Тема 3: Экологические факторы среды
Тема 1: Экология как наука
Термин «экология» появился во второй половине XIX в. В 1866 г. молодой немецкий биолог профессор Йенского университета Эрнест Геккель в своем фундаментальном труде «Всеобщая морфология организмов» впервые употребил этот термин, образованный из двух греческих корней: ойкос (oikos) – дом, жилище; логос (logos) – слово, логика, наука. Дословный перевод означает «наука о доме (жилище)». Э. Геккель писал, что экология – это наука о взаимоотношениях животных с окружающей их средой, т. е. он рассматривал экологию как область зоологии, изучающую взаимоотношения животных с живой и неживой природой.
Экология – это наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Изначально экология развивалась в рамках биологической науки, в тесной связи с другими естественными науками – геологией, географией, почвоведением, химией и др. В экологической литературе встречаются разные определения экологии как науки, но чаще всего экология квалифицируется как система научных знаний о взаимоотношениях живых организмов и среды их обитания.
В современном понимании экология – наука о закономерностях формирования, развития и устойчивого функционирования биологических систем надорганизменного уровня во взаимосвязи со средой обитания. Кроме того, данная наука позволяет определить оптимальные формы взаимоотношений природы и человеческого общества.
Биологические системы на Земле имеют строгую иерархическую структуру, определяемую уровнями организации живого вещества. В соответствии с данными уровнями экологию зачастую подразделяют на аутэкологию, синэкологию и демэкологию.
Аутэкология (греч. autos – сам) изучает взаимодействие отдельных организмов или групп этих организмов с окружающей средой. При этом изучается взаимодействие данных объектов с окружающей средой как бы в изоляции от целостной биологической системы, в которую они входят как составные части, для познания основных закономерностей этого взаимодействия. Полученные знания позволяют оценить роль одной особи или группы особей в среде обитания. Однако их недостаточно для установления основных законов функционирования различных систем надорганизменного уровня, а именно сообществ организмов различных видов во взаимодействии между собой и с абиотической средой, и биосферы в целом. Решение упомянутых проблем занимаются демэкология и синэкология.
Демэкология (греч. demos – народ,), или популяционная экология, направлена на изучение биологических систем более высокого уровня – группировок особей одного вида, совместно проживающих на определенной территории и способных к устойчивому воспроизводству (популяций). В этом разделе экологии особи рассматриваются не изолированно, а в виде взаимодействующих между собой организмов одного вида в составе популяции, исследуются условия, при которых происходит формирование популяции, изучаются внутрипопуляционные группировки, динамика численности популяции и др.
Синэкология (греч. syn – вместе), или биоценология, исследует взаимодействие сообществ организмов различных видов между собой, а также с окружающей их абиотической (неживой) средой. Сообщества и окружающая их среда образуют систему более высокого иерархического уровня: экосистему. Совокупность всех экосистем планеты образует экосистему наивысшего уровня – биосферу. Различные экосистемы и вся биосфера в целом являются также объектом изучения синэкологии.
В рамках основных разделов при исследовании конкретных групп организмов выделяют экологию животных, растений, человека и т.д., а при изучении природных комплексов – экологию водоемов, экологию суши, агроэкологию и т.д.
Ландшафтная экология – отрасль науки, раздел экологии и географии, который изучает пространственное разнообразие и элементы ландшафта (например поля, живые изгороди, группы деревьев, реки или города) и то, как их расположение воздействует на распределение и поток энергии, и индивидуумов в окружающей среде (который, в свою очередь, может непосредственно повлиять на распределение элементов).
На базе уже рассмотренных разделов экологии в последние годы сформировались и бурно развиваются два новых направления: глобальная экология и социоэкология. Объектом изучения глобальной экологии является биосфера в целом. Проблемы взаимодействия природы и общества исследует социоэкология.
