6. Взаимодействие факторов.: Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к

Факторы среды, общие закономерности их действия на живые организмы

6. Взаимодействие факторов.:  Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к

Среда обитания — это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном и меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями.

На нашей планете живые организмы освоили четыре основные среды обитания, сильно различающиеся по специфике условий. Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь.

В последующем живые организмы овладели наземно-воздушной средой, создали и заселили почву.

Четвертой специфической средой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых представляет собой целый мир для населяющих его паразитов или симбионтов.

Приспособления организмов к среде носят название адаптации.

Способность к адаптациям — одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает самую возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться.

Адаптации проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Адаптации возникают и измэ-няются в ходе эволюции видов.

Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Факторы среды многообразны.

Они могут быть необходимы или, наоборот, вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия.

Экологические факторы делятся на абиотические и биотические, антропогенные.

Абиотические факторы — температура, свет, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, ветер, течения, рельеф местности — это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

Биотические факторы — это формы воздействия живых существ друг на друга.

Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние других существ, вступает в связь с представителями своего вида и других видов — растениями, животными, микроорганизмами, зависит от них и сам оказывает на них воздействие. Окружающий органический мир — составная часть среды каждого живого существа.

Взаимные связи организмов — основа существования биоценозов и популяций; рассмотрение их относится к области синэко-логии.

Антропогенные факторы — это формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни.

В ходе истории человечества развитие сначала охоты, а затем сельского хозяйства, промышленности, транспорта сильно изменило природу нашей планеты.

Значение антропогенных воздействий на весь живой мир Земли продолжает стремительно возрастать.

Хотя человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, деятельность людей на планете следует выделять в особую силу, не укладывающуюся в рамки этой классификации. В настоящее время практически вся судьба живого покрова Земли и всех видов организмов находится в руках человеческого общества, зависит от антропогенного влияния на природу.

Один и тот же фактор среды имеет различное значение в жизни совместно обитающих организмов разных видов. Например, сильный ветер зимой неблагоприятен для крупных, обитающих открыто животных, но не действует на более мелких, которые укрываю 1ся в норах или под снегом. Солевой состав почвы важен для питания растений, но безразличен для большинства наземных животных и т. п.

Некоторые свойства среды остаются относительно постоянными на протяжении длительных периодов времени в эволюции видов. Таковы сила тяготения, солнечная постоянная, солевой состав океана, свойства атмосферы. Большинство экологических факторов— температура, влажность, ветер, осадки, наличие укрытий, пищи, хищники, паразиты, конкуренты и т. д.

— очень изменчиво в пространстве и времени. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер.

Паразиты млекопитающих живут в условиях избытка пищи, тогда как для свободножи-вущих хищников ее запасы все время меняются вслед за изменением численности жертв.

Изменения факторов среды во времени могут быть: 1) регулярно-периодическими, меняющими силу воздействия в связи со временем суток или сезоном года или ритмом приливов и отливов в океане; 2) нерегулярными, без четкой периодичности, например изменения погодных условий в разные годы, явления катастрофического характера — бури, ливни, обвалы и т. п.; 3) направленными на протяжении известных, иногда длительных, отрезков времени, например при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т. п.

Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т. е.

могут влиять как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие анатомические и морфологические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей.

1. Закон оптимума. Каждый фактор имеет лишь определенные пределы положительного влияния на организмы. Результат действия переменного фактора зависит прежде всего от силы его проявления.

Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида.

Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора — это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть.

Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

Представители разных ал-дов сильно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по экологической валентности.

Так, например песцы з тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне око то 80°С (от +30 до —55°С), тогда как тепловодные рачки Сepilia mirabilis выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6°С (от 23 до 29C).

Одна и та же сила проявления фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной—для другого и выходить за пределы выносливости для третьего.

Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки «эври». Эвритермные виды — выносящие значительные колебания температуры, эврибатные — широкий диапазон давления, эвригалинные — разную степень засоления среды.

Неспособность переносить значительные колебания фактора, или узкая экологическая валентность, характеризуется приставкой «стено»—стенотермные, стенобатные, стеногалинные виды и т. д.

В более широком смысле слова виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными, а те, которые способны приспосабливаться к разной экологической обстановке,— эврибионтными.

2. Неоднозначность действия фактора на разные функции. Каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма. Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других.

Так, температура воздуха от 40 до 45 °С у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение.

Для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания половых продуктов, неблагоприятна для икрометания, которое происходит при другом температурном интервале.

Жизненный цикл, в котором в определенные периоды организм осуществляет преимущественно те или иные функции (питание, рост, размножение, расселение и т. п.), всегда согласован с сезонными изменениями комплекса факторов среды. Подвижные организмы могут также менять места обитания для успешного осуществления всех своих жизненных функций.

3. Изменчивость, вариабельность и разнообразие ответных реакций на действие факторов среды у отдельных особей вида. Степень выносливости, критические точки, оптимальная и песси-мальные зоны отдельных индивидуумов не совпадают. Эта изменчивость определяется как наследственными качествами особей, так и половыми, возрастными и физиологическими различиями.

Например, у бабочки мельничной огневки — одного из вредителей муки и зерновых продуктов—»критическая минимальная температура для гусениц —7°С, для взрослых форм — 22 °С, а для яиц —27 °С. Мороз в 10 °С губит гусениц, но не опасен для имаго и яиц этого вредителя. Следовательно, экологическая валентность вида всегда шире экологической валентности каждой отдельной особи.

4. К каждому из факторов среды виды приспосабливаются относительно независимым путем. Степень выносливости к какому-нибудь фактору не означает соответствующей экологической валентности вида по отношению к остальным факторам.

Например, виды, переносящие широкие изменения температуры, совсем не обязательно должны также быть приспособленными к широким колебаниям влажности или солевого режима. Эвритермные виды могут быть стеногалинными, стенобатными или наоборот. Экологические валентности вида по отношению к разным факторам могут быть очень разнообразными.

Это создает чрезвычайное многообразие адаптации в природе. Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида.

5. Несовпадение экологических спектров отдельных видов. Каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Даже у близких по способам адаптации к среде видов существуют различия в отношении к каким-либо отдельным факторам.

Правило экологической индивидуальности видов сформулировал русский ботаник Л. Г. Раменский (1924) применительно к растениям, а затем широко было подтверждено и зоологическими исследованиями.

6. Взаимодействие факторов. Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействия факторов.

Например, жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду. Таким образом, один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковое экологическое воздействие.

Наоборот, один и тот же экологический результат может быть по-

лучен разными путями. Например, увядание растений можно приостановить путем как увеличения количества влаги в почве, так и снижения температуры воздуха, уменьшающего испарение. Создается эффект частичного взаимозамещения факторов.

Вместе с тем взаимная компенсация действия факторов среды имеет определенные пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя.

Полное отсутствие воды или хотя бы одного из основных элементов минерального питания делает жизнь растения невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий.

Крайний дефицит тепла в полярных пустынях нельзя восполнить ни обилием влаги, ни круглосуточной освещенностью.

Учитывая в сельскохозяйственной практике закономерности взаимодействия экологических факторов, можно умело поддерживать оптимальные условия жизнедеятельности культурных растений и домашних животных.

7. Правило ограничивающих факторов. Факторы среды, наиболее удаляющиеся от оптимума, особенно затрудняют возможность существования вида в данных условиях.

Если хотя бы один из экологических факторов приближается или выходит за пределы критических величин, то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель.

Такие сильно уклоняющиеся от оптимума факторы приобретают первостепенное значение в жизни вида или отдельных его представителей в каждый конкретный отрезок времени.

Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида. Природа этих факторов может быть различной. Так, продвижение вида на север может лимитироваться недостатком тепла, в аридные районы — недостатком влаги или слишком высокими температурами.

