмий (в окружающую среду попадает в процессе производства цветных металлов). Кроме того, канцерогенным действием обладает формальдегид (выбрасывается в воздух химическими и металлургическими предприятиями, выделяется из полимерных материалов, мебели, клеев), винилхлорид (выделяется при производстве полимерных материалов), диоксины (их выбрасывают в воздух заводы по производству бумаги, целлюлозы, органических химических веществ).
Не только развитием онкологических патологий чревато загрязнение воздуха. Заболевания органов дыхания (особенно бронхиальная астма), сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, крови, аллергические и некоторые эндокринные болезни также могут возникнуть вследствие загрязнения воздуха. Обилие токсических химических веществ в воздухе может привести к врожденным аномалиям у плода.
Не только состав воздуха, но и почвы, воды серьезно изменились вследствие деятельности человека. Отходы различных предприятий, применение удобрений, стимуляторов роста растений, средств борьбы с различными вредителями способствуют этому. Загрязнение воды и почвы приводит к тому, что многие овощи и фрукты, которые мы употребляем в пищу, содержат различные токсичные вещества. Ни для кого не является секретом, что новые технологии выращивания убойного скота включают добавление в корм различных веществ, далеко не всегда безопасных для организма человека.
Пестициды и гормоны, нитраты и соли тяжелых металлов, антибиотики и радиоактивные вещества – все это нам приходится употреблять с пищей. Как результат – различные заболевания пищеварительной системы, ухудшение усвоения пищевых веществ, снижение защитных сил организма, ускорение процессов старения и общее токсическое воздействие на организм. Помимо этого загрязненные пищевые продукты могут стать причиной бесплодия или врожденных пороков развития у детей.
Современным людям также приходится сталкиваться с постоянным воздействием ионизирующего излучения. Добыча полезных ископаемых, продукты сгорания органического топлива, авиационные перелеты, изготовление и использование строительных материалов, ядерные взрывы приводят к изменению радиационного фона.
Какой эффект будет после воздействия ионизирующего облучения зависит от поглощенной организмом человека дозы излучения, времени облучения, вида облучения. Воздействие ионизирующего облучения может стать причиной развития раковых заболеваний, лучевой болезни, лучевого поражения глаз (катаракты) и ожогов, бесплодия. Наиболее чувствительными к воздействию лучевого излучения являются половые клетки. Результатом воздействия ионизирующего излучения на половые клетки могут стать различные врожденные пороки у детей, рожденных даже через десятки лет после воздействия ионизирующего облучения.
Негативное воздействие абиотических экологических факторов на здоровье человека
Климатические условия также могут провоцировать возникновение различных болезней у человека. Холодный климат Севера может стать причиной частых простудных заболеваний, воспаления мышц и нервов. Жаркий климат пустынь может обернуться тепловым ударом, нарушением водно-электролитного обмена, кишечными инфекциями.
Часть людей плохо переносит изменения погодных условий. Такое явление носит название метеочувствительность. У людей, страдающих подобным нарушением, при изменении погодных условий могут возникать обострения хронических заболеваний (особенно болезней легких, сердечно-сосудистой, нервной и опорно-двигательной систем).
Классификация экологических факторов
Экологические факторы – это отдельные элементы среды обитания, которые воздействуют на организмы. Каждая из сред обитания отличается особенностями воздействия экологических факторов. По природе экологические факторы делят на абиотические, биотические и антропогенные.
Абиотические факторы – компоненты неживой природы, прямо или косвенно воздействующие на организм.
Их делят на следующие группы:
– климатические факторы (свет, температура, влажность, ветер, атмосферное давление и др.);
– геологические факторы (землетрясения, извержения вулканов, движение ледников, радиоактивное излучение и др.);
– орографические факторы, или факторы рельефа (высота местности над уровнем моря, крутизна местности – угол наклона местности к горизонту, экспозиция местности – положение местности по отношению к сторонам света и др.);
– эдафические, или почвенно-грунтовые, факторы (гранулометрический состав, химический состав, плотность, структура, рН и др.);
– гидрологические факторы (течение, соленость, давление и др.).
Иначе абиотические факторы делят на физические и химические.
Биотические факторы – воздействие на организм других живых организмов.
В зависимости от вида воздействующего организма их разделяют на две группы:
– внутривидовые, или гомотипические, факторы – это влияние на организм особей этого же вида (зайца на зайца, сосны на сосну и т.д.);
– межвидовые, или гетеротипические, факторы – это влияние на организм особей других видов (волка на зайца, сосны на березу и т.д.).
В зависимости от принадлежности к определенному царству биотические факторы подразделяют на четыре основные группы:
– фитогенные факторы – это влияние на организм;
– зоогенные факторы – влияние животных;
– микогенные факторы – влияние грибов;
– микробогенные факторы – влияние микроорганизмов (вирусов, бактерий, простейших).
По типу взаимодействия различают протокооперацию, мутуализм, комменсализм, внутривидовую и межвидовую конкуренции, паразитизм, хищничество, аменсализм, нейтрализм.
Антропогенные факторы – деятельность человека, приводящая либо к прямому воздействию на живые организмы, либо к изменению среды их обитания (охота, промысел, сведение лесов, загрязнение, эрозия почв и др.).
При этом различают воздействие человека как биологического организма (потребление пищи, дыхание, выделение и т.д.) и его хозяйственную деятельность (сельское хозяйство, промышленность, энергетика, транспорт, бытовая деятельность и т. д.). Факторы, связанные с хозяйственной деятельностью человека, называются техногенными.
В зависимости от характера воздействий антропогенные факторы делят на две группы:
– факторы прямого влияния – это непосредственное (прямое) воздействие человека на организм (скашивание травы, вырубка леса, отстрел животных, отлов рыбы и т. д.);
– факторы косвенного влияния – это опосредованное (косвенное) воздействие на организм (загрязнение окружающей среды, разрушение местообитаний, беспокойство и т.д.).
В зависимости от последствий воздействия антропогенные факторы делят на следующие группы:
– положительные факторы – факторы, которые улучшают жизнь организмов или увеличивают их численность (разведение и охрана животных, посадка и подкормка растений, охрана окружающей среды и т. д.);
– отрицательные факторы – факторы, которые ухудшают жизнь организмов или снижают их численность (вырубка деревьев, отстрел животных, разрушение местообитаний и т.д.).
Экологические факторы могут оказывать на организм прямое действие и косвенное. Косвенное воздействие осуществляется через другие экологические факторы. Например, высокая температура может вызвать ожог (прямое действие), а может привести к обезвоживанию организма (косвенное воздействие).
Разные экологические факторы обладают различной изменчивостью в пространстве и во времени. Одни из них относительно постоянны (например, сила тяготения, солнечная радиация, соленость океана), другие очень изменчивы (например, температура и влажность воздуха, сила ветра). По характеру изменения во времени экологические факторы подразделяют на три группы.
Регулярно-периодические факторы – это факторы, меняющие свою силу в зависимости от времени суток, сезона года, ритма приливов и отливов (освещенность, температура, длина светового дня и т.д.).
Нерегулярные (непериодические) факторы – это факторы, не имеющие четко выраженной периодичности (наводнение, ураган, землетрясение, извержение вулкана, нападение хищника и т.д.).
Направленные факторы – это факторы, действующие на протяжении длительного промежутка времени в одном направлении (похолодание или потепление климата, зарастание водоема, эрозия почвы и т.д.).
По характеру ответной реакции организма на воздействие экологического фактора различают следующие группы экологических факторов.
Раздражители – факторы, вызывающие биохимические и физиологические изменения (адаптации).
Модификаторы – факторы, вызывающие морфологические и анатомические изменения (адаптации).
Ограничители – факторы, обусловливающие невозможность существования организма в данных условиях и ограничивающие ареал его распространения.
Сигнализаторы – факторы, информирующие об изменении других факторов.
По принципу возможности потребления при взаимодействии с организмом экологические факторы подразделяют на ресурсы и условия.
Ресурсы – это экологические факторы среды обитания, которые организм потребляет, то есть их количество в результате взаимодействия с организмом может уменьшаться (пища, вода, солнечная энергия, кислород, углекислый газ и т.д.).
Условия – это экологические факторы среды обитания, которые организм не потребляет, то есть их количество не уменьшается, но они могут оказывать влияние на организм (температура, влажность, атмосферное давление, гравитационное поле и т.д.). Существуют и другие классификации экологических факторов, в зависимости от положенных в их основу критериев.
Действие экологических факторов
Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей.
Закон толерантности (закон оптимума или закон В. Шелфорда) – каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей (много «хорошо» – тоже «не хорошо»).
Факторы среды имеют количественное выражение. По отношению к каждому фактору можно выделить зону оптимума (зону нормальной жизнедеятельности), зону пессимума (зону угнетения) и пределы выносливости организма. Оптимум – такое количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организмов максимальна. В зоне пессимума жизнедеятельность организмов угнетена. За пределами выносливости существование организма невозможно. Различают нижний и верхний предел выносливости.
Способность живых организмов переносить количественные колебания действия экологического фактора в той или иной степени называется экологической валентностью (толерантностью, устойчивостью, пластичностью).
Значения экологического фактора между верхним и нижним пределами выносливости называется зоной толерантности. Виды с широкой зоной толерантности называются эврибионтными, с узкой – стенобионтными. Организмы, переносящие значительные колебания температуры, называются эвритермными, а приспособленные к узкому интервалу температур – стенотермными. Таким же образом по отношению к давлению различают эври- и стенобатные организмы, по отношению к степени засоления среды – эври- и стеногалинные, по отношению к питанию эври- и стенотрофы (применительно к животным используют термины эври- и стенофаги) и т.д.
Экологические валентности отдельных индивидуумов не совпадают. Поэтому экологическая валентность вида шире экологической валентности каждой отдельной особи.
Экологические валентности вида к разным экологическим факторам могут существенно отличаться. Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида.
Экологический фактор, количественное значение которого выходит за пределы выносливости вида, называется лимитирующим (ограничивающим) фактором.
Неоднозначность действия фактора на разные функции – каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма. Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. Так, для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания половых продуктов, неблагоприятна для икрометания.
Разнообразие индивидуальных реакций на факторы сред – степень выносливости, критические точки, оптимальная и пессимальные зоны отдельных индивидуумов одного вида не совпадают. Эта изменчивость определяется как наследственными качествами особей, так и половыми, возрастными и физиологическими различиями. Например, у бабочки мельничной огневки – одного из вредителей муки и зерновых продуктов – критическая минимальная температура для гусениц -7 С, для взрослых форм -22 С, а для яиц -27 С. Мороз в -10 С губит гусениц, но не опасен для имаго и яиц этого вредителя. Следовательно, экологическая валентность вида всегда шире экологической валентности каждой отдельной особи.
Относительная независимость приспособления организмов к разным факторам – степень выносливости к какому-нибудь фактору не означает соответствующей экологической валентности вида по отношению к остальным факторам. Например, виды, переносящие широкие изменения температуры, совсем не обязательно должны также быть приспособленными к широким колебаниям влажности или солевого режима. Эвритермные виды могут быть стеногалинными, стенобатными или наоборот.
Несовпадение экологических спектров отдельных видов – каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Даже у близких по способам адаптации к среде видов существуют различия в отношениях к каким либо-либо отдельным факторам.
Взаимодействие факторов – оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Например, жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду.
Закон минимума (закон Ю. Либиха или правило ограничивающих факторов) – возможности существования организмов в первую очередь ограничивают те факторы среды, которые наиболее удаляются от оптимума. Если хотя бы один из экологических факторов приближается или выходит за пределы критических величин, то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель. Так, продвижение вида на север может лимитироваться (ограничивается) недостатком тепла, в аридные районы – недостатком влаги или слишком высокими температурами. Выявление ограничивающих факторов очень важно в практике сельского хозяйства.
Гипотеза незаменимости фундаментальных факторов (В. Р. Вильямсон) – полное отсутствие в среде полное отсутствие в среде фундаментальных экологических факторов (физиологически необходимых; например, света, воды, углекислого газа, питательных веществ) не может быть компенсировано (заменено) другими факторами. Так, по данным «Книги рекордов Гиннеса» без воздуха человек может прожить до 10 мин., без воды – 10–15 суток, без пищи – до 100 дней.
В природе экологические факторы действуют совместно, то есть комплексно. Комплекс факторов, под действием которых осуществляются все основные жизненные процессы организмов, включая нормальное развитие и размножение, называются условиями жизни. Условия, в которых размножения не происходит, называются условиями существования.
Экологические факторы растений
Вся природа, окружающая растение, является его средой обитания. В ней имеются все условия, необходимые для роста и развития данного растения, но в разных количествах и соотношениях. Факторы (условия) внешней среды могут непосредственно влиять на растение, они необходимы для существования организма, но растению не обязательны. Влияют на растение такие факторы, как свет, влага в воздухе и в почве, температура, наличие и концентрация солей в почве, ветер и некоторые другие.
Экологическими факторами называют любой элемент среды, способный оказывать прямое или косвенное влияние на организм.
Как могут воздействовать на растения экологические факторы? Фактор среды может ограничить рост растения. Например, если в почве содержится небольшое количество минеральных солей, а на ней из года в год возделывают какую-либо культуру, то запасы солей оказываются исчерпаны и рост растений прекращается. Если экологический фактор находится ниже критического уровня или, наоборот, превышает максимально возможный уровень, он становится ограничителем роста растения, даже если другие факторы имеются в необходимом количестве. Такой экологический фактор называют ограничивающим фактором. В водной среде ограничивающим фактором чаще всего становится кислород. Для растений, любящих солнце (подсолнечник), – свет. Причём важна не только интенсивность освещения, но и продолжительность.
На разных стадиях развития растение по-разному реагирует на факторы среды. Известно, что наиболее устойчивыми к слишком высоким или слишком низким температурам являются почки высших растений, семена, споры.
Все факторы вместе определяют условия существования растений, или условия обитания. Понятно, что условия обитания на Крайнем Севере и в степной зоне, в лесу и на лугу разные. Но условия обитания меняются по сезонам и даже в течение суток. Растения, как и все живые организмы, обладают удивительной способностью реагировать на изменения и приспосабливаться к условиям обитания.
Приспособление растений к сухим и жарким местам обитания
В засушливых и жарких местах обитания растения должны уметь добывать воду, сохранять её, избегать излишнего испарения, но и не «перегреться» на солнце.
В полупустынях и пустынях обитают растения с мощными корневыми системами. Некоторые корневые системы очень глубокие, это даёт им возможность использовать грунтовые воды. Так у кустарников рода Джузгун корни уходят вглубь на 30 м. У других растений (кактусы) корневая система неглубокая, но широко разросшаяся, поэтому во время редких дождей они быстро поглощают влагу с больших участков.
Третья группа растений (например, ревень татарский) не имеет сильно развитой корневой системы, зато они способны поглощать утреннюю росу своими крупными листьями, распростёртыми над поверхностью земли.
Собранную влагу важно сохранить. Некоторые растения, их называют суккулентами, содержат в листьях, ветвях, стволах или в подземных органах запас воды.
У этих растений, как правило, толстая кожица и очень мало устьиц. У них замедлен процесс обмена веществ и как следствие – рост.
Кустарники с глубокой корневой системой воду не накапливают, но сохраняют. Чтобы уменьшить испарение, их мелкие листья густо опушены. Часто листьев вовсе нет, а фотосинтез происходит в побегах, имеющих вид прутьев или колючек (саксаул). При недостатке воды немногочисленные устьичные щели закрываются.
Помимо приспособлений к поглощению и сохранению воды, растения пустынь обладают способностью переносить даже многолетнюю засуху. Среди них – эфемеры – растения, завершающие свой жизненный цикл от семени до семени в течение нескольких дней. Их семена прорастают, и растения зацветают и плодоносят сразу после выпадения дождя. В это время пустыня преображается – она цветёт.
Длительный период засухи эти растения переживают в стадии семян.
Многолетние луковичные или корневищные растения переживают засуху в виде подземных запасающих органов.
Самым удивительным образом переживают длительную засуху лишайники, многие низшие растения, некоторые виды плаунов и папоротников, даже немногие цветковые растения: они теряют всю влагу и, будучи полностью обезвоженными, находятся в состоянии покоя до тех пор, пока не выпадет дождь.
Приспособление растений к холодным и влажным условиям обитания
Условия обитания растений в тундре очень суровы. Прежде всего, это температура. Среднемесячные летние температуры редко превышают +10 C. Лето очень короткое – около двух месяцев, но даже летом могут случиться заморозки.
Осадков в тундре выпадает мало, соответственно и снежный покров невелик – до 50 см. Поэтому опасны сильные ветры – они могут сдувать снег, защищающий растения. Почему же в тундре довольно много влаги? Во-первых, она не испаряется так интенсивно, как в более тёплых зонах. Во-вторых, вода не уходит глубоко в почву, так как её задерживает слой вечной мерзлоты. Поэтому здесь много мелких озёр и болот.
Ещё один важный фактор – свет. Летом здесь господствует полярный день, поэтому фотосинтез происходит круглые сутки, растения успевают накопить достаточный запас веществ.
Растения в этой зоне обычно низкорослые и зимой покрываются снегом, который защищает их от холода и ветра. Корневые системы – поверхностные. С одной стороны, их развитию препятствует вечная мерзлота, с другой – повышенная влажность почвы и, как следствие, недостаток кислорода в почве. Интересно, что особенности строения побегов напоминают растения жаркого климата, только защищают они не от жары, а от холода. Это толстая кожица, восковой налёт, пробка на стебле. Растения должны успеть за короткое лето отцвести и дать семена.
Деревья тундры всего раз в столетие образуют семена, способные прорастать. Семена полностью вызревают лишь тогда, когда два года подряд лето бывает для тундры тёплым. Как правило, семена деревьев попадают в условия непригодные для прорастания. Многие растения тундры размножаются вегетативно, например, мхи и лишайники.
Свет как экологический фактор
Количество света, которое получает растение, сказывается и на его внешнем облике, и на внутреннем строении. Деревья, выросшие в лесу, имеют более высокие стволы, менее раскидистую крону. Если они росли под пологом других деревьев, то они угнетены и гораздо хуже развиты, чем их ровесники на открытом пространстве.
