Основы экологии. Экологические факторы

Аутоэкология или факторальная экология исследует совокупность экологических факторов, действующих на изолированную особь, и ответные реакции особи на их действие.

Экологическими факторами называют любые компонеты окружающей среды, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы. По своим особенностям экологические факторы весьма разнообразны, имеют различную природу и специфику действия. Они делятся на три группы: абиотические (факторы неживой среды), биотические (связанные с влиянием живых существ) и антропогенные (связанные с деятельностью человека).

Абиотические факторы - это совокупность условий неорганической среды, каким-либо образом воздействующих на организм и их сообщества. В экологии они рассматриваются как непременные и важные факторы обеспечивающие жизнь и развитие растений, животных и микроорганизмов, они могут влиять на организмы каждый в отдельности, одновременно или взаимодействуя друг с другом. К абиотическим относятся климатические, эдафические, топографические, гидрофизические и гидрохимические факторы.

Из климатических факторов основное экологическое значение имеют температура, влажность и свет, при этом наиболее важным является температурный фактор. От его значения зависит интенсивность обмена веществ организмов и их географическое распространение. Любой организм способен жить в пределах определенного интервала температур. При этом интервал оптимальных температур, при которых жизненные функции протекают наиболее активно, сравнительно невелик. Температурные пределы, в которых жизненные процессы протекают нормально, носят название биокинетических температур. Уровень их обусловлен многими факторами и прежде всего зависит от таксономического положения данного вида растения или животного, которое в свою очередь связано с географическим местом происхождения вида, определенными условиями его эволюционного развития.

Из климатических факторов также большое значение имеет лучистая энергия Солнца - основной источник жизни на планете. Солнце непрерывно излучает огромное количество лучистой энергии, мощность которой на верхнем пределе атмосферы составляет от 8,4 до 84 Дж/см 2 мин (солнечная постоянная). По мере приближения к поверхности Земли значительная часть солнечной энергии задерживается атмосферой и растительностью.

Экологическая эффективность лучистой энергии зависит от длины волны. В зависимости от длины волны, в пределах всего светового спектра, различают видимый свет, ультрафиолетовую и инфракрасную его части.

Ультрафиолетовые лучи оказывают химическое действие на живые организмы, инфракрасные - тепловое. Основную экологическую значимость имеют: фотопериодизм - закономерная смена светлого и темного времени суток; интенсивность освещения (в люксах); напряжение прямой и рассеяной радиации (в джоулях на единицу поверхности и в единицу времени); химическое действие световой энергии.

Значение света - видимой части (0,35 - 0,75 мкм) спектра лучистой энергии, как экологического фактора связано с возможностью фотосинтеза зеленых растений и в конечном счете с созданием органического вещества, растительной биомассы, с суточным ритмом организмов и др.

Такие экологические факторы как ветер, атмосферное давление, смог и др. оказывают также большое влияние на биосферу в совокупности и при совместном воздействии температуры и лучистой энергии.

К эдафическим факторам относится вся совокупность физических и химических свойств почв (структура, химический состав, циркулирующие в почве вещества - газ, воды, органические и минеральные элементы и др.). Эдафическими факторами определяется жизнедеятельность организмов, обитающих в почве постоянно или частично.

К гидрохимическим и гидрофизическим факторам относятся все факторы, связанные с водой. Роль воды как экологического фактора определяется ее физическими и химическими свойствами и подвижностью. Вода - среда обитания разнообразных живых организмов. Тела живых организмов в основном состоят из воды. Так, содержание воды в растениях колеблется от 40 до 98%, в теле животных - от 35 до 83%. Без воды не могут осуществляться процессы обмена веществ. Поддержание водного баланса имеет огромное значение для всех живых организмов. Вода может быть в трех состояниях: парообразном, жидком и твердом и это имеет огромное значение в жизни растений и животных.

Все живые организмы в зависимости от потребности их в воде, а следовательно, и по местообитаниям, подразделяются на ряд экологических групп: водные или гидрофильные (живут постоянно в воде), гигрофильные (живут в очень влажных местообитаниях), мезофильные (отличаются умеренными потребностями в воде) и ксерофильные (живут в сухих местообитаниях). Каждая из перечисленных групп - хороший индикатор господствующих в данной местности экологических условий.

