Антропогенные факторы, их влияние на организмы.

Антропогенные факторы - это формы деятельности человека, влияющие на живые организмы и условия среды их обитания:рубка, вспашка, орошение, выпас, строителсьтво водохранилищ, водо–нефте-газопроводов, прокладка дорог, ЛЭП и др. Воздействие деятельности человека на живые организмы и условия среды их обитания могут быть прямыми и косвенными. Например, вырубая деревья в лесу при заготовке древесины он оказывает прямое воздействия на вырубаемые деревья (валка, очистка от ветвей, распиловка, вывоз и др.) и одновременно оказывает косвенное воздействие на растения древесного полога, изменяя условия среды их обитания: освещение, температуру, циркуляции воздуха и т.д. На лесосеке из-за изменения условий среды обитания дальше не смогут жить и развиваться тенелюбивые растения и все организмы, связанные с ними. Среди абиотических факторов выделяют климатические (освещение, температура, влажность, ветер, давление и др.) и гидрографические (вода, течение, соленость, проточный стоячий и др) факторы.

Факторы, влияющие на организмы и условия среды их обитания изменяются в течение суток, по сезоном года и по годам (температура, количество осадков, освещение и др). Поэтому различают регулярно меняющиеся и возникающие спонтанно(неожиданно) факторы. Регулярно меняющиеся факторы называются периодическими факторами. К ним относятся смена дня и ночи, сезонов года, приливы и отливы и др. К воздействию этих факторов живые организмы адаптировались в результате длительной эволюции. Факторы, возникающие спонтанно называются непериодическими. К ним относятся извержение вулканов, наводнение, пожары, селевые потоки, нападение хищника на жертву и др. К воздействию не пероидических факторов живые организмы не адаптированы и не имеют каких-либо приспособлений. Поэтому они приводят к гибели, увечью и болезням живых организмов, разрушают их местообитания.

Непериодические факторы человек нередко использует в своих интересах. Например, для улучшения возобновления травостоя пастбищ и сенокосов он устраивает весной пал, т.е. поджигает старую растительность; используя пестециды и гербициды уничтожает вредителей сельскохозяйственных культур, сорняков полей и огородов, уничтожает болезнотворных микроогранизмов, бактерии и беспозвоночных и тд

Совокупность факторов одного рода составляет верхний уровень понятий. Нижний уровень понятий связан с познанием отдельных экологических факторов (табл. 3).

Таблица 3 - Уровни понятия «экологический фактор»

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

Закон оптимума . Каждый фактор имеет лишь определенные пределы положительного влияния на организмы. Благо­приятная сила воздействия называется зоной оптимума экологи­ческого фактора или просто оптимумом для организмов данного вида (рис. 5).

Рисунок 5 – Зависимость результаты действия экологического фактора от его интенсивности

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. Точки, ограничивающие его, т.е. максимальная и минимальная температуры, пригодные для жизни, - это пределы устойчивости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости растение испытывает все нарастающий стресс, т.е. речь идет о стрессовых зонах, или зонах угнетения в рамках диапазона устойчивости. По мере удаления от оптимума в конечном итоге по достижении пределов устойчивости организма происходит его гибель.

Виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, маловыносливые виды называют стенобионтными (узкая экологическая валентность), а те, которые способны приспосабли­ваться к разной экологической обстановке, выносливые - эврибионтными (широкая экологическая валентность) (рис. 6).

Рисунок 6 – Экологическая пластичность видов (по Ю. Одум, 1975)

Эврибионтность способствует широкому распространению видов. Стенобионтность обычно ограничивает ареалы.

Отношение организмов в колебаниям того или иного определенного фактора выражается прибавлением приставки эври- или стено- к названию фактора. Например, по отношению к температуре различают эври- и стенотермные организмы, к концентрации солей – эври- и стеногалинные, к свету – эври- и стенофотные и т.д.

Закон минимума Ю.Либиха. Немецкий агроном Ю.Либих в 1870 году в первые установил, что урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в среде обитания в минимуме, и сформулировая закон минимума, который гласит: “веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последного во времени”.

Формилируя закон Либих имел в виду, лимитирущие воздействие на растений жизненно важных химических элементов, присутствующих в среде их обитания в небольших и непостоянных количествах. Эти элементы называются микроэлементами. К ним относятся: медь, цинк, железо, бор, кремний, молибден, ванадий, кобальт, хлор, иод, натрий. Микроэлементы, подобно витаминам, действуют как катализаторы, химические элементы фосфор, калий, кальций, магний, сера, требующиеся организмам в сравнительно большом почестве называются макроэлементами. Но, если этих элементов в почве содержится больше, чем необходимо для нормальный жизнедеятельности организмов, то они также являются лимитирующими. Таким образом, микро- и макроэлементов в среде обитания живых организмов должно содержаться столько, сколько небоходимо для их нормального существования и жизнедеятельности. Измение содержания микро- и макроэлементов в сторону уменьшения или увеличения от необходимого количества-лимитирует существование живых организмов.

Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида. Природа этих факторов может быть различной. Так, продвижение вида на север может лимитироваться недостатком тепла, в пустынные районы - недостатком влаги или слишком вы­сокими температурами. Ограничивающим распространение факто­ром могут служить и биотические отношения, например занятость данной территории более сильным конкурентом, либо недостаток опылите­лей для растений.

Закон толерантности В.Шелфорда. Любой организм в природе способен переносить воздействие периодических факторов как в сторону уменшения, так и в сторону их увеличение до определенного предела в течение определенного времени. На основе этой способности живых организмов американский зоолог В. Шелфорд в 1913 году сформулировал закон толерантности (от лат «tolerantica»-терпение: способность организма переносить вляние факторов среды обитания до определенного предела), который гласит “Отсутствие или невозможность развития экосистемы определяется не только недостатом (количественно или качественно), но и избытком любого из факторов (света, тепла, воды), уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмым”. Эти два предела: экологический минимум и эклогический максимум, воздействие которых выдерживает живой организм, называются пределами толерантности (терпимости), например, если некий организм способен жить при температуре от 30°С до - 30°С, то предел его толерантности лежит в пределах этих температур.

Эвробионты, благодаря широкой толерантности, или широкой экологической амплитуде, широко распространены, более устойчивы к воздействию факторов среды, т е. более жизнестойки. Отклонения воздействия факторов от оптимума угнетает живой организм. Экологичесая валентность у одних организмов узкая (например, снежный барс, грецкий орех, в пределах умеренной зоны), у других-широкая (например, волк, лиса, заяц, тростник, одуванчик и др.).

После открытия этого закона были проведены многочисленные исследования, благодаря которым стали известны пределы существования для многих растений и животных. Таким примером является влияние загрязняющего атмосферный воздух вещества на организм человека. При значениях концентрации С лет человек погибает, но необратимые изменения в его организме происходят при значительно меньших концентрациях: С лим. Следовательно, истинный диапазон толерантности определяется именно этими показателями. Значит, их необходимо экспериментально определять для каждого загрязняющего или любого вредного химического соединения, и не допускать превышения его содержания в конкретной среде. В санитарной охране окружающей среды важны не нижние пределы устойчивости к вредным веществам, а верхние пределы, т.к. загрязнение окружающей среды – это и есть превышение устойчивости организма. Ставится задача или условие: фактическая концентрация загрязняющего вещества С факт не должна превышать С лим. С факт < С лим. С ¢ лим является предельно допустимой концентрации С ПДК или ПДК.

