Екологічні фактори

Взаємодія людини та довкілля була об'єктом вивчення медицини в усі часи. Для оцінки впливів різних умов середовища було запропоновано термін «екологічний фактор», який широко використовується в екологічній медицині.

Фактор (від латинського factor - робить, що виробляє) – причина, рушійна сила будь-якого процесу, явища, що визначає його характер чи певні риси.

Екологічний фактор – це будь-яка дія довкілля, яке може надавати пряме або непрямий впливна живі організми. Екологічний фактор - це умова середовища, на яке живий організм реагує пристосувальними реакціями.

Екологічні чинники визначають умови існування організмів. Умови існування організмів і популяцій можна як регулюючі екологічні чинники.

Не всі екологічні чинники (наприклад, світло, температура, вологість, наявність солей, забезпеченість біогенними елементами тощо) однаково важливі для успішного виживання організму. Взаємини організму із середовищем є складний процес, у якому можна назвати найслабші, " вразливі " ланки. Ті фактори, які є критичними або лімітуючими для життєдіяльності організму, викликають найбільший інтерес насамперед із практичної точки зору.

Ідея про те, що витривалість організму визначається найслабшою ланкою серед

всіх його потреб, вперше була висловлена ​​К. Лібіхом в 1840 р. Він сформулював принцип, який відомий як закон мінімуму Лібіха: "Речовою, яка перебуває в мінімумі, керується врожай і визначається величина і стійкість останнього в часі".

Сучасне формулювання закону Ю.Лібіха звучить так: «Життєві можливості екосистеми лімітуються тими з екологічних факторів середовища, кількість і якість яких близькі до необхідного екосистеми мінімуму, зниження їх веде до загибелі організму або руйнування екосистеми».

Принцип, спочатку сформульований К. Лібіхом, нині поширений будь-які екологічні чинники, але він доповнений двома обмеженнями:

Належить тільки до систем, що перебувають у стаціонарному стані;

Належить не тільки до одного фактора, але і до комплексу факторів, різних за своєю природою та взаємодіючих у своєму впливі на організми та популяції.

За уявленнями, що лімітують вважають такий фактор, за яким для досягнення заданої (досить малої) відносної зміни відгуку потрібна мінімальна відносна зміна цього фактора.

Поряд із впливом нестачі, "мінімуму" екологічних факторів, негативним може бути і вплив надлишку, тобто максимуму факторів, таких як тепло, світло, волога. Уявлення про лімітуючий вплив максимуму нарівні з мінімумом ввів В. Шелфорд в 1913 р., який сформулював цей принцип як "закон толерантності": Лімітуючим фактором процвітання організму (виду) може бути як мінімум, так і максимум екологічного впливу, діапазон між якими визначає величину витривалості ( толерантності) організму по відношенню до цього фактора.

Закон толерантності, сформульований В. Шелфордом, був доповнений рядом положень:

Організми можуть мати широкий діапазон толерантності щодо одного фактора та вузький – щодо іншого;

Найбільш поширені організми з більшим діапазоном толерантності;

Діапазон толерантності одного екологічного чинника може залежати від інших екологічних чинників;

Якщо умови по одному екологічному фактору не є оптимальними для виду, то це позначається і на діапазоні толерантності для інших екологічних факторів;

Межі толерантності значно залежить від стану організму; так, межі толерантності для організмів у період розмноження чи ранній стадії розвитку стадії зазвичай вже, ніж дорослих;

Діапазон між мінімумом та максимумом екологічних факторів прийнято називати межами чи діапазоном толерантності. Для позначення меж толерантності до умов довкілля використовують терміни "еврібіонтний" - організм з широкою межею толерантності - і "стенобіонтний" - з вузьким.

На рівні угруповань і навіть видів відоме явище компенсації факторів, під яким розуміють здатність пристосовуватися (адаптуватися) до умов середовища так, щоб послабити лімітуючий вплив температури, світла, води та інших фізичних факторів. Види з широким географічним поширенням майже завжди утворюють адаптовані до місцевих умов популяції – екотипи. Стосовно людей існує термін «екологічний портрет».

Відомо, що не всі природні екологічні фактори однаково важливі для життєдіяльності людини. Так, найбільш суттєвими вважають інтенсивність сонячної радіації, температуру та вологість повітря, концентрацію кисню та вуглекислого газу в приземному шарі повітря, хімічний склад ґрунту та води. Найважливішим екологічним чинником є ​​харчовий. Для підтримки життєдіяльності, для зростання та розвитку, розмноження та збереження популяції людей необхідна енергія, яка виходить із навколишнього середовища у вигляді їжі.

Є кілька підходів до класифікації екологічних чинників.

По відношенню до організму екологічні чинники поділяють на: зовнішні (екзогенні) та внутрішні (ендогенні). Вважається, що зовнішні фактори, діючи організм, самі не схильні або майже не схильні до його впливу. До них відносять фактори зовнішнього середовища.

Зовнішні екологічні чинники стосовно екосистеми та живих організмів є впливом. Реакція екосистеми, біоценозу, популяцій та окремих організмів на ці впливи називається відгуком. Від характеру відгуку вплив впливає здатність організму пристосовуватися до умов довкілля, адаптуватися і набувати стійкість до впливу різних факторівсередовища, зокрема несприятливих впливів.

Існує також таке поняття як летальний фактор (від лат. Letalis - смертельний). Це екологічний чинник, дія якого призводить до загибелі живих організмів.

При досягненні певних концентрацій летальними факторами можуть виступати багато хімічних та фізичних забруднювачів.

Внутрішні чинники співвідносяться із властивостями самого організму та утворюють його, тобто. входять до її складу. Внутрішні фактори - це чисельність та біомаса популяцій, кількість різних хімічних речовин, характеристики водної чи ґрунтової маси тощо.

За критерієм "життя" екологічні фактори ділять на біотичні та абіотичні.

До останніх відносять неживі компоненти екосистеми та її довкілля.

Абіотичні фактори середовища - компоненти та явища неживої, неорганічної природи, що прямо або опосередковано впливають на живі організми: кліматичні, ґрунтові та гідрографічні фактори. Основними абіотичними факторами середовища є температура, світло, вода, солоність, кисень, електромагнітні характеристики, ґрунт.

Абіотичні фактори поділяються на:

Фізичні

Хімічні

Біотичні фактори (від грецького biotikos – життєвий) – фактори живого середовища, що впливають на життєдіяльність організмів.

Біотичні фактори поділяються на:

Фітогенні;

Мікробогенні;

Зоогенні:

Антропогенні (соціально-культурні).

Дія біотичних факторів виявляється у формі взаємовпливів одних організмів на життєдіяльність інших організмів і всіх разом на довкілля. Розрізняють: прямі та непрямі взаємини між організмами.

Останні десятиліття дедалі частіше використовується термін антропогенні чинники, тобто. викликані людиною. Антропогенні фактори протиставляють природним чи природним факторам.

Антропогенним фактором називають сукупність екологічних факторів та впливів, зумовлених людською діяльністю в екосистемах та біосфері в цілому. Антропогенний фактор - безпосередній вплив людини на організми або вплив на організми через зміну людиною їх довкілля.

Екологічні чинники поділяються також на:

1. Фізичні

Природні

Антропогенні

2. Хімічні

Природні

Антропогенні

3. Біологічні

Природні

Антропогенні

4. Соціальні (соціально-психологічні)

5. Інформаційні.

Екологічні чинники поділяються також на клімато-географічні, біогеографічні, біологічні, а також ґрунтові, водні, атмосферні тощо.

Фізичні чинники.

До фізичних природних факторів належать:

Кліматичні, зокрема мікроклімат території;

Геомагнітна активність;

Природне радіаційне тло;

Космічне випромінювання;

Рельєф місцевості;

Фізичні чинники поділяються на:

Механічні;

Вібрацію;

Акустичні;

ЕМ-випромінювання.

Фізичні антропогенні фактори:

Мікроклімат населених пунктів та приміщень;

Забруднення середовища електоромагнітним випромінюванням (іонізуючим та неіонізуючим);

Шумове забруднення середовища;

Теплове забруднення середовища;

Деформованість видимого середовища(Зміна рельєфу місцевості та колірної гамиу населених пунктах).

Хімічні фактори.

До природних хімічних факторів належать:

Хімічний склад літосфери:

хімічний склад гідросфери;

Хімічний склад атмосфери,

Хімічний склад їжі.

Хімічний склад літосфери, атмосфери та гідросфери залежить від природного складу+ викид хімічних речовин у результаті геологічних процесів (наприклад, домішки сірководню внаслідок виверження вулана) та життєдіяльності живих організмів (наприклад, домішки у повітрі фітонцидів, терпенів).

Антропогенні хімічні фактори:

Господарсько-побутові відходи,

Промислові відходи,

Синтетичні матеріали, що використовуються в побуті, сільському господарстві та промисловому виробництві,

Продукти фармацевтичної промисловості,

Пишові добавки.

Дія хімічних факторівна організм людини може бути обумовлено:

Надлишком або недоліком змісту природних хімічних елементівв

довкілля (природні мікроелементози);

Надлишком вмісту природних хімічних елементів у навколишньому

середовищі, пов'язаних з діяльністю людини (антропогенне забруднення),

Присутністю у навколишньому середовищі невластивих їй хімічних елементів

(ксенобіотиків) внаслідок антропогенного забруднення.

Біологічні фактори

Біологічні, чи біотичні (від грецького biotikos – життєвий) екологічні чинники - чинники живого середовища, які впливають життєдіяльність організмів. Дія біотичних чинників виявляється у формі взаємовпливів одних організмів на життєдіяльність інших, і навіть їхнього спільного впливу середовище проживання.

Біологічні фактори:

Бактерії;

Рослини;

Найпростіші;

Комахи;

Безхребетні (у тому числі гельмінти);

Хребетні.

Соціальне середовище

Здоров'я людини не визначається повністю набутими в онтогенезі біологічними та психологічними властивостями. Людина – істота соціальна. Він живе у суспільстві, керованому з допомогою державних законів, з одного боку, з іншого, - з допомогою про загальноприйнятих законів, моральних установок, правил поведінки, зокрема які передбачають різні обмеження тощо.

Соціум з кожним роком ставати все складнішим і надає все більшого впливу на здоров'я особистості, популяції, суспільства. За користування благами цивілізованого суспільства людина повинна жити у жорсткій залежності від прийнятого у соціумі способу життя. За ці блага, часто дуже сумнівні, особистість платить частиною своєї свободи, або ж повністю усією свободою. А особистість невільна, залежна не може бути цілком здоровою та щасливою. Якась частина свободи людини, що віддається технокритичному суспільству в обмін на переваги цивілізованого життя, постійно тримає його в стані нервово-психічної напруги. Постійна нервово-психічна перенапруга та перенапруга веде до зменшення психічної стійкості за рахунок зниження резервних можливостей нервової системи. До того ж існує безліч соціальних факторів, які можуть призвести до зриву адаптаційних можливостей людини та розвитку різноманітних хвороб. До них відносяться і соціальна невлаштованість, невпевненість у завтрашньому дні, моральна пригніченість, які розцінюються як провідні фактори ризику.

