Лекция по "Классификации экологических факторов"

Роль температуры как экологического фактора сводится к тому, что она влияет на обмен веществ: при низких температурах скорость биоорганических реакций сильно замедляется, а при высоких - сильно увеличивается, что приводит к нарушению равновесия в протекании биохимических процессов, а это ведет к различным заболеваниям, а иногда и к смертельному исходу.

1.5.1.2 Приспособление животных

Температура по-разному  влияет на пойкилотермных и гомойотермных животных.

Пойкилотермные животные активны только в период оптимальных для их жизнедеятельности температур. В период низких температур они впадают в спячку (земноводные, пресмыкающиеся, членистоногие и др.). Некоторые насекомые перезимовывают или в виде яиц, или в виде куколок. Нахождение организма в спячке характеризуется состоянием анабиоза, при котором процессы обмена сильно заторможены и организм может длительное время обходиться без пищи.  
В спячку пойкилотермные животные могут впадать и под воздействием высоких температур. Так, животные пустынь в нижних широтах в жаркое время дня находятся в норах, а период их активной жизнедеятельности приходится на раннее утро или поздний вечер (либо они ведут ночной образ жизни).

Гомойотермные животные в меньшей степени в своей жизнедеятельности зависят от температуры, но температура влияет на них с точки зрения наличия (отсутствия) кормовой базы. Эти животные имеют следующие приспособления к преодолению воздействия низких температур:

а) животные мигрируют из более холодных областей в более теплые (перелеты птиц, миграции млекопитающих);

а) изменяют характер покрова (летний мех или оперение заменяются на более густой зимний; накапливают большой слой жира - дикие свиньи, тюлени и др.);

в) впадают в спячку (медведь как гомойотермное животное впадает в спячку зимой из-за недостатка пищи).

Гомойотермные животные имеют приспособления для снижения воздействия температур (как повышенных, так и пониженных). Так, у человека имеются потовые железы, которые изменяют характер секреции при повышенных температурах (количества секрета увеличивается), изменяется просвет кровеносных сосудов в коже (при низких температурах он уменьшается, а при высоких - увеличивается) и т.д.

 

1.5.2 Свет как экологический фактор

Солнечное излучение неоднородно и состоит из электромагнитных волн разной длины, а следовательно, обладает и различной энергией. До поверхности Земли достигают лучи как видимого, так и невидимого спектра. К лучам невидимого спектра относятся инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, а лучи видимого спектра имеют семь наиболее различимых лучей (от красного до фиолетового). Энергия квантов излучений увеличивается от инфракрасного до ультрафиолетового (т.е. ультрафиолетовые лучи содержат кванты наиболее коротких волн и наибольшей энергии).

Солнечные лучи имеют  несколько экологически важных функций:

а) благодаря солнечным лучам на поверхности Земли реализуется определенный температурный режим, имеющий широтный и вертикальный зональный характер;

б) солнечная энергия – это источник энергии для всех организмов, живущих на Земле (исключая небольшую группу организмов-хемосинтетиков). Энергия Солнца является источником энергии и для гетеротрофных организмов (животных, бактерий, грибов и др.), так как эти организмы используют энергию химических связей веществ, синтезированных фотосинтетиками (т.е. растениями);

в) солнечная энергия является регулятором циклов жизни различных организмов.

Инфракрасное излучение несёт большой запас тепловой энергии и обеспечивает тепловой режим планеты. Растения, реализуя автотрофный способ питания, усваивают энергию оранжево-красного спектра (правда, отдельные водоросли, красные и бурые, могут усваивать энергию синего и даже фиолетового спектра). Зеленые лучи полностью отражаются растениями (отсюда и цвет растений).

Ультрафиолетовые лучи оказывают вредное воздействие на различные организмы (особенно «жесткий ультрафиолет»). Большинство ультрафиолетовых лучей не доходят до поверхности земли за счет наличия «озонового экрана». В небольших количествах ультрафиолетовые лучи могут быть полезными для некоторых организмов. Так, действуя на верхний слой кожи человека (при «загорании»), ультрафиолетовые лучи вызывают синтез меланина, из которого, в свою очередь, синтезируется витамин Д. Ультрафиолетовые лучи позволяют ориентироваться некоторым организмам во внешней среде (летучие мыши).