К биотическим факторам относят всю сумму воздействий, которые оказывают друг на друга живые существа - бактерии, растения, животные. Биотическими факторами являются не измененные организмами абиотические условия среды (влажность, температура и др.) и не сами организмы, а взаимоотношения между организмами, прямые воздействия одних из них на другие, т.е. характер биотических факторов определяется формой взаимосвязей и взаимоотношений живых организмов. Эти взаимоотношения чрезвычайно разнообразны. Они могут складываться на основе совместного питания, обитания и размножения.

Окружающая среда – это совокупность живых и неживых объектов, взаимосвязанных условий и влияний, присутствующих в некотором окружении живого организма, и, в частности, человека.

Окружающая среда делится на следующие виды:

а) естественная или природная среда, представляет собой ряд условий или факторов (солнце, почва, вода, воздух, растительный и животный мир);

б) искусственная среда – созданная человеком, продукты его труда (дома, парки, предприятия, автотрассы, различные механизмы и машины);

в) социальная среда – это коллектив, семья, друзья.

Организм человека и любого животного или растения развивается в результате постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой. Как окружающая среда влияет на живые организмы, так и организмы влияют на среду, изменяя её. Эта функция живых организмов называется средообразующей.

Живые организмы испытывают потребность в притоке вещества и энергии и полностью зависят от окружающей среды.

Элементы среды воздействуют на живые организмы посредством экологических факторов.

Экологические факторы – это определенные условия и элементы среды, оказывающие воздействие на живые организмы, на которые последние отвечают приспособительными реакциями – адаптациями.

Экологические факторы делятся наусловия и ресурсы.

Условия – это факторы, необходимые для жизни и которые не зависят от их потребления (солнечная активность, солёность воды, температура, давление).

Ресурсы – то, что организм может потреблять и тем самым делать их недоступными для других организмов; - всё то, из чего организм черпает энергию и получает вещества для своей жизнедеятельности (нефть, уголь и т.д.). Ресурсы в отличие от условий могут расходываться и исчерпываться.

Экологические факторы деляться на

1)абиотические 2)биотические 3)антропогенные

Абиотические - факторы неживой природы: климатические,почвенные, гидрологические, химические, физические. К химическим относятся: газовый состав атмосферы, соленость воды, минеральный состав почвы; к физическим – температура, влажность, давление, уровень радиации и т.д.

БИОТИЧЕСКИЕ – факторы живой природы, влияние одних организмов или сообществ на другие, а также на среду обитания. Взаимодействия между живыми организмами складываются из внутри- и межвидовых отношений.

Внутривидовые отношения между особями одного и того же вида. Эти отношения находят отражение в конкуренции за пищу, за место обитания, за партнера. Внутривидовые отношения определяют численность популяции, которые регулируются естественным отбором.

Межвидовые взаимоотношения более разнообразны, среди них выделяют следующие:

- нейтрализм – оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга. Нет конкуренции, но одна среда обитания (белка и лось в одном лесу, обезьяны и слоны);

-конкуренция – каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие;

- мутуализм (симбиоз) - взаимовыгодное существование, виды не могут существовать друг без друга (бактерии, фиксирующие азот, и бобовые растения; копытные и бактерии, обитающие в их рубце, расщепляющие клетчатку);

- компенсализм – один вид, компенсал, извлекает пользу от сожительства, а другой вид – хозяин не имеет никакой выгоды (в океанах и морях в каждой раковине – организмы, которые получают здесь укрытие, но абсолютно безобидны для владельца этой раковины);

- хищничество – хищник питается жертвой;

- аменсализм – при этом происходит торможение роста одного вида (аменсала) продуктом выделения другого (сине-зеленые водоросли, вызывая цветение воды, тем самым отравляют водную фауну, а иногда даже скот, который приходит на водопой).

Эти взаимоотношения составляют основу существования биоценозов.

АНТРОПОГЕННЫЕ - ФАКТОРЫ человеческой деятельности человека и её влияние на окружающую среду. К антропогенным факторам относят извлечение и потребление природных ресурсов, промысел, строительство плотин на реках, воздействия промышленности, транспорта, строительства и т.д. Зачастую антропогенный фактор имеет негативный характер, который заключается в загрязнении окружающей среды, разрушении природной среды, истощении природных ресурсов. В.И Вернадский сравнивал влияние антропогенного фактора по силе с действием геологических процессов на Земле.

