Абиотические факторы
Приспособление организмов к неблагоприятным условиям среды
Экологические факторы среды могут выступать как:
Ø раздражители – вызывают приспособительные изменения физиологических и биохимических функций;
Ø ограничители - обуславливают невозможность существования в данных условиях;
Ø модификаторы – вызывают анатомические и морфологические изменения организмов;
Ø сигналы – свидетельствуют об изменениях других факторов среды.
Абиотическиефакторы - это совокупность важных для организмов свойств неживой природы.
Основными являются:
1. климатические (свет, температура, влага, ветер, воздух, давление, долгота дня, радиационный режим и т.д.);
2. эдафические (почвенно – грунтовые: механический состав почвы, ее проницаемость, влагоемкость и т.д.);
3. орографические (рельеф);
4. гидрологические.
¨ Климатические факторы.
● Свет является одним из важнейших абиотических факторов, особенно для фотосинтезирующих зеленых растений. Солнце излучает огромное количество энергии. Он является лимитирующим фактором для живых организмов – это источник энергии, без которого невозможна жизнь.
Лучистая энергия Солнца - определяется длиной волны. Различают: инфракрасный свет (7900 Ангстрем); видимый свет (7900-3900 А); ультрафиолетовый (3900А, поглощаемый озоновым слоем).
Особое значение в жизни всех организмов имеет видимый свет. С участием света у растений и животных протекают важнейшие процессы: фотосинтез, транспирация, фотопериодизм, движение, зрение у животных.
Фотосинтез. В среднем 1-5 % падающего на растения света используется для фотосинтеза по реакции:
хлорофилл
СО2 + Н2О глюкоза + О2
пластициды
В результате фотосинтеза в биосфере накапливается органическое вещество, в котором аккумулируется энергия, и кислород, который необходим для дыхания всех живых организмов. Энергия передается по пищевой цепи животным и микроорганизмам. Интенсивность фотосинтеза зависит от длины волны света.
По отношению к свету различают следующие экологические группы растений:
- световые (гелиофиты) обитают на открытых местах с хорошей освещенностью, они образуют разреженный и невысокий растительный покров, чтобы не затенять друг друга;
- теневые(сциофиты)не выносят сильного освещения, живут в постоянной тени под пологом леса (лесные травы), при резком осветлении проявляют признаки угнетения и часто погибают;
- теневыносливые (гемеосциты) – живут при хорошем освещении, но легко переносят и некоторое затенение (растения лесов).
Равномерное чередование во времени каких – либо состояний организма называется биологическим ритмом.
Различают внешние (экзогенные), имеющие географическую природу и следующие за циклическими изменениями во внешней среде, и внутренние (эндогенные), или физиологические, ритмы организма.
Фотопериодизм - ритмические изменения морфологических, биохимических и физических свойств и функций организмов под влиянием чередования и длительности освещения.
По типу фотопериодической реакции выделяют основные группы растений:
1. растения короткого дня – зацветание и плодоношение наступает при 8-12 часовом освещении;
2. растения длинного дня - для цветения им нужна продолжительность дня 12 и более часов;
3. нейтральные к длине дня - длина фотопериодизма безразлична.
Животные делятся на две группы: дневные и ночные.
● Одним из наиболее важных факторов, определяющих существование, развитие и распространение организмов по земному шару, является температура. Тепловой режим - важнейшее условие существования живых организмов. Главным источником тепла является солнечное излучение. Сила и характер воздействия солнечного излучения зависят от географического положения и определяют климат региона, температурный диапазон активной жизни на Земле.
По отношению к температуре все организмы подразделяются на: холодолюбивые и теплолюбивые.
Холодолюбивые (криофилы) – способны жить в условиях сравнительно низких температур и не выносят высоких. Они сохраняют активность при температуре клеток до - 8… - 100 С, когда жидкости их тела находятся в переохлажденном состоянии. К ним относятся бактерии, грибы, моллюски, членистоногие, черви и др.
Приостановка всех жизненных процессов организма называется анабиозом.