Теневые и световые растения могут различаться и по расположению листовых пластинок в пространстве. В тени листья располагаются горизонтально, чтобы уловить как можно больше солнечных лучей. На свету, где света достаточно – вертикально, чтобы избежать перегрева.
Растения, выросшие в тени, имеют более крупные листья и более длинные междоузлия, чем растения того же или близкого вида, выросшие на солнце.
Листья не одинаковы по внутреннему строению: в световых листьях столбчатая ткань развита лучше, чем в теневых. В стеблях световых растений более мощная механическая ткань и древесина.
Косвенное воздействие человека
Ряд действий, совершаемых человеком, косвенно влияют на растения. К ним относятся лесные пожары, транспорт, строительство, промышленность, радиация. В той или иной мере это угнетает рост растений.
Диоксид серы, летящий из труб заводов и электростанций, соединения металлов (меди, цинка, свинца), сбрасываемые возле рудников или содержащиеся в выхлопных газах автомашин, остатки нефтепродуктов, оказывающиеся в водоемах после промывки танков нефтеналивных судов, — вот лишь некоторые из загрязняющих веществ, ограничивающих распространение организмов, особенно растений.
Многие загрязняющие вещества действуют как яды, приводя к вымиранию целых видов растений или животных. Другие могут передаваться по цепям питания, накапливаться в телах организмов, вызывать генные мутации, значение которых можно будет оценить лишь в будущем. Как правило, загрязнение природы приводит к снижению видового разнообразия и нарушению устойчивости биоценозов.
Группы экологических факторов
Любой организм в природе испытывает на себе воздействие самых разнообразных компонентов внешней среды.
Любые свойства или компоненты окружающей среды, оказывающие влияние на организмы, называют экологическими факторами.
Классификация экологических факторов.
Факторы среды (экологические факторы) разнообразны, имеют разную природу и специфику действия.
Выделяют следующие группы экологических факторов:
1. Абиотические (факторы неживой природы):
а) климатические - условия освещенности, температурный режим и т. п.;
б) эдафические (местные) - водоснабжение, тип почвы, рельеф местности;
в) орографические - воздушные (ветер) и водные течения.
2. Биотические факторы - это все формы воздействия живых организмов друг на друга:
Растения Растения. Растения Животные. Растения Грибы. Растения Микроорганизмы. Животные Животные. Животные Грибы. Животные Микроорганизмы. Грибы Грибы. Грибы Микроорганизмы. Микроорганизмы Микроорганизмы.
3. Антропогенные факторы - это все формы деятельности человеческого общества, приводящие к изменению среды обитания других видов или непосредственно сказывающиеся на их жизни. Воздействие этой группы экологических факторов стремительно возрастает из года в год.
Виды воздействия экологических факторов на организмы.
Экологические факторы оказывают на живые организмы воздействия разного рода. Они могут являться:
- раздражителями, которые способствуют появлению приспособительных (адаптивных) физиологических и биохимических изменений (зимняя спячка, фотопериодизм);
- ограничителями, изменяющими географическое распространение организмов из-за невозможности существования в данных условиях;
- модификаторами, которые вызывают морфологические и анатомические изменения организмов;
- сигналами, свидетельствующими об изменениях других факторов среды.
Экологические факторы здоровья
Отрицательное влияние на человека могут оказывать природные факторы, которые подразделяются на абиотические (воздействия неживой природы) и биотические (воздействия организмов). В аспекте негативных воздействий на человека, эти факторы выступают нередко взаимосвязано и комплексно.
К абиотическим факторам относятся: климатические (физические) – свет, температура, влажность, скорость движения воздуха, атмосферное давление, радиация, электрическое состояние среды и др.; эдафогенные (почвенные) – механический состав, влагоемкость, воздухопроницаемость, давление и др.; орографические – рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона и др.; химические – состав атмосферы, морских и пресных вод, донных отложений, почвенных растворов, концентрация, кислотность и др.; интегративные – погода, климат и др.
К негативным абиотическим факторам относятся стихийные бедствия (т.н. «природные катаклизмы»), которыми называют опасные природные явления или процессы, носящие чрезвычайный характер и приводящие к нарушению повседневного уклада жизни значительных групп населения, человеческим жертвам, а также уничтожению материальных ценностей: сильный ветер (торнадо, смерч, самум, суховей); пыльная буря; вулканическая деятельность; землетрясение; наводнение, шторм, цунами, прилив и отлив; лавина, сель, камнепад, оползень; пожар, вызванный самовозгоранием торфа, молнией и др. природными факторами; различные виды молний; вьюга или метель, а также значительное выпадение осадков, особенно в виде крупного града или несезонного снега; засуха; сильный устойчивый мороз или аналогичная жара, особенно на территориях, которым эти явления несвойственны; эрозия почв (такие формы, как разрастание оврагов, ветровая эрозия, вымывание почвы реками, ливнями и т.д.) и др. Наибольший вред приносят наводнения (40% общего урона), ураганы (20%), землетрясения и засухи (по 15%). Оставшиеся 10% общего урона приходятся на остальные виды стихийных бедствий. Постоянно подвергаются угрозе пожаров около 60% лесов.
От весеннего половодья пострадал бассейн р. Волги – нанесенный ущерб оценивается в 230-250 млн. рублей; сильные дожди и ливни нанесли значительный урон Краснодарскому краю (500 млн. руб.), Читинской обл. и Бурятии (600 млн. руб.), при этом пострадали 6 тыс. человек, из них 30 погибли; 10 лет спустя сильнейший разлив р. Лены практически стер с лица земли г. Ленск, который пришлось восстанавливать заново; затяжными ливневыми дождями с градом и разливом рек был нанесен материальный ущерб (около 2 млрд. руб.) Ставропольскому краю: пострадали жилые дома, сельскохозяйственные постройки, уничтожено 46 тыс. га зерновых, повреждено 72 тыс. га других посевов. В результате землетрясения, произошедшего в Армении, пострадало 550 тыс. человек, из них погибло 25 тыс. человек. Было потеряно 8 млн. м2 жилья, без крова осталось 514 тыс. человек. Нарушилась связь с 121 отделением связи, было выведено из строя 50 автоматических телефонных станций и система оповещения. Перестали функционировать 170 промышленных предприятий, вышло из строя 102 км канализационных сетей, было нарушено водоснабжение в 11 населенных пунктах. Из 965 населенных пунктов на территории республики пострадало 173, а 58 населенных пунктов было разрушено полностью.
Солнечный свет при определенных условиях выступает негативным абиотическим фактором. Патогенное действие лучистой энергии зависит от характера и интенсивности излучения. Лучи видимой части спектра могут вызвать временное ослепление; воздействие прямых солнечных лучей – перегревание головного мозга и солнечный удар; воздействие ультрафиолетовой части спектра солнечного света на кожу вызывает в основном фотохимический эффект – усиленную пигментацию кожи, но при длительном – ожоги различной степени тяжести и даже способствует возникновению рака кожи.
При значительном понижении атмосферного давления (давление атмосферного воздуха) развивается горная, или высотная, болезнь. В подводном спорте, при водолазных и кессонных работах резкие перепады давления могут привести к разрыву барабанной перепонки, легких, а также – к развитию шока (при вестибулярном шоке под водой мгновенно наступает потеря ориентации), кессонной болезни. Пониженное или повышенное атмосферное давление, а также его колебания негативно влияют на людей, страдающих заболеваниями нервной системы, гипотонической или гипертонической болезнью, сердечнососудистыми заболеваниями, психически неустойчивых. Аналогично на них влияют лунные и, особенно, солнечные затмения; магнитные бури и другие проявления солнечной активности.
При действии на организм низкой температуры могут возникнуть отморожения и переохлаждение организма. В результате длительного воздействия высокой температуры может возникнуть тепловой удар – патологическое состояние, обусловленное перегреванием организма.
Степень выраженности влияния социальных и социогенных факторов на здоровье человека зависит не только от их интенсивности и взаимосочетанного действия, но и от сочетания с природными факторами, например, погодно-климатическим фоном.
Климат, как многолетний режим погоды оказывает серьезное, зачастую негативное воздействие на самочувствие человека через температуру, атмосферное давление, влажность и др. При благоприятных погодно-климатических условиях совместное действие социогенных факторов (загрязнение атмосферы, высокий уровень шума, остаточное количество ДДТ (средство для борьбы с насекомыми на полях) в продуктах питания) повышает заболеваемость примерно в два раза, при неблагоприятных – в 2,4 раза, т.е. неблагоприятные природно-климатические условия усиливают вредное влияние социогенных факторов на организм человека.
В крупных городах сильно изменяется естественная среда. Интенсивность солнечной радиации в городах на 15-20% ниже, чем в прилегающей местности, зато среднегодовая температура здесь выше (примерно на 1,5 С), менее значительны суточные и сезонные колебания температуры, чаще возникают туманы, больше осадков (в среднем на 10%), ниже атмосферное давление.
Изменение погодных условий часто вызывает нарушения сердечной деятельности, нервные расстройства, снижение физической и умственной работоспособности, обострение болезней, увеличивается число ошибок, несчастных и даже смертных случаев. Изменения погоды неодинаково сказываются на самочувствии людей. У здорового человека при изменении погоды происходит своевременное подстраивание физиологических процессов в организме к изменившимся условиям внешней среды. В результате усиливается защитная реакция и здоровые люди практически не ощущают отрицательного влияния погоды. У больного человека приспособительные реакции ослаблены, поэтому организм теряет способность быстро подстраиваться. Влияние погодных условий на самочувствие человека связано также с возрастом и индивидуальной восприимчивостью организма.
В патологии человека наибольшее значение имеют микробиогенные (т.с. микробиопатогенные) факторы – микробы и вирусы – возбудители инфекционных заболеваний. Их вирулентность определяется способностью преодолевать барьеры организма, внедряться в его ткани, выделяя повреждающие, токсические вещества (экзотоксины). Токсичными могут быть и продукты их распада (эндотоксины). Некоторые экзотоксины очень ядовиты. Бактерии вызывают очень многие заболевания человека – чуму, холеру, туберкулез, дифтерию, столбняк, венерические болезни, артриты, фурункулез и т.д. Вирусы – мельчайшие возбудители инфекционных заболеваний, являющиеся внутриклеточными паразитами, не способными к жизнедеятельности вне клеток. Вирусы вызывают у человека такие болезни, как грипп, корь, бешенство, оспа, свинка и др.
Возбудители инфекционных заболеваний имеют различную устойчивость в окружающей среде: одни способны жить вне организма человека всего несколько часов – находясь в воздухе, в воде, на разных предметах, они быстро погибают; другие могут жить в окружающей среде от нескольких дней до нескольких лет; для третьих окружающая среда является естественным местом обитания; для четвертых – другие организмы, например дикие животные, являются местом сохранения и размножения. Одним из источников инфекции является почва, в которой постоянно обитают возбудители столбняка, ботулизма, газовой гангрены, некоторых грибковых заболеваний. В организм человека они могут попасть при повреждении кожных покровов, с немытыми продуктами питания, при нарушении правил гигиены.
Инфекционную опасность представляют собой открытые источники воды: реки, озера, пруды. Известны многочисленные случаи, когда загрязненные источники воды стали причиной эпидемий холеры, брюшного тифа, дизентерии. В жарких странах широко распространены такие болезни, как амебиаз, эхинококкоз и другие, которые вызываются различными паразитами, попадающими в организм человека с водой. Болезнетворные микроорганизмы могут проникнуть и в грунтовые воды, становясь причиной инфекционных болезней. При воздушно-капельной инфекции заражение происходит через дыхательные пути при вдыхании воздуха, содержащего болезнетворные микроорганизмы. К таким болезням относится грипп, коклюш, свинка, дифтерия, корь, чума, орнитоз и др. Возбудители этих болезней попадаю в воздух при кашле, чихании и даже при разговоре больных людей. Особую группу составляют инфекционные болезни, передающиеся при тесном контакте с больным или при пользовании вещами, бывшими в употреблении больного. К ним относятся венерические болезни, трахома, сибирская язва, парша и др.
Человек, вторгаясь в природу, нередко нарушает естественные условия существования болезнетворных организмов и становится сам жертвой природно-очаговых болезней. К таким болезням относят чуму, туляремию, сыпной тиф, клещевой энцефалит, малярию, сонную болезнь. Особенностью природно-очаговых заболеваний является то, что их возбудители существуют в природе в пределах определенной территории вне связи с людьми или домашними животными и паразитируют в организме диких животных-хозяев. Передача возбудителей от животных к животному и от животного к человеку происходит преимущественно через переносчиков, чаще всего насекомых и клещей, а также при попадании в его организм загрязненной воды.
К животным паразитам относятся черви, клещи, а также некоторые одноклеточные организмы (плазмодий малярии и др.). Заметную группу составляют грибковые заболевания, поражающие кожу, ногти (стригущий лишай, парша, эпидермофития) и внутренние органы (актиномикоз). Глистные заболевания (гельминтозы) у человека вызывают различные виды червей (аскариды, трихины, эхинококк, широкий лентец), для которых основными или промежуточными хозяевами являются животные.
Негативное влияние на человека могут оказывать фитогенные факторы, как непосредственное – ядовитые и болезнетворные растения (съеденная белая поганка или семена белены, испарения купины неопалимой и т.д.); пыльца ряда растений, вызывающая аллергическую реакцию организма; так и опосредованное (сорняки на полях и др.).
Однако, в отличие от т.с. фитопатогенных факторов, которые выступают по большей мере как объект деятельности человека, зоогенные (т.с. зоопатогенные) выступают субъектами воздействия на человека, например, миграции насекомых (саранчи, муравьев и т.д.), грызунов (мышей, леммингов и т.д.); нападения хищников (акул, волков и др.); укусы ядовитых членистоногих (ос, пчел, пауков, скорпионов, и др.); ядовитые уколы некоторых представителей морской фауны (морского кота, морского ежа, морского скорпиона); многие воздействия спровоцированы неадекватным поведением человека (укусы ядовитых змей, эксцессы с домашними животными и пр.).
Необходимо отобразить еще одну группу факторов воздействия на здоровье человека, которые не являются экологическими, но, тем не менее, влияют на здоровье – это группа эндогенных (внутренних) факторов: наследственность; иммунологическая реактивность; структурно-функциональный гомеостаз; влияние беременности и родов на развитие ребенка; физическое развитие и подготовленность; внутренняя мотивация к ЗОЖ и др.
Биотические экологические факторы
Жизнь организмов в природе зависит не только от абиотических факторов, но и влияния других живых организмов. На различные проявления жизнедеятельности организмов постоянно действуют высшие растения, которые живут рядом, также бактерии, грибы и животные. Таким образом, биотические факторы - это совокупность взаимных влияний одних живых существ на другие и на среду обитания.
Выделяют следующие подгруппы биотических факторов:
- Фитогенные факторы - взаимное влияние растений (как прямой, так и косвенный).
- зоогенные факторы - различное влияние животных (поедание, вытаптывание, опыление, распространение семян и т.д.).
- Микробогенни факторы - влияние микроорганизмов и грибов. Влияние грибов иногда выделяют в отдельную подгруппу микогенних факторов.
Все биотические факторы обусловлены внутривидовыми (внутрипопуляцийнимы) и межвидовыми (межпопуляционных) взаимодействиями. Внутривидовые факторы - это контакты между членами семьи, группы, стада, популяции одного вида, то есть соотношение полов, размножение, уход за потомством, взаимопомощь и защиту или, наоборот, возникновение внутривидовой конкуренции, отношений доминирования и подчинения, иерархии в стаде. Межвидовые факторы - это контакты между особями и популяциями разных видов, разнообразные пищевые связи, поедание одних организмов другими, отношения симбиоза и "сотрудничества", или хищника и жертвы, межвидовая конкуренция, паразитизм и др. Взаимоотношения между организмами намного сложнее, чем их реакция на различные абиотические воздействия, поэтому их труднее измерить. Только для некоторых биотических факторов, касающихся пищевых связей и численности популяций, возможно количественное оценивание на основе экспериментов.
Каждый живой организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние других существ. Прямой фитогенные влияние предусматривает механические контакты между растениями, симбиоз, паразитизм, физиологический и химическое воздействие. Например, растения-паразиты, высасывая воду, органические и неорганические вещества из тела своего хозяина, вызывают у него нарушение обмена веществ, задержку роста и развития. Некоторые грибы-паразиты (трутовики, ржавчина, головня и др.) Не только отсасывают питательные вещества у хозяина, но и отравляют его продуктами своей жизнедеятельности, переносят различные вирусы. Механическое воздействие проявляется, например, в действии вьющихся растений (хмеля, лиан): когда они обвивают стебель растения-опоры, то не только препятствуют ее роста в толщину, но и сильно сдавливают эту опору, затрудняя движение по ней питательных веществ, нарушая развитие растения, на которую опираются.
Прямым воздействием следует считать и влияние растений путем выделения различных физиологически активных веществ; эта форма воздействия называется алелопатии (от греч. allelon - взаимный, pathos - страдание). Среди подобных веществ различают те, которые выделяют высшие растения, - фитонциды и те, которые выделяют микроорганизмы, - антибиотики. Благодаря фитонцидам растения не восприимчивы к некоторым заболеваниям. Фитонциды и антибиотики, губительно действуют на другие организмы, в жизни их носителей выполняют защитную функцию в борьбе с другими видами. Например, листья черемухи выделяют летучие вещества, которые убивают различные виды простых и отпугивают мух. Микробы очень редко повреждают листья таких растений, как сосна, тополь, эвкалипт, поскольку они способны выделять большое количество летучих веществ, токсичных для микроорганизмов.
Благодаря действию химических веществ многие растения не только убивают патогенную микрофлору, отпугивают листоедов и других вредителей, но и сохраняют вокруг себя не занятую растениями зону, которая называется фитогенные полем. При этом влияние таких растений продолжается и после их смерти: отмершие остатки этих растений в процессе разложения редуцентами создают определенную биохимическую обстановку, что может влиять на другие организмы как благоприятно, так и отрицательно. Эти остатки в почве могут задерживать развитие посевов и снижать урожай.