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 одно временно другие факторы. Например, жару легче перено­сить в сухом, но 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. Со­здается эффект частичного взаимозамещения факторов. Например, увядание растений можно при­остановить путем как увеличения количества влаги в почве, так и снижения температуры воздуха, уменьшающего испарение.

Однако взаимная компенсация действия факторов среды имеет определенные пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя. Крайний дефицит тепла в полярных пустынях нель­зя восполнить ни обилием влаги, ни круглосуточной освещен­ностью.

Группы живых организмов по отношению к факторам среды:

Свет или солнечная радиация . Всем живым организмам для осуществления процессов жизнедеятельности необходима энергия, поступающая извне. Основным источником ее является солнечная радиация, на которую приходится около 99,9% в общем балансе энергии Земли. Альбедо – доля отраженного света.

Важнейшие процессы, протекающие у растений и животных с участием света:

Фотосинтез . В среднем 1-5% падающего на растения света используется для фотосинтеза. Фотосинтез – источник энергии для всей остальной пищевой цепи. Свет необходим для синтеза хлорофилла. С этим связаны все адаптации растений по отношению к свету – листовая мозаика (рис. 7), распределение водорослей в водных сообществах по слоям воды и т.д.

По требованию к условиям освещения принято делить растения на следующие экологические группы:

Светолюбивые или гелиофиты – растения открытых, постоянно хорошо освещаемых местообитаний. Их световые адаптации заключаются в следующем – мелкие листья, часто рассеченные, в полдень могут повернуться ребром к солнцу; листья толще, могут быть покрыты кутикулой или восковым налетом; клетки эпидермиса и мезофилла мельче, палисадная паренхима многослойная; междоузлия короткие и т.д.

Тенелюбивые или сциофиты – растения нижних ярусов тенистых лесов, пещер и глубоководные растения; они плохо переносят сильное освещение прямыми солнечными лучами. Могут фотосинтезировать даже при очень низкой освещенности; листья темно-зеленые, крупные и тонкие; палисадная паренхима однослойная и представлена более крупными клетками; ярко выражена листовая мозаика.

Теневыносливые или факультативные гелиофиты – могут переносить большее или меньшее затенение, но хорошо растут и на свету; они легче других растений перестраиваются под влиянием изменяющихся условий освещения. К этой группе относятся лесные и луговые травы, кустарники. Адаптации формируются в зависимости от условий освещения и могут перестраиваться при изменении светового режима (рис. 8). Примером могут служить хвойные деревья, которые выросли на открытых пространствах и под пологом леса.

Транспирация - процесс испарения воды листьями растений для снижения температуры. Примерно 75 % падающей на растения солнечной радиации расходуется на испарение воды и таким образом усиливает транспирацию; это важно в связи с проблемой сохранения воды.

Фотопериодизм . Важен для синхронизации жизнедеятельности и поведения растений и животных (особенно их размножения) с временами года. Фототропизм и фотонастии у растений важны для обеспечения растениям достаточной освещенности. Фототаксис у животных и одноклеточных растений, необходим для нахождения подходящего местообитания.

Зрение у животных . Одна из главнейших сенсорных функций. Понятие видимого света для различных животных различно. Гремучие змеи видят инфракрасную часть спектра; пчелы – ближе к ультрафиолетовой области. У животных, обитающих в местах, куда не проникает свет, глаза могут быть полностью или частично редуцированы. Животные, ведущие ночной или сумеречный образ жизни плохо различают цвета и видят все в черно-белом изображении; кроме того, у таких животных размер глаз часто гипертрофирован. Свет, как средство ориентации играет важную роль в жизни животных. Многие птицы во время перелетов ориентируются с помощи зрения по солнцу или звездам. Такой же способностью обладают некоторые насекомые, например, пчелы.

Прочие процессы . Синтез витамина Д у человека. Однако, длительное воздействие ультрафиолетовых лучей может вызывать повреждение тканей, особенно у животных; в связи с этим выработались защитные приспособления – пигментация, поведенческие реакции избегания и т.п. Определенное сигнальное значение у животных играет биолюминесценция, то есть способность светиться. Световые сигналы, испускаемые рыбами, моллюсками, другими водными организмами, служат при привлечения добычи, особей противоположного пола.

Температура . Тепловой режим – важнейшее условие существования живых организмов. Главным источником тепла является солнечное излучение.

Границы существования жизни - это температуры, при которых возможно нормальное строение и функционирование белков, в среднем от 0 до +50 о С. Однако, целый ряд организмов обладает специализированными ферментными системами и приспособлены к активному существованию при температуре тела, выходящей за указанные пределы (табл. 5). Самая низкая при которой найдены живые существа -200°С, а самая высокая до +100 °С.

Таблица 5 - Температурные показатели различных сред жизни (0 С)

По отношению к температуре все организмы подразделяются на 2 группы: холодолюбивые и теплолюбивые.

Холодолюбивые (криофилы) способны жить в условиях относительно низких температур. При температуре -8°С живут бактерии, грибы, моллюски, черви, членистоногие и др. Из растений: древесные в Якутии выдерживают температуру -70°С. В Антарктиде при такой же температуре обитают лишайники, отдельные виды водорослей, пингвины. В лабораторных условиях семена, споры некоторых растений, нематоды переносят температуру абсолютного нуля -273,16°С. Приостановка всех жизненных процессов называется анабиозом .

Теплолюбивые организмы (термофилы ) – обитатели жарких районов Земли. Это – беспозвоночные (насекомые, паукообразные, моллюски, черви), растения. Многие виды организмов способны переносить очень высокие температуры. Например, пресмыкающиеся, жуки, бабочки выдерживают температуру до +45-50°С. На Камчатке живут сине-зеленые водоросли при температуре +75-80°С, верблюжья колючка переносит температуру +70°С.

Беспозвоночные, рыбы, пресмыкающиеся, земноводные лишены способности поддерживать постоянную температуру тела в узких границах. Их называют пойкилотермными или хладнокровными. Они зависят от уровня тепла, поступающего извне.

Птицы и млекопитающие способны поддерживать постоянную температуру тела независимо от окружающей температуры. Это – гомойотермные, или теплокровные организмы . Они не зависят от внешних источников тепла. Благодаря высокой интенсивности обмена веществ у них вырабатывается достаточное количество тепла, которое может сохраняться.

Температурные адаптации организмов : Химическая терморегуляция - активное увеличение теплопродукции в ответ на понижение температуры; физическая терморегуляция - изменение уровня теплоотдачи, способность удерживать тепло или наоборот рассеивать тепло. Волосяной покров, распределение жировых запасов, размер тела, строение органов и т.п.

Поведенческие реакции – перемещение в пространстве позволяет избегать неблагоприятных температур, спячка, оцепенение, сбивание в кучу, миграции, рытье нор и т.д.

Влажность. Вода – важный экологический фактор. Все биохимические реакции протекают в присутствии воды.

Таблица 6 –Содержание воды в различных организмах (% от массы тела)

 Антропогенные факторы – это совокупность различных воздействий человека на неживую и живую природу. Действие человека в природе огромно и чрезвычайно многообразно. Воздействие человека может быть прямым и косвенным . Наиболее очевидное проявление антропогенного влияния на биосферу – загрязнение окружающей среды.

Влияние антропогенного фактора в природе может быть как сознательным , так и случайным, или неосознанным .

К сознательным относятся - распашка целинных земель, создание агроценозов (сельскохозяйственных угодий), расселение животных, загрязнение среды.

К случайным относятся воздействия, происходящие в природе под влиянием человеческой деятельности, но не были заранее предусмотрены и запланированы им - распространение различных вредителей, случайный завоз организмов, непредвиденные последствия, вызванные сознательными действиями (осушение болот, постройка плотин и т.д.).