Соціальні фактори

Соціальні чинники поділяються на:

1. соціальний устрій;

2. виробнича сфера (промисловість, сільське господарство);

3. побутова сфера;

4. освіта та культура;

5. населення;

6. ЗО та медицина;

7. ін сфери.

Існує також наступне угруповання соціальних факторів:

1. Соціальна політика, Що формує соціотип;

2. Соціальне забезпечення, що безпосередньо впливає на формування здоров'я;

3. Екологічна політика, яка формує екотип.

Соціотип - непряма характеристика інтегрального соціального вантажу за сукупністю факторів соціального середовища.

Соціотип включає в себе:

2. умови праці, відпочинку та побуту.

Будь-який екологічний чинник по відношенню до людини може бути: а) сприятливим - сприяє його здоров'ю, розвитку та реалізації; б) несприятливим, що веде до його хвороби та деградації, в) що впливає і того й іншого роду. Не менш очевидно також, що насправді більшість впливів відносяться до останнього типу, маючи як позитивні, так і негативні сторони.

В екології існує закон оптимуму, згідно з яким будь-який екологічний

фактор має певні межі позитивного впливу живі організми. Оптимальний фактор – найбільш сприятлива для організму інтенсивність екологічного фактора.

Впливи можуть відрізнятися також за масштабом: одні зачіпають все населення країни в цілому, інші - жителів того чи іншого регіону, треті - що виділяються демографічним характеристикамгрупи, четверті – окремого громадянина.

Взаємодія факторів - одночасна або послідовна сумарна дія на організми різних природних та антропогенних факторів, що призводить до ослаблення, посилення або видозміни дії окремого фактора.

Синергізм - комбінований вплив двох або більше факторів, що характеризується тим, що їхня спільна біологічна дія значно перевищує ефект кожного компонента та їх суми.

Слід зрозуміти і запам'ятати, що основну шкоду здоров'ю завдають не окремі екологічні чинники, а сукупне інтегральне навантаження на організм. Вона складається з екологічного вантажу та соціального вантажу.

Екологічний вантаж - сукупність несприятливих для здоров'я людини факторів та умов природного та техногенного середовища. Екотип - непряма характеристика інтегрального екологічного вантажу за сукупністю факторів природного та техногенного середовища.

Для оцінок екотипу необхідні гігієнічні дані про:

Якість житла,

Питної води,

Повітря,

Ґрунти, продуктів харчування,

ліків і т.д.

Соціальний вантаж – сукупність несприятливих здоров'ю людини чинників та умов соціального життя.

Чинники довкілля, що формують здоров'я населення

1. Клімато-географічні ¦характеристики.

2. Соціально-економічні показники місця проживання (місто, село).

3. Санітарно-гігієнічні характеристики довкілля (повітря, води, ґрунту).

4. Особливості харчування населення.

5. Характеристика трудової діяльності:

Професія

Санітарно-гігієнічні умови праці,

Наявність професійних шкідливостей,

Психологічний мікроклімат на службі,

6. Сімейно-побутові фактори:

Склад сім'ї,

Характер житла,

Середній дохід на 1 члена сім'ї,

Організація сімейного побуту.

Розподіл позаробочого часу,

Психологічний клімат у ній.

Показники, що характеризують ставлення до стану здоров'я та визначають активність щодо його підтримки:

1. Суб'єктивна оцінка власного здоров'я (здоровий, хворий).

2. Визначення місця особистого здоров'я та здоров'я членів сім'ї у системі індивідуальних цінностей (ієрархії цінностей).

3. Інформованість про фактори, що сприяють збереженню та зміцненню здоров'я.

4. Наявність шкідливих звичокта залежностей.

Термін «екологія» ввів у науку німецький вчений Ернст Геккель (E. Haeckel) у 1869 р. Формальне визначення дати досить легко, оскільки слово «екологія» походить від грецьких слів «ойкос» – житло, притулок та «логос» – наука. Тому екологію часто визначають як науку про відносини між організмами або групами організмів (популяцій, видів) з навколишнім середовищем. Інакше висловлюючись, предмет екології - це сукупність зв'язків між організмами та умовами їх існування (середовищем), яких залежить успішність їх виживання, розвитку, розмноження, поширення, конкурентоспроможність.

У ботаніці термін «екологія» першим ужив датський ботанік Є. Вармінг у 1895 р.

У широкому значенні під середовищем (або навколишнім середовищем) розуміють сукупність матеріальних тіл, явищ і енергії, хвиль і полів, що так чи інакше впливають на . Однак різні середовища далеко не однаково сприймаються живим організмом, оскільки значення їх для життя по-різному. Серед них є практично байдужі для рослин, наприклад, інертні гази, що містяться в атмосфері. Інші елементи середовища, навпаки, надають помітне, часто - значний вплив на рослину. Їх називають екологічними чинниками. Такими є, наприклад, світло, вода в атмосфері та в ґрунті, повітря, засолення ґрунтових вод, природна та штучна радіоактивність тощо). З поглибленням наших знань перелік екологічних факторів розширюється, оскільки у ряді випадків виявляється, що рослини здатні реагувати на елементи середовища, які раніше вважалися байдужими (наприклад, магнітне поле, сильний шумовий вплив, електричні поля тощо).

Класифікація екологічних факторів

Класифікувати екологічні чинники можна у різних понятійних системах координат.

Розрізняють, наприклад, ресурсні та нересурсні екологічні фактори. Ресурсні фактори - це речовина та (або) , що залучаються в біологічний кругообіг рослинним співтовариством (наприклад, світло, вода, вміст у ґрунті елементів мінерального харчування тощо); відповідно, нересурсні фактори не беруть участь у циклах трансформації речовини та енергії та екосистемах (наприклад, рельєф).

Розрізняють також прямодіючі та опосередковані екологічні фактори. Перші безпосередньо впливають на обмін речовин, формоутворювальні процеси, зростання та розвиток (світло), другі впливають на організм через зміну інших факторів (наприклад, трансабіотичні та трансбіотичні форми взаємодій). Оскільки в різних екологічних ситуаціях багато факторів можуть виступати і як прямодіючі, і як опосередковані, краще говорити не про поділ факторів, а про пряму або непряму їх дію на рослину.

Найбільш широко використовується класифікація екологічних факторів за їх походженням та характером дії:

I. Абіотичні фактори:

а) кліматичні - світло, тепло, (його склад і рух), волога (включаючи опади у різних формах, вологість повітря) тощо;

б) едафічні (або ґрунтово-грунтові) - фізичні (гранулометричний склад, водопроникність) та хімічні (рН ґрунтів, вміст у них елементів мінерального живлення, макро- та мікроелементів тощо) властивості ґрунтів;

в) топографічні (або орографічні) – умови рельєфу.

ІІ. Біотичні фактори:

а) фітогенні - прямий і опосередкований вплив рослин-мешканців;

б) зоогенні - прямий та опосередкований вплив тварин (поїдання, витоптування, діяльність землерів, запилення, поширення плодів та насіння);

в) прокаріотогенні фактори – вплив бактерій та синьо-зелених водоростей (негативний вплив фітопатогенних бактерій, позитивний вплив вільноживучих та симбіотично пов'язаних азотфіксуючих бактерій, актиноміцетів та ціанів);

Докладніше про біотичні фактори можна почитати зі статті

Специфічні форми впливу людини на рослинний покрив, їх спрямованість, масштаби дозволяють виділяти й антропогенні чинники.

ІІІ. Антропогенні фактори, пов'язані з багатосторонніми формами сільськогосподарської діяльності людини (випас, сінокосіння), її промислової діяльності (викиди газів, будівництво, видобуток корисних копалин, транспортні комунікації та трубопроводи), з освоєнням космосу та рекреаційною діяльністю.

У цю найпростішу класифікацію укладаються далеко не всі, лише головні екологічні чинники. Є й інші, менш суттєві для життя рослини (атмосферна електрика, магнітне поле Землі, іонізуюче випромінювання та ін.).

Зауважимо, проте, що наведений поділ певною мірою умовно, оскільки (і це важливо підкреслити як у теоретичному, так і практичному відношенні) середовище впливає на організм як єдине ціле, а поділ факторів та їх класифікація є не що інше, як методичний прийом, що полегшує пізнання та вивчення закономірностей взаємозв'язків рослини та середовища.

Загальні закономірності впливу екологічних факторів

Вплив екологічних чинників на живий організм дуже різноманітний. Одні фактори - провідні - мають сильніший вплив, інші - другорядні - діють слабше; одні чинники впливають попри всі боку життя рослини, інші - якийсь певний життєвий процес. Проте можна уявити загальну схему залежності реакції організму під впливом екологічного чинника.

Якщо по осі абсцис (X) буде відкладена інтенсивність фактора у своєму фізичному вираженні ( , концентрація солей у ґрунтовому розчині, рН, освітленість місця проживання і т. д.), а по осі ординат (У) - реакція організму або популяції на цей фактор її кількісному вираженні (інтенсивність того чи іншого фізіологічного процесу - фотосинтезу, поглинання води корінням, росту і т. д.; морфологічна характеристика - висота рослини, розміри листя, кількість насіння, що продукується, і т. д.; популяційні характеристики - чисельність особин на одиницю площі , частота народження і т. д.), ми отримуємо наступну картину.

Діапазон дії екологічного фактора (область толерантності виду) обмежений точками мінімуму та максимуму, які відповідають крайнім значенням даного фактора, за якого можливе існування рослини. Крапка на осі абсцис, що відповідає найкращим показникам життєдіяльності рослини, означає оптимальну величину фактора – це точка оптимуму. У зв'язку з труднощами в точному визначенніцієї точки зазвичай говорять про деяку зону оптимуму, або про зону комфорту. Крапки оптимуму, мінімуму і максимуму становлять три кардинальні точки, що визначають можливості реакції виду на даний фактор. Крайні ділянки кривої, що виражають стан пригнічення при різкій нестачі або надлишку фактора, називають областями песимуму; їм відповідають песимальні значення фактора. Поблизу критичних точок лежать сублетальні величини чинника, а поза зони толерантності - летальні.

Види різняться друг від друга становищем оптимуму не більше градієнта екологічного чинника. Наприклад, ставлення до тепла у арктичних та тропічних видів. Різною може бути ширина діапазону дії фактора (або зони оптимуму). Є види, наприклад, для яких оптимальний низький рівеньосвітленості (печерні мохоподібні) або відносно високий рівень освітленості (високогірні альпійські рослини). Але відомі і види, що однаково добре ростуть і при повному освітленні, і при значному затіненні (наприклад, збірна їжака - Dactylis glomerata).

