Nie jest to czynnik środowiskowy. Podstawy ekologii

Z pewnością każdy z nas zauważył, jak rośliny tego samego gatunku dobrze rozwijają się w lesie, ale źle czują się na otwartej przestrzeni. Lub, na przykład, niektóre gatunki ssaków mają duże populacje, podczas gdy inne są bardziej ograniczone w pozornie tych samych warunkach. Wszystkie żywe istoty na Ziemi w taki czy inny sposób przestrzegają własnych praw i zasad. Ekologia zajmuje się ich badaniem. Jednym z podstawowych stwierdzeń jest prawo minimum Liebiga

Ograniczenie co to jest?

Niemiecki chemik i twórca chemii rolniczej prof. Justus von Liebig dokonał wielu odkryć. Jednym z najbardziej znanych i uznanych jest odkrycie podstawowego czynnika ograniczającego. Został sformułowany w 1840 roku, a później uzupełniony i uogólniony przez Shelforda. Prawo mówi, że dla każdego żywego organizmu najważniejszym czynnikiem jest ten, który w większym stopniu odbiega od swojej optymalnej wartości. Innymi słowy, istnienie zwierzęcia lub rośliny zależy od stopnia ekspresji (minimum lub maksimum) określonego stanu. Przez całe życie ludzie napotykają różne czynniki ograniczające.

„Beczka Liebiga”

Czynnik ograniczający żywotną aktywność organizmów może być inny. Sformułowane prawo jest nadal aktywnie wykorzystywane w rolnictwie. J. Liebig stwierdził, że produktywność roślin zależy przede wszystkim od substancji mineralnej (odżywczej), która jest najsłabiej wyrażona w glebie. Na przykład, jeśli azot w glebie to tylko 10% wymaganej normy, a fosfor - 20%, to czynnikiem ograniczającym normalny rozwój jest brak pierwszego pierwiastka. Dlatego nawozy zawierające azot powinny być początkowo aplikowane na glebę. Znaczenie prawa zostało określone tak jasno i wyraźnie, jak to możliwe w tak zwanej „beczce Liebiga” (na zdjęciu powyżej). Jego istotą jest to, że gdy naczynie jest napełnione, woda zaczyna przelewać się przez krawędź, w której znajduje się najkrótsza deska, a długość reszty nie ma już większego znaczenia.

Woda

Ten czynnik jest najbardziej dotkliwy i znaczący w porównaniu z innymi. Woda jest podstawą życia, ponieważ odgrywa ważną rolę w życiu pojedynczej komórki i całego organizmu. Utrzymanie jego ilości na odpowiednim poziomie jest jedną z głównych funkcji fizjologicznych każdej rośliny lub zwierzęcia. Woda jako czynnik ograniczający aktywność życiową wynika z nierównomiernego rozmieszczenia wilgoci na powierzchni Ziemi w ciągu roku. W procesie ewolucji wiele organizmów przystosowało się do ekonomicznego wykorzystywania wilgoci, doświadczając okresu suchego w stanie hibernacji lub spoczynku. Ten czynnik jest najbardziej widoczny na pustyniach i półpustyniach, gdzie występuje bardzo nieliczna i osobliwa flora i fauna.

Lekki

Światło w postaci promieniowania słonecznego zapewnia wszystkie procesy życiowe na planecie. Dla organizmów ważna jest długość fali, czas ekspozycji i intensywność promieniowania. W zależności od tych wskaźników organizm przystosowuje się do warunków środowiskowych. Jako czynnik ograniczający byt jest szczególnie wyraźny na dużych głębokościach morskich. Na przykład nie znaleziono już roślin na głębokości 200 m. W połączeniu z oświetleniem „działają” jeszcze co najmniej dwa czynniki ograniczające: ciśnienie i stężenie tlenu. Można to skontrastować z tropikalnymi lasami deszczowymi Ameryki Południowej, jako obszarem najbardziej sprzyjającym życiu.

Temperatura otoczenia

Nie jest tajemnicą, że wszystkie procesy fizjologiczne zachodzące w organizmie zależą od temperatury zewnętrznej i wewnętrznej. Co więcej, większość gatunków jest przystosowana do raczej wąskiego zakresu (15-30 °C). Zależność jest szczególnie wyraźna u organizmów, które nie są w stanie samodzielnie utrzymać stałej temperatury ciała, na przykład gadów (gadów). W procesie ewolucji powstało wiele adaptacji, aby przezwyciężyć ten ograniczony czynnik. Tak więc w czasie upałów, aby uniknąć przegrzania u roślin, wzrasta przez aparaty szparkowe, u zwierząt - przez skórę i układ oddechowy, a także cechy behawioralne (chowaj się w cieniu, norach itp.).

Zanieczyszczenia

Wartość nie do przecenienia. Ostatnie stulecia to dla człowieka szybki postęp techniczny, szybki rozwój przemysłu. Doprowadziło to do kilkukrotnego wzrostu szkodliwych emisji do zbiorników wodnych, gleby i atmosfery. Dopiero po badaniach można zrozumieć, jaki czynnik ogranicza ten lub inny gatunek. Ten stan rzeczy tłumaczy fakt, że różnorodność gatunkowa poszczególnych regionów czy obszarów zmieniła się nie do poznania. Organizmy zmieniają się i dostosowują, jedno zastępuje drugie.

To wszystko są główne czynniki ograniczające życie. Oprócz nich istnieje wiele innych, których po prostu nie sposób wymienić. Każdy gatunek, a nawet osobnik, jest indywidualny, dlatego czynniki ograniczające będą bardzo zróżnicowane. Na przykład dla pstrąga ważny jest procent tlenu rozpuszczonego w wodzie, dla roślin - skład ilościowy i jakościowy owadów zapylających itp.

Wszystkie żywe organizmy mają pewne granice wytrzymałości na ten lub inny czynnik ograniczający. Niektóre są wystarczająco szerokie, inne wąskie. W zależności od tego wskaźnika rozróżnia się eurybionty i stenobionty. Te pierwsze są w stanie tolerować dużą amplitudę wahań różnych czynników ograniczających. Na przykład żyjąc wszędzie, od stepów po las-tundrę, wilki itp. Wręcz przeciwnie, Stenobionty są w stanie wytrzymać bardzo wąskie wahania i obejmują prawie wszystkie rośliny lasów deszczowych.

Definicja

Ekologia- jest nauką o związkach organizmów ze sobą iz otaczającą przyrodą nieożywioną.

Termin „ekologia” został wprowadzony do użytku naukowego w 1866 r. przez niemieckiego zoologa i ewolucjonistę, wyznawcę Karola Darwina E. Haeckela.

Zadania ekologiczne:

Badanie przestrzennego rozmieszczenia i zdolności adaptacyjnych organizmów żywych, ich roli w cyklu substancji (ekologia osobników lub autekologia).

Badanie dynamiki i struktury populacji (ekologia populacji).

Badanie składu i struktury przestrzennej zbiorowisk, obiegu materii i energii w biosystemach (ekologia zbiorowisk lub ekologia ekosystemu).

Badanie interakcji ze środowiskiem poszczególnych grup taksonomicznych organizmów (ekologia roślin, ekologia zwierząt, ekologia mikroorganizmów itp.).

Badanie różnych ekosystemów: wodnych (hydrobiologia), leśnych (leśnictwo).

Rekonstrukcja i badanie ewolucji społeczności starożytnych (paleoekologia).

Ekologia jest ściśle związana z innymi naukami: fizjologią, genetyką, fizyką, geografią i biogeografią, geologią i teorią ewolucji.

W obliczeniach środowiskowych wykorzystuje się metody modelowania matematycznego i komputerowego, metodę statystycznej analizy danych.

czynniki środowiskowe

Czynniki środowiskowe- składniki środowiska, które wpływają na żywy organizm.

Istnienie określonego gatunku zależy od kombinacji wielu różnych czynników. Co więcej, dla każdego gatunku znaczenie poszczególnych czynników, a także ich kombinacji, jest bardzo specyficzne.

Rodzaje czynników środowiskowych:

Czynniki abiotyczne- czynniki natury nieożywionej, działające bezpośrednio lub pośrednio na organizm.
Przykłady: ulga, temperatura i wilgotność, światło, prąd i wiatr.

Czynniki biotyczne- czynniki natury, które wpływają na organizm.
Przykłady: mikroorganizmy, zwierzęta i rośliny.

Czynniki antropogeniczne- czynniki związane z działalnością człowieka.
Przykłady: budowa dróg, orka, przemysł i transport.

Czynniki abiotyczne

klimatyczne: roczna suma temperatur, średnia roczna temperatura, wilgotność, ciśnienie powietrza;

Zwiększać

Zwiększać

EKOLOGICZNE GRUPY ROŚLIN

W związku z wymianą wody

hydrofity - rośliny stale żyjące w wodzie;

hydrofity - rośliny częściowo zanurzone w wodzie;

helofity - rośliny bagienne;

higrofity - rośliny lądowe żyjące w miejscach nadmiernie wilgotnych;

mezofity - rośliny preferujące umiarkowaną wilgotność;

kserofity – rośliny przystosowane do stałego braku wilgoci (m.in. sukulenty- rośliny gromadzące wodę w tkankach ciała (np. Grubosz i kaktusy);

sklerofity to odporne na suszę rośliny o twardych, skórzastych liściach i łodygach.

edaficzny (gleba): skład mechaniczny gleby, przepuszczalność powietrza gleby, kwasowość gleby, skład chemiczny gleby;

EKOLOGICZNE GRUPY ROŚLIN

W odniesieniu do żyzności gleby Wyróżnia się następujące ekologiczne grupy roślin:

oligotrofy - rośliny o ubogich, nieurodzajnych glebach (sosna zwyczajna);

mezotrofy - rośliny o umiarkowanym zapotrzebowaniu na składniki odżywcze (większość roślin leśnych o umiarkowanych szerokościach geograficznych);

eutroficzne – rośliny wymagające dużej ilości składników odżywczych w glebie (dąb, leszczyna, dna moczanowa).

EKOLOGICZNE GRUPY ROŚLIN

Wszystkie rośliny w stosunku do świata można podzielić na trzy grupy: heliofity, sciofity, heliofity fakultatywne.

Heliofity to rośliny światłolubne (trawy stepowe i łąkowe, rośliny tundry, rośliny wczesnowiosenne, większość roślin uprawnych na otwartym terenie, wiele chwastów).

Sciophytes to rośliny cieniolubne (trawy leśne).

