Температура

Вода

Світло

Абіотичні екологічні фактори

Фактори можуть діяти як у локальних, так і у глобальних масштабах. Вузьку локальну дію мають фактори, вплив яких обмежений якоюсь однією територією, невеликою за площею. Низка істотних екологічних факторів має планетарно-космічний масштаб та регулювальний характер. їх циклічність у часі організми використовують як сигнали для початку тих чи інших фізіологічних процесів. Одним з таких факторів є довжина дня, або фотоперіод: багато рослин починають цвісти, коли довжина дня зростає до певної величини, а перелітні птахи, навпаки, починають свої осінні міграції при зменшенні фотоперіоду.

У природі важко відокремити дію одного абіотичного фактора від іншого, оскільки організми завжди відчувають їх сумісний вплив. У наземних екосистемах найважливішими лімітуючими екологічними факторами є світло, температура і вода. У водному середовищі до цих факторів додаються солоність (у морі), а у прісних водоймах - вміст кисню.

Цей абіотичний фактор має фундаментальне екологічне значення. Без нього не можлива фотосинтетична діяльність зелених рослин, тоді як прямий вплив світла на цитоплазму є смертельним. Морфологія рослин, структура рослинного покриву організовані саме для найбільш ефективного сприймання світлової енергії. Терміном "світло" в екології позначається увесь діапазон сонячного випромінювання, тобто потік енергії у межах довжини хвиль від 0,05 до 3000 нм (1 нанометр дорівнює 10~6 мм). Сонце випромінює у космічний простір величезну кількість енергії, і хоча на Землю потрапляє лише одна двомільйонна його частина, цього вистачає на обігрів та освітлення всієї планети.

Із сонячним світлом пов'язана активність рослин і тварин. Реакція організмів на добовий ритм освітлення називається фотоперіодизмом (від грец. photos - світло, periods - чергування). Зміна довжини світлового дня є єдиним точним сигналом наближення зими або весни; погодні ж умови часто є хибними. Саме тому рослини реагують на довжину світлового дня і не розпускають листя під час зимової відлиги або не переходять до листопаду під час короткотермінових літніх заморозків. Освітленість і фотоперіодизм мають певне значення і для розвитку багатьох тварин. Наприклад, добре відомі тварини з чітко вираженою денною та нічною активністю. Періодичність освітлення протягом усієї еволюції залишається найбільш постійним сигналом, який точно відтворюється. Саме тому у природі режим освітлення, співвідношення тривалості дня і ночі є найважливішим "синхронізатором" добових, сезонних та інших ритмів життєдіяльності.

Якщо регулювати фотоперіод, знаючи ту чи іншу реакцію видів на тривалість освітлення, можна впливати на продуктивність тварин, терміни линьки, розмноження тощо. Наприклад, якщо взимку забезпечити лісову куницю додатковим освітленням, то можна на чотири місяці скоротити (тобто прискорити) терміни її спаровування і народження дитинчат. У різних проявах добової і сезонної активності організмів, окрім світла, беруть участь багато інших факторів (температура, вологість), але вплив світла є провідним. Саме тривалість освітленого періоду, тобто фотоперіод, є сигналом для перебігу процесів життєдіяльності у організмів протягом різних пір року.

За реакцією на світловий режим рослин виокремлюють такі групи: світлолюбні (геліофіли), тіньолюбні (сціофіли), тіньовитривалі (факультативні геліофіли). Тварин за їх активністю і рухливістю поділяють, як правило, на денних, нічних і сутінкових.

Сприйняття тваринами спектральних відмінностей світла називається зором. Зір може бути монохромним, або чорно-білим (наприклад, у деяких черв'яків і молюсків), дихромним, або двоколірним, коли сприймається синє та червоне (у більшості ссавців), трихромним, або триколірним, - коли сприймається синє, жовте і червоне (у приматів), та тетрахромним, або чотириколірним, - коли сприймається ультрафіолетове, синє, жовте і червоне (у більшості комах, птахів, плазунів, риб та ін.). Деякі тварини (гримучі змії, комарі) сприймають ще й інфрачервоне випромінювання, яке вже є теплом, або тепловим випромінюванням.