1.5.2.1 Роль солнечного света в жизни растений

Роль света в жизни  растений трудно переоценить, так как  солнечная энергия является основой  для реализации всех процессов жизнедеятельности, начиная с питания и заканчивая отправлением отдельных физиологических функций.

По отношению к свету  различают несколько групп растений:

а) светолюбивые – растения открытых пространств, на которые падает прямой свет. К ним относят растения степей, пустынь, полупустынь (ковыли, полыни, различные виды злаковых, например, пшеница и др.), а также растения верхних ярусов лесов (сосна, береза);

б) теневыносливые – растения, которые могут произрастать в условиях некоторого затенения (например, бук, дуб, граб, ель);

в) тенелюбивые – растения, которые не могут существовать в условиях попадания на них прямого света. К ним относятся растения, живущие под пологом леса (например, папоротники, звездчатка, ландыши).

Кроме того, что солнечный  свет для растений является источником энергии, он регулирует процессы их жизнедеятельности. Это явление называется фотопериодизмом. Различают суточный и сезонный фотопериодизм.

С фотопериодизмом у растений связано такое явление, как фототропизм – движение отдельных органов растения к свету, например, движение головки подсолнуха в течение дня по ходу движения Солнца, раскрытие соцветий одуванчика утром и закрытие их вечером, рост комнатных растений в освещенную сторону (суточный фотопериодизм).

Сезонный фотопериодизм ярко наблюдается в широтах со сменой времен года (в средних и северных широтах). С наступлением длинного дня и потеплением в растениях начинается сокодвижение, почки набухают и раскрываются (весной). С наступлением осени, которая растениями воспринимается не изменением температуры, а изменением длины светового дня, начинается закладка почек, подготовка к зиме, подготовка к листопаду, формирование прочного древесного покрова у древесных и кустарниковых форм.

1.5.2.2 Роль солнечного света в жизни животных

Солнечная энергия непосредственно животными не усваивается, но, тем не менее, она является источником их жизнедеятельности за счет следующих процессов.

Во-первых, солнечный свет определяет суточный фотопериодизм жизни животных и их распределение по экологическим нишам. Различают животных, ведущих дневной и ночной образ жизни, что исключает конкуренцию за источники пищи. Большое значение свет играет и в жизни людей. Так, у некоторых людей наблюдается повышенная работоспособность в утренние часы («жаворонки»), а у других – в ночные часы («совы»). Солнечным днем эмоциональный настрой большинства людей значительно более высокий, чем в пасмурные или дождливые дни и т.д.

Во-вторых, свет определяет сезонный фотопериодизм, с которым связано изменение в ходе физиологических процессов (с наступлением осени интенсифицируется накопление запасных веществ в организме, меняется характер покровов и т.д.). Организмы, для которых характерны миграции, готовятся к ним и мигрируют, несмотря на наличие тепла и кормовой базы (перелеты птиц, миграции животных в более теплые края).

В-третьих, солнечный свет позволяет животным легко ориентироваться в окружающей среде, эволюционно способствуя развитию органов зрения.

 

1.5.3 Влажность как экологический фактор

Содержание воды в окружающей среде зависит от климата, т.е. от количества осадков и их распределения по временам года и местонахождения данной среды обитания на планете. В ряде случаев влажность может являться лимитирующим фактором в развитии той или иной общности организмов. Часто характер влажности на данной территории определяет характер органического мира, проживающего на ней. Так, флору и фауну пустынь и полупустынь определяет большой дефицит влаги, а органический мир болот – избыточное ее количество.

С влажностью связана  географическая зональность органического мира: тундра, лесотундра, тайга, лесостепь, степь, полупустыни, пустыни (от одной зоны к другой количество влаги закономерно понижается). Эти зоны связаны с одновременным изменением влажностного и температурного фактора (тундра и тайга).

1.5.3.1 Экологическая роль воды в жизни растений

Строение и функции  растений в значительной степени  зависят от наличия влаги в  среде обитания. По отношению к  влажности растения делят на группы.