В природе довольно часто наблюдаются и положительные взаимовлияния растений. Это, например, образование микоризы, которая найдена более чем в 2 тыс. Видов высших растений. Подобный тесная симбиотическая связь (сожительство) предоставляет обоим организмам (высшей растений и грибов) определенную пользу: микоризные грибы получают от высшего симбионта углеводы и витамины, а выше "сожитель" в свою очередь использует огромную всасывающую поверхность гриба для получения из почвы необходимой влаги и питательных веществ.
В условиях опосредованного влияния происходит воздействие растений на среду обитания (может выражаться в изменениях таких факторов, как свет, влажность, грунтовое питания и т.д.). Растений, которые определяют специфичность условий мест обитания растительных сообществ, называют эдификаторами (от греч. Aedificator - строитель). Например, береза, при поселения на вырубках хвойных деревьев на подзолистых почвах в результате своей едификаторнои деятельности очень быстро меняет эти почвы. Сначала береза возвращает в почву поглощены минеральные вещества в виде опада, при этом активно привлекает в круговорот азота и зольные элементы. В почве усиливаются процессы нитрификации, улучшается его структура, повышается биологическая активность, оживляется деятельность почвенной флоры и фауны. В результате подзолистые почвы хвойных вырубок постепенно переходят в дерново-подзолистые, а в условиях длительного существования Березняков - даже в дерновые.
Свой едификаторний влияние береза обнаруживает не только из почвообразования, ее кроны также создают затмение, в свою очередь влияет на световой, водный и температурный режимы, на присутствие в сообществе организмов, сопутствующих с березой (паразитов, фитофагов и т.д.). Все это создает особый середовищетвирний влияние, которое зависит от силы едификаторнои действия, например, сильными эдификаторами является ольха, осина, дуб, ель, мхи; а из травянистых растений - бобовые, злаки, полынь, спорыш и др.
Животные как зоогенный фактор также сильно влияют на среду обитания, в результате чего в нем происходят значительные изменения. Самым простым примером является роль дождевых червей в грунтотворних процессах. Насекомые-опылители в поисках пищи садятся на цветок, пыльца цепляется к их тела, они перелетают на другие цветы и осуществляют таким образом перекрестное опыление - в этом случае пища как экологический фактор осуществляет красный взаимовлияние между организмами. Так же влияют животные, которые распространяют плоды и семена. Например, многие ягодных растений в лесах умеренного пояса распространяет медведь через свои экскременты. Влияние может быть не только положительным: насекомые (тля, клопы и т.д.) не только высасывают у растений питательные вещества, но и переносят возбудителей некоторых заболеваний; кроты, которые делают ходы в почве, обрывают корни многих растений, поедают дождевых червей, что приводит к иссушению почвы. В то же время кроты могут и положительно влиять на растения, если уничтожают корневых вредителей или их личинок.
Значительным зоогенные фактором в природе есть копытные, влияющие на других организмов как прямо (съедение, вытаптывание), так и опосредованно: уплотняют почву, вносят в виде экскрементов органические и минеральные соединения. Таким образом копытные существенно влияют на весь процесс почвообразования, а также на водный режим и аэрацию подземных органов растений, на рост и развитие наземных их частей.
Биотическими лимитирующим факторами могут быть любые взаимодействия и взаимовлияния видов. Например, по годового количества осадков более 750 мм условия для развития злаковых растений достаточно благоприятные, но такая же влажность способствует и развития деревьев, которые затеняют злаки, что приводит к их гибели. В этом случае лимитирующим фактором является конкуренция злаков с высшими растениями. Так же распространения растений может ограничиваться некоторыми фитофагами или грибами-паразитами. Распределение животных может быть ограничен нехваткой пищи, наличием хищников или паразитов.
Как уже было указано, ни один из экологических факторов не действует в одиночку. Конечное состояние - это всегда результат многих взаимодействий различных абиотических и биотических факторов. Например, засуха может привести к гибели птиц, а это приведет к росту численности насекомых-фитофагов, которыми они питались, что приведет, в свою очередь, к массовому поражению растений, которые являются пищей других консументов, и так далее. Почти каждый фактор, который влияет на один вид, опосредованно будет влиять и на другие виды через различные взаимосвязи. То есть любая реакция продуцентов на изменения условий среды неизбежно через пищевую сетку отразится и на других организмах экосистемы.
Согласно закону всеобщей связи явлений и процессов, различными взаимодействиями в живой природе могут быть охвачены существа как очень близкие (например, две дочерние клетки), так и дальние - как по принадлежности к различным царств природы и различных трофических уровней, так и по пространственно-временным распределением. Если за главный критерий непосредственной межвидовой взаимодействия принять влияние численности организмов одного вида на численность организмов другого вида, то окажется, что в природе представлены все возможные комбинации таких взаимодействий.
Нейтрализм предполагает отсутствие отношений или такой их тип, при котором нет видимых форм прямых взаимодействий. Однако нейтрализм только на первый взгляд выглядит как полное отсутствие зависимости: например, лев не питается травой, но ему не безразлично состояние пастбища, от которого зависит плотность популяции антилоп.
Аменсализм - это одностороннее угнетение. Примером может быть действие антибиотиков грибов-актиномицетов или фитонцидов растений на микроорганизмы, а также выделение некоторыми растениями веществ, которые исключают соседство с другими растениями. Аменсализм проявляется и в явлении цветения воды, когда токсины сине-зеленых водорослей, размножились и гниют, приводят к гибели или вытеснение многих видов зоопланктона и других водных животных.
Комменсализм предусматривает одностороннее содействие. Это может быть "квартирования" одних организмов на других (при отсутствии пищевого связи), например, птиц в дуплах или на ветвях деревьев "транспортировки" животными других животных или семян и плодов растений (форезия). Можно привести много примеров "нахлибництва" комменсалов относительно крупных животных и даже к человеку: грифы-падальщики, которые питаются остатками добычи хищников; рыбы-прилипалы и рыбы-лоцманы, которые сопровождают крупных акул; синантропные популяции грызунов и городских птиц, которые питаются на городских свалках. Комменсал также различные микроорганизмы.
Конкуренция является одним из главных механизмов регулирования численности организмов в природе. Двухсторонняя, взаимная угнетающее действие одних организмов на другие наблюдается всегда, когда совпадают их экологические ниши и когда емкость среды ограничена. Совпадение экологических ниш может быть абсолютным, когда речь идет об организмах одного вида, даже одной популяции, то есть о внутривидовой конкуренции. При росте популяции, когда ее численность приближается к пределу емкости среды, вступает в действие механизм регуляции численности: смертность растет, а плодовитость снижается. Пространство и еда становятся предметом конкуренции - их дефицит является главной причиной снижения жизнеспособности и плодовитости значительной части или всей популяции.
У разных видов экологические ниши всегда различаются - по пространству, по времени, по ресурсам. Любое их совмещение по этим качествам приводит к межвидовой конкуренции. Бывает, что экологическая ниша одного вида "перекрывает" аналогичную нишу другого вида, то есть так называемые биоинтервалы условий жизни первого охватывают биоинтервалы другое. В этом случае второй вид полностью вытесняется первым; конкуренция между ними идет путем конкурентного исключения или конкурентного замещения. Так часто бывает при интродукции в экосистемы новых видов. В природе чаще происходит лишь частичное совмещение экологических ниш. В этом случае также наблюдается взаимное подавление конкурентных видов, но в результате между ними устанавливается конкурентное равновесие, или режим сосуществования.
Во взаимодействии "ресурс - эксплуататор" реализованы взаимоотношения организмов, относящихся к смежным трофических уровней, когда сочетаются содействие и угнетение.
Характерными примерами такого рода являются взаимоотношения:
1) растительноядные животные и растения;
2) хищника и жертвы;
3) паразита и его хозяина.
Именно этими отношениями обусловленные последовательности пищевых цепей и трофических уровней, которые определяют соотношение численности и биомассы организмов.
Конечно численности популяций эксплуататора и жертвы поддерживаются вокруг определенных относительно постоянных уровней. Например, выскальзывание жертвы или нападение хищника не могут быть всегда только успешными или только безуспешными. Стадо травоядных относительно площади пастбища не должно быть настолько большим, чтобы полностью уничтожить растительный покров. А паразит не может "позволить себе" истощить хозяина до тех пор, пока не гарантирует для себя продолжения рода с помощью большого количества потомков. Однако равновесие в таких системах может и нарушаться. Если два вида начали контактировать только недавно или резко изменилась среда, то система становится неустойчивой, что может привести к исчезновению жертвы. Именно это становится следствием современных антропогенных возмущений, когда превращаются новые территории и перемещаются растения и животные.
Мутуализм предусматривает взаимный положительное влияние, широко распространен в природе. Это, например, взаимовыгодные отношения между цветочными растениями и птицами и насекомыми, которые опыляют; между бобовыми растениями и азотфиксирующих бактериями, которые поселяются на корнях растений; между жвачных животных и микроорганизмами, населяющими их рубец и помогают процессу пищеварения.
Разнообразные взаимоотношения обеспечивают формирование многочисленных приспособлений организмов к "совместного" существования, которые объединяются в три группы: топические (от лат. Topos - место) - приспособление, связанные с общим проживанием; трофические - связаны с общим питанием; генеративные - приспособление, связанные с процессом размножения и воспроизведением.
Многие отношений, которые были рассмотрены выше, в той или иной форме проявляются в человеческом обществе, но имеют другие названия. Никаких других, "чисто человеческих", типов отношений просто не существует. Относительно природы человек действует как типичный эксплуататор; круг ее непосредственных жертв гораздо больше, чем у любого хищника. А разрушая и загрязняя окружающую среду, она превращает остальные виды на аменсалив.
Это означает, что принцип лимитирующих факторов, который действует в природных экосистемах, так же действует и в человеческом обществе, ярко проявляется в сложных отношениях человека и природы. Главное отличие заключается в том, что способность человека мыслить и изготавливать орудия труда позволила ей преодолеть действие обычных лимитирующих факторов, таких, как пища, вода, хищники и паразиты, конкуренция и тому подобное. Это преодоление происходит благодаря тому, что люди давно научились сами изготавливать себе продукты питания, создавать водохранилища и подводить воду в населенные пункты и на поля, бороться с хищниками и болезнетворными организмами, строить жилье и обогревать или охлаждать его по собственному желанию, а также выигрывать в конкурентной борьбе с другими видами.
Итак, разнообразие действия биотических факторов огромная, причем в большинстве случаев эти факторы вызывают у организмов, взаимодействующих специфические черты приспособленности в виде морфологических, физиологических, поведенческих и других особенностей. Все эти черты возникли исторически, в процессе эволюции путем совместного сосуществования организмов. Биотические факторы, воздействуя прямо или косвенно, положительно или отрицательно, на внутривидовом или межвидовом уровнях, так или иначе обусловливают совместное существование огромного количества видов на относительно небольших территориях. Именно в этом заключается очень важная роль биотических факторов в природе.
Абиотические экологические факторы
Абиотические (от греч. – безжизненные) факторы – это компоненты и явления неживой, неорганической природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы. В соответствии с имеющейся классификацией выделяют следующие абиотические факторы: климатические, эдафические (почвенные), орографические или топографические, гидрографические (водная среда), химические (таблица). Одними из важнейших абиотических факторов являются свет, температура, влажность.
Классификация экологических факторов среды:
Абиотические факторы
Биотические
факторы
Антропо-генные
факторы
Климатические:
солнечная радиация, свет и световой режим, температура, влажность, атмосферные осадки, ветер, давление и др.
Эдафические:
механический и химический состав почвы, влагоемкость, водный, воздушный и тепловой режим почвы, уровень грунтовых вод и др.
Орографические (топографические):
рельеф (относится к косвенно действующим экологическим факторам, так как непосредственного влияния на жизнь организмов не оказывает); экспозиция (расположение элементов рельефа по отношению к странам света и господствующим ветрам, приносящим влагу); высота над уровнем моря.
Гидрографические:
факторы водной среды.
Химические:
газовый состав атмосферы, солевой состав воды.
Фитогенные (влияние растений)
Зоогенные (влияние
животных)
Также
биотические факторы подразделяются на:
конкуренция,
хищничество,
паразитизм,
симбиоз
Связаны
с деятельностью человека
Свет. Солнечное излучение служит основным источником энергии для всех процессов, происходящих на Земле. В спектре солнечного излучения выделяют области, различные по биологическому действию: ультрафиолетовая, видимая и инфракрасная. Ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 0,290 мкм губительны для всего живого. Это излучение задерживается озоновым слоем атмосферы, и до поверхности Земли доходит лишь часть ультрафиолетовых лучей (0,300–0,400 мкм), в небольших дозах благотворно влияющих на организмы.
Видимые лучи имеют длину волны 0,400–0,750 мкм и на их долю приходится большая часть энергии солнечного излучения, достигающего земной поверхности. Эти лучи имеют особенно важное значение для жизни на Земле. Зеленые растения за счет энергии именно этой части солнечного спектра синтезируют органические вещества. Инфракрасные лучи с длиной волны более 0,750 мкм не воспринимаются глазом человека, но воспринимаются как тепло и являются важным источником внутренней энергии. Свет, значит, действует на организмы неоднозначно. С одной стороны, он является первичным источником энергии, без которого невозможна жизнь на Земле, с другой стороны, может оказывать негативное воздействие на организмы.
Световой режим. При прохождении через атмосферный воздух солнечный свет отражается, рассеивается и поглощается. Каждое местообитание характеризуется определенным световым режимом. Он устанавливается соотношением интенсивности (силы), количества и качества света. Показатели светового режима очень изменчивы и зависят от географического положения, рельефа местности, от высоты над уровнем моря, состояния атмосферы, времени года и суток, типа растительности и других факторов. Интенсивность, или сила света, измеряется количеством джоулей, приходящихся на 1 см2 горизонтальной поверхности в минуту. Наиболее существенно на этот показатель влияют особенности рельефа: на южных склонах интенсивность света больше, чем на северных. Самым интенсивным является прямой свет, однако более полно растения используют рассеянный свет. Количество света – это показатель, который определяется суммарной радиацией. Для определения светового режима учитывается и количество отражаемого света, так называемое альбедо. Оно выражается в процентах от общей радиации. Например, альбедо зеленых листьев клена составляет 10%, а осенних пожелтевших – 28%. Следует подчеркнуть, что растения отражают в основном лучи физиологически неактивные.
По отношению к свету различают следующие экологические группы растений: светолюбивые (световые), тенелюбивые (теневые), теневыносливые. Светолюбивые виды обитают в лесной зоне в открытых местах и встречаются редко. Они образуют разреженный и невысокий растительный покров, чтобы не затенять друг друга. Тенелюбивые растения не выносят сильного освещения и живут под пологом леса в постоянной тени. Это в основном лесные травы. Теневыносливые растения могут жить при хорошем освещении, но легко переносят и некоторое затенение. К ним относится большинство растений лесов. В связи с такой спецификой местообитания этим группам растений свойственны определенные адаптивные особенности. В лесу теневыносливые растения образуют густо сомкнутые насаждения. Под их пологом могут расти теневыносливые деревья и кустарники, а ниже – еще более теневыносливые и тенелюбивые кустарнички и травы.
Свет является условием ориентации животных. Среди животных различают дневные, ночные и сумеречные виды. Световой режим оказывает влияние и на географическое распространение животных. Так, определенные виды птиц, млекопитающих летом поселяются в высоких широтах с длинным полярным днем, а осенью, когда день сокращается, мигрируют или откочевывают на юг.
Одним из важнейших экологических факторов, незаменимым и универсальным фактором, является температура. Она определяет уровень активности организмов, влияет на обменные процессы, размножение, развитие, другие стороны их жизнедеятельности. От нее зависит распространение организмов. Следует отметить, что в зависимости от температуры тела, выделяют пойкилотермные и гомойотермные организмы. Пойкилотермные организмы (от греч. – различный и тепло) – это холоднокровные животные с непостоянной внутренней температурой тела, меняющейся в зависимости от температуры окружающей среды. К ним относятся все беспозвоночные, а из позвоночных – рыбы, земноводные и пресмыкающиеся. Их температура тела, как правило, выше температуры внешней среды на 1–2 С или равна ей. При повышении или понижении температуры среды за пределы оптимальных величин эти организмы впадают в оцепенение или гибнут. Отсутствие совершенных терморегуляционных механизмов у пойкилотермных животных обусловлено относительно слабым развитием нервной системы и низким уровнем обмена веществ по сравнению с гомойотермными организмами. Гомойотермные организмы – теплокровные животные, температура которых более или менее постоянна и, как правило, не зависит от температуры окружающей среды. К ним относятся млекопитающие и птицы, у которых постоянство температуры связано с более высоким по сравнению с пойкилотермными организмами уровнем обмена веществ. Кроме того, у них существует термоизоляционный слой (оперение, мех, жировой слой). Температура их относительно высокая: у млекопитающих она составляет 36–37 С, а у птиц в состоянии покоя – до 40–41 С.
Тепловой режим. Как было отмечено, температура является важным экологическим фактором, влияет на существование, развитие и распространение организмов. При этом, значение имеет не только абсолютное количество тепла, но и распределение его во времени, то есть тепловой режим. Тепловой режим растений складывается из температурных условий, которым свойственна та или иная продолжительность и смена в определенной последовательности в сочетании с другими факторами. У животных он также в сочетании с рядом других факторов обусловливает их суточную и сезонную активность. Тепловой режим сравнительно постоянен в течение всего года лишь в тропических зонах. К северу и югу суточные и сезонные колебания температуры возрастают по мере удаления от экватора. Растения и животные, приспосабливаясь к ним, проявляют различную потребность в тепле в разные периоды. К примеру, прорастание семян протекает при более низких температурах, чем последующий их рост, периоду цветения необходимо больше тепла, чем периоду созревания плодов. У разных организмов биологические процессы при оптимальных температурах подчиняются правилу Вант-Гоффа, согласно которому скорость химических реакций возрастает в 2–3 раза при повышении температуры на каждые 10 С. Для растений, как и животных, важным является общее количество тепла, которое они могут получить из окружающей среды. Температуры, лежащие выше нижнего порога развития и не выходящие за пределы верхнего, получили название эффективных температур. Количество тепла, необходимого для развития, определяется суммой эффективных температур, или суммой тепла. Эффективную температуру легко определить, зная нижний порог развития и наблюдаемую температуру. Например, если нижний порог развития организма равен 10 С, а температура в данный момент 25 С, то эффективная температура будет равна 15 С (25–10 С). Сумма эффективных температур для каждого вида растений и пойкилотермных животных является величиной относительно постоянной.
