Абиотические факторы наземной среды

Абиотические факторы

Экологические факторы

Вопросы для обсуждения

1. Охарактеризуйте биотическую структуру экосистем.

2. Что такое пищевая цепь и как много таких цепей в экосистемах?

3. Какие трофические уровни в пищевой цепи занимают продуценты и консументы первого, второго и третьего порядков?

4. Поясните понятия:монодоминантная, олигодоминантная и полидоминантная экосистема.

5. Какие типы пищевых цепей существуют? Приведите примеры?

6. В чем сходство и отличие искусственных экосистем от естественных?

7. При создании парков и садов человек подбирает только небольшое количество основных видив. В природных биоценозах число видов гораздо больше. Следует ли из этого, что человек не может создавать устойчивые сообщества?

8. Чем отличаются экологические пирамиды численности, биомассы и энергии?

9. Каково принципиальное отличие живых систем от неживых?

10. Что такое продуктивность экосистем и чем она определяется?

11. Поступательные изменения в экосистемах Сукцессия и климакс биоценозов.

12. Приведите примеры природных и антропогенных сукцессий.

13. Назовите особенности деградационных сукцессий.

14. Циклические изменения в экосистемах. Суточная, сезонная, многолетняя и вековая изменчивость.

Глава 4 ОРГАНИЗМ И СРЕДА ОБИТАНИЯ

Окружающая организм среда характеризуется огромным разнообразием, слагаясь из множества динамичных во времени и пространстве элементов, явлений, условий, которые рассматриваются в качестве экологических факторов.

Экологический фактор — это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития. В свою очередь организм реагирует на экологический фактор специфическими приспособительными реакциями.

По природе происхождения выделяют абиотические, биотические и антропогеные факторы.

Абиотические факторы (климатические, эдафические, гидрографические, топографические)– это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

1. Солнечный свет является источником энергии для процессов фотосинтеза, играет большую и разнообразную роль в различных жизненных процессах у животных, что определяется его физическими свойствами.

Под термином «свет» подразумевается весь диапазон солнечного излучения, представляющий собой поток энергии в пределах длин волн от 0,05 до 3000 нм (1нм = 10^{-6 мм). Этот поток радиации распадается на несколько областей, отличающихся физическими свойствами и экологическим значением для живых организмов. Границы этих областей не четки; в общем виде их можно представить следующим образом: менее 150 нм - зона ионизирующей радиации; 150-400 нм - ультрафиолетовая радиация; 400-800 нм - видимый свет (границы отличаются для разных организмов); 800-1000 нм - инфракрасная радиация.}

Ионизирующее излучение включает космические лучи, а также естественную и искусственную радиоактивность. Биологическое действие радиации осуществляется, в основном, на субклеточном уровне (ядра, митохондрии, микросомы). Установлена зависимость этого действия от дозы облучения: при малых дозировках повреждающий эффект может сменяться стимулирующим. Известно влияние ионизирующей радиации на генетический аппарат (мутагенный эффект)

Ультрафиолетовые лучи.Наиболее коротковолновая (200—280 нм) зона этой части спектра (ультрафиолет-С или УФ-С) активно абсорбируется кожей; по опасности УФ-С близок к Х-лучам, но практически полностью поглощается озоновым экраном. Следующая зона — ультрафиолет-Д (УФ-Д) с длиной волны 280—320 нм — наиболее опасная часть спектра, обладающая канцерогенным действием. Часть спектра с длиной волны от 300 нм обладает большой энергией и стимулирует процессы клеточного синтеза. Под действием этих лучей в организме синтезируется витамин D, регулирующий обмен Са и Р, а соответственно нормальный рост и развитие скелета.

Видимый свет.Эта часть спектра составляет 40—50 % солнечной энергии, достигающей Земли. Для животных видимая часть спектра связана, прежде всего, с ориентированием в окружающей среде. Зрительная ориентация свойственна большинству дневных животных и используется как источник сложной информации о внешних условиях.

2. Освещенность земной поверхности, связанная с лучистой энергией и определяющаяся продолжительностью и интенсивностью светового потока. Вследствие вращения Земли периодически чередуются темное и светлое время суток. Освещенность играет важную роль для всего живого и организмы физиологически адоптированы к смене дня и ночи, к соотношению темного и светлого времени суток. Практически у всех животных существуют так называемые циркадные (суточные) ритмы активности, связанные со сменой дня и ночи. Суточная периодичностьсвойственна большинству видов растений и животных. Имеются формы с дневной или ночной активностью; у некоторых видов вспышки активности проявляются спонтанно, независимо от времени суток, некоторым животным присуще проявление активности в сумеречное время. По отношению к свету растения подразделяются на светолюбивые и теневыносливые.

