Фактори на околната среда

Взаимодействието между човека и околната среда е било обект на изследване в медицината през цялото време. За оценка на ефектите от различни условия на околната среда беше предложен терминът „екологичен фактор“, който се използва широко в екологичната медицина.

Фактор (от лат. factor - правене, производство) е причината, движещата сила на всеки процес, явление, определяща неговия характер или определени характеристики.

Фактор на околната среда е всяко въздействие заобикаляща среда, които могат да имат директен или непряко въздействиевърху живите организми. Екологичният фактор е състояние на околната среда, на което живият организъм реагира с адаптивни реакции.

Факторите на околната среда определят условията на живот на организмите. Условията на съществуване на организмите и популациите могат да се разглеждат като регулиращи фактори на околната среда.

Не всички фактори на околната среда (например светлина, температура, влажност, наличие на соли, снабдяване с хранителни вещества и др.) са еднакво важни за успешното оцеляване на организма. Връзката на организма с околната среда е сложен процес, в който могат да бъдат идентифицирани най-слабите, „уязвими“ връзки. Факторите, които са критични или ограничаващи живота на организма, са от най-голям интерес, преди всичко от практическа гледна точка.

Идеята, че издръжливостта на тялото се определя от най-слабото му звено

всички негови нужди, е изразено за първи път от K. Liebig през 1840 г. Той формулира принцип, който е известен като закона на Liebig за минимума: „Веществото, което се намира в минимума, контролира реколтата и определя размера и стабилността на последната във времето. ”

Съвременната формулировка на закона на J. Liebig е следната: „Жизнените възможности на една екосистема са ограничени от онези фактори на околната среда, чието количество и качество са близки до необходимия минимум на екосистемата; организма или унищожаването на екосистемата.”

Принципът, първоначално формулиран от K. Liebig, понастоящем е разширен до всякакви фактори на околната среда, но е допълнен от две ограничения:

Прилага се само за системи в стационарно състояние;

Отнася се не само за един фактор, но и за комплекс от фактори, които са различни по природа и си взаимодействат във влиянието си върху организмите и популациите.

Според преобладаващите идеи, ограничаващ фактор се счита за този, при който е необходима минимална относителна промяна в този фактор, за да се постигне дадена (достатъчно малка) относителна промяна в реакцията.

Наред с влиянието на дефицит, „минимум“ фактори на околната среда, отрицателно може да бъде и влиянието на излишък, тоест максимум фактори като топлина, светлина, влага. Идеята за ограничаващото влияние на максимума, заедно с минимума, е въведена от В. Шелфорд през 1913 г., който формулира този принцип като „закон за толерантност“: Ограничаващият фактор в просперитета на един организъм (вид) може да бъде както минималното, така и максималното въздействие върху околната среда, диапазонът между които определя степента на издръжливост (толерантност) на тялото по отношение на този фактор.

Законът за толерантността, формулиран от В. Шелфорд, беше допълнен от редица разпоредби:

Организмите могат да имат широк диапазон на толерантност към един фактор и тесен диапазон към друг;

Най-разпространени са организмите с широк диапазон на толерантност;

Диапазонът на толерантност към един фактор на околната среда може да зависи от други фактори на околната среда;

Ако условията за един фактор на околната среда не са оптимални за даден вид, това също се отразява на диапазона на толерантност към други фактори на околната среда;

Границите на поносимост зависят значително от състоянието на организма; По този начин границите на толерантност за организмите по време на репродуктивния период или в ранен стадий на развитие обикновено са по-тесни, отколкото за възрастните;

Диапазонът между минимума и максимума на факторите на околната среда обикновено се нарича граници или диапазон на толерантност. За да се обозначат границите на толерантност към условията на околната среда, се използват термините "еврибионт" - организъм с широка граница на толерантност - и "стенобионт" - с тясна.

На ниво съобщества и дори видове е известно явлението факторна компенсация, което се разбира като способност за адаптиране (адаптиране) към условията на околната среда по такъв начин, че да се отслаби ограничаващото влияние на температурата, светлината, водата и други физически фактори. Видовете с широко географско разпространение почти винаги образуват адаптирани към местните условия популации - екотипове. По отношение на хората съществува терминът екологичен портрет.

Известно е, че не всички природни фактори на околната среда са еднакво важни за човешкия живот. По този начин най-значимите се считат за интензивността на слънчевата радиация, температурата и влажността на въздуха, концентрацията на кислород и въглероден диоксид в приземния слой на въздуха и химичния състав на почвата и водата. Най-важният екологичен фактор е храната. За поддържане на живота, за растеж и развитие, възпроизводство и запазване на човешката популация е необходима енергия, която се получава от околната среда под формата на храна.

Има няколко подхода за класифициране на факторите на околната среда.

По отношение на организма факторите на средата се делят на: външни (екзогенни) и вътрешни (ендогенни). Смята се, че външните фактори, действащи върху тялото, сами по себе си не подлежат или почти не подлежат на неговото влияние. Те включват фактори външна среда.

Външните фактори на околната среда по отношение на екосистемата и живите организми са въздействия. Реакцията на екосистемата, биоценозата, популациите и отделните организми на тези въздействия се нарича реакция. Естеството на отговора на въздействието определя способността на тялото да се адаптира към условията на околната среда, да се адаптира и да придобие устойчивост на влиянието различни факториоколната среда, включително неблагоприятни въздействия.

Има и такова нещо като летален фактор (от латински - letalis - смъртоносен). Това е фактор на околната среда, чието действие води до смъртта на живите организми.

Когато се достигнат определени концентрации, много химически и физически замърсители могат да бъдат смъртоносни.

Вътрешни факторикорелират със свойствата на самия организъм и го формират, т.е. влизат в състава му. Вътрешни фактори са числеността и биомасата на популациите, броят на разн химически вещества, характеристики на водната или почвената маса и др.

Според критерия "живот" факторите на околната среда се делят на биотични и абиотични.

Последните включват неживи компоненти на екосистемата и нейната външна среда.

Абиотичните фактори на околната среда са компоненти и явления от нежива, неорганична природа, които пряко или косвено влияят върху живите организми: климатични, почвени и хидрографски фактори. Основните абиотични фактори на околната среда са температура, светлина, вода, соленост, кислород, електромагнитни характеристики, почвата.

Абиотичните фактори се делят на:

Физически

химически

Биотичните фактори (от гръцки biotikos - живот) са фактори на жизнената среда, които влияят върху живота на организмите.

Биотичните фактори се делят на:

фитогенни;

микробиогенен;

зоогенни:

Антропогенен (социокултурен).

Действието на биотичните фактори се изразява под формата на взаимно влияние на едни организми върху жизнената дейност на други организми и всички заедно върху местообитанието. Има: преки и непреки връзки между организмите.

През последните десетилетия все по-често се използва терминът антропогенни фактори, т.е. причинени от човека. Антропогенните фактори се противопоставят на природните или естествените фактори.

Антропогенният фактор е съвкупност от фактори на околната среда и въздействия, причинени от човешката дейност в екосистемите и биосферата като цяло. Антропогенният фактор е прякото въздействие на хората върху организмите или въздействието върху организмите чрез човешка промяна на техните местообитания.

Факторите на околната среда също се разделят на:

1. Физически

Естествено

Антропогенен

2. Химически

Естествено

Антропогенен

3. Биологичен

Естествено

Антропогенен

4. Социални (социално-психологически)

5. Информационен.

Екологичните фактори се делят още на климатогеографски, биогеографски, биологични, както и на почвени, водни, атмосферни и др.

Физически фактори.

Физическите природни фактори включват:

Климат, включително местен микроклимат;

Геомагнитна активност;

Естествен радиационен фон;

Космическа радиация;

Терен;

Физическите фактори се делят на:

Механични;

Вибрация;

акустични;

ЕМ радиация.

Физически антропогенни фактори:

Микроклимат на населени места и помещения;

Замърсяване на околната среда с електромагнитни лъчения (йонизиращи и нейонизиращи);

Шумовото замърсяванезаобикаляща среда;

Топлинно замърсяване на околната среда;

Деформация видима среда(промени в терена и цветова гамав населените места).

Химични фактори.

Естествените химични фактори включват:

Химичен състав на литосферата:

Химичен състав на хидросферата;

химически атмосферен състав,

Химичен състав на храната.

Химичният състав на литосферата, атмосферата и хидросферата зависи от естествен състав+ отделяне на химикали в резултат на геоложки процеси (например примеси от сероводород в резултат на изригване на вулкан) и жизнената активност на живите организми (например фитонциди, терпени във въздуха).

Антропогенни химични фактори:

битови отпадъци,

Индустриални отпадъци,

Синтетични материали, използвани в бита, селското стопанство и индустриално производство,

Продукти на фармацевтичната индустрия,

Хранителни добавки.

Действие химични факторивърху човешкото тяло може да се дължи на:

Излишък или дефицит на естествени химически елементи V

среда (естествени микроелементи);

Прекомерно съдържание на естествени химични елементи в околната среда

среда, свързана с човешка дейност (антропогенно замърсяване),

Наличието в околната среда на необичайни за него химични елементи

(ксенобиотици) поради антропогенно замърсяване.

Биологични фактори

Биологичните или биотичните (от гръцки biotikos - живот) факторите на околната среда са фактори на жизнената среда, които влияят върху жизнената активност на организмите. Действието на биотичните фактори се изразява под формата на взаимно влияние на едни организми върху жизнената активност на други, както и съвместното им влияние върху местообитанието.

Биологични фактори:

бактерии;

растения;

протозои;

насекоми;

Безгръбначни (включително хелминти);

Гръбначни.

Социална среда

Човешкото здраве не се определя изцяло от биологични и психологически свойства. Човекът е социално същество. Той живее в общество, управлявано от държавни закони, от една страна, и от друга, от т. нар. общоприети закони, морални насоки, правила на поведение, включително такива, включващи различни ограничения и т.н.

Обществото става все по-сложно всяка година и оказва все по-голямо влияние върху здравето на индивида, населението и обществото. За да се възползва от предимствата на цивилизованото общество, човек трябва да живее в строга зависимост от приетия в обществото начин на живот. За тези облаги, често много съмнителни, индивидът плаща с част от свободата си или напълно с цялата си свобода. Но човек, който не е свободен и зависим, не може да бъде напълно здрав и щастлив. Част от човешката свобода, дадена на едно технокритично общество в замяна на предимствата на цивилизования живот, постоянно го държи в състояние на нервно-психическо напрежение. Постоянният нервно-психичен стрес и пренапрежение води до намаляване на психическата стабилност поради намаляване на резервните възможности нервна система. Освен това има много социални фактори, които могат да доведат до нарушаване на адаптивните способности на човек и развитие на различни заболявания. Те включват социални безредици, несигурност за бъдещето и морално потисничество, които се считат за водещи рискови фактори.