С научно-практической точки зрения, экологию делят на теоретическую и прикладную. Прикладная экология – это большой комплекс дисциплин, связанных с разными отраслями деятельности человека и взаимоотношениями между человеком и природой. К основным задачам прикладной экологии относятся: изучение механизмов антропогенного воздействия на природу; разработка принципов рационального использования, сохранения и воспроизводства природных ресурсов; разработка экологических нормативов и стандартов; оптимизация инженерных решений по защите окружающей среды и др. Теоретическая экология является научной основой для прикладной экологии, так как вскрывает общие закономерности организации жизни и функционирования экологических систем и биосферы, что позволяет предотвратить негативные последствия антропогенной деятельности.
В понимании отношений человека и природы существуют разные подходы. Экоцентрический подход основан на представлении об объективном существовании единой системы, в которой все живые организмы планеты, включая человеческое общество с его техникой, технологиями, культурой, взаимодействуют между собой и окружающей средой. Прогресс цивилизации ограничивается «экологическим императивом» – безусловной зависимостью человека от состояния живой природы, требованием подчинения ее законам.
Тема 2: Основные среды жизни
Среда обитания организма – это совокупность абиотических и биотических условий его жизни. На нашей планете живые организмы освоили четыре основные среды обитания, сильно различающиеся по специфике условий. Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В последующем живые организмы овладели наземно-воздушной средой, создали и заселили почву. Четвертой специфической средой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых представляет собой целый мир для населяющих его паразитов или симбионтов.
Водная среда. Характерной чертой водной среды является ее подвижность, особенно в проточных, быстро текущих ручьях и реках. В морях и океанах наблюдаются приливы и отливы, мощные течения, штормы. В озерах вода перемещается под действием температуры и ветра. Температурный режим: отличается в воде, во-первых, меньшим притоком тепла, во-вторых, большей стабильностью, чем на суше. Часть тепловой энергии, поступающей на поверхность воды, отражается, часть расходуется на испарение. Изменение температуры в текущих водах следует за ее изменениями в окружающем воздухе, отличаясь меньшей амплитудой. Вода отличается от воздуха большей плотностью. В этом отношении она в 800 раз превосходит воздушную среду. На водные организмы большое влияние оказывают световой режим и прозрачность воды. Интенсивность света в воде сильно ослаблена, так как часть падающей радиации отражается от поверхности воды, другая поглощается ее толщей. Ослабление света связано с прозрачностью воды.
Обитатели водной среды получили в экологии общее название гидробионтов. Они населяют Мировой океан, континентальные водоемы и подземные воды. В любом водоеме можно выделить различные по условиям зоны.
Наземно-воздушная среда – самая сложная по экологическим условиям. Жизнь на суше потребовала таких приспособлений, которые оказались возможными лишь при достаточно высоком уровне организации растений и животных. Сложность структуры и условий данной среды объясняется тем, что она находится на стыке нескольких географических оболочек – гидро-, лито- и атмосферы. Поэтому организмы, обитающие в ней, испытывают влияние факторов каждой из них. Их черты строения позволяют им выдерживать резкие перепады температур, изменение химического состава воздуха и влажности. Особенности наземно-воздушной среды обитания включают несколько факторов. Во-первых, это низкий показатель плотности воздуха. Следующей особенностью является то, что воздух находится в постоянном движении. При этом атмосферное давление в этой среде характеризуется низким показателем, который в норме составляет 760 мм ртутного столба.
Почва – многофазно-твердофазная среда, включающая твердые, жидкие, газообразные компоненты и биоту (совокупность организмов). Она во многом представляет собой продукт физического, химического и биологического изменения горных пород под воздействием климата, растений, животных, микроорганизмов. Почва обладает структурированностью, имеет место вертикальный градиент проникновения света, более резкий, чем в гидросфере, и т.п.