3. Влажность атмосферного воздуха связана с насыщением его водяными парами. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (до высоты 1,5-2,0 км), где концентрируется примерно 50 % всей влаги. Количество водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит от температуры воздуха. Чем выше температура, тем больше влаги содержит воздух. Однако при той или иной температуре воздуха существует определенный предел насыщения его парами воды, который называют максимальным. Обычно насыщение воздуха парами воды не достигает максимального, разность между максимальным и данным насыщением носит название дефицита влажности или недостатка насыщения. Дефицит влажности - важнейший экологический параметр, поскольку он характеризует сразу две величины: температуру и влажность. Чем выше дефицит влажности, тем суше и теплее, и наоборот. Известно, что изменение дефицита влажности в определенные отрезки вегетационного периода способствует усиленному плодоношению растений, а у насекомых приводит к размножению вплоть до так называемых «вспышек». Поэтому на анализе дефицита влажности основаны многие способы прогнозирования различных явлений в мире живых организмов.

4. Осадки, тесно связанные с влажностью воздуха, представляют собой результат конденсации водяных паров. Благодаря конденсации в приземном слое воздуха образуются росы, туманы, а при низких температурах наблюдается кристаллизация влаги. Вследствие конденсации и кристаллизации паров воды в более высоких слоях атмосферы формируются облака и атмосферные осадки. Режим осадков - фактор, определяющий миграцию загрязняющих веществ в биосфере. Осадки - одно из звеньев круговорота воды на Земле, причем в их выпадении прослеживается резкая неравномерность, в связи с чем выделяют гумидные (влажные) и аридные(засушливые) зоны. Зоны с количеством осадков менее 250 мм/год уже считаются засушливыми.

5. Газовый состав атмосферы. Состав ее относительно постоянен и включает преимущественно азот и кислород с примесью незначительного количества диоксида углерода и аргона, а также (практически в следовых количествах) иные газы. Кроме того, в верхних слоях атмосферы содержится озон. Обычно в атмосферном воздухе присутствуют твердые и жидкие частицы (вода, оксиды различных веществ, пыль, дым). Вещества, входящие в состав атмосферы, имеют определенное значение для живых организмов: азот - важнейший биогенный элемент, участвующий в образовании белковых структур организмов; кислород, поступающий от зеленых растений, обеспечивает окислительные процессы; диоксид углерода является естественным демпфером солнечного и ответного земного излучения; озон выполняет экранирующую роль по отношению к ультрафиолетовой части солнечного спектра, губительного для всего живого. Примеси мельчайших частиц (пыльца растений, дымы, гигроскопические соли, твердые и жидкие оксиды и др.) влияют на прозрачность атмосферы, препятствуя прохождению солнечных лучей к поверхности Земли.

6. Температура на поверхности земного шараопределяется температурным режимом атмосферы и тесно связана с солнечным излучением. Температурные условия среды непосредственно влияют на жизнедеятельность растений и животных, определяя их активность и характер существования в конкретной ситуации. В зависимости от характера теплообмена с внешней средой организмы делятся на несколько групп. Пойкилотермные - это организмы, температура тела которых меняется в зависимости от температуры окружающей среды, у них отсутствуют эффективные механизмы терморегуляции. К ним относятся все растения и часть животных (беспозвоночные, рыбы, рептилии и т.д.). Гомойотермные - это организмы, способные поддерживать постоянную оптимальную температуру тела независимо от температуры окружающей среды. Это теплокровные организмы (млекопитающие и птицы), постоянство температуры тела у них связано с более высоким, по сравнению с пойкилотермными, уровнем обмена веществ. Кроме того, у них существует термоизоляционный слой (оперение, мех, жир). Температура их тела относительно высока: у млекопитающих она составляет +36 … +37 ^ОС, а у птиц - до +40 ^ОС. Особую группу составляют гетеротермные животные (суслики, сурки, барсуки, медведи, летучие мыши и др.), которые в период активности обладают постоянной температурой, а в период отдыха, особенно зимней спячки, температура их тела значительно понижается. Выделяют эвритермные виды организмов, которые способны переносить колебания температуры в широких пределах (лишайники, бактерии, многие виды млекопитающих и птиц высоких широт). Стенотермные организмы могут существовать лишь при ограниченных колебаниях температуры (глубоководные организмы, растения и животные высокогорий).

7. Движение воздушных масс (ветер). Причина возникновения ветра - неодинаковый нагрев земной поверхности, связанный с перепадами давления. Сила вращения Земли воздействует на циркуляцию воздушных масс. В приземном слое воздуха их движение оказывает влияние на все метеорологические элементы климата: режим температуры, влажность, испарение с поверхности Земли, транспирацию растений. Ветер - важнейший фактор переноса и распределения примесей в атмосферном воздухе. С типами атмосферной циркуляции иногда связывают периоды вспышек массового размножения насекомых.

8. Давление атмосферы. Нормальным считается давление 101,3 кПа, соответствующее 760,1 мм ртутного столба. В пределах земного шара существуют постоянные области высокого и низкого давления, причем в одних и тех же точках наблюдаются сезонные и суточные минимумы и максимумы давления. Периодически возникающие области пониженного давления, характеризующиеся мощными потоками воздуха, стремящегося по спирали к перемещающемуся в пространстве центру, носят название циклонов. Циклоны отличаются неустойчивой погодой и большим количеством осадков.