Социални фактори

Социалните фактори се делят на:

1. социална система;

2. производствен сектор (индустрия, селско стопанство);

3. битова сфера;

4. образование и култура;

5. население;

6. Зоопарк и медицина;

7. други сфери.

Съществува и следното групиране на социални фактори:

1. Социална политика, формиране на социотипа;

2. Социална сигурност, което има пряко въздействие върху формирането на здравето;

3. Екологична политика, която формира екотипа.

Социотипът е косвена характеристика на интегралния социален товар, основан на съвкупността от фактори в социалната среда.

Социотипът включва:

2. условията на труд, отдих и ежедневие.

Всеки фактор на околната среда по отношение на човек може да бъде: а) благоприятен - допринасящ за неговото здраве, развитие и реализация; б) неблагоприятни, водещи до неговото заболяване и деградация, в) оказващи влияние и от двата вида. Също толкова очевидно е, че в действителност повечето въздействия принадлежат към последния тип, като имат както положителни, така и отрицателни страни.

В екологията има закон за оптимума, според който всяка околна среда

факторът има определени граници на положително влияние върху живите организми. Оптималният фактор е интензитетът на фактора на околната среда, който е най-благоприятен за тялото.

Въздействията също могат да варират по мащаб: някои засягат цялото население на страната като цяло, други - жителите на определен регион, трети - изолирани от демографски характеристикигрупи, четвърто - отделен гражданин.

Взаимодействието на факторите е едновременното или последователно общо въздействие върху организмите на различни природни и антропогенни фактори, което води до отслабване, засилване или изменение на действието на отделен фактор.

Синергизмът е комбинираното въздействие на два или повече фактора, характеризиращо се с това, че техният комбиниран биологичен ефект значително надвишава ефекта на всеки компонент и тяхната сума.

Трябва да се разбере и помни, че основната вреда за здравето се причинява не от отделни фактори на околната среда, а от общото интегрирано натоварване на околната среда върху тялото. Състои се от натоварване на околната среда и социално натоварване.

Натоварването на околната среда е съвкупност от фактори и условия на естествената и създадена от човека среда, неблагоприятни за човешкото здраве. Екотипът е косвена характеристика на интегралното натоварване на околната среда, базирана на комбинация от естествени и създадени от човека фактори на околната среда.

Оценките на екотипа изискват хигиенни данни за:

Качеството на жилищата,

Пия вода,

Въздух,

почви, храна,

лекарства и др.

Социалното бреме е съвкупност от фактори и условия на социалния живот, неблагоприятни за човешкото здраве.

Фактори на околната среда, формиращи общественото здраве

1. Климатични и географски характеристики.

2. Социално-икономически характеристики на мястото на пребиваване (град, село).

3. Санитарно-хигиенни характеристики на околната среда (въздух, вода, почва).

4. Особености на храненето на населението.

5. Характеристики трудова дейност:

Професия,

Санитарно-хигиенни условия на труд,

Наличие на професионални рискове,

Психологически микроклимат в службата,

6. Фактори на семейството и домакинството:

Състав на семейството,

Естеството на жилището

Среден доход на 1 член на семейството,

Организация на семейния живот.

Разпределение на извънработното време,

Психологически климат в семейството.

Показатели, характеризиращи отношението към здравословното състояние и определящи активността за поддържането му:

1. Субективна оценкасобствено здраве (здрав, болен).

2. Определяне на мястото на личното здраве и здравето на членовете на семейството в системата на индивидуалните ценности (йерархия на ценностите).

3. Осъзнаване на факторите, допринасящи за запазване и укрепване на здравето.

4. Наличност лоши навиции зависимости.

Терминът "екология" е въведен в науката от немския учен Ернст Хекел през 1869 г. Формално определение е доста лесно да се даде, тъй като думата "екология" произлиза от гръцките думи "oikos" - жилище, подслон и "логос" - наука. Поради това екологията често се определя като наука за връзките между организми или групи от организми (популации, видове) с тяхната среда. С други думи, предметът на екологията е съвкупност от връзки между организмите и условията на тяхното съществуване (околна среда), от които зависи успехът на тяхното оцеляване, развитие, възпроизводство, разпространение и конкурентоспособност.

В ботаниката терминът "екология" е използван за първи път от датския ботаник Е. Уорминг през 1895 г.

В широк смисъл средата (или околната среда) се разбира като набор от материални тела, явления и енергия, вълни и полета, които по един или друг начин влияят. Различните среди обаче далеч не се възприемат еднакво от живия организъм, тъй като значението им за живота е различно. Сред тях има практически безразлични към растенията, например инертни газове, съдържащи се в атмосферата. Други елементи на околната среда, напротив, имат забележим, често значителен ефект върху растението. Те се наричат ​​фактори на околната среда. Това са например светлината, водата в атмосферата и в почвата, въздухът, засоляването на подземните води, естествената и изкуствената радиоактивност и др.). Със задълбочаването на нашите познания списъкът на факторите на околната среда се разширява, тъй като в някои случаи се открива, че растенията са в състояние да реагират на елементи от околната среда, които преди са се считали за безразлични (например магнитно поле, излагане на силен шум, електрически полетаи т.н.).

Класификация на факторите на околната среда

Факторите на околната среда могат да бъдат класифицирани в различни концептуални координатни системи.

Има например ресурсни и нересурсови фактори на околната среда. Ресурсните фактори са вещество и (или) включени в биологичния цикъл от растителната общност (например светлина, вода, съдържание на минерални хранителни елементи в почвата и др.); Съответно, нересурсните фактори не участват в циклите на трансформация на материя и енергия и екосистеми (например релеф).

Има и преки и непреки фактори на околната среда. Първите влияят пряко върху метаболизма, процесите на морфогенеза, растежа и развитието (светлина), вторите влияят върху тялото чрез промени в други фактори (например трансабиотични и трансбиотични форми на взаимодействие). Тъй като в различни екологични ситуации много фактори могат да действат както пряко, така и непряко, по-добре е да говорим не за разделянето на факторите, а за тяхното пряко или косвено въздействие върху растението.

Най-широко използваната класификация на факторите на околната среда според техния произход и характер на действие е:

I. Абиотични фактори:

а) климатични - светлина, топлина (нейният състав и движение), влага (включително валежите в различни форми, влажност на въздуха) и др.;

б) едафични (или почвено-почвени) - физични (гранулометричен състав, водопропускливост) и химични (рН на почвата, съдържание на елементи на минерално хранене, макро- и микроелементи и др.) свойства на почвите;

в) топографски (или орографски) - релефни условия.

II. Биотични фактори:

а) фитогенни - пряко и косвено въздействие на съжителстващите растения;

б) зоогенни - пряко и непряко влияние на животните (изяждане, утъпкване, копаене, опрашване, разпространение на плодове и семена);

в) прокариотогенни фактори - влиянието на бактерии и синьо-зелени водорасли (отрицателни ефекти на фитопатогенни бактерии, положителни ефекти на свободно живеещи и симбиотично свързани азотфиксиращи бактерии, актиномицети и цианиди);

Повече за биотичните фактори можете да прочетете в статията

Специфичните форми на човешкото въздействие върху растителността, тяхната посока и мащаб позволяват да се идентифицират антропогенните фактори.

III. Антропогенни фактори, свързани с многостранни форми на човешка селскостопанска дейност (паша, сенокос), промишлени дейности (газови емисии, строителство, минно дело, транспортни комуникации и тръбопроводи), изследване на космоса и развлекателни дейности.

Тази проста класификация не отговаря на всичко, а само на основните фактори на околната среда. Има други растения, които са по-малко важни за живота (атмосферното електричество, магнитното поле на Земята, йонизиращо лъчениеи т.н.).

Нека отбележим обаче, че горното разделение е до известна степен произволно, тъй като (и това е важно да се подчертае както теоретично, така и практически) околната среда влияе върху организма като цяло, а разделянето на факторите и тяхната класификация не е нищо повече отколкото методическа техника, улесняваща познаването и изучаването на моделите на взаимоотношения между растенията и околната среда.

Общи закономерности на влияние на факторите на околната среда

Влиянието на факторите на околната среда върху живия организъм е много разнообразно. Някои фактори – водещи – въздействат по-силно, други – второстепенни – въздействат по-слабо; Някои фактори влияят на всички аспекти от живота на растението, други влияят върху всеки специфичен жизнен процес. Въпреки това е възможно да си представим обща диаграма на зависимостта на реакцията на тялото под въздействието на фактор на околната среда.

Ако интензитетът на фактора във физическото му изражение се нанесе по абсцисната ос (X) ( , концентрация на соли в почвения разтвор, pH, осветеност на местообитанието и др.), а по ординатната ос (Y) - реакция на организма или популацията към този фактор в неговото количествено изражение (интензивност на определен физиологичен процес - фотосинтеза, поглъщане на вода от корените, растеж и др.; морфологични характеристики - височина на растението, размер на листата, брой произведени семена и др.); характеристики на популацията - брой индивиди на единица площ, честота на срещане и др.), получаваме следната картина.

Обхватът на действие на фактор на околната среда (областта на толерантност на даден вид) е ограничен от минималните и максималните точки, които съответстват на екстремните стойности на този фактор, при които е възможно съществуването на растението. Точката на оста x, съответстваща на най-добрите показатели за ефективност на инсталацията, означава оптималната стойност на фактора - това е оптималната точка. Поради затруднения в точно определениеЗа тази точка обикновено се говори като за определена оптимална зона или зона на комфорт. Точките на оптимум, минимум и максимум представляват три кардинални точки, които определят възможността за реакция на даден вид към даден фактор. Крайните участъци на кривата, изразяващи състоянието на потиснатост с рязък дефицит или излишък на фактор, се наричат ​​области на песимума; те съответстват на песималните стойности на фактора. В близост до критичните точки има сублетални стойности на фактора, а извън зоната на толерантност има летални стойности.

Видовете се различават един от друг по позицията на оптимума в рамките на градиента на екологичния фактор. Например отношението към топлината при арктическите и тропическите видове. Ширината на обхвата на действие на фактора (или оптималната зона) също може да бъде различна. Има видове, например, за които е оптимално ниско нивоосветление (пещерни бриофити) или относително високо нивоосветление (високопланински растения). Но има и известни видове, които растат еднакво добре както при пълно осветление, така и при значително засенчване (например таралежът - Dactylis glomerata).

По същия начин някои ливадни треви предпочитат почви с определен, доста тесен диапазон на киселинност, докато други растат добре в широк диапазон на pH - от силно киселинно до алкално. Първият случай показва тясна екологична амплитуда на растенията (те са стенобионтни или стенотопни), вторият - широка екологична амплитуда (растенията са еврибионтни или евритопни). Между категориите евритоп и стенотоп има редица междинни качествени категории (хемиевритоп, хемистенотоп).

Ширината на екологичната амплитуда по отношение на различните фактори на околната среда често е различна. Възможно е да бъдете стенотопни по отношение на един фактор и евритопни по отношение на друг: например растенията могат да бъдат ограничени до тесен диапазон от температури и широк диапазон от соленост.