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ФАКТОР – передача наследственной информации, а также информации, поступающей живому организму с пищей, водой, а также из СМИ для человека. Избыток и недостаток любой информации оказывает раздражающее влияние не организм (камера-одиночка, без доступа информации - пытка).

Сообществ) между собой и со средой обитания. Данный термин был впервые предложен немецким биологом Эрнстом Геккелем в 1869 г. Как самостоятельная наука она выделилась в начале XX века наряду с физиологией, генетикой и другими. Область приложения экологии – это организмы, популяции и сообщества. Экология рассматривает их как живой компонент системы, которую называют экосистемой. В экологии понятия популяции – сообщества и экосистемы имеют четкие определения.

Популяция (с точки зрения экологии) – это группа особей одного вида, занимающая определенную территорию и, обычно, в той или иной степени изолированная от других сходных групп.

Сообщество – это любая группа организмов различных видов, обитающих на одной площади и взаимодействующих друг с другом посредством трофических (пищевых) или пространственных связей.

Экосистема – это сообщество организмов с окружающей их средой, взаимодействующих между собой и образующих экологическую единицу.

Все экосистемы Земли объединяются в или экосферу. Понятно, что совершенно невозможно охватить исследованиями всю биосферу Земли. Поэтому точкой приложения экологии является экосистема. Однако, экосистема, как видно из определений состоит из популяций, отдельных организмов и всех факторов неживой природы. Исходя из этого возможно несколько различных подходов в изучении экосистем.

Экосистемный подход .При экосистемном подходе экологом изучаются поток энергии и в экосистеме. Наибольший интерес в данном случае представляют собой взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой. Этот подход позволяет объяснить сложную структуру взаимосвязей в экосистеме и дать рекомендации по рациональному природопользованию.

Изучение сообществ . При этом подходе подробно изучается видовой состав сообществ и факторы, ограничивающие распространение конкретных видов. В данном случае исследуются четко различимые биотические единицы (луг, лес, болото и т.д.).
подход . Точкой приложения данного подхода, как явствует из названия, является популяция.
Изучение местообитаний . В данном случае изучается относительно однородный участок среды, где живет данный организм. Отдельно, как самостоятельное направление исследований он обычно не применяется, но дает необходимый материал для понимания экосистемы в целом.
Следует отметить, что все перечисленные выше подходы в идеале должны применяться в комплексе, но в настоящий момент это практически невозможно из-за значительных масштабов исследуемых объектов и ограниченности количества полевых исследователей.

Экология как наука использует разнообразные методы исследования, позволяющие получить объективную информацию о функционировании природных систем.

Методы экологических исследований:

наблюдение
эксперимент
учет численности популяции
метод моделирования

Экологические факторы - неотъемлемая часть существования популяций и создания условий существования. Изучение каждого фактора в отдельности создает множество дополнительных факторов, которые выражают весь комплекс его влияния, действия и значения в природе.

Классификация экологических факторов

Систематизация свойств окружающей среды упрощает восприятие, составление и изучение их параметров. Компоненты окружающей среды делятся по характеру и спектру воздействия на природную и антропогенную среду. К ним относят:

Быстродействующие. Воздействие фактора на процессы обмена веществ энергии и информации на осуществление, которого требуется минимальное количество времени.
Косвеннодействующие. Воздействие отдельных факторов оказывают лимитирующее или сопутствующее для развития процессов, обмена веществ или изменения вещественного состава элемента, группы организмов или веществ окружающей среды.
Избирательное воздействие направленно на компоненты окружающей среды, характеризуя их как лимитирующие для определенного вида организмов ил процессов.

Определенные виды животных питаются только одним видом пищи, избирательным воздействием их будет среда обитания с этим растением. Общий спектр воздействия – это фактор обуславливающий воздействие комплекса условий окружающей среды на разные уровни организации жизни.

Разнообразие экологических факторов позволяет их классифицировать по признакам их действия:

по среде обитания;
по времени;
по периодичности;
по характеру воздействия;
по происхождению;
по объекту воздействия.

