Основи аутекології. Фактори середовища.

  Основи аутекології. Фактори середовища.

План.

1.    Середовище і екологічні фактори:

а) абіотичні фактори.

б) біотичні фактори.

в) антропогенні фактори.

2.    Характер і закони дії екологічних факторів.

Література:

1.     Бердій Я.І., Джигирей В.С., Кидисюк А.І. та інші. Основи екології та охорона навколишнього середовища. Навч.посібник для вузів. Львів, 1999. - 238 с.

2.     Білявський Г.О., Бутченко Л.І., Навроцький В.М. Основи екології: теорія та практикум Навч.посібник. – Київ: Лібра, 2002. – 352 с.

3.     Заверуха Н.М., Серебряков В.В., Скиба Ю.А. Основи екології. – К., Каравелла, 2006 – 360 с.

4.     Кучерявий В. П. Екологія. – Львів: Світ, 2000. - 480 c.

5.     Чернова Н.М., Билова О.М. Екологія.- К.: Вища школа, 1986, - 231 с.

Середовище і екологічні фактори

        Аутекологія (екологія організмів, термін введений у 1896 р. Шретером) – вивчає способи впливу середовища на організми і реакцію організмів на цей вплив.

       Живий організм – специфічна система, яка пов’язана з середовищем обмінним процесом. Організми можуть існувати тоді, коли використовують із середовища потрібні хімічні елементи та енергію і викидають у навколишнє середовище продукти життєдіяльності.

    Одним з основних екологічних понять є поняття середовище, під ним розуміють комплекс природних тіл і явищ з якими організм знаходиться в прямих чи опосередкованих взаємозв’язках.

     Взаємодія організмів із середовищем носить історичний характер і забезпечує кругообіг речовин на Землі.

       Існує велика різноманітність поняття середовище стосовно ступеня його конкретизації: зовнішнє середовище – сукупність сил і явищ природи, будь-яка діяльність людини, що знаходиться поза об’єктом і необов’язково контактує з ним; оточуюче середовище – ідентично попередньому, але мається на увазі безпосередній контакт з об’єктом чи суб’єктом; природнє середовище – сукупність факторів живої і неживої природи, що впливають на організм; абіотичне середовище – всі сили і явища природи не пов’язані з життєдіяльністю сучасних організмів; біотичне середовище – сили і явища природи, які своїм походженням зумовлені життєдіяльністю тепер живучим організмам; середовище проживання – сукупність біотичних і абіотичних факторів окремого організму або біогеоценозу, які впливають на їх ріст і розвиток.

У земних умовах існує чотири середовища проживання організмів: водне, наземно-повітряне, грунтове, тіло іншого організму, яке використовується паразитами чи напівпаразитами.

     Поняття середовище не ідентичне поняттю “умови існування”, яке представляють суму життєво необхідних факторів середовища проживання, що у конкретних видів або їх угруповань викликають пристосувальні реакції і є по відношенню до організмів екологічними факторами.

       Екологічний фактор – це будь-який елемент середовища, здатний виявляти прямий вплив на живі організми хоча б протягом однієї фази їх розвитку.

      Залежно від природи, походження і характеру дії екологічні фактори поділяють на:

I.                   Абіотичні або фактори неживої природи:

·        Кліматичні – світло, температура, вологість (опади у різних формах), повітря (його склад і рух), атмосферний тиск, радіоактивне випромінювання.

  За відношенням до світла рослини поділяються на: світлолюбні – зустрічаються на відкритих місцях, затінення їх пригнічує (види пустель, тундри, рослини І ярусу); тіньові – в природних умовах не ростуть на яскраво освітлених місцях (рослини печер, водних глибин тощо); тіневитривалі – можуть рости при денному світлі, але краще розвиваються при затіненні (види лісової зони). Тварини використовують світло для зорової орієнтації.

     За відношенням до тепла рослини поділяють на: теплолюбні – тропічні, субтропічні види; холодостійкі – види полярних і високогірних зон. У тварин 2 основних типи теплообміну: 1) непостійна температура тіла, відсутня теплорегуляція – пойкілотермні – мікроорганізми, безхребетні, риби, плазуни; 2) постійна температура тіла, теплорегуляція здійснюється,  (теплокровні) – гомойотерні – птахи, ссавці.

За відношенням до води рослини поділяють на: гігрофіти – рослини вологих місць: боліт, вологих луків, лісів; ксерофіти – рослини посушливих місць: пустель, степів, дюн; мезофіти – помірно вологі ґрунти; гідрофіти – водні рослини. Тварин поділяють на: гігрофіли – вологолюбиві тварини: мокриці, комарі, молюски; мезофіли – помірна вологість: птахи, ссавці; ксерофіли – посухолюбиві: плазуни, пустельні гризуни.