Предложены и другие классификации антропогенных факторов: изменяющиеся закономерно, периодически и изменяющиеся без каких-либо закономерностей.

Существуют и другие подходы к классификации экологических факторов:

по очередности (первичный и вторичный);

по времени (эволюционный и исторический);

по происхождению (космический, абиотический, биогенный, биотический, биологический, природно- антропогенный);

по среде возникновения (атмосферный, водный, геоморфологический, эдафический, физиологический, генетический, популяционный, биоценотический, экосистемный, биосферный);

по степени воздействия (летальный - приводящий живой организм к гибели, экстремальный, лимитирующий, беспокоящий, мутагенный, тератогенный – приводящий к уродствам в ходе индивидуального развития).

Популяция Л-3

Термин «популяция» был впервые введен в 1903 г. Йогансеном.

Популяция - это элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды.

Популяция - это совокупность особей одного вида, которая обладает общим генофондом и занимает определенную территорию.

Вид - это сложная биологическая система, состоящая из группировок организмов- популяций.

Структура популяции характеризуется составляющими ее особями и их распределением в пространстве. Функции популяции – рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях.

В зависимости от размеров занимаемой территории выделяют три типа популяций :

элементарные (микропопуляция) - это совокупность особей вида, занимающих какой-то небольшой участок однородной площади. В состав входят генетически однородные особи;

экологические - формируется как совокупность элементарных популяций. В основном это внутривидовые группировки, слабо изолированные от других экологических популяций. Выявление свойств отдельных экологических популяций является важной задачей в познании свойств вида в определении его роли в том или ином местообитании;

географические - охватывают группу особей, населяющих территорию с географически однородными условиями существования. Географические популяции занимают сравнительно большую территорию, довольно разграничены и относительно изолированы. Они отличаются плодовитостью, размерами особей, рядом экологических, физиологических, поведенческих и др. особенностей.

Популяция обладает биологическими особенностями (свойственными всем составляющим ее организмам) и групповыми особенностями (служат уникальными характеристиками группы).

К биологическим особенностям относится наличие жизненного цикла популяции, ее способность к росту, дифференцировке и самоподдержанию.

К групповым особенностям относят рождаемость, смертность, возрастную, половую структуру популяции и генетическую приспособляемость (эта группа признаков относится только к популяции).

Различают следующие типы пространственного распределения особей в популяциях:

1. равномерный (регулярный) - характеризуется равным удалением каждой особи от всех соседних; величина расстояния между особями соответствует порогу, за которым начинается взаимное угнетение,

2. диффузный (случайный) - встречается в природе чаще- особи распределены в пространстве неравномерно, случайно,

агрегированный (групповой, мозаичный) – выражается в образовании группировок особей, между которыми остаются достаточно большие незаселенные территории.

Популяция является элементарной единицей эволюционного процесса, а вид есть его качественный этап. Важнейшими являются количественные характеристики.

Выделяют две группы количественных показателей :

статические – характеризуют состояние популяции на данном этапе;

динамические – характеризуют процессы, протекающие в популяции за какой-то промежуток (интервал) времени.

К статистическим показателям популяций относятся:

численность,

плотность,

показатели структуры.

Численность популяции - это общее количество особей на данной территории или в данном объеме.

Численность никогда не бывает постоянной и зависит от соотношения интенсивности размножения и смертности. В процессе размножения происходит рост популяции, смертность приводит к сокращению ее численности.

Плотность популяции определяется количеством особей или биомассой на единицу площади либо объема.

Различают :

среднюю плотность - это численность или биомасса на единицу всего пространства;

удельная или экологическая плотность - численность или биомасса на единицу обитаемого пространства.

Важнейшим условием существования популяции или ее экотипа является их толерантность к факторам (условиям) среды. Толерантность у разных особей и к разным частям спектра разная, поэтому толерантность популяции значительно шире, чем у отдельных особей.

Динамика популяции – это процессы изменений ее основных биологических показателей во времени.

Основными динамическими показателями (характеристиками) популяций являются:

рождаемость,

смертность,

скорость роста популяции.

Рождаемость - способность популяции к увеличению численности за счет размножения.

Различают следующие виды рождаемости:

максимальная;

экологическая.

Максимальная, или абсолютная, физиологическая рождаемость - появление теоретически максимально возможного количества новых особей в индивидуальных условиях, т. е. при отсутствии лимитирующих факторов. Этот показатель - постоянная величина для данной популяции.

Экологическая, или реализуемая, рождаемость обозначает увеличение популяции при фактических, или специфических, условиях среды, Она зависит от состава, размера популяции и фактических условий среды.

Смертность - характеризует гибель особей популяций за определенный период времени.

Различают:

специфическую смертность - число смертей по отношению к числу особей, составляющих популяцию;

экологическую или реализуемую, смертность – гибель особей в конкретных условиях среды (величина непостоянная, изменяется в зависимости от состояния природной среды и состояния популяции).

Любая популяция способна к неограниченному росту численности, если ее не лимитируют факторы внешней среды абиотического и биотического происхождения.

Эта динамика описывается уравнением А. Лотки : d N / d t ≈ r N

N – численность особей; t - время; r - биотический потенциал

Антропогенные экологические факторы

Антропогенные факторы - это результат воздействия человека на окружающую среду в процессе хозяйственной и другой деятельности. Антропогенные факторы можно разделить на 3 группы:

) оказывающие прямое воздействие на окружающую среду в результате внезапно начинающейся, интенсивной и непродолжительной деятельности, напр. прокладка автомобильной или железной дороги через тайгу, сезонная промысловая охота в определённом районе и т. д.;

) косвенное воздействие - через хозяйственную деятельность долговременного характера и малой интенсивности, напр. загрязнение окружающей среды газообразными и жидкими выбросами завода, построенного у проложенной железной дороги без необходимых очистных сооружений, приводящее к постепенному усыханию деревьев и медленному отравлению тяжёлыми металлами животных, населяющих окрестную тайгу;

) комплексное воздействие вышеперечисленных факторов, приводящее к медленному, но существенному изменению окружающей среды (рост населения, увеличение численности домашних животных и животных, сопровождающих человеческие поселения - ворон, крыс, мышей и т. д., преобразование земельных угодий, появление примесей в воде и т. п.).

Антропогенное воздействие на географическую оболочку земли

В начале ХХ века во взаимодействии природы и общества наступила новая эра. Воздействие общества на географическую среду, антропогенное воздействие, резко возросло. Это привело к превращению природных ландшафтов в антропогенные, а также к возникновению глобальных проблем экологии, т.е. проблем не знающих границ. Чернобыльская трагедия поставила под угрозу всю Восточную и Северную Европу. Выбросы отходов влияют на глобальное потепление, озоновые дыры угрожают жизни, происходит миграция и мутация животных.

Степень воздействия общества на географическую оболочку прежде всего зависит от степени индустриализации общества. Сегодня около 60% суши занимают антропогенные ландшафты. К таким ландшафтам относятся города, села, линии связи, дороги, промышленные и сельскохозяйственные центры. Восемь наиболее развитых стран потребляют более половины природных ресурсов Земли и выбрасывают в атмосферу 2/5 загрязнений.

Загрязнение атмосферы

Человеческая деятельность приводит к тому, что загрязнения поступают в атмосферу в основном в двух видах - в виде аэрозолей (взвешенных частиц) и газообразных веществ.