Их классификация имеет многокомпонентное описание и внутри каждого фактора делится на множество самостоятельных. Это позволяет подробно описать средовые условия и совместное влияние их на разных уровнях организации жизни.

Группы экологических факторов

Условия существования организмов независимо от уровня его организации испытывает влияние от экологических факторов, которые по своей организации делятся на группы. Выделяют три группы факторов: абиотические; биотические; антропогенные.

Антропогенными факторами называют воздействие на окружающую среду: продуктов деятельности человека, изменение естественной среды с заменой на искусственно созданные объекты. Эти факторы дополняют загрязнение остаточными продуктами промышленности, жизнедеятельности (выбросы, отходы, удобрения).

Абиотические экологические факторы . Природная окружающая среда состоит из компонентов слагающих ее как единое целое. Она состоит из факторов определяющих ее как среду обитания для разных уровней организации жизни. Ее компоненты:

Свет. Отношение к свету определяет местообитание, основные процессы метаболизма растений, разнообразие животных и их жизнедеятельность.
Вода. Это компонент присутствующий в живых организмах всех уровней организации жизни на Земле. Этот элемент среды обитания занимает большую часть Земли и является средой обитания. Разнообразие живых организмов в большинстве своих видов относится к этой среде.
Атмосфера. Газовая оболочка земли, в которой протекают процессы, регулирующие климатические и температурные режимы планеты. Эти режимы определяют пояса планеты и условия существования на них.
Эдафические или почвенные факторы. Почва результат эрозии горных пород Земли своими свойствами определяют облик планеты. Неорганические компоненты, входящие в ее состав служат питательной средой для растений.
Рельеф местности. Орографические условия местности регулируются изменением поверхности под влиянием геологических эрозионных процессов земли. К ним относят возвышенности, ложбины, речные долины, плоскогорья и другие географические рубежи поверхности Земли.
Влияние абиотических факторов и биотических взаимосвязано. Каждый фактор оказывает положительное или отрицательное влияние на живые организмы.

Биотические экологические факторы . Взаимоотношения между организмами и их влияние на объекты неживой природы называется биотическими экологическими факторами. Эти факторы классифицируются по действиям и взаимоотношениям организмов:

Вид взаимодействия особей, их соотношение и описание

Действие экологических факторов

Экологические факторы оказывают комплексное воздействие на организмы. Их действие характеризуется количественными показателями, выраженными в общей потоке их влияния. Способность адаптироваться к действию экологических факторов называют экологической валентностью вида. Порог влияния выражается зоной толерантности. Широкий диапазон распространения и приспособленности вида характеризует его как эврибионтный, а узкий – стенобитный.

Совместное влияние факторов характеризуется экологическим спектром вида. Закономерности влияния факторов. Закон действия факторов:

Относительности. Каждый фактор влияет совместно и его характеризует: интенсивность, направленность и количество в определенный промежуток времени.
Оптимальность факторов – средний диапазон их воздействия является благоприятным.
Относительной заменимости и абсолютной незаменимости Условия жизни зависят от незаменимых абиотических факторов окружающей среды (вода, свет) и абсолютное их отсутствие незаменимо для вида. Компенсирующее воздействие оказывает избыток других факторов.

Влияние экологических факторов

Влияние каждого фактора обусловлено их характеристиками. Основные группы этих факторов:

Абиотические. Свет оказывает влияние на физиологические процессы в организме человека, на жизнедеятельность животных и вегетацию растений. Биотические. Дерево при смене сезонов года сбрасывает лиственный покров и удобряет верхний почвенный слой.
Антропогенные. Деятельность человека еще со времен каменного века оказывает влияние на окружающую природную среду. При развитии промышленности и хозяйственной деятельности загрязнение ее это основное влияние человека на среду.
Экофакторы оказывают смежное влияние и их отдельное воздействие описать сложно.