У растений имеются различные анатомо-морфологические и физиологические приспособления, сглаживающие вредное влияние высоких и низких температур: интенсивность транспирации (при понижении температуры испарение воды через устьица протекает менее интенсивно и в результате уменьшается теплоотдача и, наоборот); накопление в клетках солей, изменяющих температуру свертывания плазмы, свойство хлорофилла препятствовать проникновению наиболее горячих солнечных лучей. Накопление у морозоустойчивых растений в клетках сахара и других веществ, увеличивающих концентрацию клеточного сока, делает растение более выносливым и имеет большое значение для их терморегуляции. Влияние теплового режима прослеживается и у животных. По мере удаления от полюсов к экватору размеры близких в систематическом отношении животных с непостоянной температурой тела увеличиваются, а с постоянной – уменьшаются. Это положение отражает правило Бергмана. Одна из причин такого явления – повышение температуры в тропиках и субтропиках. У мелких форм относительная поверхность тела возрастает и увеличивается теплоотдача, что отрицательно сказывается в умеренных и высоких широтах прежде всего на животных с непостоянной температурой тела. Температура тела организмов оказывает существенное формообразующее влияние. Под действием теплового фактора у них формируются такие морфологические признаки как отражательная поверхность; жировые отложения, пуховый, перьевой и шерстный покровы у птиц, и млекопитающих. В Арктике, высоко в горах большинство насекомых имеют темную окраску, что способствует усиленному поглощению солнечных лучей. У животных с постоянной температурой тела в холодных климатических зонах наблюдается тенденция к уменьшению площади выступающих частей тела – правило Аллена, поскольку они отдают в окружающую среду наибольшее количество тепла (рисунок 3.2). У млекопитающих при низких температурах относительно сокращаются размеры хвоста, конечностей, ушей, лучше развивается волосяной покров. Так, размеры ушей у песца (обитателя тундры) небольшие, они увеличиваются у лисицы, типичной для умеренных широт, и становятся довольно большими у фенека (обитателя пустынь Африки). В целом, по отношению к температуре анатомо-морфологические изменения как у растений, так и у животных, в первую очередь направлены на регулирование уровня теплопотерь. В ходе длительного исторического развития, приспосабливаясь к периодическим изменениям температурных условий, организмы, в том числе, обитающие в лесах, выработали различную потребность к теплу в разные периоды жизни.
Тепловой режим влияет и на распределение растений и животных по земному шару. Они исторически приспособлены к определенным тепловым режимам. Поэтому температурный фактор имеет непосредственное отношение к распространению растений и животных. Он в той или иной степени обусловливает заселенность разных природных зон организмами. А. Холкинс сформулировал биоклиматический закон. Он установил, что существует закономерная, довольно тесная связь развития фенологических явлений с широтой, долготой и высотой над уровнем моря. Суть этого закона состоит в том, что по мере продвижения на север, восток и в горы время наступления периодических явлений (как цветения, плодоношения, сбрасывания листвы) в жизнедеятельности организмов запаздывает на 4 дня на каждый градус широты, 5 градусов долготы и примерно на 100 м высоты. Отмечается связь между границами распространения растений и животных с числом дней в году, имеющих определенную среднюю температуру. Например, изолинии со среднесуточной температурой свыше 7 С в течение более 225 дней в году совпадают с границей распространения бука в Европе. Однако при этом большое значение имеют не среднесуточные температуры, а колебания их в комплексе с другими экологическими факторами, экоклиматическими и микроклиматическими условиями.
Распределение тепла связано с различными факторами: наличием водоемов (вблизи них амплитуда температурных колебаний меньше); особенностями рельефа, топографии местности. Так, на северных и южных склонах холмов, оврагов наблюдаются довольно большие температурные различия. Рельеф местности, определяя экспозицию склонов, влияет на степень их прогреваемости. Это приводит к формированию на южных и северных склонах несколько различающихся растительных ассоциаций и животных группировок. На юге тундры лесная растительность встречается на склонах в долинах рек, в поймах или на холмах среди равнины, так как именно эти места наиболее сильно прогреваются.
С изменением температуры воздуха изменяется и температура почвы. Различные почвы в зависимости от цвета, структуры, увлажнения, экспозиции прогреваются по-разному. Нагреванию, как и охлаждению поверхности почвы, препятствует растительный покров. Днем температура воздуха под пологом леса всегда ниже, чем на открытых пространствах, а ночью в лесу теплее, чем в поле. Это сказывается на видовом составе животных: даже в одной местности они нередко бывают различны.
К числу важных экологических факторов относится влажность (вода). Вода необходима для любой протоплазмы. С участием воды протекают все физиологические процессы. Живые организмы используют водные растворы (такие, как кровь и пищеварительные соки) для поддержания своих физиологических процессов. Она чаще других экологических факторов лимитирует рост и развитие растений. Вода с экологической точки зрения служит ограничивающим фактором как в наземных местообитаниях, так и в водных, где ее количество подвергнуто сильным колебаниям. Следует отметить, что наземные организмы постоянно теряют воду и нуждаются в регулярном пополнении ее. В процессе эволюции у них выработались многочисленные приспособления, регулирующие водный обмен. Потребность растений в воде в различные периоды развития неодинакова, особенно у разных видов. Меняется она в зависимости от климата и типа почвы. Для каждой фазы роста и стадии развития любого вида растений выделяют критический период, когда недостаток воды особенно отрицательно сказывается на его жизнедеятельности. Почти повсеместно, кроме влажных тропиков, наземные растения испытывают засуху, временный недостаток воды. Дефицит влаги снижает прирост растений, является причиной их низкорослости, бесплодия из-за недоразвития генеративных органов. Атмосферная засуха сильно проявляется при высоких летних температурах, почвенная – при уменьшении почвенной влаги. При этом, есть растения, чувствительные к тому или иному дефициту. Бук может жить на сравнительно сухой почве, но очень чувствителен к влажности воздуха. Лесные растения требуют повышенного содержания паров воды в воздухе. Влажность воздуха обусловливает периодичность активной жизни организмов, сезонную динамику протекания жизненных циклов, влияет на продолжительность их развития, плодовитость, смертность.
Как видно, каждый из перечисленных факторов играет большую роль в жизни организмов. Но совместное действие света, температуры, влажности также имеет важное значение для них. Атмосферные газы (кислород, углекислый газ, водород), биогенные элементы (фосфор, азот), кальций, сера, магний, медь, кобальт, железо, цинк, бор, кремний; течения и давление, соленость, другие экологические абиотические факторы оказывают влияние на организмы.
Социально-экологические факторы
Природная среда сейчас сохранялась лишь там, где она не была доступна людям для ее преобразования. Урбанизированная или городская среда — это искусственный мир, созданный человеком, не имеющий аналогов в природе и способный существовать только при постоянном обновлении.
Социальная среда сложно интегрируется с любой окружающей человека средой и все факторы каждой из сред «тесно взаимосвязаны между собой и испытывают объективные и объективные стороны «качества среды жизни».
Эта множественность факторов заставляет более осторожно подходить к оценке качества среды жизни человека по состоянию его здоровья. Необходимо тщательно подходить к выбору объектов и показателей, диагностирующих среду. Ими могут быть короткоживущие изменения в организме, по которым можно судить о разных средах — дом, производство, транспорт, и долгоживущие в данной конкретной городской среде, — некоторые адаптации акклиматизационного плана и др. Влияние городской среды достаточно ярко подчеркивается определенными тенденциями современного состояния здоровья человека.
С медико-биологических позиций наибольшее влияние экологические факторы городской среды оказывают на следующие тенденции:
1. процесс акселерации,
2. нарушение биоритмов,
3. аллергизация населения,
4. рост онкологической заболеваемости и смертности,
5. рост доли лиц с избыточным весом,
6. отставание физиологического возраста от календарного,
7. «омоложение» многих форм патологии,
8. абиотическая тенденция в организации жизни и др.
Акселерация — это ускорение развития отдельных органов или частей организма по сравнению с некой биологической нормой. В нашем случае — это увеличение размеров тела и значительный сдвиг во времени в сторону более раннего полового созревания. Ученые полагают, что это эволюционный переход в жизни вида, вызванный улучшающимися условиями жизни: хорошее питание, «снявшее» лимитирующее действие пищевых ресурсов, что спровоцировало процессы отбора, ставшие причиной акселерации.
Биологические ритмы — важнейший механизм регуляции функций биологических систем, сформировавшийся, как правило, под воздействием абиотических факторов, в условиях городской жизни могут нарушаться. Это прежде всего относится к циркадным ритмам: новым экологическим фактором стало использование электроосвещения, продлившее световой день. На это накладывается десинхроз, возникает хаотизация всех прежних биоритмов и происходит переход к новому ритмическому стереотипу, что вызывает болезни у человека и у всех представителей биоты города, у которых нарушается фотопериод.
Аллергизация населения — одна из основных новых черт в измененной структуре патологии людей в городской среде. Аллергия — извращенная чувствительность или реактивность организма к тому или иному веществу, так называемому аллергену (простые и сложные минеральные и органические вещества). Аллергены по отношению к организму бывают внешние - экзоаллергены и внутренние - аутоаллергены., Экзоаллергены могут быть инфекционными — болезнетворные и неболезнетворные микробы, вирусы и др. и неинфекционными — домашняя пыль, шерсть животных, пыльца растений, лекарственные препараты, другие химические вещества — бензин, хлорамин и т.п., а также мясо, овощи, фрукты, ягоды, молоко и др. Аутоаллергены — это кусочки тканей поврежденных органов (сердце, печень), а также ткани, поврежденные при ожоге, лучевом воздействии, обморожении и т.п.
Причина аллергических заболеваний (бронхиальная астма, крапивница, лекарственная аллергия, ревматизм, волчанка красная и др.) – в нарушении иммунной системы человека, которая в результате эволюции находилась в равновесии с природной средой. Городская же среда характеризуется резкой сменой доминирующих факторов и появлением совершенно новых веществ - загрязнителей, давление которых ранее иммунная система человека не испытывала. Поэтому аллергия может возникнуть без особого тому сопротивления организма, и трудно ожидать, что он вообще станет к ней резистентным.
Онкологическая заболеваемость и смертность — одна из наиболее показательных медицинских тенденций неблагополучия в данном городе или, например, в зараженной радиацией сельской местности. Эти заболевания вызваны опухолями. Опухоли (греч. «onkos») - новообразования, избыточные патологические разрастания тканей. Они могут быть доброкачественными — уплотняющими или раздвигающими окружающие ткани, и злокачественными — прорастающими в окружающие ткани и разрушающими их. Разрушая сосуды, они попадают в кровь и разносятся по всему организму, образуя так называемые метастазы. Доброкачественные опухоли метастазов не образуют.
Развитие злокачественных опухолей, т.е. заболевание раком, может возникнуть в результате длительного контакта с определенными продуктами: рак легких у рудокопов урановых рудников, рак кожи — у трубочистов, и т.п. Это заболевание вызывается определенными веществами, называемыми канцерогенными.
Канцерогенные вещества (греч. «рождающие рак») или просто канцерогены — химические соединения, способные вызвать злокачественные и доброкачественные новообразования в организме при воздействии на него. Их известно несколько сот.
По характеру действия они разделяются на три группы:
1) местного действия;
2) органотропные, т.е. поражающие определенные органы;
3) множественного действия, вызывающие опухоли в разных органах.
К канцерогенам относятся многие циклические углеводороды, азотокрасители, алкалирующие соединения. Они содержаться в загрязненном промышленными выбросами воздухе, в табачном дыме, каменноугольной смоле и саже. Многие канцерогенные вещества оказывают мутагенное воздействие на организм. Помимо канцерогенных веществ опухоли вызывают еще и опухолеродные вирусы, а также действие некоторых излучений - ультрафиолетового; рентгеновского, радиоактивного и др.
Кроме человека и животных опухоли поражают и растения. Они могут быть вызваны грибами, бактериями, вирусами, насекомыми, действием низких температур. Они образуются на всех частях и органах растений. Рак корневой системы приводит к их преждевременной гибели.
В экономически развитых странах смертность от рака стоит на втором месте. Но не обязательно все виды рака встречаются в одном и том же районе. Известна приуроченность отдельных форм рака к тем или иным условиям, например, рак кожи чаще встречается в жарких странах, где избыток ультрафиолетового излучения. Но заболеваемость раком определенной локализации у человека может изменяться в зависимости от изменений условий его жизни. Если человек переехал в такую местность, где эта форма встречается редко, снижается опасность заболевания именно данной формой рака и, соответственно, наоборот.
Таким образом, ярко выделяется зависимость между раковыми заболеваниями и экологической обстановкой, т.е. качеством окружающей среды, в том числе и городской.
Экологический подход к этому явлению говорит о том, что первопричиной рака в большинстве случаев являются процессы и приспособления обмена веществ к воздействию новых факторов, отличных от природных, и в частности канцерогенных веществ. Вообще, рак надо рассматривать как результат разбалансирования организма, и поэтому его вызвать может в принципе любой фактор среды или их комплекс, способные привести организм в разбалансированное состояние. Например, вследствие превышения верхней пороговой концентрации загрязнителей воздуха, питьевой воды, токсичных химических элементов в рационе питания и т.п., т.е. тогда, когда нормальная регуляция функций организма становится невозможной.
Рост доли лиц с избыточным весом — также явление, вызванное особенностями городской среды. Переедание, малая физическая активность и прочее, безусловно, здесь имеют место. Но избыток питания необходим для создания энергетических запасов, чтобы противостоять резкому дисбалансу средовых воздействий. Тем не менее, одновременно наблюдается рост в популяции доли представителей астенического типа: происходит размывание «золотой середины» и намечаются две противоположные стратегии адаптации: стремление к полноте и похуданию (тенденция значительно слабее). Но и то и другое влечет за собой целый ряд патогенных последствий.
Рождение на свет большого количества недоношенных детей, а значит, физически незрелых — показатель крайне неблагоприятного состояния среды обитания человека. Оно связано с нарушениями в генетическом аппарате и с ростом адаптируемости к изменениям среды. Физиологическая незрелость является результатом резкого дисбаланса со средой, которая слишком стремительно трансформируется и может иметь далеко идущие последствия, в том числе привести к акселерации и другим изменениям в росте человека.
Современное состояние человека как биологического вида характеризуется еще целым рядом медико-биологических тенденций, связанных с изменениями в городской среде: рост близорукости и кариеса зубов у школьников, возрастание удельного веса хронических заболеваний, появление ранее неизвестных болезней — производных научно-технического прогресса: радиационная, авиационная, автомобильная, лекарственная, многие профессиональные заболевания и т.д. В большинстве своём эти болезни есть результат воздействия антропогенно-экологических факторов.
Инфекционные болезни тоже не искоренены в городах. Количество людей, пораженных малярией, гепатитом и многими другими болезнями, исчисляется огромными цифрами. Многие медики считают, что следует говорить не о «победе», а лишь о временном успехе в борьбе с этими болезнями. Объясняется это тем, что слишком коротка история борьбы с ними, а непредсказуемость изменений в городской среде может свести на нет эти успехи. По этой причине «возврат» инфекционных агентов фиксируется среди вирусов, а многие вирусы «отрываются» от природной основы и переходят в новую стадию, способную жить в среде обитания человека, - становятся возбудителями гриппа, вирусной формы рака и других болезней (возможно, такой формой является вирус ВИЧ). По своему механизму действия эти формы можно приравнять к природно-очаговым которые и в городской среде тоже имеют место (туляремия и др.).
Абиологические тенденции, под которыми понимаются такие черты образа жизни человека, как гиподинамия, курение, наркомания и другие, тоже являются причиной многих заболеваний — ожирение, рак, кардиологические болезни и др. К этому ряду относится и стерилизация среды — фронтальная борьба с вирусно-микробным окружением, когда вместе с вредными уничтожаются и полезные формы живого окружения человека. Это происходит в силу того, что в медицине еще есть недопонимание важной роли в патологии над организменных форм живого, т.е. человеческой популяции. Поэтому большим шагом вперед является развиваемое экологией представление о здоровье как о состоянии биосистемы и его теснейшей связи со средой, а патологические явления при этом рассматриваются как вызванные ею приспособительные процессы.
В приложении к человеку нельзя отрывать биологическое от воспринятого в ходе социальной адаптации. Для личности важна и этническая среда, и форма трудовой деятельности, и социальная, экономическая определенность — дело лишь в степени и времени воздействия.
Итак, сохранение здоровья или возникновение болезни — это результат сложных взаимодействий внутренних биосистем организма и внешних факторов окружающей среды. Познание этих сложных взаимодействий явилось основой для возникновения профилактической медицины и ее научной дисциплины — гигиены.
Природные экологические факторы
Экологические факторы могут быть необходимы или вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению.
Экологическими факторами называют важные для жизни организма компоненты окружающей среды. Среда обитания - это все природное окружение живого организма. Условия существования - это совокупность экологических факторов, обусловливающих рост, развитие, выживание и воспроизводство организмов.
Всё многообразие экологических факторов обычно подразделяют на три группы: абиотические, биотические и антропогенные.
Абиотические факторы - это совокупность важных для организмов свойств неживой природы. Эти факторы, в свою очередь, можно разделить на химические (состав атмосферы, воды, почвы) и физические (температура, давление, влажность, течения и т. п.). Разнообразие рельефа, геологических и климатических условий порождает и огромное разнообразие абиотических факторов.
Первостепенное значение из них имеют климатические - солнечный свет, температура, влажность; географические - продолжительность дня и ночи, рельеф местности; гидрологические (гр. hydor - вода) - течение, волнение, состав и свойства вод; (гр. edaphos - почва) - состав, структура и свойства почв и др. Все факторы могут влиять на организмы непосредственно или косвенно. Например, рельеф местности влияет на освещенность, влажность, ветер и микроклимат. Рассмотрим некоторые основные абиотические экологические факторы.