Heliofity fakultatywne to rośliny tolerujące cień, zdolne do rozwoju zarówno przy bardzo dużym, jak i przy niewielkiej ilości światła (świerk pospolity, klon zwyczajny, grab pospolity, leszczyna, głóg, truskawka, pelargonia polna, wiele roślin domowych).

Połączenie różnych czynników abiotycznych determinuje rozmieszczenie gatunków organizmów w różnych regionach globu. Pewien gatunek biologiczny występuje nie wszędzie, ale na obszarach, gdzie istnieją warunki niezbędne do jego istnienia.

fitogeniczny - wpływ roślin;

mykogenny - wpływ grzybów;

zoogeniczny - wpływ zwierząt;

mikrobiogenny – wpływ drobnoustrojów.

CZYNNIKI ANTROPOGENICZNE

Chociaż człowiek wpływa na żywą przyrodę poprzez zmianę czynników abiotycznych i biotycznych relacji gatunków, działalność ludzi na planecie wyróżnia się jako siła szczególna.

fizyczne: wykorzystanie energii jądrowej, podróżowanie pociągami i samolotami, oddziaływanie hałasu i wibracji;

chemiczne: stosowanie nawozów mineralnych i pestycydów, zanieczyszczenie skorupy ziemskiej odpadami przemysłowymi i transportowymi;

biologiczne: żywność; organizmy, dla których człowiek może być siedliskiem lub źródłem pożywienia;

społeczne - związane z relacjami międzyludzkimi i życiem w społeczeństwie: interakcje ze zwierzętami domowymi, gatunkami synantropijnymi (muchy, szczury itp.), wykorzystanie cyrku i zwierząt gospodarskich.

Główne metody oddziaływania antropogenicznego to: import roślin i zwierząt, ograniczanie siedlisk i niszczenie gatunków, bezpośredni wpływ na roślinność, orka, wycinanie i wypalanie lasów, wypas zwierząt domowych, koszenie, melioracja, nawadnianie i podlewanie, zanieczyszczenie powietrza, tworzenie wysypisk śmieci i nieużytków, tworzenie fitocenoz kulturowych. Do tego należy dodać różne formy działalności uprawnej i hodowlanej, środki ochrony roślin, ochronę rzadkich i egzotycznych gatunków, polowanie na zwierzęta, ich aklimatyzację itp.

Od pojawienia się człowieka na Ziemi wpływ czynnika antropogenicznego stale wzrasta.

EKOLOGICZNY OPTYMALIZACJA WIDZENIA

Możliwe jest ustalenie ogólnego charakteru wpływu czynników środowiskowych na żywy organizm. Każdy organizm ma określony zestaw adaptacji do czynników środowiskowych i z powodzeniem istnieje tylko w pewnych granicach ich zmienności.

Optimum ekologiczny- wartość jednego lub więcej czynników środowiskowych, które są najbardziej korzystne dla istnienia danego gatunku lub zbiorowiska.

Zwiększać

Strefa optymalna- jest to zakres czynnika najkorzystniejszego dla życia tego gatunku.

Odchylenia od optimum określają strefyucisk (strefypesymizm). Im silniejsze odchylenie od optimum, tym silniejszy jest hamujący wpływ tego czynnika na organizmy.

Punkt krytyczny- minimalne i maksymalne tolerowane wartości czynnika, za którym organizm umiera.

Obszar tolerancji- zakres wartości czynnika środowiskowego, w którym możliwe jest istnienie organizmu.

Każdy organizm ma swoje maksima, optimum i minima czynników środowiskowych. Na przykład mucha domowa może wytrzymać wahania temperatury od 7 do 50 ° C, a glista ludzka żyje tylko w temperaturze ludzkiego ciała.

NISZA EKOLOGICZNA

nisza ekologiczna- zestaw czynników środowiskowych (abiotycznych i biotycznych), które są niezbędne do istnienia danego gatunku.

Nisza ekologiczna charakteryzuje sposób życia organizmu, warunki jego siedliska i odżywiania. W przeciwieństwie do niszy pojęcie siedliska odnosi się do terytorium, na którym żyje organizm, czyli jego „adresu”. Na przykład roślinożerni mieszkańcy stepów - krowa i kangur - zajmują tę samą niszę ekologiczną, ale mają różne siedliska. Wręcz przeciwnie, mieszkańcy puszczy - wiewiórka i łoś, także spokrewnieni z roślinożercami - zajmują różne nisze ekologiczne.

Nisza ekologiczna zawsze determinuje rozmieszczenie organizmu i jego rolę w społeczności.

W tej samej społeczności dwa gatunki nie mogą zajmować tej samej niszy ekologicznej.

CZYNNIK OGRANICZAJĄCY

Czynnik ograniczający (ograniczający)- każdy czynnik, który ogranicza rozwój lub istnienie organizmu, gatunku lub społeczności.

Na przykład brak określonego mikroelementu w glebie powoduje spadek produktywności roślin. Z powodu braku pożywienia giną owady żywiące się tymi roślinami. Ta ostatnia ma odzwierciedlenie w przetrwaniu drapieżników entomofagicznych: innych owadów, ptaków i płazów.

Czynniki ograniczające określają zasięg występowania każdego gatunku. Na przykład rozprzestrzenianie się wielu gatunków zwierząt na północy jest ograniczone brakiem ciepła i światła, a na południu brakiem wilgoci.

Prawo tolerancji Shelforda

Czynnikiem ograniczającym rozwój organizmu może być zarówno minimalny, jak i maksymalny wpływ na środowisko.

Prawo tolerancji można sformułować prościej: złe jest zarówno niedokarmianie, jak i przekarmianie rośliny lub zwierzęcia.

Z tego prawa wynika konsekwencja: każdy nadmiar materii lub energii jest składnikiem zanieczyszczającym. Na przykład na suchych obszarach nadmiar wody jest szkodliwy, a woda może być postrzegana jako zanieczyszczenie.

Tak więc dla każdego gatunku istnieją granice wartości czynników życiowych środowiska abiotycznego, które ograniczają strefę jego tolerancji (stabilności). Żywy organizm może istnieć w pewnym przedziale wartości czynników. Im szerszy ten przedział, tym wyższa odporność organizmu. Prawo tolerancji jest jednym z fundamentalnych we współczesnej ekologii.

REGULAMIN DZIAŁANIA CZYNNIKÓW ŚRODOWISKOWYCH

PRAWO OPTYMALNEGO

Prawo Optimum

Każdy czynnik środowiskowy ma pewne granice pozytywnego wpływu na organizmy żywe.

Czynniki pozytywnie wpływają na organizmy tylko w pewnych granicach. Niewystarczające lub nadmierne ich działanie wpływa negatywnie na organizmy.

Prawo optimum jest uniwersalne. Określa granice warunków, w jakich możliwe jest istnienie gatunków, a także miarę zmienności tych warunków.

Stenobionty- wysoce wyspecjalizowane gatunki, które mogą żyć tylko w stosunkowo stałych warunkach. Na przykład ryby głębinowe, szkarłupnie, skorupiaki nie tolerują wahań temperatury nawet w granicach 2–3 °C. Rośliny siedlisk wilgotnych (nagietek bagienny, niecierpek itp.) natychmiast więdną, jeśli powietrze wokół nich nie jest nasycone parą wodną.

eurybionty- gatunki o dużym zakresie mrozoodporności (gatunki ekologicznie plastyczne). Na przykład gatunki kosmopolityczne.

Jeśli konieczne jest podkreślenie stosunku do jakiegokolwiek czynnika, użyj kombinacji „steno-” i „evry-” w odniesieniu do jego nazwy, na przykład gatunek ciepłolubny - nie tolerujący wahań temperatury, euryhalinowy - zdolny do życia z szerokim wahania zasolenia wody itp.

PRAWO MINIMUM LIEBIGA

Prawo minimum Liebiga, czyli prawo czynnika ograniczającego

Najważniejszym czynnikiem dla organizmu jest czynnik, który przede wszystkim odbiega od swojej optymalnej wartości.

Przetrwanie organizmu zależy od tego minimalnie (lub maksymalnie) czynnika ekologicznego prezentowanego w danym momencie. W innych okresach inne czynniki mogą ograniczać. W ciągu swojego życia poszczególne gatunki spotykają się z różnymi ograniczeniami ich życiowej aktywności. Czynnikiem ograniczającym rozmieszczenie jeleni jest więc głębokość pokrywy śnieżnej; motyle zimowej miarki - temperatura zimowa; a dla lipienia - stężenie tlenu rozpuszczonego w wodzie.

To prawo jest uwzględniane w praktyce rolniczej. Niemiecki chemik Justus von Liebig stwierdził, że produktywność roślin uprawnych zależy przede wszystkim od składników odżywczych (elementów mineralnych) obecnych w glebie. najsłabszy. Na przykład, jeśli fosfor w glebie stanowi tylko 20% wymaganej dawki, a wapń 50%, to czynnikiem ograniczającym będzie brak fosforu; Przede wszystkim konieczne jest wprowadzenie do gleby nawozów zawierających fosfor.

Figuratywne przedstawienie tego prawa nosi imię naukowca - tak zwana „beczka Liebiga” (patrz rys.). Istotą modelu jest to, że podczas napełniania beczki woda zaczyna przelewać się przez najmniejszą deskę w beczce i długość pozostałych desek nie ma już znaczenia.

INTERAKCJA CZYNNIKÓW ŚRODOWISKOWYCH

Zmiana intensywności jednego czynnika środowiskowego może zawęzić granicę wytrzymałości organizmu do innego czynnika lub odwrotnie, zwiększyć ją.

W środowisku naturalnym wpływ czynników na organizm może być sumowany, wzajemnie wzmacniany lub kompensowany.

sumowanie czynników. Przykład: wysoka radioaktywność środowiska i jednoczesna zawartość azotu azotanowego w wodzie pitnej i żywności kilkakrotnie zwiększają zagrożenie dla zdrowia człowieka niż każdy z tych czynników z osobna.

Wzajemne wzmacnianie (zjawisko synergii). Konsekwencją tego jest zmniejszenie żywotności organizmu. Wysoka wilgotność znacznie zmniejsza odporność organizmu na wysokie temperatury. Spadek zawartości azotu w glebie prowadzi do zmniejszenia odporności zbóż na suszę.

Odszkodowanie. Przykład: kaczki pozostawione na zimę w umiarkowanych szerokościach geograficznych rekompensują brak ciepła obfitym pożywieniem; ubóstwo gleby w wilgotnym lesie równikowym jest kompensowane szybkim i wydajnym obiegiem substancji; w miejscach, gdzie jest dużo strontu, mięczaki mogą zastąpić stront wapń w swoich muszlach. Optymalna temperatura zwiększa tolerancję na brak wilgoci i pokarmu.