Ограничивающим распространение фактором могут служить и биотические отношения, например занятость территории более сильным конкурентом или недостаток опылителей для растений. Так, опыление инжира всецело зависит от единственного вида насекомых — осы Blastophaga psenes.

Родина этого дерева — Средиземноморье. Завезенный в Калифорнию, инжир не плодоносил до тех пор, пока туда не завезли ос-опылителей. Распространение бобовых в Арктике ограничивается распределением опыляющих их шмелей.

На острове Диксон, где нет шмелей, не встречаются и бобовые, хотя по температурным условиям существование там этих растений еще допустимо.

Чтобы определить, сможет ли вид существовать в данном географическом районе, нужно в первую очередь выяснить, не выходят ли какие-либо факторы среды за пределы его экологической валентности, особенно в наиболее уязвимый период развития.

Выявление ограничивающих факторов очень важно в практике сельского хозяйства, так как, направив основные усилия на их устранение, можно быстро и эффективно повысить урожайность растений или производительность животных. Так, на сильно кислых .

почвах урожай пшеницы можно несколько увеличить, применяя разные агрономические воздействия, но наилучший эффект будет получен только в результате известкования, которое снимет ограничивающие действия кислотности. Знание ограничивающих факторов, таким образом, ключ к управлению жизнедеятель-ностью организмов.

В разные периоды жизни особей в качестве ограничивающих выступают различные факторы среды, поэтому требуется умелое и постоянное регулирование условий жизни выращиваемых растений и животных.

Источник: https://collectedpapers.com.ua/ru/eco/faktori-seredovishha-zagalni-zakonomirnosti-yix-diyi-na-zhivi-organizmi

11 — экология

6. Взаимодействие факторов.:  Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к

Классификация экологическихфакторов среды. Общие закономерности действия экологических факторов на живыеорганизмы: абиотических факторов (диаграмма выживания, выносливость,устойчивость); биотических факторов (нейтрализм, аменсализм,  комменсализм,   конкуренция,   мутуализм). Обобщенный закон  Либиха и закон толерантности Шелфорда.Экологическая ниша.

          Каждый организм  находится в прямых или косвенных отношениях сразличными природными явлениями.

Окружающая среда слагается из множестваэлементов неорганической и органической природы и элементов, вносимыхдеятельностью человека.

Одни элементы могут быть необходимы организму, другиеполностью или почти безразличны, а третьи оказывать вредное воздействие. Дляописания взаимодействия живого со своим окружением необходимо ввести понятие обэкологическом факторе.

Экологические факторы– это такие элементы илиусловия среды, способные оказывать прямое или косвенное влияние на живыеорганизмы хотя бы на протяжении одной из фаз их развития. Живые организмыреагируют на них приспособительными реакциями. Один и тот же фактор у   различных  организмов  может  вызывать различные реакции.

Классификацийэкологических факторов существует много в зависимости от критерия. В большинстве случаев классификации факторовпостроены на принципе антиномий.

Обычно выделяют следующие факторы:  биотические– абиотические, внутренние –внешние, прямо действующие – косвенно действующие, космические – земные,элементарные – комплексные,  природные –антропогенные и т. д.  Например, внешниефакторы: солнечная радиация,атмосферное давление, температура и т. д.

; внутренние факторы(связанные со свойствами самой экосистемы):плотность и структура популяций, численность, пища и её доступность. Можнооценить значимость факторов и выделить главные и второстепенные.

Главные (или условия существования) – тефакторы, без которых жизнь и развитие организма невозможно – воздух, вода,пища, свет. Другие, действие которых необязательно постоянно, но влияющие наразличные проявления жизнедеятельности организмов, называют второстепенными илифакторами воздействия. Наиболее часто факторы разделяют по природе и характерудействия.

1)Наабиотические факторы – факторы неорганической (неживой) природы. К ним относят:

-климатические (температура, давление, влажность, освещённость, скорость ветра);

—  химические (состав воды, воздуха, почвы);

-эдафические или почвенные (механический состав, плотность,воздухопроницаемость);

-орографические (рельеф местности, высота над уровнем моря).

2)Биотические факторы – прямыеили опосредованные воздействия других организмов, населяющих среду обитанияданного организма. Живые существа являются по отношению к другиморганизмам  хищниками или сами служатисточником пищи. Они также могут быть средой обитания, оказывать химическое илимеханическое воздействие. Факторы живой природы в свою очередь подразделяют:

-на фитогенные (воздействия со стороны растений);

-зоогенные (воздействия со стороны животных);

-микробиогенные (со стороны вирусов, бактерий и простейших).

Взаимоотношения между живыми организмами сложнее абиотических воздействийи труднее поддаются прямому измерению.

         Особую группу составляют антропогенныефакторы, порождённые деятельностьючеловека, обусловленные расширением и наступлением техносферы. Антропогенное воздействиеможно свести:

         — к хозяйственному изъятиюприродных ресурсов и нарушению естественных ландшафтов (вырубка лесов, осушениеболот, промысел растений, рыб, зверей и птиц и т. п.);

         — загрязнению природнойсреды отходами  производства ипотребления.

Приведённая классификация является достаточно условной, поскольку границымежду абиотическими, биотическими и антропогенными факторами не всегда чётки.Некоторые абиотические факторы имеют биогенное или техногенное происхождение(например, состав воздуха или воды, радиоволны), а антропогенные факторы могутиметь биотический и абиотический характер.

Общиезакономерности действия экологических факторов на живые организмы

Действие абиотических факторов

          Каждый живой организм может нормальносуществовать и продолжать свой род только в определенных условиях. Существуютверхние и нижние пределы температуры, освещённости, атмосферного давления длянормального существования растений, животного и человека, а также ихоптимальные значения.

Можно построить график зависимости биологическойактивности (для отдельного организма это может быть скорость роста и развития,активность; для популяции – выживаемость, численность) от количественныхзначений какого-либо фактора.

Такой график имеет куполообразный вид и называетсядиаграммой выживания или существования.

Вершина  диаграммы совпадает с точкой биологическогооптимума, т.е. наиболее благоприятного для организмов данного вида значенияфактора среды. При оптимальных значениях фактора организмы активно питаются,развиваются, растут, размножаются. Диаграммы существования, как правило,несимметричны и неодинаковы для популяции и для отдельной особи этой популяции.

Их параметры могут быть установлены экспериментально. За пределами оптимумарасполагаются области, в которых жизнедеятельность не нарушается, но ужетребует напряжения функций. Это зоны адаптации. Вместе с зоной оптимума ониобразуют область биологической нормы (зону нормальной жизнедеятельности). За еепределами наступает угнетение жизнедеятельности.

Чем больше отклоняетсязначение фактора от оптимального значения, тем менее благоприятно это дляорганизмов. При приближении к критическим значениям возрастает вероятностьнарушения отдельных функций и жизнедеятельности в целом.

Критическиминазываются такие значения фактора, при которых возникающие нарушения обратимы,когда еще сохраняется способность к самовосстановлению после прекращениянегативного воздействия. За этими пределами находятся условия неминуемой гибелиорганизма.

 Данные зависимости используются при разработкенормативов экологической безопасности: определения предельно допустимыхконцентраций действующих веществ (ПДК), предельно допустимых уровнейвоздействия (ПДУ).

Для этого изучают переносимость вредных воздействий живымиорганизмами и устанавливают различные дозы воздействия: минимальные, пороговые,средние летальные (погибает 50 % тестируемых объектов) и абсолютныесмертельные.

Специализированными тест-объектами могут быть штаммы микроорганизмов,растения и животные. Эти граничные величины составляют основу экологическогонормирования.

Разныеорганизмы по-разному реагируют на изменение абиотических факторов. Одниорганизмы при отклонении значений фактора от точки оптимума сразу же изменяют ипроявления жизнедеятельности. Они как бы покорно подчиняются ухудшению внешнихусловий.