Солнечные свет оказывает на организм двоякое действие. С одной стороны, прямое воздействие света на протоплазму смертельно для организма, с другой - солнечный свет - первичный источник энергии, без которого жизнь невозможна. Следовательно, свет - это не только жизненно необходимый, но на некотором минимальном и максимальном уровне смертельно опасный фактор. Видимая, т. е. воспринимаемая человеческим глазом область спектра, лежит в диапазоне от 390 до 760 нм. Животные и растения реагируют на различные длины волн света. Качественные признаки света: длина волны (цвет), интенсивность (полезная энергия) и продолжительность воздействия (длина дня). Цветовое зрение развито у некоторых видов членистоногих, рыб, птиц и др. У млекопитающих оно хорошо развито только у приматов.
Отдельные организмы приспосабливаются к разной интенсивности света, т. е. могут быть адаптированы к тени или к прямому солнечному свету. Например, морской фитопланктон адаптирован к низкой интенсивности, прямой солнечный свет его подавляет. Максимум первичной продукции в океане приходится не на поверхностный слой воды, а на лежащий, на глубине 0,5 - 1,0 м.
Температура во Вселенной колеблется в пределах тысяч градусов. По сравнению с этим диапазоном колебаний температурные пределы существования жизни очень узки. Отдельные виды бактерий некоторое время в стадии покоя могут существовать и при очень низких температурах: до -250 С. Другие виды бактерий и водорослей способны жить в горячих источниках - около +90 С.
Изменчивость температур - важный экологический фактор. Температура, которая колеблется от 10 до 20 С (в среднем 15 С), воздействует на организмы иначе, чем постоянная температура 15 С. Жизнедеятельность организмов, которые в природе подвергаются воздействию переменных температур (в умеренном климате), подавляется при воздействии постоянной температуры. Это необходимо учитывать при проведении лабораторных экспериментов, которые ведутся при постоянной температуре.
Влажность - это параметр, характеризующий содержание водяного пара в воздухе. В природе существует суточный режим влажности: она повышается ночью и снижается днем.
Наряду со светом и температурой влажность играет важную роль в жизнедеятельности и распространении организмов. Кроме того, влажность влияет на эффект воздействия температуры. Низкая влажность обусловливает иссушающее действие воздуха, особенно на наземные растения. Животные стараются избегать иссушения: переходят в защищенные места или ведут активный образ жизни в ночное время.
Вода является необходимым экологическим фактором для любой экосистемы. Количество осадков, влажность, иссушающие свойства воздуха и доступные запасы поверхностных вод - основные величины, характеризующие этот экологический фактор. Количество осадков зависит от характера перемещения воздушных масс и рельефа местности. Влажные ветры, дующие с океана, большую часть влаги оставляют на склонах гор, обращенных к океану, и за горами создается «дождевая тень», способствующая образованию пустынь.
Важно распределение осадков по временам года. Если общее годовое количество осадков (около 900 мм) выпадает за один сезон, растениям и животным приходится переносить длительные периоды засухи. Такое неравномерное распределение осадков встречается в тропиках и субтропиках. В тропиках этот сезонный ритм влажности регулирует сезонную активность организмов (размножение и др.) так же, как сезонный ритм температуры регулирует активность организмов умеренной зоны. Формирование типа экосистем в значительной степени зависит от количества осадков: до 250 мм - пустыни, от 250 до 750 мм - лесостепи, от 750 до 1250 мм - сухие леса, свыше 1250 мм - влажные леса.
Тип экосистем зависит не только от количества осадков, но и от транспирации, т. е. потери воды через испарение ее организмами (в основном, растениями) и, в конечном счете, определяется равновесием этих процессов.
Течения - важный экологический фактор в водных экосистемах. Течения непосредственно влияют на живые организмы: от них зависит концентрация в воде растворенных газов (02, С02) и биогенных элементов (N, Р и др.); течения несут энергетические субсидии и от них зависят структура и продуктивность экосистем. Так, различия в составе биоценоза ручья и небольшого пруда определяются, в основном, различиями в факторе течения. Растения и животные текучих вод морфологически и физиологически приспособлены к сохранению своего положения в потоке. В болотных экосистемах течения играют роль одного из важных источников энергии и в значительной степени определяют их продуктивность. Так, продуктивность заболоченных лесов со стоячей водой около 0,2 кг/м2 год, с медленно текучей водой - около 0,7 кг/м2тод, а с сезонными наводнениями - свыше 1,0 кг/м2 год.
Биотические факторы - это совокупность воздействий жизнедеятельности одних организмов на другие. Для каждого организма все остальные - важные факторы среды обитания, они оказывают на него не меньшее действие, чем неживая природа.
Все многообразие взаимоотношений между организмами можно разделить на два основных типа: антагонистические (гр. antagonizsma - борьба) и неантагонистические.
Антагонистические - это такие отношения, при которых организмы двух видов подавляют друг друга или один из них подавляет другой без ущерба для себя. Основные формы этого вида биотических отношений: хищничество, паразитизм и конкуренция.
Хищничество - форма взаимоотношений организмов разных трофических уровней, при которой один вид организмов - хищник живет за счет другого - жертвы, поедая его. Это наиболее распространенная форма взаимоотношений организмов в пищевых цепях. Хищники живут отдельно от жертвы и могут специализироваться на одном виде (рысь - заяц) или быть многоядными (волк).
Жертвы вырабатывают целый ряд защитных механизмов. Некоторые умеют быстро бегать или летать. Другие обладают панцирем. Третьи имеют защитную окраску или меняют ее, маскируясь под цвет зелени, песка, почвы. Четвертые выделяют химические вещества, пугающие или отравляющие хищника, и т. д. Хищники тоже приспосабливаются к добыванию пищи. Одни очень быстро бегают, как гепард. Другие охотятся стаями: гиены, львы, волки. Третьи отлавливают больных, раненых и прочих неполноценных особей.
В любом биоценозе эволюционно сформировались механизмы, регулирующие численность и хищника, и жертвы. Неразумное уничтожение хищников часто приводит к снижению жизнеспособности и численности их жертв и наносит ущерб природе и человеку.
Паразитизм (гр. Parasitos - тунеядец) - межвидовые взаимоотношения, при которых один вид живет за счет другого, поселяясь внутри или на поверхности тела организма-хозяина. Он поедает питательные вещества хозяина, постепенно ослабляя и убивая его. Паразитизм наиболее широко распространен среди растений и низших животных - вирусов, бактерий, грибов, простейших, червей и др. Паразиты делятся на эктопаразитов, живущих на поверхности тела (клещи, пиявки, блохи), и эндопаразитов, обитающих в теле хозяина (гельминты, бактерии, вирусы, простейшие). Одни могут перемещаться от хозяина к хозяину (блохи), другие всю жизнь паразитируют на одном хозяине, как ленточные черви, живущие в кишечнике человека и животных.
Конкуренция (лат. concurrentia - соперничество) - форма взаимоотношений, при которых организмы одного трофического уровня борются за дефицитные ресурсы: пищу, С02, солнечный свет, жизненное пространство, места - укрытия и другие условия существования, подавляя друг друга. Конкуренция наглядно проявляется у растений: деревья в лесу стремятся охватить корнями возможно большее пространство, чтобы получать воду и питательные вещества. Они также тянутся в высоту к свету, стремясь обогнать своих конкурентов. Сорные травы забивают другие растения.
Много примеров из жизни животных. Обостренной конкуренцией объясняется, например, несовместимость в одном водоеме широкопалого и узкопалого раков: побеждает обычно более плодовитый узкопалый рак.
Чем больше сходства в требованиях двух видов к условиям жизни, тем сильнее конкуренция, которая может приводить к исчезновению одного из них. При одинаковом доступе к ресурсу один из конкурирующих видов может иметь преимущества перед другим за счет интенсивного размножения, способности потреблять больше пищи или солнечной энергии, умению защитить себя и большей выносливости к колебаниям температур и вредных воздействий.
Антагонистические отношения проявляются сильнее на начальных стадиях развития сообщества. В зрелых экосистемах наблюдается тенденция к замене отрицательных взаимодействий положительными, повышающими выживание видов.
Тип взаимодействий видов может меняться в зависимости от условий или стадий жизненного цикла.
Неантагонистические взаимоотношения теоретически можно выразить многими комбинациями: нейтральные, взаимовыгодные, односторонние и др. Основные формы этих взаимодействий следующие: симбиоз, мутуализм и комменсализм.
Симбиоз (гр. symbiosis - сожительство) - это обоюдовыгодные, но необязательные взаимоотношения разных видов организмов. Пример симбиоза - сожительство рака-отшельника и актинии: актиния передвигается, прикрепляясь к спине рака, а тот получает с помощью актинии более богатую пищу и защиту. Сходные взаимоотношения можно наблюдать между деревьями и некоторыми видами грибов, произрастающих на их корнях: грибы получают из корней растворенные питательные вещества, и сами помогают дереву извлекать из почвы воду и минеральные элементы. Иногда термин «симбиоз» используют в более широком смысле - «жить вместе».
Мутуализм (лат. mutuus - взаимный) - взаимовыгодные и обязательные для роста и выживания отношения организмов разных видов. Лишайники - хороший пример положительных взаимоотношений водорослей и грибов, которые не могут существовать порознь. При распространении насекомыми пыльцы растений у обоих видов вырабатываются специфические приспособления: цвет и запах - у растений, хоботок - у насекомых и др. Они также не могут существовать один без другого.
Комменсализм (лат. commensalis - сотрапезник) - взаимоотношения, при которых один из партнеров извлекает выгоду, а другому они безразличны. Комменсализм часто наблюдается в море: почти в каждой раковине моллюска, в теле губки есть «незваные гости», использующие их как укрытия. В океане некоторые виды рачков селятся на челюстях китов. Рачки приобретают убежище и стабильный источник пищи. Киту такое соседство не приносит ни пользы, ни вреда. Рыбы-прилипалы, следуя за акулами, подбирают остатки их пищи. Птицы и животные, питающиеся остатками пищи хищников, - примеры комменсалов.
Иногда очень трудно провести грань между симбиозом и мутуализмом, комменсализмом и паразитизмом и другими взаимодействиями. Однако четко наблюдается тенденция перехода по ходу эволюции от паразитизма к комменсализму и мутуализму, так как в условиях, когда лимитированы некоторые ресурсы, кооперация дает преимущества.
Ясно, что люди должны переходить к мутуализму с природой и друг с другом. Если этого не произойдет, то, подобно паразиту, человек погубит своего хозяина - природу, за счет которой он живет, и тем самым погубит себя.
Несмотря на конкуренцию и другие типы антагонистических отношений, в природе многие виды могут спокойно уживаться. В таких случаях говорят, что каждый вид обладает собственной экологической нишей (фр. niche - гнездо). Термин был предложен в 1910 г. Р. Джонсоном.
Экологическая ниша подразумевает комплекс всех абиотических и биотических экологических факторов среды, необходимых организмам для жизни, роста и размножения в данной экосистеме.
Некоторые авторы вместо термина «экологическая ниша» используют термин «местообитание». Последний включает лишь пространство обитания, а экологическая ниша, кроме того, определяет функцию, которую выполняет вид. П. Агесс (1982) так определяет экологическую нишу и местообитание: местообитание - адрес, по которому проживает организм, а ниша - это еще и его профессия, род занятий и стиль жизни.
Экологическая ниша - это совокупность территориальных и функциональных характеристик среды обитания, соответствующих требованиям данного вида.
В зависимости от источников питания, размеров территории, температуры и других физико-химических факторов экологические ниши делят на специализированные и общие.
Специализированные экологические ниши занимают растения и животные, которые могут существовать лишь в узком диапазоне экологических факторов и питаться ограниченным набором растений или животных. Например, гигантская панда, живущая в Китае, на 99% питается побегами бамбука. Уничтожение бамбука в некоторых районах Китая поставило это животное на грань вымирания.
Во влажных тропических лесах много специализированных ниш, в которых обитают разнообразные живые организмы. Вырубка этих лесов обречет на вымирание миллионы видов растений и животных, способных жить только в этих условиях.
Общие экологические ниши занимают организмы, которые легко приспосабливаются к изменениям условий. Они могут обитать в разнообразных местах, потреблять разную пищу и выдерживать широкий диапазон колебаний экологических факторов. Поэтому им меньше грозит опасность вымирания, чем видам, занимающим специализированную нишу. Общими экологическими нишами характеризуются, например, мухи, тараканы, крысы, люди.
Однако близкородственные организмы, имеющие сходные требования к среде обитания, не живут, как правило, в одних и тех же условиях. Если они и живут в одном месте, то либо используют разные ресурсы, либо имеют другие различия в функциях. Например, разные виды дятлов одинаково питаются насекомыми и гнездятся в дуплах деревьев, но имеют как бы разную специализацию. Большой пестрый дятел добывает пищу в стволах деревьев, средний пестрый - в крупных верхних ветвях, малый пестрый - в тонких веточках, зеленый дятел охотится на муравьев на земле, а трехпалый выискивает мертвые и обгоревшие стволы деревьев, т. е. разные виды дятлов имеют разные экологические ниши. Ястребы и совы питаются одними и теми же животными, но ястребы охотятся за своими жертвами днем, а совы - ночью.
Наблюдения показывают, что два вида, сосуществующие на одной территории, не могут иметь совершенно одинаковые требования к условиям жизни. Иначе один из них вытеснит другой.
Виды экологических факторов
Любой организм в природе испытывает на себе воздействие самых разнообразных компонентов внешней среды. Любые свойства или компоненты окружающей среды, оказывающие влияние на организмы, называют экологическими факторами.
Классификация экологических факторов. Факторы среды (экологические факторы) разнообразны, имеют разную природу и специфику действия.
Выделяют следующие группы экологических факторов:
1. Абиотические (факторы неживой природы):
а) климатические - условия освещенности, температурный режим и т. п.;
б) эдафические (местные) - водоснабжение, тип почвы, рельеф местности;
в) орографические - воздушные (ветер) и водные течения.
2. Биотические факторы - это все формы воздействия живых организмов друг на друга:
Растения Растения. Растения Животные. Растения Грибы. Растения Микроорганизмы. Животные Животные. Животные Грибы. Животные Микроорганизмы. Грибы Грибы. Грибы Микроорганизмы. Микроорганизмы Микроорганизмы.
3. Антропогенные факторы - это все формы деятельности человеческого общества, приводящие к изменению среды обитания других видов или непосредственно сказывающиеся на их жизни. Воздействие этой группы экологических факторов стремительно возрастает из года в год.
Виды воздействия экологических факторов на организмы. Экологические факторы оказывают на живые организмы воздействия разного рода.
Они могут являться:
- раздражителями, которые способствуют появлению приспособительных (адаптивных) физиологических и биохимических изменений (зимняя спячка, фотопериодизм);
- ограничителями, изменяющими географическое распространение организмов из-за невозможности существования в данных условиях;
- модификаторами, которые вызывают морфологические и анатомические изменения организмов;
- сигналами, свидетельствующими об изменениях других факторов среды.
В связи с чрезвычайным разнообразием экологических факторов различные виды организмов, испытывая их влияние, отвечают на него по-разному, тем не менее, можно выявить ряд общих законов (закономерностей) действия экологических факторов.
Антропогенные экологические факторы
Антропогенные факторы – это результат воздействия человека на окружающую среду в процессе хозяйственной и другой деятельности.
Антропогенные факторы можно разделить на 3 группы:
1) оказывающие прямое воздействие на окружающую среду в результате внезапно начинающейся, интенсивной и непродолжительной деятельности, напр. прокладка автомобильной или железной дороги через тайгу, сезонная промысловая охота в определённом районе и т. д.;
2) косвенное воздействие – через хозяйственную деятельность долговременного характера и малой интенсивности, напр. загрязнение окружающей среды газообразными и жидкими выбросами завода, построенного у проложенной железной дороги без необходимых очистных сооружений, приводящее к постепенному усыханию деревьев и медленному отравлению тяжёлыми металлами животных, населяющих окрестную тайгу;
3) комплексное воздействие вышеперечисленных факторов, приводящее к медленному, но существенному изменению окружающей среды (рост населения, увеличение численности домашних животных и животных, сопровождающих человеческие поселения – ворон, крыс, мышей и т. д., преобразование земельных угодий, появление примесей в воде и т. п.).
Антропогенное воздействие на географическую оболочку земли
В начале ХХ века во взаимодействии природы и общества наступила новая эра. Воздействие общества на географическую среду, антропогенное воздействие, резко возросло. Это привело к превращению природных ландшафтов в антропогенные, а также к возникновению глобальных проблем экологии, т.е. проблем не знающих границ. Чернобыльская трагедия поставила под угрозу всю Восточную и Северную Европу. Выбросы отходов влияют на глобальное потепление, озоновые дыры угрожают жизни, происходит миграция и мутация животных.
Степень воздействия общества на географическую оболочку прежде всего, зависит от степени индустриализации общества. Сегодня около 60% суши занимают антропогенные ландшафты. К таким ландшафтам относятся города, села, линии связи, дороги, промышленные и сельскохозяйственные центры. Восемь наиболее развитых стран потребляют более половины природных ресурсов Земли и выбрасывают в атмосферу 2/5 загрязнений.
Загрязнение атмосферы
Человеческая деятельность приводит к тому, что загрязнения поступают в атмосферу в основном в двух видах - в виде аэрозолей (взвешенных частиц) и газообразных веществ.
Главные источники аэрозолей - промышленность строительных материалов, производство цемента, открытая добыча угля и руд, черная металлургия и другие отрасли. Общее количество аэрозолей антропогенного происхождения, поступающих в атмосферу в течение года составляет 60 млн. тонн. Это в несколько раз меньше объема загрязнений естественного происхождения (пыльные бури, вулканы).
Гораздо большую опасность представляют газообразные вещества, на долю которых приходится 80-90% всех антропогенных выбросов. Это соединения углерода, серы и азота. Соединения углерода, прежде всего углекислый газ сам по себе не ядовит, но с накоплением его связана опасность такого глобального процесса как "парниковый эффект". Кроме того выбрасывается угарный газ, в основном двигателями внутреннего сгорания. антропогенный загрязнение атмосфера гидросфера.