Jednocześnie żaden z czynników niezbędnych dla organizmu nie może być całkowicie zastąpiony innym. Na przykład brak wilgoci spowalnia proces fotosyntezy nawet przy optymalnym oświetleniu i stężeniu CO_2$ w atmosferze; braku ciepła nie można zastąpić obfitością światła, a składników mineralnych niezbędnych do odżywiania roślin nie można zastąpić wodą. Dlatego jeśli wartość przynajmniej jednego z niezbędnych czynników wykracza poza zakres tolerancji, wówczas istnienie organizmu staje się niemożliwe (patrz prawo Liebiga).

Intensywność oddziaływania czynników środowiskowych jest bezpośrednio zależna od czasu trwania tego oddziaływania. Długotrwałe narażenie na wysokie lub niskie temperatury jest szkodliwe dla wielu roślin, podczas gdy rośliny normalnie tolerują krótkotrwałe spadki.

W ten sposób czynniki środowiskowe działają na organizmy wspólnie i jednocześnie. Obecność i dobrobyt organizmów w konkretnym środowisku zależy od całej gamy warunków.

Czynniki środowiskowe a koncepcja niszy ekologicznej

Pojęcie czynnika środowiskowego

1.1.1. Pojęcie czynników środowiskowych i ich klasyfikacja

Z ekologicznego punktu widzenia Środa - Są to naturalne ciała i zjawiska, z którymi organizm jest w bezpośrednim lub pośrednim związku. Środowisko otaczające ciało charakteryzuje się dużą różnorodnością, na którą składa się wiele elementów, zjawisk, warunków dynamicznych w czasie i przestrzeni, które uważane są za czynniki .

Czynnik środowiskowy - czy jest? warunki środowiskowe, zdolne do wywierania bezpośredniego lub pośredniego wpływu na organizmy żywe, przynajmniej podczas jednej z faz ich indywidualnego rozwoju. Z kolei organizm reaguje na czynnik środowiskowy specyficznymi reakcjami adaptacyjnymi.

Zatem, czynniki środowiskowe- są to wszystkie elementy środowiska przyrodniczego, które wpływają na byt i rozwój organizmów, na które istoty żywe reagują reakcjami adaptacyjnymi (śmierć następuje poza zdolnością adaptacji).

Należy zauważyć, że w naturze czynniki środowiskowe działają w sposób złożony. Szczególnie ważne jest, aby o tym pamiętać podczas oceny wpływu zanieczyszczeń chemicznych. W tym przypadku efekt „całkowity”, gdy negatywny wpływ jednej substancji nakłada się na negatywny wpływ innych, a do tego dodaje się wpływ sytuacji stresowej, hałasu i różnych pól fizycznych, znacząco zmienia wartości MPC podane w podręcznikach. Ten efekt nazywamy synergicznym.

Najważniejszą koncepcją jest czynnik ograniczający, czyli poziom (dawka) zbliżający się do granicy wytrzymałościowej organizmu, którego stężenie jest mniejsze lub wyższe od optymalnego. Pojęcie to jest zdefiniowane przez prawa minimum Liebiga (1840) i prawa tolerancji Shelforda (1913). Najczęściej ograniczającymi czynnikami są temperatura, światło, składniki odżywcze, prądy i ciśnienie w środowisku, pożary itp.

Najczęściej spotykane są organizmy o szerokim zakresie tolerancji na wszystkie czynniki środowiskowe. Najwyższą tolerancją charakteryzują się bakterie i sinice, które przeżywają w szerokim zakresie temperatur, promieniowania, zasolenia, pH itp.

Przedmiotem nauki są badania ekologiczne związane z określeniem wpływu czynników środowiskowych na istnienie i rozwój określonych typów organizmów, relacji organizmu ze środowiskiem autekologia . Nazywa się dział ekologii, który bada powiązania populacji różnych gatunków roślin, zwierząt, drobnoustrojów (biocenoz), sposoby ich powstawania i interakcji ze środowiskiem synekologia . W granicach synekologii, fitocenologii czy geobotaniki (przedmiotem badań są grupy roślin) wyróżnia się biocenologię (grupy zwierząt).

Zatem pojęcie czynnika ekologicznego jest jednym z najbardziej ogólnych i niezwykle szerokich pojęć ekologii. Zgodnie z tym zadanie klasyfikacji czynników środowiskowych okazało się bardzo trudne, więc nadal nie ma ogólnie przyjętej wersji. Jednocześnie osiągnięto porozumienie co do celowości wykorzystania pewnych cech w klasyfikacji czynników środowiskowych.

Tradycyjnie wyróżniono trzy grupy czynników środowiskowych:

1) abiotyczny (warunki nieorganiczne – chemiczne i fizyczne, takie jak skład powietrza, wody, gleby, temperatura, światło, wilgotność, promieniowanie, ciśnienie itp.);

2) biotyczny (formy interakcji między organizmami);

3) antropogeniczny (formy działalności człowieka).

Obecnie wyróżnia się dziesięć grup czynników środowiskowych (łącznie około sześćdziesięciu), zjednoczonych w specjalnej klasyfikacji:

1. według czasu - czynniki czasu (ewolucyjne, historyczne, działające), cykliczność (okresowa i nieokresowa), pierwotna i wtórna;

2. według pochodzenia (kosmiczne, abiotyczne, biotyczne, naturalne, technogeniczne, antropogeniczne);

3. przez środowisko występowania (atmosferyczne, wodne, geomorfologiczne, ekosystemowe);

4. z natury (informacyjne, fizyczne, chemiczne, energetyczne, biogenne, złożone, klimatyczne);

5. przez przedmiot oddziaływania (indywidualny, grupowy, specyficzny, społeczny);

6. w zależności od stopnia oddziaływania (śmiertelny, ekstremalny, ograniczający, niepokojący, mutagenny, teratogenny);

7. zgodnie z warunkami działania (zależnymi lub niezależnymi od gęstości);

8. według spektrum oddziaływań (działanie selektywne lub ogólne).

Przede wszystkim czynniki środowiskowe dzieli się na: zewnętrzny (egzogenny lub entopiczny) oraz wewnętrzny (endogenny) w odniesieniu do tego ekosystemu.

W celu zewnętrzny obejmują czynniki, których działania w takim czy innym stopniu determinują zmiany zachodzące w ekosystemie, ale same praktycznie nie odczuwają jego odwrotnego wpływu. Są to promieniowanie słoneczne, intensywność opadów, ciśnienie atmosferyczne, prędkość wiatru, prędkość prądu itp.

W przeciwieństwie do nich czynniki wewnętrzne korelują z właściwościami samego ekosystemu (lub jego poszczególnych elementów) i faktycznie tworzą jego skład. Takie są liczebność i biomasa populacji, zapasy różnych substancji, charakterystyka warstwy powierzchniowej powietrza, wody, masy gleby itp.

Drugą powszechną zasadą klasyfikacji jest podział czynników na biotyczny oraz abiotyczny . Te pierwsze obejmują różnorodne zmienne charakteryzujące właściwości materii ożywionej, a drugie - nieożywione składniki ekosystemu i jego środowiska. Podział czynników na endogenne – egzogeniczne i biotyczne – abiotyczne nie pokrywają się. W szczególności występują tu zarówno egzogenne czynniki biotyczne, np. intensywność wprowadzania nasion danego gatunku do ekosystemu z zewnątrz, jak i endogenne czynniki abiotyczne, takie jak stężenie O 2 lub CO 2 w warstwie powierzchniowej powietrze lub woda.

Powszechnie stosowanym w literaturze środowiskowej jest klasyfikacja czynników według ogólny charakter ich pochodzenia lub obiekt wpływu. Na przykład wśród czynników egzogenicznych można wyróżnić czynniki meteorologiczne (klimatyczne), geologiczne, hydrologiczne, migracyjne (biogeograficzne), antropogeniczne, a wśród endogenicznych – mikrometeorologiczne (bioklimatyczne), glebowe (edaficzne), wodne i biotyczne.

Ważnym wskaźnikiem klasyfikacji jest charakter dynamiki czynniki środowiskowe, w szczególności obecność lub brak jej cykliczności (dzienna, księżycowa, sezonowa, długookresowa). Wynika to z faktu, że reakcje adaptacyjne organizmów na określone czynniki środowiskowe są determinowane stopniem stałości wpływu tych czynników, czyli ich okresowością.

Biolog A.S. Monchadsky (1958) wyróżnił pierwotne czynniki okresowe, wtórne czynniki okresowe i czynniki nieokresowe.

W celu podstawowe czynniki okresowe to głównie zjawiska związane z obrotem Ziemi: zmiana pór roku, dobowa zmiana oświetlenia, zjawiska pływowe itp. Czynniki te, charakteryzujące się prawidłową okresowością, działały jeszcze przed pojawieniem się życia na Ziemi, a powstające organizmy żywe musiały natychmiast się do nich przystosować.

Wtórne czynniki okresowe - konsekwencją pierwotnych okresowych: np. wilgotność, temperatura, opady, dynamika pokarmu roślinnego, zawartość rozpuszczonych gazów w wodzie itp.

W celu nieokresowe uwzględniają czynniki, które nie mają prawidłowej okresowości, cykliczności. Są to czynniki glebowe i gruntowe, wszelkiego rodzaju zjawiska naturalne. Oddziaływania antropogeniczne na środowisko są często określane jako czynniki nieokresowe, które mogą pojawiać się nagle i nieregularnie. Ponieważ dynamika naturalnych czynników okresowych jest jedną z sił napędowych doboru naturalnego i ewolucji, organizmy żywe z reguły nie mają czasu na rozwój reakcji adaptacyjnych, na przykład na gwałtowną zmianę zawartości niektórych zanieczyszczeń w środowisko.

Szczególną rolę wśród czynników środowiskowych należy: sumatywne (addytywne) czynniki charakteryzujące liczebność, biomasę lub zagęszczenie populacji organizmów, a także rezerwy lub koncentracje różnych form materii i energii, których zmiany w czasie podlegają prawom zachowania. Takie czynniki nazywane są Surowce . Na przykład mówią o zasobach ciepła, wilgoci, żywności organicznej i mineralnej itp. Natomiast czynniki takie jak natężenie i skład spektralny promieniowania, poziom hałasu, potencjał redox, prędkość wiatru lub prądu, wielkość i kształt pożywienia itp., które mają duży wpływ na organizmy, nie są klasyfikowane jako zasoby, ponieważ .to. nie mają do nich zastosowania przepisy konserwatorskie.