Так, с понижением температуры среды понижается температура деревьев изамедляется в них обмен веществ. Однако, если благоприятные условиявозвратятся, то экологическая потенция восстановится.  Это пассивный тип приспособления. Такиеорганизмы называют выносливымиили толерантными.

Другое ихназвание – пойкилобионты(от греч.  рoikilos –изменчивый, меняющийся) – пассивно изменяющий свое состояние, свой функции, поддаваясьизменениям в среде. К ним относятся растения и животные, пассивно переносящиеохлаждение, замерзание, голод и т. п.

 Крайние проявления такой способности связаны со специальнымиприспособлениями: глубоким замедлением жизнедеятельности, состоянием спячки у животных и полным, но обратимымзамиранием всех жизненных процессов (у спор, семян и многих низших животных).

Переход в это крайнее состояние исключает дальнейшее подчинение среде ирасширяет возможность выживания организма в самых неблагоприятных условиях.Большинство организмов биосферы – пойкилобионты [2].

         Во многих случаях в определенномдиапазоне изменений фактора среды нет подчинения им функций организма:включаются механизмы защиты от неблагоприятных воздействий, сопротивленияим  или их активного избегания.

  Такие организмы обладают большей или меньшей устойчивостью или резистентностью (от лат. resistere – сопротивляться) организма поотношению к отклонению от оптимума. Это активный путь приспособления.Такие   организмы    называются гомойобионтами, т. е.

способными поддерживать гомеостаз– постоянство своих свойств, функций при изменении условий среды. Например,постоянство температуры тела у млекопитающих и птиц при значительном изменениитемпературы среды, или постоянство солевого состава при больших колебанияхводно-солевого снабжения организма.

Это примеры высокой физиологическойустойчивости, иллюстрирующие действие принципа гомеостаза на уровне организма.

(внутри 1, внутри параболы по краям — 2)

Рис. 3.Диаграммы выживания для разных экологических форм организмов:

1  – толерантные организмы;

2  – резистентные организмы

Выносливостьи устойчивость не альтернативны во многих случаях. Они могут встречаться у всехорганизмов в том или ином состоянии, дополняя друг друга. Одно и тоже растениеили животное может быть выносливо к одному фактору и устойчиво по отношению кдругому. Или, исчерпав ресурс устойчивости, организм оказывается маловыносливым.

          Когда факторы среды отклоняются отоптимальных значений, у многих организмов наблюдается опережающее реагирование– избегание неблагоприятных воздействий и активный поиск других болееблагоприятных условий и местообитаний – гомеостатическое поведение: миграции,перелеты птиц, создание и использование убежищ.

Если не удается избежатьнеблагоприятных воздействий, то сопротивление им достигается с помощью физиологической регуляции: принизкой температуре у птиц и млекопитающих благодаря уменьшению периферическогокровотока и вздыбливанию перьев и шерсти возрастает теплоизоляция тела.

Одновременно усиливается обмен веществ в мышцах и во внутренних органах, чемдостигается увеличение теплообразования и поддержание постоянной температурытела.

          Физиологическое регулирование можетоказаться недостаточным для противостояния неблагоприятным условиям среды.Длительное напряжение физиологических функций приводит к истощению ресурсоворганизма и может иметь отрицательные последствия.

Поэтому, когда отклоненияусловий среды от биологического оптимума стойкие, происходят измененияфизиологической регуляции. Они уменьшают напряжение организма. Подобныеизменения носят название  физиологической адаптации или акклиматизации.

Акклиматизации растений, животных и человека имеют большоеэкологическое значение. Они связаны с сезонными перепадами температуры,влажности и т. п. Например, утепление покровов пуха, пера, меха осенью умлекопитающих и птиц, накопление подкожного жира.

В тканях происходят различныебиохимические  изменения, направленные наэкономное расходование энергии. Новые физиологические качества, приобретаемыево время акклиматизации, утрачиваются при возвращении в оптимальные условия.Эти качества не передаются по наследству.

Совместное действие абиотическихфакторов

В естественных условиях на живые организмы всегдадействует не один, а сложный комплекс факторов. Для существования организманеобходимо оптимальное сочетание ряда факторов. Никогда не бывает, чтобы всеони были представлены своими оптимальными значениями. Поэтому экологическийоптимум сочетания факторов отличается от оптимума какого-нибудь одного фактора.

В природных экосистемах действует неограниченное число факторов, но можновыделить всегда конечное число факторов, от которых зависит жизнь организма.Совместное действие этих факторов может быть разным. Оно может бытьсинергическим, когда различные воздействия как бы усиливают друг друга ипроизводят больший эффект, чем сумма раздельных влияний.

Или факторы могутвзаимно ослаблять действие друг друга. Почти всегда можно выделить фактор,который сильнее других влияет на состояние организма. Дефицит какого-нибудьодного важного ресурса (света, воды, тепла или пищи) ограничиваетжизнедеятельность даже тогда, когда все остальные условия оптимальны.

Такиефакторы называют ограничивающими или лимитирующими.

В 1840 году немецкий химик Юстус Либих заинтересовалсявлиянием питательных веществ почвы, таких как калий, азот и фосфор,  на урожайность растений. Он установилзависимость, что величина урожая определяется количеством того элемента впочве, потребность растения в котором удовлетворена меньше всего. В качествепояснения Либих рисовал бочку с отверстиями.

Грани бочкиможно рассматривать как экологические факторы, а отверстия в них – значенияэкологических факторов. Уровень воды в бочке символизирует выносливость  организма. Если в такую бочку наливать воду,то вода нальется только до первой дырки. Компонент, значение которогоминимально (соответствует на рисунке первой дырке), и будет определятьвыносливость организма.

Например,магний является центральным комплексообразующим ионом хлорофилла, если нетмагния, то не образуется хлорофилл.

          Либих сформулировал закон минимума ещедо возникновения экологии. Закон этот эмпирический и его дополняют. Либихраспространял его на вещества, затем стали учитывать температуру, влажность,освещенность. Поэтому он прибрел обобщенную формулировку: выносливость организма определяется слабымзвеном в цепи его экологических потребностей.

         Позднее было замечено, что лимитирующимобразом на организм может действовать не только минимальное, но и максимальноезначение фактора: высокая температура, высокая щелочность и т. п.

  Этонаблюдение легло в основу законатолерантности (выносливости), сформулированного американским учёнымШелфордом в 1913 году: лимитирующим можетбыть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон междукоторыми определяет величину выносливости организма к данному фактору.

Законтолерантности очень близок  к законулимитирующих факторов, опубликован позднее, но более известен. Иллюстрировать данныйзакон можно, наливая воду из ведра в стакан: большой поток воды переворачиваетстакан, аналогично при избытке какого-либо экологического фактора происходитотравление организма по этому фактору 

Современныйэколог Одум  внёс дополнения всформулированные принципы [7].

1.   Организм может иметь широкий интервал к одному факторуи узкий к другому.

2.   Организмы с широким диапазоном толерантности ко всемэкологическим факторам наиболее широко распространены.

3.   Если условия по одному фактору не оптимальны, тодиапазон в отношении других факторов может снизиться (при уменьшении азота впочве снижается устойчивость злаков к засухе).

ЗаконЛибиха, сформулированный в агрохимии, еще раз показал, откуда берет законыэкология. Она берет их из других наук, но в обобщённой форме.

Выявлениеограничивающих факторов имеет огромное практическое значение, в первую очередьдля выращивания сельскохозяйственных культур. Внесение необходимых удобрений,мелиорация и прочие мероприятия позволяют повысить плодородие почв иурожайность.

Источник: https://www.sites.google.com/site/ekologia303/home/6-1

Биология в лицее

6. Взаимодействие факторов.:  Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к

Интенсивность действия факторов среды

Многие экологические беды возникают из-за неосознанного нарушения человеком самых элементарных природных законов. Эти законы отражают разнообразные стороны действия факторов среды на организмы. Факторов среды – великое множество, и представители разных видов реагируют на них по-разному, однако можно выявить ряд общих законов действия факторов среды на организмы.