Соединения азота представлены ядовитыми газами - окисью и перекисью азота. Они так же образуются при работе двигателей внутреннего сгорания, при работе теплоэлектростанций, при сжигании твердых отходов.
Наибольшую опасность представляет собой загрязнение атмосферы соединениями серы, и прежде всего сернистым газом. Соединения серы выбрасываются в атмосферу при сжигании угольного топлива, нефти и природного газа, а также при выплавке цветных металлов и производстве серной кислоты. Антропогенное загрязнение серой в два раза превосходит природное. Наибольших концентраций сернистый газ достигает в северном полушарии, особенно над территорией США, зарубежной Европы, европейской части России, Украины. В южном полушарии оно ниже.
С попаданием в атмосферу соединений серы и азота непосредственно связано выпадение кислотных дождей. Механизм их образования очень прост. Двуокись серы и окислы азота в воздухе соединяются с парами воды. Затем вместе с дождями, туманами они выпадают на землю в виде разбавленных серной и азотной кислот. Такие осадки резко нарушают нормы кислотности почвы, ухудшают водообмен растений, способствуют высыханию лесов, особенно хвойных. Попадая в реки и озера, они угнетают их флору и фауну, нередко приводя к полному уничтожению биологической жизни - от рыб до микроорганизмов. Большой вред кислотные дожди наносят и различным конструкциям (мостам, памятникам и т.д.).
Главные регионы распространения кислотных осадков в мире - США, зарубежная Европа, Россия и страны СНГ. Но в последнее время они отмечены в промышленных районах Японии, Китая, Бразилии.
Расстояние между районами образования и районами выпадения кислотных осадков может достигать даже тысячи километров. Например, главные виновники кислотных осадков в Скандинавии - промышленные районы Великобритании, Бельгии и ФРГ.
Антропогенное загрязнение гидросферы
Ученые различают три вида загрязнения гидросферы: физическое, химическое и биологическое.
Под физическим понимается прежде всего тепловое загрязнение, образующееся в результате сброса подогретых вод, используемых для охлаждения на ТЭС и АЭС. Сброс таких вод приводит к нарушению природного водного режима. Например, реки в местах сброса таких вод не замерзают. В замкнутых водоемах это приводит к уменьшению содержания кислорода, что приводит к гибели рыб и бурному развитию одноклеточных водорослей ("цветению" воды). К физическому загрязнению относят также радиоактивные загрязнения.
Химическое загрязнение гидросферы возникает в результате попадания в нее различных химических веществ и соединений. Примером служит сброс в водоемытяжелых металлов (свинец, ртуть), удобрений (нитраты, фосфаты) и углеводородов (нефть, органические загрязнения). Главным источником выступает промышленность и транспорт.
Биологическое загрязнение создается микроорганизмами, часто болезнетворными. В водную среду они попадают со стоками химической, целлюлозно-бумажной, пищевой промышленности и животноводческих комплексов. Такие стоки могут явиться источниками различных заболеваний.
Особый вопрос в этой теме загрязнение Мирового океана. Оно происходит тремя путями. Первый из них - речной сток, вместе с которым в океан попадают миллионы тонн различных металлов, соединений фосфора, органические загрязнения. При этом почти все взвешенные и большинство растворенных веществ осаждаются в устьях рек и прилегающих шельфах.
Второй путь загрязнения связан с атмосферными осадками, с ними в Мировой океан поступает большая часть свинца, половина ртути и пестицидов.
Наконец, третий путь непосредственно связан с хозяйственной деятельностью человека в акваториях Мирового океана. Наиболее распространенный вид загрязнения - нефтяное загрязнение при транспортировке и добыче нефти.
Результаты антропогенного воздействия:
Началось потепление климата нашей планеты. В результате «парникового эффекта» температура поверхности Земли за последние 100 лет возросла на 0,5-0,6 С. Источниками СО2, ответственными за большую часть парникового эффекта, являются процессы сжигания угля, нефти и газа и нарушение деятельности сообществ почвенных микроорганизмов тундры, потребляющих до 40% выбрасываемого в атмосферу СО2;
Вследствие антропогенной нагрузки на биосферу возникли новые экологические проблемы:
• значительно ускорился процесс подъема уровня Мирового океана. За последние 100 лет уровень моря поднялся на 10-12 см и сейчас этот процесс десятикратно ускорился. Это грозит затоплением обширных территорий, лежащих ниже уровня моря (Голландия, область Венеции, Санкт-Петербург, Бангладеш и др.);
• произошло истощение озонового слоя атмосферы Земли (озоносферы), задерживающего губительное для всего живого ультрафиолетовое излучение. Считается, что главный вклад в разрушение озоносферы вносят хлор-фтор-углероды (т. е. фреоны). Они используются в качестве хладоагентов и в баллончиках с аэрозолями.
Загрязнение Мирового океана, захоронение в нем ядовитых и радиоактивных веществ, насыщение его вод углекислым газом из атмосферы, загрязнение нефтепродуктами, тяжелыми металлами, сложноорганическими соединениями, разрыв нормальной экологической связи между океаном и водами суши из-за строительства плотин и других гидросооружений.
Истощение и загрязнение поверхностных вод суши и подземных вод, нарушение баланса между поверхностными и подземными водами.
Радиоактивное загрязнение локальных участков и некоторых регионов, в связи с чернобыльской аварией, эксплуатацией атомных устройств и атомными испытаниями.
Продолжающееся накопление на поверхности суши ядовитых и радиоактивных веществ, бытового мусора и промышленных отходов (особенно неразлагающихся пластмасс), возникновение в них вторичных химических реакций с образованием токсичных веществ.
Опустынивание планеты, расширение уже существующих пустынь и углубление самого процесса опустынивания.
Сокращение площадей тропических и северных лесов, ведущее к уменьшению количества кислорода и исчезновению видов животных и растений.
Факторы экологического развития
Особая разновидность географического детерминизма - экологический детерминизм, возник в последние десятилетия под влиянием быстро ухудшающихся условий окружающей природной среды в промышленно развитых Странах, где все возрастающее потребление энергии и сырья сопровождается увеличением выбросов вредных веществ в атмосферу, выпадением «кислотных дождей», загрязнением почвы и водоемов. Такой процесс негативного воздействия общества на биосферу принял настолько широкий размах, что в 70-е гг. XX столетия научная общественность заговорила об экологическом кризисе, который грозит человечеству неисчислимыми бедствиями. В ряде стран возникли мощные экологические движения, в которых участвуют люди разных профессий, политических и религиозных взглядов. Ученые объединяются в экологические союзы и клубы, проводят международные конгрессы, симпозиумы и конференции с целью спасти человечество от надвигающейся экологической катастрофы.
Сама экология, бывшая некогда специальным разделом биологической науки, превратилась в «принципиально новую интегрированную дисциплину, связывающую физические и биологические явления и образующую мост между естественными и общественными науками». О связи экологии с общественными и гуманитарными науками свидетельствует появление таких ее разделов, как социальная, медицинская, историческая и этическая экологии.
Исходной для любой экологической дисциплины является категория экологической системы, представляющая собой определенную целостность взаимодействующих биотических, живых и абиотических, неорганических объектов. Каждая из этих систем открыта и, следовательно, обменивается веществом, энергией и информацией с окружающей средой. В социально-экологических системах ее объектами выступают определенные коллективы или сообщества людей, взаимодействующие с внешней средой, состоящей из объектов живой и неживой природы. Социальная группа, коллектив или общество в целом могут устойчиво развиваться только в случае гармонического взаимодействия с окружающей средой, благодаря которой они, по сути дела, и существуют. Всякое длительное и усиливающееся нарушение равновесия между обществом и окружающей его биосферой, чрезмерное превышение техногенных нагрузок на нее, приводит к экологическому кризису, поскольку биосфера оказывается неспособной к самоорганизации. На помощь ей должно прийти общество, уменьшив выбросы вредных веществ в атмосферу, сократив до минимума отравление рек, озер и морей различного рода отходами производства, совершенствуя технологию и добиваясь уменьшения отходов, создавая безотходные производства. Усилия государственно-правовых учреждений должны быть направлены на усиление контроля над соблюдением экологических нормативов промышленными предприятиями, применение санкций к нарушителям экологической дисциплины. Все общество должно быть заинтересовано в том, чтобы его члены бережно относились к природе, видя в ней источник жизни на земле.
На этом фоне как раз и формируется новая концепция экологического детерминизма. Ее сторонники не без основания бьют тревогу о будущем развитии человечества, которое во многом будет определяться тенденциями, существующими в современном обществе. Так, участникам Римского клуба, неправительственной организации, состоящей из ученых политиков, бизнесменов и др., в 1972 г. была представлена компьютерная модель «пределов роста», которая показывала, что, если промышленный рост и потребление сырья вместе с увеличением численности населения будут продолжаться прежними темпами, то это приведет к «пределу роста» цивилизации, за которым неизбежно наступит не только экологическая, но и глобальная катастрофа.
Сторонники экологического детерминизма утверждают, что дальнейшее развитие общества будет определяться не столько социально-экономическими и другими его потребностями, сколько стремлением избежать экологического, сырьевого и продовольственного кризиса. Для реализации будущей «стратегии выживания» рекомендуется ограничить промышленный рост, снизить потребление энергии и сырья, добиваться снижения затрат материала и энергоемкости продукции, уменьшать отходы производства и регулировать рост численности населения. А это означает, что именно потребности и цели экологии должны определять развитие общества.
Нетрудно, однако, понять, что цели и программы экологии могут быть осуществлены только в условиях дальнейшего научно-технического и социального прогресса. Задача уменьшения выбросов вредных веществ в окружающую среду, создание надежных очистительных сооружений, малоотходного, а в идеале и безотходного: производства непосредственно зависят от уровня технологии производства, которая в свою очередь определяется возможностями развития научных исследований и быстрейшим внедрением их в производство. Все перечисленные возможности могут быть реализованы только при такой социально-экономической политике, которая считает приоритетными интересы всего общества, а не отдельных корпораций, фирм и монополий, которые в погоне за получением максимальной прибыли не считаются с требованиями экологии по сохранению окружающей среды. Отсюда ясно, что экологический детерминизм не может рассчитывать на роль определяющего фактора развития общества потому, что его проекты и программы создания необходимой для жизнедеятельности людей окружающей среды зависят от техники, экономики и политики общества.
Закономерности экологических факторов
Среди всего многообразия экологических факторов нет таких, которые бы действовали на живые организмы одинаково. Однако при всем этом экологи уже давно выделяют общие закономерности, по которым факторы оказывают влияние на организмы.
Факторы сами по себе никак не действуют. По своей природе они сменные и имеют определенную шкалу измерения: температуру измеряют в градусах, влажность - в процентах водяного пара, освещенность - в люксах, соленость в промилле, давление, кислотность почвы (воды) - водородным показателем т.д. Именно это подчеркивает то, что фактор действует с определенной силой, количество которого можно измерить.
Закон оптимума
Любой экологический фактор может восприниматься организмом положительно и отрицательно, в зависимости от дозы. Наиболее благоприятная доза экологического фактора, под действием которой вид (или организм) проявляет максимум жизнедеятельности, является оптимальной дозой. Экологи уже давно отметили, что каждому организму свойственна своя оптимальная доза того или иного фактора. В этом заключается одно из аксиоматических законов экологии - закон оптимума.
Изучать оптимальные дозы экологических факторов для тех или иных видов организмов можно разными методами: наблюдением и экспериментально. Доказательством наличия оптимальных условий существования организмов является их интенсивный рост и размножение в максимальном количестве. Измеряя те или иные дозы факторов и сопоставляя их с проявлением жизнедеятельности организмов, можно эмпирически установить оптимум определенных факторов.
Закон Шелфорда и пределы толерантности
Хотя оптимальные дозы фактора является наиболее благоприятные для организмов, однако не всегда все организмы имеют возможность потреблять экологические факторы именно в оптимальных дозах. Таким образом, некоторые факторы могут быть для них и неблагоприятными, но все равно организмы должны выжить и в этих условиях.
Изучением действия неблагоприятных доз экологических факторов на организмы занимался В. Шелфорд. Было показано, что у каждого живого организма в отношении любого фактора существуют свои пределы выносливости - минимальная и максимальная, между которыми находится экологический оптимум. За пределами выносливости организмы не могут воспринимать экологический фактор. Эти границы являются летальными точками. Существование организмов вне их невозможно. Между оптимальными и летальными дозами экологического фактора размещаются зоны песимуму - подавление жизнедеятельности организмов. Организмы могут существовать в условиях песимуму, но полностью не проявляют своей жизнедеятельности (плохо растут, не размножаются и др.). Со времен установления закона Шелфорда прошло много времени, в течение которого собралось много данных о толерантности видов. Исходя из этих материалов, экологи на сегодня сформулировали ряд положений, дополняющих закон толерантности.
Было показано, что организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и в то же время узкий в отношении другого. Такой принцип, когда степень устойчивости к любого фактора не означает такой же устойчивости к другим факторам, известный под названием Закон относительной независимости адаптации. Таким образом, организмы, которые выдерживают значительные изменения температуры, совсем не обязательно должны быть также хорошо приспособлены к широким колебаниям фактора влажности или солености.
Организмы, имеют широкий диапазон толерантности ко многим факторам, как правило, наиболее распространены.
Если условия по одному какому-то фактору не оптимальны для вида, то при таких причин может сузиться зона выносливости в других экологических факторов. Например, известно, что недостаток азота в почве снижает засухоустойчивость злаков.
Период размножения является наиболее критическим для организмов. Некоторые факторы в этот период становятся для организмов более влиятельными. Зона толерантности для особей, размножаются, семян, яиц, эмбрионов, проростков, личинок и т.п., уже, чем для тех особей, которые не размножаются. Например, морские лососевые рыбы заходят в реки на нерест в связи с тем, что их икра и личинки рыб не переносят солености морской воды. То есть неблагоприятное действие фактора может проявляться не на всех стадиях развития организма, а только на определенных, когда уязвимость в отношении фактора наибольшая. Эта особенность лежит в основе правила А. Тиннемана (1926) - тот из необходимых факторов окружающей среды определяет плотность популяции определенного вида, действует на стадию развития этого организма, которой свойственна наибольшая уязвимость.
Естественно, что зоны толерантности у различных организмов к различным факторам будут отличаться. Сравнивая организмы, можно выделить среди них таких, которые имеют широкую выносливость до многих факторов. И наоборот, в противоположность первым, выделяют организмы, у которых выносливость экологических факторов достаточно низкая - они приспособились к узким доз факторов.
Например, антарктическая рыба пестрый трематом способна переносить колебания температуры воды в довольно узких пределах от - 2С до +2 С. Рыба не способна жить при температурах, выходящих за указанные пределы. А вот большинство наших озерных и прудовых рыб способны переносить температуры от 3-4 С до 20-25 С.
Глубоководные рыбы является также, но относительно температуры и давления.
Большинство внутренних паразитов является, потому что они могут жить только в условиях определенной среды.
Птицы, которые образуют птичьи базары на скалах северных морей, в гнездовой период проявляют себя как организмы. Для своих гнезд они выбирают отвесные скалы и только здесь размножаются.
Экологическая валентность
Широкая или узкая зона выносливости (толерантности) организма к любого отдельного фактора или всей совокупности факторов дает возможность утверждать о его пластичность, или экологическую валентность. Вид считается экологически более приспособленным, например, до температуры, если его зона толерантности относительно этого фактора будет достаточно широкой. О таком виде говорят, что он является пластичным, или имеет высокую экологическую валентность. Понятно, что организмы - менее пластичны, потому что у них низкая экологическая валентность.
Организмы с высокой экологической валентностью, как правило, легко приспосабливаются к большинству условий существования. Это отражается на их распространении и численности. Так, различают космополитов. К первым относят виды, которые распространены почти по всему земному шару, но в той среде обитания, что им свойственно. Типичным космополитом среди растений есть одуванчик, а среди животных - серая крыса. Они встречаются на всех континентах. Тоже имеют глобальное распространение, но они населяют любую среду с разнообразными условиями жизни. Например, волк живет в хвойных и лиственных лесах, в степях, горах и в тундре.
Виды, которые имеют широкое распространение и высокую численность, считаются биологически прогрессивными.
Узко специализированные виды никогда не имели широкого распространения и высокой численности. Их нельзя отнести к биологически прогрессивных, однако они существуют в своих собственных условиях, в которых у них нет конкурентов, а если и найдется претендент, то узко приспособленные виды всегда будут иметь преимущество и поэтому останутся победителями. Здесь действует правило прогрессирующей специализации, которое было сформулировано в 1876 г. ПИ. Депере. Согласно этого правила, вид или группа видов, которые стали на путь специализации, в дальнейшем своем развитии будут углублять свою специализацию и совершенствовать приспособленность к определенным условиям жизни. Это очевидно, потому что уже специализированные группы всегда будут победителями в условиях, к которым они приспособились, и с каждым новым эволюционным шагом будут все более специализированными. Например, вряд ли найдутся конкуренты летучим мышам, которые царят в ночном небе, кротам, которые ведут подземный образ жизни.
Итак, одно, что угрожает существованию таких видов, - это изменения экологических условий среды. Любые серьезные нарушения окружающей среды могут стать для узко специализированных видов трагическими. Так это частое осушение болот Еверглейдсу, в результате чего исчезают улитки - основная пища этих хищных птиц.
Прямая и опосредованная действие факторов
Большинство факторов, тщательно изучали и изучают экологи, имеют прямое действие на организм. Это не удивительно, ибо именно через мгновенную или ближайшую реакцию на действие фактора можно судить о характере его действия.
Но в природе редко когда попадаются такие условия, при которых может изменяться только один фактор. Поэтому, казалось бы, простое изучение в полевых условиях действия того или иного фактора никогда не дает адекватных результатов. Исследователям трудно избежать действия других факторов и провести "чистая" полевой опыт.
Даже при условии, что исследователю удалось сделать "чистая" эксперимент, ему надо быть уверенным, что в этом случае не проявляется эффект закон неоднозначного действия фактора на различные функции), а именно: каждый экологический фактор неодинаково влияет на разные функции организма - оптимум для одних процессов может стать песимумом для других.