Так само одні лугові трави віддають перевагу грунту з певним, досить вузьким діапазоном кислотності, інші добре ростуть у широкому діапазоні рН - від сильнокислого до лужного. Перший випадок свідчить про вузьку екологічну амплітуду рослин (вони є стенобіонтними або стенотопними), другий - про широку екологічну амплітуду (еврібіонтні або евритопні рослини). Між категоріями евритопності та стенотопності лежить ряд проміжних якісних категорій (геміевритопні, гемістенотопні).

Широта екологічної амплітуди стосовно різних екологічних чинників часто буває різною. Можна бути стенотопним по відношенню до одного фактора та евритопним по відношенню до іншого: наприклад, рослини можуть бути приурочені до вузького діапазону температур та широкого діапазону солоності.

Взаємодія екологічних факторів

Фактори середовища впливають на рослину спільно і одночасно, причому дія одного фактора великою мірою залежить від «екологічного фону», тобто від кількісного вираження інших факторів. Це взаємодії чинників добре видно з прикладу експерименту з водним мохом Fontinalis. У цьому вся експерименті наочно показано, що освітленість по-різному діє інтенсивність фотосинтезу при різному змісті З 2 в .

Експеримент також показує, що подібний біологічний ефект може вийти за часткової заміни дії одного фактора іншим. Так, одна і та ж інтенсивність фотосинтезу може бути досягнута або збільшенням освітленості до 18 тисяч люкс, або, при нижчій освітленості - підвищенням концентрації СО 2 .

Тут проявляється часткова взаємозамінність дії одного екологічного чинника іншим. У той же час жоден з необхідних екологічних факторів не може бути замінений іншим: зелена рослина не можна виростити у повній темряві навіть при дуже гарному мінеральному харчуванні або дистильованій воді при оптимальному тепловому режимі. Іншими словами, існує часткова замінність основних екологічних факторів і водночас їхня повна незамінність (у цьому сенсі іноді говорять також про їхню рівнозначну важливість для життя рослини). Якщо значення хоча б одного з необхідних факторів виходить за межі діапазону толерантності (нижче за мінімум і вище максимуму), то існування організму стає неможливим.

Лімітуючі фактори

У разі, якщо який-небудь із факторів, що становлять умови існування, має песимальне значення, то він обмежує дію інших факторів (хоч би сприятливими вони були) і визначає кінцевий результат дії середовища на рослину. Змінити цей кінцевий результат можна лише впливаючи на фактор, що обмежує. Цей «закон обмежуючого чинника» спочатку був сформульований в агрохімії німецьким агрохіміком, одним із основоположників агрохімії Юстусом Лібіхом у 1840 році і тому часто називається законом Лібіха.

Їм було помічено, що при нестачі в ґрунті або живильному розчині одного з необхідних хімічних елементів, ніякі добрива, що містять інші елементи, на рослину не діють, і лише додавання «іонів у мінімумі» дає збільшення врожаю. Численні приклади дії обмежуючих чинників у експерименті, а й у природі показують, що це явище має общеэкологическое значення. Один із прикладів дії «закону мінімуму» в природі - пригнічення трав'янистих рослин під пологом букових лісів, де при оптимальному тепловому режимі, підвищеному вмісті вуглекислого газу, досить багатих ґрунтах та інших оптимальних умовах можливості розвитку трав обмежуються різким недоліком світла.

Виявлення «факторів у мінімумі» (і в максимумі) та усунення їхньої дії, що обмежує, іншими словами, оптимізація середовища для рослин, складають важливе практичне завдання в раціональному використанні рослинного покриву.

Аутекологічний та синекологічний ареал та оптимум

Ставлення рослин до екологічних чинників тісно залежить від впливу інших рослин-мешканців (насамперед - від конкурентних відносин із нею). Часто має місце ситуація, коли вид може успішно виростати в широкому діапазоні дії будь-якого фактора (що визначається експериментально), але присутність сильного конкурента змушує його обмежуватись вужчою зоною.

Наприклад, сосна звичайна (Pinus sylvestris) має дуже широкий екологічний ареал по відношенню до ґрунтових факторів, але в тайговій зоні утворює ліси головним чином на сухих бідних піщаних ґрунтах або сильно перезволожених торфовищах, тобто там, де відсутні конкуруючі деревні. Тут реальне положення оптимумів і областей толерантності по-різному для рослин, що зазнають або не зазнають біотичного впливу. У зв'язку з цим розрізняють екологічний оптимум виду (за відсутності конкуренції) та фітоценотичний оптимум, що відповідає реальній позиції виду у ландшафті чи біомі.

Крім положення оптимуму розрізняють межі витривалості виду: екологічний ареал (потенційні межі поширення виду, що визначаються лише його ставленням до цього фактора) та реальний фітоценотичний ареал.

Часто в цьому контексті говорять про потенційний і реальний оптимум та ареал. У зарубіжній літературі пишуть також про фізіологічний та екологічний оптимум та ареал. Краще говорити про аутекологічний та синекологічний оптимум та ареал виду.

У різних видів співвідношення екологічного і фітоценотичного ареалів по-різному, але завжди екологічний ширший за фітоценотичний. Внаслідок взаємодії рослин відбувається звуження ареалу і часто зміщення оптимуму.

Екологічні фактори- властивості довкілля, які надають будь-який вплив на організм. Наприклад, наявність мінеральних речовин, доступ кисню, вологість ґрунту, температура ґрунту, пухкість ґрунту. Індиферентні елементи середовища, наприклад, інертні гази, екологічними факторами не є.

режимів

За характером впливу

• Прямо діючі
• Непрямо діючі
• Умовно діючі- Вплив елементів екосистеми (біогеоценозу) посилених або ослаблених дією інших екологічних факторів

За походженням

• Абіотичні- фактори неживої природи:
  • кліматичні
  • едафічні (едафогенні)
  • орографічні
  • хімічні
  • фізичні: шум, магнітні поля, теплопровідність та теплоємність, радіоактивність, інтенсивність сонячного випромінювання ***** гідрографічні: щільність води, течія, прозорість і т.д.
    • пірогенні: фактори вогню джерело не вказано 824 дні] (Одум, 1975, 1986)
• Біотичні
  • фітогенні- Вплив рослин
  • мікогенні- Вплив грибів
  • зоогенні- Вплив тварин
  • мікробіогенні- Вплив мікроорганізмів
• Антропогенний (антропічний) фактор:
  • У 1912 р. російський вчений проф. Г.Ф.Морозов у ​​своїй книзі "Вчення про ліс" визначив вплив людини на природу як окремий екологічний фактор і розділив його за характером впливу на природне середовище на прямий, непрямий і умовний антропогенний вплив [Морозов, 1949].
  • Прямий антропогенний вплив- Безпосередній вплив людини на компоненти екосистеми (біогеоценозу). Це збирання ягід, грибів, вирубування дерев тощо.
  • Непрямий антропогенний вплив- Вплив людини через проміжний рівень. Це зміна рівня ґрунтових вод, зміна температурного режиму, радіаційне забруднення тощо.
  • Умовний антропогенний вплив– це вплив біотичних та абіотичних факторів, посилених чи ослаблених впливом людини.
  • У 1981 р. опубліковано визначення "Антропогенний фактор [антропогенний вплив] - це всяке, пов'язане як із свідомою, так і з несвідомою життєдіяльністю людини вплив на навколишнє [природне] середовище, що веде до кількісних та якісних змін її компонентів [Попа, 1981].
  • У 2011 р. опубліковано розроблену на прикладі широколистяних лісів степової зони шкалу антропогенної дигресії біогеоценозів (екосистем), що включає 12 стадій руйнування природного середовища людиною, від стану умовно не порушених екосистем до стадії повної втрати біогеоценозами життєвих функцій [1].

За витрачанням

• Ресурси
• Умови

За спрямованістю

• Векторизовані
• Багаторічні-циклічні

• Монодомінантність
• Синергізм
• Антагонізм
• Провокаційність

екстремальних значень

Крива життєдіяльності багаторічної рослини. Однорічні рослини не здатні переходити у стан спокою та зона життя у них збігається із зоною життєдіяльності.

пластичність

кривою життєдіяльності крапкиі зони:

• Кардинальні точки:
  • крапки мінімуму і максимуму
  • крапка оптимуму
• Зони:
  • зона оптимуму
  • зони песимуму
  • зона життєдіяльності
  • зони спокою
  • зона життя

норма реакції

велика кількістьабо частота народження

Бібліографія

• Sahney, S., Benton, MJ. та Ferry, P.A. (2010). «Знаки між глобальним taxonomic diversity, ecological diversity and expansion of vertebrates on land» (PDF). Biology Letters 6 (4): 544-547. DOI: 10.1098/rsbl.2009.1024. PMID 20106856.
• David L. Hawksworth. Biodiversity and Conservation in Europe. - Springer, 2008. - P. 3390. - ISBN 1402068646.
• Bampton, M. «Антропологічна трансформація» в Encyclopedia of Environmental Science, D. E. Alexander and R. W. Fairbridge, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands.
• Worm, Boris (2006-11-03). "Impacts of Biodiversity Loss on Ocean Ecosystem Services". Science 314 (5800): 787-790. DOI:10.1126/science.1132294. PMID 17082450.
• Морозов Г.Ф. Вчення про ліс. 7-ме видання. М: Гослесбумиздат, 1949. 455 з.
• Антропогенна трансформація лісових біогеоценозів Кодр Молдавії. Автореф. дис. канд. біол. наук: 03.00.16 – Екологія. Красноярськ, 1981. с.6.
• Попа Ю.М. Відновлення біогеоценозів в антропогенно-трансформованих екотопах у степовій зоні: монографія. за ред. чл.-кор. НАН України, д-ра біол. наук, проф. А. П. Травлєєва; Національний авіаційний університет. – Київ: Український бестселер, 2011. – 437 с.

Екологічні фактори

Пристосування організмів до середовища

Основні середовища життя

Екологічні фактори

Організм та середовище

Лекція 6. Основи аутекології. Організм та середовище

Аутекологія вивчає взаємовідносини представників одного виду з навколишнім середовищем. Спирається на дослідження процесів адаптації видів до навколишнього середовища (факторальна екологія). Екологія людини також вивчає вплив (нормування) факторів середовища, його екстремальних впливів на організм.

Навколишній живий світ складається з організмів, які постійно відтворюють себе. Одна попелиця може за літо залишити понад 300 млн нащадків. Закладено здатність розмножуватися безмежно. Але безмежного зростання чисельності немає, головний обмежувач-нестача ресурсів. Для рослин – мінеральних солей, вуглекислого газу, води, світла. Для тварин – їжі, води. запаси цих ресурсів стримують розмноження. Другий обмежувач – вплив різних несприятливих умов, що уповільнює зростання та розмноження. Зростання рослин залежить від погоди. Розмноження водних мешканців гальмується низьким вмістом кисню у воді. Крім того, відбувається відсів і загибель вже вироблених зародків або молодих особин. Наприклад, не всі жолуді проростають. Високою плідністю відрізняються види, у яких дуже велика загибель особин у природі.