У теплолюбивых (термофилов) жизнедеятельность приурочена к условиям довольно высоких температур. Они не переносят низких температур и нередко гибнут уже при 00 С, хотя физического замораживания их тканей не происходит.
Температура, наиболее благоприятная для жизнедеятельности и роста, называется оптимальной.
Живые организмы в процессе эволюции выработали различные формы адаптации к изменению температуры.
У животных наблюдаются следующие основные типы теплообмена.
Первый тип характерен для животных с неустойчивым уровнем обмена веществ, непостоянной температурой тела и почти полным отсутствием механизмов терморегуляции. Животных называют пойкилотермные или холоднокровные (эктотермные) - (беспозвоночные, рыбы, амфибии, рептилии).
Второй - свойственен животным с более высоким и устойчивым уровнем обмена веществ, в процессе которого осуществляется терморегуляция и обеспечивается относительно постоянная температура тела. Животных называют - теплокровные или гомойотермные(эндотермные) – (птицы и млекопитающие). Терморегуляция бывает: химическая, физическая, экологическая.
Третий - свойственен животным с различной степенью устойчивости температуры тела и ее регуляции в отдельные периоды жизни (зимоспящие и впадающие в глубокий сон) – гетеротермные (промежуточные).
Растения по отношению к теплу подразделяются на:
1. термофилы или теплолюбивые (выдерживают температуру до 500 С и весьма чувствительны к холоду);
2. мезофилы (умеренные);
3. криофилыили холодостойкие, устойчивые к низким температурам.
Для развития растений важно понятие порог вегетации – самая низкая температура, при которой начинается вегетация (для большинства культур: + 100 С; холодостойких: + 50 С; теплолюбивых: + 150 С).
Температура влияет и на ход корневого питания у растений: этот процесс возможен лишь при условии, когда температура почвы на всасывающих участках на несколько градусов ниже температуры наземной части растения. Нарушение этого равновесия влечет за собой угнетение жизнедеятельности растения, и даже его гибель.
Известны морфологические приспособления растений к низким температурам, - жизненные формы растений, которые можно выделить по положению почек возобновления растительных видов по отношению к поверхности почвы и к защите, которую они получают от снежного покрова, лесной подстилки, слоя почвы и т.п.
Жизненные формы растений (по Раункиеру):
Ø эпифиты – растут на других растениях и не имеют корней в почве;
Ø фанерофиты – почки возобновления остаются высоко над поверхностью почвы;
Ø хамефиты - почки возобновления у поверхности почвы или не выше 20-30 см;
Ø гемикриптофиты - почки возобновления у поверхности почвы, или в самом поверхностном слое, часто покрытом подстилкой;
Ø криптофиты – почки возобновления скрыты в почве или под водой; они теряют всю видимую растительную массу и прячут свои почки в клубнях, луковицах или корневищах, скрытых в почве;
Ø терофиты – однолетние растения, отмирающие с наступлением неблагоприятного сезона, выживают лишь семена или споры.
● В жизни организмов вода выступает как важнейший экологический фактор. Без воды нет жизни. Влажность среды является фактором, лимитирующим распространение и численность организмов на Земле.
Показателями являются: абсолютная влажность (кг/м3); удельная (г/кг); относительная (%); дефицит влажности и т.д.
Влажность формируется под влиянием атмосферных осадков, физического испарения, транспирации растений, парообразного переноса, температуры, движения воздушных масс.
На осадки влияют: радиация, температура, скорость ветра, растительность, почвы.
Важное значение имеет водный обмен организмов с окружающей средой.
В зависимости от местообитания среди наземных растений различают следующие экологические группы:
1. гидрофиты– растения, погруженные в воду полностью или частично, почки находятся в воде
2. гигрофиты- растения, обитающие во влажных местах, не переносящие водного дефицита и обладающие невысокой засухоустойчивостью (тропические растения, живущие при высокой температуре и влажности воздуха).
3. мезофиты - это растения умеренно влажных местообитаний (луговые травы, лиственные деревья, сельскохозяйственные культуры).