Liczba możliwych czynników środowiskowych wydaje się potencjalnie nieograniczona. Jednak pod względem stopnia oddziaływania na organizmy nie są one równoważne, w wyniku czego w ekosystemach różnego typu wyróżniają się niektóre czynniki, czyli tryb rozkazujący . W ekosystemach lądowych do czynników egzogenicznych zalicza się zwykle natężenie promieniowania słonecznego, temperaturę i wilgotność, intensywność opadów, prędkość wiatru, tempo wprowadzania zarodników, nasion i innych zarodków czy napływ postaci dorosłych z innych ekosystemów, jak również wszelkiego rodzaju formy oddziaływania antropogenicznego. Endogeniczne czynniki imperatywne w ekosystemach lądowych są następujące:

1) mikrometeorologiczne - oświetlenie, temperatura i wilgotność powierzchniowej warstwy powietrza, zawartość w niej CO 2 i O 2;

2) gleba - temperatura, wilgotność, napowietrzenie gleby, właściwości fizyczne i mechaniczne, skład chemiczny, zawartość próchnicy, dostępność składników mineralnych składników odżywczych, potencjał redoks;

3) biotyczny - zagęszczenie populacji różnych gatunków, ich skład wiekowy i płciowy, cechy morfologiczne, fizjologiczne i behawioralne.

1.1.2. Przestrzeń czynników środowiskowych i funkcja odpowiedzi organizmów na zespół czynników środowiskowych

Intensywność oddziaływania każdego czynnika środowiskowego można scharakteryzować liczbowo, czyli opisać zmienną matematyczną, która przyjmuje wartość w określonej skali.

Czynniki środowiskowe można uporządkować według ich siły w stosunku do oddziaływania na organizm, populację, ekosystem, czyli w rankingu . Jeżeli wartość pierwszego czynnika wpływającego jest mierzona przez zmienną X 1 , drugi - zmienny X 2 , … , n-th - zmienna x n itd., to cały zespół czynników środowiskowych można przedstawić w postaci ciągu ( X 1 , X 2 , … , x n…) W celu scharakteryzowania zbioru różnych zespołów czynników środowiskowych, które są uzyskiwane przy różnych wartościach każdego z nich, wskazane jest wprowadzenie pojęcia przestrzeni czynników środowiskowych, czyli inaczej przestrzeń ekologiczna.

Przestrzeń czynników środowiskowych Nazwijmy przestrzeń euklidesową, której współrzędne są porównywane z uszeregowanymi czynnikami środowiskowymi:

Ilościowe określenie wpływu czynników środowiskowych na aktywność życiową osobników, takich jak tempo wzrostu, rozwój, płodność, oczekiwana długość życia, śmiertelność, odżywianie, metabolizm, aktywność ruchowa itp. (niech będą numerowane ze wskaźnikiem k= 1, …, m), pojęcie f w n do c oraz I X o t do ja oraz Kai . Wartości przyjmowane przez wskaźnik z liczbą k w określonej skali, gdy różne czynniki środowiskowe są z reguły ograniczane od dołu i od góry. Oznacz przez segment na skali wartości jednego ze wskaźników ( k th) życie ekosystemu.

funkcja odpowiedzi k-ty wskaźnik dotyczący ogółu czynników środowiskowych ( X 1 , X 2 , … , x n, …) nazywa się funkcją k, reprezentujący przestrzeń ekologiczną mi na skali Ik:

,

który do każdego punktu ( X 1 , X 2 , … , x n, …) spacje mi pasuje do liczby k(X 1 , X 2 , … , x n, …) na skali Ik .

Chociaż liczba czynników środowiskowych jest potencjalnie nieograniczona, a co za tym idzie wymiary przestrzeni ekologicznej są nieskończone. mi i liczba argumentów funkcji odpowiedzi k(X 1 , X 2 , … , x n…), w rzeczywistości można wyodrębnić skończoną liczbę czynników, na przykład n, które można wykorzystać do wyjaśnienia określonej części całkowitej zmienności funkcji odpowiedzi. Na przykład pierwsze 3 czynniki mogą wyjaśnić 80% całkowitej zmienności wskaźnika φ , pierwszych 5 czynników - 95%, pierwszych 10 - 99% itd. Pozostałe, nieuwzględnione w liczbie tych czynników, nie mają decydującego wpływu na badany wskaźnik. Ich wpływ można postrzegać jako niektóre „ ekologiczny„hałas nakładający się na działanie czynników imperatywnych.

Pozwala to z nieskończonej przestrzeni wymiarowej mi idź do tego n-wymiarowa podprzestrzeń min i rozważ zawężenie funkcji odpowiedzi k do tej podprzestrzeni:

i gdzie εn+1 - losowy " hałas środowiskowy".

Żaden żywy organizm nie potrzebuje ogólnie temperatury, wilgotności, substancji mineralnych i organicznych ani żadnych innych czynników, ale ich specyficzny reżim, to znaczy istnieją pewne górne i dolne granice amplitudy dopuszczalnych wahań tych czynników. Im szersze granice jakiegokolwiek czynnika, tym wyższa stabilność, czyli tolerancja tego organizmu.

W typowych przypadkach funkcja odpowiedzi ma postać krzywej wypukłej, monotonicznie rosnącej od minimalnej wartości współczynnika xj s (dolna granica tolerancji) do maksimum przy optymalnej wartości współczynnika xj 0 i monotonicznie malejące do maksymalnej wartości współczynnika xj e (górna granica tolerancji).

Interwał Xj = [x j s , x j e] nazywa się przedział tolerancji na ten czynnik, a punkt xj 0 , przy którym funkcja odpowiedzi osiąga ekstremum, nazywa się optymalny punkt na ten czynnik.

Te same czynniki środowiskowe wpływają na organizmy różnych gatunków żyjące razem w różny sposób. Dla niektórych mogą być korzystne, dla innych nie. Ważnym elementem jest reakcja organizmów na siłę oddziaływania czynnika środowiskowego, którego negatywny wpływ może wystąpić w przypadku nadmiaru lub braku dawki. Dlatego istnieje koncepcja korzystnej dawki lub strefa optymalna czynnik i strefy pesymistyczne (zakres wartości dawek czynnika, w którym organizmy czują się uciskane).

Kryterium wyznaczania są zakresy strefy optymalnej i pessimum wartościowość ekologiczna - zdolność żywego organizmu do adaptacji do zmian warunków środowiskowych. Ilościowo wyraża się to zasięgiem środowiska, w którym gatunek normalnie występuje. Wartościowość ekologiczna różnych gatunków może być bardzo różna (renifery wytrzymują wahania temperatury powietrza od -55 do +25÷30°C, a koralowce tropikalne giną nawet przy zmianie temperatury o 5-6°C). Zgodnie z wartościowością ekologiczną organizmy dzielą się na stenobionty - o małej zdolności przystosowania się do zmian środowiska (storczyki, pstrągi, jarząbki dalekowschodnie, ryby głębinowe) oraz eurybionty - o większej zdolności przystosowania się do zmian środowiska (stonka ziemniaczana, myszy, szczury, wilki, karaluchy, trzciny, trawa pszeniczna). W granicach eurybiontów i stenobiontów, w zależności od konkretnego czynnika, organizmy dzielą się na eurytermiczne i stenotermiczne (w wyniku reakcji na temperaturę), euryhalinowe i stenohalinowe (w wyniku reakcji na zasolenie środowiska wodnego), eurythoty i stenofoty (w wyniku reakcji na światło). ).

Aby wyrazić względny stopień tolerancji, istnieje wiele terminów w ekologii, które używają przedrostków steno - co oznacza wąski i każdy - - szeroki. Gatunki, które mają wąski przedział tolerancji (1), nazywane są stenoeks oraz gatunki o szerokim przedziale tolerancji (2) euryekami na ten czynnik. Czynniki imperatywne mają swoje własne terminy:

według temperatury: ciepłolubna - eurytermiczna;

drogą wodną: stenohydric - euryhydric;

według zasolenia: stenohalina – euryhalina;

według pokarmu: stenofagiczny - euryfagiczny;

w zależności od wyboru siedliska: barwione na ścianach - euryoiczne.

1.1.3. Prawo czynnika ograniczającego

Obecność lub pomyślność organizmu w danym środowisku zależy od zespołu czynników ekologicznych. Dla każdego czynnika istnieje zakres tolerancji, poza którym organizm nie jest w stanie istnieć. Niemożność pomyślności lub brak organizmu jest determinowana przez te czynniki, których wartości zbliżają się lub wykraczają poza tolerancję.

ograniczający rozważymy taki czynnik, dla którego, aby uzyskać daną (niewielką) względną zmianę funkcji odpowiedzi, wymagana jest minimalna względna zmiana tego czynnika. Jeśli

wtedy czynnikiem ograniczającym będzie Xja, to znaczy czynnikiem ograniczającym jest ten, wzdłuż którego skierowany jest gradient funkcji odpowiedzi.

Jest oczywiste, że gradient jest skierowany wzdłuż normalnej do granicy obszaru tolerancji. A jeśli chodzi o czynnik ograniczający, jest więcej szans, przy wszystkich innych czynnikach równych, na wyjście poza obszar tolerancji. Oznacza to, że czynnikiem ograniczającym jest ten, którego wartość jest najbliższa dolnej granicy przedziału tolerancji. Ta koncepcja jest znana jako „ prawo minimum Liebig.

Idea, że ​​wytrzymałość organizmu jest determinowana przez najsłabsze ogniwo w łańcuchu jego potrzeb ekologicznych, została po raz pierwszy wyraźnie pokazana w 1840 roku. chemik organiczny J. Liebig, jeden z twórców chemii rolniczej, który przedstawił teoria mineralnego odżywiania roślin. Jako pierwszy zaczął badać wpływ różnych czynników na wzrost roślin, ustalając, że plony są często ograniczone przez składniki odżywcze, które nie są wymagane w dużych ilościach, takie jak dwutlenek węgla i woda, ponieważ substancje te są zwykle obecne w środowisku w w obfitości, ale te, które są wymagane w najmniejszych ilościach, na przykład cynk, bor lub żelazo, których w glebie jest bardzo niewiele. Wniosek Liebiga, że ​​„wzrost rośliny zależy od tego elementu pożywienia, który jest obecny w minimalnej ilości” stał się znany jako „Prawo minimum” Liebiga.

