2.1.Экологические факторы среды

Экологический фактор — это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живой организм хотя бы на протяжении одной из фаз его индивидуального развития. В свою очередь, организм реагирует на экологический фактор специфическими приспособительными реакциями, т.е. адаптируется к ним.

Экологические факторы весьма разнообразны, имеют разную природу и специфику действия они могут быть необходимы для организмов или, наоборот, вредны для них, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Их подразделяют на абиотические, биотические и антропогенные..

Абиотические факторы - это все свойства неживой природы, прямо или косвенно влияющие на живые организмы (свет, температура, радиация, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, рельеф местности и т.д.).

Биотические факторы - это прямые и опосредованные формы воздействия живых существ друг на друга. Любой организм в реальных условиях постоянно испытывает на себе самое различное влияние других существ.

Антропогенные факторы - это факторы, которые возникают в ходе непосредственного (прямого) воздействия человека на что-то.

Под ними понимают факторы, косвенно обязанные своим происхождением деятельности (настоящей и прошлой) человека. В последние годы антропогенные факторы, учитывая силу их воздействия, выделяют как отдельную категорию экологических факторов.

Отметим, что один и тот же фактор среды имеет различное значение в жизни совместно обитающих организмов разных видов. Так, сильный ветер в зимнее время весьма неблагоприятен для крупных животных, особенно обитающих открыто (лоси), но не действует на более мелких, обычно укрывающихся в норах или под снегом.

Ряд свойств среды остаются относительно постоянными на протяжении длительных периодов времени: сила тяготения, солнечная постоянная, солевой состав океана, свойства атмосферы. Другие экологические факторы (температура, влажность, ветер, хищники, паразиты и т.д.) изменчивы во времени и пространстве.

Все экологические факторы среды действуют на организм совместно. При этом оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность носит название взаимодействия факторов, потому, что конечное состояние любого организма или системы организмов - это всегда результат многочисленных взаимодействий различных абиотических и биотических условий. При этом, если какой-либо фактор выходит за пределы выносливости организма, то существование этого организма становится невозможным даже при других благоприятных условиях. Факторы, выходящие за пределы максимума или минимума выносливости, называются ограничивающими факторами.

Всю полноту взаимодействия и взаимозависимости живых организмов и элементов неживой природы в области распространения жизни отражает концепция биогеоценоза В.Н. Сукачева.

Биогеоценоз - — система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах определенной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии. Биогеоценоз - представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва). Примеры: озеро, сосновый лес, горная долина. [42, с.96],

Таким образом, биогеоценоз - это динамическое, устойчивое сообщество растений, животных и микроорганизмов, находящихся в постоянном взаимодействии и непосредственном контакте с компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы.

Биогеоценоз состоит из биотической (биоценоз) и абиотической (экотоп) частей, которые связаны непрерывным обменом веществ и представляют собой энергетически и вещественно открытую систему (рис.1).

Рисунок 1. Биогеоценоз.

В биогеоценоз поступает энергия солнца, минеральные вещества почвы, газы атмосферы, вода. Биогеоценоз продуцирует тепло, кислород, углекислый газ, биогенные вещества, переносимые водой, перегной и др.

Основными функциями биогеоценоза являются односторонне направленный поток энергии и круговороты веществ.

В структуре любого биогеоценоза различают следующие обязательные компоненты:

• абиотические неорганические вещества среды;

• автотрофные организмы - продуценты биотических органических веществ;

• гетеротрофные организмы - потребители (консументы) готовых органических веществ первого (растительноядные животные) и последующих (плотоядные животные) порядков;

• детритоядные организмы - разрушители (деструкторы), разлагающие органическое вещество.

Перечисленные компоненты биогеоценоза лежат в основе пищевых (трофических) связей, которые изначально основаны на наличии двух типов питания в биосфере - аутотрофного и гетеротрофного.

По участию в биологическом круговороте веществ в биогеоценозе различают три группы организмов.

1. Продуценты (автотрофные организмы) – синтезируют с помощью солнечного света и СО2 и Н2О, а также минеральных веществ органические соединения, преобразуя при этом световую энергию в химическую.

2. Консументы (гетеротрофные организмы) – животные организмы, которые питаются готовым органическим веществом растений или животных. Консументы сами не могут строить органическое вещество из неорганического и получают его в готовом виде, питаясь другими организмами,

3. Деструкторы (разрушители) или редуценты – окисляют мертвые органические остатки до СО2 и Н2). К редуцентам относятся бактерии, грибы, простейшие, т.е. находящиеся в почве гетеротрофные микроорганизмы. Деструкторы полностью разлагают все растительные и животные остатки до неорганических составляющих, которые снова могут быть вовлечены в круговорот веществ, тем самым способствуя деятельности продуцентов.