Главные источники аэрозолей - промышленность строительных материалов, производство цемента, открытая добыча угля и руд, черная металлургия и другие отрасли. Общее количество аэрозолей антропогенного происхождения, поступающих в атмосферу в течение года составляет 60 млн. тонн. Это в несколько раз меньше объема загрязнений естественного происхождения (пыльные бури, вулканы).

Гораздо большую опасность представляют газообразные вещества, на долю которых приходится 80-90% всех антропогенных выбросов. Это соединения углерода, серы и азота. Соединения углерода, прежде всего углекислый газ сам по себе не ядовит, но с накоплением его связана опасность такого глобального процесса как "парниковый эффект". Кроме того выбрасывается угарный газ, в основном двигателями внутреннего сгорания.антропогенный загрязнение атмосфера гидросфера

Соединения азота представлены ядовитыми газами - окисью и перекисью азота. Они так же образуются при работе двигателей внутреннего сгорания, при работе теплоэлектростанций, при сжигании твердых отходов.

Наибольшую опасность представляет собой загрязнение атмосферы соединениями серы, и прежде всего сернистым газом. Соединения серы выбрасываются в атмосферу при сжигании угольного топлива, нефти и природного газа, а также при выплавке цветных металлов и производстве серной кислоты. Антропогенное загрязнение серой в два раза превосходит природное. Наибольших концентраций сернистый газ достигает в северном полушарии, особенно над территорией США, зарубежной Европы, европейской части России, Украины. В южном полушарии оно ниже.

С попаданием в атмосферу соединений серы и азота непосредственно связано выпадение кислотных дождей. Механизм их образования очень прост. Двуокись серы и окислы азота в воздухе соединяются с парами воды. Затем вместе с дождями, туманами они выпадают на землю в виде разбавленных серной и азотной кислот. Такие осадки резко нарушают нормы кислотности почвы, ухудшают водообмен растений, способствуют высыханию лесов, особенно хвойных. Попадая в реки и озера, они угнетают их флору и фауну, нередко приводя к полному уничтожению биологической жизни - от рыб до микроорганизмов. Большой вред кислотные дожди наносят и различным конструкциям (мостам, памятникам и т.д.).

Главные регионы распространения кислотных осадков в мире - США, зарубежная Европа, Россия и страны СНГ. Но в последнее время они отмечены в промышленных районах Японии, Китая, Бразилии.

Расстояние между районами образования и районами выпадения кислотных осадков может достигать даже тысячи километров. Например, главные виновники кислотных осадков в Скандинавии - промышленные районы Великобритании, Бельгии и ФРГ.

Антропогенное загрязнение гидросферы

Ученые различают три вида загрязнения гидросферы: физическое, химическое и биологическое.

Под физическим понимается прежде всего тепловое загрязнение, образующееся в результате сброса подогретых вод, используемых для охлаждения на ТЭС и АЭС. Сброс таких вод приводит к нарушению природного водного режима. Например, реки в местах сброса таких вод не замерзают. В замкнутых водоемах это приводит к уменьшению содержания кислорода, что приводит к гибели рыб и бурному развитию одноклеточных водорослей ("цветению" воды). К физическому загрязнению относят также радиоактивные загрязнения.

Биологическое загрязнение создается микроорганизмами, часто болезнетворными. В водную среду они попадают со стоками химической, целлюлозно-бумажной, пищевой промышленности и животноводческих комплексов. Такие стоки могут явиться источниками различных заболеваний.

Особый вопрос в этой теме загрязнение Мирового океана. Оно происходит тремя путями. Первый из них - речной сток, вместе с которым в океан попадают миллионы тонн различных металлов, соединений фосфора, органические загрязнения. При этом почти все взвешенные и большинство растворенных веществ осаждаются в устьях рек и прилегающих шельфах.

Второй путь загрязнения связан с атмосферными осадками, с ними в Мировой океан поступает большая часть свинца, половина ртути и пестицидов.

Наконец, третий путь непосредственно связан с хозяйственной деятельностью человека в акваториях Мирового океана. Наиболее распространенный вид загрязнения - нефтяное загрязнение при транспортировке и добыче нефти.

Результаты антропогенного воздействия

началось потепление климата нашей планеты. В результате «парникового эффекта» температура поверхности Земли за последние 100 лет возросла на 0,5-0,6єС. Источниками СО2, ответственными за большую часть парникового эффекта, являются процессы сжигания угля, нефти и газа и нарушение деятельности сообществ почвенных микроорганизмов тундры, потребляющих до 40% выбрасываемого в атмосферу СО2;

Вследствие антропогенной нагрузки на биосферу возникли новые экологические проблемы:

значительно ускорился процесс подъема уровня Мирового океана. За последние 100 лет уровень моря поднялся на 10-12 см и сейчас этот процесс десятикратно ускорился. Это грозит затоплением обширных территорий, лежащих ниже уровня моря (Голландия, область Венеции, Санкт-Петербург, Бангладеш и др.);

произошло истощение озонового слоя атмосферы Земли (озоносферы), задерживающего губительное для всего живого ультрафиолетовое излучение. Считается, что главный вклад в разрушение озоносферы вносят хлор-фтор-углероды (т. е. фреоны). Они используются в качестве хладоагентов и в баллончиках с аэрозолями.

Загрязнение Мирового океана, захоронение в нем ядовитых и радиоактивных веществ, насыщение его вод углекислым газом из атмосферы, загрязнение нефтепродуктами, тяжелыми металлами, сложноорганическими соединениями, разрыв нормальной экологической связи между океаном и водами суши из-за строительства плотин и других гидросооружений.

Истощение и загрязнение поверхностных вод суши и подземных вод, нарушение баланса между поверхностными и подземными водами.

Радиоактивное загрязнение локальных участков и некоторых регионов, в связи с чернобыльской аварией, эксплуатацией атомных устройств и атомными испытаниями.

Продолжающееся накопление на поверхности суши ядовитых и радиоактивных веществ, бытового мусора и промышленных отходов (особенно неразлагающихся пластмасс), возникновение в них вторичных химических реакций с образованием токсичных веществ.

Опустынивание планеты, расширение уже существующих пустынь и углубление самого процесса опустынивания.

Сокращение площадей тропических и северных лесов, ведущее к уменьшению количества кислорода и исчезновению видов животных и растений.

Экологические факторы среды по происхождению подразделяются на:

1. Биотические.

2. Абиотические.

3. Антропогенные.

Изменения природной среды, произошедшие в результате хозяйственной и другой деятельности человека, обусловлены антропогенными факторами. Пытаясь переделать природу, с целью приспособить ее к своим нуждам, человек трансформирует естественную среду обитания живых организмов, оказывая влияние и на их жизнь.

К антропогенным факторам относятся такие виды:

1. Химические.

2. Физические.

3. Биологические.

4. Социальные.

Химические антропогенные факторы включают применение минеральных удобрений и ядовитых химических веществ для обработки полей, а также загрязнение всех земных оболочек транспортными и промышленными отходами. К физическим факторам можно отнести использование ядерной энергии, повышение уровня шума и вибрации в результате деятельности человека, в частности при использовании разнообразных средств передвижения. Биологические факторы – это продукты питания. К ним также относятся организмы, которые могут обитать в теле человека или те, для которых человек потенциально является пищей. Социальные факторы определяются совместным существованием людей в обществе и их взаимоотношениями.