Например, ряд неблагоприятных условий летнего сезона (недостаточное количество солнечных дней, дождливая погода, относительно низкие температуры и т.д.) мало влияют на жизнь таких птиц, как совы семь солнечный свет непосредственно ненужное, и они хорошо защищены перьевым покровом от влажности и излишней теплоотдачи). Но при таких факторов популяция этих ночных хищных птиц не будет в оптимальных условиях, их численность за летний сезон может не только не увеличиться, но и уменьшиться. Прямое влияние неблагоприятных погодных факторов совы переносят относительно легко, чем неблагоприятные условия обеспеченности пищей. Погодные условия негативно повлияли на вегетацию растений и на популяции мышевидных грызунов (не было урожая злаковых). Сезон оказался неблагоприятным для мышей, а совы, которые в основном питаются ими, страдали от недостатка пищи для себя и своих птенцов. Так, через ряд других факторов через некоторое время чувствуется влияние самых основных факторов, которые напрямую не имеют никакого действия.
Совокупное действие экологических факторов
Окружающая среда, в которой живут организмы, является совокупность различных экологических факторов, которые еще и к тому проявляются в различных дозах. Трудно себе представить, чтобы организм воспринимал каждый фактор отдельно. В природе организм реагирует на действие всей совокупности факторов. Так же и мы, читая сейчас эту книгу, невольно воспринимаем совокупность тех факторов среды, которые на нас действуют. Мы не осознаем, что находимся в определенных температурных условиях, в условиях влажности, земного тяготения, электромагнитного поля Земли, освещенности, определенного химического состава воздуха, шума и др. На нас действует сразу большое количество факторов. Если мы выбрали хорошие условия для чтения книги, то и на действие факторов мы не будем обращать внимания. А представьте себе, что в этот момент один из факторов резко изменился и стал недостаточным (пусть стало темно) или слишком сильно начал действовать на нас (например, стало в комнате очень жарко или шумно). Тогда уже мы по-другому будем реагировать на весь комплекс факторов, которые нас окружают. Хотя большинство факторов будут влиять в оптимальных дозах, это уже нас не будет удовлетворять. Таким образом, комплексное действие экологических факторов не является простой суммой действия каждого из них. В разных случаях одни факторы могут усиливать восприятие других (констелляция факторов), а то и ослаблять их действие (лимитирующая действие факторов).
Длительная совокупное действие экологических факторов вызывает у организмов определенные приспособления и даже анатомо-морфологические изменения в строении тела. Сочетание только двух основных факторов влажности и температуры, да еще и разных доз, предопределяет на суше в глобальных масштабах различные типы климата, что, в свою очередь, формирует определенную растительность, ландшафты.
Имея элементарные знания по природоведению можно догадаться, что в условиях низких температур и высокой влажности формируется зона тундры, при высоких влажности и температуре - зона влажных тропических лесов, при высокой температуре и низкой влажности - зона пустынь.
Попарное сочетание других факторов и их длительное воздействие на организмы может вызывать определенные анатомо-морфологические изменения в организмах. Так, например, было замечено, что у рыб (сельдь, треска и др.), которые обитают в водоемах с высокой соленостью и низкими температурами возрастает число позвонков (в хвостовой части скелета); это служит приспособлением к движениям в более плотной среде (правило Жордана).
Есть также другие обобщения по комплексной длительного действия факторов на организмы в глобальных масштабах. Они больше известны как зоогеографические правила, или законы.
Правило Глогера утверждает, что географические расы животных, которые обитают в теплых и влажных зонах, имеют более интенсивную пигментацию тела (чаще всего черную или темно-коричневую), чем обитатели холодных и сухих регионов (светлую или белую окраску).
Правило Гессе отмечает, что особи популяций животных в северных районах характеризуются относительно большей массой сердца по сравнению с особями южных мест.
Как уже было отмечено, факторы никогда не действуют на организм отдельно друг от друга и их совокупное действие никогда не является простой суммой действия каждого из них. Часто случается так, что при совокупной действия факторов действие каждого может усилиться. Общеизвестно, что большие морозы в сухую погоду переносятся легче, чем небольшие во влажную погоду. Так же ощущение холода будет больше во время теплого летнего дождика, но при наличии ветра, чем в безветренную погоду. Жара труднее переносится при повышенной влажности воздуха, чем при сухом воздухе.
Противоположное эффекта совокупного действия факторов является ограничение восприятия одних факторов через другие. Это явление было открыто в 1840 году немецким агрохимиком Ю. Либихом. Изучая условия, при которых можно добиться высоких урожаев зерновых культур, Либих показал, что от вещества, концентрация которого находится в минимуме, зависят рост растений, величина и устойчивость их урожая. То Есть Ю. Либих установил, что урожай зерна часто лимитируется не теми питательными веществами, которые требуются в больших количествах, такими, как, например, двуокись углерода, азота и вода, а теми, которые требуются в малых количествах (например, бор), но которых мало. Этот принцип получил название Закона минимума Либиха: стойкость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.
Установлен экспериментально на растениях закон Либиха в дальнейшем стал применяться шире. Некоторые авторы расширили круг факторов, которые могут лимитировать биологические процессы в природе, и к питательных веществ отнесли ряд других факторов, как например, температуру и время.
Практика показала, что для успешного применения закона Либиха к нему надо добавить две вспомогательные принципы.
Первый - ограничительный; закон Либиха может быть применен только в условиях стационарного состояния, т.е. когда поступление энергии и веществ сбалансировано с их оттоком.
Другой вспомогательный принцип касается факторов. Так, высокая концентрация или доступность какого-то вещества или действие другого фактора может изменить потребление минимальной питательного вещества. Иногда случается так, что организм способен заменить вещество, которого не хватает, на другую, химически близкое и достаточно представленную в окружающей среде. Этот принцип лег в основу Закон компенсации факторов (Закон взаимозаменяемости факторов), еще известен под именем автора Е. Рюбеля с 1930 г. Так, моллюски, которые живут в местах, где много стронция, частично используют его для построения своих створок (ракушки) при дефиците кальция. Недостаточная освещенность теплицы может быть компенсирована или увеличением концентрации двуокиси углерода, или стимулювальною действием некоторых биологически активных веществ (напр., гиббереллинов - стимуляторов роста).
Но при этом не стоит забывать о существовании Закон незаменимости фундаментальных факторов (или Закона Уильямса). В соответствии с ним полное отсутствие в окружающей среде фундаментальных экологических факторов (света, воды, двуокиси углерода, питательных веществ) не может быть заменено (компенсировано) другими факторами.
Лимитирующим (ограничивающим) фактором, как выяснилось в дальнейшем, может быть не только тот, который находится в минимуме, а даже и то, что имеющийся в избытке (верхняя доза толерантности). И минимальная, и максимальная дозы какого-то фактора (пределы толерантности) ограничивают восприятие оптимальных доз других факторов. То есть любой дискомфортный фактор не способствует нормальному восприятию других оптимальных факторов.
Итак, Закон толерантности (закон Шелфорда) можно определить так: лимитирующим (ограничивающим) фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору.
Однако при всем этом следует учитывать еще один этап изучения совокупного действия факторов. В 1909 году немецкий агрохимик и физиолог растений провел после Либиха ряд опытов и показал, что количество урожая зависит не только от какого-либо одного (пусть даже лимитирующего) фактора, но от всей совокупности действующих факторов одновременно. Эта закономерность была названа Законом эффективности факторов, но в 1918 году Б. Бауле переименовал его в Закон совокупного действия природных факторов (поэтому иногда его называют Законом Митчерлиха-Бауле). Таким образом, установлено, что в природе один экологический фактор может действовать на другой. Поэтому успех вида в окружающей среде зависит от взаимодействия факторов. Например, повышенная температура способствует большему испарению влаги, а уменьшение освещенности приводит к снижению потребностей растений в цинке и др. Этот закон может рассматриваться как поправка к закону минимума Либиха.
Организмы поддерживают со средой определенное равновесие с помощью саморегуляции. Способность организмов (популяций, экосистем) поддерживать свои свойства на определенном, достаточно стабильном уровне называют гомеостазом.
Итак, присутствие и процветание определенного вида в среде обитания обусловлена его взаимодействием с целым комплексом экологических факторов. Недостаточная или чрезмерная интенсивность действия любого из них делают невозможным процветание и само существование отдельных видов.
Законы экологических факторов
Задачей экологии, как любой другой науки, является поиск законов функционирования и развития данной области реальности. Исторически первым для экологии был закон, устанавливающий зависимость живых систем от факторов, ограничивающих их развитие (так называемых лимитирующих факторов).
ЗАКОН МИНИМУМА
В 1840 г. Ю. Либих установил, что урожай зерна часто ограничивается не теми питательными веществами, которые требуются в больших количествах, а теми, которых нужно немного, но которых мало и в почве. Сформулированный им закон гласил: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай, определяется величина и устойчивость последнего во времени». Впоследствии к питательным веществам добавили ряд других факторов, например температуру. Действие данного закона ограничивают два принципа. Первый закон Либиха строго действует только в условиях стационарного состояния. Более точная формулировка: «при стационарном состоянии лимитирующим будет то вещество, доступные количества которого наиболее близки к необходимому минимуму». Второй принцип касается взаимодействия факторов. Высокая концентрация или доступность некоторого вещества может изменять потребление минимального питательного вещества. Следующий закон сформулирован в самой экологии и обобщает закон минимума.
ЗАКОН ТОЛЕРАНТНОСТИ
Этот закон формулируется следующим образом: отсутствие или невозможность развития экосистемы определяется не только недостатком, но и избытком любого из факторов (тепло, свет, вода). Следовательно, организмы характеризуются как экологическим минимумом, так и максимумом. Слишком много хорошего тоже плохо. Диапазон между двумя величинами составляет пределы толерантности, в которых организм нормально реагирует на влияние среды. Закон толерантности предложил В. Шелфорд.
Можно сформулировать ряд дополняющих его предложений:
• Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий в отношении другого.
• Организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам обычно наиболее широко распространены.
• Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то может сузиться диапазон толерантности к другим экологическим факторам.
• В природе организмы очень часто оказываются в условиях, не соответствующих оптимальному значению того или иного фактора, определенному в лаборатории.
• Период размножения обычно является критическим; в этот период многие факторы среды часто оказываются лимитирующими.
Живые организмы изменяют условия среды, чтобы ослабить лимитирующее влияние физических факторов. Виды с широким географическим распространением образуют адаптированные к местным условиям популяции, которые называются экотипами. Их оптимумы и пределы толерантности соответствуют местным условиям.
ОБОБЩАЮЩАЯ КОНЦЕПЦИЯ ЛИМИТИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ
Наиболее важными факторами на суше являются свет, температура и вода (осадки), а в море — свет, температура и соленость. Эти физические условия существования могут быть лимитирующими и влияющими благоприятно. Все факторы среды зависят друг от друга и действуют согласованно. Из других лимитирующих факторов можно отметить атмосферные газы (углекислый газ, кислород) и биогенные соли. Формулируя «закон минимума», Либих и имел в виду лимитирующее воздействие жизненно важных химических элементов, присутствующих в среде в небольших и непостоянных количествах. Они называются микроэлементами и к ним относятся железо, медь, цинк, бор, кремний, молибден, хлор, ванадий, кобальт, йод, натрий. Многие микроэлементы подобно витаминам действуют как катализаторы. Фосфор, калий, кальций, сера, магний, требующиеся организмам в больших количествах, называются макроэлементами. Важным лимитирующим фактором в современных условиях является загрязнение природной среды. Главный лимитирующий фактор, по Ю. Одуму, - размеры и качество «ойкоса», или нашей «природной обители», а не просто число калорий, которые можно выжать из земли. Ландшафт не только склад запасов, но и дом, в котором мы живем. «Следует стремиться к тому, чтобы сохранить, по меньшей мере, треть всей суши в качестве охраняемого открытого пространства. Это означает, что треть всей нашей среды обитания должны составлять национальные или местные парки, заповедники, зеленые зоны, участки дикой природы и т.п.». Территория, необходимая одному человеку, по разным оценкам колеблется от 1 до 5 га. Вторая из этих цифр превосходит площадь, которая приходится ныне на одного жителя Земли.
Плотность населения приближается к одному человеку на 2 га суши. Пригодны же для сельского хозяйства только 24% суши. Хотя с площади всего лишь 0,12 га можно получить достаточно калорий, чтобы поддержать существование одного человека, для полноценного питания с большим количеством мяса, фруктов и зелени необходимо около 0,6 га на человека. Кроме того, требуется еще около 0,4 га для производства разного рода волокна (бумаги, древесины, хлопка) и еще 0,2 га для дорог, аэропортов, зданий и т.п. Отсюда концепция «золотого миллиарда», в соответствии с которой оптимальным количеством населения является 1 млрд. человек, и стало быть, уже сейчас около 5 млрд «лишних людей». Человек впервые за свою историю столкнулся с предельными, а не локальными ограничениями. Преодоление лимитирующих факторов требует огромных затрат вещества и энергии. Для удвоения урожая необходимо десятикратное увеличение количества удобрений, ядохимикатов и мощности (животных или машин). К лимитирующим факторам относится и численность популяции.
ЗАКОН КОНКУРЕНТНОГО ИСКЛЮЧЕНИЯ
Данный закон формулируется следующим образом: два вида, занимающие одну экологическую нишу, не могут сосуществовать в одном месте неограниченно долго.
То, какой вид побеждает, зависит от внешних условий. В сходных условиях победить может каждый. Важным для победы обстоятельством является скорость роста популяции. Неспособность вида к биотической конкуренции ведет к его оттеснению и необходимости приспособления к более трудным условиям и факторам.
Закон конкурентного исключения может работать и в человеческом обществе. Особенность его действия в настоящее время заключается в том, что цивилизации не могут разойтись. Им некуда уйти со своей территории, потому что в биосфере нет свободного места для расселения и нет избытка ресурсов, что приводит к обострению борьбы со всеми вытекающими отсюда последствиями. Можно говорить об экологическом соперничестве между странами и даже экологических войнах или войнах, обусловленных экологическими причинами. В свое время Гитлер оправдывал агрессивную политику нацистской Германии борьбой за жизненное пространство. Ресурсы нефти, угля и т.п. и тогда были важны. Еще больший вес они имеют в XXI в. К тому же добавилась необходимость территорий для захоронения радиоактивных и прочих отходов. Войны — горячие и холодные — приобретают экологическую окраску. Многие события в современной истории, например распад СССР, воспринимаются по-новому, если на них посмотреть с экологических позиций. Одна цивилизация может не только завоевать другую, но использовать ее для корыстных с экологической точки зрения целей. Это и будет экологический колониализм. Так переплетаются политические, социальные и экологические проблемы.
ОСНОВНОЙ ЗАКОН ЭКОЛОГИИ
Одним из главных достижений экологии стало открытие, что развиваются не только организмы и виды, но и экосистемы. Последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данном районе, называется сукцессией. Сукцессия происходит в результате изменения физической среды под действием сообщества, т.е. контролируется им.
Высокая продуктивность дает низкую надежность — еще одна формулировка основного закона экологии, из которой вытекает следующее правило: «Оптимальная эффективность всегда меньше максимальной». Разнообразие в соответствии с основным законом экологии непосредственно связано с устойчивостью. Однако пока неизвестно, до какой степени эта связь является причинно-следственной.
Некоторые другие важные для экологии законы и принципы:
Закон эмерджентности: целое всегда имеет особые свойства, отсутствующие у его части.
Закон необходимого разнообразия: система не может состоять из абсолютно идентичных элементов, но может иметь иерархическую организацию и интегративные уровни.
Закон необратимости эволюции: организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, осуществленному в ряду его предков.
Закон усложнения организации: историческое развитие живых организмов приводит к усложнению их организации путем дифференциации органов и функций.
Биогенетический закон (Э. Геккель): онтогенез организма есть краткое повторение филогенеза данного вида, т.е. индивид в своем развитии повторяет сокращенно историческое развитие своего вида.
Закон неравномерности развития частей системы: системы одного уровня иерархии развиваются не строго синхронно, в то время как одни достигают более высокой стадии развития, другие остаются в менее развитом состоянии. Этот закон непосредственно связан с законом необходимого разнообразия.
Закон сохранения жизни: жизнь может существовать только в процессе движения через живое тело потока веществ, энергии, информации.
Принцип сохранения упорядоченности (Я. Пригожий): в открытых системах энтропия не возрастает, а уменьшается до тех пор, пока не достигается минимальная постоянная величина, всегда больше нуля.
Принцип Ле Шателье-Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.
Принцип экономии энергии (Л. Онсагер): при вероятности развития процесса в некотором множестве направлений, допускаемых началами термодинамики, реализуется то, которое обеспечивает минимум рассеивания энергии.
Закон максимизации энергии и информации: наилучшими шансами на самосохранение обладает система, в наибольшей степени способствующая поступлению, выработке и эффективному использованию энергии и информации; максимальное поступление вещества не гарантирует системе успеха в конкурентной борьбе.
Закон развития системы за счет окружающей среды: любая система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды; абсолютно изолированное саморазвитие невозможно.
Правило Шредингера «о питании» организма отрицательной энтропией: упорядоченность организма выше окружающей среды, и организм отдает в эту среду больше неупорядоченности, чем получает. Это правило соотносится с принципом сохранения упорядоченности Пригожина.
Правило ускорения эволюции: с ростом сложности организации биосистем продолжительность существования вида в среднем сокращается, а темпы эволюции возрастают. Средняя продолжительность существования вида птиц — 2 млн лет, вида млекопитающих — 800 тыс. лет. Число вымерших видов птиц и млекопитающих в сравнении со всем их числом велико.
Закон относительной независимости адаптации: высокая адаптивность к одному из экологических факторов не дает такой же степени приспособления к другим условиям жизни (наоборот, она может ограничивать эти возможности в силу физиолого-морфологических особенностей организмов).
Принцип минимального размера популяций: существует минимальный размер популяции, ниже которого ее численность не может опускаться.
Правило представительства рода одним видом: в однородных условиях и на ограниченной территории таксономический род, как правило, представлен только одним видом. По-видимому, это связано с близостью экологических ниш видов одного рода.