Закон оптимума (лат. optimum – «наилучшее») отражает реакцию видов на изменение силы действия любого фактора. Есть определенные границы действия каждого фактора, в пределах которых жизнеспособность организмов возрастает. Это зона оптимума.

При отклонениях от данной зоны в сторону уменьшения или увеличения силы воздействия фактора жизнеспособность организмов падает. Это зона угнетения, или пессимума (лат. pessimus – «очень плохой»).

Если действие фактора выходит за определенные, минимально или максимально возможные для вида пределы, организмы погибают. Губительное значение фактора называют критической точкой.

Пределы выносливости организмов по отношению к различным экологическим факторам сильно различаются. Набор соответствующих адаптаций и широта пределов выносливости определяют распространение данного вида и возможность его обитания в данной природной зоне.

На организм одновременно влияют многочисленные и разнообразные факторы среды. По отношению к одним организмы обладают широким диапазоном выносливости и выдерживают значительные отклонения от оптимальной величины. Однако чем сильнее отклонение от зоны оптимума, тем сильнее угнетающее действие данного фактора на организмы. 

Виды чрезвычайно разнообразны по способности переносить изменения факторов среды. В природе выделяются два крайних варианта — узкая специализация и широкая выносливость. 

Австралийский сумчатый медведь коала может жить только на тех видах эвкалиптов, листьями которых он питается. 

У специализированных видов критические точки значения фактора сильно сближены, такие виды могут жить только в относительно постоянных условиях. Организмы с широкими диапазонами выносливости к разнообразным факторам среды распространены более широко.

Тихоходки способны переносить неблагоприятные условия и распространены повсеместно. При наступлении неблагоприятных условий они способны на годы впадать в состояние анабиоза, а при наступлении благоприятных условий довольно быстро оживать.

Закон оптимума имеет большое практическое значение. Нет всецело положительных или отрицательных факторов, все зависит от их дозировки. Все формы влияния среды на организмы имеют сугубо количественное выражение.

Чтобы управлять жизнедеятельностью вида, следует прежде всего не допускать выхода различных экологических факторов за их критические значения и стараться выдерживать зону оптимума.

Это очень важно для растениеводства, животноводства, лесного хозяйства и вообще всех областей взаимоотношений человека с живой природой. Это же правило относится и к самому человеку, особенно в области медицины.

Использование закона оптимума осложняется тем, что для каждого вида оптимальные дозировки факторов различны. То, что хорошо для одного вида, может быть пессимумом или выходить за критические пределы для другого.

Например, при температуре 20°C тропическая обезьяна дрожит от холода, а северный обитатель – песец – изнывает от жары. Бабочки зимней пяденицы еще порхают в ноябре (при температуре 6°C), когда большинство других насекомых впадают в оцепенение.

Рис выращивают на полях, залитых водой, а пшеница в таких условиях вымокает и погибает.

Закон ограничивающего фактора тесно связан с законом оптимума и вытекает из него. В окружающей среде нет всецело отрицательных или положительных факторов: все зависит от силы их действия.

На живые существа одновременно действует множество факторов, и к тому же большинство из них переменчиво. Но в каждый конкретный период времени можно выделить самый главный фактор, от которого в наибольшей мере зависит жизнь.

Им оказывается тот фактор среды, который сильнее всего отклоняется от оптимума, т. е. ограничивает жизнедеятельность организмов в данный период.

Ограничивающий, или лимитирующий, фактор — фактор среды, выходящий за пределы выносливости организма.

Закон ограничивающего (лимитирующего) фактора или закон минимума Либиха гласит: наиболее значимым является для организма тот фактор, который более всего отклоняется от своего оптимального значения.

Органичивающие факторы регулируют состояние организмов и экосистем — при значении какого-либо фактора, близкому к критическому, несмотря на оптимальные значения прочих факторов, организму или популяции грозит гибель.

Высота снежного покрова более 50 см является ограничивающим фактором для распространения оленей.

Взаимодействие факторов среды. Изменение одного фактора среды практически всегда вызывает изменение прочих факторов, либо компенсируя, либо усугубляя их действие. 

Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от его силы действия и от одновременного действия прочих факторов.

 Заменить полностью один фактор другим нельзя. Для каждого вида животных необходим свой набор экологических факторов определённой интенсивности.

 Интенсивность действия одних факторов природной среды относительно постоянна, других — изменчива.

 Млекопитающие легче переносят жару в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза замерзания выше при морозе с сильным ветром, нежели в безветренную погоду.

Взаимная компенсация действия факторов среды. Факторы среды действуют на организм не по отдельности, а в комплексе.

Такое совместное действие факторов можно разделить на четыре основных типа:

  • один из факторов подавляет действие остальных, и его величина имеет определяющее значение для организма;

Отсутствие или недостаточное нахождение в почве отдельных элементов минерального питания препятствует нормальному усвоению растениями прочих элементов.

  • взаимное усиление нескольких факторов;

Влажность почвы, содержание в ней нитратов и освещённость при улучшении обеспечения любым из них повышают эффект воздействия двух других.

  • взаимное исключение действия нескольких факторов;

Увеличение популяции саранчи способствует уменьшению пищевых ресурсов, и её популяция сокращается.

  • сочетание положительных и отрицательных для организма воздействий, при этом влияние вторых усилено влиянием первых.

Чем раньше наступает оттепель, тем сильнее растения страдают от последующих заморозков.

Факторы могут частично замещать друг друга: при ослаблении освещённости интенсивность фотосинтеза не изменится, если увеличить концентрацию углекислого газа в воздухе, что обычно и происходит в теплицах.

Источник: http://biolicey2vrn.ru/index/intensivnost_faktorov/0-661

Экологические факторы. Биологический оптимум. Оптимальные значения и пределы выносливости (границы терпимости факторов). Лимитирующие факторы. Эврибионты и стенобионты

6. Взаимодействие факторов.:  Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к

По своей природе экологические факторы делят, по крайней мере, на три группы:

► абиотические факторы — влияния неживой природы ) температура, свет, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, ветер, течения, рельеф местности — это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.)

► биотические факторы — влияния живой природы. (формы воздействия живых существ друг на друга.)

Возможные типы комбинаций и отражают различные виды взаимоотношений:

• нейтрализм — оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга; экологический фактор среда обитание • конкуренция — каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие; • мутуализм — виды не могут существовать друг без друга; • протокооперация (содружество) — оба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу; • комменсализм — один вид, комменсал, извлекает пользу от сожительства, а другой вид — хозяин не имеет никакой выгоды (взаимная терпимость); • аменсализм — один вид угнетает рост и размножение другого — аменсала; • паразитизм — паразитический вид тормозит рост и размножение своего хозяина и даже может вызвать его гибель;

• хищничество — хищный вид питается своей жертвой.

► антропогенные факторы — влияния, вызванные разумной и неразумной деятельностью человека («антропос» — человек).

Биологический оптимум — максимально благоприятная область действия экологического фактора, в которой вид имеет наибольшую жизненность. Наилучшее сочетание всех факторов, влияющих на организм

Биологический оптимум, максимально благоприятная область действия экологического фактора, в которой вид имеет наибольшую жизненность;

Графически подобная реакция организма на изменение значений фактора изображается в виде кривой жизнедеятельности (экологической кривой), при анализе которой можно выделить некоторые точки и зоны:

Кардинальные точки:

Точки минимума и максимума — крайние значения фактора, при которых возможна жизнедеятельность организма

Точка оптимума — наиболее благоприятное значение фактора

Зоны:

Зона оптимума — ограничивает диапазон наиболее благоприятных значений фактора

Зоны пессимума (верхнего и нижнего) — диапазоны значений фактора, в которых организм испытывает сильное угнетение

Зона жизнедеятельности — диапазон значений фактора, в котором он активно проявляет свои жизненные функции

Зоны покоя (верхнего и нижнего) — крайне неблагоприятные значения фактора, при которых организм остаётся живым, но переходит в состояние покоя

Зона жизни — диапазон значений фактора, в котором организм остаётся живым

Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю.Либих в середине XIX в. Он установил закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме.