·         Грунтові (едафічні) – механічний та мінеральний склад грунту, гумус, ґрунтовий розчин, лісова підстилка тощо.

 Грунти за механічним складом можуть бути піщані, супіщані, суглинисті, глинисті. Піщані грунти бідні на елементи мінерального живлення, легко пропускають воду, скоріше висихають та прогріваються. На таких ґрунтах ростуть невибагливі до умов існування рослини: сосна, вереск, цмін піщаний.

   Глинисті ґрунти погано пропускають воду, довго прогріваються, а при висиханні утворюють моноліти. Елементів мінерального живлення достатня кількість, але вони в більшості випадків знаходяться у важкодоступній формі. Тому такі ґрунти мають несприятливі умови існування.

   Кращі едафічні умови створюються на супіщаних і суглинистих ґрунтах, де зустрічається значна різноманітність видів рослинного покриву.

·    Орографічні (геоморфологічні) – рельєф, нахил схилу, експозиція.

·    Геологічні - материнська порода різноманітного походження.

ІІ. Біотичні – це форми впливу живих організмів один на одного. Ці впливи можуть бути різними – від сприятливих до різко негативних. Поділяють на зоогенні та фітогенні фактори.

Зоогенні – вплив представників тваринного світу на рослини для харчування (фітофагія).

    За характером споживання рослинної маси у харчування фітофагів поділяють на: монофаги – рослинноїдні тварини, які харчуються одним видом рослин (коала); олігофаги – споживають для харчування групу близьких видів рослин (колорадський жук, сосновий пильщик); поліфаги – харчуються багатьма видами рослин (копитні, мишеподібні гризуни тощо).

    Крім харчування велике значення має механічний вплив тварин на рослини, який виражається у руйнуванні та пошкодженні рослин, а також витоптування.

         Фітогенні фактори – взаємовплив сусідніх рослин, які входять у склад рослинних угруповань.

         Форми взаємовідносин рослинних і тваринних організмів досить різноманітні і залежать від різноманітних факторів.

         Взаємодія організмів може бути корисною або шкідливою, залежно стимулюється чи обмежується життєдіяльність кожного з них.

Основними формами біотичних відносин є:

Конкуренція – внутрішньовидова і міжвидова боротьба за харчування, місце проживання і інші умови, коли організми діють від’ємно один на другого.

Хижацтво – одні організми вбивають інших і харчуються ними (відносини між хижаком і жертвою).

Паразитизм - зв’язок організмів різних видів за які один живе за рахунок іншого, знаходячись в середині або на поверхні його тіла.

Аменсалізм – взаємодія двох видів, за якої один з них завдає шкоди іншому без користі для себе (дерева і трава під їх кронами).

Мутуалізм (симбіоз) – сприятлива життєдіяльність двох видів організмів (комахи збирають нектар, запилюють квіти), (мікориза грибів і коренів дерев).

Коменсалізм – співжиття двох видів, коли виграє один і не завдає шкоди іншому (рибка-прилипало), (дятел-синиця), (лев-гієна).

Алелопатія – хімічний взаємовплив одних видів рослин на інші через продукти метаболізму (ефірні масла, фітонциди тощо).

ІІІ.  Антропогенні: форми діяльності людського суспільства, які приводять до зміни природи як середовища проживання.

До них належать:  різні види антропогенного забруднення: хімічне, фізичне (шумове, електромагнітне), термічне, радіоактивне, біологічне, побутове; різні фізичні навантаження (забудова, гірничі розробки, рекреація).

Екологічна роль людини зростає з розвитком її трудової діяльності та стає потужним і досить різноманітним фактором дії на рослини і тварин.

А.П. Шенников поділяє вплив людини на рослинність як прямий: збір рослин, витоптування, вирубка, скошування тощо, та непряма зміна людиною природи: здійснюється через зміну середовища проживання.

Характер і закони дії екологічних факторів

         Кожен фактор має межу позитивного впливу на організми. Сприятлива сила впливу фактора називається зоною оптимуму або просто оптимумом для організмів даного виду. Чим сильніше відхилення від оптимуму, тим більша негативна дія даного фактору на організм. Мінімальне та максимальне значення фактору – це критичні точки, за межами яких наступає смерть, цю межу називають екологічною валентністю.

Залежність результату дії екологічного фактору від його інтенсивності можна зобразити графічно

	(за В.А. Радкевичем, 1977 р.).

                                                                    

Інтенсивність дії фактора

           У своїй взаємодії з довкіллям всі організми повинні підтримувати певну рівновагу (гомеостаз).

Підтримка екологічної рівноваги ускладнюється тим, що вона повинна носити динамічний характер, оскільки постійно змінюються взаємовідносини між всіма компонентами природи.

Діапазон дії  (зона толерантності) екологічного фактору обмежений відповідними крайніми значеннями (точками мінімуму і максимуму) даного фактору, при яких можливе існування.