Экологические факторы: примеры

Примерами экологических факторов являются основные условия существования на популяционном уровне. Основные факторы:

Свет. Растения используют свет для вегетативных процессов. Физиологические процессы под влиянием света в организме человека генетически обусловлены в процессе эволюции.
Температура. Биоразнообразие организмов выражается в существовании видов в разных диапазонах температур. Под воздействием температуры осуществляются метаболические процессы в организме.
Вода. Элемент окружающей среды, оказывающий влияние на существование и адаптацию организмов. Также к ним относят воздух, ветер, почву, человека. Эти факторы создают динамические процессы в природе и оказывают свое воздействие на процессы в ней.

Загрязнение окружающей среды является первостепенной проблемой для экологических сообществ, охраны окружающей среды. Факты о отходах (антропогенные экологические факторы):

В Тихом океане обнаружен остров из отходов (пластиковые бутылки и другие вещества). Пластик разлагается более 100 лет, пленка – 200 лет. Вода может ускорить этот процесс и это станет еще одним фактором загрязнения гидросферы. Животные поедают пластик, принимая их за медузы. Пластик не переваривается, и животное может погибнуть.
Загрязнение воздуха в Китае, Индии и других промышленных городах отравляет организм. Токсичные отходы с промышленных предприятий поступают со сточными водами в реки и отравляют этим воды, которые по цепочке водного баланса могут загрязнять воздушные массы, подземные воды и опасны для человека.
В Австралии обществом по защите животных и сохранению биоразнообразия натягивают вдоль шоссе лианы. Это защищает коал от гибели.
Для защиты носорогов от вымирания как вида им отрезают рог.

Экологические факторы являются многофакторными условиями существования каждого вида на разных уровнях организации жизни. Каждый уровень организации использует их рационально и способы их отличаются.

Экологические факторы окружающей среды. Абиотические факторы

1. Экологический фактор - это любой элемент окружающей среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействие на живой организм хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития, или любое условие среды, на которое организм отвечает приспособительными реакциями.

В общем случае фактор - это движущая сила какого-либо процесса или влияющее на организм условие. Окружающая среда характеризуется огромным разнообразием экологических факторов, в том числе и пока не известных. Каждый живой организм в течение всей своей жизни находится под воздействием множества экологических факторов, различающихся происхождением, качеством, количеством, временем воздействия, т.е. режимом. Таким образом, окружающая среда - это фактически набор воздействующих на организм экологических факторов.

Но если окружающая среда, как мы уже сказали, не имеет количественных характеристик, то каждый отдельный фактор (будь то влажность, температура, давление, белки пищи, количество хищников, химическое соединение в воздухе и т. п.) характеризуется мерой и числом, т. е. его можно измерить во времени и пространстве (в динамике), сравнить с каким-либо эталоном, подвергнуть моделированию, предсказанию (прогнозу) и в конечном счете изменить в заданном, направлении. Управлять можно только тем, что имеет меру и число.

Для инженера предприятия, экономиста, санитарного врача или следователя прокуратуры требование "охранять окружающую среду" не имеет смысла. А если задача или условие выражены в количественной форме, в виде каких-либо величин или неравенств (например: С i < ПДК i или M i < ПДВ i то они вполне понятны и в практическом, и в юридическом отношении. Задача предприятия - не "охранять природу", а с помощью инженерных или организационных приемов выполнить названное условие, т. е. именно таким путем управлять качеством окружающей среды, чтобы она не представляла угрозы здоровью людей. Обеспечение выполнения этих условий - задача контролирующих служб, а при невыполнении их предприятие несет ответственность.

Классификация экологических факторов

Любая классификация какого-либо множества это метод его познания или анализа. Предметы и явления можно классифицировать по различным признакам, исходя из поставленных задач. Из многих существующих классификаций экологических факторов для задач данного курса целесообразно использовать следующую (рис. 1).

Все экологические факторы в общем случае могут быть сгруппированы в две крупные категории: факторы неживой, или косной, природы, называемые иначе абиотическими или абиогенными, и факторы живой природы - биотические , или биогенные . Но по своему происхождению обе группы могут быть как природными , так и антропогенными , т. е. связанными с влиянием человека. Иногда различают антропические и антропогенные факторы. К первым относят лишь прямые воздействия человека на природу (загрязнение, промысел, борьбу с вредителями), а ко вторым - преимущественно косвенные последствия, связанные с изменением качества окружающей среды.