Если в почве полезные компоненты в целом представляют собой уравновешенную систему и только какое-то вещество, например фосфор, содержится в количествах, близких к минимуму, то это может снизить урожай.

Но оказалось, что даже те же самые минеральные вещества, очень полезные при оптимальном содержании их в почве, снижают урожай, если они в избытке. Значит, факторы могут быть лимитирующими, находясь и в максимуме.

Таким образом, лимитирующими экологическими факторами следует называть такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием). Их иногда называют ограничивающими факторами.

Виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными, а виды, приспосабливающиеся к экологической обстановке с широким диапазоном изменения параметров, — эврибионтными.

Абиотические факторы. Фотопериодизм, пойкилотермные и гомойотермные животные, анабиоз, оцепенение, спячка. Охарактеризовать солнечный свет, температуру, влажность, соленость воды, барометрическое давление, состав атмосферного воздуха как абиотические факторы.

Абиотические факторы — влияния неживой природы (температура, свет, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, ветер, течения, рельеф местности — это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.)

Фотопериодизм — физиологическая реакция организмов на суточный ритм освещения (соотношение длины дня и ночи). Встречается у растений и животных.

Наибольшей степени фотопериодизм свойственный зеленым растениям, жизнедеятельность которых непосредственно зависит от световой энергии Солнца.
Фотопериодизм открыт в 1920 г. американскими учеными В.

Гарнером и Г. Аллард на примере табака.

Пойкилотермные животные (от греч.

poikílos — различный, переменчивый и thérme — тепло), холоднокровные животные с непостоянной температурой тела, меняющейся в зависимости от температуры внешней среды. К П. ж.

относятся все беспозвоночные, а из позвоночных — рыбы, земноводные и пресмыкающиеся. Температура тела П. ж. обычно всего на 1—2 °С выше температуры окружающей среды или равна ей.

Гомойотермные животные(от греч. hómoios — сходный, одинаковый и thérmë— тепло), животные с постоянной, устойчивой температурой тела, почти не зависящей от температуры окружающей среды. К Г. ж. относятся птицы и млекопитающие.

Анабио́з (aна— нет, биос- жизнь «состояние мнимой смерти») — состояние живого организма, при котором жизненные процессы (обмен веществ и др.) настолько замедлены, что отсутствуют все видимые проявления жизни.

Оцепенение— это состояние резко пониженной жизнедеятельности, наступающее у пойкилотермных животных как приспособление к переживанию неблагоприятных условий внеш. среды, особенно к недостатку тепла, влаги и пищи. При О.

животное становится неподвижным, прекращает питаться; газообмен и др. физиол. процессы резко замедляются. Зимнее О. свойственно животным сев. и умеренных широт, в т. ч. мн. наземным и водным беспозвоночным, рыбам, земноводным, пресмыкающимся.

Спя́чка (зимняя — гибернация, летняя — эстивация) — период замедления жизненных процессов и метаболизма у гомойотермных животных в периоды малодоступности пищи, когда невозможно сохранять активность и высокий уровень метаболизма.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/19_95868_ekologicheskie-faktori-biologicheskiy-optimum-optimalnie-znacheniya-i-predeli-vinoslivosti-granitsi-terpimosti-faktorov-limitiruyushchie-faktori-evribionti-i-stenobionti.html

Общие закономерности действия экологических факторов

6. Взаимодействие факторов.:  Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к

Общие закономерности действия экологических факторов

В связи с чрезвычайным разнообразием экологических факторов различные виды организмов, испытывая их влияние, отвечают на него по-разному, тем не менее, можно выявить ряд общих законов (закономерностей) действия экологических факторов. Остановимся на некоторых из них.

1. Закон оптимума выражается в том, что любой экологический фактор имеет пределы положительного влияния на живые организмы.

Сила воздействия экологических факторов постоянно меняется. Лишь в определенных местах планеты значения некоторых из них более или менее постоянны (константны). Например: на дне океанов, в глубинах пещер сравнительно постоянны температурный и водный режимы, режим освещения. [1,2]

Рассмотрим действие закона оптимума на конкретном примере: животные и растения плохо переносят и сильную жару, и сильные морозы, оптимальными для них являются средние температуры — так называемая зона оптимума. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем в большей степени данный экологический фактор угнетает жизнедеятельность организма.

Эта зона носит название зоны пессимума. В ней имеются критические точки — «максимальное значение фактора» и «минимальное значение фактора»; за их пределами наступает гибель организмов. Расстояние между минимальным и максимальным значениями фактора называют экологической валентностью или толерантностью организма (рис. 1).

[1,2]

Пример проявления данного закона: яйца аскарид развиваются при t° = 12-36°, а оптимальной для их развития является t° = 30°. То есть экологическая толерантность аскарид по температурному режиму составляет от 12° до 36°.

По характеру толерантности следующие виды:

  •  эврибионтные — имеющие широкую экологическую валентность по отношению к абиотическим факторам среды; делятся на эвритермные (выносящие значительные колебания температур), эврибатные (выносящие широкий диапазон показателей давления), эвригалинные (выносящие разную степень засоленности среды).
  •  стенобионтные — неспособные переносить значительные колебания проявления фактора (например, стенотермными являются белые медведи, ластоногие млекопитающие, обитающие при низком температурном режиме). [3]
  • 2. Закон экологической индивидуальности видов был сформулирован в 1924 г. русским ботаником Л.Г. Раменским: экологические спектры (толерантность) разных видов не совпадает, каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Иллюстрацией указанного закона может служить рис. 2. [3]
  • 3. Закон ограничивающего (лимитирующего) фактора гласит, что наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения. Закон был установлен в 1905 г. английским ученым Блеккером.

Именно от этого, минимально (или максимально) представленного в данный конкретный момент экологического фактора зависит выживание организма. В другие отрезки времени ограничивающим могут быть другие факторы.

В течение жизни особи видов встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности.

Так, фактором, ограничивающим распространение оленей, является глубина снежного покрова; бабочки озимой совки (вредителя овощных и зерновых культур) — зимняя температура и т.д.

Этот закон учитывается в практике сельского хозяйства. Немецкий химик Ю.

 Либих установил, что продуктивность культурных растений, в первую очередь, зависит от того питательного вещества (минерального элемента), который представлен в почве наиболее слабо.

Например, если фосфора в почве содержится лишь 20% от необходимой нор-ми, а кальция — 50%, то ограничивающим фактором будет недостаток фосфора; необходимо, в первую очередь, внести в почву именно фосфорсодержащие удобрения.

Это правило Ю. Либих назвал «правилом минимума», так как изучал влияние недостаточных доз удобрений. Позднее выяснилось, что избыток минеральных солей в почке тоже снижает урожайность, так как при этом нарушается способность корней всасывать растворы солей.

Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида. Природа этих факторов может быть различной. Так, продвижение вида на север может лимитироваться недостатком тепла, в аридные районы — недостатком влаги или слишком высокими температурами.

Ограничивающим распространение фактором могут служить и биотические отношения, например занятость территории более сильным конкурентом или недостаток опылителей для растений. Так, опыление инжира всецело зависит от единственного вида насекомых — осы Blastophaga psenes.

Родина этого дерева — Средиземноморье. Завезенный в Калифорнию инжир не плодоносил до тех пор, пока туда не завезли ос-опылителей. Распространение бобовых в Арктике ограничивается распределением опыляющих их шмелей.

На острове Диксон, где нет шмелей, не встречаются и бобовые, хотя по температурным условиям существование там этих растений еще допустимо.