Взаимодействие на факторите на околната среда

Факторите на околната среда влияят върху растението съвместно и едновременно, като действието на един фактор до голяма степен зависи от „екологичния фон“, т.е. от количественото изразяване на други фактори. Този феномен на взаимодействие на фактори е ясно илюстриран от примера на експеримент с водния мъх Fontinalis. Този експеримент ясно показва, че осветяването има различен ефект върху интензивността на фотосинтезата при различно съдържание на CO 2 .

Експериментът показва също, че подобен биологичен ефект може да се получи чрез частично заместване на действието на един фактор с друг. По този начин същата интензивност на фотосинтезата може да се постигне или чрез увеличаване на осветеността до 18 хиляди лукса, или при по-ниска осветеност чрез увеличаване на концентрацията на CO 2.

Тук се проявява частичната взаимозаменяемост на действието на един фактор на средата с друг. В същото време нито един от необходимите фактори на околната среда не може да бъде заменен с друг: зелено растение не може да се отглежда в пълна тъмнина, дори при много добро минерално хранене или с дестилирана вода при оптимални термични условия. С други думи, има частична заменимост на основните фактори на околната среда и в същото време тяхната пълна незаменимост (в този смисъл понякога се казва, че те са с еднакво значение за живота на растението). Ако стойността на поне един от необходимите фактори надхвърли диапазона на толерантност (под минимума и над максимума), тогава съществуването на организма става невъзможно.

Ограничаващи фактори

Ако някой от факторите, съставляващи условията за съществуване, има песимална стойност, тогава той ограничава действието на останалите фактори (колкото и благоприятни да са те) и определя крайния резултат от действието на околната среда върху растението. Този краен резултат може да бъде променен само чрез повлияване на ограничаващия фактор. Този „закон за ограничаващия фактор“ е формулиран за първи път в селскостопанската химия от немския селскостопански химик, един от основателите на селскостопанската химия, Юстус Либих през 1840 г. и затова често се нарича закон на Либих.

Той забеляза, че ако има дефицит на един от необходимите химически елементи в почвата или хранителния разтвор, никакви торове, съдържащи други елементи, нямат ефект върху растението и само добавянето на „минимални йони“ дава увеличение на добива. Многобройни примери за действието на ограничаващи фактори не само в експеримента, но и в природата показват, че това явление има общоекологично значение. Един пример за действието на „закона за минимума“ в природата е потискането на тревисти растения под короната на буковите гори, където при оптимални топлинни условия, повишено съдържание на въглероден диоксид, достатъчно богати почви и други оптимални условия, възможностите за развитието на тревите са ограничени от рязка липса на светлина.

Идентифицирането на „минималните фактори“ (и най-много) и елиминирането на ограничаващия им ефект, с други думи, оптимизирането на околната среда за растенията, представлява важна практическа задача при рационалното използване на растителността.

Аутекологична и синекологична зона и оптимум

Отношението на растенията към факторите на околната среда тясно зависи от влиянието на други обитатели на растенията (предимно от конкурентните отношения с тях). Често има ситуация, при която даден вид може успешно да расте в широк диапазон на действие на някакъв фактор (който се определя експериментално), но наличието на силен конкурент го принуждава да бъде ограничен до по-тясна зона.

Например, белият бор (Pinus sylvestris) има много широк екологичен диапазон по отношение на почвените фактори, но в зоната на тайгата той образува гори главно върху сухи, бедни песъчливи почви или върху силно наводнени торфища, т.е. там, където няма конкурентни дървета видове. Тук действителната позиция на оптимумите и областите на толерантност е различна за растения, които изпитват или не изпитват биотично влияние. В тази връзка се прави разлика между екологичния оптимум на даден вид (при липса на конкуренция) и фитоценотичния оптимум, който съответства на действителното положение на вида в ландшафта или биома.

В допълнение към оптималното положение се разграничават границите на издръжливост на вида: екологичният ареал (потенциалните граници на разпространението на вида, определени само от връзката му с даден фактор) и действителният фитоценотичен ареал.

Често в този контекст те говорят за потенциален и действителен оптимум и диапазон. IN чужда литератураТе също така пишат за физиологичния и екологичен оптимум и местообитание. По-добре е да говорим за аутекологичен и синекологичен оптимум и ареал на вида.

За различните видове съотношението на екологични и фитоценотични ареали е различно, но екологичният ареал винаги е по-широк от фитоценотичния ареал. В резултат на взаимодействието на растенията се получава стесняване на диапазона и често изместване на оптимума.

Фактори на околната среда- свойства на местообитанието, които имат някакъв ефект върху тялото. Например наличието на минерали, достъп на кислород, влажност на почвата, температура на почвата, рохкавост на почвата. Индиферентни елементи на околната среда, например инертни газове, не са фактори на околната среда.

режими

По естеството на въздействието

• Директно актьорско майсторство
• Косвено действащ
• Условно валиден- влиянието на елементите на екосистемата (биогеоценоза), засилено или отслабено от действието на други фактори на околната среда

По произход

• Абиотичен- фактори на неживата природа:
  • климатични
  • едафичен (едафогенен)
  • орографски
  • химически
  • физически: шум, магнитни полета, топлопроводимост и топлинен капацитет, радиоактивност, интензитет на слънчевата радиация ***** хидрографски: плътност на водата, течение, прозрачност и др.
    • пирогенен: пожарни фактори[ източникът не е посочен 824 дни] (Одум, 1975, 1986)
• Биотичен
  • фитогенен- влияние на растенията
  • микогенен- влияние на гъбите
  • зоогенен- влияние на животни
  • микробиогенен- влияние на микроорганизми
• Антропогенен (антропен) фактор:
  • През 1912 г. руският учен проф. Г. Ф. Морозов в книгата си „Изследване на горите“ определя човешкото въздействие върху природата като отделен фактор на околната среда и го разделя според естеството на въздействието върху природната среда на пряко, косвено и условно антропогенно въздействие [Морозов, 1949].
  • Пряко антропогенно въздействие– пряко влияние на човека върху компонентите на екосистемата (биогеоценоза). Това включва бране на горски плодове, гъби, изсичане на дървета и др.
  • Непряко антропогенно въздействие– човешко влияние през междинното ниво. Това е промяна в нивото на подземните води, промяна температурен режим, радиационно замърсяване и др.
  • Условно антропогенно въздействиее влиянието на биотичните и абиотични фактори, засилени или отслабени от човешкото влияние.
  • През 1981 г. определението „Антропогенен фактор [антропогенно въздействие] е всяко въздействие върху околната [естествена] среда, свързано както със съзнателна, така и с несъзнателна човешка дейност, което води до количествени и качествени промени в нейните компоненти [Popa, 1981].
  • През 2011 г. беше публикувана скала на антропогенна дигресия на биогеоценози (екосистеми), разработена на примера на широколистни гори от степната зона, включваща 12 етапа на унищожаване на природната среда от човека от състоянието на условно ненарушени екосистеми до етапа на пълна загуба на жизнени функции от биогеоценозите [Popa, 2011].

Чрез харчене

• Ресурси
• Условия

По посока

• Векторизирано
• Многогодишно-цикличен

• Монодоминантност
• Синергия
• Антагонизъм
• Провокативност

екстремни стойности

Жизнена крива на многогодишно растение. Едногодишните растения не са в състояние да преминат в латентно състояние и тяхната зона на живот съвпада със зоната на жизнена активност.

пластмаса

жизнена крива точкиИ зони:

• Кардинални точки:
  • точки минимум И максимум
  • точка оптимално
• Зони:
  • зона оптимално
  • зони песимум
  • зона жизненоважна дейност
  • зони мир
  • зона живот

норма на реакция

изобилиеили честота на поява

Библиография

• Sahney, S., Benton, M.J. и Фери, P.A. (2010). „Връзки между глобалното таксономично разнообразие, екологичното разнообразие и експанзията на гръбначните животни на сушата“ (PDF). Писма по биология 6 (4): 544–547. DOI:10.1098/rsbl.2009.1024. PMID 20106856.
• Дейвид Л. Хоксуърт.Биологично разнообразие и опазване в Европа. - Springer, 2008. - P. 3390. - ISBN 1402068646..
• Бамптън, М. „Антропогенна трансформация“ в Енциклопедия на науката за околната среда, Д. Е. Александър и Р. У. Феърбридж, Академични издатели Kluwer, Дордрехт, Холандия.
• Червей, Борис (2006-11-03). „Въздействие на загубата на биоразнообразие върху океанските екосистемни услуги.“ Наука 314 (5800): 787–790. DOI:10.1126/наука.1132294. PMID 17082450.
• Морозов Г.Ф. Учение за гората. 7-мо издание. М.: Гослесбумиздат, 1949. 455 с.
• Popa Yu.N Антропогенна трансформация на горски биогеоценози в Кодр на Молдова. Автореферат. дис. Доцент доктор. биол. Науки: 03.00.16 - Екология. Красноярск, 1981. С.6.
• Попа Ю.Н. Възстановяване на биогеоценози в антропогенно трансформирани екотопи в степната зона: монография. редактиран от чл.-кор. НАН на Украйна, доктор по биология. науки, проф. А. П. Травлеева; Национален авиационен университет. - Киев: Украински бестселър, 2011. - 437 с.

Фактори на околната среда

Адаптация на организмите към околната среда

Основни жизнени среди

Фактори на околната среда

Организъм и среда

Лекция 6. Основи на аутекологията. Организъм и среда

Аутекологията изучава връзката между представители на един вид и околната среда. Въз основа на изучаването на процесите на адаптация на видовете към околната среда (факторна екология). Човешката екология също изучава влиянието (нормализиране) на факторите на околната среда и нейните екстремни ефекти върху тялото.

Живият свят около нас се състои от организми, които непрекъснато се възпроизвеждат. Една листна въшка може да остави повече от 300 милиона потомства през лятото. Способността за неограничено възпроизвеждане е присъща. Но няма неограничен растеж в числата; основният ограничител е липсата на ресурси. За растенията - минерални соли, въглероден диоксид, вода, светлина. За животните - храна, вода. резервите от тези ресурси възпрепятстват възпроизводството. Вторият ограничител е влиянието на различни неблагоприятни условия, които забавят растежа и размножаването. Растежът на растенията зависи от времето. Размножаването на водните обитатели се възпрепятства от ниското съдържание на кислород във водата. Освен това настъпва елиминиране и смърт на вече произведени ембриони или млади индивиди. Например, не всички жълъди покълват. Високата плодовитост се отличава с видове, при които смъртта на индивидите в природата е много висока.

Тялото, изпитващо нужда от приток на енергия и информация, е напълно зависимо от околната среда

Закон - резултатите от развитието на даден организъм се определят от съотношението на неговите вътрешни характеристикии характеристиките на средата, в която се намира.