Многие виды гетеротрофных организмов в течение всей жизни или части жизненного цикла обитают в других живых существах, тела которых служат для них средой, существенно отличающейся по свойствам от внешней. Защищенность от непосредственного воздействия факторов внешней среды, неограниченность пищевых ресурсов, но ограниченность жизненного пространства характерны для данной среды жизни. Живой организм – биологическая система, состоящая из взаимозависимых и соподчиненных элементов, взаимоотношения которых и особенности строения определены их функционированием как целого. Главные отличия живых организмов – способность к саморегуляции (сохранению строения, состава и свойств) и способность к самовоспроизведению (многократному повторению своих характеристик в поколениях). Организм может также служить средой обитания для паразитов и симбионтов. Например, человеческий организм является средой обитания для огромного числа различных симбионтов (прежде всего, нормальной микрофлоры кишечника), а нередко и паразитов (разнообразных плоских и круглых червей, простейших). Использование одних организмов другими в качестве среды обитания – древнее и широко распространенное в природе явление.
Тема 3: Экологические факторы среды
Экологический фактор – это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы. В свою очередь организм реагирует на экологический фактор приспособительными реакциями. Экологические факторы среды, с которыми связан любой организм, делятся на факторы неживой природы (абиотические) и факторы живой природы (биотические). Абиотические факторы делятся на климатические (свет, влага, давление, температура, движение воздуха); почвенные (состав, влагоемкость, плотность, воздухопроницаемость); орографические (рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона); химические (составы газового воздуха, солевой состав воды, кислотность).
Классификация экологических факторов
Экологические факторы среды, с которыми связан любой организм, делятся на 2 категории: факторы неживой природы (абиотические); факторы живой природы (биотические)
Абиотические:
• климатические (свет, влага, давление, температура, движение воздуха)
• почвенные (состав, влагоемкость, плотность, воздухопроницаемость)
• орографические (рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона)
• химические (составы газового воздуха, солевой состав воды, кислотность)
Биотические:
• фитогенные (растения)
• зоогенные (животные)
• микробиогенные (вирусы, бактерии)
• антропогенные (деятельность человека).
Абиотические факторы наземной среды
Абиотические факторы – это все множество факторов, связанных с процессами в неживой природе. К ним относятся климатические (свет, температурный режим, влажность, давление), эдафогенные (механический состав, воздухопроницаемость, плотность почвы), орографические (рельеф, высота над уровнем моря), химические (газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность), физические (шум, магнитные поля, теплопроводность, радиоактивность, космическое излучение) факторы. Такой абиотический фактор, как свет (или освещенность), определяется годовой суммарной солнечной радиацией и географическими факторами (состоянием атмосферы, характером рельефа и т.д.).
Лучистая энергия солнца
Солнечная энергия - основной источник энергии на Земле, основа существования живых организмов (процесс фотосинтеза).
Количество энергии у поверхности Земли – 21*1023 кДж (солнечная постоянная) - на экваторе. Уменьшается к полюсам примерно в 2,5 раза. Также количество солнечной энергии зависит от периода года, продолжительности дня, прозрачности атмосферного воздуха (чем больше пыли, тем меньше солнечной энергии). На основе радиационного режима выделяют климатические пояса (тундра, леса, пустыни и т. д.) (солнечная радиация).
Освещение
Определяется годовой суммарной солнечной радиацией, географическими факторами (состояние атмосферы, характер рельефа и т. д.). Свет необходим для процесса фотосинтеза, определяет сроки цветения и плодоношения растений. Растения подразделяются на:
- светолюбивые – растения открытых, хорошо освещаемых мест.
- тенелюбивые – нижние ярусы лесов (зеленый мох, лишайник).
- тепловыносливые – хорошо растут на свету, но и переносят затенение. Легко подстраиваются под световой режим.
Для животных световой режим не является таким необходимым экологическим фактором, но он необходим для ориентации в пространстве. Поэтому различные животные имеют различную конструкцию глаз. У беспозвоночных – самая примитивная, у других – очень сложная. У постоянных обитателей пещер может отсутствовать. Гремучие змеи видят ИК часть спектра, поэтому охотятся ночью.
Температура
Один из важнейших абиотических факторов, прямо или косвенно влияющий на живые организмы.
Температура непосредственно влияет на жизнедеятельность растений и животных, определяя их активность и характер существования в конкретных ситуациях.
Особенно заметное влияние оказывает температура на фотосинтез, обмен веществ, потребление пищи, двигательную активность и размножение. Например, у картофеля максимальная продуктивность фотосинтеза при +20 °С, а при t = 48 °С полностью прекращается.