Чтобы определить, сможет ли вид существовать в данном географическом районе, нужно в первую очередь выяснить, не выходят ли какие-либо факторы среды за пределы его экологи ческой валентности, особенно в наиболее уязвимый период развития.

Выявление ограничивающих факторов очень важно в практике сельского хозяйства, так как, направив основные усилия на их устранение, можно быстро и эффективно повысить урожайность растений или производительность животных.

Так, на сильно кислых почвах урожай пшеницы можно несколько увеличить, применяя разные агрономические воздействия, но наилучший эффект будет получен только в результате известкования, которое снимет ограничивающие действия кислотности. Знание ограничивающих факторов, таким образом, ключ к управлению жизнедеятельностью организмов.

В разные периоды жизни особей в качестве ограничивающих выступают различные факторы среды, поэтому требуется умелое и постоянное регулирование условий жизни выращиваемых растений и животных. [4]

  • 4. Закон неоднозначного действия: действие каждого экологического фактора неоднозначно на разных стадиях развития организма. Примерами её проявления могут служить следующие данные:
    • — для развития головастиков вода жизненно необходима, а для взрослой лягушки она не является жизненно важным условием;
    • — критическая минимальная температура для взрослых особей бабочки огневки мельничной = -22°, а для гусениц бабочки этого вида критической является t = -7°.

Каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма. Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других.

Так, температура воздуха от +40 до +45°С у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение.

Для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания половых продуктов, неблагоприятна для икрометания, которое происходит при другом температурном интервале.

Жизненный цикл, в котором в определенные периоды организм осуществляет преимущественно те или иные функции (питание, рост, размножение, расселение и т.п.), всегда согласован с сезонными изменениями комплекса факторов среды. Подвижные организмы могут также менять места обитания для успешного осуществления всех своих жизненных функций. [3,4]

5. Закон о прямых и косвенных факторах: экологические факторы по воздействию на организмы делят на прямые и косвенные.

Прямые экологические факторы действуют на организмы непосредственно, прямо (ветер, дождь или снег, состав минеральных компонентов почвы и т.п.).

Косвенные экологические факторы действуют опосредованно, перераспределяя прямые факторы. Например: рельеф (косвенный фактор) «перераспределяет» действие таких прямых факторов, как ветер, осадки, питательные вещества; физические свойства почвы (механический состав, влагоемкость и др.) как косвенные факторы «перераспределяют» действие прямых факторов — химических свойств. [3]

6. Закон взаимодействия экологических факторов: оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору могут смещаться в зависимости от того, в сочетании с какими другими факторами осуществляется воздействие.

Так, жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе; мороз хуже переносится в сочетании с ветреной погодой и т.п.

Данную закономерность учитывают в сельскохозяйственной практике для поддержания оптимальных условий жизнедеятельности культурных растений. Например, при угрозе заморозков на почве, которые случаются в средней полосе даже в мае, растения на ночь обильно поливают. [2]

7. Закон толерантности В. Шелфолда.

Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность экологических факторов на организм отражает закон толерантности: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном или количественном отношении) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом. Эти два предела называют пределами толерантности.

Относительно действия одного фактора можно проиллюстрировать этот закон так: некий организм способен существовать при температуре от -5оС до 25оС, т.е.

диапазон его толерантности лежит в пределах этих температур.

Организмы, для жизни которых требуются условия, ограниченные узким диапазоном толерантности пот величине температуры, называют стенотермными, а способных жить в широком диапазоне температур — эвритермальными.

Подобно температуре действуют и другие лимитирующие факторы, а организмы по отношению к характеру их воздействия называют, соответственно, стенобионтами и эврибионтами. Например, говорят: организм стенобиотен по отношению к влажности, или, эврибионтен к климатическим факторам. Организмы, эврибионтные к основным климатическим факторам, наиболее широко распространены на Земле.

Диапазон толерантности организма не остаётся постоянным — он, например, сужается, если какой-нибудь из факторов близок к какому-либо пределу, или при размножении организма, когда многие факторы становятся лимитирующими. Значит, и характер действия экологических факторов при определённых условиях может меняться, т.е. он может быть, а может и не быть лимитирующим. [1]

закон экологический валентность неоднозначный

Библиографический список

  • 1. Коробкин В.И., Предельский Л.В. Экология. Изд. 5-е. — Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2003. — 576 с.
  • 2. Дмитриева Е.А. Экология: учебное пособие. — Ярославль: Изд-во ЯГПУ им. К.Д. Ушинского, 2006. — 172 с.
  • 3. Чернова Н.М. Общая экология: учебник для студентов педагогических вузов. — М.: Дрофа, 2004. — 416 с.: ил.
  • 4. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: учебное пособие для вузов. — М.: Агентство «Фаир», 1998.

Источник: https://vuzlit.ru/1271078/obschie_zakonomernosti_deystviya_ekologicheskih_faktorov

6. Правило взаимодействие различных факторов

6. Взаимодействие факторов.:  Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к

Оптимальнаязона и пределы выносливости организмовпо отношению к какому-либо фактору средымогут смещаться в зависимости от того,с какой силой и в каком сочетаниидействуют одновременно другие факторы.

Примеры:

  1. Жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе.

  2. Угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду.

Таким образом,один и тот же фактор в сочетании с другимиоказывает неодинаковое экологическоевоздействие

7. Законконкурентного исключения Г.Ф. Гаузе.Два вида не могут занимать однуи ту же экологическую нишу.

Победителемв конкурентной борьбе оказывается, какправило, тот вид, который в даннойэкологической обстановке имеет хотябы небольшие преимущества перед другим,т. е. больше приспособлен к условиямокружающей среды, поскольку даже близкиевиды никогда не совпадают по всемуэкологическому спектру.

. Законминимума (Ю. Либих в 1840): пристационарном состоянии лимитирующимбудет то вещество, доступные количествакоторого наиболее близки к необходимомуминимуму.

9. Законтолерантности (В.Шелфорд, 1913): отсутствиеили невозможность развития экосистемыопределяется не только недостатком, нои избытком любого из факторов (тепло,свет, вода).

Следовательно,организмы характеризуются какэкологическим минимумом, так и максимумом.Слишком много хорошего тоже плохо.

Диапазон между двумя величинамисоставляет пределы толерантности, вкоторых организм нормально реагируетна влияние среды.

10. Принцип(закон) Олли. (Численностьпопуляции как лимитирующий фактор):«степень агрегации (так же, как и общаяплотность), при которой наблюдаетсяоптимальный рост и выживание популяции,варьирует в зависимости от вида иусловий, поэтому как „недонаселенность“(или отсутствие агрегации), так иперенаселенность может оказыватьлимитирующее влияние».

Важныеследствия закона Шелфорда:

(1). Первыйэкологический принцип Тинемана:существование особи, популяции, иплотность популяции данного вида живыхорганизмов определяет тот из факторовсреды, который действует на стадиюразвития, имеющую наименьшую экологическуювалентность, и при этом действует вколичествах и интенсивности, наиболеедалеких от оптимума.

Пример: КлиматПамира сходен с климатом Анд, однаколамы здесь не приживаются, посколькусрок появления их молодняка приходитсяна самый неблагоприяный климатическийпериод.

(2).Ограничивающие факторы среды определяютгеографический ареал вида.

В нашей странепроникновение древесных пород на северограничивается температурой, на юг –влажность и осадками.

11. Правило(закон) географичекой зональности сушиВ.В.Докучаева. При движении ссевера на юг в широтном направлениивследствие непрерывного изменениялимитирующих факторов среды возникаютгеографические ландшафтные природныезоны или биомы, плавно переходящие однав другую.

