Глава 3

Ресурсы и факторы окружающей среды

3.1 Понятие об экологических  ресурсах и факторах (условиях)

      В экологии существуют два очень важных взаимосвязанных понятия: ресурсы  и факторы (условия). Ресурсы - это  все то в природе, из чего организм черпает энергию и получает необходимые условия для своей жизнедеятельности. Ресурсы живых существ - это в основном вещества, идущие на построение их тел, и энергия, необходимая для жизнедеятельности. Иногда к ресурсам относят и пространство, если обладание этим пространством - необходимое условие для жизни. Для зеленого растения пищевой ресурс - это неорганические вещества и ионы, поглощаемые растениями из почвы. Сами зеленые растения являются пищевыми ресурсами травоядных животных, паразитов, а после смерти - микробов. Один и тот же фактор иногда можно рассматривать и как условие, и как ресурс. Кислород, например, является энергетическим ресурсом большинства сухопутных животных, так как все реакции окисления происходят с выделением энергии. В то же время кислород -показатель условий жизни водной фауны.

      По  отношению к человеку природные  ресурсы могут выступать в  роли средств труда, источников сырья, энергии, материалов и в качестве предметов потребления. В основу их классификации положены три признака.

      Первый - по источникам происхождения: биологические, минеральные и энергетические.

      Второй  признак - по использованию в качестве производственных ресурсов: земельный фонд, лесной фонд, водные ресурсы, гидроэнергетические ресурсы, фауна, полезные ископаемые. Последние подразделяются на рудные, топливно-энергетические ресурсы, запасы минерально-химического сырья, редких металлов.

      Третий  признак - по степени истощаемости ресурсов. Неисчерпаемые -атмосферный воздух, осадки, солнечная радиация, энергия ветра, энергия морских приливов и отливов, энергия земных недр. Неисчерпаемость ресурсов - понятие относительное, так как Земля представляет собой естественное ограниченное целое, поэтому на ней не могут существовать бесконечные части. Исчерпаемые ресурсы - те, которые расходуются при использовании человеком и в дальнейшем исчезают. Они подразделяются на возобновляемые и невозобновляемые. Возобновляемые ресурсы - биологические (леса, растения, животные), но только в том случае, если деятельность человека не лишила их необходимых условий к размножению и воспроизводству. Минеральные ресурсы относятся к невозобновляемым. Это руды, глины, пески, нефть, газ, редкоземельные элементы и так далее. Основная масса минерально-сырьевых ресурсов содержится в земной коре, составляя 0,4% общей массы Земли.

      Богатейшей  кладовой минерального сырья является Мировой океан. В морской воде содержится более 80 элементов периодической  таблицы Д.И. Менделеева, важнейшими из которых являются вольфрам, висмут, золото, кобальт, литий, магний, медь и  др. Большинство металлов, содержащихся в морской воде, являются запасами будущего, их извлечение будет зависеть от успехов в развитии энергетики.

      В настоящее время из морской воды извлекаются бром (свыше 80 % мирового производства), магний (более 75%) и поваренная соль (около 35%). Налажена добыча нефти и газа. В прибрежных частях шельфовой зоны добываются твердые полезные ископаемые: железо, марганец, титан, олово, алмазы.

      Условия, или факторы, среды обуславливают  существование любого организма  или группы организмов. Экологические факторы подразделяют на биологические, абиотические и антропогенные. Биологическими факторами среды называется совокупность влияний, оказываемых на организмы жизнедеятельностью других организмов. Эти влияния носят самый разнообразный характер. Живые существа могут служить источником пищи для других организмов, являться средой обитания, способствовать их размножению, оказывать химическое (токсины бактерий), механическое и др. воздействия [15]. Биологические взаимодействия важны как регуляторы распределения и численности организмов в природе. Теоретически взаимодействия популяций двух видов можно представить в виде следующих комбинаций символов: 00,- -  , + +, + 0, - 0, + -. Три из них (++,- - , + -) в свою очередь подразделяются и в результате получается девять основных типов взаимодействий (табл. 2).

      Таблица 2. Анализ взаимодействий популяций  двух видов

Продолжение таблицы 2. 

      Можно выделить три принципа взаимоотношений  организмов:

1. негативные взаимодействия, которые проявляются на начальных стадиях развития сообщества или в нарушенных природных условиях;
2. в процессе эволюции и развития экосистем обнаруживается тенденция к уменьшению роли отрицательных взаимодействий за счет положительных, повышающих выживание взаимодействующих видов;
3. в недавно сформированных или новых ассоциациях вероятность возникновения сильных отрицательных взаимодействий больше, чем в старых ассоциациях.

      Тип взаимодействий конкретной пары видов  может изменяться в различных  условиях или в зависимости от стадии жизненных циклов. Так, в одно время у двух видов может быть выявлен паразитизм, в другое время  – комменсализм, и в третьем случае – они могут быть полностью нейтральны друг к другу. Когда виды двух взаимодействующих популяций  оказывают друг на друга благоприятное,  неповреждающее влияние, обе популяции растут и процветают, достигая равновесных уровней. И мутуализм, и протокооперация приводят к сходному результату: рост популяции в отсутствии другой либо замедлен, либо равен нулю.