Po 70 latach amerykański naukowiec W. Shelford wykazał, że nie tylko substancja obecna w minimum może determinować plon czy żywotność organizmu, ale także nadmiar jakiegoś pierwiastka może prowadzić do niepożądanych odchyleń. Na przykład nadmiar rtęci w organizmie człowieka w stosunku do określonej normy powoduje poważne zaburzenia czynnościowe. Przy braku wody w glebie przyswajanie składników mineralnych przez roślinę jest utrudnione, ale nadmiar wody prowadzi do podobnych konsekwencji: możliwe jest duszenie się korzeni, występowanie procesów beztlenowych, zakwaszenie gleba itp. Nadmiar i brak odczynu w glebie obniża również plon w danym miejscu. Według W. Shelforda czynniki występujące zarówno w nadmiarze, jak i w niedostatku nazywane są ograniczającymi, a odpowiadająca im reguła nazywana jest prawem „czynnika ograniczającego” lub „ prawo tolerancji ".

Prawo czynnika ograniczającego jest brane pod uwagę w działaniach mających na celu ochronę środowiska przed zanieczyszczeniem. Przekroczenie normy szkodliwych zanieczyszczeń w powietrzu i wodzie stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia człowieka.

Możemy sformułować szereg zasad pomocniczych, które uzupełniają „prawo tolerancji”:

1. Organizmy mogą mieć szeroki zakres tolerancji na jeden czynnik i wąski na inny.

2. Najszerzej rozpowszechnione są zwykle organizmy o szerokim zakresie tolerancji na wszystkie czynniki.

3. Jeżeli warunki dla jednego czynnika środowiskowego nie są optymalne dla gatunku, to zakres tolerancji na inne czynniki środowiskowe może się zawęzić.

4. W naturze organizmy bardzo często znajdują się w warunkach, które nie odpowiadają optymalnemu zakresowi tego lub innego czynnika środowiskowego, określonemu w laboratorium.

5. Okres lęgowy jest zwykle krytyczny; w tym okresie wiele czynników środowiskowych często staje się ograniczających. Granice tolerancji dla osobników hodowlanych, nasion, zarodków i siewek są zwykle węższe niż dla dorosłych roślin lub zwierząt niehodowlanych.

Rzeczywiste granice tolerancji w przyrodzie są prawie zawsze węższe niż potencjalny zakres działania. Wynika to z faktu, że metaboliczne koszty regulacji fizjologicznej przy skrajnych wartościach czynników zawężają zakres tolerancji. Gdy warunki zbliżają się do skrajności, adaptacja staje się coraz bardziej kosztowna, a organizm coraz mniej chroniony przed innymi czynnikami, takimi jak choroby i drapieżniki.

1.1.4. Niektóre podstawowe czynniki abiotyczne

Czynniki abiotyczne środowiska lądowego . Komponent abiotyczny środowiska lądowego to zespół czynników klimatycznych i glebowo-gruntowych, składający się z wielu elementów dynamicznych, które oddziałują zarówno na siebie, jak i na istoty żywe.

Główne czynniki abiotyczne środowiska lądowego to:

1) Energia promieniowania pochodząca ze słońca (promieniowanie). Rozchodzi się w przestrzeni w postaci fal elektromagnetycznych. Służy jako główne źródło energii dla większości procesów zachodzących w ekosystemach. Z jednej strony bezpośrednie oddziaływanie światła na protoplazmę jest zgubne dla organizmu, z drugiej strony światło służy jako podstawowe źródło energii, bez której życie jest niemożliwe. Dlatego z rozwiązaniem tego problemu związanych jest wiele cech morfologicznych i behawioralnych organizmów. Światło jest nie tylko istotnym czynnikiem, ale także czynnikiem ograniczającym, zarówno na poziomie maksymalnym, jak i minimalnym. Około 99% całkowitej energii promieniowania słonecznego to promienie o długości fali 0,17÷4,0 µm, w tym 48% w widzialnej części widma o długości fali 0,4÷0,76 µm, 45% w podczerwieni (długość fali od 0,75 µm do 1 mm) i około 7% - do ultrafioletu (długość fali poniżej 0,4 mikrona). Promienie podczerwone mają pierwszorzędne znaczenie dla życia, a promienie pomarańczowoczerwone i ultrafioletowe odgrywają najważniejszą rolę w procesach fotosyntezy.

2) Oświetlenie powierzchni ziemi związane z energią promieniowania i określane przez czas trwania i intensywność strumienia świetlnego. Ze względu na rotację Ziemi, światło dzienne i ciemność zmieniają się okresowo. Oświetlenie odgrywa kluczową rolę we wszystkich żywych istotach, a organizmy są fizjologicznie przystosowane do zmiany dnia i nocy, w stosunku do ciemnych i jasnych okresów dnia. Prawie wszystkie zwierzęta mają tzw dobowy (dobowe) rytmy aktywności związane ze zmianą dnia i nocy. W odniesieniu do światła rośliny dzielą się na światłolubne i odporne na cień.

3) Temperatura na powierzchni kuli ziemskiej jest determinowany przez reżim temperaturowy atmosfery i jest ściśle związany z promieniowaniem słonecznym. Zależy ona zarówno od szerokości geograficznej obszaru (kąt padania promieniowania słonecznego na powierzchnię), jak i od temperatury napływających mas powietrza. Żywe organizmy mogą istnieć tylko w wąskim zakresie temperatur - od -200°C do 100°C. Z reguły górne wartości graniczne czynnika są bardziej krytyczne niż dolne. Zakres wahań temperatury w wodzie jest zwykle mniejszy niż na lądzie, a zakres tolerancji temperatury w organizmach wodnych jest zwykle węższy niż u odpowiednich zwierząt lądowych. Dlatego temperatura jest ważnym i bardzo często ograniczającym czynnikiem. Rytmy temperatury, wraz z rytmami światła, pływów i wilgotności, w dużej mierze kontrolują sezonową i dobową aktywność roślin i zwierząt. Temperatura często tworzy strefowanie i stratyfikację siedlisk.

4) Wilgotność powietrza atmosferycznego związane z jej nasyceniem parą wodną. Najbogatsze w wilgoć są dolne warstwy atmosfery (do wysokości 1,5–2 km), gdzie koncentruje się do 50% całej wilgoci. Ilość pary wodnej zawartej w powietrzu zależy od temperatury powietrza. Im wyższa temperatura, tym więcej wilgoci zawiera powietrze. Dla każdej temperatury istnieje pewna granica nasycenia powietrza parą wodną, ​​którą nazywamy maksymalny . Różnica między maksymalnym a zadanym nasyceniem nazywa się niedobór wilgotności (brak nasycenia). Niedobór wilgotności - najważniejszy parametr środowiskowy, ponieważ charakteryzuje jednocześnie dwie wielkości: temperaturę i wilgotność. Wiadomo, że wzrost niedoboru wilgoci w niektórych okresach wegetacji przyczynia się do wzmożonego owocowania roślin, a u wielu zwierząt, np. owadów, prowadzi do rozrodu aż do tzw. „ognisk”. Dlatego wiele metod przewidywania różnych zjawisk w świecie organizmów żywych opiera się na analizie dynamiki deficytu wilgoci.

5) Opad atmosferyczny , ściśle związane z wilgotnością powietrza, są wynikiem kondensacji pary wodnej. Opady atmosferyczne i wilgotność powietrza mają decydujące znaczenie dla kształtowania się reżimu wodnego ekosystemu, a tym samym są jednymi z najważniejszych bezwzględnie ważnych czynników środowiskowych, ponieważ zaopatrzenie w wodę jest głównym warunkiem życia każdego organizmu z mikroskopijnej bakterii do gigantycznej sekwoi. Wielkość opadów zależy głównie od drogi i charakteru dużych ruchów mas powietrza, czyli tzw. „systemów pogodowych”. Rozkład opadów według pory roku jest niezwykle ważnym czynnikiem ograniczającym dla organizmów. Opad atmosferyczny - jedno z ogniw w obiegu wody na Ziemi, aw ich opadach występuje ostra nierówność, w związku z którą wyróżniają się wilgotny (mokre) i jałowy (suche) strefy. Maksymalne opady występują w lasach tropikalnych (do 2000 mm/rok), a minimum na pustyniach (0,18 mm/rok). Strefy z opadami poniżej 250 mm/rok są już uważane za suche. Z reguły nierównomierne rozłożenie opadów w poszczególnych porach roku występuje w tropikach i subtropikach, gdzie pory deszczowe i suche są często dobrze zdefiniowane. W tropikach ten sezonowy rytm wilgotności reguluje sezonową aktywność organizmów (zwłaszcza reprodukcję) w podobny sposób, w jaki sezonowy rytm temperatury i światła reguluje aktywność organizmów w strefie umiarkowanej. W klimacie umiarkowanym opady zwykle rozkładają się bardziej równomiernie w ciągu roku.

6) Skład gazu atmosfery . Jego skład jest względnie stały i obejmuje głównie azot i tlen z domieszką niewielkiej ilości CO 2 i argonu. Inne gazy - w śladowych ilościach. Ponadto górna atmosfera zawiera ozon. Zwykle w powietrzu atmosferycznym znajdują się stałe i płynne cząsteczki wody, tlenki różnych substancji, kurz i dym. Azot - najważniejszy pierwiastek biogenny biorący udział w tworzeniu struktur białkowych organizmów; tlen , pochodzące głównie z roślin zielonych, zapewnia procesy oksydacyjne; dwutlenek węgla (СО 2) jest naturalnym tłumikiem promieniowania słonecznego i wzajemnego promieniowania ziemskiego; ozon pełni rolę osłaniającą w stosunku do ultrafioletowej części widma słonecznego, która jest szkodliwa dla wszystkich żywych istot. Zanieczyszczenia najmniejszych cząsteczek wpływają na przezroczystość atmosfery, uniemożliwiają przechodzenie światła słonecznego na powierzchnię Ziemi. Stężenia tlenu (21% objętości) i CO 2 (0,03% objętości) we współczesnej atmosferze są w pewnym stopniu ograniczające dla wielu wyższych roślin i zwierząt.

7) Ruch mas powietrza (wiatr) . Przyczyną występowania wiatru jest spadek ciśnienia spowodowany nierównomiernym nagrzewaniem się powierzchni ziemi. Strumień wiatru jest kierowany w kierunku niższego ciśnienia, czyli tam, gdzie powietrze jest cieplejsze. Siła obrotu Ziemi wpływa na cyrkulację mas powietrza. W powierzchniowej warstwie powietrza ich ruch wpływa na wszystkie meteorologiczne elementy klimatu: temperaturę, wilgotność, parowanie z powierzchni Ziemi, transpirację roślin. Wiatr - najważniejszy czynnik w przenoszeniu i dystrybucji zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym. Wiatr pełni ważną funkcję przenoszenia materii i organizmów żywych między ekosystemami. Ponadto wiatr ma bezpośredni wpływ mechaniczny na roślinność i glebę, uszkadzając lub niszcząc rośliny i niszcząc pokrywę glebową. Taka aktywność wiatru jest najbardziej typowa dla otwartych płaskich obszarów lądu, mórz, wybrzeży i regionów górskich.