4. ксерофиты- это растения сухих местообитаний, способные переносить значительный недостаток влаги - почвенную и атмосферную засуху (растения пустынь, сухих степей, сухих субтропиков).
Ксерофиты подразделяются на:
Ø суккуленты - обладают способностью накапливать в своих тканях большое количество воды (кактусы, алоэ);
Ø склерофиты - не накапливают в себе влагу, а испаряют ее в большом количестве, постоянно доставая из глубоких слоев почвы (саксаулы, верблюжья колючка, полынь, ковыль).
Ветер – возникает из-за неодинакового нагрева земной поверхности, связанного с перепадами давления. Движение воздушных масс направлено от большего к меньшему давлению. В экосистеме важнейший фактор циркуляции воздуха – горизонтальное перемещение воздушных масс на ее верхней границе.
В приземном слое ветер влияет на температуру, влажность, испарение, транспирацию растений.
¨ Эдафические факторы (почвенно- грунтовые). Они воздействуют не только на живые организмы, но и служат для многих из них средой обитания. Эти факторы связаны с функционированием почвенного покрова, который сформировался под влиянием комплекса экологических факторов (климат, рельеф, жизнедеятельность организмов, возраст, породы…).
Важнейшим свойством почвы является плодородие, которое определяется содержанием гумуса, макро- и микроэлементов, таких как азот, фосфор, кальций, калий, магний, сера, железо, медь и др.
Мощность почв и их горизонтов – говорит о запасах питательных элементов, их аккумуляции или вымывании, определяют агрономическую ценность почвы.
Механический состав – к нему адаптируется животный мир.
Температура– влияет на продуктивность растений. Почвы обладают слабой теплопроводностью и температурный режим довольно стабильный.
Влажность – необходима для фотосинтеза. В воде растворяются питательные вещества, поступающие с почвенным раствором в растения.
Реакция почв – варьирует от содержания в растворе водородных ионов и обменных ионов водорода и алюминия в почвенном поглощающем комплексе.
Живые организмы приспосабливаются к определенным значениям рН и являются индикаторами.
| Сильнокислые | рН < 4,5 |
| Кислые | рН 4,6 – 5,5 |
| Близкая к нейтральной | рН 5,6 – 6,5 |
| Нейтральная | рН 6,6 – 7,0 |
| Щелочная | рН 7,1 – 8,5 |
| Сильнощелочная | рН > 8,5 |
Растения неодинаково относятся к кислотности почвы.
Растения, предпочитающие кислые почвы с небольшим значением рН =3,5-4,5, называют ацидофилами, растения щелочных почв с рН= 7,0-7,5 – базифилами; растения почв с нейтральной реакцией - нейтрофилами.
Химический состав – определяет потенциальное плодородие почв и зависит от минералогического состава почвообразующих пород.
Различают растения: 1. распространенные на плодородных почвах - эутрофные, или эвтрофные; 2. довольствующиеся небольшим количеством питательных веществ - олиготрофные; 3. мезотрофные - промежуточная группа.
Растения, особенно требовательные к повышенному содержанию азота в почве, называются нитрофилами. Растения, избегающие почв с большим содержанием извести, называются кальциефобами, а растения карбонатных почв – кальциефилами.
Особую группу представляют растения, адаптированные к сыпучим пескам псаммофиты.
Засоление почв – отрицательно влияет на растительность. Наиболее токсичны – хорошо растворимые соли (Na2CO3, NaCl, NaSO4, MgCl2, CaCl2) - они легко проникают в цитоплазму. Трудно растворимые – менее токсичны (CaSO4, MgSO4, CaCO3).
Воздушный режим– необходим для протекания жизненных процессов в организмах. При свободном доступе кислорода развиваются аэробные бактерии, при малом количестве – анаэробные.
¨ Орографический фактор играет важную роль в распределении осадков на различных элементах рельефа.
На ровных территориях водоразделов формируются зональные типы почв; в понижениях (больше увлажнения) – гидроморфные; на повышениях и склонах возникает водная эрозия.
Экспозиция склонов влияет на тепловой режим почв. От распределения влаги и тепла развиваются определенные виды экосистем.