Екологічні фактори, їх класифікація

Основні поняття загальної екології

План

1. Екологічні фактори, їх класифікація

2. Екологія популяцій

3. Екосистеми

„Люди загинуть від невміння користуватись силами природи та від незнання справжнього світу”.

Напис на піраміді Хеопса

Екологічні фактори, їх класифікація

Екологія розглядає життя організмів в їх взаємозв’язку з навколишнім середовищем і між собою. В екології під навколишнім середовищем розуміють сукупність усіх умов, в яких існують організми. Організми знаходяться під одночасним впливом кліматичних, біологічних факторів, які разом називаються екологічними.

Екологічний фактор- це будь-який елемент середовища, який здатний справляти прямий чи опосередкований вплив на живі організми. Екологічні фактори можна поділити на такі групи:

• фактори неживої природи (абіотичні) - хімічні (газовий склад повітря, сольовий склад води, кислотність і склад ґрунтових розчинів);

фізичні або кліматичні (сонячна енергія, температура, вологість, освітленість, атмосферний тиск, фізичні поля, радіаційний режим);

топографічні (характер рельєфу, висота над рівнем моря) та едафічні (механічний склад ґрунту, вологоємність) фактори впливу зовнішнього неорганічного середовища на живі організми;

• фактори живої природи (біотичні) - сукупність живих організмів , які своєю життєдіяльністю впливають на інші організми;

• антропогенні (антропічні) фактори -фактори, які викликаються впливом на живу природу життєдіяльності людини (табл. 1).

Таблиця 1.

Класифікація екологічних факторів

Дію екологічних факторів на живі організми вивчає факторіальна екологія.

Екологічні фактори, зміни яких у часі повторюються регулярно, називають періодичними (припливи і відпливи, океанські течії). Фактори, які виникають раптово і діють катастрофічно називають неперіодичними (виверження вулкана, напад хижака).

Кожний екологічний фактор може діяти на організм з різною інтенсивністю. Нормальна життєдіяльність організмів можлива лише за умови життєвого оптимуму екологічного фактора для конкретного виду, тобто сприятливого впливу фактора, який забезпечує оптимальні умови для життєдіяльності особин даного виду. Чим більшим є відхилення екологічного фактора від оптимальної величини, тим сильніше пригнічується життєдіяльність організмів. Мінімальні і максимальні значення екологічного фактора є критичними – за їх межами життя неможливе. Межі інтенсивності дії фактора, за якими існування організмів стає неможливим, називають верхньою та нижньою межею витривалості. Фактори, які виходять за межі витривалості, називаються лімітуючими або обмежуючими.Вони визначаютьтериторію розселення виду. Наприклад, поширення багатьох видів тварин на північ стримується нестачею тепла і світла, на південь - дефіцитом вологи.Оптимум та межі витривалості організму стосовно певного чинника залежать від інтенсивності дії інших (явище взаємодії екологічних факторів).Так, при оптимальній вологості підвищується витривалість проти несприятливої температури і нестачі їжі. З іншого боку, достатня кількість їжі збільшує стійкість організму проти несприятливих кліматичних умов. Проте така взаємна компенсація завжди обмежена, і жодний з необхідних для життя факторів не може замінитися іншим. Здатність організму витримувати певну амплітуду коливання фактора називають іноді ще екологічною валентністю. Для життя організмів велике значення має не тільки абсолютна величина фактора, але й швидкість його зміни.

Для нормального існування організму необхідний певний набір факторів. Якщо хоч один із життєво необхідних факторів відсутній або дія його недостатня, організм не може існувати, нормально розвиватись і давати потомство, наприклад, рослини не зможуть рости при достатній освітленості та наявності вуглекислого газу, якщо їм не буде вистачати вологи.

Організми за ставленням до характеру впливу екологічних факторів називають стенобіонтами і еврибіонтами.

Стенобіонти - організми, що можуть жити лише в певних умовах середовища при дуже незначному коливанні його факторів.

Еврибіонти - організми, що можуть жити в різноманітних умовах навколишнього середовища.

Під впливом екологічних факторів у живих організмів виробляються адаптації. Адаптації можуть бути морфологічними, які виражені в пристосуванні будови (форми) організмів до факторів середовища, фізіологічними - пристосування травного тракту до складу їжі і екологічними - пристосування поведінки тварин до температурних умов, вологості.

Коротко розглянемо групи факторів, об’єднаних характером походження.

Абіотичні. Серед них особливо виділяється група кліматичних факторів. Незважаючи на те що всі абіотичні фактори впливають на живі істоти комплексно, дія кожного з них нерівноцінна. Температура - один з найважливіших факторів, від якого залежить нормальний перебіг усіх життєвих процесів в організмі. Адаптації тварин до температури привели до появи холоднокровних та теплокровних тварин, які набули здатності регулювати температуру свого тіла. Світло - джерело енергії для фотосинтезу, без якого неможливе життя на Землі. Вода необхідна для життя і, може бути важливим лімітуючим фактором.