8) ciśnienie atmosferyczne . Presji nie można nazwać czynnikiem ograniczającym bezpośrednie działanie, chociaż niektóre zwierzęta niewątpliwie reagują na jego zmiany; jednak presja jest bezpośrednio związana z pogodą i klimatem, które mają bezpośredni wpływ ograniczający na organizmy.

Abiotyczne czynniki pokrywy glebowej . Czynniki glebowe są wyraźnie endogeniczne, ponieważ gleba jest nie tylko czynnikiem środowiska otaczającego organizmy, ale także produktem ich życiowej aktywności. Gleba - to ramy, fundament, na którym zbudowany jest prawie każdy ekosystem.

Gleba - końcowy efekt działania klimatu i organizmów, zwłaszcza roślin, na skałę macierzystą. Tak więc gleba składa się z materiału źródłowego – podłoża podłoże mineralne oraz składnik organiczny, w którym organizmy i ich produkty przemiany materii miesza się z subtelnie rozdrobnionym i zmodyfikowanym materiałem źródłowym. Szczeliny między cząsteczkami wypełnione są gazami i wodą. tekstura i porowatość gleby to najważniejsze cechy, które w dużej mierze decydują o dostępności pierwiastków biogennych dla roślin i zwierząt glebowych. W glebie zachodzą procesy syntezy, biosyntezy, zachodzą różne reakcje chemiczne przemiany substancji, związane z życiową aktywnością bakterii.

1.1.5. Czynniki biotyczne

Pod czynniki biotyczne zrozumieć całość wpływów aktywności życiowej jednych organizmów na inne.

Związek między zwierzętami, roślinami, mikroorganizmami (są one również nazywane współudziały ) są niezwykle zróżnicowane. Można je podzielić na prosty oraz pośredni, pośredniczą poprzez zmianę przez obecność odpowiednich czynników abiotycznych.

Interakcje żywych organizmów są klasyfikowane pod względem ich wzajemnej reakcji. W szczególności wyróżniają homotypiczny reakcje między oddziałującymi osobnikami tego samego gatunku i heterotypowy reakcje podczas koakcji między osobnikami różnych gatunków.

Jednym z najważniejszych czynników biotycznych jest jedzenie (troficzny) czynnik . Czynnik troficzny charakteryzuje się ilością, jakością i dostępnością pożywienia. Każdy rodzaj zwierzęcia czy rośliny ma wyraźną selektywność do składu pokarmu. Rozróżnij typy monofagi które żywią się tylko jednym gatunkiem, polifagi , żywiący się kilkoma gatunkami, a także gatunkami żywiącymi się mniej lub bardziej ograniczonym asortymentem pokarmu, zwanym szerokim lub wąskim oligofagi .

Relacje między gatunkami są naturalnie konieczne. Nie można podzielić na wrogowie i oni ofiary ponieważ relacje między gatunkami są wzajemnie odwracalne. Zniknięcie² ofiary² może doprowadzić do wymarcia ² wróg².

społeczności) ze sobą i ze środowiskiem. Termin ten został po raz pierwszy zaproponowany przez niemieckiego biologa Ernsta Haeckela w 1869 roku. Jako niezależna nauka wyróżniał się na początku XX wieku wraz z fizjologią, genetyką i innymi. Zakres ekologii to organizmy, populacje i zbiorowiska. Ekologia uważa je za żywy składnik systemu zwanego ekosystemem. W ekologii pojęcia populacja – zbiorowiska i ekosystemy mają jasne definicje.

Populacja (pod względem ekologicznym) to grupa osobników tego samego gatunku, zajmująca określone terytorium i zazwyczaj w pewnym stopniu odizolowana od innych podobnych grup.

Społeczność to dowolna grupa organizmów różnych gatunków żyjących na tym samym obszarze i wchodzących ze sobą w interakcje poprzez relacje troficzne (pożywienie) lub przestrzenne.

Ekosystem to społeczność organizmów, których środowisko oddziałuje na siebie i tworzy ekologiczną jednostkę.

Wszystkie ekosystemy Ziemi są połączone w ekosferę. Oczywiste jest, że absolutnie niemożliwe jest objęcie badaniami całej biosfery Ziemi. Dlatego punktem zastosowania ekologii jest ekosystem. Jednak ekosystem, jak widać z definicji, składa się z populacji, pojedynczych organizmów i wszystkich czynników przyrody nieożywionej. Na tej podstawie możliwych jest kilka różnych podejść do badania ekosystemów.

Podejście ekosystemowe.Dzięki podejściu ekosystemowemu ekolog bada również przepływ energii w ekosystemie. Największym zainteresowaniem w tym przypadku są relacje organizmów ze sobą oraz ze środowiskiem. Takie podejście pozwala wyjaśnić złożoną strukturę powiązań w ekosystemie i dać zalecenia dotyczące racjonalnego gospodarowania przyrodą.

Badania społeczności. Dzięki takiemu podejściu szczegółowo badany jest skład gatunkowy zbiorowisk i czynniki ograniczające rozmieszczenie poszczególnych gatunków. W tym przypadku badane są wyraźnie rozróżnialne jednostki biotyczne (łąka, las, bagno itp.).
podejście. Punktem zastosowania tego podejścia, jak sama nazwa wskazuje, jest populacja.
Badania siedliskowe. W tym przypadku badany jest stosunkowo jednorodny obszar środowiska, w którym żyje dany organizm. Oddzielnie, jako niezależny kierunek badań, zwykle nie jest używany, ale zapewnia niezbędny materiał do zrozumienia ekosystemu jako całości.
Należy zauważyć, że wszystkie wymienione powyżej podejścia najlepiej byłoby stosować łącznie, ale w chwili obecnej jest to praktycznie niemożliwe ze względu na dużą skalę badanych obiektów i ograniczoną liczbę badaczy terenowych.

Ekologia jako nauka wykorzystuje różnorodne metody badawcze w celu uzyskania obiektywnych informacji o funkcjonowaniu systemów przyrodniczych.

Ekologiczne metody badawcze:

• obserwacja
• eksperyment
• liczba ludności
• metoda symulacji

Być może naszą znajomość ekologii zaczynamy od jednego z najbardziej rozwiniętych i zbadanych działów - autekologii. Uwaga autekologii skupia się na interakcji jednostek lub grup jednostek z warunkami ich otoczenia. Dlatego kluczowym pojęciem autekologii jest czynnik ekologiczny, czyli czynnik środowiskowy, który oddziałuje na organizm.

Żadne środki ochrony środowiska nie są możliwe bez zbadania optymalnego wpływu tego czy innego czynnika na dany gatunek biologiczny. Właściwie, jak chronić ten lub inny gatunek, jeśli nie wiesz, jakie preferuje warunki życia. Nawet „ochrona” takiego gatunku jako rozsądnego człowieka wymaga znajomości norm sanitarnych i higienicznych, które są niczym innym jak optimum różnych czynników środowiskowych w stosunku do człowieka.

Wpływ środowiska na organizm nazywany jest czynnikiem środowiskowym. Dokładna definicja naukowa to:

CZYNNIK EKOLOGICZNY – każdy stan środowiska, na który żywy reaguje reakcjami adaptacyjnymi.

Czynnikiem środowiskowym jest każdy element środowiska, który ma bezpośredni lub pośredni wpływ na organizmy żywe przynajmniej w jednej z faz ich rozwoju.

Ze swojej natury czynniki środowiskowe dzielą się na co najmniej trzy grupy:

czynniki abiotyczne – wpływ przyrody nieożywionej;

czynniki biotyczne – wpływ dzikiej przyrody.

czynniki antropogeniczne - wpływy spowodowane rozsądną i nieuzasadnioną działalnością człowieka ("anthropos" - osoba).

Człowiek modyfikuje przyrodę ożywioną i nieożywioną, a w pewnym sensie przejmuje rolę geochemiczną (np. uwalniając na wiele milionów lat węgiel w postaci węgla i ropy naftowej i wypuszczając go do powietrza z dwutlenkiem węgla). Dlatego czynniki antropogeniczne pod względem zasięgu i globalnego oddziaływania zbliżają się do sił geologicznych.

Nierzadko czynniki środowiskowe poddawane są również bardziej szczegółowej klasyfikacji, gdy konieczne jest wskazanie określonej grupy czynników. Na przykład istnieją czynniki klimatyczne (związane z klimatem), edaficzne (glebowe).

Jako podręcznikowy przykład pośredniego działania czynników środowiskowych przytoczono tzw. kolonie ptasie, czyli ogromne skupiska ptaków. Wysokie zagęszczenie ptaków tłumaczy się całym łańcuchem związków przyczynowo-skutkowych. Ptasie odchody dostają się do wody, substancje organiczne w wodzie są mineralizowane przez bakterie, zwiększone stężenie minerałów prowadzi do wzrostu liczebności glonów, a po nich zooplanktonu. Niższe skorupiaki wchodzące w skład zooplanktonu żywią się rybami, a ptaki zamieszkujące ptasią bazar żywią się rybami. Łańcuch się zamyka. Ptasie odchody działają jak czynnik środowiskowy, który pośrednio zwiększa liczbę ptasich kolonii.

Jak porównać działanie czynników o tak odmiennym charakterze? Pomimo ogromnej ilości czynników, z samego zdefiniowania czynnika środowiskowego jako elementu środowiska, który oddziałuje na organizm, wynika coś wspólnego. Mianowicie: działanie czynników środowiskowych zawsze wyraża się zmianą aktywności życiowej organizmów, a ostatecznie prowadzi do zmiany wielkości populacji. Umożliwia to porównanie wpływu różnych czynników środowiskowych.

Nie trzeba dodawać, że wpływ czynnika na jednostkę zależy nie od charakteru czynnika, ale od jego dawki. W świetle powyższego, a nawet prostego doświadczenia życiowego, staje się oczywiste, że o efekcie decyduje właśnie dawka czynnika. Rzeczywiście, jaki jest czynnik „temperatura”? To dość abstrakcja, ale jeśli powiesz, że temperatura to -40 stopni – na abstrakcje nie ma czasu, lepiej owinąć się we wszystko ciepłe! Z drugiej strony +50 stopni nie wyda nam się dużo lepsze.

Czynnik oddziałuje więc na organizm określoną dawką, a wśród tych dawek można wyróżnić dawki minimalne, maksymalne i optymalne, a także te wartości, przy których zatrzymuje się życie jednostki (nazywane są one śmiertelne lub śmiertelny).