9. Пожары относятся к числу важных абиотических факторов, влияющих нахарактер образующихся в экосистеме сообществ. Пожары как экологический фактор бывают различных типов и оставляют после себя различные последствия. Верховые или дикие пожары, то есть очень интенсивные и не поддающиеся сдерживанию, разрушают всю растительность и всю органику почвы. Они оказывают лимитирующее воздействие на большинство организмов - биотическому сообществу приходится начинать все сначала, с того немногого, что осталось, и должно пройти много лет, пока участок снова станет продуктивным. Низовые пожары, напротив, обладают избирательным действием: для одних организмов они оказываются более лимитирующим, для других - менее лимитирующим фактором и таким образом способствуют развитию организмов с высокой толерантностью (устойчивостью) к пожарам. Кроме того, небольшие низовые пожары, дополняя действие бактерий, разлагая умершие растения и ускоряя превращение минеральных элементов питания в форму, пригодную для использования новыми поколениями растений. Если низовые пожары случаются регулярно раз в несколько лет, на земле остается мало валежника, что снижает вероятность возгорания крон. В лесах, не горевших более 60 лет, накапливается столько горючей подстилки и отмершей древесины, что при ее воспламенении верховой пожар почти неизбежен. В лесах, где пожары встречаются регулярно, деревья обычно имеют толстую кору, которая делает их более устойчивыми к огню. Шишки некоторых сосен, например сосны Банкса, лучше всего освобождают семена, когда нагреваются до определенной температуры. Таким образом, семена высеваются в то время, когда другие растения, конкурирующие с ними за жизненное пространство, гибнут в пожарах. Широколиственные породы лишены защитных приспособлений от огня и пожар для них губителен.

Таким образом, пожары поддерживают устойчивость лишь некоторых экосистем. Листопадным и влажным тропическим лесам, равновесие в которых складывалось без влияния огня, даже низовой пожар может причинить большой ущерб, разрушив богатый гумусом верхний горизонт почвы, приведя к эрозии и вымыванию из нее биогенных веществ.

Эдафические (почвенные) факторы.

Почва — это рыхлый поверхностный горизонт суши, способный производить урожай растений. Таким образом, важнейшее свойство почвы — плодородие. Плодородие определяется физическими и химическими свойствами почвы, которые в совокупности образуют группу эдафогенных (или эдафических) факторов.

Почва — трехфазная среда, включающая твердые, жидкие и газообразные компоненты. Она представляет собой продукт физического, химического и биологического преобразования горных пород, т.е. формируется в результате сложного взаимодействия климата, растений, животных и микроорганизмов. Сама почва постоянно развивается и изменяется, вследствие чего существует большое разнообразие ее типов.

Одна из наиболее важных физических свойств почвы — ее механический состав, т.е. содержание частиц разной величины. Установлены четыре градации механического состава: песок, супесь, суглинок и глина. От механического состава зависят водопроницаемость почвы, ее способность удерживать влагу, проникновение в нее корней растений и др. Каждая почва характеризуется плотностью, тепловыми (теплопоглотительная способность, теплоемкость, теплопроводность) и водными (влагоемкость, влагопроницаемость и др.) свойствами. Большое значение для почвы имеет аэрация, т.е. насыщенность ее воздухом и способность к такому насыщению.

Химические свойства почвы зависят от содержания минеральных веществ, которые находятся в ней в виде растворенных ионов. Некоторые ионы являются для растении ядом, другие — жизненно необходимы. Концентрация в почве ионов водорода (рН) в среднем близка к нейтральному значению. Флора таких почв особенно богата видами. Известковые и засоленные почвы имеют рН 8 — 9, а торфяные — до 4. На этих почвах развивается специфическая растительность.

Видовой состав флоры и фауны почвы. В почве обитает множество видов растительных и животных организмов, влияющих на ее физико-химические характеристики: бактерии, водоросли, грибы или простейшие одноклеточные, черви и членистоногие.

В почве осуществляются процессы синтеза, биосинтеза, протекают разнообразные химические реакции преобразования веществ, связанные с жизнедеятельностью бактерий. Одни бактерии участвуют только в цикле превращения одного элемента, например серы, другие — в циклах превращения многих элементов, таких, как углерод, азот, фосфор и кальций. Основные биохимические процессы окисления протекают в верхнем слое почвы толщиной до 0,4 м, так как в нем обитает наибольшее количество микроорганизмов. Если бактерии минерализуют органическое вещество, то простейшие уничтожают избыточное количество бактерий. Дождевые черви, личинки жуков, клещи разрыхляют почву и этим способствуют ее аэрации. Кроме того, они перерабатывают трудно расщепляемые органические вещества (целлюлозу, хитин, кератин).

Химический состав почвы также способствует развитию определенных видов растений.

Дата добавления: 2014-10-15