В зависимости от характера теплообмена с внешней средой организмы делятся:
- Организмы, температура тела равна температуре окружающей среды, т.е. меняется в зависимости от температуры окружающей среды, нет механизма терморегуляции (эффективного) (растения, рыбы, рептилии...). Растения понижают температуру за счет интенсивного испарения, при достаточном снабжении водой в пустыне – уменьшается температура листьев на 15 °С.
- Организмы с постоянной температурой тела (млекопитающие, птицы), более высокий уровень обмена веществ. Существует теплоизоляционный слой (мех, перья, жир), температура 36-40 °C.
- Организмы с постоянной температурой (еж, барсук, медведь), период активности – постоянная температура тела, зимняя спячка – значительно уменьшается (низкие потери энергии).
Также выделяют организмы, способные переносить колебания температуры в широких пределах (лишайники, млекопитающие, северные птицы) и организмы, существующие только при определенных температурах (глубоководные организмы, водоросли полярных льдов).
Влажность атмосферного воздуха
Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (до высоты 2 км), где концентрируется до 50 % всей влаги, количество водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит от температуры воздуха.
Атмосферные осадки
Это дождь, снег, град и т.д. Осадки определяют перемещение и распространение вредных веществ в окружающей среде. В общем кругообороте воды наиболее подвижны именно атмосферные осадки, т.к. объем влаги в атмосфере меняется 40 раз за год. Основными условиями возникновения осадков являются: t воздуха, движение воздуха, рельеф.
Существуют следующие зоны в распределении осадков по земной поверхности:
- Влажная экваториальная
Осадков более 2000 мм/год, например, бассейны рек Амазонка, Конго. Максимальное количество осадков – 11684 мм/год – о. Кауан (Гавайские о-ва), 350 дней в году дождь. Здесь располагаются влажные экваториальные леса - самый богатый тип растительности (более 50 тысяч видов).
- Сухая зона тропического пояса
Осадков менее 200 мм/год. Пустыня Сахара и т.д. Минимальное количество осадков – 0,8 мм/год – пустыня Атакама (Чили, Южная Америка).
- Влажная зона умеренных широт
Осадков более 500 мм/год. Лесная зона Европы и Северная Америка, Сибирь.
- Полярная область
Незначительное количество осадков до 250 мм/год (низкая температура воздуха, низкое испарение). Арктические пустыни с бедной растительностью.
Газовый состав атмосферы
Состав ее практически постоянен и включает: N2 – 78 %, О2 – 20,9 %, СО2, аргон и другие газы, частицы воды, пыль.
Движение воздушных масс (ветер)
Максимальная скорость ветра примерно 400 км/час – ураган (штат Нью-Гемпшир, США).
Ветровой напор – направление ветра в сторону меньшего давления. Ветер переносит примеси в атмосфере.
Давление атмосферы
760 мм ртутного столба или 105 кПа.
Абиотические факторы почвенного покрова
Почва – это поверхностный слой земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействия растений, животных, микроорганизмов, горных пород и является самостоятельной экосистемой. Важнейшим свойством почвы является плодородие, то есть способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство представляет исключительную ценность для жизни человека и других организмов. Почва является составной частью биосферы, поддерживает газовый состав атмосферы и др.
Состав почвы: твердые частицы, жидкость (вода), газы (воздух – О2, СО2), растения, животные, микроорганизмы, гумус.
Толщина почвы: 0,5 м – тундра, горы; 1,5 м – на равнинах.
1 см почвы образуется примерно за 100 лет.
Типы почв:
Арктические и тундровые (гумус до 1 -3 %)
Подзолистые (хвойные леса, гумус до 4-5 %).
Черноземы (степь, гумус до 10 %).
Каштановые (в сухих степях, гумус до 4 %).
Серо-бурые (пустыни субтропические пояса, гумус 1-1,5 %).
Красноземы (влажный субтропический лес, гумус до 6 %).