Wpływ różnych dawek na populację jako całość jest bardzo jasno opisany graficznie:

Oś rzędnych przedstawia wielkość populacji w zależności od dawki jednego lub drugiego czynnika (oś odciętych). Rozróżnia się optymalne dawki czynnika i dawki działania czynnika, przy których następuje zahamowanie czynności życiowych danego organizmu. Na wykresie odpowiada to 5 strefom:

strefa optymalna

po prawej i lewej stronie znajdują się strefy pessimum (od granicy strefy optymalnej do max lub min)

strefy śmiercionośne (poza max i min), gdzie populacja wynosi 0.

Zakres wartości czynnika, po przekroczeniu którego normalne życie jednostek staje się niemożliwe, nazywamy granicami wytrzymałości.

W następnej lekcji przyjrzymy się, jak organizmy różnią się w zależności od różnych czynników środowiskowych. Innymi słowy, kolejna lekcja skupi się na ekologicznych grupach organizmów, a także na beczce Liebiga i jak to wszystko ma się do definicji MPC.

Słowniczek

CZYNNIK ABIOTYCZNY - stan lub zespół warunków świata nieorganicznego; ekologiczny czynnik przyrody nieożywionej.

CZYNNIK ANTROPOGENICZNY – czynnik środowiskowy, który swoje pochodzenie zawdzięcza działalności człowieka.

PLANKTON - zestaw organizmów, które żyją w słupie wody i nie są w stanie aktywnie oprzeć się przenoszeniu prądów, czyli „pływających” w wodzie.

PTAK RYNEK – kolonialna osada ptaków związanych ze środowiskiem wodnym (nurniki, mewy).

Na jakie czynniki ekologiczne z całej ich różnorodności badacz zwraca uwagę przede wszystkim? Nierzadko badacz staje przed zadaniem zidentyfikowania tych czynników środowiskowych, które hamują życiową aktywność przedstawicieli danej populacji, ograniczają wzrost i rozwój. Na przykład konieczne jest poznanie przyczyn spadku plonów lub przyczyn wyginięcia populacji naturalnej.

Przy całej różnorodności czynników środowiskowych i trudnościach, jakie pojawiają się przy próbie oceny ich wspólnego (złożonego) oddziaływania, ważne jest, aby czynniki składające się na kompleks przyrodniczy miały nierówne znaczenie. Już w XIX wieku Liebig (Liebig, 1840), badając wpływ różnych mikroelementów na wzrost roślin, ustalił, że wzrost roślin jest ograniczony przez pierwiastek, którego stężenie jest minimalne. Czynnik deficytowy nazwano czynnikiem ograniczającym. W przenośni pozycja ta pomaga w przedstawieniu tzw. „lufy Liebiga”.

Beczka Liebiga

Wyobraź sobie beczkę z drewnianymi listwami po bokach o różnej wysokości, jak pokazano na zdjęciu. To jasne, nieważne jak wysokie są pozostałe listwy, ale do beczki można wlać wodę dokładnie na długość najkrótszej listwy (w tym przypadku 4 wykrojniki).

Pozostaje tylko „zastąpić” niektóre terminy: niech wysokość nalewanej wody będzie jakąś funkcją biologiczną lub ekologiczną (na przykład produktywność), a wysokość szyn wskaże stopień odchylenia dawki tego lub innego czynnika od optymalnego.

Obecnie prawo minimum Liebiga jest interpretowane szerzej. Czynnikiem ograniczającym może być czynnik, którego nie tylko brakuje, ale też występuje w nadmiarze.

Czynnik środowiskowy pełni rolę CZYNNIKA OGRANICZAJĄCEGO, jeśli jest on poniżej poziomu krytycznego lub przekracza maksymalny tolerowany poziom.

Czynnik ograniczający określa obszar występowania gatunku lub (w mniej surowych warunkach) wpływa na ogólny poziom metabolizmu. Na przykład zawartość fosforanów w wodzie morskiej jest czynnikiem ograniczającym, który determinuje rozwój planktonu i ogólną produktywność społeczności.

Pojęcie „czynnika ograniczającego” dotyczy nie tylko różnych elementów, ale wszystkich czynników środowiskowych. Relacje konkurencyjne często działają jako czynnik ograniczający.

Każdy organizm ma własne granice wytrzymałości w stosunku do różnych czynników środowiskowych. W zależności od tego, jak szerokie lub wąskie są te granice, rozróżnia się organizmy eurybiontów i stenobiontów. Eurybionty są w stanie wytrzymać szeroki zakres intensywności różnych czynników środowiskowych. Na przykład siedlisko lisa rozciąga się od lasu-tundry po stepy. Stenobionty natomiast wytrzymują tylko bardzo wąskie wahania natężenia czynnika środowiskowego. Na przykład prawie wszystkie rośliny z tropikalnych lasów deszczowych to stenobionty.

Nierzadko wskazuje się, o który czynnik chodzi. Możemy więc mówić o organizmach eurytermalnych (tolerujących duże wahania temperatury) (wiele owadów) i ciepłolubnych (w przypadku roślin lasów tropikalnych wahania temperatury w granicach +5 ... +8 stopni C mogą być śmiertelne); eury / stenohalina (toleruje / nie toleruje wahań zasolenia wody); każdy / stenobats (żyjący w szerokich / wąskich granicach głębokości zbiornika) i tak dalej.

Pojawienie się gatunków stenobiontów w procesie ewolucji biologicznej można uznać za formę specjalizacji, w której osiąga się większą wydajność kosztem zdolności adaptacyjnych.

Interakcja czynników. RPP.

Przy niezależnym działaniu czynników środowiskowych wystarczy operować pojęciem „czynnika ograniczającego”, aby określić łączny wpływ kompleksu czynników środowiskowych na dany organizm. Jednak w rzeczywistych warunkach czynniki środowiskowe mogą się nawzajem wzmacniać lub osłabiać. Na przykład mróz w regionie Kirowa jest łatwiejszy do zniesienia niż w Petersburgu, ponieważ ten ostatni ma wyższą wilgotność.

Uwzględnienie interakcji czynników środowiskowych jest ważnym problemem naukowym. Istnieją trzy główne typy czynników interakcji:

addytywny - interakcja czynników jest prostą sumą algebraiczną efektów każdego z czynników o niezależnym działaniu;

synergistyczny - wspólne działanie czynników wzmacnia efekt (to znaczy efekt ich wspólnego działania jest większy niż prosta suma efektów każdego czynnika o niezależnym działaniu);

antagonistyczne – wspólne działanie czynników osłabia efekt (czyli efekt ich wspólnego działania jest mniejszy niż prosta suma efektów każdego czynnika).

Dlaczego ważna jest wiedza o interakcji czynników środowiskowych? Teoretyczne uzasadnienie wartości maksymalnych dopuszczalnych stężeń (MPC) zanieczyszczeń lub maksymalnych dopuszczalnych poziomów (MPL) oddziaływania czynników zanieczyszczających (np. hałasu, promieniowania) opiera się na prawie czynnika ograniczającego. MPC ustala się eksperymentalnie na poziomie, na którym w organizmie nie występują jeszcze zmiany patologiczne. Jednocześnie pojawiają się trudności (np. najczęściej konieczna jest ekstrapolacja danych uzyskanych na zwierzętach na ludzi). Nie o to jednak chodzi.

Nierzadko słyszy się, jak władze środowiskowe radośnie informują, że poziom większości zanieczyszczeń w atmosferze miasta jest w granicach RPP. Jednocześnie organy Państwowego Nadzoru Sanitarno-Epidemiologicznego stwierdzają podwyższony poziom chorób układu oddechowego u dzieci. Wyjaśnienie mogłoby wyglądać tak. Nie jest tajemnicą, że wiele zanieczyszczeń powietrza ma podobny efekt: podrażniają błony śluzowe górnych dróg oddechowych, wywołują choroby układu oddechowego itp. A wspólne działanie tych zanieczyszczeń daje efekt addytywny (lub synergistyczny).

Dlatego idealnie, przy opracowywaniu standardów MPC i ocenie istniejącej sytuacji środowiskowej, należy wziąć pod uwagę interakcję czynników. Niestety w praktyce może to być bardzo trudne do wykonania: trudno zaplanować taki eksperyment, trudno ocenić interakcje, a zacieśnienie RPP ma negatywne skutki ekonomiczne.

Słowniczek

MIKROELEMENTY - pierwiastki chemiczne niezbędne organizmom w znikomych ilościach, ale decydujące o powodzeniu ich rozwoju. M. w postaci mikronawozów służy do zwiększenia plonu roślin.

CZYNNIK OGRANICZAJĄCY - czynnik, który wyznacza ramy (determinujące) przebieg jakiegoś procesu lub istnienie organizmu (gatunku, zbiorowiska).

AREAL - obszar rozmieszczenia dowolnej systematycznej grupy organizmów (gatunek, rodzaj, rodzina) lub pewnego rodzaju zbiorowiska organizmów (na przykład obszar lasów sosnowych porostów).

METABOLIZM - (w stosunku do organizmu) konsekwentne spożywanie, przekształcanie, wykorzystywanie, gromadzenie i utrata substancji i energii w organizmach żywych. Życie jest możliwe tylko poprzez metabolizm.

Eurybiont - organizm żyjący w różnych warunkach środowiskowych

STENOBIONT - organizm, który wymaga ściśle określonych warunków egzystencji.

XENOBIOTIC - substancja chemiczna obca dla organizmu, naturalnie nie wchodząca w cykl biotyczny. Z reguły ksenobiotyk ma pochodzenie antropogeniczne.

Ekosystem

EKOSYSTEMY MIEJSKIE I PRZEMYSŁOWE

Ogólna charakterystyka ekosystemów miejskich.

Ekosystemy miejskie są heterotroficzne, udział energii słonecznej utrwalanej przez miejskie rośliny czy panele słoneczne umieszczone na dachach domów jest nieznaczny. Główne źródła energii dla przedsiębiorstw miejskich, ogrzewanie i oświetlenie mieszkań mieszczan znajdują się poza miastem. Są to złoża elektrowni naftowych, gazowych, węglowych, wodnych i jądrowych.