Влияние человека на окружающую среду может быть прямым, косвенным и комплексным. Прямое влияние антропогенных факторов осуществляется при сильном непродолжительном воздействии какого-либо из них. Например, при обустройстве автомобильной магистрали или укладке железнодрожных путей через лес, сезонной промысловой охоте в определенной местности, т.д. Косвенное воздействие проявляется изменением природных ландшафтов при хозяйственной деятельности человека небольшой интенсивности в течение длительного периода времени. При этом подвергается воздействию климат, физический и химический состав водоемов, изменяется структура почв, строение поверхности Земли, состав фауны и флоры. Это происходит, к примеру, при строительстве металлургического комбината рядом с железной дорогой без применения необходимых очистных сооружений, что влечет загрязнение окружающей природы жидкими и газообразными отходами. В дальнейшем деревья на близлежащей территории погибают, животным грозит отравление тяжелыми металлами, т.д. Комплексное воздействие прямых и косвенных факторов влечет постепенное появление выраженных изменений окружающей среды, что может быть обусловлено быстрым ростом населения, увеличением поголовья скота и животных, обитающих рядом с жильем человека (крыс, тараканов, ворон, т.д.), распашкой новых земель, попаданием вредных примесей в водоемы, т.д. В такой ситуации в измененном ландшафте могут выжить лишь те живые организмы, которые способны приспособиться к новым условиям существования.

В ХХ и Х1 веках антропогенные факторы приобрели огромное значение в изменении климатических условий, строении почв и состава атмосферного воздуха, соленых и пресных водоемов, в уменьшении площади лесов, вымирании многих представителей растительного и животного мира.

Антропогенные факторы - совокупность различных воздействий человека на неживую и живую природу. Только самим своим физическим существованием люди оказывают заметное влияние на среду обитания: в процессе дыхания они ежегодно выделяют в атмосферу 1·10 12 кг СО 2 , а с пищей потребляют свыше 5-10 15 ккал.

В результате воздействия человека изменяется климат, рельеф поверхности, химический состав атмосферы, исчезают виды и естественные экосистемы и т. д. Наиболее важный для природы антропогенный фактор - урбанизация.

Антропогенная деятельность существенно влияет на климатические факторы, изменяя их режимы. Например, массовые выбросы в атмосферу твёрдых и жидких частиц от промышленных предприятий могут резко изменить режим рассеивания солнечного излучения в атмосфере и уменьшить приход теплоты к поверхности Земли. Уничтожение лесов и иной растительности, создание крупных искусственных водохранилищ на бывших территориях суши увеличивают отражение энергии, а загрязнение пылью, например, снега и льда - наоборот, увеличивает поглощение, что приводит к их интенсивному таянию.

В значительно большей степени на биосферу влияет производственная деятельность людей. В результате этой деятельности изменяются рельеф, состав земной коры и атмосферы, климат, происходит перераспределение пресной воды, исчезают естественные экосистемы и создаются искусственные агро- и техноэкосистемы, возделываются культурные растения, одомашниваются животные и т. д.

Воздействие человека может быть прямым и косвенным. Например, вырубка и раскорчевка леса оказывают не только прямое действие, но и опосредованное - изменяются условия существования птиц и зверей. Подсчитано, что с 1600 г. человеком уничтожено 162 вида птиц, свыше 100 видов млекопитающих и множество других видов растений и животных. Но, с другой стороны, он создает новые сорта растений и породы животных, увеличивает их урожайность и продуктивность. Искусственное переселение растений и животных также оказывает влияние на жизнь экосистем. Так, кролики, завезенные в Австралию, размножились настолько, что причинили огромный ущерб сельскому хозяйству.

Наиболее очевидное проявление антропогенного влияния на биосферу - загрязнение окружающей среды. Значение антропогенных факторов постоянно растет, по мере того как человек все больше подчиняет себе природу.

Человеческая деятельность представляет собой совокупность преобразования человеком в своих целях природных экологических факторов и создания новых, ранее в природе не существовавших. Выплавка металлов из руд и производство оборудования невозможны без создания высоких температур, давлений, мощных электромагнитных полей. Получение и сохранение высоких урожаев сельскохозяйственных культур требует производства удобрений и средств химической защиты растений от вредителей и возбудителей заболеваний. Современное здравоохранение не возможно представить себе без средств хемо- и физиотерапии.

Достижения научно-технического прогресса стали использоваться в политических и экономических целях, что крайним образом проявилось в создании специальных поражающих человека и его имущество экологических факторов: от огнестрельного оружия до средств массового физического, химического и биологического воздействия. В этом случае говорят о совокупности антропотропных (направленных на человеческий организм) и антропоцидных факторов, вызывающих загрязнение окружающей среды.

С другой стороны, кроме таких факторов целенаправленного назначения, в процессе эксплуатации и переработки природных ресурсов неизбежно образуются побочные химические соединения и зоны высоких уровней физических факторов. В условиях аварий и катастроф эти процессы могут носить скачкообразный характер с тяжёлыми экологическими и материальными последствиями. Отсюда и потребовалось создавать способы и средства защиты человека от опасных и вредных факторов, что реализовалось в настоящее время в упомянутую выше систему - безопасность жизнедеятельности.

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

Эффект влияния факторов зависит не только от характера их действия (качества), но и от количественного значения, воспринимаемого организмами - высокой или низкой температуры, степени освещенности, влажности, количества пищи и т.д. В процессе эволюции выработалась способность организмов адаптироваться к экологическим факторам в определенных количественных пределах. Уменьшение или увеличение значения фактора за этими пределами угнетает жизнедеятельность, а при достижении некоторого минимального или максимального уровня наступает гибель организмов.

Зоны действия экологического фактора и теоретическая зависимость жизнедеятельности организма, популяции или сообщества зависят от количественного значения фактора. Количественный диапазон любого экологического фактора, наиболее благоприятный для жизнедеятельности, называется экологическим оптимумом (лат. орtimus - наилучший). Значения фактора, лежащие в зоне угнетения, называются экологическим пессимумом (наихудший).

Минимальное и максимальное значения фактора, при которых наступает гибель, называются соответственно экологическим минимумом и экологическим максимумом

Любые виды организмов, популяций или сообществ приспособлены, например, к существованию в определенном интервале температур.

Свойство организмов адаптироваться к существованию в том или ином диапазоне экологического фактора называется экологической пластичностью.

Чем шире диапазон экологического фактора, в пределах которого данный организм может жить, тем больше его экологическая пластичность.

По степени пластичности выделяют два типа организмов: стенобионтные (стеноэки) и эврибионтные (эвриэки).

Стенобионтные и эврибионтные организмы различаются диапазоном экологического фактора, в котором они могут жить.

Стенобионтные (гр. stenos - узкий, тесный), или узкоприспособленные, виды способны существовать лишь при небольших отклонениях

фактора от оптимального значения.

Эврибионтными (гр. eиrys - широкий) называются широкоприспособленные организмы, выдерживающие большую амплитуду колебаний экологического фактора.

Исторически, приспосабливаясь к экологическим факторам, животные, растения, микроорганизмы распределяются по различным средам, формируя все многообразие экосистем, образующих биосферу Земли.

Лимитирующие факторы. Представление о лимитирующих факторах основывается на двух законах экологии: законе минимума и законе толерантности.

Закон минимума. В середине прошлого века немецкий химик Ю. Либих (1840), изучая влияние питательных веществ на рост растений, обнаружил, что урожай зависит не от тех элементов питания, которые требуются в больших количествах и присутствуют в изобилии (например, СО 2 и H 2 0), а от тех, которые, хотя и нужны растению в меньших количествах, но практически отсутствуют в почве или недоступны (например, фосфор, цинк, бор).