АДАПТАЦИИК ТЕМПЕРАТУРЕ

По степениадаптации растений к условиям крайнегодефици­та тепла можно выделить тригруппы:

1) нехолодостойкие растения — сильноповреждают­ся или гибнут при температурахвыше точки замерзания воды. Ги­бельсвязана с инактивацией ферментов,нарушением обмена нук­леиновых кислоти белков, проницаемости мембран ипрекраще­нием тока ассимилятов. Эторастения дождевых тропических ле­сов,водоросли теплых морей;

2) неморозостойкие растения — переносятнизкие температуры, но гибнут, как тольков тканях начинает образо­выватьсялед. При наступлении холодного временигода у них повышается концентрацияосмотически активных веществ в кле­точномсоке и цитоплазме, что понижает точкузамерзания до —5…—7°С.

Вода в клеткахможет охлаждаться ниже точки за­мерзаниябез немедленного образования льда.Переохлажденное состояние неустойчивои длится чаще всего несколько часов,что, однако, позволяет растениямпереносить заморозки. Таковы не­которыевечнозеленые субтропические виды.

Впериод вегетации все листостебельныерастения неморозостойки;

3)льдоустойчивые, или морозоустойчивыерастения—произрастают в областях ссезонным климатом, с холод­ными зимами.Во время сильных морозов надземныеорганы де­ревьев и кустарниковпромерзают, но тем не менее сохраняютжизнеспособность.

Растенияподготавливаются к перенесению морозовпостепенно, проходя предварительнуюзакалку после того, как заканчиваютсяростовые процессы.

Закалка заключаетсяв накоплении в клетках сахаров (до20—30%), производных углеводов, некоторыхаминокислот и других защитных веществ,связывающих воду.

При этом морозоустойчивостьклеток повышается, так как связаннаявода труднее оттягивается образующимисяв тканях кристаллами льда.

По степениадаптации к высоким температурам можновыделить следующие группы растительныхорганизмов:

1) нежаростойкие виды — повреждаютсяуже при + 30… + 40°С (эукариотическиеводоросли, водные цветковые, на­земныемезофиты);

2) жаровыносливые эукариоты — растениясухих местообитаний с сильной инсоляцией(степей, пустынь, саванн, су­хихсубтропиков и т. п.); переносят получасовоенагревание до + 50… + 60°С

3) жароустойчивые прокариоты —термофильные бактерии и некоторыевиды сине-зеленых водорослей, могутжить в горячих источниках при температуре+85… + 90°С.

Основныепути температурных адаптации у животныхследующие:

1) химическаятерморегуляция — активное увели­чениетеплопродукции в ответ на понижениетемпературы среды;

2) физическаятерморегуляция— изменение уровнятеплоотдачи, способность удерживатьтепло или, наоборот, рас­сеивать егоизбыток. Физическая терморегуляцияосуществляется благодаря особыманатомическим и морфологическим чертамстроения животных: волосяному и перьевомупокровам, деталям устройств кровеноснойсистемы, распределению жировых запасов,возможностям испарительной теплоотдачии т. п.;

3) поведениеорганизмов. Перемещаясь в пространствеили изменяя свое поведение более сложнымобразом, животные могут активно избегатькрайних температур. Для многих живот­ныхповедение является почти единственными очень эффективным способом поддержаниятеплового баланса.

Температурныеадаптации теплокровных животных

Согласноправилу К. Бергмана,если дваблизких вида теплокровных отличаютсяразмерами, то более крупный обитает вболее холодном, а мелкий — в тепломклимате.

Д. Аллен(правило Аллена) в 1877 г. подметил, чтоу многих млекопитающих и птиц северногополушария относительные размерыконечностей и различных выступающихчастей тела (хвостов, ушей, клювов)увеличиваются к югу. Терморегуляционноезначение отдельных участков тела далеконе равноценно. Выступающие части имеютбольшую относительную поверхность,которая выгодна в условиях жаркогоклимата.

Экологическиегруппы растений по отношению к воде:

Гидатофитыэто водные растения, целикомили почти целиком погру­женные в воду.Среди них — цветковые, которые вторичноперешли к водному образу жизни (элодея,рдесты, водяные лютики, валлиснерия идр.). Вынутые из воды, эти растения быстровысыхают и погибают. У них редуцированыустьица и нет кутикулы.

Гидрофитыэто растения наземно-водные,частично погружен­ные в воду, растущиепо берегам водоемов, на мелководьях, наболотах.

К ним можно отнести тростникобыкновенный, частуху подорожниковую,вахту трехлистную, калужницу болотнуюи другие виды. У них лучше, чем угидатофитов, развиты проводящие имеханические ткани.

У гидрофитов естьэпидермис с устьицами, интенсивностьтранспирации очень высока, и они могутрасти только при постоянном интенсивномпоглощении воды.

Гигрофиты— наземные растения, живущие вусловиях повышенной влажности воздухаи часто на влажных почвах. Теневыегигрофиты — это растения нижних ярусовсырых лесов в разных климатическихзонах.

Листья часто тонкие, с теневойструктурой, со слабо развитой кутикулой,содержат мно­го свободной и малосвязаннойводы. Обводненность тканей достигает80% и более.

При наступлении даженепродолжительной и несильной засухив тканях создается отрицательный водныйбаланс, растения завядают и могутпогибнуть

Мезофитымогут переносить непродолжительнуюи не очень сильную засуху. Это растения,произрастающие при среднем увлажнении,умеренно теплом режиме и достаточнохорошей обеспеченности минеральнымпитанием.

К мезофитам можно отнестивечнозеленые деревья верхних ярусовтропических лесов, листопадные деревьясаванн, древесные породы влажныхвечнозеленых суб­тропических лесов,летнезеленые лиственные породы лесовумереного пояса, кустарники подлеска,травянистые растения дубравно­гоширокотравья, растения заливных и неслишком сухих сухо­дольных лугов,пустынные эфемеры и эфемероиды, многиесорные и большинство культурных растений.

Ксерофитырастут в местах с недостаточнымувлажнением и имеют- приспособления,позволяющие добывать воду при еене­достатке, ограничивать испарениеводы или запасать ее на время засухи.

Ксерофиты лучше, чем все другие растения,способны ре­гулировать водный обмен,поэтому и во время продолжительнойзасухи остаются в активном состоянии.

Это растения пустынь, стеей, жестоколистныхвечнозеленых лесов и кустарниковыхзарос­лей, песчаных дюн и сухих сильнонагреваемых склонов.

Ксерофитыподразделяются на два основных типа:суккуленты и склерофиты.

Суккулентысочные растения с сильноразвитой водозапасающей паренхимой вразных органах. Стеблевые суккуленты— кактусы, стапелии, кактусовидныемолочаи; листовые суккуленты—алоэ,агавы, молодило, очитки.

Склерофитыэто растения, наоборот, сухиена вид, часто с узкими и мелкими листьями,иногда свернутыми в трубочку.

Биотическиефакторы

Биотическимифакторами называется совокупностьвлияния жизнедеятельности однихорганизмов на другие (коакции). К нимотносят пищу, внутривидовые и межвидовыеотношения.

Взаимодействияделятся на две группы: между особямиодного и того же вида (гомотипическиереакции) и между особями разных видов( гетеротипические реакции)

А.ГОМОТИПИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

1. Групповойэффект (объединение а группы)

2. Массовыйэффект (вследствие перенаселенностисреды)

3. Внутривидоваяконкуренция (охранемые участки, охотничьятерритория и иерархические отношенияу животных; изменение морфологическихособенностей растений при конкуренцииза свет и воду, конкуренция материнскогополога с подростом – опыты Фрике, и др.)

4. Территориальность(аллелопатия у растений, феромоны имеханизмы разобщения у животных (пениептиц, мечение территории)

Б.ГЕТЕРОТИПИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

1. Нейтрализм

2. Конкуренция

3. Симбиоз(мутуализм как облигатный симбиоз)

4. Сотрудничество(как необлигатный симбиоз)

5. Комменсализм(распространение моллюсками водорослей,животными – семян растений, насекомыми– растительных клещей)

6. Аменсализм– угнетение роста и развития конкурентов(фитонциды растений, пеницилиум

  • Статические характеристики популяции: численность, плотность, структура (возрастная, половая, пространственная, этологическая).

