Закономерности действия экологических факторов

Влияние экологических факторов на живые организмы характеризуется некоторыми количественными и качественными закономерностями.

Немецкий агрохимик Ю. Либих, наблюдая за влиянием на растения химических удобрений, обнаружил, что ограничение дозы любого из них ведет к замедлению роста. Эти наблюдения позволили ученому сформулировать правило, которое носит название закона минимума (1840 г.).

Закон минимума: жизненные возможности организма (урожай, продукция) зависят от фактора, количество и качество которого близко к необходимому организму или экосистеме минимуму (несмотря на то, что другие факторы могут присутствовать в избытке и не использоваться в полной мере).

Те же самые вещества, находясь в избытке, также снижают урожай. Продолжая исследования, в 1913 г. американский биолог В. Шелфорд сформулировал закон толерантности.

Закон толерантности: жизненные возможности организма определяются экологическими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме, то есть определять жизнеспособность организма может как недостаток, так и избыток экологического фактора. Например, недостаток воды затрудняет ассимиляцию минеральных веществ растением, а избыток вызывает гниение, закисание почвы.

Факторы, сдерживающие развитие организма из-за их недостатка или избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием), называются лимитирующими.

В характере воздействия экологических факторов на организм и в ответных реакциях можно выявить ряд общих закономерностей, которые укладываются в некоторую общую схему действия экологического фактора на жизнедеятельность организма (рис. 3).

На рис. 3 по оси абсцисс отложена интенсивность фактора (например, температура, освещенность и т.д.), а по оси ординат – реакция организма на воздействие экологического фактора (например, скорость роста, продуктивность и т.д.).

Диапазон действия экологического фактора ограничен пороговыми значениями (точки А и Г), при которых еще возможно существование организма. Это нижняя (А) и верхняя (Г) границы жизнедеятельности. Точки Б и В соответствуют границам нормальной жизнедеятельности.

Действие экологического фактора характеризуется наличием трех зон, образованных характерными пороговыми точками:

1 – зона оптимума – зона нормальной жизнедеятельности,

2 – зоны стресса (зона минимума и зона максимума) – зоны нарушения жизнедеятельности вследствие недостатка или избытка фактора,

3 – зона гибели.

Рис. 3. Схема действия экологического фактора на живые организмы:

1 – оптимум, зона нормальной жизнедеятельности, 2 – зона пониженной жизнедеятельности (угнетение), 3 – зона гибели

При минимуме и максимуме фактора организм может жить, но не достигает расцвета (стрессовые зоны). Диапазон между минимумом и максимумом фактора определяет величину толерантности (устойчивости) к данному фактору (толерантность – способность организма выносить отклонения значений экологических факторов от оптимальных для него).

Адаптация живых организмов к экологическим факторам

Адаптация – это процесс приспособления организма к определенным условиям окружающей среды. Особи, не приспособленные к данным или изменяющимся условиям, вымирают.

Основные типы адаптации:

· поведенческая адаптация (затаивание у жертв, выслеживание добычи у хищников);

· физиологическая адаптация (зимовка – спячка, миграция птиц);

· морфологическая адаптация (изменение жизненных форм растений и животных – у растений в пустыне нет листьев, у водных организмов строение тела приспособлено к плаванию).

Экологическая ниша

Экологическая ниша – это совокупность всех факторов и условий среды, в пределах которых может существовать вид в природе.

Фундаментальная экологическая ниша определяется физиологическими особенностями организмов.

Реализованная ниша представляет собой условия, при которых вид реально встречается в природе, это часть фундаментальной ниши.

Абиотические факторы наземной среды (климатические)

Температура – важнейший из лимитирующих факторов. Любой организм способен жить только в пределах определенного интервала температур. Пределы температурной выносливости различны.

· Горячие источники Камчатки, t > 80°C – насекомые, моллюски.

· Антарктида, t до –70°C – водоросли, лишайники, пингвины.

· Область физиологически активной радиации – λ = 380–760 нм (видимая часть спектра).

· Инфракрасная область спектра λ > 760 нм (источник тепловой энергии).

· Ультрафиолетовая область спектра λ < 380 нм.

Интенсивность освещения имеет важное значение для живых организмов, особенно для растений. Так, по отношению к освещенности растения подразделяются на светолюбивые (не выносят тени), тенелюбивые (не выносят яркого солнечного света), теневыносливые (имеют широкий диапазон толерантности). На интенсивность света влияет широта местности, время дня и года, а также наклон поверхности по отношению к горизонтали.

Организмы физиологически адаптированы к смене дня и ночи. Практически у всех живых организмов существуют суточные ритмы активности, связанные со сменой дня и ночи.

Организмы приспособлены к сезонным изменениям длины дня (начало цветения, созревания).

Количество осадков. Для живых организмов важнейшим лимитирующим фактором является распределение осадков по сезонам года. Этот фактор определяет разделение экосистем на лесные, степные и пустынные. Так, если количество осадков составляет > 750 мм/год – формируются леса, 250–750 мм/год – степи (злаковые), < 250 мм/год – пустыни (кактусы 50–100 мм/год). Максимальное количество осадков характерно для тропических влажных лесов 2500 мм/год, минимальное количество зарегистрировано в пустыне Сахара – 0,18 мм/год.

Осадки – это одно из звеньев круговорота воды на Земле. Режим осадков определяет миграцию загрязняющих веществ в атмосфере.

Среди других климатических факторов, оказывающих существенное воздействие на живые организмы, можно назвать влажность воздушной среды, движение воздушных масс (ветер), атмосферное давление, высота над уровнем моря, рельеф местности.