Організм, відчуваючи потребу в припливі речовини енергії та інформації, повністю залежить від середовища

Закон – результати розвитку організму визначаються співвідношенням його внутрішніх особливостейі особливостей того середовища, в якому він знаходиться.

Еволюційно пристосування організмів до умов середовища, що виражається в зміні їх зовнішніх і внутрішніх особливостей - адаптація. Принцип Ле-Шательє: «Еволюція будь-якої системи йде у напрямку зниження потенційної небезпеки». Згідно з цим принципом, еволюція організму сприяє його адаптації до зовнішніх впливів, що змінюються.

Екологічні фактори– це певні умови та елементи середовища, які мають специфічний вплив на організм.

Екологічні фактори: 1-абіотичні. 2-біотичні. 3-антропогенні.

Абіотичні фактори– сукупність факторів неорганічного середовища, що впливають на життя та поширення тварин та рослин

Абіотичні фактори

фізичні хімічні едафічні (грунтові)

Біотичні фактори– сукупність впливів життєдіяльності одних організмів на життєдіяльність інших, а також на неживе місце існування

Біотичні фактори

внутрішньовидові міжвидові впливи

взаємодії взаємодії абіотичні фактори

(Співдружність)

Коменсалізм

(один має користь)

Аменсалізм

(один вид пригнічує зростання іншого)

Антропогенні фактори– фактори, породжені людиною та які впливають на навколишнє середовище (забруднення, ерозія ґрунтів, знищення лісів тощо)

Загальний характер впливу екологічних чинників.

У життєвому процесі взаємодія організмів із середовищем проживання та її складових між собою ґрунтується на передачі між елементами системи потоків мас речовини та їх сполук, енергій усіх видів та інформації. Відповідно до закону збереження життя Ю. М. Куражковського: «Життя може існувати лише у процесі руху через живе тіло потоків речовини, енергії та інформації».

Взаємодія організму з довкіллям підпорядковано наступним законам. Головний закон оптимуму (толерантності). Закон ЛібіхаВиявляється у тому, що будь-який екологічний чинник має певні межі позитивного впливу організм. При відхиленні від цих меж знак впливу змінюється на протилежний. Наприклад, тварини погано переносячи спеку та сильні морози; Посуха та зливи несприятливі для врожаю. Криві оптимуму будь-якого фактора для різних видів не співпадуть. Верблюди та тушканчики не виносять умов північних пустель, а північні олені та лемінги спекотних південних. Ряд видів може жити у вузьких рамках оптимуму, інші – у широких. Рослина недоторка гине, якщо в повітрі немає вологи, з ковила не гине навіть у посуху. Оптимум і межі витривалості є постійними протягом життя організму. Оптимум можна зрушити (температурне загартування).

Відповідно до правила оптимуму для організму є діапазон найбільш сприятливого (оптимального) значення фактора. За межами оптимуму лежать зони пригнічення, що переходять у критичні точки. Для одних організмів зона оптимуму має широкий спектр. Вони називаються - еврібіонти(грец. широкий, життя). Організми з вузьким діапазоном – стенобіонти(Вузький).

Діапазон значень факторів (між критичними точками) називають екологічною валентністю. Синонімом валентності толерантність.лат толеранція – терпіння), або пластичність (мінливість) якщо середовище відносно постійне, малозмінне, то в ньому більше стенобионтов (наприклад у водному середовищі). Якщо середовище динамічне, наприклад, водно-повітряне – у ньому більше шансів на виживання мають еврибіонти. Зона оптимуму та екологічна валентність ширша у теплокровних тварин.

Дія температурного фактора. Якщо діапазон толерантності лежить у межах (-5; +25), то такі організми називаються –евритермными, якщо вузький – стенотермными. Можуть бути евригалінними (солоність)

Мал. 1. Залежність життєвого потенціалу від інтенсивності фактора впливу

1. - Зона оптимуму (комфорту);

2. – зона допустимої життєдіяльності;

3. – зона гноблення;

4. - Зона загибелі.

Толерантність - Здатність організму переносити несприятливий вплив того чи іншого фактора середовища.

Зона оптимуму з точкою комфорту (точка максимуму – життєвого потенціалу) – область оптимальної життєдіяльності.

Зони допустимої життєдіяльності - Значення допустимих значень фактора впливу є областю нормальної життєдіяльності.

Зони гноблення - Зони з великими відхиленнями фактора від оптимуму, при яких організм відчуває пригнічення життєдіяльності.

Зона загибелі – межі толерантності за фактором впливу збігаються зі значеннями мінімуму та максимуму фактора, за межами яких існування організму не можливе.

Треба враховувати, що одні фактори можуть посилювати чи пом'якшувати дію інших. Надлишок тепла може пом'якшитися зниженою вологістю повітря. . Закон незалежності факторів В. Р. Вільямса: «Умови життя рівнозначні, жоден із чинників життя може бути замінений іншим»

2-й закон - лімітуючого фактора. Найбільш значущим є той фактор, який найбільше відхиляється від оптимальних значень. Чинник, що перебуває у нестачі чи надлишку (поблизу критичних точок) негативно впливає організм. Лімітують чинники визначають межі поширення видів – ареал. Від них залежить продуктивність організмів та угруповань.

Правило обмежуючого чинника агрономії. Якщо у ґрунті мінеральних солей не вистачає фосфору 50%, кальцію 20%, урожай буде у 5 разів меншим. Якщо внести кальцій урожай 59%.

Людина своєю діяльністю часто порушує всі закономірності дії факторів-руйнування місцеперебування, порушення режиму водного та мінерального харчування.

Закон оптимуму та лімітуючого фактора можна висловити одним законом Закон толерантності В. Шелфорда:"Лімітуючим фактором процвітання популяції (організму) може бути як мінімум, так і максимум екологічного впливу, а діапазон між ними визначає величину витривалості (межа толерантності) організму до заданого фактора"

Екологічні чинники це:

Екологічні фактори

Екологічні фактори- властивості довкілля, які надають будь-який вплив на організм. Індиферентні елементи середовища, наприклад, інертні гази, не є екологічними факторами.

Екологічні чинники відрізняються значною мінливістю у часі та просторі. Наприклад, температура сильно варіює на поверхні суші, але майже стала на дні океану або в глибині печер.

Один і той же фактор середовища має різне значенняу житті спільно мешкають організмів. Наприклад, сольовий режим ґрунту відіграє першорядну роль при мінеральному харчуванні рослин, але байдужий для більшості наземних тварин. Інтенсивність освітлення та спектральний склад світла виключно важливі у житті фототрофних організмів (більшість рослин та фотосинтезуючі бактерії), а в житті гетеротрофних організмів (гриби, тварини, значна частина мікроорганізмів) світло не надає помітного впливу на життєдіяльність.

Екологічні чинники можуть бути подразники, викликають пристосувальні зміни фізіологічних функцій; як обмежувачі, що зумовлюють неможливість існування тих чи інших організмів у цих умовах; як модифікатори, що визначають морфо-анатомічні та фізіологічні зміни організмів.

Організми відчувають вплив не статичних постійних чинників, які режимів- Послідовності змін за певний час.

Класифікації екологічних факторів

За характером впливу

• Прямо діючі- що безпосередньо впливають на організм, головним чином на обмін речовин
• Непрямо діючі- що впливають опосередковано через зміну прямо діючих факторів (рельєф, експозиція, висота над рівнем моря та ін.)

За походженням

• Абіотичні- фактори неживої природи:
  • кліматичні: річна сума температур, середньорічна температура, вологість, тиск повітря
  • едафічні (едафогенні): механічний склад ґрунту, повітропроникність ґрунту, кислотність ґрунту, хімічний склад ґрунту.
  • орографічні: рельєф, висота над рівнем моря, крутість та експозиція схилу.
  • хімічні: газовий склад повітря, сольовий склад води, концентрація, кислотність
  • фізичні: шум, магнітні поля, теплопровідність та теплоємність, радіоактивність, інтенсивність сонячного випромінювання.
• Біотичні- пов'язані з діяльністю живих організмів:
  • фітогенні- Вплив рослин
  • мікогенні- Вплив грибів
  • зоогенні- Вплив тварин
  • мікробіогенні- Вплив мікроорганізмів
• :
  • фізичні: використання атомної енергії, переміщення в поїздах та літаках, вплив шуму та вібрації
  • хімічні: використання мінеральних добрив та отрутохімікатів, забруднення оболонок Землі відходами промисловості та транспорту.
  • біологічні: продукти харчування; організми, для яких людина може бути середовищем проживання або джерелом харчування
  • соціальні- пов'язані з відносинами людей та життям у суспільстві

За витрачанням

• Ресурси- елементи середовища, які організм споживає, зменшуючи їх запас у середовищі (вода, CO 2 , O 2 світло)
• Умови- не витрачаються організмом елементи середовища (температура, рух повітря, кислотність ґрунту)

За спрямованістю

• Векторизовані- спрямовані фактори, що змінюються: заболочування, засолення грунту
• Багаторічні-циклічні- з чергуванням багаторічних періодів посилення та ослаблення фактора, наприклад зміна клімату у зв'язку з 11-річним сонячним циклом
• Осциляторні (імпульсні, флуктуаційні)- коливання в обидві сторони від середнього значення (добові коливання температури повітря, зміна середньомісячної суми опадів протягом року)

Дія екологічних факторів на організм

Фактори середовища впливають на організм не окремо, а в комплексі, відповідно, будь-яка реакція організму є багатофакторно обумовленою. При цьому інтегральний вплив факторів не дорівнює сумі впливів окремих факторів, оскільки між ними відбуваються різного роду взаємодії, які можна поділити на чотири основні типи:

• Монодомінантність- одне із чинників придушує дію інших та її величина має визначальне значення організму. Так, повна відсутність, або знаходження у ґрунті елементів мінерального живлення в різкій нестачі чи надлишку перешкоджають нормальному засвоєнню рослинами інших елементів.
• Синергізм- Взаємне посилення кількох факторів, обумовлене позитивним зворотним зв'язком. Наприклад, вологість ґрунту, вміст у ньому нітратів та освітленість при поліпшенні забезпечення будь-яким з них підвищують ефект впливу двох інших.
• Антагонізм- Взаємне гасіння кількох факторів, обумовлене зворотним негативним зв'язком: збільшення популяції сарани сприяє зменшенню харчових ресурсів і її популяція скорочується.
• Провокаційність- поєднання позитивних та негативних для організму впливів, при цьому вплив других посилено впливом перших. Так, чим раніше настає відлига, тим сильніше рослини страждають від наступних заморозків.

Вплив факторів також залежить від природи і поточного стану організму, тому вони надають неоднаковий вплив як на різні види, так і на один організм на різних етапах онтогенезу: низька вологість згубна гідрофітів, але нешкідлива для ксерофітів; низькі температури без шкоди переносяться дорослими хвойними помірними поясами, але небезпечні для молодих рослин.

Чинники можуть частково заміщати один одного: при ослабленні освітленості інтенсивність фотосинтезу не зміниться, якщо збільшити концентрацію вуглекислого газу в повітрі, що зазвичай відбувається в теплицях.