Эту закономерность Либих сформулировал так: «Рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве». Позднее этот вывод стал известен как закон минимума Либиха и был распространен на многие другие экологические факторы. Ограничивать, или лимитировать, развитие организмов могут и тепло, и свет, и вода, и кислород, и другие факторы, если их значение соответствует экологическому минимуму. Например, тропическая рыба морской ангел погибает, если температура воды опустится ниже 16 °С. А развитие водорослей в глубоководных экосистемах лимитируется глубиной проникновения солнечного света: в придонных слоях водорослей нет.

Закон минимума Либиха в общем виде можно сформулировать так: рост и развитие организмов зависят, в первую очередь, от тех факторов природной среды, значения которых приближаются к экологическому минимуму.

Исследования показали, что закон минимума имеет два ограничения, которые следует учитывать при практическом применении.

Первое ограничение состоит в том, что закон Либиха строго применим лишь в условиях стационарного состояния системы. Например, в некотором водоеме рост водорослей ограничивается в естественных условиях недостатком фосфатов. Соединения азота при этом содержатся в воде в избытке. Если в этот водоем начнут сбрасывать сточные воды с высоким содержанием минерального фосфора, то водоем может «зацвести». Этот процесс будет прогрессировать до тех пор, пока один из элементов не израсходуется до ограничительного минимума. Теперь это может быть азот, если фосфор продолжает поступать. В переходный же момент (когда азота еще достаточно, а фосфора уже достаточно) эффекта минимума не наблюдается, т. е. ни один из этих элементов не влияет на рост водорослей.

Второе ограничение связано с взаимодействием нескольких факторов. Иногда организм способен заменить дефицитный элемент другим, химически близким. Так, в местах, где много стронция, в раковинах моллюсков он может заменять кальций при недостатке последнего. Или, например, потребность в цинке у некоторых растений снижается, если они растут в тени. Следовательно, низкая концентрация цинка меньше будет лимитировать рост растений в тени, чем на ярком свету. В этих случаях лимитирующее действие даже недостаточного количества того или иного элемента может не проявляться.

Закон толерантности (лат. tolerantia - терпение) был открыт английским биологом В. Шелфордом (1913), который обратил внимание на то, что ограничивать развитие живых организмов могут не только те экологические факторы, значения которых минимальны, но и те, которые характеризуются экологическим максимумом. Избыток тепла, света, воды и даже питательных веществ может оказаться столь же губительным, как и их недостаток. Диапазон экологического фактора между минимумом и максимумом В. Шелфорд назвал пределом толерантности .

Предел толерантности описывает амплитуду колебаний факторов, которая обеспечивает наиболее полноценное существование популяции. Отдельные особи могут иметь несколько иные диапазоны толерантности.

Позднее были установлены пределы толерантности относительно различных экологических факторов для многих растений и животных. Законы Ю. Либиха и В. Шелфорда помогли понять многие явления и распределение организмов в природе. Организмы не могут быть распространены повсюду потому, что популяции имеют определенный предел толерантности по отношению к колебаниям экологических факторов окружающей среды.

Закон толерантности В. Шелфорда формулируется так: рост и развитие организмов зависят в первую очередь, от тех факторов среды, значения которых приближаются к экологическому минимуму или экологическому максимуму.

Было установлено следующее:

Организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам широко распространены в природе и часто бывают космополитами, например многие патогенные бактерии;

Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий диапазон относительно другого. Например, люди более выносливы к отсутствию пищи, чем к отсутствию воды, т. е. предел толерантности относительно воды более узкий, чем относительно пищи;

Если условия по одному из экологических факторов становятся неоптимальными, то может измениться и предел толерантности по другим факторам. Например, при недостатке азота в почве злакам требуется гораздо больше воды;

Наблюдаемые в природе реальные пределы толерантности меньше потенциальных возможностей организма адаптироваться к данному фактору. Это объясняется тем, что в природе пределы толерантности по отношению к физическим условиям среды могут сужаться биотическими отношениями: конкуренцией, отсутствием опылителей, хищниками и др. Любой человек лучше реализует свои потенциальные возможности в благоприятных условиях (сборы спортсменов для специальных тренировок перед ответственными соревнованиями, например). Потенциальная экологическая пластичность организма, определенная в лабораторных условиях, больше реализованных возможностей в естественных условиях. Соответственно различают потенциальную и реализованную экологические ниши;

Пределы толерантности у размножающихся особей и потомства меньше, чем у взрослых особей, т. е. самки в период размножения и их потомство менее выносливы, чем взрослые организмы. Так, географическое распределение промысловых птиц чаще определяется влиянием климата на яйца и птенцов, а не на взрослых птиц. Забота о потомстве и бережное отношение к материнству продиктованы законами природы. К сожалению, иногда социальные «достижения» противоречат этим законам;

Экстремальные (стрессовые) значения одного из факторов ведут к снижению предела толерантности по другим факторам. Если в реку сбрасывается нагретая вода, то рыбы и другие организмы тратят почти всю свою энергию на преодоление стресса. Им не хватает энергии на добывание пищи, защиту от хищников, размножение, что приводит к постепенному вымиранию. Психологический стресс также может вызывать многие соматические (гр. soma - тело) заболевания не только у человека, но и у некоторых животных (например, у собак). При стрессовых значениях фактора адаптация к нему становится все более и более «дорогостоящей».

Многие организмы способны менять толерантность к отдельным факторам, если условия меняются постепенно. Можно, например, привыкнуть к высокой температуре воды в ванне, если залезть в теплую воду, а потом постепенно добавлять горячую. Такая адаптация к медленному изменению фактора - полезное защитное свойство. Но оно может оказаться и опасным. Неожиданное, без предупреждающих сигналов, даже небольшое изменение может оказаться критическим. Наступает пороговый эффект: «последняя капля» может оказаться фатальной. Например, тонкая веточка может привести к перелому уже перегруженной спины верблюда.

Если значение хотя бы одного из экологических факторов приближается к минимуму или максимуму, существование и процветание организма, популяции или сообщества становится зависимым именно от этого лимитирующего жизнедеятельность фактора.

Лимитирующим фактором называется любой экологический фактор, приближающийся к крайним значениям пределов толерантности или превышающий их. Такие сильно отклоняющиеся от оптимума факторы приобретают первостепенное значение в жизни организмов и биологических систем. Именно они контролируют условия существования.

Ценность концепции лимитирующих факторов состоит в том, что она позволяет разобраться в сложных взаимосвязях в экосистемах.

К счастью, не все возможные экологические факторы регулируют взаимоотношения между средой, организмами и человеком. Приоритетными в тот или иной отрезок времени оказываются различные лимитирующие факторы. На этих факторах эколог и должен сосредоточить свое внимание при изучении экосистем и управлении ими. Например, содержание кислорода в наземных местообитаниях велико и он настолько доступен, что практически никогда не служит лимитирующим фактором (за исключением больших высот и антропогенных систем). Кислород мало интересует экологов, занимающихся наземными экосистемами. А в воде он нередко является фактором, лимитирующим развитие живых организмов («заморы» рыб, например). Поэтому гидробиолог всегда измеряет содержание кислорода в воде в отличие от ветеринара или орнитолога, хотя для наземных организмов кислород не менее важен, чем для водных.