      Конкуренция, хищничество и паразитизм снижают  скорость роста популяций, испытывающих эти влияния, но этот эффект не обязательно вреден, если рассматривать его с точки зрения выживания популяции на протяжении длительного времени. Отрицательные взаимодействия могут ускорять естественный отбор, приводя к возникновению новых адаптаций. Хищники и паразиты часто полезны для популяций, не имеющих механизмов саморегуляции для предотвращения перенаселения, следствием которого могло быть самоуничтожение таких видов.  Конкурентное взаимодействие может касаться пространства, пищи или биогенных элементов, света, неиспользованных веществ, зависимости от хищников и т.д. Межвидовая конкуренция может привести либо к установлению равновесия между двумя видами, либо к замене популяции одного вида популяцией другого, либо к вытеснению одного вида другим в иное место или же на использование иной пищи. Близкородственные организмы, ведущие сходный образ жизни и обладающие сходной морфологией, обычно не живут в одних и тех же местах. Если же они живут в одном месте, то часто используют разные ресурсы или активны в разное время. Экологическое разделение близкородственных видов получило название «принцип Гаузе»,  или принцип конкурентного исключения.

      Положительные взаимодействия видов чрезвычайно  широко распространены в природе. Наиболее простой тип положительных взаимодействий – комменсализм. Он характерен, в частности, для взаимоотношений между неподвижными растениями и животными. Например, животные разносят семена растений, которые таким образом занимают новые территории. В данном случае нет полной зависимости видов друг от друга. Когда получают преимущества от объединения  оба вида, такие взаимодействия называются протокооперацией. Например, такая взаимная польза возникает в море при объединении крабов и кишечнополостных. Кишечнополостные прикрепляются к спине крабов, маскируя и защищая их, в свою очередь получая от крабов остатки пищи и используя их как транспортное средство. При полной зависимости видов друг от друга взаимные отношения называются мутуализмом. Наиболее важные мутуалистические системы возникают между автотрофами и гетеротрофами, например, между азотфиксирующими бактериями и высшими растениями. Мутуализм обычен также между микроорганизмами, способными переваривать целлюлозу и другие растительные остатки, и животными, у которых нет необходимых для этого ферментных систем.

      Одна  популяция может подавлять другую, лишая ее некоторых ресурсов. Например, деревья в лесу затеняют травы, что ведет к их исчезновению, но деревья при этом не испытывают ни отрицательного, ни положительного воздействия. Этот тип взаимоотношений называется аменсализмом. Если же одна популяция продуцирует вещества, вредные для конкурирующей популяции, то такое взаимодействие называется аллелопатией, или антибиозом. Например, выделение и накопление в почве токсинов эвкалипта подавляет прорастание семян других видов растений. Гриб Penicillium выделяет бактериальный ингибитор пенициллин.

      Действие  биологических факторов проявляется и в других формах взаимовлияния на условия жизни  организмов разных видов. Например, растения выделяют кислород, необходимый для дыхания животных, а животные обеспечивают поступление в атмосферу углекислого газа, который используется растениями в процессе фотосинтеза. Действие биологических факторов может быть не только непосредственным, но и косвенным. Например, изменения микроклимата под пологом леса.

      Абиотические  факторы - это совокупность условий  неорганической среды, влияющих на организмы. Абиотические факторы делятся на химические (состав атмосферы, водоемов, почвы и т. д.) и физические или климатические (температура и влажность воздуха, осадки, барометрическое давление, лучистая энергия Солнца и др.).

      Климатические факторы оказывают на организмы  как непосредственное, так и косвенное воздействие, зависящее от типа местности. Например, склоны различных экспозиций получают разное количество тепла, под пологом леса возникает особый микроклимат, резко отличающийся от микроклимата соседних открытых пространств.

      Наиболее  важным физическим фактором является свет, так как от него зависит  процесс фотосинтеза земных растений и создание растительной биомассы, дающей начало цепи питания живых организмов. И у наземных, и у водных растений интенсивность фотосинтеза связана с интенсивностью света линейной зависимостью до оптимального уровня светового насыщения, за которым во многих случаях следует снижение интенсивности фотосинтеза. Отдельные растения и целые сообщества приспосабливаются к разным интенсивностям света, адаптируясь или к тени, или к прямому солнечному свету.

      Между различными видами животных и растений и окружающей средой существуют сложные  термические отношения, которые обусловлены тем, что между температурой внешней среды и потребностями животных и растений в тепле существует определенное равновесие. При его нарушении организмы могут погибнуть. Диапазон существующих во Вселенной температур равен тысячам градусов, пределы, в которых может существовать жизнь, не более 300° С: от - 200° С до + 100° С. Большинство видов организмов активны в еще более узком диапазоне температур. Верхний предел лежит около 88° С, а некоторые организмы, особенно в стадии покоя, могут некоторое время существовать при крайне низких температурах. Очень важна с экологической точки зрения изменчивость  температуры. Отмечается стимулирующий эффект переменных температур в умеренной зоне, для которой  характерны перепады температур. Поэтому при воздействии на организмы этой зоны постоянной температуры может замедляться или полностью подавляться их жизнедеятельность.

      Важнейшим фактором существования наземных растений и животных является вода. Для нормального  образа жизни необходимо, чтобы поддерживался баланс между потреблением воды и ее испарением. Этот фактор, наряду со светом и температурой, играет важную роль в регулировании активности организмов и их распространении. В связи с этим, важным экологическим фактором является иссушающее действие воздуха. Чтобы избежать иссушения, животные переходят в защищенные места или переносят свою активность на ночное время, растения охлаждают листья в процессе транспирации (испарения). Основные источники доступной воды для наземных организмов – это атмосферные осадки, роса и грунтовые воды. Последние – один из самых важных ресурсов для человека. В противоположность большинству других организмов, благодаря грунтовым водам мы используем гораздо больше воды, чем ее выпадает с осадками. В результате антропогенной деятельности грунтовым водам грозит не только истощение, но и загрязнение ядовитыми химическими веществами: пестицидами, нефтепродуктами, нитратами, тяжелыми металлами. Поэтому существует предположение, что пригодная для человека пресная вода может быть более значимым лимитирующим фактором, чем энергия.