Еволюционна адаптация на организмите към условията на околната среда, изразяваща се в промени в техните външни и вътрешни характеристики - адаптация. Принципът на Льо Шателие: „Еволюцията на всяка система върви в посока на намаляване на потенциалната опасност.“ Според този принцип еволюцията на организма допринася за адаптирането му към променящите се външни влияния.

Фактори на околната среда– това са определени условия и елементи на околната среда, които оказват специфично въздействие върху организма.

Фактори на околната среда: 1-абиотичен. 2 – биотичен. 3- антропогенен.

Абиотични фактори– съвкупност от фактори в неорганичната среда, които влияят върху живота и разпространението на животните и растенията

Абиотични фактори

физико химичен едафичен (почва)

Биотични фактори– съвкупността от въздействия на жизнедеятелността на едни организми върху жизнедеятелността на други, както и върху неживата среда

Биотични фактори

вътрешновидово междувидово влияние върху

взаимодействия взаимодействия абиотични фактори

(общност)

Коменсализъм

(една полза)

Аменсализъм

(един вид потиска растежа на друг)

Антропогенни фактори– фактори, създадени от човека и засягащи околната среда (замърсяване, ерозия на почвата, унищожаване на гори и др.)

Общият характер на действието на факторите на околната среда.

В жизнения процес взаимодействието на организмите с тяхното местообитание и неговите компоненти помежду си се основава на преноса на масови потоци от материя и техните съединения, енергии от всякакъв вид и информация между елементите на системата. В съответствие със закона за запазване на живота на Ю. Н. Куражковски: „Животът може да съществува само в процеса на движение на потоци от материя, енергия и информация през живо тяло.

Взаимодействието на организма с околната среда се подчинява на следните закони. Основен закон оптимално (толерантност). Закон на ЛибихИзразява се в това, че всеки фактор на околната среда има определени граници на положително въздействие върху организма. При отклонение от тези граници знакът на ефекта се променя на противоположния. Например, животните не понасят добре топлината и силните студове; Сушата и проливните дъждове са неблагоприятни за реколтата. Оптималните криви за всеки фактор няма да съвпадат за различните видове. Камилите и джербоите не понасят условията на северните пустини, а северните елени и лемингите не понасят горещите южни. Редица видове могат да живеят в тесен диапазон на оптималното, докато други могат да живеят в широк диапазон. Растението impatiens умира, ако във въздуха няма влага; перушината не умира дори при суша. Оптимумът и границите на издръжливостта не са постоянни през целия живот на организма. Оптимумът може да бъде изместен (температурно втвърдяване).

В съответствие с правилото за оптимума за организма има диапазон от най-благоприятната (оптимална) стойност на фактора. Отвъд оптимума има зони на потисничество, които се превръщат в критични точки. За някои организми оптималната зона има широк диапазон. Те се наричат ​​- еврибионти(Гръцки: широк, живот). Организми с тесен ареал – стенобионти(тесен).

Обхватът на стойностите на фактора (между критичните точки) се нарича екологична валентност. Синоним на валентност толерантност.( lat толерантност - търпение) или пластичност (променливост), ако средата е относително постоянна, малко променлива, тогава в нея има повече стенобионти (например във водна среда). Ако средата е динамична, например вода-въздух, еврибионтите имат по-голям шанс за оцеляване в нея. Оптималната зона и екологичната валентност са по-широки при топлокръвните животни.

Ефект на температурния фактор. Ако диапазонът на толерантност е в широк диапазон (-5; +25), тогава такива организми се наричат ​​евритермни, ако са тесни - стенотермични. Може да е еврихалинна (соленост)

Ориз. 1. Зависимост на жизнения потенциал от интензивността на фактора на въздействие

1. – зона на оптимум (комфорт);

2. – зона на допустима жизнена активност;

3. – зона на потисничество;

4. – зона на смъртта.

Толерантност – способността на организма да понася неблагоприятното въздействие на един или друг фактор на околната среда.

Оптимална зона с точка на комфорт (точката на максимум - жизнен потенциал) - зоната на оптимална жизнена активност.

Зони на допустимата жизнена дейност – стойностите на допустимите стойности на фактора на въздействие са зоната на нормална жизнена дейност.

Зони на потисничество – зони с големи отклонения на фактора от оптимума, в които организмът изпитва потискане на жизнените функции.

Зона на смъртта – границите на толерантност към фактора на въздействие съвпадат със стойностите на минимума и максимума на фактора, извън които съществуването на организма е невъзможно.

Трябва да се има предвид, че някои фактори могат да засилят или смекчат ефекта на други. Излишната топлина може да бъде смекчена чрез ниска влажност на въздуха. . Законът за независимостта на факторите от В. Р. Уилямс: „Условията на живот са еквивалентни, никой от факторите на живота не може да бъде заменен с друг“

2 закон – ограничаващ фактор. Най-значимият фактор е този, който най-много се отклонява от оптималните стойности. Фактор, който е в дефицит или излишък (близо до критични точки) влияе негативно на организма. Лимитиращите фактори определят границите на разпространение на вида – ареал. От тях зависи продуктивността на организмите и съобществата.

Правило за ограничаващ фактор в агрономията. Ако в почвата липсват минерални соли (50% фосфор, 20% калций), реколтата ще бъде 5 пъти по-малка. Ако добавите калций, добивът е 59%.

Човешката дейност често нарушава всички закони на действие на факторите - унищожаване на местообитанията, нарушаване на водното и минералното хранене.

Законът за оптималния и ограничаващия фактор може да се изрази в един закон Законът за толерантността на В. Шелфорд:„Ограничаващият фактор за просперитета на една популация (организъм) може да бъде или минимално, или максимално въздействие върху околната среда, а диапазонът между тях определя степента на издръжливост (граница на толерантност) на организма към даден фактор“

Факторите на околната среда са:

Фактори на околната среда

Фактори на околната среда- свойства на местообитанието, които имат някакъв ефект върху тялото. Индиферентни елементи на околната среда, например инертни газове, не са фактори на околната среда.

Факторите на околната среда показват значителна променливост във времето и пространството. Например температурата варира значително на повърхността на сушата, но е почти постоянна на дъното на океана или дълбоко в пещерите.

Същият екологичен фактор има различен смисълв живота на съжителстващи организми. Например солевият режим на почвата играе основна роля в минералното хранене на растенията, но е безразличен за повечето сухоземни животни. Интензитетът на осветеност и спектралният състав на светлината са изключително важни в живота на фототрофните организми (повечето растения и фотосинтезиращи бактерии), а в живота на хетеротрофните организми (гъби, животни, значителна част от микроорганизмите) светлината няма забележим ефект върху жизнената активност.

Факторите на околната среда могат да действат като дразнители, които причиняват адаптивни промени във физиологичните функции; като ограничители, които правят невъзможно съществуването на определени организми при дадени условия; като модификатори, които определят морфоанатомичните и физиологичните промени в организмите.

Организмите не се влияят от статични, непроменливи фактори, а от техните режими- последователност от промени за определено време.

Класификации на факторите на околната среда

По естеството на въздействието

• Директно актьорско майсторство- пряко въздействие върху организма, главно върху метаболизма
• Косвено действащ- повлияване косвено, чрез изменение на пряко действащи фактори (релеф, изложение, надморска височина и др.)

По произход

• Абиотичен- фактори на неживата природа:
  • климатични: годишна сума от температури, средна годишна температура, влажност, атмосферно налягане
  • едафичен (едафогенен): механичен състав на почвата, дишане на почвата, киселинност на почвата, химичен състав на почвата
  • орографски: релеф, надморска височина, стръмност и аспект на склона
  • химически: газов състав на въздуха, солев състав на водата, концентрация, киселинност
  • физически: шум, магнитни полета, топлопроводимост и топлинен капацитет, радиоактивност, интензивност на слънчевата радиация
• Биотичен- свързани с дейността на живите организми:
  • фитогенен- влияние на растенията
  • микогенен- влияние на гъбите
  • зоогенен- влияние на животни
  • микробиогенен- влияние на микроорганизми
• :
  • физически: използване на ядрена енергия, пътуване с влакове и самолети, влияние на шума и вибрациите
  • химически: използване на минерални торове и пестициди, замърсяване на черупките на Земята с промишлени и транспортни отпадъци
  • биологични: Храна; организми, за които хората могат да бъдат местообитание или източник на храна
  • социални- свързани с взаимоотношенията между хората и живота в обществото

Чрез харчене

• Ресурси- елементи от околната среда, които тялото консумира, намалявайки тяхното предлагане в околната среда (вода, CO 2, O 2, светлина)
• Условия- елементи на околната среда, които не се консумират от тялото (температура, движение на въздуха, киселинност на почвата)

По посока

• Векторизирано- насочено променящи се фактори: преовлажняване, засоляване на почвата
• Многогодишно-цикличен- с редуване на многогодишни периоди на засилване и отслабване на фактора, например изменение на климата във връзка с 11-годишния слънчев цикъл
• Осцилация (импулс, флуктуация)- колебания в двете посоки от определена средна стойност (дневни колебания на температурата на въздуха, промени в средните месечни валежи през годината)

Ефектът на факторите на околната среда върху тялото

Факторите на околната среда влияят на тялото не поотделно, а в комбинация, всяка реакция на тялото е многофакторно обусловена. В същото време интегралното влияние на факторите не е равно на сумата от влиянията на отделните фактори, тъй като между тях има различни видовевзаимодействия, които могат да бъдат разделени на четири основни типа:

• Монодоминантност- един от факторите потиска действието на останалите и неговата величина е от решаващо значение за организма. Така, пълно отсъствие, или наличието на минерални хранителни елементи в почвата при остър дефицит или излишък възпрепятства нормалното усвояване на други елементи от растенията.
• Синергия- взаимно подсилване на няколко фактора поради положителна обратна връзка. Например влажността на почвата, съдържанието на нитрати и осветеността, като подобряват осигуряването на което и да е от тях, повишават ефекта на другите две.
• Антагонизъм- взаимно потискане на няколко фактора поради отрицателна обратна връзка: увеличаването на популацията на скакалците допринася за намаляване на хранителните ресурси и популацията им намалява.
• Провокативност- комбинация от положителни и отрицателни въздействия за организма, като влиянието на второто се засилва от влиянието на първото. Така че, колкото по-рано настъпи размразяването, толкова повече растенията страдат от следващите студове.

Влиянието на факторите също зависи от естеството и текущото състояние на тялото, поради което те имат различно въздействие и върху двете различни видове, и върху един организъм на различни етапи от онтогенезата: ниската влажност е разрушителна за хидрофитите, но безвредна за ксерофитите; ниските температури се понасят без вреда от възрастни иглолистни дървета от умерената зона, но са опасни за младите растения.

Факторите могат частично да се заменят един друг: когато осветлението намалява, интензивността на фотосинтезата няма да се промени, ако концентрацията на въглероден диоксид във въздуха се увеличи, което обикновено се случва в оранжерии.