Світло є первинним джерелом енергії, без якого неможливе життя. Але світло є не лише життєво необхідним але й лімітуючим фактором, причому як на максимальному, так і на мінімальному рівнях. Від змін довжини світлових хвиль залежить інтенсивність фотосинтезу (рис. 3.4) до оптимального світлового насичення, за межами якого відбувається зниження інтенсивності фотосинтезу.

Рис. 3.4. Процес фотосинтезу

Відомо, що живих організмів, які не містять воду, на Землі не існує. Усі процеси живлення, дихання та обміну речовин відбуваються за участю води. Екологічний фактор води на суші характеризують такі показники: її кількість; фізичний стан (рідка, пароподібна, тверда: у вигляді снігу, льоду чи граду); вологість ґрунту, глибина залягання води у ґрунті; розподіл вологи протягом року; насиченість повітря водяною парою - вологість повітря.

Для сухопутних організмів дуже важливою є вологість повітря, найбільш насиченими якою є нижні шари атмосфери (до висоти 1,5-2 км концентрується приблизно половина всієї повітряної вологи). З вологістю повітря тісно пов'язані опади - результат конденсації водяної пари. Велике значення має сезонний розподіл вологи протягом року, а також її добові коливання.

Пристосування (адаптації) організмів до умов водного режиму відображаються у їх зовнішньому вигляді, внутрішній будові, поведінці та всіх процесах життєдіяльності. Тому ці пристосування поділяють на морфологічні, фізіологічні й екологічні, у тому числі поведінкові. Наприклад, морфологічними пристосуваннями від висихання є різні особливості структури покривів (непроникність, панцирність тощо), наявність волосків і щетинок, воскового покриття та ін. Серед фізіологічних пристосувань до життя у посушливих умовах можна назвати, наприклад, запасання великої кількості води у тканинах рослин або здатність деяких тварин виділяти воду шляхом окислювальних процесів під час обміну речовин.

Пристосування поведінкового характеру надзвичайно різноманітні у тварин - це вибір місць, захищених від висихання, міграції у більш вологі шари ґрунту, заривання у підстилку та ін. Наприклад, дощові черв'яки мешкають у при поверхневих шарах ґрунту лише рано вранці і ввечері, а у спекотні дні заглиблюються майже на півметра, де ще й згортаються у тугий клубочок. Аналогічним пристосуванням є також літня сплячка - період тимчасового покою у розвитку і розмноженні у тварин та стан вимушеного покою у рослин, що є типовим у житті мешканців пустель і сухих степів.

Усі сухопутні організми за відношенням до фактора вологи поділяються на три екологічні групи: вологолюбні (гігрофіли) - мокриці, комарі, болотні рослини; сухолюбні (ксерофіли) - терміти, верблюди, саксаули, кактуси; мезофіли - ті, які віддають перевагу помірній вологості. Різняться вони і за водообміном: найбільш інтенсивний водообмін у гігрофілів - вони не витримують значного водного дефіциту та погано переживають навіть короткочасну посуху. На тимчасове висихання ґрунту або повітря рослини-гігрофіли миттєво реагують в'яненням чи загибеллю генеративних органів. Ксерофіли мають різноманітні механізми регуляції водообміну і пристосовуються до утримування води у тілі та клітинах.

Крім цього, умови водообміну у організмів визначаються вологістю їхніх місць проживання. Серед рослин залежно від їх пристосування до тих чи інших місць мешкання розрізняють такі екологічні групи: гідрофіти (мешкають у воді); гігрофіти (мешкають біля води); мезофіти (ті, що мешкають в умовах достатнього зволоження); ксерофіти (мешкають в посушливих умовах).

Гігрофітами (від грец. hydros - вологий і phyton - рослина) є ті рослини, які мешкають у місцях з багатими на вологу ґрунтами або повітрям. Вони завжди мають велике м'яке листя, товсті, майже без волосків, корінці, які поглинають воду всією своєю поверхнею.