Гумус – органическое вещество почвы, образующееся в результате биохимического разложения растительных и животных остатков, которое накапливается в верхнем слое почвы. Главный источник питания растений. В гумусе также накапливаются микроэлементы. В процессе эксплуатации почв количество гумуса уменьшается, поэтому необходимо вносить различные удобрения.
Физические свойства:
Механический состав – содержание частиц различного диаметра.
Плотность.
Теплоемкость, теплопроводность.
Влагоемкость, влагопроницаемость (у песка выше влагопроницаемость, у глины – влагопроницаемость).
Аэрация – способность насыщения почвы воздухом (рыхление почвы).
Химические свойства:
Химический состав:
· до 50 % SiO2 – кремнезем
· до 25 % Al2O3 – глинозем
· до 10 % – оксиды Fe
· остальное – оксиды Са, К, Mg, Р и т.д.
Кислотность
Содержание вредных веществ (пестициды, тяжелые металлы и т.д.)
Влияние кислотности на растения:
• Обитают на кислых почвах (рН < 6,7) карликовая береза, хвощ, некоторые мхи
• Нейтральные (рН 6,7 - 7,0) большинство культурных растений
• На щелочных почвах (рН > 7,0) степные и пустынные растения (лебеда, полынь...)
• Могут расти на любой почве (ландыш, вьюн, земляника лесная)
Абиотические факторы водной среды
Водная оболочка Земли называется гидросферой, и включает океаны, моря, реки, озера, болота, ледники и т. д. Вода занимает преобладающую часть биосферы Земли (71 % земной поверхности). Средняя глубина – 3554 м, вес 0,022 % веса планеты, площадь – 1350 млн. кв. км – океаны, 35 млн. кв. км – пресные воды.
Абиотические факторы водной среды – это физические и химические свойства воды как среды обитания живых организмов.
Физические свойства:
Плотность.
Плотность как экологический фактор определяет условия передвижения организмов, причем некоторые из них (головоногие моллюски, ракообразные и т.д.), обитающие на больших глубинах, могут переносить давление до 400 - 500 атмосфер. Плотность воды также обеспечивает возможность опираться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм (планктон).
Температура.
Изменение температуры в зависимости от глубины и колебания (суточные и сезонные).
Температурный режим водоемов более устойчив, чем на суше, что связано с высокой теплоемкостью воды. Например, колебания температуры верхних слоев океана 10 – 15 °С, более глубокие слои 3 – 4 °С.
Световой режим.
Играет важную роль в распределении водных организмов. Водоросли в океане обитают в освещаемой зоне, чаще всего на глубине до 40 м, если прозрачность воды велика, то и до 200 м. У Багамских островов обнаружены водоросли на глубине 265 м, а туда доходит всего 5*10-6 солнечной радиации.
С глубиной меняется и окраска животных. Наиболее ярко и разнообразно окрашены обитатели мелководной части океана. В глубоководной зоне распространена красная окраска, здесь она воспринимается, как черный цвет, что позволяет животным скрываться от врагов. В наиболее глубоководных районах Мирового океана в качестве источника света организмы используют свет, испускаемый живыми существами (биолюминесценция).
Подвижность – постоянное перемещение водных масс в пространстве.
Прозрачность.
Зависит от содержания взвешенных частиц. Самое чистое – море Уэддела в Антарктиде, видимость 80 м (прозрачность дистиллированной воды).
Химические свойства:
1. Соленость воды – содержание растворенных сульфатов, хлоридов, карбонатов. В океане 35 г/л солей. Черное море – 19 г/л.
Пресноводные виды не могут обитать в морях, а морские – в реках. Однако, такие рыбы, как лосось, сельдь всю жизнь проводят в море, а для нереста поднимаются в реки.
2. Количество растворенного О2 и СО2. О2 – для дыхания.
3. Кислая, нейтральная, щелочная среда.
Все обитатели приспособились к определенным кислотно-щелочным условиям. Их изменение в результате загрязнения может привести к гибели организмов.
Биотические факторы
Биотические факторы – это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую природу.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 1182; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!