Результат впливу факторів залежить від тривалості та повторюваності дії їх екстремальних значеньпротягом усього життя організму та його нащадків: нетривалі впливи можуть і не мати жодних наслідків, тоді як тривалі через механізм природного відборуведуть до якісних змін.

Реакція організму на зміну екологічних факторів

Крива життєдіяльності багаторічної рослини. Однорічні рослини не здатні переходити у стан спокою та зона життя у них збігається із зоною життєдіяльності.
Примітка: 1 - точка оптимуму, 2 - точки мінімуму та максимуму, 3 - летальні точки

Організмам, особливо провідним прикріплений, як рослини, або малорухливий спосіб життя, властива пластичність- здатність існувати у більш менш широких діапазонах значень екологічних факторів. Однак при різних значеннях фактора організм поводиться неоднаково.

Відповідно виділяють таке його значення, при якому організм перебуватиме в найбільш комфортному стані - швидко зростатиме, розмножуватиметься, проявлятиме конкурентні здібності. У міру збільшення або зменшення значення фактора щодо найбільш сприятливого організм починає відчувати пригнічення, що проявляється в ослабленні його життєвих функцій і при екстремальних значеннях фактора може призвести до загибелі.

Графічно подібна реакція організму зміну значень чинника зображується як кривою життєдіяльності(екологічної кривої), при аналізі якої можна виділити деякі крапкиі зони:

• Кардинальні точки:
  • крапки мінімуму і максимуму - крайні значення фактора, за яких можлива життєдіяльність організму
  • крапка оптимуму - Найбільш сприятливе значення фактора
• Зони:
  • зона оптимуму - обмежує діапазон найбільш сприятливих значень фактора
  • зони песимуму (верхнього та нижнього) - діапазони значень фактора, в яких організм відчуває сильне пригнічення
  • зона життєдіяльності - діапазон значень фактора, в якому він активно виявляє свої життєві функції
  • зони спокою (верхнього та нижнього) - вкрай несприятливі значення фактора, при яких організм залишається живим, але переходить у стан спокою
  • зона життя - Діапазон значень фактора, в якому організм залишається живим

За межами зони життя розташовуються летальні значення чинника, у яких організм неспроможний існувати.

Зміни, що відбуваються з організмом у межах діапазону пластичності, завжди є фенотиповими, при цьому в генотипі кодується лише міра можливих змін. норма реакціїяка визначає ступінь пластичності організму.

На основі індивідуальної кривої життєдіяльності можна прогнозувати і видову. Однак, оскільки вид є складною надорганізмною системою, що складається з безлічі популяцій, розселених за різними місцеперебуваннями з неоднаковими умовами середовища, при оцінці його екології користуються узагальненими даними не за окремими особами, а за цілими популяціями. На градієнті фактора відкладаються узагальнені класи його значень, які представляють певні типи місцеперебування, а як екологічні реакції найчастіше розглядаються велика кількістьабо частота народженнявиду. При цьому слід говорити вже не про криву життєдіяльності, а про криву розподілу різноманіття чи частот.

Розділ 1. Теоретичні аспекти екології

Тема 1.1. Аутоекологія (факторіальна екологія)

Аутоекологія - розділ екології, що вивчає взаємовідносини організму з навколишнім середовищем. Цей розділ присвячений вивченню видових особливостей реагування тварин та рослинних організмів на фактори середовища та способу життя виду.

У рамках цієї теми ми з вами сьогодні розглянемо такі питання

Основні середовища існування організмів

Закономірності впливу екологічних факторів на живі організми

Екологічні фактори та їх класифікація

Поняття «довкілля» відрізняється від поняття «умови існування» - сукупність життєво необхідних чинників середовища, без яких живі організми що неспроможні існувати (світло, тепло, волога, повітря, грунт).Інші чинники середовища хоч і істотно впливають на організми, але є їм життєво необхідними (наприклад, вітер, природне і штучне іонізуюче випромінювання, атмосферне електрику та інших.).

2 . Будь-який організмможе існувати лише певному температурному інтервалі. Коли температура середовища дуже низька або занадто висока, організм гине. Там, де температура близька до крайніх значень, представники цього виду зустрічаються рідко, але в міру того як температура наближається до середнього значення, оптимального для них, їх кількість збільшується. Ця закономірність справедлива для будь-якого іншого фактор А, що впливає протягом тих чи інших життєвих процесів (вологість, сила вітру, швидкість течії тощо).

Якщо намалювати на графіці криву, що характеризує швидкість тієї чи іншої процесу (дихання, руху, харчування та інших.) залежно від однієї з чинників довкілля (звичайно, за умови, що це чинник впливає на основні життєві процеси), то ця крива майже завжди матиме форму дзвона (рис. 1). Подібні криві, називають кривими толерантності (від латів. tolerahtia – терпіння). Положення їхньої вершини вказує на умови, оптимальні для даного процесу. Для деяких видів характерні криві з дуже гострими піками; це означає, що діапазон оптимальних їм умов дуже вузький. Плавні криві відповідають широкому діапазону толерантності, тобто стійкості до цього фактора.

Організми з широкими межами стійкості до багатьох чинників, звісно, ​​мають шанси ширше поширення.

У широко поширених видів популяції, що у кліматично різних зонах, найчастіше виявляються найкраще пристосованими саме до умов цієї території. Це пов'язано з їхньою здатністю утворювати локальні форми, або екотипи, що характеризуються різними межами стійкості до температури, світла чи інших факторів.

Як приклад розглянемо екотипи одного з видів медуз. Як ви знаєте, медузи пересуваються у воді подібно до ракети - за допомогою ритмічних скорочень м'язів, що виштовхують воду з центральної порожнини. Оптимальна швидкість пульсації – 15-20 скорочень за хвилину. Особини одного з видів медуз, що мешкає в північних широтах, пересуваються з такою ж швидкістю, як і медузи того ж виду в південних широтах, хоча температура води на півночі може бути на 20°С нижче. Це означає, що та та інша форми медуз змогли найкраще пристосуватися до місцевих умов.

Закон мінімуму.

Інтенсивність тих чи інших біологічних процесівчасто виявляється чутливою до двох і більших факторів навколишнього середовища. У цьому випадку вирішальне значення належатиме тому з них, який є в мінімальній з точки зору потреб організму кількості. Це просте правило вперше було сформульовано основоположником науки про мінеральні добрива німецьким хіміком та агрохіміком Юстусом Лібіхом (1803-1873) та отримало назву закону мінімуму . Ю. Лібіх виявив, що врожай рослин може обмежуватися одним – будь-яким – з основних елементів живлення, якщо тільки цього елемента не вистачає у ґрунті.

Різні чинники середовища можуть взаємодіяти, т. е. брак однієї речовини може призводити до дефіциту інших речовин. Наприклад, недолік вологи в грунті обмежує надходження в рослини решти всіх речовин, необхідних для їх харчування. Тому загалом закон мінімуму можна сформулювати наступним чином : успішне виживання живих організмів залежить від комплексу умов; обмежуючим, або лімітуючим, фактором є будь-який стан середовища, що наближається або виходить за кордон стійкості. організмів цього виду.

Екологічні чинники.Елементи навколишнього середовища, які викликають у живих організмів та їх угруповань пристосувальні реакції (адаптації), називаються екологічними факторами

За походженням та характером дії екологічні фактори класифікуються: абіотичні (елементи неорганічної, чи неживої, природи); біотичні (форми впливу живих істот одна на одну); антропогенні (всі форми діяльності людини, що впливають на живу при роду).

Абіотичні факториподіляються на фізичні , або кліматичні (світло, температура повітря та води, вологість повітря та ґрунту, вітер); едафічні,або ґрунтово-ґрунтові (механічний склад грунтів, їх хімічні та Фізичні властивості); топографічні,або орографічні (Особливості рельєфу місцевості); хімічні

Антропогенні (антропічні)фактори - це всі форми діяльності людського суспільства, що змінюють природу як місце існування живих організмів або безпосередньо впливають на їх життя. Виділення антропогенних чинників в окрему групу обумовлено тим, що в даний час доля рослинного покриву Землі та всіх існуючих видів організмів практично знаходиться в руках людського суспільства.

Екологічні чинники діють організми по-різному. Вони можуть виступати як подразники,що викликають пристосувальні зміни фізіологічних функцій; як обмежувачі,що зумовлюють неможливість існування тих чи інших організмів у цих умовах; як модифікатори,

/ екологія 1лекція

Лекція 1

ОСНОВИ ЕКОЛОГІЇ

Предмет, завдання та методи екології

Середовище проживання та умови існування організмів

Екологічні фактори

Закономірності впливу екологічних факторів на організм

Взаємодія екологічних факторів

Вплив основних абіотичних факторів на живі організми

Біотичні середовища.

Трофічний (харчовий) ланцюг

Форми біотичних відносин.

Кругообіги енергії в екосистемах

Предмет, завдання та методи екології .Екологія(греч, oikos - житло, місцеперебування, logos - наука) - біологічна наука про взаємини між живими організмами та ареалами їхнього проживання. Цей термін було запропоновано 1866 р. німецьким зоологом Ернстом Геккелем.

Ареал(лат. area – площа, простір) – частина поверхні суші або акваторії, в межах якої поширені та проходять повний цикл свого розвитку особини даного виду (роди, сімейства або певного типу спільноти).

Об'єктами екологіїє переважно системи вище за рівень організмів, т. е. вивчення організації та функціонування надорганізмових систем: популяцій, біоценозів(спільнот), біогеоценозів(екосистем) та біосферив цілому. Іншими словами, головним об'єктом вивчення в екології є екосистеми,т. е. єдині природні комплекси, утворені живими організмами та середовищем проживання.

Населення- (Лат. populus - народ, населення). угруповання особин одного виду, які протягом тривалого часу населяють певну частину ареалу, вільно схрещуються і відносно відокремлені від інших, сукупностей того ж виду, називаються населенням

Вид- група організмів, які мають загальними ознакамиу будові тіла, фізіології та способах взаємини із середовищем, здатних схрещуватися між собою з утворенням плідного потомства, але не здатних це робити з організмами інших видів.

Біоценоз- Сукупність організмів, що населяють екосистему, взаємопов'язаних між собою обміном речовин, енергії та інформації.

Біогеоценоз - екосистема

Біосфера,згідно з визначенням В.І.Вернадського, це середовище нашого життя, це та "природа" яка нас оточує.

Біосферний компонент міставключає, крім людини, всі види зелених насаджень, міські популяції тварин. (голуби, горобці, ворони, галки, водоплавні птахи, що зимують на проталинах водних об'єктів, щури та миші, "одомашнені" комахи, такі як мухи комарі, блохи та таргани, клопи, нарешті, мікробне та вірусне населення багатоповерхових будівель та міських квартир).

Головна теоретичне та практичне завдання екології- розкрити загальні закономірності організації життяі на цій основі розробити принципи раціонального використання природних ресурсів в умовах дедалі більшого впливу людини на біосферу.

