Экологический фактор

Экологический фактор — условие среды обитания, оказывающее воздействие на организм. Среда включает в себя все тела и явления, с которыми организм находится  в прямых или косвенных отношениях.

Большинство экологических факторов — температура, влажность, ветер, наличие пищи, хищники, паразиты, конкуренты и т. д. — отличаются значительной изменчивостью во времени  и пространстве. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно варьируется на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер. Паразиты млекопитающих живут в условиях избытка пищи, тогда как для большинства хищников ее запасы меняются в соответствии с изменением численности жертв. Изменение факторов среды наблюдается в течение года и суток, в зависимости от приливов и отливов в океане, при бурях, ливнях, обвалах, при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т. д.

Один и  тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих  организмов. Например, солевой режим  почвы играет первостепенную роль при  минеральном питании растений, но безразличен для большинства  наземных животных. Интенсивность освещения  и спектральный состав света исключительно  важны в жизни фототрофных растений, а в жизни гетеротрофных организмов (грибов и водных животных) свет не оказывает заметного влияния на их жизнедеятельность.

Экологические факторы действуют на организмы  по-разному. Они могут выступать  как раздражители, вызывающие приспособительные  изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие  невозможность существования тех  или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфологические  и анатомические изменения организмов. 

Классификация экологических факторов

Принято выделять биотические, антропогенные и абиотические экологические факторы.

Биотические факторы — всё множество факторов среды, связанных с деятельностью  живых организмов. К ним относятся  фитогенные (растения), зоогенные (животные), микробиогенные (микроорганизмы) факторы.

Антропогенные факторы — всё множество факторов, связанных с деятельностью человека. К ним относятся физические (использование  атомной энергии, перемещение в  поездах и самолётах, влияние  шума и вибрации и др.), химические (использование минеральных удобрений  и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и  транспорта; курение, употребление алкоголя и наркотиков, чрезмерное использование  лекарственных средств[источник не указан 135 дней]), биологические (продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания), социальные (связанные с отношениями людей и жизнью в обществе) факторы.

Абиотические  факторы — всё множество факторов, связанных с процессами в неживой  природе. К ним относятся климатические (температурный режим, влажность, давление), эдафогенные (механический состав, воздухопроницаемость, плотность почвы), орографические (рельеф, высота над уровнем моря), химические (газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность), физические (шум, магнитные поля, теплопроводность, радиоактивность, космическое излучение) 

Часто встречающаяся  классификация экологических факторов (факторов среды)

ПО ВРЕМЕНИ: эволюционный, исторический, действующий

ПО ПЕРИОДИЧНОСТИ: периодический, непериодический

ПО ОЧЕРЕДНОСТИ  ВОЗНИКНОВЕНИЯ: первичный, вторичный

ПО ПРОИСХОЖДЕНИЮ: космический, абиотический (он же абиогенный), биогенный, биологический, биотический, природно-антропогенный, антропогенный (в т.ч. техногенный, загрязнения  среды), антропический (в т.ч. беспокойства)

ПО СРЕДЕ  ВОЗНИКНОВЕНИЯ: атмосферный, водный (он же влажности), гео-морфологический, эдафический, физиологиче-ский, генетический, популяционный, биоценотический, экосистемный, биосферный

ПО ХАРАКТЕРУ: вещественно-энергетический, физический (геофизический, термический), биогенный (он же биотический), информационный, химический (солености, кислотности), комплексный (экологический, эволюции, системообразующий, географический, климатический)

ПО ОБЪЕКТУ: индивидуальный, групповой (социальный, этологический, социально-экономический, соци-ально-психологический, видовой ( в т.ч. человеческий, жизни общества)

ПО УСЛОВИЯМ СРЕДЫ: зависящий от плотности, не зависящий от плотности

ПО СТЕПЕНИ  ВОЗДЕЙСТВИЯ: летальный, экстремальный, лимитирующий, беспокоящий, мутагенный, тератогенный; канцерогенный

ПО СПЕКТРУ  ВОЗДЕЙСТВИЯ: избирательный, общего действия 

3. Закономерности  действия экологических факторов  на организм 

Реакция организмов на влияние абиотических факторов. Воздействие экологических факторов на живой организм весьма многообразно. Одни факторы оказывают более  сильное влияние, другие действуют  слабее; одни влияют на все стороны  жизни, другие — на определенный жизненный  процесс. Тем не менее в характере их воздействия на организм и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей, которые укладываются в некоторую общую схему действия экологического фактора на жизнедеятельность организма (рис. 14.1).

На рис. 14.1 по оси абсцисс отложена интенсивность (или «доза») фактора (например, температура, освещенность, концентрация солей в  почвенном растворе, рН или влажность почвы и х д.), а по оси ординат — реакция организма на воздействие экологического фактора в его количественном выражении (например, интенсивность фотосинтеза, дыхания, скорость роста, продуктивность, численность особей на единицу площади и т. д.), т е. степень благотворности фактора.

Диапазон  действия экологического фактора ограничен  соответствующими крайними пороговыми значениями (точки минимума и максимума), при которых еще возможно существование  организма. Эти точки называются нижним и верхним пределами выносливости (толерантности) живых существ по отношению к конкретному фактору  среды.

Точка 2 на оси  абсцисс, соответствующая наилучшим  показателям жизнедеятельности  организма, означает наиболее благоприятную  для организма величину воздействующего  фактора — это точка оптимума. Для большинства организмов определить оптимальное значение фактора с  достаточной точностью зачастую трудно, поэтому принято говорить о зоне оптимума. Крайние участки  кривой, выражающие состояние угнетения  организмов при резком недостатке или  избытке фактора, называют областями  пессимума или стресса. Вблизи критических  точек лежат сублетальные величины фактора, а за пределами зоны выживания —летальные.