Дія багатьох абіотичних факторів, включаючи рельєф, вітер, тип ґрунту тощо проявляється опосередковано - через температуру і вологість. Внаслідок цього на невеликій ділянці земної поверхні кліматичні умови можуть суттєво відрізнятися від середніх для даного регіону в цілому. Температура і кількість опадів визначають розміщення на земній поверхні основних природних зон. Різноманітність природних комплексів часто визначається особливостями ґрунтів, від яких залежить надходження вологи. Один і той же фактор за відношенням до різних організмів може відігравати різноманітну роль, наприклад, світло. Для рослин, наземних тварин світло є основним фактором, необхідним для існування, для ґрунтових організмів, мешканців печер цей фактор не має значення.

Екологічні фактори діють на організм різними шляхами. У найпростішому випадку має місце прямий вплив (сонячне проміння нагріває тіло ящірки). Дуже часто екологічні фактори впливають на організм опосередковано, через безліч проміжних ланок. Наприклад, поєднання високої температури повітря з низькою вологістю і відсутністю дощів призводить до посухи - вигоряє рослинність травоїдні мігрують або гинуть.

Радіаційний режим обумовлюється іонізуючим випромінюванням.

Іонізуюче випромінювання - це випромінювання з високою енергією, яке зумовлює перетворення атомів в іони. Біологічна дія випромінювання полягає в ушкодженні, збудженні молекул (у тому числі ДНК), загибелі клітин, виникненні мутацій. Джерелом іонізуючого випромінювання є радіоактивні речовини та космічні промені. Доза опромінення (1 рад) - це така доза опромінення, коли 1 г тканини поглинає 100 ерг енергії. Одиниця дози опромінення людини -1 бер (біологічний еквівалент рентгену); 1 бер дорівнює 0,01 Дж/кг (табл. 2.2).

Таблиця 2.

Дози опромінення

Протягом року людина в середньому отримує дозу 0,1 бер, а за все життя (за 70 років) 7 бер.

Біотичні фактори являють собою форми впливу живих організмів один на одного. Основною формою такого впливу у більшості випадків є харчові зв’язки, на базі яких формуються складні ланцюги харчування. В рослинних і тваринних угрупованнях організмів виникають просторові зв’язки. Все це обумовлює формування біотичних зв’язків. Між організмами виникають різні форми біотичних відносин, які можуть бути найрізноманітнішими. Розрізняють такі типи біотичних зв’язків:

• конкуренція - боротьба між представниками різних видів за воду, світло, життєвий простір;
• мутуалізм - представники двох видів організмів своєю життєдіяльністю сприяють один одному (комахи та квіти) ;
• коменсалізм - коли від співжиття представників двох видів виграє один вид, не завдаючи шкоди іншому (акула і рибка прилипайко);
• паразитизм - одні істоти живляться за рахунок споживання живої тканини господарів (кліщі, воші, глисти);
• хижацтво - одні організми вбивають інших і живляться ними;
• аменсалізм - форма біотичних взаємовідносин, за яких відбувається гальмування росту одного виду продуктами виділення другого. Найбільш відомими формами є антибіоз - пряма конкуренція і алелопатія - виділення отруйних речовин у боротьбі з конкурентами за ресурси.

Антропогенні. Ці фактори спричинюють прямий або опосередкований вплив. Прямий вплив спрямований безпосередньо на живі організми (штучне розведення риб, птахів, охорона рослин і тварин). Непрямий вплив здійснюється шляхом змін клімату, фізичного стану та хімізму атмосфери, водойм, поверхні землі.

Екологія популяцій

При всіх видах використання природних ресурсів об’єктом діяльності людини виявляються, в першу чергу, популяції рослин та тварин - лікарських, сировинних, рибних, мисливських. Популяція - це сукупність особин певного виду, які здатні до вільного схрещування, населяють певний простір і відокремлені від інших подібних угруповань. Ознаки популяції: чисельність, густота, біомаса, народжуваність, смертність, приріст. Чисельність популяції - кількість особин, які входять до її складу. Густота популяції визначається середнім числом особин, що припадає на одиницю площі або об’єму, який вона займає. Біомаса - маса особин популяції, що припадає на одиницю площі або об’єму. Народжуваність - число особин популяції, які народжуються за одиницю часу, смертність - кількість особин, яка гине за цей самий час. Різниця між народжуваністю і смертністю становить приріст популяції.