Резултатът от въздействието на факторите зависи от продължителността и повторяемостта на тяхното действие екстремни стойностипрез целия живот на организма и неговите потомци: краткотрайните експозиции може да нямат никакви последствия, докато дългосрочните през механизма естествен подборводят до качествени промени.

Реакцията на организма към промените във факторите на околната среда

Жизнена крива на многогодишно растение. Едногодишните растения не са в състояние да преминат в латентно състояние и тяхната зона на живот съвпада със зоната на жизнена активност.
Забележка: 1 - оптимална точка, 2 - минимални и максимални точки, 3 - летални точки

Организмите, особено тези, които водят прикрепен живот, като растения, или заседнал начин на живот, се характеризират с пластмаса- способността да съществува в повече или по-малко широк диапазон от фактори на околната среда. Въпреки това, при различни стойности на фактора, тялото се държи различно.

Съответно се определя неговата стойност, в която тялото ще бъде в най-удобно състояние - бързо расте, възпроизвежда се и демонстрира конкурентни способности. Тъй като стойността на фактора се увеличава или намалява спрямо най-благоприятната, тялото започва да изпитва депресия, което се проявява в отслабване на жизнените му функции и при екстремни стойности на фактора може да доведе до смърт.

Графично във формата е изобразена подобна реакция на тялото към промяна в стойностите на фактора жизнена крива(екологична крива), при анализа на която можем да откроим някои точкиИ зони:

• Кардинални точки:
  • точки минимум И максимум - екстремни стойности на фактора, при който е възможна жизнената дейност на организма
  • точка оптимално - най-благоприятната стойност на фактора
• Зони:
  • зона оптимално - ограничава обхвата на най-благоприятните стойности на фактора
  • зони песимум (горна и долна) - диапазони от стойности на фактора, в които тялото изпитва силна депресия
  • зона жизненоважна дейност - диапазонът от стойности на фактора, в който той активно проявява своите жизнени функции
  • зони мир (горна и долна) - изключително неблагоприятни стойности на фактора, при които организмът остава жив, но преминава в състояние на покой
  • зона живот - диапазонът от стойности на фактора, в който организмът остава жив

Отвъд границите на зоната на живот има летални стойности на фактора, при които организмът не може да съществува.

Промените, които се случват в един организъм в границите на пластичност, винаги са фенотипни, докато генотипът кодира само мярка за възможни промени - норма на реакция, което определя степента на пластичност на организма.

Въз основа на индивидуалната крива на живота е възможно също така да се предвиди кривата на живота на вида. Но тъй като видът е сложна надорганизмена система, състояща се от множество популации, разпределени в различни местообитания с различни условия на околната среда, при оценката на неговата екология се използват обобщени данни не за отделни индивиди, а за цели популации. На градиента на фактор се отлагат обобщени класове от неговите стойности, представляващи определени видове местообитания, и най-често се разглеждат реакциите на околната среда изобилиеили честота на появамил. В този случай вече не трябва да говорим за кривата на жизнената активност, а за кривата на разпределение на изобилията или честотите.

Раздел 1. Теоретични аспекти на екологията

Тема 1.1. Автоекология (факторна екология)

Автоекологията е клон на екологията, който изучава връзката на организма с околната среда. Този раздел е посветен на изучаването видови особеностиреакциите на животинските и растителните организми към факторите на околната среда и начина на живот на вида.

Като част от тази тема днес ще разгледаме следните въпроси:

Основните среди на съществуване на организмите

Модели на влияние на факторите на околната среда върху живите организми

Фактори на околната среда и тяхната класификация

Понятието „местообитание“ се различава от понятието „условия на живот“ - набор от жизненоважни фактори на околната среда, без които живите организми не могат да съществуват (светлина, топлина, влага, въздух, почва).Други фактори на околната среда, въпреки че имат значително въздействие върху организмите, не са жизненоважни за тях (например вятър, естествена и изкуствена йонизираща радиация, атмосферно електричество и др.).

2 . Всякакви организъмможе да съществува само в определен температурен диапазон. Когато температурата на околната среда е твърде ниска или твърде висока, организмът умира. Там, където температурата е близка до екстремни, представителите на този вид са рядкост, но когато температурата се доближи до средната оптимална стойност за тях, броят им се увеличава. Този модел е верен за всеки друг фактор а, влияещи върху протичането на определени жизнени процеси (влажност, сила на вятъра, скорост на течението и др.).

Ако начертаете крива на графика, която характеризира скоростта на определен процес (дишане, движение, хранене и т.н.) в зависимост от един от факторите на околната среда (разбира се, при условие че този фактор влияе върху основните жизнени процеси), тогава това кривата почти винаги ще бъде с форма на камбана (фиг. 1). Такива криви се наричат ​​толерантни криви (от латинското tolerahtia - търпение). Положението на върха им показва условията, които са оптимални за даден процес. Някои видове се характеризират с извивки с много остри върхове; това означава, че диапазонът от оптимални условия за тях е много тесен. Гладките криви съответстват на широк диапазон на толерантност, т.е. устойчивост на даден фактор.

Организмите с широки граници на устойчивост на много фактори, разбира се, имат шанс да станат по-широко разпространени.

При широко разпространените видове популации, живеещи в климатично различни зони, често се оказват най-добре адаптирани конкретно към условията на дадена област. Това се дължи на способността им да образуват локални форми, или екотипове, характеризиращи се с различни граници на устойчивост на температура, светлина или други фактори.

Като пример, помислете за екотиповете на един от видовете медузи. Както знаете, медузите се движат през водата като ракета - с помощта на ритмични контракции мускули, изтласквайки водата от централната кухина. Оптималната скорост на пулсиране е 15-20 контракции в минута. Индивидите от един вид медузи, живеещи в северните ширини, се движат със същата скорост като медузите от същия вид в южните ширини, въпреки че температурата на водата на север може да бъде с 20 C по-ниска. Това означава, че и двете форми на медузи са успели да се адаптират най-добре към местните условия.

Закон за минимума.

Интензитетът на определени биологични процесичесто се оказва чувствителен към две и Повече ▼фактори на околната среда. В този случай решаващ фактор ще бъде този, който е наличен в минимално количество от гледна точка на нуждите на тялото. Това просто правило е формулирано за първи път от основателя на науката за минерални торовеот немския химик и селскостопански химик Юстус Либих (1803-1873) и е наречен закон за минимума . Ю. Либих открива, че добивът на растението може да бъде ограничен от един - който и да е - от основните хранителни елементи, освен ако този елемент липсва в почвата.

Различните фактори на околната среда могат да си взаимодействат, т.е. липсата на едно вещество може да доведе до дефицит на други вещества. Например, липсата на влага в почвата ограничава доставката на всички други вещества, необходими за тяхното хранене на растенията. Следователно, като цяло, законът за минимума може да бъде формулирайте по следния начин : успешното оцеляване на живите организми зависи от набор от условия; ограничаващ или ограничаващ фактор е всяко състояние на околната среда, което се доближава или надхвърля границата на стабилност за. организми от този вид.

Фактори на околната среда.Елементите на околната среда, които предизвикват адаптивни реакции (адаптации) в живите организми и техните общности, се наричат фактори на околната среда.

По произход и характер на действие, фактори на околната среда класифицирани: абиотични (елементи от неорганична или нежива природа); биотичен (форми на влияние на живите същества едно върху друго); антропогенен (всички форми на човешка дейност, които влияят на живите същества семейство).

Абиотични факторисе разделят на физически , или климатични (светлина, температура на въздуха и водата, влажност на въздуха и почвата, вятър); едафичен,или почва-земя (механичен състав на почвите, техните химически и физически свойства); топографски,или орографски (особености на терена); химически

Антропогенен (антропогенен)фактори са всички форми на дейност на човешкото общество, които променят природата като местообитание на живите организми или пряко влияят върху живота им. Отделянето на антропогенните фактори в отделна група се дължи на факта, че в момента съдбата на растителността на Земята и всички съществуващи видове организми е практически в ръцете на човешкото общество.

Факторите на околната среда влияят на организмите по различни начини. Те могат да действат като дразнители,предизвикване на адаптивни промени във физиологичните функции; как ограничители,причиняване на невъзможността за съществуване на определени организми при дадени условия; как модификатори,

/ екология 1 лекция

Лекция 1

ОСНОВИ НА ЕКОЛОГИЯТА

Предмет, задачи и методи на екологията

Местообитание и условия на живот на организмите

Фактори на околната среда

Модели на действие на факторите на околната среда върху тялото

Взаимодействие на факторите на околната среда

Влияние на основните абиотични фактори върху живите организми

Биотична среда.

Трофична (хранителна) верига

Форми на биотични взаимоотношения.

Енергийни цикли в екосистемите

Предмет, задачи и методи на екологията .Екология(гръцки, oikos - обиталище, местоживеене, logos - наука) - биологична наука за взаимоотношенията между живите организми и техните местообитания. Този термин беше предложен през 1866 г. немски зоолог Ернст Хекел.

■ площ(лат. area - площ, пространство) - част от повърхността на сушата или водната площ, в рамките на която индивидите от даден вид (род, семейство или определен тип общност) са разпределени и преминават през пълния цикъл на своето развитие.

Екологични обектиса предимно системи над нивото на организмите, т.е. изследване на организацията и функционирането на надорганизмови системи: популации, биоценози(общности), биогеоценози(екосистеми) и биосферав общи линии. С други думи, основният обект на изследване в екологията е екосистеми,т.е. единни природни комплекси, образувани от живи организми и техните местообитания.

Население- (лат. populus - народ, население). група от индивиди от един и същи вид, обитаващи определена част от ареала за дълго време, свободно кръстосващи се и относително изолирани от други групи от същия вид, се нарича популация

Преглед- група организми, които имат Общи чертив структурата на тялото, физиологията и методите на връзка с околната среда, способни да се кръстосват помежду си, за да образуват плодородно потомство, но не могат да направят това с организми от други видове.

Биоценоза- съвкупност от организми, обитаващи екосистема, свързани помежду си чрез метаболизъм, енергия и информация.

Биогеоценоза - екосистема

Биосфера, според определението на В. И. Вернадски, това е средата на нашия живот, това е „природата“, която ни заобикаля.

Биосферен компонент на градавключва, в допълнение към хората, всички видове зелени площи и градски животински популации. (гълъби, врабчета, врани, чавки, водоплаващи птици, зимуващи в размразени зони на водоеми, плъхове и мишки, „опитомени“ насекоми като мухи, комари, бълхи и хлебарки, дървеници и накрая, микробната и вирусна популация на многоетажни сгради и градски апартаменти).

У дома теоретична и практическа задача на екологията- за разкриване общи модели на организация на животаи на тази основа да разработят принципи рационално използване природни ресурси в условията на нарастващо влияние на човека върху биосферата.

Най-важният проблем на нашето времевзаимодействие между човешкото общество и природата, тъй като ситуацията, която се развива в отношенията между човека и природата, често става критична. Запасите са на изчерпване прясна водаи полезни изкопаеми (нефт, газ, цветни метали и др.), Влошава се състоянието на почвите, водните и въздушните басейни, настъпва опустиняване на огромни територии, усложнява се борбата с болестите и неприятелите по селскостопанските култури.