До мезофітів - рослин помірно вологих територій -- належать багато лучних і лісових трав, майже всі листяні дерева, польові культури і бур'яни, а також яблуня, вишня, малина, виноград та ін. Всі вони мають добре розвинуту кореневу систему з волосками, листя частіше велике, м'яке, нетовсте, з помірно розвинутими тканинами. Ксерофіти - це екологічна група рослин, що пристосувалися до проживання у місцях із посушливим кліматом. У цій групі є рослини, здатні накопичувати у своїх тканинах велику кількість води (кактуси, алое, молочай); їх називають сукулентами (від лат. succulentos - соковитий, жирний). Крім сукулентів, існує інша група ксерофітів, до якої належать саксаул, верблюжа колючка, полин, ковил та ін. Вони не накопичують вологу, а випаровують її у великій кількості, постійно дістаючи з глибоких шарів ґрунту. Такі рослини називають склерофітами (від лат. skleros - твердий, phyton - рослина); вони мають тверде, сухе тіло, з великою кількістю механічної тканини, самі рослини низькорослі, але з великою підземною частиною.

Вологість повітря і ґрунту, атмосферні опади по-різному впливають на організми, залежно від супутньої дії інших факторів, особливо температури. Волога є основним фактором, який визначає поділ екосистем на лісові, степові та пустельні. Так, річна сума опадів менше 1000 мм відповідає стресовій зоні для багатьох видів дерев, межа стійкості більшості з них дорівнює 750 мм на рік. У більшості злакових ця межа приблизно дорівнює 250 мм, а кактуси та інші пустельні рослини можуть зростати навіть при 500-100 мм на рік. Відповідно у першому випадку розвиваються ліси, у другому - злакові степи, у третьому - пустелі.

Тепло - це форма кінетичної енергії, котра може перетворюватися на інші види енергії та передаватися від відносно більш нагрітого тіла до відносно більш холодного. Так, сонячна радіація, доходячи до ґрунту, нагріває його. Нагрітий ґрунт, у свою чергу, віддає частину отриманої енергії атмосфері, яка діє як екран, затримуючи енергію та частково спрямовуючи її назад. Термін "температура" виражає ступінь нагрівання тіла. Надходження тепла на земну поверхню забезпечується сонячними променями і розподіляється залежно від висоти стояння Сонця над горизонтом і кута падіння цих променів.

Екологічним фактором є не лише абсолютна кількість тепла, а і його розподіл у часі - тепловий режим. Саме він визначає добову і сезонну активність організмів. Фактор температури має чітко виражені сезонні та добові коливання. Ця дія має важливе сигнальне значення, оскільки регулює терміни активності організмів, забезпечуючи їх добовий і сезонний ритми життя.

За відношенням до фактора температури всі організми поділяють на теплолюбні (термофіли) і холодолюбні (кріофіли). Температурний оптимум більшості живих істот перебуває в межах 20-25 °С, але деякі організми мають здатність адаптуватися до дуже високої температури, наприклад, верблюжа колючка переносить нагрівання повітря до 70 °С. Більшість термофільних рослин здатні переносити дуже високу температуру. Окремі частини рослини можуть нагріватися до +60-65 °С (інколи протягом тривалого періоду), наприклад, наскельні лишайники. Найвища температура, за якої знайдено живі синьо-зелені водорості у термальних водах, +85 °С, а бактерії--1-88 °С. Вищих рослин у термальних водах немає. У природі вже при 40 °С більшість видів виявляють ознаки пригніченості. Рослини здатні витримувати і гранично низькі температури до -80 °С (водорості у товщі льоду в Антарктиді), Наприклад, у модринових лісах Якутії, де живуть вищі рослини, спостерігалась температура -65 °С.

Для тваринних організмів температурний фактор визначає швидкість перебігу біохімічних реакцій, а відповідно й активності усього організму. Зростання температури середовища може призвести до перегрівання організму й загибелі тварини, тому найважливішими є три аспекти температури як екологічного фактора: загрозливо низькі температури, загрозливо високі та проміжні. Якщо перші два інтервали температур можуть спричинити смерть, то проміжне значення охоплює зону оптимуму.

Характеризуючи температуру як екологічний фактор, слід розрізняти температуру повітря, температуру ґрунту і різницю між ними. Це особливо важливо для рослин, оскільки вони здатні поглинати поживні речовини з ґрунту лише у тому випадку, коли його температура на декілька градусів нижча за температуру повітря.

Ці три екологічних фактори - світло, вода і температура - є дуже важливими лімітуючими факторами на суходолі. А у водному середовищі (море) такими факторами стають світло, температура і солоність. У прісних водоймах головну роль може відігравати вміст кисню.

Дата добавления: 2015-05-24