Близким по значению понятием является экосистема — система, состоящая из взаимосвязанных между собой сообществ организмов разных видов и среды их обитания. Экосистема — более широкое понятие, относящееся к любой подобной системе. Биогеоценоз, в свою очередь — класс экосистем, экосистема, занимающая определенный участок суши и включающая основные компоненты среды — почву, подпочву, растительный покров, приземный слой атмосферы. Не являются биогеоценозами водные экосистемы, большинство искусственных экосистем. Таким образом, каждый биогеоценоз — это экосистема, но не каждая экосистема — биогеоценоз. Для характеристики биогеоценоза используются два близких понятия: биотоп и экотоп (факторы неживой природы: климат, почва). Биотоп — это совокупность абиотических факторов в пределах территории, которую занимает биогеоценоз. Экотоп — это биотоп, на который оказывают воздействие организмы из других биогеоценозов. Основной функциональной единицей экологии является экосистема представляющая собой единство биотических компонентов с абиотической средой, организованное потоками энергии и биологическим круговоротом веществ.

Другими словами, экосистема - это сообщество живых существ вместе с его физической средой обитания, функционирующее как единое целое. (Термин «экосистема» был предложен в 1935 г. английским ботаником Артуром Тенсли, который считал, что экосистемы представляют собой основные природные единицы на поверхности Земли.)

Рассмотрение экосистемы важно в тех случаях, когда речь идет о потоках вещества и энергии, циркулирующих между живыми и неживыми компонентами природы, о динамике элементов, поддерживающих существование жизни, об эволюции сообществ. Ни отдельный организм, ни популяцию, ни сообщество в целом нельзя изучать в отрыве от окружающей среды. Экосистема, по сути, это то, что мы называем природой.

Внутри экосистемы содержащие энергию органические вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей (источником вещества и энергии) для гетеротрофов. Автотрофы - организмы, способные создавать органические вещества (авто-сам и трофо-питание), их называют первичными продуцентами (производителями). Таковы зеленые растения, водоросли, способные фиксировать световую энергию и использовать в питании простые неорганические вещества.

Автотрофы занимают первый трофический уровень и являются важнейшей частью сообщества, потому, что практически все остальные организмы, входящие в его состав, прямо или косвенно зависят от снабжения веществом и энергией, запасенными растениями. Все остальные организмы, занимая последующие трофические уровни относятся к гетеротрофам.

Гетеротрофы - питаются готовыми органическими веществами (гетеро - разный). Они разлагают, перестраивают и усваивают сложные органические вещества, синтезированные первичными продуцентами.

Гетеротрофные организмы также подразделяют на консументов (потребителей) и редуцентов (восстановителей). Иногда последний термин заменяют словом деструкторы (разлагатели). Эти группы организмов называют также макроконсументами и микроконсументами. Макроконсументы (буквально - крупные потребители) представляют собой главным образом консументов - животных, которые поедают другие организмы или измельченные органические вещества. Микроконсументы (редуценты) представлены в основном грибами и бактериями, разлагающими сложные составные компоненты мертвой цитоплазмы, доводя их до простых органических соединений, которые в последующем могут быть использованы продуцентами.

Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое ее звено – трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы. Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего – вторичными консументами. При каждом очередном переносе 80-90% потенциальной энергии теряется, рассеиваясь в форме теплоты.

В схемах пищевых цепей каждый организм представлен питающимся организмами какого-то определённого типа. Действительность намного сложнее, и организмы (особенно, хищники) могут питаться самыми разными организмами, даже из различных пищевых цепей. Таким образом, пищевые цепи переплетаются, образуя пищевые сети.

Пищевые сети служат основой для построения экологических пирамид. Простейшими из них являются пирамиды численности, которые отражают количество организмов (отдельных особей) на каждом трофическом уровне. Для удобства анализа эти количества отображаются прямоугольниками, длина которых пропорциональна количеству организмов, обитающих в изучаемой экосистеме, либо логарифму этого количества. Часто пирамиды численности строят в расчёте на единицу площади (в наземных экосистемах) или объёма (в водных экосистемах).

Ч етвертый трофический уровень Третичные консументы

Третий трофический уровень Вторичные консументы

В торой трофический уровень Первичные консументы

П ервый трофический Первичные продуценты

уровень

Рисунок 2.Упрощённый вариант экологической пирамиды.

Реальная экосистема характеризуется следующими особенностями строения и функционирования:

1. Система и её элементы открыты для внешних воздействий;

2.Экосистема как динамичная структура постоянно развивается.;

3.Структура системы соподчинена и реакция на внешние воздействия происходит на разных уровнях организации;

4.Система реагирует на воздействия по принципу обратной связи (саморегуляция).

5.Все элементы экосистемы находятся в разной степени связи между собой.

6. Элементы системы (популяции) постоянно возобновляются и развиваются. (популяция – группа особей одного вида, занимающая определенное пространство и обладающая необходимыми возможностями для поддержания своей численности в постоянно изменяющихся условиях среды)

7. Система обладает устойчивостью, т. е.способностью противостоять колебаниям среды, сохраняя свою структурно-функциональную целостность.

В качестве показателя устойчивости экосистемы (наряду с другими) является продуктивность как конечный результат сложных отношений элементов в системе,