Широку екологічну амплітуду виду до абіотичних факторів середовища позначають додаванням до назви фактора префікса «еври» (евритермні – види, що переносять значні коливання температури в діапазоні 60 ˚С).

Вузька екологічна амплітуда, або нездатність переносити значні коливання фактору характеризується префіксом «стено» (стенотермні – види, що не переносять погіршення теплового режиму – рослини тропічних лісів для яких +5 ˚С вже згубні).

Види, для яких необхідні точно обмежені екологічні умови, називають стенобіотичними.

Види, що здатні пристосовуватися до різних екологічних умов, називають еврибіотичними.

Внаслідок великого різноманіття абіотичних умов на Землі, для всіх живих організмів планети характерна відпрацьована в процесі еволюції здатність стійко існувати і відтворювати нащадків у чітко визначеному інтервалі життєво необхідних факторів.

Це положення стало відомим як закон толерантності Шелфорда (1913 р.): діапазон між екологічними мінімумом і максимумом являє межу толерантності видів. Його підтверджує формування природних зон, живе населення яких пристосовано до різних умов тепла і вологи.

У вищих рослин давно існує поділ по відношенню до тепла на теплолюбиві, холодостійкі і морозовитривалі; до вологи: ксеро-, мезо-, гігро-, гідрофіти; до елементів мінерального живлення: оліго-, мезо-, мегатрофи; до реакції грунту: кальцієфоби, кальцієфіли.

Ю. Одум наводить ряд положень, які доповнюють закон толерантності.

1.      Організми можуть мати широкий діапазон толерантності стосовно одного фактора і вузький стосовно другого.

2.      Організми з широким діапазоном толерантності до всіх факторів, як правило, відрізняються великою розповсюдженістю в природі.

3.      Якщо умови за одним фактором не оптимальні для виду, то можна звузити і діапазон толерантності до інших екологічних факторів.

4.      У природі організми дуже часто потрапляють в умови, які не відповідають оптимальному значенню того чи іншого фактора, виявленого в лабораторії, і  тоді в ролі компенсуючого виступає якийсь інший фактор.

         Деякі тропічні орхідеї при охолодженні краще ростуть в умовах яскравого сонячного освітлення, хоча в природі вони полюбляють затінені водоймища, оскільки не переносять прямих сонячних променів.

         Пристосування організмів до абіотичних факторів знайшло відображення у життєвих формах.

         У рослин життєва форма визначається за зовнішнім виглядом.

         Живими формами називають групи рослин, які відрізняються одна від одної за зовнішньою формою, морфологічними ознаками і анатомічною структурою органів.

         В екології користуються системою життєвих форм розробленою датським ученим К. Раункієром, в основу якої покладено розміщення бруньок відновлення над поверхнею грунту і спосіб їх захисту у несприятливий період.

         Групи життєвих форм рослин:

1.  Фанерофіти (відкриті) – бруньки відновлення, розміщені високо над землею (дерева, кущі).

2.  Гамефіти (приземисті) – бруньки біля поверхні ґрунту, зимою захищені снігом, листям, лусками (напівкущики – брусниця, журавлина, молочай).

3.  Гемікриптофіти (приховані) – бруньки на рівні грунту захищені снігом, листям, лусками, грунтом (багаторічні трави).

4.  Криптофіти (заховані) – брунька в грунті (цибулинні, бульби, кореневища).

5.  Терофіти – після плодоношення відмирають (однолітні рослини відновлюються насінням).

Будь-який фактор, який в першу чергу відповідає за обмеження росту, розмноження організму чи популяції називається лімітуючим фактором. Вони можуть бути: фізичні – низька температура, нестача вологи, світла; хімічні – нестача біогена; біологічні – конкуренція.

Юстус Лібіх в 1840 році обґрунтував фундаментальний закон природи – закон лімітуючих факторів (за відношенням до елементів мінерального живлення): речовиною, яка знаходиться в мінімумі, керується врожай і визначається величина та витривалість його в часі.

Необхідних факторів, що визначають життя рослин, обмежена кількість, їх кількість лімітує життя на Землі. Таких факторів три: тепло, волога, елементи мінерального живлення

Лімітувати розвиток може як недостатня кількість, так і надлишок факторів (таких як тепло, світло, вода).

Звідси випливають закони дії фактору:

I. Закон відносної дії фактору.

Відносна дія фактору тим більша, чим ближче цей фактор наближається до мінімума.

Відносний вплив фактора зменшується з підвищенням його інтенсивності.

ІІ. Закон напруги фактору.

Підняття напруги фактора, починаючи з його малої величини, спочатку викликає підвищення ефекту дії, а після досягнення певного рівня напруги подальше його зростання викликає негативний вплив (збільшення вологості грунту сприяє підвищенню енергії росту до певного рівня, специфічного для виду і району, перехід через оптимум діє негативно).