Найважливіша проблема сучасностівзаємодія людського суспільства та природи, оскільки становище, яке складається у відносинах людини з природою, часто стає критичним. Вичерпуються запаси прісної водита корисних копалин (нафти, газу, кольорових металів та ін.), погіршується стан ґрунтів, водного та повітряного басейнів, відбувається опустелювання величезних територій, ускладнюється боротьба з хворобами та шкідниками сільськогосподарських культур.

Антропогенні зміниторкнулися практично всіх екосистем планети, газового складу атмосфери, енергетичного балансу Землі. Це означає, що діяльність людини вступила в суперечність із природою, внаслідок чого у багатьох районах світу порушилосяїї динамічна рівновага.

Для вирішенняцих глобальних проблем і насамперед проблеми інтенсифікації та раціонального використання, збереження та відтворення ресурсів біосфери екологія поєднує у науковому пошуку зусилля всіх спеціалістів у біології.До кола проблем екології включено також питання екологічного виховання та освіти, морально-етичні, філософські та навіть правові питання. Отже, екологія стає наукою не лише біологічною, але і соціальної.

Методи екологіїподіляються: на

польові(Вивчення життя організмів та їх угруповань в природних умовах, тобто тривале спостереження в природі за допомогою різної апаратури) і

експериментальні(Експерименти в стаціонарних лабораторіях, де є можливість не тільки варіювати, а й суворо контролювати вплив на живі організми будь-яких факторів за заданою програмою).

При цьому екологи оперують не лише біологічними, а й сучасними фізичними та хімічними методами, використовують моделювання біологічних явищ, тобто відтворення у штучних екосистемах різних процесів, що відбуваються у живій природі. За допомогою моделювання можна вивчити поведінку будь-якої системи з метою оцінки можливих наслідківзастосування різних стратегій та методів управління ресурсами, тобто для екологічного прогнозування.

Для вивчення та прогнозування природних процесів широко використовується також метод математичного моделювання. Такі моделі екосистем будуються на основі численних відомостей, накопичених у польових та лабораторних умовах.

При цьому правильно збудовані математичні моделі допомагаютьпобачити те, що важко чи неможливо перевірити в експерименті.Поєднання польових та експериментальних методів дослідження дозволяє екологу з'ясувати всі аспекти взаємин між живими організмами та численними факторами навколишнього середовища, що дозволить не тільки відновити динамічну рівновагу природи, а й управляти екосистемами.

Середовище проживання та умови існування організмів . Частина природи (сукупність конкретних абіотичних і біотичних умов), що безпосередньо оточує живі організми і надає прямий чи опосередкований вплив на їх стан, зростання, розвиток, розмноження, виживання називається середовищем проживання.

Від поняття « середовище проживання» слід відрізняти поняття « умови існування» - це сукупність життєво необхідних факторів середовища, без яких живі організми не можуть існувати(Світло, тепло, волога, повітря, грунт). На відміну від них інші фактори середовища хоч і істотно впливають на організми, але не є для них життєво необхідними (наприклад, вітер, природне і штучне іонізуюче випромінювання, атмосферне електрику та ін.).

Екологічні фактори - це елементи навколишнього середовища, які викликають у живих організмів та їх угруповань пристосувальні реакції (адаптації).

За походженням та характером дії екологічні фактори поділяються на абіотичні(елементи неорганічної, чи неживої, природи), біотичні(форми впливу живих істот одна на одну) та антропогенні(Всі форми діяльності людини, що впливають на живу природу).

Абіотичні факториділять на фізичні, або кліматичні(світло, температура повітря та воли, вологість повітря та ґрунту, вітер), едафічні, або ґрунтово-ґрунтові(механічний склад грунтів, їх хімічні та фізичні властивості), топографічні,або орографічні(Особливості рельєфу місцевості), хімічні(Солоність води, газовий склад води та повітря, рН грунту та води та ін.).

Антропогенні (антропічні) фактори- це всі форми діяльності людського суспільства, що змінюють природу як місце існування живих організмів або безпосередньо впливають на їх життя. Виділення антропогенних чинників в окрему групу обумовлено тим, що в даний час доля рослинного покриву Землі та всіх існуючих видів організмів практично знаходиться в руках людського суспільства.

Одині той же факторсередовища має різне значенняу житті спільно мешкають організмів. Наприклад, сольовий режим ґрунту відіграє першорядну роль при мінеральному харчуванні рослин, але байдужий для більшості наземних тварин. Інтенсивність освітленнята спектральний склад світла виключно важливі у житті фототрофних рослин, а життя гетеротрофних організмів (грибів і водних тварин) світло не надає помітного впливу з їхньої життєдіяльність.

Екологічні чинники діютьна організми по різному. Вони можуть виступати як подразники, які викликають пристосувальні змінифізіологічних функцій; як обмежувачі, що зумовлюють неможливість існування тих чи інших організмів у цих умовах; як модифікатори,визначальні морфологічні та анатомічні зміни організмів.

Закономірності впливу екологічних факторів на організм . Реакція організмів на вплив абіотичних факторів. Вплив екологічних чинників на живий організм дуже різноманітний. Одні фактори мають сильніший вплив, інші діють слабше; одні впливають попри всі боку життя, інші - певний життєвий процес. Проте в характері їх впливу на організм і в реакціях живих істот у відповідь можна виявити ряд загальних закономірностей, які укладаються в деяку загальну схему дії екологічного фактора на життєдіяльність організму. Діапазон дії екологічного фактора обмежений відповідними крайніми граничними значеннями(Точки мінімуму і максимуму), при яких ще можливе існування організму. Ці точки називаються нижньою та верхньою межами витривалості (толерантності)живих істот стосовно конкретного чинника середовища.

Найкращими показниками життєдіяльності організму- це крапка оптимуму . Для більшості організмів визначити оптимальне значення фактора з достатньою точністю найчастіше важко, тому прийнято говорити про зоні оптимуму.

Крайні стани пригнічення організмів при різкій нестачіабо надлишку фактора, називають областями песимуму або стресу . Поблизу критичних точоклежать сублетальні величини фактора, а за межами зони виживання - летальні.

Подібна закономірність реакції організмів на вплив екологічних факторів дозволяє розглядати її як фундаментальний біологічний принцип: для кожного виду рослин і тварин існує оптимум, зона нормальної життєдіяльності, песимальні зони та межі витривалості по відношенню до кожного фактора середовища(Рис. 1)

7 6 2 1 3 5 8

1- точка оптимуму; 2-3 - Зона оптимуму ; 3-5 - 2-6 - межі витривалості (толерантності); 5,8 - 6,7 - крайні стани гноблення організмів - області песимуму чи стресу.

Різні види живих організмів помітно відрізняються один від одного як за становищем оптимуму, так і за межами витривалості. Наприклад, песці в тундрі можуть переносити коливання температури повітря в діапазоні близько 80°С (від +30 до -55°С), деякі тепловодні рачки витримують зміни температури води в інтервалі не більше 6°С (від 23 до 29°С). ціанобактерія осцилаторія, що живе на острові Ява у воді з температурою 64 ° С, гине при 68 ° С вже через 5-10 хв.

Організми, для існування яких необхідні суворо визначені, щодо постійні умови середовища, називають стенобіонтними(грец. Stenos - вузький, bion - живий), а ті, які живуть у широкому діапазоні мінливості умов середовища, - еврібіонтними (грец. eurys - широкий). При цьому організми того самого виду можуть мати вузьку амплітуду по відношенню до одного фактора і широку - до іншого (наприклад, пристосованість до вузького діапазону температур і широкого діапазону солоності води). Крім того, та сама доза фактора може бути оптимальною для одного виду, песимальною для іншого і виходити за межі витривалості для третього.

Здатність організмів адаптуватися до певного діапазону мінливості факторів серединазивають екологічною пластичністю. Ця особливість одна із найважливіших властивостей всього живого: регулюючи свою життєдіяльність відповідно до змін умов середовища, організми набувають можливість виживати і залишати потомство. Еврібіонтні організмиє екологічно найбільш пластичними, що забезпечує їх широке розповсюдження, а стінобіонтні,навпаки, відрізняються слабкою екологічною пластичністюі, як наслідок, зазвичай мають обмежені ареали розповсюдження.

Взаємодія екологічних факторів . Екологічні фактори впливають на живий організм спільно та одночасно. При цьому дія одного фактора залежитьвід того, з якою силою та в якому поєднанні діють одночасно інші фактори.Ця закономірність набула назва взаємодія факторів. Наприклад, спеку чи мороз легше переносити при сухому, а чи не при вологому повітрі. Швидкість випаровування води листям рослин (транспірація) значно вища, якщо температура повітря висока, а погода вітряна.

Однак, якщо значення хоча б одного з життєво необхідних екологічних факторівнаближається до критичної величиниабо виходить за її межі(нижче мінімуму або вище максимуму), то, незважаючи на оптимальне поєднання інших умов, особинам загрожує загибель. Такі фактори називаються обмежують(лімітують).

Обмежуючі факторисереди визначають географічний ареал виду.Так, просування виду на північ може лімітуватися недоліком тепла, а в райони пустель і сухих степів - недоліком вологи або надто високими температурами. Чинником, що обмежує поширення організмів, можуть бути і біотичні відносини, наприклад зайнятість території сильнішим конкурентом або нестача запилювачів для квіткових рослин. Виявлення обмежувальних факторів та усунення їх дії, тобто оптимізація довкілля живих організмів, становить важливу практичну мету у підвищенні врожайності сільськогосподарських культур продуктивності свійських тварин.

Вплив основних абіотичних факторів на живі організми . Характеристика світла як екологічного чинника. Жива природане може існувати без світла, оскільки сонячна радіація, що досягає поверхні Землі, є практично єдиним джерелом енергії для підтримки теплового балансу планети, створення органічних речовинфототрофними організмами біосфери, що у результаті забезпечує формування середовища, здатної задовольнити життєві потреби всіх живих істот.

Біологічна дія сонячного світла залежить від його спектрального складу, тривалості, інтенсивності, добової та сезонної періодичності.

Сонячна радіаціяявляє собою електромагнітне випромінювання в широкому діапазоні хвиль, що становлять безперервний спектр. від 290 до 3 000нм.

Ультрафіолетові промені(УФО) коротше 290 нм, згубні для живих організмів, поглинаються шаром озону і до Землі не доходять.

Землі досягають головним чином інфрачервоні(близько 50% сумарної радіації) і видимі (45%) промені спектру. Перед УФО, мають довжину хвилі 290-380 нм, припадає 5% променистої енергії. Довгохвильові УФО, що мають велику енергію фотонів, відрізняються високою хімічною активністю. У невеликих дозах вони мають потужну бактерицидну дію, сприяють синтезу у рослин деяких вітамінів, пігментів, а у тварин та людини – вітаміну D; крім того, у людини вони викликають засмагу, яка є захисною реакцією шкіри. Інфрачервоні промені довжиною хвилі понад 710 нм мають теплову дію.