Рис. 1. Классификация экологических факторов

Человек в своей деятельности не только меняет режимы природных экологических факторов, но и создает новые, например, синтезируя новые химические соединения - ядохимикаты, удобрения, лекарства, синтетические материалы и др. В числе факторов неживой природы присутствуют физические (космические, климатические, орографические, почвенные) и химические (компоненты воздуха, воды, кислотность и иные химические свойства почвы, примеси промышленного происхождения). К биотическим факторам относятся зоогенные (влияние животных), фитогенные (влияние растений), микробогенные (влияние микроорганизмов). В некоторых классификациях к биотическим факторам относят и все антропогенные факторы, включая физические и химические.

Наряду с рассмотренной, существуют и другие классификации экологических факторов. Выделяют факторы зависимые и независимые от численности и плотности организмов . Например, климатические факторы не зависят от численности животных, растений, а массовые заболевания, вызываемые патогенными микроорганизмами (эпидемии) у животных или растений, безусловно, связаны с их численностью: эпидемии возникают при тесном контакте между индивидуумами или при их общем ослаблении из-за нехватки корма, когда возможна быстрая передача болезнетворного начала от одной особи к другой, а также утрачена сопротивляемость к патогену.

Макроклимат от численности животных не зависит, а микроклимат может существенно изменяться в результате их жизнедеятельности. Если, например, насекомые при их высокой численности в лесу уничтожат большую часть хвои или листвы деревьев, то здесь изменится ветровой режим, освещенность, температура, качество и количество корма, что скажется на состоянии последующих поколений тех же или других, обитающих здесь животных. Массовые размножения насекомых привлекают насекомых-хищников и насекомоядных птиц. Урожаи плодов и семян влияют на изменение численности мышевидных грызунов, белки и ее хищников, а также многих птиц, питающихся семенами.

Можно делить все факторы на регулирующие (управляющие) и регулируемые (управляемые), что также легко понять в связи с приведенными выше примерами.

Оригинальную классификацию экологических факторов предложил А. С. Мончадский. Он исходил из представлений о том, что все приспособительные реакции организмов к тем или иным факторам связаны со степенью постоянства их воздействия, или, иначе говоря, с их периодичностью. В частности, он выделял:

1. первичные периодические факторы (те, которым свойственна правильная периодичность, связанная с вращением Земли: смена времен года, суточная и сезонная смена освещенности и температуры); эти факторы изначально присущи нашей планете и зарождающаяся жизнь должна была сразу к ним приспосабливаться;

2. вторичные периодические факторы (они являются производными от первичных); к ним относятся все физические и многие химические факторы, например влажность, температура, осадки, динамика численности растений и животных, содержание растворенных газов в воде и др.;

3. непериодические факторы, которым не свойственна правильная периодичность (цикличность); таковы, например, факторы, связанные с почвой, или разного рода стихийные явления.

Разумеется, "непериодично" лишь само тело почвы, подстилающие ее грунты, а динамика температуры, влажности и многих других свойств почвы также связана с первичными периодическими факторами.

Антропогенные факторы однозначно относятся к непериодическим. В числе таких факторов непериодического действия прежде всего - загрязняющие вещества, содержащиеся в промышленных выбросах и сбросах. К природным периодическим и непериодическим факторам живые организмы в процессе эволюции способны вырабатывать адаптации (например, спячка, зимовка и т. п.), а к изменению содержания примесей в воде или воздухе растения и животные, как правило, не могут приобрести и наследственно закрепить соответствующие адаптации. Правда, некоторые беспозвоночные, например растениеядные клещи из класса паукообразных, имеющие в условиях закрытого грунта десятки поколений в году, способны при постоянном применении против них одних и тех же ядохимикатов образовывать устойчивые к яду расы путем отбора особей, наследующих такую устойчивость.

Необходимо подчеркнуть, что к понятию "фактор" следует подходить дифференцированно, учитывая, что факторы могут быть как прямого (непосредственного), так и опосредованного действия. Различия между ними состоят в том, что фактор прямого действия можно выразить количественно, в то время как факторы непрямого действия - нет. Например, климат или рельеф могут быть обозначены в основном словесно, но они определяют режимы факторов прямого действия - влажности, длины светового дня, температуры, физико-химических характеристик почвы и др.