  • Типы распределения особей в пространстве и статистические методы их распознавания. Типы использования территории.

  • 1. Интенсивный тип. Оседлые животные. Участки обитания и их типы. Формы «индивидуализации» территории. Механизмы интеграции особей.

  • 2. Экстенсивный тип. Кочевые животные. Преимущества группового образа жизни. Механизмы, определяющие пространственную структуру стада (стаи). Этологическая структура.

  • Доминирование и иерархия оседлых видов. Ранговые физиологические отличия. Иерархия в стадах и стаях. Внутристадные группировки — структурная основа управляемости стада. Физиологические механизмы формирования и поддержания структуры взаимоотношений в популяции. Типы соотношений пространственной и этологической структуры популяций позвоночных животных. Эффект группы. Массовый эффект.

  • Половая структура.Соотношение полов. Экологические различия полов. Возрастная структура. Причины, определяющие возрастной состав популяции. Возрастная структура популяций животных, способы ее выражения. Экологические различия возрастных групп. Структура фитопопуляций. Популяционная структура видов растений.

  • Ареал и местообитание.Виды ареалов и типы местообитаний. Причины изменчивости ареалов.

  • Динамические характеристики популяции:

  • рождаемость, смертность, иммиграция, скорость роста популяции. Типы кривых выживания – распределение смертности по возрастам. Статические таблицы выживания. Возрастная таблица плодовитости. Расчет ожидаемой продолжительности жизни. Типы роста популяций. Условия экспоненциального и логистического (S-образного) роста численности. Предельная численность, емкость среды, сопротивление среды.

  1. Сообщества (биоценозы) и экосистемы

Характеристикии функционирование

  1. Пространственная структура биоценоза (ярусность и мозаичность)

  2. Трофическая структура биоценоза(пищевые цепи, экологические пирамиды)

  3. Видовая структура биоценоза (биоразнообразие, частота, встречаемость)

  4. Регуляция и экологическое дублирование в биоценозе

  5. Продуктивность экосистем

  6. Сукцессия и гомеостаз экосистем

  7. Малый (биологический) круговорот элементов в экосистемах

  8. Термодинамика экосистем и законы их функционирования

  9. Принципы эксплуатации экосистем Человечеством

Видовойсостав биоценозов

  1. В биоценозе существует столько видов, сколько необходимо для максимальной утилизации приходящей энергии и обеспечения круговорота веществ

  2. Экологическое дублирование заключается в том, что при исчезновении или уничтожении вида живого в рамках одного уровня экологической пирамиды — его заменяет другой функционально анологичный.

    Замена происходит по схеме: мелкий сменяет крупного, эволюционно ниже организованный – более высокоорганизованного, более гинетически изменчивый – менее генетически изменчивого.

    В условиях антропогенного пресса крупные виды исчезают раньше, чем их сменят мелкие; всегда побеждают те, кто легче и быстрее изменяется, в том числе генетически.

  3. Число видов в составе географических зон и биоценозов относительно постоянно, это число всегда стремится к неоходимому и достаточному максимуму.

  4. Частота и обилие видов – количественные оценки при биологических исследованиях.

  5. Доминирование – не выражается количественно. В лесных сообществах за доминирующий вид принимается преобладающая порода. Часто используют бальные оценки от 1 (минимум) до 5 (максимум).

  6. 6. Виды – Эдификаторы (средообразователи). Эдификатор может быть доминантом.

  7. 7. Верность – очень важный показатель для типологии и классификации биоценозов и экосистем. Указывает, что данный вид действительно принадлежит данному биоценозу:

  8. 7.1. Характерные виды, их не более 5-10% от общего числа видов не менее 40-50% от общего количества особей. К ним относятся и виды-эдификаторы и выды-индикаторы.

  9. 7.2. Преферентные виды – встречаются в нескольких смежных биоценозах, но предпочитают один из них, из 1/3 (33%) как от числа видов, та и от числа особей.

  10. 7.3.Индеферентные виды – способны существовать в разных биоценозах с равным успехом (виды-убиквисты, виды – космополиты)

  • Биологическое равновесие (гомеостаз) экосистем

  • В устойчивой экосистеме каждое нарушение должно компенсироваться встречным процессом. Биологические (экологические) системы тем стабильнее во времени и пространстве, чем они сложнее. Иначе говоря, стабильность сообщества определяется числом связей между видами в трофической цепи.

  • Та область, в пределах которой механизмы отрицательной обратной связи способны, несмотря на стрессовые воздействия, сохранить устойчивость системы, хотя и в измененном виде, называют гомеостатическим плато.

    Воздействия, при которых компенсаторные регуляторы оказываются не в силах сохранить гомеостатичность системы, наблюдаются, как правило, при резких антропогенных или естественных воздействиях на структурно упрощенные искусственные системы, например на объекты сельского хозяйства.

    В последнем случае человек сам вынужден брать на себя компенса­цию нарушений, выполнять роль регулятора, осуществляя, в частности, за­щиту культур от вредителей и болезней.

Принципыфункционирования экосистем

  • Первый принцип.В естественных экосистемих использование ресурсов и избавление от отходов осуществляются в рамках круговорота всех элементов.

  • Второй принцип.Экосистемы существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.

  • Третий принцип.На конце длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы.

  • Закон сохранения массы:сумма массы вещества системы и массы эквивалентной энергии, полученной или отданной той же системой, постоянна. Если накопления или убывания вещества в системе не наблюдается, она находится в устойчивом, гомеостатическом состоянии.

  • Принцип Ле Шателье — Брауна:при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.

  • Принцип стабильности: любая экосистема с проходящим через нее потоком энгергии склонна развиваться в сторону устойчивого состояния и в ней вырабатываются саморегулирующие механизмы

  • Закон максимизации энергии и информации:наилучшими шансами на самосохранение обладает экосистема, в наибольшей степени способствующая поступлению, выработке и эффектному использованию энергии и информации (Г. И Э. Одумы и В.Р.Пригожин)

Правилоосновного энергетического обмена:любая большая динамическая система встационарном состоянии используетприход энергии, вещества и информацииглавным образом для своего самоподдержанияи саморазвития

Природныеи антропогенные экосистемы

  1. Природа стремится увеличить валовую продукцию, а человек – чистую.

  2. Своим успехом в приспособлении некоторых природных систем к собственным нуждам человек в основном обязан включением в растительные и животные системы дополнительных рабочих цепей, в которых расходуется энергия таких богатых источников, как ископаемое горючее и расщепляющиеся материалы.

3. Приинтенсивном ведении сельского хозяйствабольшая часть энергии для производствакартофеля, мяса и хлеба берется не отСолнца, а из ископаемого топлива.

После уборкиурожая на следующий год возможныразличные варианты использования тойже площади:

— восстановлениеплодородия за счет внесения удоб­ренийс повторением данной культуры,

—«отдых»почвы под паром,

—заменакультуры, например картофеля на рожьили кормовые травы,

— использованиеобогащающих почву растений.

Болееоптимальными являются третий иличетвертый варианты, т. е. хозяйствовынуждено имитировать сукцессию,используя принцип чередования полей,т. е. севооборота.

  • 4. Лесное производство ориентировано на то, чтобы не допустить естественной вторичной сукцессии и смены хвойных пород лиственными.

    Однако природная сукцессия сопровождается жестким статистическим процессом естественного отбора, а 4—5 тысяч практически одинаковых саженцев материала для отбора не дают, и эпидемия какой-либо болезни уничтожает их полностью.

    В результате, энергозатраты человека на «ломку» сукцессии экосистемы должны быть соизмеримы с затратами солнечной энергии на ее закономерное течение.

Энергетикаи Термодинамика экосистем

Источник: https://studfile.net/preview/3183325/page:2/

Scicenter1
Добавить комментарий