Закон обеднения живого вещества в островных его сгущениях (Г.Ф. Хильми): «Индивидуальная система, работающая в среде с уровнем организации более низким, чем уровень самой системы, обречена: постепенно теряя структуру, система через некоторое время растворится в окружающей среде». Из этого следует важный вывод для человеческой природоохранной деятельности: искусственное сохранение экосистем малого размера (на ограниченной территории, например, заповедника) ведет к их постепенной деструкции и не обеспечивает сохранения видов и сообществ.
Закон пирамиды энергий (Р. Линдеман): с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой, более высокий уровень в среднем около 10% поступившей на предыдущий уровень энергии. Обратный поток с более высоких на более низкие уровни намного слабее — не более 0,5-0,25%, и потому говорить о круговороте энергии в биоценозе не приходится.
Правило обязательности заполнения экологических ниш: пустующая экологическая ниша всегда и обязательно бывает естественно заполнена («природа не терпит пустоты»).
Принцип формирования экосистемы: длительное существование организмов возможно лишь в рамках экологических систем, где их компоненты и элементы дополняют друг друга и взаимно приспособлены. Из этих экологических законов и принципов следуют некоторые выводы, справедливые для системы «человек — природная среда». Они относятся к типу закона ограничения разнообразия, т.е. накладывают ограничения на деятельность человека по преобразованию природы.
Закон бумеранга: все, что извлечено из биосферы человеческим трудом, должно быть возвращено ей.
Закон незаменимости биосферы: биосферу нельзя заменить искусственной средой, как, скажем, нельзя создать новые виды жизни. Человек не может построить вечный двигатель, в то время как биосфера и есть практически «вечный» двигатель.
Закон шагреневой кожи: глобальный исходный природно-ресурсный потенциал в ходе исторического развития непрерывно истощается. Это следует из того, что никаких принципиально новых ресурсов, которые могли бы появиться, в настоящее время нет. Для жизни каждого человека в год необходимо 200 т твердых веществ, которые он с помощью 800 т воды и в среднем 1000 Вт энергии превращает в полезный для себя продукт. Все это человек берет из уже имеющегося в природе.
Принцип удаленности события: потомки что-нибудь придумают для предотвращения возможных отрицательных последствий. Вопрос о том, насколько законы экологии можно переносить на взаимоотношения человека с окружающей средой, остается открытым, так как человек отличается от всех других видов. Например, у большинства видов скорость роста популяции уменьшается с увеличением ее плотности; у человека, наоборот, рост населения в этом случае ускоряется. Некоторые регулирующие механизмы природы отсутствуют у человека, и это может служить дополнительным поводом для технологического оптимизма у одних, а для экологических пессимистов свидетельствовать об опасности такой катастрофы, которая невозможна ни для одного иного вида.
Лимитирующие экологические факторы
Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю. Либих в середине ХIХ в. Он установил закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме. Если в почве полезные компоненты в целом представляют собой уравновешенную систему и только какое-то вещество, например фосфор, содержится в количествах, близких к минимуму, то это может снизить урожай. Но оказалось, что даже те же самые минеральные вещества, очень полезные при оптимальном содержании их в почве, снижают урожай, если они в избытке. Значит, факторы могут быть лимитирующими, находясь и в максимуме.
Таким образом, лимитирующими экологическими факторами следует называть такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за их недостатка или избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием). Их иногда называют ограничивающими факторами.
Что касается закона минимума Ю. Либиха, то он имеет ограниченное действие и только на уровне химических веществ. Р. Митчерлих показал, что урожай зависит от совокупного действия всех факторов жизни растений, включая сюда температуру, влажность, освещенность и т. д.
Различия в совокупном и изолированном действиях относятся и к другим факторам. Например, с одной стороны, действие отрицательных температур усиливается ветром и высокой влажностью воздуха, но с другой 3/4 высокая влажность ослабляет действие высоких температур и т. д. Но несмотря на взаимовлияние факторов, все-таки они не могут заменить друг друга, что и нашло отражение в законе независимости факторов В. Р. Вильямса: условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменен другим. Например, нельзя действие влажности (воды) заменить действием углекислого газа или солнечного света и т. д.
Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В. Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном или количественном смысле) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом. Эти два предела называют пределами толерантности.
Относительно действия одного фактора можно проиллюстрировать этот закон так: некий организм способен существовать при температуре от минус 5 до плюс 25 С, т. е. диапазон его толерантности лежит в пределах этих температур. Организмы, для жизни которых требуются условия, ограниченные узким диапазоном толерантности по величине температуры, называют стенотермными («стено» 3/4 узкий), а способные жить в широком диапазоне температур 3/4 эвритермными («эври» 3/4 широкий).
Подобно температуре действуют и другие лимитирующие факторы, а организмы по отношению к характеру их воздействия называют, соответственно, стенобионтами и эврибионтами. Например, говорят, организм стенобионтен по отношению к влажности или эврибионтен к климатическим факторам и т. п. Организмы, эврибионтные к основным климатическим факторам, наиболее широко распространены на Земле.
Диапазон толерантности организма не остается постоянным 3/4 он, например, сужается, если какой либо из факторов близок к какому-либо пределу или при размножении организма, когда многие факторы становятся лимитирующими. Значит, и характер действия экологических факторов при определенных условиях может меняться, т. е. он может быть, а может и не быть лимитирующим. При этом нельзя забывать, что организмы и сами способны снизить лимитирующее действие факторов, создав, например, определенный микроклимат (микросреду). Здесь возникает своебразная компенсация факторов, которая наиболее эффективна на уровне сообществ, реже 3/4 на видовом уровне.
Такая компенсация факторов обычно создает условия для физиологической акклиматизации вида-эврибиота, имеющего широкое распространение, который, акклиматизируясь в данном конкретном месте, создает своеобразную популяцию, которую называют экотипом, пределы толерантности которой соответствуют местным условиям. При более глубоких адаптационных процессах здесь могут появиться и генетические расы.
Итак, в природных условиях организмы зависят от состояния критических физических факторов, от содержания необходимых веществ и от диапазона толерантности самих организмов к этим и другим компонентам среды.
Экологические факторы животных
Животные освоили на нашей планете все основные среды обитания: наземно-воздушную, водную, почвенную, а также организмы живых существ. При этом каждый вид животных занимает определенную территорию — ареал.
Ареал — часть планеты (суши или водоема), которую населяют особи определенного вида.
Каждый вид организмов может обитать только там, где для него имеются благоприятные условия для жизни. Например, белый медведь встречается только в Арктике, пингвины — преимущественно в Антарктике, утконос — в Австралии и Тасмании. И только отдельные виды могут встречаться повсеместно. Это, в частности, серая крыса и домашняя мышь, которые вместе с человеком распространились по всей планете.
На современное распространение видов животных по нашей планете влияют разнообразные факторы: моря, горы, жаркие пустыни, климатические особенности определенных территорий, взаимосвязи, возникающие между живыми организмами, деятельность человека и т.д. Все эти факторы называют экологическими.
Экологические факторы — все условия окружающей среды, влияющие как на отдельные организмы, так и на их сообщества.
Факторы неживой природы (абиотические) — это температура, освещенность, влажность, газовый состав атмосферы, давление, солевой состав воды, тип почвы и т.д. Факторы живой природы (биотические) — все формы взаимодействий особей одного вида и разных видов в сообществах (например, взаимодействие хищника и его добычи, паразита и его хозяина). Разнообразные формы деятельности человека, изменяющие состояние среды обитания живых существ, выделяют в отдельную группу экологических факторов (антропогенные).
Каждый вид занимает свой ареал — определенную часть суши или водоемов. Ареал каждого вида животных определяется сочетанием различных экологических факторов: температуры, влажности, освещенности и др.
Роль экологических факторов
Размножение, развитие, продолжительность жизни вредителей и другие показатели их жизнедеятельности зависят от состояния окружающей среды. Знание экологических факторов среды и отношения к ним насекомых помогает правильно организовать эффективные методы защиты капусты от вредителей, добиться полного их уничтожения и тем самым значительно сократить размеры причиняемого ими вреда.
Факторы, регулирующие численность вредителей, можно разделить на 3 основные группы:
1. Абиотические - факторы неживой природы, к которым относятся влажность, температура, почвенный раствор.
2. Биотические, к которым относятся естественные враги, наличие кормовой базы.
3. Антропогенные факторы, которые подразумевают всевозможные агротехнические мероприятия.
Абиотические
Свет может влиять на плодовитость, развитие половых продуктов, оплодотворение яиц и яйцекладку наших вредителей. Большую роль в жизни этих вредителей играет продолжительность светового дня. В этом отношении накоплены уже значительные экспериментальные материалы, относящиеся к различным видам.
Влияние температуры:
Капустная и репная белянки – это бабочки, на время вылета которых оказывают влияние весенние температуры. Так, температура оказывает большое, прямое и косвенное влияние на все стороны жизни насекомых. Она в большей мере определяет быстроту онтогенеза насекомых, темпы их смертности. Таким образом, от температуры окружающей среды очень зависит численность популяций насекомых и их поведение. Познание, относящееся к этим вопросам закономерностей имеет большое практическое значение, позволяя до некоторой степени предвидеть предстоящие темпы размножения вредных и полезных видов, использовать эти закономерности при борьбе с вредными видами и при утилизации видов полезных. Температура оказывает большое влияние на формирование биоценозов и географическое распространение насекомых.
Так при прохладной погоде (менее 10 С) и повышенном количестве осадков вылет белянок может задерживаться. А, к примеру, уже гусеницы белянок выживают при температуре -4 С, куколки же остаются живыми при понижении температуры до -18 С. Оптимально температурой для развития яиц белянок является температура 20-30 С.
Влияние влаги:
Гусеницы капустной и репной белянок очень влаголюбивы, при сухом и холодном лете часть их может погибнуть еще в младших возрастах. Оптимальными условиями для их развития является влажность 80-100%.
Большая влажность воздуха (100%) даже при оптимальной температуре отрицательно влияет на лёт белянок. При полном насыщении воздуха влагой, т.е. при густом тумане, лёт сильно снижается. Мелкий моросящий дождь при оптимальной температуре почти не влияет на лёт. В сильный дождь бабочки не летают, но после дождя в летние ночи, если температура не снижается, лёт бывает очень активны.
Влияние типа питания:
Географическая изменчивость в характере питания позволяет данным насекомым шире расселяться, что является приспособлением к условиям различной среды.
В период размножения у насекомых проявляется инстинкт обеспечения будущего потомства пищей. Самки откладывают яйца в тех местах, где личинки обеспечены пищей. Так, белянки откладывают яйца на крестоцветные растения, на их листья.
Питание белянок несвойственной им пищей может сильно отражаться на их жизненности. Вынужденное питание неподходящей пищей ведет к снижению половой продукции, а иногда и к бесплодию или гибели. Смертность насекомых от несвойственной им пищи может заметно возрастать даже в последних поколениях.
Биотические факторы
Большую роль в снижении численности капустной совки играют такие энтомофаги как: трихограмма жёлто-бурая (Trichogrammaevanescens). Самки трихограммы откладывают яйца в яйца вредителей, отродившиеся личинки ведут паразитический образ жизни, питаясь содержимым яиц хозяина. Зимует трихограмма в фазе закончившей питание личинки в яйцах чешуекрылых. Развивается в 3-4 поколениях. Выпускают трихограмму в 2 срока: в период начала откладки яиц и в период массовой откладки. Эффективность трихограммы против капустной и репной белянок – 74%.
Так же, одним из главнейших паразитов капустной белянки является Апантелесбеляночный - Apantelesglomeratus L.Маленькое перепончатокрылое насекомое черного цвета длиной около 2,5 мм. Наездник откладывает яйца в тело гусениц. Из яиц выходят белые безногие личинки, которые питаются жировым телом и лимфой гусениц. Пострадавшая гусеница сидит неподвижно на коконах и медленно погибает. Зараженность гусениц белянки первого поколения в начальный период достигает 50%, а в отдельных случаях 80-90%. В годы же массового размножения вредителя заражение наездником не превышает 5-10%.
Птеромалус куколочный - Pteromaluspuparum L. Заражает куколок репной и капустной белянок. Развивается паразит в куколках от яйца до вылета взрослой особи. Зараженность куколок капустной белянки птеромалусом достигает 25-40%.
Эуплектрус - EuplectrusbicolorSwed. Паразитирует на гусеницах репной белянки. Личинки паразитов питаются содержимым гусениц, в результате чего гусеницы погибают.
Фриксе – PhruxevulgarisFll. Личинки мух заражают гусениц репной и капустной белянок. Яйца они откладывают на тело гусениц вредителя. Отродившиеся личинки мухи внедряются внутрь тела гусениц белянок. В течение сезона муха даёт 2 поколения.
Бабочек белянок могут уничтожать и мыши. Также человек может оказывать как прямое, так косвенное воздействие на сокращение численности капустных белянок.
Антропогенные
Прямое воздействие заключается в сборе куколок, отлове бабочек, уничтожении яйцекладок. Особенно заметно действие антропогенного фактора по снижению численности вредителей на приусадебных участках. Но человек также может способствовать и увеличению некоторых видов. Следовательно, человек размещая посадки капусты возле построек «обеспечивает» местом перезимовки куколок капустной белянки – это косвенное воздействие. Кроме того, к косвенному воздействию относится и подсев цветущих нектароносов, которые будут привлекать паразитов капустной и репной белянок и, в свою очередь, будут снижать их численность.
Таким образом, можно сделать небольшой вывод о том, что экологические факторы явно влияют на размножение, продолжительность жизни вредителей из семейства белянок и на другие показатели их жизнедеятельности.
Система наблюдений, методы и сроки учётов численности вредителя и энтомофагов, экономический порог вредоносности
При изучении видового состава и значения энтомофагов ведут наблюдение за динамикой заселения полей капусты вредными и полезными насекомыми и фенологическими сроками их развития.
На капусте в открытом грунте проводят 5 обследований:
Первое обследование проводятся на 4-5 день после высадки рассады в грунт. В это время на капусту начинают откладывать свои яйца многие бабочки.
Второе обследование осуществляют в фазу листовой мутовки, когда на растениях капусты появляются сидячие листья, образующие плотную розетку (сердечко).
Третье обследование проводят в начале образования кочана. В этот период на капусте встречаются гусеницы капустной белянки.
Эти первые три основных обследования проводят по единой методике. На обследуемом участке берут 20-40 проб по 5 растений. Пробы располагают равномерно в шахматном порядке. Каждое растение в пробах тщательно осматривают. Внимательно обследуют и поверхность почвы у основания растений. Особенно тщательно просматривают нижние поверхности листьев и центральную розетку (сердечко), где нередко концентрируются многие вредители. При обследовании записывают общее количество просмотренных растений и сколько из них оказалось заселенными (или поврежденными) вредителями. Одновременно подсчитывают количество особей каждого вида вредителя, обнаруженных на этих растениях и устанавливают степень поврежденности последних.
Для этого используют следующую шкалу:
1 балл – слабая поврежденность; на растении уничтожено вредителями до 25% всей листовой поверхности;
2 балл – средняя поврежденность; уничтожено от 25 до 50% всей листовой поверхности растений;
3 балл – сильная поврежденность; уничтожено более 50% листовой поверхности растений.
Четвертое обследование проводят в фазу уплотнения кочана и уборки урожая. К этому времени особенно вредоносны гусеницы капустной совки.
Это обследование проводят несколько по иной методике. В процессе обследования делают заключительный учет по выпадам растений, вызванных деятельностью всего комплекса вредителей, повреждавших капусту в течение всего вегетационного периода.
На участке берут 20-30 проб по 5-10 растений, включая и выпавшие (погибшие) растения, т.е. в каждой пробе должно быть по 5-10 посадочных мест. Пробы располагают на участке равномерно в шахматном порядке. Осматривают каждое растение в пробе, регистрируют вид и количество обнаруженных вредителей, устанавливают поврежденность кочанов, их вес и сортность. При этом руководствуются следующим: к 1-му сорту относят кочаны, не поврежденные вредителями; ко 2-му сорту – кочаны, хотя и поврежденные, но только с поверхности, и при удалении с таких кочанов 1-2 наружных листьев, удаляются и следы повреждений; остальные кочаны относятся к нестандартной продукции.
Пятое обследование проводят в послеуборочный период, когда урожай с полей убран и необходимо определить зимующий запас вредителей для установления их возможной вредоносности на будущий год.
На обследуемом участке берут 10-20 проб по 10 кочерыг в каждой. Пробы располагают на участке равномерно в шахматном порядке или же по 2-м взаимно пересекающимся диагоналям. Кочерыги выкапывают, осматривают их надземные части и корневую систему, а затем разрезают вдоль. Кроме того, устанавливают процент кочерыг, заселенных каждым видом.
В промежутках между этими основными обследованиями дополнительно 1 раз в 5-10 дней проводят периодические обходы и осмотры растений для глазомерного определения необходимости борьбы с вредителями.
Так же необходимо отметить, что для наблюдения за динамикой численности белянок используют феромонные ловушки. Их выставляют на посевах капусты за 10-20 дней до предполагаемого начала лета бабочек. Н а полях площадью до 5 га размещают по 3 ловушки для каждого вида; до 10 га – по 5 ловушек; свыше 10 – дополнительно по 1 ловушке на каждые 5 га. Ловушки размещают в линию, перпендикулярно господствующему направлению ветра, расстояние между ними 100-150 м. Для отлова бабочек их крепят на высоте 0.8-1 м от поверхности почвы.
Под экономическим порогом вредоносности (ЭПВ) понимают плотность популяции вредного организма, при которой экономически выгодно применять пестицид, т.е. затраты по применению окупаются прибылью от сохранённого урожая. В этом случае повышается рентабельность выращивания культуры.
У данных вредителей (капустная и репная белянки) есть свои пороги вредоносности, при достижении которых целесообразно проводить обработку против вредителей. Так ЭПВ у капустной белянки в фазу розетки – образования кочана у средних и поздних сортов 5% заселенных растений капусты – 5 гусениц на 1 растение или 0.25 гусениц на обследуемое растение.
ЭПВ у репной белянки – 3 гусеницы при 5%-м заселенности или 0.15 гусениц на обследованное растение в фазу розетки – образования кочана у средних и поздних сортов капусты.
Статью подготовила доцент кафедры социально-гуманитарных дисциплин Волгушева Алла Александровна. 