Лимитирующие факторы определяют и географический ареал вида. Так, продвижение организмов на юг лимитируется, как правило, недостатком тепла. Биотические факторы также часто ограничивают распространение тех или иных организмов. Например, завезенный из Средиземноморья в Калифорнию инжир не плодоносил там до тех пор, пока не догадались завезти туда и определенный вид осы - единственного опылителя этого растения. Выявление лимитирующих факторов очень важно для многих видов деятельности, особенно сельского хозяйства. При целенаправленном воздействии на лимитирующие условия можно быстро и эффективно повышать урожайность растений и производительность животных. Так, при разведении пшеницы на кислых почвах никакие агрономические мероприятия не дадут эффекта, если не применять известкование, которое снизит ограничивающее действие кислот. Или если выращивать кукурузу на почвах с очень низким содержанием фосфора, то даже при достаточном количестве воды, азота, калия и других питательных веществ она перестает расти. Фосфор в данном случае - лимитирующий фактор. И только фосфорные удобрения могут спасти урожай. Растения могут погибнуть и от слишком большого количества воды или избытка удобрений, которые в данном случае тоже являются лимитирующими факторами.

Знание лимитирующих факторов дает ключ к управлению экосистемами. Однако в разные периоды жизни организма и в разных ситуациях в качестве лимитирующих выступают различные факторы. Поэтому только умелое регулирование условий существования может дать эффективные результаты управления.

Взаимодействие и компенсация факторов. В природе экологические факторы действуют не независимо друг от друга - они взаимодействуют. Анализ влияния одного фактора на организм или сообщество не самоцель, а способ оценки сравнительной значимости различных условий, действующих совместно в реальных экосистемах.

Совместное влияние факторов можно рассмотреть на примере зависимости смертности личинок крабов от температуры, солености и присутствия кадмия. При отсутствии кадмия экологический оптимум (минимальная смертность) наблюдается в интервале температур от 20 до 28 °С и солености - от 24 до 34 %. Если в воду добавляется токсичный для ракообразных кадмий, то экологический оптимум смещается: температура лежит в интервале от 13 до 26 °С, а соленость - от 25 до 29 %. Изменяются и пределы толерантности. Разница между экологическим максимумом и минимумом для солености после добавки кадмия уменьшается с 11 - 47 % до 14 - 40 %. Предел толерантности для температурного фактора, наоборот, расширяется с 9 - 38 °С до 0 - 42 °С.

Температура и влажность - самые важные климатические факторы в наземных местообитаниях. Взаимодействие этих двух факторов, по существу, формирует два основных типа климата: морской и континентальный.

Водоемы смягчают климат суши, так как вода обладает высокими удельной теплотой плавления и теплоемкостью. Поэтому морскому климату свойственны менее резкие колебания температуры и влажности, чем континентальному.

Воздействие температуры и влажности на организмы также зависит от соотношения их абсолютных значений. Так, температура оказывает более выраженное лимитирующее влияние, если влажность очень велика или очень мала. Каждому известно, что высокие и низкие температуры переносятся хуже при высокой влажности, чем при умеренной

Взаимосвязь температуры и влажности как основных климатических факторов часто изображают в виде графиков климограмм, позволяющих наглядно сравнивать различные годы и районы и прогнозировать продукцию растений или животных для тех или иных климатических условий.

Организмы не являются рабами среды. Они приспосабливаются к условиям существования и изменяют их, т. е. компенсируют отрицательное воздействие экологических факторов.

Компенсация экологических факторов - это стремление организмов ослабить лимитирующее действие физических, биотических и антропогенных влияний. Компенсация факторов возможна на уровне организма и вида, но наиболее эффективна на уровне сообщества.

При разных температурах один и тот же вид, имеющий широкое географическое распространение, может приобретать физиологические и морфологические (гр. тоrphe - форма, очертание) особенности, адаптированные к местным условиям. Например, у животных уши, хвосты, лапы тем короче, а тело тем массивнее, чем холоднее климат.

Эта закономерность называется правилом Аллена (1877), согласно которому выступающие части тела теплокровных животных увеличиваются по мере продвижения с севера на юг, что связано с адаптацией к поддержанию постоянной температуры тела в различных климатических условиях. Так, у лисиц, живущих в Сахаре, длинные конечности и огромные уши; европейская лисица более приземиста, уши у нее намного короче; а у арктической лисицы - песца - очень маленькие ушки и короткая морда.

У животных с хорошо развитой моторной активностью компенсация факторов возможна благодаря адаптивному поведению. Так, ящерицы не боятся резких охлаждении, потому что днем они выходят на солнце, а ночью прячутся под нагретые камни. Возникающие в процессе адаптации изменения часто генетически закрепляются. На уровне сообщества компенсация факторов может осуществляться сменой видов по градиенту условий среды; например, при сезонных изменениях происходит закономерная смена видов растений.

Естественную периодичность изменений экологических факторов организмы используют также для распределения функций во времени. Они «программируют» жизненные циклы таким образом, чтобы максимально использовать благоприятные условия.

Наиболее ярким примером является поведение организмов в зависимости от длины дня - фотопериода. Амплитуда длины дня возрастает с географической широтой, что позволяет организмам учитывать не только время года, но и широту местности. Фотопериод - это «реле времени» или пусковой механизм последовательности физиологических процессов. Он определяет цветение растений, линьку, миграцию и размножение у птиц и млекопитающих и т. д. Фотопериод связан с биологическими часами и служит универсальным механизмом регулирования функций во времени. Биологические часы связывают ритмы экологических факторов с физиологическими ритмами, позволяя организмам приспосабливаться к суточной, сезонной, приливно-отливной и другой динамике факторов.

Изменяя фотопериод, можно вызывать и изменения функций организма. Так, цветоводы, изменяя световой режим в теплицах, получают внесезонное цветение растений. Если после декабря сразу увеличить длину дня, то это может вызвать явления, происходящие весной: цветение растений, линьку у животных и т. д. У многих высших организмов адаптации к фотопериоду закрепляются генетически, т. е. биологические часы могут работать и при отсутствии закономерной суточной или сезонной динамики.

Таким образом, смысл анализа условий среды не в том, чтобы составить необъятный перечень экологических факторов, а в том, чтобы обнаружить функционально важные, лимитирующие факторы и оценить, в какой степени состав, структура и функции экосистем зависят от взаимодействия этих факторов.

Только в этом случае удается достоверно прогнозировать результаты изменений и нарушений и управлять экосистемами.

Антропогенные лимитирующие факторы. В качестве примеров антропогенных лимитирующих факторов, позволяющих управлять природными и созданными человеком экосистемами, удобно рассмотреть пожары и антропогенный стресс.

Пожары как антропогенный фактор чаще оцениваются только негативно. Исследования в последние 50 лет показали, что естественные пожары могут являться как бы частью климата во многих наземных местообитаниях. Они влияют на эволюцию флоры и фауны. Биотические сообщества «научились» компенсировать этот фактор и адаптируются к нему, как к температуре или влажности. Пожар можно рассматривать и изучать как экологический фактор, наряду с температурой, осадками и почвой. При правильном использовании огонь может быть ценным экологическим инструментом. Некоторые племена выжигали леса для своих нужд еще задолго до того, как люди стали планомерно и целенаправленно изменять окружающую среду. Пожар - очень важный фактор, в том числе и потому, что человек может его контролировать в большей степени, чем другие лимитирующие факторы. Трудно найти участок земли, особенно в районах с засушливыми периодами, где бы не случился пожар хотя бы раз за 50 лет. Чаще всего причиной пожаров в природе является удар молнии.

Пожары бывают различных типов и приводят к разным последствиям.

Верховые, или «дикие», пожары обычно очень интенсивны и не поддаются сдерживанию. Они уничтожают крону деревьев и разрушают всю органику почвы. Пожары такого типа оказывают лимитирующее действие почти на все организмы сообщества. Должно пройти много лет, пока участок вновь восстановится.