Антропогенни променизасегна почти всички екосистеми на планетата, газовия състав на атмосферата и енергийния баланс на Земята. Означава, че човешката дейност е влязла в конфликт с природата, което води до много части на света нарушенинея динамично равновесие.

За решениятези глобални проблемии преди всичко екологията обединява проблемите на интензификацията и рационалното използване, опазване и възпроизводство на биосферните ресурси в научните изследвания усилията на всички специалисти по биология.Обхватът на екологичните проблеми включва и въпроси екологично образованиеи образование, морални, етични, философски и дори правни въпроси. Следователно екологията става наука не само биологична, но също социални.

Екологични методисе разделят на:

поле(изучаване на живота на организмите и техните общности в естествени условия, т.е. дългосрочно наблюдение в природата с помощта на различни съоръжения) и

експериментален(експерименти в стационарни лаборатории, където е възможно не само да се променя, но и да се контролира строго влиянието на всякакви фактори върху живите организми по зададена програма).

В същото време еколозите оперират не само биологично, но и съвременни физически и химични методи , използвайте моделиране на биологични явления, т.е. възпроизвеждане в изкуствени екосистеми на различни процеси, протичащи в живата природа. Чрез симулация можете да изучавате поведението на всяка система, за да оцените възможни последствияприлагане на различни стратегии и методи за управление на ресурсите, т.е. за прогнозиране на околната среда.

Освен това се използва широко за изучаване и прогнозиране на природни процеси. метод математическо моделиране . Такива екосистемни модели се изграждат на базата на многобройна информация, натрупана в полеви и лабораторни условия.

В същото време, правилно конструиран математически модели помогневиж какво което е трудно или невъзможно да се провери експериментално.Комбинацията от полеви и експериментални методи на изследване позволява на еколога да изясни всички аспекти на връзката между живите организми и многобройните фактори на околната среда, които не само ще възстановят динамичния баланс на природата, но и ще управляват екосистемите.

Среда и условия на живот на организмите . Част от природата (съвкупност от специфични абиотични и биотични условия), която пряко заобикаля живите организми и има пряко или косвено въздействие върху тяхното състояние, растеж, развитие, размножаване, оцеляване наречено местообитание.

От концепцията " среда на живот„Необходимо е да се разграничи понятието“ условия на съществуване" - Това набор от жизненоважни фактори на околната среда, без които живите организми не могат да съществуват(светлина, топлина, влага, въздух, почва). За разлика от тях, други фактори на околната среда, въпреки че имат значително въздействие върху организмите, не са жизненоважни за тях (например вятър, естествена и изкуствена йонизираща радиация, атмосферно електричество и др.).

Фактори на околната среда - Това елементи на околната среда, които предизвикват адаптивни реакции (адаптации) в живите организми и техните общности.

Въз основа на техния произход и характер на действие факторите на околната среда се разделят на абиотичен(елементи от неорганична или нежива природа), биотичен(форми на влияние на живите същества едно върху друго) и антропогенен(всички форми на човешка дейност, които засягат живата природа).

Абиотични факториразделена на физически, или климатични(светлина, температура на въздуха и водата, влажност на въздуха и почвата, вятър), едафичен, или почва-земя(механичен състав на почвите, техните химични и физични свойства), топографски,или орографски(характеристики на терена), химически(соленост на водата, газов състав на водата и въздуха, pH на почвата и водата и др.).

Антропогенни (антропични) фактори- Това всички форми на дейност на човешкото общество, които променят природата като местообитание на живи организми или пряко засягат техния живот. Отделянето на антропогенните фактори в отделна група се дължи на факта, че в момента съдбата на растителността на Земята и всички съществуващи видове организми е практически в ръцете на човешкото общество.

едини същото фактороколната среда има различен смисълв живота на съжителстващи организми. Например солевият режим на почвата играе основна роля в минералното хранене на растенията, но е безразличен за повечето сухоземни животни. Интензитет на светлинатаа спектралният състав на светлината е изключително важен за живота на фототрофните растения, а в живота на хетеротрофните организми (гъби и водни животни) светлината не оказва забележимо влияние върху тяхната жизнена активност.

Факторите на околната среда действатвърху организмите различно. Те могат да действат като дразнители, които причиняват адаптивни променифизиологични функции; как ограничители, причиняващи невъзможност за съществуването на определени организми при дадени условия; как модификатори,определяне на морфологични и анатомични промени в организмите.

Модели на действие на факторите на околната среда върху тялото . Реакцията на организмите на въздействието на абиотичните фактори. Въздействието на факторите на околната среда върху живия организъм е много разнообразно. Някои фактори имат по-силно влияние, други имат по-слаб ефект; някои влияят на всички аспекти на живота, други влияят върху конкретен жизнен процес. Въпреки това, в естеството на тяхното въздействие върху тялото и в отговорите на живите същества, могат да се идентифицират редица общи модели, които се вписват в определена обща схема на действие на фактор на околната среда върху жизнената дейност на организма. Диапазонът на действие на фактора на околната среда е ограничен от съответните екстремни прагови стойности(минимални и максимални точки), при които съществуването на даден организъм все още е възможно. Тези точки се наричат долна и горна граница на издръжливост (толерантност)живи същества във връзка с конкретен фактор на средата.

Най-добрите показатели за жизнените функции на организма- Това точка оптимално . За повечето организми определете оптимална стойностфактор с достатъчна точност често е трудно, така че е обичайно да се говори за оптимална зона.

Екстремни състояния на потискане на организмите с остър дефицитили ексцес фактор, Наречен региони песимум или стрес . В близост до критични точкилъжа сублетален величина на фактора, А извън зоната на оцеляване - смъртоносен.

Този модел на реакция на организмите към влиянието на факторите на околната среда ни позволява да го разглеждаме като основен биологичен принцип: за всеки вид растения и животни има оптимум, зона на нормална жизнена активност, песимални зони и граници на издръжливост по отношение на всеки фактор на околната среда(Фиг. 1)

7 6 2 1 3 5 8

1- оптимална точка; 2-3 - оптимална зона ; 3-5 - 2-6 - граници на издръжливост (толерантност); 5.8 - 6,7 - крайни състояния на потискане на организмите - области на песимизъм или стрес.

Различните видове живи организми се различават значително един от друг както в положението на оптимума, така и в границите на издръжливост. Например, арктическите лисици в тундрата могат да понасят колебания в температурата на въздуха в диапазона от около 80 ° C (от +30 до -55 ° C), някои топловодни ракообразни могат да издържат на промени в температурата на водата в диапазона не повече над 6°C (от 23 до 29°C) Cyanobacterium oscillatorium, живеещ на остров Ява във вода с температура 64°C, умира при 68°C в рамките на 5-10 минути.

Организми, за чието съществуване е необходимо строго определени, относително постоянни условия на околната среда, Наречен стенобионт(гръцки Stenos - тесен, bion - жив), и тези, които живеят в широк диапазон от променливост на околната среда, - еврибионт (гръцки eurys - широк). В този случай организмите от един и същи вид могат да имат тясна амплитуда по отношение на един фактор и широка амплитуда по отношение на друг (например адаптивност към тесен диапазон от температури и широк диапазон от соленост на водата). Освен това една и съща доза фактор може да бъде оптимална за един вид, песимална за друг и извън границите на издръжливост за трети.

Способността на организмите да се адаптират към определен диапазон от факторна променливост заобикаляща средаНаречен екологична пластичност. Тази характеристика е едно от най-важните свойства на всички живи същества: чрез регулиране на жизнената си дейност в съответствие с промените в условията на околната среда организмите придобиват способността да оцеляват и да оставят потомство. Еврибионтни организмиса екологични най-гъвкавият, която им предоставя широко използване, А стенобионт,напротив, те се различават слаба екологична пластичности в резултат на това обикновено имат ограничени райони на разпространение.

Взаимодействие на факторите на околната среда . Факторите на околната среда влияят заедно и едновременно върху живия организъм. При което действието на един фактор зависизащото с каква сила и в каква комбинация действат едновременно други фактори.Този модел е получен име взаимодействие на фактори. Например топлината или студът се понасят по-лесно в сух, отколкото във влажен въздух. Скоростта на изпаряване на водата от листата на растенията (транспирация) е много по-висока, ако температурата на въздуха е висока и времето е ветровито.

Въпреки това, ако стойността на поне един от жизнените фактори на околната средаприближава до критична стойностили отива отвъд него(под минимума или над максимума), тогава въпреки оптималната комбинация от други условия, лица са с опасност за живота. Такива фактори се наричат ограничаване(ограничаване).

Ограничаващи факторизаобикаляща среда определяне на географския обхват на вида.По този начин движението на вида на север може да бъде ограничено от липса на топлина, а в райони на пустини и сухи степи - от липса на влага или твърде високи температури. Биотичните взаимоотношения също могат да служат като фактор, ограничаващ разпространението на организмите, например заемането на територия от по-силен конкурент или липсата на опрашители за цъфтящи растения. Идентифицирането на ограничаващите фактори и елиминирането на тяхното въздействие, т.е. оптимизирането на местообитанията на живите организми, е важна практическа цел за повишаване на продуктивността на земеделските култури и продуктивността на домашните животни.

Влияние на основните абиотични фактори върху живите организми . Характеристики на светлината като фактор на околната среда. Жива природане може да съществува без светлина, тъй като слънчевата радиация, достигаща повърхността на Земята, е практически единственият източник на енергия за поддържане на топлинния баланс на планетата, създавайки органична материяфототрофни организми на биосферата, което в крайна сметка осигурява образуването на среда, способна да задоволи жизнените нужди на всички живи същества.

Биологично действие слънчева светлина зависи от неговия спектрален състав, продължителност, интензитет, дневна и сезонна честота.

Слънчева радиацияе електромагнитно излъчване в широк диапазон от вълни, които съставляват непрекъснатия спектър от 290 до 3000 nm.

Ултравиолетови лъчи(UVL), по-къси от 290 nm, вредни за живите организми, се абсорбират от озоновия слой и не достигат до Земята.

Стигнати са предимно земите инфрачервена(около 50% от общата радиация) и видимо (45%) спектрални лъчи. UV лъчите с дължина на вълната 290-380 nm представляват 5% от лъчистата енергия. Дълговълновите UV лъчи, които имат висока фотонна енергия, се характеризират с висока химическа активност. В малки дози те имат мощен бактерициден ефект, подпомагат синтеза на някои витамини и пигменти в растенията и витамин D при животни и хора; Освен това предизвикват тен при хората, което е защитна реакция на кожата. Инфрачервените лъчи с дължина на вълната над 710 nm имат топлинен ефект.