Чисельність і густота популяцій, навіть зі сталими умовами існування, непостійні в часі, вони можуть періодично чи неперіодично змінюватись під впливом різноманітних чинників. Чисельність популяції залежить від інтенсивності народжуваності та смертності особин, які в свою чергу залежать від ресурсів, необхідних для нормального функціонування. Якщо густота популяції падає нижче певного рівня, здатного забезпечити зустріч особин різної статі для розмноження, то така популяція приречена на загибель. Надмірне зростання густоти призводить до виснаження ресурсів існування, зростання тиску природних ворогів. Тому визначення оптимальної густоти популяції певного виду є необхідним для визначення її стану, а при загрозі зникнення - для впровадження засобів її охорони. Для кожного комплексу умов середовища існування є певна оптимальна густота популяції того чи іншого виду, за якої народжуваність і смертність врівноважуватимуть одна одну і не спостерігатиметься ані зростання, ані скорочення чисельності особин. Такий врівноважений стан популяцій відповідає поняттю ємності середовища. Ємність середовища існування - це його спроможність забезпечити нормальну життєдіяльність певному числу особин популяцій без помітних порушень умов довкілля. При цьому рівень споживання ресурсів має врівноважуватись їхнім відновленням. Як тільки густота популяції стає вищою або нижчою від певного рівня, в ній виникають процеси саморегуляції, що приводять цей показник у відповідність до ємності середовища та проявляються у коливанні чисельності особин. На зміни у чисельності популяцій впливають також і взаємозв’язки з популяціями інших видів. При зростанні чисельності особин скорочуються запаси їжі, що тягне за собою зменшення чисельності з причини збільшення смертності, а популяція, що скоротилася, дозволяє накопичити запаси їжі, що призводить до збільшення народжуваності, тобто зростання чисельності і т. д. (рис.1).

Отже, в результаті тривалого пристосування до умов існування у видів виробилися різні механізми, які дають змогу уникнути необмеженого росту чисельності і, таким чином, перенаселення і виснаження ресурсів середовища. Підтримання чисельності популяції на певному, оптимальному для даного середовища існування рівні дістало назву гомеостазу популяції.

Збільшення чисельності популяції

(Збільшення інтенсивності розмноження,

зниження смертності)

Збільшення кормових ресурсів

Зменшення кормових ресурсів

Зниження чисельності популяції

(зниження інтенсивності розмноження,

збільшення смертності)

Рис. 1. Саморегуляція чисельності популяції

Кожна популяція характеризується певною структурою: статевою, віковою, просторовою, етологічною. Структура популяції має пристосувальний характер, бо є наслідком взаємодії особин виду та екологічних факторів. Вона динамічна, тобто змінюється при зміні умов довкілля. Статева структура залежить від співвідношення особин різних статей, а вікова- від розподілу особин за віковими групами. Це дуже важливий показник, який характеризує стан популяції. Так, різке скорочення частки нестатевозрілих особин свідчить про зниження чисельності популяції в майбутньому, коли ці особини стануть статевозрілими і дадуть малочисельне потомство. В останні десятиліття відбуваються зміни вікового складу популяцій людей у бік збільшення групи похилого віку.

Розподіл особин популяції по території, яку вона займає, визначає її просторову структуру. Лише інколи особини однієї популяції, розподілені рівномірно (деякі рослини, вусоногі раки, багатощетинкові черви тощо). Найчастіше їхній розподіл нерівномірний унаслідок різних умов існування в різних частинах території, яку займає популяція або через особливості виду (здатність утворювати скупчення: зграї, табуни, переміщення до місць розмноження).

Етологічна структура популяцій тварин - це система взаємозв’язків між особинами, що проявляється у поведінці. Особинам різних видів властивий поодинокий або груповий спосіб життя. В першому випадку особини популяції більш-менш відокремлені просторово і збираються групами лише на період розмноження (скорпіони, павуки). Груповий спосіб життя пов’язаний з утворенням постійних родин, колоній, табунів, зграй. Тваринам сумісний спосіб життя в стадах і зграях забезпечує добування їжі і захист від ворогів. Встановлено, що сумісне існування тварин скорочує витрати ними енергії, зменшується кількість пошукових рухів і знижується споживання кисню, покращуються умови охорони особин, а в цілому підвищується виживаність. Навіть ті види, які регулярно здійснюють тривалі міграції, зберігають свою популяційну структуру і для розмноження і виведення потомства збираються на свої постійні місцеперебування.

Екосистеми

Об'єктом вивчення екології є екосистеми. Цей термін запропонований у 1935 році англійським ботаніком А. Тенслі. В це поняття входить не лише комплекс організмів, а й комплекс факторів навколишнього природного середовища. Популяції різних організмів тісно взаємопов’язані не тільки між собою, але і з умовами фізичного середовища існування. Зокрема, вони дістають з довкілля певні речовини, потрібні для забезпечення їхньої життєдіяльності та виділяють туди продукти обміну. Таким чином угруповання організмів утворюють із фізичним середовищем певну систему - екосистему. В кожній екосистемі відбувається колообіг речовин та обмінні енергетичні процеси. Екосистема -це сукупність організмів різних видів, які взаємодіють між собою і з фізичним середовищем існування, завдяки чому виникає потік енергії, який створює певну трофічну структуру і забезпечує колообіг речовин усередині системи. Термін екосистема близький до терміна біогеоценоз, введеного в обіг російським ученим В. Сукачовим у 1940 році. Біогеоценоз - природна ділянка земної поверхні з певним складом живих і неживих компонентів і динамічною взаємодією між ними. Ці два поняття майже ідентичні, можливо, перше ширше і останнім часом воно більш уживане.