Низовые пожары совершенно иные. Они обладают избирательным действием: для одних организмов оказываются более лимитирующими, чем для других. Таким образом, низовые пожары способствуют развитию организмов с высокой толерантностью к их последствиям. Они могут быть естественными или специально организованными человеком. Например, плановое выжигание в лесу предпринимается с целью устранить конкуренцию для ценной породы болотной сосны со стороны лиственных деревьев. Болотная сосна, в отличие от лиственных пород, устойчива к огню, так как верхушечная почка ее сеянцев защищена пучком длинных плохо горящих иголок. При отсутствии пожаров поросль лиственных деревьев заглушает сосну, а также злаки и бобовые. Это приводит к угнетению куропаток и мелких травоядных животных. Поэтому девственные сосновые леса с обильной дичью являются экосистемами «пожарного» типа, т. е. нуждающимися в периодических низовых пожарах. В данном случае пожар не ведет к потере питательных элементов почвой, не вредит муравьям, насекомым и мелким млекопитающим.

Азотфиксирующим бобовым небольшой пожар даже полезен. Выжигание проводится вечером, чтобы ночью пожар был потушен росой, а узкий фронт огня можно было легко перешагнуть. Кроме того, небольшие низовые пожары дополняют действие бактерий по превращению отмерших остатков в минеральные питательные вещества, пригодные для нового поколения растений. С этой же целью весной и осенью часто сжигают опавшую листву. Плановое выжигание - пример управления природной экосистемой с помощью лимитирующего экологического фактора.

Решение вопроса о том, следует ли полностью исключить возможность пожаров или огонь надо использовать как фактор управления, должно целиком зависеть от того, какой тип сообщества желателен на этом участке. Американский эколог Г. Стоддард (1936) одним из первых выступил «в защиту» контролируемых плановых выжиганий для увеличения продукции ценной древесины и дичи еще в те времена, когда с точки зрения лесоводов, любой пожар считался вредным.

Тесная связь выгорания с составом трав играет ключевую роль в поддержании удивительного разнообразия антилоп и поедающих их хищников в восточно-африканских саваннах. Положительно влияют пожары на многие злаковые, так как точки роста их и запасы энергии находятся под землей. После выгорания сухих надземных частей элементы питания быстро возвращаются в почву и травы пышно вырастают.

Вопрос «жечь или не жечь», конечно, может смущать. По неосторожности человек нередко бывает причиной увеличения частоты губительных «диких» пожаров. Борьба за пожарную безопасность в лесах и зонах отдыха - вторая сторона проблемы.

Частное лицо ни в коем случае не имеет права намеренно или случайно вызывать пожар в природе - это привилегия специально обученных людей, знакомых с правилами землепользования.

Антропогенный стресс также может рассматриваться как своеобразный лимитирующий фактор. Экосистемы в значительной степени способны компенсировать антропогенный стресс. Возможно, что они от природы адаптированы к острым периодическим стрессам. А многие организмы нуждаются в случайных нарушающих воздействиях, которые способствуют их долговременной устойчивости. Большие водоемы часто обладают хорошей способностью к самоочищению и восстанавливают свои качества после загрязнения также, как и многие наземные экосистемы. Однако долговременные нарушения могут привести к выраженным и устойчивым негативным последствиям. В таких случаях эволюционная история адаптации не может помочь организмам -компенсационные механизмы не беспредельны. Особенно это касается тех случаев, когда сбрасываются сильнотоксичные отходы, которые постоянно производит индустриализованное общество и которые ранее отсутствовали в окружающей среде. Если мы не сможем изолировать эти ядовитые отходы от глобальных систем жизнеобеспечения, то они будут угрожать непосредственно нашему здоровью и станут для человечества основным лимитирующим фактором.

Антропогенный стресс условно подразделяют на две группы: острый и хронический.

Для первого характерны внезапное начало, быстрый подъем интенсивности и небольшая продолжительность. При втором - нарушения невысокой интенсивности продолжаются долго или повторяются. Природные системы часто обладают достаточной способностью справляться с острым стрессом. Например, стратегия покоящихся семян позволяет лесу восстановиться после вырубки. Последствия хронического стресса могут быть более тяжелыми, так как реакции на него не столь очевидны. Могут пройти годы, пока изменения в организмах будут замечены. Так, связь между заболеванием раком и курением была выявлена лишь несколько десятков лет тому назад, хотя существовала давно.

Пороговый эффект частично объясняет, почему некоторые проблемы окружающей среды возникают как бы неожиданно. На самом деле они накапливались долгие годы. Например, в лесах начинается массовая гибель деревьев после длительного воздействия загрязнителей воздуха. Мы же начинаем замечать проблему только после гибели многих лесов в Европе и Америке. К этому времени мы опоздали на 10-20 лет и не смогли предотвратить трагедию.

В период адаптации к хроническим антропогенным воздействиям снижается толерантность организмов и к другим факторам, например к болезням. Хронические стрессы часто связаны с токсичными веществами, которые, хотя и в небольших концентрациях, но постоянно поступают в окружающую среду.

В статье «Отравление Америки» (журнал «Таймс» за 22.09.80) приводятся такие данные: «Из всех вмешательств человека в естественный порядок вещей ни одно не нарастает такими тревожными темпами, как создание новых химических соединений. Только в США хитроумные «алхимики» ежегодно создают около 1 000 новых препаратов. На рынке имеется около 50 000 разных химикатов. Многие из них, бесспорно, приносят человеку большую пользу, но почти 35 000 используемых в США соединений определенно или потенциально вредны для здоровья человека».

Опасность, возможно, катастрофическую, представляет загрязнение грунтовых вод и глубоких водоносных горизонтов, составляющих значительную долю водных ресурсов на планете. В отличие от поверхностных грунтовые воды не подвержены естественным процессам самоочищения ввиду отсутствия солнечного света, быстрого течения и биотических компонентов.

Опасения вызывают не только вредные вещества, попадающие в воду, почву и пищу. Миллионы тонн опасных соединений выносятся в атмосферу. Только над Америкой в конце 70-х гг. выбрасывалось: взвешенных частиц - до 25 млн т/год, SO 2 - до 30 млн т/год, NО - до 23 млн т/год.

Все мы вносим свой вклад в загрязнение воздуха, пользуясь автомашинами, электричеством, промышленными товарами и т. д. Загрязнение воздуха - четкий сигнал отрицательной обратной связи, который может спасти общество от гибели, так как он легко обнаруживается всеми.

Обработка твердых отбросов долгое время считалась второстепенным делом. До 1980 г. были случаи, когда на бывших свалках радиоактивных отходов строили жилые кварталы. Теперь, хотя и с некоторым опозданием, стало ясно: накопление отходов лимитирует развитие промышленности. Без создания технологий и центров по их удалению, обезвреживанию и рециркуляции невозможен дальнейший прогресс индустриального общества. Прежде всего, необходимо безопасно изолировать самые ядовитые вещества. Нелегальную практику «ночных сбросов» надо заменить их надежной изоляцией. Нужно искать заменители ядовитых химикатов. При правильном руководстве обезвреживание и утилизация отходов могут стать особой отраслью промышленности, которая даст новые рабочие места и внесет вклад в экономику.

Решение проблемы антропогенного стресса должно основываться на холистической концепции и требует системного подхода. Попытки заниматься каждым загрязняющим веществом как самостоятельной проблемой неэффективны - они лишь переносят проблему из одного места в другое.

Если в ближайшем десятилетии не удастся сдержать процесс ухудшения качества окружающей среды, то вполне вероятно, что не дефицит природных ресурсов, а воздействие вредных веществ станет фактором, лимитирующим развитие цивилизации.

Похожая информация.