Подобная  закономерность реакции организмов на воздействие экологических факторов позволяет рассматривать ее как  фундаментальный биологический  принцип: для каждого вида растений и животных существует оптимум, зона нормальной жизнедеятельности, пессимальные зоны и пределы выносливости по отношению к каждому фактору среды.

Разные виды живых организмов заметно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по пределам выносливости. Например, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне около 80°С (от +30 до -55°С), некоторые тепловодные рачки выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6°С (от 23 до 29°С), нитчатая цианобактерия осциллатория, живущая на острове Ява в воде с температурой 64°С, погибает при 68°С уже через 5—10 мин. Точно так же одни луговые травы предпочитают почвы с довольно узким диапазоном кислотности — при рН = 3,5—4,5 (например, вереск обыкновенный, белоус торчащий, щавель малый служат индикаторами кислых почв), другие хорошо растут при широком диапазоне рН — от сильнокислого до щелочного (например, сосна обыкновенная). В связи с этим организмы, для существования которых необходимы строго определенные, относительно постоянные условия среды, называют стенобионтными (греч. stenos — узкий, bion — живущий), а те, которые живут в широком диапазоне изменчивости условий среды, —эврибионтными (греч. eurys — широкий). При этом организмы одного и того же вида могут иметь узкую амплитуду по отношению к одному фак тору и широкую — к другому (например, приспособленность к узкому диапазону температур и широкому диапазону солености воды). Кроме того, одна и та же доза фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной для другого и выходить за пределы выносливости для третьего.

Способность организмов адаптироваться к определенному  диапазону изменчивости факторов среды  называют экологической пластичностью. Эта особенность является одним  из важнейших свойств всего живого: регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с изменениями условий среды, организмы приобретают возможность выживать и оставлять потомство. Значит, эврибионтные организмы явлются эколог ически наиболее пластичными, что обеспечивает их широкое распространение, а стенобионтные, напротив, отличаются слабой экологической пластичностью и, как следствие, обычно имеют ограниченные ареалы распространения.

Взаимодействие  экологических факторов. Ограничивающий фактор. Экологические факторы воздействуют на живой организм совместно и  одновременно. При этом действие одного фактора зависит от того, с какой  силой и в каком сочетании  действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействие факторов. Например, жару или мороз легче переносить при  сухом, а не при влажном воздухе. Скорость испарения воды листьями растений (транспирация) значительно выше, если температура воздуха высокая, а  погода ветреная.

В некоторых  случаях недостаток одного фактора  частично компенсируется усилением  другого. Явление частичной взаимозаменяемости действия экологических факторов называется эффектом компенсации. Например, увядание растений можно приостановить как  увеличением количества влаги в  почве, так и снижением температуры  воздуха, уменьшающего транспирацию; в  пустынях недостаток осадков в определенной мере восполняется повышенной относительной  влажностью воздуха в ночное время; в Арктике продолжительный световой день летом компенсирует недостаток тепла.

Вместе с  тем ни один из необходимых организму  экологических факторов не может  быть полностью заменен другим. Отсутствие света делает жизнь растений невозможной, несмотря на самые благоприятные  сочетания других условий. Поэтому  если значение хотя бы одного из жизненно необходимых экологических факторов приближается к критической величине или выходит за ее пределы (ниже минимума или выше максимума), то, несмотря на оптимальное сочетание остальных  условий, особям грозит гибель. Такие  факторы называются ограничивающими (лимитирующими).

Природа ограничивающих факторов может быть различной. Например, угнетение травянистых растений под пологом буковых лесов, где  при оптимальном тепловом режиме, повышенном содержании углекислого  газа, богатых почвах возможности  развития трав ограничиваются недостатком  света. Изменить такой результат  можно только воздействием на ограничивающий фактор.

Ограничивающие  факторы среды определяют географический ареал вида. Так, продвижение вида на север может лимитироваться недостатком  тепла, а в районы пустынь и  сухих степей — недостатком влаги  или слишком высокими температурами. Фактором, ограничивающим распространение  организмов, могут служить и биотические  отношения, например занятость территории более сильным конкурентом или недостаток опылителей для цветковых растений.

Выявление ограничивающих факторов и устранение их действия, т. е. оптимизация среды  обитания живых организмов, составляет важную практическую цель в повышении  урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности домашних животных. 

Предел толерантности (лат. tolerantio - терпение) - диапазон экологического фактора между минимальным и максимальным значениями, в пределах которого возможна выживаемость организма. 

4. Закон  ограничивающего (лимитирующего)  фактора или закон минимума  Либиха — один из фундаментальных  законов в экологии, гласящий, что  наиболее значим для организма  тот фактор, который более всего  отклоняется от оптимального  его значения. Поэтому во время  прогнозирования экологических  условий или выполнение экспертиз  очень важно определить слабое  звено в жизни организмов.

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.

Это закон  учитывается в практике сельского  хозяйства. Немецкий химик Юстус 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 лишь 20 % от необходимой нормы, а кальция — 50 % от нормы, то ограничивающим фактором будет недостаток фосфора; необходимо в первую очередь внести в почву именно фосфорсодержащие удобрения.

По имени  учёного названо образное представление  этого закона — так называемая «бочка Либиха». Суть модели состоит  в том, что вода при наполнении бочки начинает переливаться через  наименьшую доску в бочке и  длина остальных досок уже  не имеет значения.