В екологічному відношенні найбільшу важливість є видима область спектру(390-710 нм), або фотосинтетично активна радіація (ФАР), яка поглинається пігментами хлоропластів і має вирішальне значення у житті рослин. Видиме світло потрібне зеленим рослинам для утворення хлорофілу, формування структури хлоропластів; він регулює роботу устьичного апарату, впливає на газообмін та транспірацію, стимулює біосинтез білків та нуклеїнових кислот, підвищує активність низки світлочутливих ферментів. Світло впливає також на поділ і розтяг клітин, ростові процеси і на розвиток рослин, визначає терміни цвітіння і плодоношення, надає формотворний вплив.

Світлові умови на нашій планеті надзвичайно великі: від таких освітлених територій, як високогір'я, пустелі, степу, до сутінкового освітлення у водних глибинах і печерах.

Реакція організмів на добовий ритм освітлення, що виражається у зміні процесів трасту та розвитку, називається фотоперіодизмом. Регулярність і постійна повторюваність рік у рік даного явища дозволяла організмам під час еволюції узгоджувати свої найважливіші життєві процеси з ритмом цих часових інтервалів. Під фотоперіодичним контролемзнаходяться практично всі метаболічні процеси, пов'язані зі зростанням, розвитком, життєдіяльністю та розмноженням рослин та тварин.

Фотоперіодична реакція властива як рослинам, так та тваринам.

Сезонна ритміка у тварин найбільш яскраво проявляється у зміні оперення у птахів та вовни у ссавців, періодичності розмноження та міграції, зимових сплячках деяких тварин тощо.

Біологічні ритми характерні і для людини. Добові ритми виражаються в чергуванні сну і неспання, коливаннях температури тіла в межах 0,7-0,8 ° С (на світанку вона знижується, до полудня підвищується, ввечері досягає максимуму, а потім знову знижується, особливо швидко після того, як людина засне ), циклах діяльності серця та нирок тощо.

Живі організми здатні орієнтуватися в часі, тобто вони мають біологічний годинник. Іншими словами, для багатьох організмів характерна здатність відчувати добові, приливні, місячні та річні цикли, що дозволяє їм заздалегідь готуватися до змін середовища.

Температурні межі життя. Необхідність тепла існування організмів обумовлена ​​насамперед тим, що це процеси життєдіяльності можливі лише певному тепловому тлі, обумовленому кількістю тепла і тривалістю його дії. Від температури навколишнього середовища залежить температура організмів і, як наслідок, швидкість і характер перебігу всіх хімічних реакцій, що становлять обмін речовин.

Межами життя є температурні умови, у яких немає денатурації білків, незворотного зміни колоїдних властивостей цитоплазми, порушення активності ферментів, дихання. Більшість організмів цей діапазон температур становить від 0 до +500. Однак ряд організмів має спеціалізовані ферментні системи і пристосований до активного існування при температурах, що виходять за вказані межі.

Види, оптимальні умови життєдіяльності яких присвячені області високих значень температур, відносять до екологічної групи термофілів(бактерії, що населяють термальні джерела Камчатки з температурою води 85-93°С, кілька видів зелених водоростей, накипні лишайники, насіння пустельних рослин, що знаходяться у верхньому розжареному шарі ґрунту. Температурна межа представників тваринного світу зазвичай не перевищує +55-58°С раковинні амеби, нематоди, кліщі, деякі ракоподібні, личинки багатьох двокрилих).

Рослини та тварини, що зберігають активність при температурі від 0 до -8°С. відносяться до екологічній групі кріофілів(грец. Kryos-холод, лід). Кріофілія характерна для багатьох бактерії, грибів, лишайників, членистоногих та інших істот, що мешкають у тундрах, арктичних та антарктичних пустелях, у високогір'ях, холодних полярних водах тощо.

Представники більшості видів живих організмів не мають здатності активної терморегуляції свого тіла. Їхня активність залежить, перш за все, від тепла, що надходить ззовні, а температура тіла - від величини температури навколишнього середовища. Такі організми називають пойкілотермними (ектотермними).Пойкілотермія властива всім мікроорганізмам, рослинам, безхребетним та більшій частині хордових.

Тільки у птахів та ссавцівтепло, що виробляється в процесі інтенсивного обміну речовин, є достатньо надійним джерелом підвищення температури тіла та підтримки її на постійному рівні незалежно від температури довкілля.Цьому сприяє хороша теплова ізоляція, що створюється шерстим покривом, щільним оперенням, товстим шаром підшкірної жирової тканини. Такі організми називають гомойотермними (ендотермними, або теплокровними). Властивість ендотермностідозволяє багатьом видам тварин (білим ведмедям, ластоногим, пінгвінам та ін.) вести активний спосіб життя за низьких температур.

Окремий випадок гомойотермії - гетеротермія- властива тваринам, що впадають у несприятливий період року в сплячку або тимчасове заціпеніння (суслики, їжаки, летючі миші, Соні та ін). В активному станівони підтримують високу температурутіла, а у випадку низької активності організму - зниженущо супроводжується уповільненням процесів обміну речовин і, як наслідок, низькою тепловіддачею.

Екологічна роль воли.Вода є необхідною умовою існування всіх живих організмів Землі. Значення води у процесах життєдіяльності визначається тим, що вона є основним середовищем у клітині, де здійснюються процеси метаболізму, є найважливішим вихідним, проміжним або кінцевим продуктом біохімічних реакцій.

При вивченні екологічної ролі води враховується не тільки кількість опадів, що випадають, алеі співвідношення їх величини та випаровування. Області, в яких випаровування перевищує річну величину суми опадів, називаються аридними(Сухими, посушливими). У гумідних (вологих) областяхрослини забезпечені водою достатньою мірою.

Вищі наземні рослини, що ведуть прикріплений спосіб життя, більшою мірою, ніж тварини, залежать від забезпеченості субстрату та повітря вологою. Розрізняють три основні групи рослин:

Гігрофіти- рослини надмірно зволожених місцепроживання з високою вологістю повітря та ґрунту. Найбільш типові гігрофіти-трав'янисті рослини та епіфіти вологих тропічних лісів та нижніх ярусів сирих лісів у різних кліматичних зонах. які культурні рослини.

Ксерофіти- рослини сухих місць проживання, здатні переносити тривалу посуху, залишаючись фізіологічно активними. Це рослини пустель, сухих степів, саван, сухих субтропіків, піщаних дюн і сухих схилів, що сильно нагріваються.

До групи ксерофітів відносяться сукуленти- рослини з соковитим м'ясистим листям або стеблами, що містять сильно розвинену водоносну тканину. Розрізняють листові сукуленти (агави, алое, молодило, очитки) та стеблові, у яких листя редуковані, а надземні частини представлені м'ясистими стеблами (кактуси, деякі молочаї, стапелії та ін.).

Сукуленти присвячені головним чином посушливим зонам Центральної Америки, Південної Африки, Середземномор'я.

Мезофітизаймають проміжне положення між гігрофітами та ксерофітами. Вони поширені в помірно вологих зонах з помірно теплим режимом та досить гарною забезпеченістю мінеральним харчуванням. До мезофітів відносяться рослини лук, трав'янистого покриву лісів, листяні дерева та чагарники з областей помірно вологого клімату, а також більшість культурних рослин та бур'яни. Для мезофітів характерна висока екологічна пластичність, що дозволяє їм адаптуватися до умов навколишнього середовища.

Адаптації тварин до водного режиму. Способи регуляції водного балансу у тварин найрізноманітніші, ніж у рослин. Їх можна розділити на поведінкові, морфологічні та фізіологічні.

До поведінкових пристосуваньвідносяться пошуки водойм, вибір місць проживання, копання нір і т. д. У норах вологість повітря наближається до 100%, що знижує випаровування через покриви, економить вологу в організмі.

До морфологічних способів підтримки нормального водного балансувідносяться утворення, які сприяють затриманню води в тілі; це раковини наземних молюсків, відсутність шкірних залоз і зроговіння покривів плазунів, хітинізована кутикула комах та ін.

Фізіологічні пристрої регуляції водного обмінуможна розділити на три групи:

1) здатність низки видів до утворення метаболічної води та задоволенню вологою, що надходить з їжею (багато комах, дрібні пустельні гризуни);

Людина в навколишньому середовищі, з одного боку, є об'єктом взаємодії екологічних факторів, з іншого - сама впливає на середовище. З цього погляду людина та людство загалом характеризуються важливими особливостями. Важлива риса людини як екологічного чинника полягає в усвідомленості, цілеспрямованості та масованості впливу на природу.

Будь-який біологічний виглядмає обмежені енергетичні ресурси, що лімітує його вплив на середовище. Наприклад, зелені рослини використовують енергію Сонця, консументи – частина енергії органічних речовин, що утворюються організмами попереднього трофічного рівня. Людство в процесі трудової та інтелектуальної діяльностірозширює коло доступних джерел енергії до використання ядерних і термоядерних реакцій. Це дозволило людям подолати природні обмеження зростання їх чисельності.

Приріст населення, енергозабезпечення, технічної озброєності людей створює передумови для заселення будь-яких екологічних ніш. Людство представляє єдиний Землі вид з всесвітнім поширенням. Це перетворює людину на екологічний чинник з глобальним поширенням впливу.

Завдяки впливу на всі головні компоненти біосфери вплив людства досягає найвіддаленіших екологічних зон планети, прикладом може бути виявлення ДДТ у печінці пінгвінів і тюленів, відловлених в Антарктиді, де ніколи не застосовувалися інсектициди.

Людина в результаті трудової діяльності створює навколо себе штучне довкілля. Природні екосистеми витісняються антропогенними екосистемами, абсолютно домінуючим чинником у яких є людина.

В результаті людської діяльності відбуваються зміни фізичного середовища - газового складу повітря, якості води та їжі, клімату, потоку сонячної енергії та інших факторів, що позначаються на здоров'ї та працездатності людей. У екстремальних умовах, що відхиляються, витрачається багато сил і засобів на штучне створення та підтримання оптимальних умов середовища.

Масштаби взаємодії сучасного суспільстваз природою визначаються не біологічними потребами людини, а безперервно наростаючим рівнем технічного та соціального розвитку. Технічна міць людини досягла масштабів, порівнянних з біосферними процесами. Наприклад, будівельна та гірничодобувна техніка щорічно переміщують на поверхню Землі більше матеріалу, ніж зноситься в морі всіма річками світу внаслідок водної ерозії. Людська діяльність на планеті змінює клімат, впливає на склад атмосфери та Світового океану.

В.І. Вернадський у першій половині ХХ століття передбачав розвиток біосфери та її перехід у ноосферу - сферу розуму. Визначаючи сьогоднішній етап у розвитку біосфери та людського суспільства, можна сказати, що технологічні та антропогенні процеси відіграють дедалі більшу роль.

У складній ієрархічній організації живої природи закладено величезні резерви саморегуляції. Для розкриття цих резервів необхідне грамотне втручання у процеси, які у біосфері. Стратегію такого втручання може визначити екологія, що спирається на досягнення природничих та соціальних наук.