От гледна точка на околната среда, видимата област на спектъра е от най-голямо значение.(390-710 nm), или фотосинтетично активно лъчение (PAR), което се абсорбира от хлоропластните пигменти и следователно е от решаващо значение за живота на растенията. Зелените растения се нуждаят от видима светлина за образуването на хлорофил, образуването на структурата на хлоропластите; регулира функционирането на стоматалния апарат, влияе върху газообмена и транспирацията, стимулира биосинтезата на протеини и нуклеинови киселини, повишава активността на редица светлочувствителни ензими. Светлината също влияе върху деленето и удължаването на клетките, процесите на растеж и развитието на растенията, определя времето на цъфтежа и плододаването и има формиращ ефект.

Светлинните условия на нашата планета са изключително широки: от такива силно осветени зони като планини, пустини, степи, до здрачно осветление във водни дълбини и пещери.

Реакцията на организмите към ежедневния ритъм на осветление, изразяваща се в промени в процесите на доверие и развитие, се нарича фотопериодизъм. Редовността и постоянната повторяемост на това явление от година на година позволиха на организмите в хода на еволюцията да координират най-важните си жизнени процеси с ритъма на тези времеви интервали. Под фотопериодичен контролЛокализирани са почти всички метаболитни процеси, свързани с растежа, развитието, жизнената дейност и размножаването на растенията и животните.

Фотопериодичната реакция е характерна както за растенията, така и за и животни.

Сезонните ритми при животните се проявяват най-ясно в промяната на оперението при птиците и козината при бозайниците, честотата на размножаване и миграция, зимния сън на някои животни и др.

Биологичните ритми са характерни и за човека. Циркадните ритми се изразяват в редуване на сън и будност, колебания в телесната температура в рамките на 0,7-0,8 ° C (на зазоряване тя намалява, до обяд се повишава, вечер достига максимум и след това отново намалява, особено бързо след човек заспива), цикли на дейност на сърцето и бъбреците и др.

Живите организми могат да се ориентират във времето, т.е. имат биологичен часовник. С други думи, много организми се характеризират със способността да усещат дневни, приливни, лунни и годишни цикли, което им позволява да се подготвят предварително за предстоящи промени в околната среда.

Температурни граници на живота. Необходимостта от топлина за съществуването на организмите се дължи преди всичко на факта, че всички жизнени процеси са възможни само при определен топлинен фон, определен от количеството топлина и продължителността на нейното действие. Температурата на организмите и, като следствие, скоростта и естеството на всички процеси зависи от температурата на околната среда. химична реакциякомпоненти на метаболизма.

Границите на съществуването на живота са температурни условия, при които не настъпва денатурация на протеини, необратими промени в колоидните свойства на цитоплазмата, нарушаване на ензимната активност и дишане. За повечето организми този температурен диапазон е от 0 до +500. Редица организми обаче имат специализирани ензимни системи и са адаптирани към активно съществуване при температури извън тези граници.

Видовете, чиито оптимални условия на живот са ограничени до района на високи температури, се класифицират като екологична група на термофилите(бактерии, обитаващи термалните извори на Камчатка с температура на водата 85-93 ° C, няколко вида зелени водорасли, корови лишеи, семена от пустинни растения, разположени в горния горещ слой на почвата. Температурната граница на представителите на животинския свят обикновено не надвишава +55-58 ° C ( завещателни амеби, нематоди, акари, някои ракообразни, ларви на много двукрили).

Растения и животни, които остават активни при температури от 0 до -8°C. Препоръчай на екологична група криофили(гръцки Kryos - студ, лед). Криофилията е характерна за много бактерии, гъбички, лишеи, членестоноги и други същества, живеещи в тундрата, арктическите и антарктическите пустини, високите планини, студените полярни води и др.

Представителите на повечето видове живи организми нямат способността за активна терморегулация на телата си. Тяхната активност зависи преди всичко от топлината, идваща отвън, а телесната им температура зависи от температурата на околната среда. Такива организми се наричат пойкилотермичен (ектотермичен).Пойкилотермията е характерна за всички микроорганизми, растения, безгръбначни и повечето хордови.

Само при птици и бозайницитоплината, генерирана по време на интензивен метаболизъм, служи като доста надежден източник за повишаване на телесната температура и поддържането й на постоянно ниво независимо от температурата на околната среда.Това се улеснява от добра топлоизолация, създадена от козината, гъсто оперение и дебел слой подкожна мастна тъкан. Такива организми се наричат хомойотермичен (ендотермичен или топлокръвен). Ендотермично свойствопозволява провеждането на много видове животни (полярни мечки, перконоги, пингвини и др.). активен начин на живот при ниски температури.

Специален случай хомеотермия - хетеротермия- характеристика на животни, които спят зимен сън или временно изпадат в безсъние през неблагоприятни периоди от годината (гофери, таралежи, прилепите, Sony и др.). Активенте подкрепят висока температуратяло, а в случая ниска активност на тялото - намалена, което е придружено от забавяне на метаболитните процеси и, като следствие, нисък топлообмен.

Екологичната роля на воловете.Водата е необходимо условиесъществуването на всички живи организми на Земята. Значението на водата в жизнените процеси се определя от факта, че тя е основната среда в клетката, в която протичат метаболитните процеси и служи като най-важният начален, междинен или краен продукт на биохимичните реакции.

При изучаване на екологичната роля на водата взети предвид Не само количество валежи, НоИ съотношението на техния размер и изпарение. Наричат ​​се райони, в които изпарението надвишава годишните валежи сух(суха, суха). IN влажни (влажни) зонирастенията получават достатъчно вода.

Висшите сухоземни растения, водещи прикрепен начин на живот, в по-голяма степен от животните, зависят от доставката на субстрат и въздух с влага. Има три основни групи растения:

Хигрофити- растения от прекомерно влажни местообитания с висока влажност на въздуха и почвата. Най-типичните хигрофити са тревисти растения и епифити от тропическите гори и долните слоеве на влажни гори в различни климатични зони. които са културни растения.

Ксерофити- растения от сухи местообитания, които могат да понасят продължителна суша, като същевременно остават физиологично активни. Това са растения от пустини, сухи степи, савани, сухи субтропици, пясъчни дюни и сухи, силно нагрети склонове.

Групата на ксерофитите включва сукуленти- растения със сочни, месести листа или стъбла, съдържащи силно развита водоносна тъкан. Различават се листни сукуленти (агави, алое, млади, тлъстига) и стъблени, при които листата са редуцирани, а надземните части са представени от месести стъбла (кактуси, някои млечки, хлъзгави и др.).

Сукулентите са ограничени главно до сухите зони на Централна Америка, Южна Африка и Средиземноморието.

Мезофитизаемат междинно положение между хигрофитите и ксерофитите. Те са често срещани в умерено влажни райони с умерено топли условия и доста добро снабдяване с минерално хранене. Мезофитите включват растения от ливади, тревисти гори, широколистни дървета и храсти от райони с умерено влажен климат, както и повечето култивирани растения и плевели. Мезофитите се характеризират с висока екологична пластичност, което им позволява да се адаптират към променящите се условия на околната среда.

Адаптиране на животните към водния режим. Методите за регулиране на водния баланс при животните са по-разнообразни, отколкото при растенията. Те могат да бъдат разделени на поведенчески, морфологични и физиологични.

Сред поведенческите адаптациивключват търсене на водни обекти, избор на местообитания, копаене на дупки и т.н. В дупките влажността на въздуха достига 100%, което намалява изпарението през обвивката и запазва влагата в тялото.

Към морфологични методи за поддържане нормален воден балансвключват образувания, които насърчават задържането на вода в тялото; това са черупките на сухоземните мекотели, липсата на кожни жлези и кератинизацията на обвивката на влечугите, хитинизираната кутикула на насекомите и др.

Физиологични адаптации за регулиране на водния метаболизъммогат да бъдат разделени на три групи:

1) способността на редица видове да образуват метаболитна вода и да се задоволяват с влага, доставяна с храна (много насекоми, малки пустинни гризачи);

Човек в околната среда, от една страна, е обект на взаимодействие на факторите на околната среда, от друга страна, той самият оказва влияние върху околната среда. От тази гледна точка човекът и човечеството като цяло се характеризират с важни характеристики. Важна характеристикана човека като екологичен фактор се крие в осъзнаването, целенасочеността и масовото въздействие върху природата.[...]

Всякакви биологичен видима ограничени енергийни ресурси, което ограничава въздействието му върху околната среда. Например зелените растения използват енергията на Слънцето, потребителите използват част от енергията на органичните вещества, образувани от организми от предишното трофично ниво. Човечеството в процеса на труда и интелектуална дейностразширява обхвата на наличните източници на енергия до използването на ядрени и термоядрени реакции. Това позволи на хората да преодолеят естествените граници на растежа на техния брой.[...]

Увеличаването на населението, енергоснабдяването и техническото оборудване на хората създава предпоставки за заселване на всякакви екологични ниши. Човечеството представлява единственият вид на Земята със световно разпространение. Това превръща човека във фактор на околната среда с глобално разпространение на влияние.[...]

Поради въздействието си върху всички основни компоненти на биосферата, влиянието на човечеството достига до най-отдалечените екологични зони на планетата, пример за това е откриването на ДДТ в черния дроб на пингвини и тюлени, уловени в Антарктида, където инсектициди никога не са били; използвани.[...]

В резултат на работата човек създава около себе си изкуствено местообитание. Естествените екосистеми се заменят с антропогенни екосистеми, в които хората са абсолютно доминиращият фактор.[...]

В резултат на човешката дейност настъпват промени във физическата среда - газовия състав на въздуха, качеството на водата и храната, климата, потока на слънчева енергия и други фактори, които влияят върху здравето и работоспособността на хората. При отклоняване екстремни условиямного усилия и пари се изразходват за изкуствено създаване и поддръжка оптимални условиязаобикаляща среда.[...]

Мащаб на взаимодействие модерно обществоне са определени от природата биологични нуждичовека, а от непрекъснато нарастващото ниво на техническо и социално развитие. Човешката техническа мощ е достигнала мащаб, съизмерим с биосферните процеси. Например, строителното и минното оборудване годишно пренася повече материал на повърхността на Земята, отколкото се изнася в морето от всички световни реки в резултат на водна ерозия. Човешката дейност на планетата променя климата и влияе върху състава на атмосферата и Световния океан.[...]

В И. Вернадски през първата половина на ХХ век прогнозира развитието на биосферата и прехода й към ноосферата - сферата на разума. Определяйки настоящия етап в развитието на биосферата и човешкото общество, можем да кажем, че технологичните и антропогенните процеси играят все по-важна роля.[...]

Сложната йерархична организация на живата природа съдържа огромни резерви на саморегулация. За отключването на тези резерви е необходима компетентна намеса в процесите, протичащи в биосферата. Стратегията за такава намеса може да се определи от екологията, базирана на постиженията на природните и социалните науки.

Без да пълним корема с храна,

Двадесети век предъвква себе си

И той отсича, отсича дървото на живота,

Като безмилостен дървар...