Ксерофиты – растения, которые живут в условиях недостаточной увлажненности. Это растения степей, полупустынь и пустынь. Они могут выдерживать недостаток влаги за счет того, что в их составе содержатся соединения, способные удерживать большое количество связанной воды. У ксерофитов очень сильно развита корневая система, которая может достигать 10 м и более у растения размером несколько десятков сантиметров. К ксерофитам относят различные виды полыней, ковыль, саксаул и др.

Для ксерофитов характерны узкие длинные листья, покрытые большим  слоем кутикулы, восковым налетом  и сильной опушенностью. Листья этих растений имеют сероватый тусклый оттенок, листовые пластинки мелкие, а в ряде случаев листья подверглись редукции (их или совсем нет, или они превратились в колючки или чешуйки, а функции листьев выполняет стебель). Вышеуказанные приспособления в значительной степени уменьшают транспирацию (испарение воды растением).

Суккуленты – группа растений, близких к ксерофитам, но в отличие от них, обладает сильно утолщенным мясистым стеблем, содержащим большое количество воды. У суккулентов практически нет листьев, или эти листья также сильно утолщены. К суккулентам относят кактусы, молодило, столетник и т.д.

Мезофиты – растения, произрастающие в условиях среднего увлажнения, что означает достаточное количество осадков для реализации процессов жизнедеятельности растений, в том числе и для транспирации. У мезофитов поверхность листьев достаточно крупная, растения испаряют довольно много воды, но устьица, как правило, располагаются на нижней поверхности листа, за счет чего в период недостаточного увлажнения транспирация ослабляется, что позволяет успешно пережить неблагоприятное для растений время. К мезофитам относят тополь, березу, айву, грушу, травянистые растения лугов и т.д.

Гигрофиты – растения, живущие в условиях повышенного увлажнения, произрастающие на сильно увлажненных болотистых почвах и требующие для нормальной жизнедеятельности большого количества воды (осока, камыш, растения влажных джунглей и т.д.).

Гидрофиты – водные растения, живущие либо полностью погруженными в воду, либо на ее поверхности находятся листовые пластинки, а остальная часть растения находится в воде. Примером гидрофитов являются кувшинки, элодея, водоросли.

1.5.3.2 Экологическая роль воды в жизни животных

По отношению к воде животных делят на сухопутных, водных и земноводных. Сухопутных животных можно разделить на животных лесов, степей и пустынь, так как эти зоны отличаются увлажненностью.

К водным животным относят, например, рыб, водных млекопитающих (киты), водных членистоногих, головоногих и других моллюсков.

К сухопутным животным относят многих млекопитающих, различных пресмыкающихся.

К земноводным относят класс земноводных (лягушки, жабы), некоторых млекопитающих (например, тюлени, гиппопотам).

Необходимость в воде сухопутные животные восполняют за счет поглощения воды из  водоемов (питье), либо поглощая воду с пищей. Наибольший дефицит воды испытывают животные степей, пустынь и полупустынь, которые по-разному приспособлены к недостатку влаги. Так, лошади способны преодолевать большие расстояния в поисках воды и пищи. Верблюды могут длительное время обходиться без воды, накапливая ее в форме жира в горбах (а курдючные овцы – в особых расширениях хвоста – курдюках); при окислении жиров образуется большое количество воды, которую организм использует для своей жизнедеятельности. При недостатке воды некоторые животные впадают в спячку. Приспособлением к преодолению недостатка воды у животных является переход к ночному образу жизни.

 

1.5.4 Эдафические экологические факторы

Важнейшими экологическими факторами, характеризующими почву как среду обитания, являются кислотность, валовой состав, содержание органических веществ, структура, плотность, засоленность, гранулометрический состав и др.

По  отношению к кислотности почвы растения делят на следующие экологические группы:

– ацидофилы – растут на почвах с водородным показателем рН<6,7;

– нейтрофилы – растут на почвах с водородным показателем     рН = 6,7…7,0;

– базифилы – растут на почвах с водородным показателем рН>7,0;

– индифферентные виды растений, обитающие на почвах с разным значением водородного показателя среды.

По  отношению к элементам питания почвы среди растений различают:

– какгалофиты – растения засоленных почв;

– нитрофилы – растения, предпочитающие почвы, богатые азотом;

– петрофиты – растения каменистых почв;