Не насичуючи їжею черева,

Жує себе двадцяте століття

І рубає, рубає життя дерево,

Як нещадний дроворуб...

Великий розум! Заборони ти

Рубати хоча б останній сук.

Багато видів діяльності людини можна вважати особливими екологічними факторами, які отримали назву антропогенних; масштаб дії антропогенних факторів стає здатним до дії геологічних сил; біосфера реагує вплив антропогенних чинників скороченням чисельності видів, збідненням генофонду популяцій, зміною напрями дії природного відбору, вимиранням видів.

Планета загалом, біосфера та суспільство екологічно неподільні, тому екологічні проблеми виступають як загальнолюдські. Однак у кожному регіоні вони проявляються і вирішуються по-своєму, залежно від типу екосистем, конкретних фізико-географічних та соціально-економічних умов. .

1. Наприкінці кайнозойської ери у низці областей планети відбулися важливі зміни клімату – почалося похолодання та осушення. Це призвело до того, що на зміну лісам прийшли відкриті простори. Живі організми, які жили раніше в лісових чагарниках і перейшли до життя на відкритих просторах під дією екологічних факторів, набули нових властивостей і ознак: розвинулася будівельна діяльність (полівки, піщанки); виник кочовий спосіб життя, міграції, збільшилися розміри стада (у стаді лісових тварин лосів всього 2030 голів, а жителі відкритих просторів олені збираються в тисячні стада). На зміну нічному прийшов денний спосіб життя, ускладнилися ієрархічні зв'язки у стаді, сторожові функції почали виконуватися поперемінно кожним його членом. Вважають, що предки людини – лісові тварини – за нових умов потрапили у важкі обставини. Головними з них були: зникнення багатьох рослин тропічних лісів, які служили їжею, неможливість хижацтва через відсутність іклів, пазурів як засобів нападу та захисту; низька швидкість пересування порівняно з більшістю чотирилапих тварин того ж розміру; низька народжуваність, тривалість розвитку дитинчат.

Це призвело до розвитку у предків людини з освоєнням наземного способу життя ознак людського роду – прямоходіння, ускладнення гарматної діяльності, вдосконалення будови руки, ускладнення нервової діяльності. З погляду геології це сталося зовсім недавно.

Успіх у боротьбі за існування міг бути забезпечений лише за рахунок значної переваги розумових здібностей у порівнянні з усіма тваринами, які нападали на передлюдей або могли бути їхньою здобиччю. Природний відбір сприяв розвитку людського мозку.

У найраніших безпосередніх попередників чи навіть представників найдавніших людей – австралопітеків обличчя були відносно плоскі, надбровні дуги виступали вперед, а значну частину особи займала потужна нижня щелепа. Жили вони у відкритих просторах і мали складну ієрархію. Саме в австралопітеків зародилася гарматна діяльність як форма біологічної адаптації та як новий етап еволюції. Вчені вважають, що перша кам'яна зброя була виготовлена ​​близько трьох мільйонів років тому. На малюнку 30 показані крем'яні знаряддя, оброблені за різною технологією.

На цьому етапі стадо передлюдей почало набувати рис людського суспільства, а передлюди – рис людей. Зародилися різноманітні способи комунікації, розвинулася денна активність, людина почала використовувати вогонь.

Використання вогню – перший антропогенний фактор, перший вогнище призвело до перших несприятливих наслідків для живого.

Неандерталець уже будував житло – хатини на 10…12 осіб, навчився жити в будь-якому кліматі.

Розвиток землеробства (рисунок 31) та одомашнення тварин (рис. 32) супроводжувалися вирубуванням лісів, випасом худоби та заготівлею корму, що призвело до зміни екосистем.

8, 5 тис. років тому було зроблено першу плавку металу (Чатал-Хююк, Південна Туреччина). Почалося розвиток ремесел, та був промисловості.

Новим етапом взаємодії суспільства та природи стала поява міст, зростання технічної озброєності людини, розвиток ремесел, мистецтва, друкарство.

Людина придбала здатність освоювати світ універсально, перетворювати природу (демонстрація таблиці – свитка (рис. 33), характеризує у формі етапи впливу людини на природу).

2. Діяльність людини набула глобального характеру і стала особливим надпотужним екологічним чинником існування живого у біосфері.

Людина скорочує території, які займають природні екосистеми. 9?12% поверхні суші розорано, 22?25% складають повністю або частково окультурені пасовища. 458 екваторів – така довжина доріг на планеті; 24 км на кожні 100 км 2 – така густота доріг. В одних лише промислово розвинених країнах, за даними ООН, під бетоном автострад, що будуються, населених пунктів, аеропортів щорічно зникає понад три тисячі км 2 ландшафту.

Людина споживає продукцію суші, зменшуючи частку природних споживачів.

Біомаса людства та свійських тварин становить 15...20% до біомаси наземних тварин (на 1980 р.). Проте людина та свійські тварини споживають 1/4 рослинної продукції суші.

Людина виснажує запаси енергії, накопичені в «глухих кутах» біосфери.

Сучасне людство витрачає потенційну енергію біосфери вдесятеро швидше, ніж відбувається її накопичення діяльністю організмів, що пов'язують сонячну енергію Землі.

Людина використовує ресурси Землі та забруднює біосферу: витягує близько 100 млрд. т руди, горючих копалин та іншої сировини, що становить 25 т на кожного жителя планети. 96?98% сировини, що видобувається, йде у відходи. На одного мешканця великих міст припадає 1 т сміття (харчового та побутового). 6 млрд. т на рік твердих відходів, що викидаються в океани. Щорічно 6990 млн. т нафти і нафтопродуктів потрапляє в біосферу, а в атмосферу надходить 20 млрд. т вуглекислого газу. В результаті спалювання палива зростає концентрація свинцю в повітрі та ґрунті, оксиди сірки та азоту надходять в атмосферу, утворюючи з водою кислотні дощі.

Посилюється фізичне забруднення біосфери – шумове, теплове, світлове, радіоактивне. Зростає запиленість повітряного середовища.

3. Вплив антропогенного чинника спричиняє реакції біологічних систем.

а) Загибель особин та скорочення чисельності популяцій.

Лосі, олені, козулі та кабани, птахи та комахи гинуть на дорогах під колесами автотранспорту. Польові роботи призводять до загибелі тетеруків, зайців, перепелів більшою мірою, ніж полювання.

Мільйони перелітних птахів згоряють у газових смолоскипах, де спалюють гази, що відходять при видобутку нафти. Тварини гинуть у розливах нафти, на проводах та опорах ліній електропередач (степові орли, могильники, беркути, змієяди та ін.), при ковтанні пластмасових предметів, що плавають у морі (морські черепахи), у рибальських мережах (дельфіни, тюлені).

б) Порушення онтогенезу організмів.

Забруднюючі речовини (сірчистий ангідрид, фтор і фтористий водень, хлориди та двоокис азоту) найбільш небезпечні для рослин, викликаючи опіки, а при високих концентраціях і загибель рослин, окремих особин. Сірчиста, що утворюються із сірчистого газу, а також сірчана кислота, разом з іншими речовинами потрапляючи в ґрунт, знижують її родючість. Змінюється кислотність ґрунту, що викликає придушення життєдіяльності бактерій та зниження чисельності дощових черв'яків. Найнебезпечніший забруднювач - нафта.

Забруднюючі речовини впливають на ембріони, зародки, що розвиваються, отруюючи їх, викликають потворність і ненормальності у розвитку організму, порушення функцій статевих залоз та органів порушення функцій нервової системи.

Різні забруднювачі, діючи одночасно, мають кумулятивний ефект? вплив міді на рослини посилюється у присутності солей свинцю; мідь посилює вплив радіації, навпаки, солі барію, марганцю та магнію послаблюють подібний вплив.

Під впливом забруднюючих речовин скорочується термін життя – особливо довгоживучих видів, здатних накопичувати в організмі небезпечні концентрації забруднювачів.

в) Порушення популяційних явищ.

Змінюється структура популяції – співвідношення самців і самок, особин різних поколінь; чисельність скорочується до таких меж, що порушується пошук шлюбних партнерів. Внаслідок забруднення Середовища порушуються цикли розмноження (асинхронність розвитку статевих клітин у самців та самок), зменшується кількість вагітних самок, кількість дитинчат у посліді, зростає смертність новонароджених. Розпадається ареал виду, скорочуються площі місцеперебування, ізолюються дрібні острівці проживання.

г) Зміна у екосистемі.

Скорочення кількості видів зменшує складність екосистеми; випадання одних видів може призвести до спалаху чисельності інших; домінантні види можуть бути пригнічені, і їх місце займають види, що знову вселяються; руйнуються міжвидові відносини: хижак-жертва, запилювач - запилювана рослина, симбіотичні зв'язки. Загибель одного виду рослини може призвести до загибелі від 57 до 3035 пов'язаних з ним видів тварин, головним чином безхребетних. Світлове, звукове, хімічне забруднення порушує системи сигналізації, що склалися в природному співтоваристві між видами. Внаслідок зміни структури спільноти порушується її стабільність, виникають масові спалахи чисельності – як правило, безхребетних тварин. Таким чином, на наших очах відбувається гігантське збіднення генофонду біосфери внаслідок вимирання видів, скорочення їх популяційної різноманітності та чисельності особин у всіх популяціях, що скорочуються по території. Щодня з цього числа безповоротно зникає один вид тварин і щотижня один вид рослин. Сьогодні на кожного жителя планети припадає лише 25 птахів, а до 2000 р. це співвідношення ще зменшиться.

Природні ресурси, необхідні виживання людини і стабільного розвитку, дедалі більше руйнуються чи виснажуються. Одночасно швидко зростає потреба у цих ресурсах. Якщо нинішні темпи деградації ґрунту збережуться, то за 20 наступних років у всьому світі буде занапащена третина орних земель. Так само до кінця нинішнього століття (при існуючих темпах вирубки лісу) площа площини не зрубаних тропічних лісів скоротиться наполовину. Очікується, що протягом цього періоду населення Землі збільшиться у півтора рази – від трохи більше ніж 5 млрд. до майже 6 млрд. осіб.

Стало очевидним, що рівновага біосферних процесів, що порушується господарською діяльністю людини, відновлюється повільніше, ніж будь-коли раніше. Адаптаційні механізми біосфери працюють "на межі". Генофонд біосфери збіднюється, створюючи небезпеку непередбачуваних еволюційних наслідків.

4. Сучасну екологічну ситуацію багато вчених характеризують як «екологічна криза», «криза природного середовища».

Екологічні проблеми відносяться до розряду глобальних і торкаються як світу в цілому, так і окремих його регіонів і країн.

Вирішення екологічних проблем – зокрема, збереження генофонду біосфери – набуває все більш термінового характеру.

Людство і кожна людина, кожен із нас повинні усвідомити кризову ситуацію та висунути ідеї, що дозволяють зберегти життя на планеті.