Голям ум! Забранете го

Отрежете поне последния клон.

Много видове човешки дейности могат да се считат за специални фактори на околната среда, които се наричат ​​антропогенни; мащабът на действие на антропогенните фактори става сравним с действието на геоложките сили; Биосферата реагира на въздействието на антропогенните фактори чрез намаляване на броя на видовете, изчерпване на генофонда на популациите, промяна на посоката на естествения подбор и изчезване на видове.

Планетата като цяло, биосферата и обществото са екологично неделими, следователно екологичните проблеми действат като универсални човешки. Във всеки регион обаче те се проявяват и се разрешават по свой начин, в зависимост от вида на екосистемите, специфичните физико-географски и социално-икономически условия. От друга страна, местните екологични ситуации, макар и важни, могат да бъдат разрешени само успешно като се вземе предвид глобален подход.

1. В края на кайнозойската ера в редица райони на планетата настъпват важни промени в климата - започват охлаждане и изсушаване. Това доведе до замяната на горите с открити пространства. Живите организми, които преди са живели в горски гъсталаци и са преминали към живот в открити пространства под въздействието на фактори на околната среда, придобиват нови свойства и характеристики: разработена е строителна дейност (полевки, песчанки); номадски начин на живот, възникват миграции, размерът на стадото се увеличава (в стадото горски животни, лосове, има само 20-30 глави, а жителите на открити пространства, елени, се събират в стада от хиляди). Нощният начин на живот беше заменен от дневен, йерархичните връзки в стадото станаха по-сложни и функциите на охраната започнаха да се изпълняват последователно от всеки член. Смята се, че предците на човека - горските животни, са се оказали в трудни условия в новите условия. Основните от тях бяха: изчезването на много растения от тропическите гори, които служеха за храна, невъзможността за хищничество поради липсата на зъби и нокти като средство за нападение и защита; ниска скорост на движение в сравнение с повечето четириноги животни със същия размер; ниска раждаемост, продължителност на развитието на малките.

Това е довело до развитието на човешките предци, тъй като са усвоили земния начин на живот, на признаци на човешкия род - изправено ходене, повишена сложност на инструменталната дейност, подобряване на структурата на ръката и повишена сложност на нервната дейност. От геоложка гледна точка това се случи съвсем наскоро.

Успехът в борбата за съществуване може да бъде осигурен само поради значително превъзходство на умствените способности в сравнение с всички животни, които са атакували предчовеци или биха могли да бъдат тяхна плячка. Естественият подбор благоприятства развитието на човешкия мозък.

Най-ранните непосредствени предшественици или дори представители на най-древните хора - австралопитеците - имаха сравнително плоски лица, гребените на веждите изпъкнаха напред и значителна част от лицето беше заета от мощна долна челюст. Те живеели на открито и имали сложна йерархия. Сред австралопитеците се е появила дейността с инструменти като форма на биологична адаптация и като нов етап от еволюцията. Учените смятат, че първото каменно сечиво е направено преди около три милиона години. Фигура 30 показва кремъчни инструменти, обработени по различни технологии.

На този етап стадото от предчовеци започва да придобива чертите на човешкото общество, а предчовеците започват да придобиват чертите на хора. Възникват различни методи за комуникация, развива се дневната дейност и човекът започва да използва огъня.

Използването на огън е първият антропогенен фактор; първият пожар води до първите неблагоприятни последици за живите същества.

Неандерталецът вече е построил жилище - колиби за 10-12 души и се е научил да живее във всякакъв климат.

Развитието на селското стопанство (Фигура 31) и опитомяването на животните (Фигура 32) бяха придружени от обезлесяване, паша и събиране на храна, което доведе до промени в екосистемите.

Преди 8,5 хиляди години е извършено първото топене на метал (Catal Huyuk, Южна Турция). Започва развитието на занаятите, а след това и на индустрията.

Нов етап във взаимодействието между обществото и природата беше появата на градовете, растежът на човешкото техническо оборудване, развитието на занаятите, изкуството и книгопечатането.

Човекът е придобил способността да овладява света универсално, да трансформира природата (демонстрация на таблица - свитък (фиг. 33), характеризираща в обратна форма етапите на човешкото влияние върху природата).

2. Човешката дейност е придобила глобален характер и се е превърнала в особен, свръхмощен екологичен фактор за съществуването на живите същества в биосферата.

Хората намаляват площите, заети от естествени екосистеми. 9¸12% от земната повърхност е разорана, 22¸25% са изцяло или частично култивирани пасища. 458 екватора - това е дължината на пътищата на планетата; 24 км на всеки 100 км 2 - такава е гъстотата на пътищата. Само в индустриализираните страни, според ООН, повече от три хиляди km 2 пейзаж изчезва годишно под бетона на строящите се магистрали, селища и летища.

Хората консумират суши продукти, намалявайки дела на естествените потребители.

Биомасата на човека и домашните животни е 15¸20% от биомасата на сухоземните животни (към 1980 г.). Хората и домашните животни обаче консумират 1/4 от растителната продукция на суши.

Човекът изчерпва запасите от енергия, натрупани в „задънените улици“ на биосферата.

Съвременното човечество изразходва потенциалната енергия на биосферата 10 пъти по-бързо, отколкото се натрупва от дейността на организмите, които свързват слънчевата енергия на Земята.

Човекът използва ресурсите на Земята и замърсява биосферата: той извлича около 100 милиарда тона руда, изкопаеми горива и други суровини, което е 25 тона за всеки жител на планетата. 96¸98% от добитите суровини отиват на отпадъци. На жител главни градовепредставлява 1 тон отпадъци (хранителни и битови). 6 милиарда тона годишно твърди отпадъци се изхвърлят в океаните. Всяка година 69-90 милиона тона нефт и петролни продукти навлизат в биосферата, а 20 милиарда тона въглероден диоксид навлизат в атмосферата. В резултат на изгарянето на гориво концентрацията на олово във въздуха и почвата се увеличава, серните и азотните оксиди навлизат в атмосферата, образувайки киселинен дъжд с вода.

Увеличава се физическото замърсяване на биосферата – шумово, топлинно, светлинно, радиоактивно. Увеличава се запрашеността на въздушната среда.

3. Въздействието на антропогенните фактори предизвиква реакции на биологичните системи.

а) Смърт на индивиди и намаляване на числеността на населението.

По пътищата под колелата на превозните средства умират лосове, елени, сърни и диви свине, птици и насекоми. Полевата работа води до смърт на тетрев, зайци и пъдпъдъци в по-голяма степен, отколкото лов.

Милиони мигриращи птици се изгарят в газови факли, които изгарят отпадъчни газове от производството на нефт. Животните умират при нефтени разливи, върху жици и опори на електропроводи (степни орли, гробари, царски орли, късоухи змии и др.), при поглъщане на пластмасови предмети, плаващи в морето (морски костенурки), в риболовни мрежи (делфини, тюлени). ).

б) Нарушения на онтогенезата на организмите.

Замърсителите (серен диоксид, флуор и флуороводород, хлориди и азотен диоксид) са най-опасни за растенията, причинявайки изгаряния, а при високи концентрации - смърт на растения и индивиди. Серният диоксид и сярната киселина, образувани от серен диоксид, заедно с други вещества навлизат в почвата и намаляват нейното плодородие. Киселинността на почвата се променя, което потиска активността на бактериите и намалява броя на земните червеи. Най-опасният замърсител е петролът.

Замърсителите засягат ембрионите и развиващите се ембриони, като ги отравят, причиняват деформации и аномалии в развитието на тялото, дисфункция на половите жлези и органи, дисфункция на нервната система.

Различните замърсители, действащи едновременно, имат ли кумулативен ефект? ефектът на медта върху растенията се увеличава в присъствието на оловни соли; медта засилва ефекта на радиацията, напротив, бариеви, манганови и магнезиеви соли отслабват този ефект.

Под въздействието на замърсителите продължителността на живота се скъсява, особено при дълголетните видове, които могат да натрупат опасни концентрации на замърсители в тялото.

в) Нарушаване на популационните явления.

Променя се структурата на популацията - съотношението на мъжките и женските индивиди от различни поколения; броят им е намален до такива граници, че търсенето на брачни партньори е нарушено. Поради замърсяването на околната среда се нарушават репродуктивните цикли (асинхронно развитие на зародишните клетки при мъжките и женските), броят на бременните женски и броят на малките в котилото намалява, а смъртността на новородените се увеличава. Местообитанието на вида се разпада, площите на местообитанията се намаляват, а малките островчета от местообитания се изолират.

г) Промяна в екосистемата.

Намаляването на броя на видовете намалява сложността на екосистемата; загубата на някои видове може да доведе до избухване на други; доминантните видове могат да бъдат потиснати и тяхното място се заема от нововъведени видове; разрушават се междувидовите връзки: хищник-жертва, опрашител - опрашено растение, симбиотични взаимоотношения. Смъртта на един растителен вид може да доведе до смъртта на 5¸7 до 30¸35 свързани животински вида, главно безгръбначни. Светлината, звукът и химическото замърсяване нарушават установените сигнални системи в естествената общност между видовете. В резултат на промените в структурата на общността се нарушава нейната стабилност и възникват масови изблици на численост, обикновено на безгръбначни животни. Така пред очите ни се извършва гигантско изчерпване на генофонда на биосферата поради изчезването на видовете, намаляването на разнообразието на техните популации и броя на индивидите във всички популации, които намаляват на територията. Всеки ден от това число един животински вид изчезва безвъзвратно, а всяка седмица един вид растение изчезва. Днес на всеки жител на планетата се падат само 25 птици, а до 2000 г. това съотношение ще намалее още повече.

Природните ресурси, които са от съществено значение за човешкото оцеляване и устойчиво развитие, все повече се унищожават или изчерпват. В същото време нуждата от тези ресурси нараства бързо. Ако сегашните темпове на деградация на почвата продължат, една трета от обработваемата земя в света ще бъде унищожена през следващите 20 години. По същия начин до края на този век (при сегашните темпове на обезлесяване) оставащата площ на необсечени тропически гори ще намалее наполовина. През този период се очаква населението на Земята да нарасне един път и половина – от малко над 5 милиарда до почти 6 милиарда души.

Стана очевидно, че балансът на биосферните процеси, нарушен от стопанската дейност на човека, се възстановява по-бавно от всякога. Механизмите за адаптация на биосферата работят „до краен предел“. Генофондът на биосферата се изчерпва, създавайки заплаха от непредсказуеми еволюционни последици.

4. Много учени характеризират настоящата екологична ситуация като „екологична криза“, „криза на природната среда“.

Екологичните проблеми се класифицират като глобални и засягат както света като цяло, така и неговите отделни региони и страни.

Решаването на екологичните проблеми - по-специално запазването на генофонда на биосферата - става все по-належащо.

Човечеството и всеки човек, всеки от нас трябва да осъзнае кризисната ситуация и да предложи идеи, които ще спасят живота на планетата.