Miasto zużywa ogromne ilości wody, z której tylko niewielką część człowiek zużywa do bezpośredniego spożycia. Główną część wody przeznacza się na procesy produkcyjne i potrzeby domowe. Zużycie wody osobistej w miastach waha się od 150 do 500 litrów dziennie, a biorąc pod uwagę przemysł, jeden obywatel przypada na 1000 litrów dziennie. Woda wykorzystywana przez miasta wraca do natury w stanie skażonym – jest nasycona metalami ciężkimi, pozostałościami ropy, złożonymi substancjami organicznymi jak fenol itp. Może zawierać patogeny. Miasto emituje do atmosfery toksyczne gazy i pyły, gromadzi na wysypiskach toksyczne odpady, które wraz ze strumieniami wód źródlanych przedostają się do ekosystemów wodnych. Rośliny, jako część ekosystemów miejskich, rosną w parkach, ogrodach i trawnikach, ich głównym celem jest regulowanie składu gazowego atmosfery. Uwalniają tlen, pochłaniają dwutlenek węgla i oczyszczają atmosferę ze szkodliwych gazów i pyłów, które dostają się do niej podczas pracy przedsiębiorstw przemysłowych i transportu. Rośliny mają również duże walory estetyczne i dekoracyjne.

Zwierzęta w mieście reprezentowane są nie tylko przez gatunki powszechne w naturalnych ekosystemach (ptaki żyją w parkach: pleszka, słowik, pliszka; ssaki: norniki, wiewiórki i przedstawiciele innych grup zwierząt), ale także przez specjalną grupę zwierząt miejskich - ludzcy towarzysze. Obejmuje ptaki (wróble, szpaki, gołębie), gryzonie (szczury i myszy) oraz owady (karaluchy, pluskwy, ćmy). Wiele zwierząt związanych z człowiekiem żywi się śmieciami na śmietnikach (kawki, wróble). To są pielęgniarki miejskie. Rozkład odpadów organicznych przyspieszają larwy much oraz inne zwierzęta i mikroorganizmy.

Główną cechą ekosystemów współczesnych miast jest zakłócenie w nich równowagi ekologicznej. Wszystkie procesy regulujące przepływ materii i energii musi przejąć człowiek. Człowiek musi regulować zarówno zużycie energii i zasobów przez miasto – surowców dla przemysłu i żywności dla ludzi, jak i ilość toksycznych odpadów przedostających się do atmosfery, wody i gleby w wyniku przemysłu i transportu. Wreszcie determinuje również wielkość tych ekosystemów, które w krajach rozwiniętych, a w ostatnich latach w Rosji, szybko „rozprzestrzeniają się” z powodu budowy podmiejskich domków. Tereny o niskiej zabudowie zmniejszają powierzchnię lasów i gruntów rolnych, ich „rozprzestrzenianie” wymaga budowy nowych autostrad, co zmniejsza udział ekosystemów zdolnych do produkcji żywności i tlenu na rowerze.

Zanieczyszczenia przemysłowe środowiska.

W ekosystemach miejskich najbardziej niebezpieczne dla przyrody są zanieczyszczenia przemysłowe.

Zanieczyszczenia chemiczne atmosfery. Ten czynnik jest jednym z najniebezpieczniejszych dla ludzkiego życia. Najczęstsze zanieczyszczenia

Dwutlenek siarki, tlenki azotu, tlenek węgla, chlor itp. W niektórych przypadkach dwie lub kilka stosunkowo nieszkodliwych substancji uwalnianych do atmosfery może pod wpływem światła słonecznego tworzyć toksyczne związki. Ekolodzy liczą około 2000 zanieczyszczeń powietrza.

Głównymi źródłami zanieczyszczeń są elektrownie cieplne. Kotłownie, rafinerie ropy naftowej i pojazdy również silnie zanieczyszczają atmosferę.

Zanieczyszczenie chemiczne zbiorników wodnych. Przedsiębiorstwa zrzucają produkty naftowe, związki azotu, fenol i wiele innych odpadów przemysłowych do zbiorników wodnych. Podczas produkcji ropy zbiorniki wodne są zanieczyszczone gatunkami soli, ropa i produkty ropopochodne również rozlewają się podczas transportu. W Rosji z powodu zanieczyszczenia ropą najbardziej cierpią jeziora północnej Syberii Zachodniej. W ostatnich latach wzrosło zagrożenie dla ekosystemów wodnych ścieków bytowych pochodzących z kanalizacji miejskiej. W tych ściekach wzrosło stężenie detergentów, które z trudnością rozkładają się mikroorganizmy.

Dopóki ilość zanieczyszczeń emitowanych do atmosfery lub odprowadzanych do rzek jest niewielka, same ekosystemy są w stanie sobie z nimi poradzić. Przy umiarkowanym zanieczyszczeniu woda w rzece staje się prawie czysta po 3-10 km od źródła zanieczyszczenia. Jeśli zanieczyszczeń jest zbyt dużo, ekosystemy nie mogą sobie z nimi poradzić i zaczynają się nieodwracalne konsekwencje.

Woda staje się niezdatna do picia i niebezpieczna dla ludzi. Zanieczyszczona woda nie jest odpowiednia dla wielu gałęzi przemysłu.

Zanieczyszczenie powierzchni gleby odpadami stałymi. Duże powierzchnie zajmują miejskie wysypiska odpadów przemysłowych i domowych. Śmieci mogą zawierać substancje toksyczne, takie jak rtęć lub inne metale ciężkie, związki chemiczne, które rozpuszczają się w wodzie deszczowej i śnieżnej, a następnie przedostają się do zbiorników wodnych i wód gruntowych. Może dostać się do śmieci i urządzeń zawierających substancje radioaktywne.

Powierzchnia gleby może być zanieczyszczona popiołem osadzającym się z dymu elektrowni cieplnych opalanych węglem, cementowni, cegieł ogniotrwałych itp. Aby zapobiec temu zanieczyszczeniu, na rurach zainstalowane są specjalne odpylacze.

Zanieczyszczenia chemiczne wód gruntowych. Prądy wód gruntowych przenoszą zanieczyszczenia przemysłowe na duże odległości i nie zawsze można określić ich źródło. Przyczyną zanieczyszczenia może być wypłukiwanie toksycznych substancji przez wodę deszczową i śniegową z przemysłowych składowisk odpadów. Zanieczyszczenie wód podziemnych występuje również podczas wydobycia ropy nowoczesnymi metodami, kiedy w celu zwiększenia powrotu zbiorników ropy do odwiertów ponownie wtłaczana jest słona woda, która wraz z ropą wypłynęła na powierzchnię podczas jej wypompowywania.

Słona woda dostaje się do warstw wodonośnych, woda w studniach staje się gorzka i niezdatna do picia.

Zanieczyszczenie hałasem. Źródłem zanieczyszczenia hałasem może być przedsiębiorstwo przemysłowe lub transport. Zwłaszcza ciężkie wywrotki i tramwaje generują dużo hałasu. Hałas oddziałuje na układ nerwowy człowieka, dlatego w miastach i przedsiębiorstwach podejmowane są środki ochrony przed hałasem.

Linie kolejowe i tramwajowe oraz drogi, którymi przebiega transport towarowy, należy przenieść z centralnych części miast na tereny słabo zaludnione, a wokół nich stworzyć tereny zielone, które dobrze pochłaniają hałas.

Samoloty nie powinny latać nad miastami.

Hałas mierzony jest w decybelach. Tykanie zegara - 10 dB, szept - 25, hałas z ruchliwej autostrady - 80, hałas startu samolotu - 130 dB. Próg bólu w hałasie wynosi 140 dB. Na terenie zabudowy mieszkaniowej w ciągu dnia hałas nie powinien przekraczać 50-66 dB.

Zanieczyszczeniami są również: zanieczyszczenie powierzchni gleby nadkładem i składowiskami popiołu, zanieczyszczenia biologiczne, zanieczyszczenia termiczne, zanieczyszczenia radiacyjne, zanieczyszczenia elektromagnetyczne.

Zanieczyszczenie powietrza. Jeżeli zanieczyszczenie powietrza nad oceanem przyjąć jako jednostkę, to nad wsiami jest ono 10 razy wyższe, nad małymi miejscowościami - 35 razy, a nad dużymi - 150 razy. Miąższość warstwy zanieczyszczonego powietrza nad miastem wynosi 1,5 - 2 km.

Najbardziej niebezpieczne zanieczyszczenia to benzo-a-piren, dwutlenek azotu, formaldehyd i pył. W europejskiej części Rosji i na Uralu średnio w ciągu roku na 1 km2. km spadło ponad 450 kg zanieczyszczeń atmosferycznych.

W porównaniu z 1980 r. wielkość emisji dwutlenku siarki wzrosła 1,5-krotnie; Transport drogowy wyrzucił do atmosfery 19 mln ton zanieczyszczeń atmosferycznych.

Zrzut ścieków do rzek wyniósł 68,2 m3. km przy poborze 105,8 m3. km. Zużycie wody przez przemysł wynosi 46%. Udział ścieków nieoczyszczonych zmniejsza się od 1989 roku i wynosi 28%.

Ze względu na przewagę wiatrów zachodnich Rosja otrzymuje 8-10 razy więcej zanieczyszczeń powietrza od swoich zachodnich sąsiadów, niż do nich wysyła.

Kwaśne deszcze negatywnie wpłynęły na połowę lasów Europy, a proces wysychania lasów rozpoczął się również w Rosji. W Skandynawii już 20 000 jezior zmarło z powodu kwaśnych deszczów pochodzących z Wielkiej Brytanii i Niemiec. Pod wpływem kwaśnych deszczy giną zabytki architektury.

Substancje szkodliwe wydobywające się z komina o wysokości 100 m rozpraszają się w promieniu 20 km, na wysokość 250 m - do 75 km. Mistrzowska rura została zbudowana w fabryce miedzi i niklu w Sudbury (Kanada) i ma ponad 400 m wysokości.

Zubożające warstwę ozonową chlorofluorowęglowodory (CFC) dostają się do atmosfery z gazów układu chłodzenia (w USA - 48%, w innych krajach - 20%), z użycia puszek aerozolowych (w USA - 2%, a kilka lat temu ich sprzedaż została zakazana, w innych krajach - 35%), rozpuszczalników stosowanych w pralniach chemicznych (20%) oraz przy produkcji pianek, w tym styroformu (25-

Głównym źródłem freonów niszczących warstwę ozonową są lodówki przemysłowe - lodówki. W zwykłej lodówce domowej 350 g freonu, aw lodówkach przemysłowych - dziesiątki kilogramów. Chłodzenie tylko w

Moskwa zużywa rocznie 120 ton freonu. Znaczna jej część, ze względu na niedoskonałość sprzętu, trafia do atmosfery.

Zanieczyszczenie ekosystemów słodkowodnych. W 1989 r. W 1989 r. do jeziora Ładoga - zbiornika wody pitnej dla sześciomilionowego Petersburga - zrzucono 1,8 tony fenoli, 69,7 tony siarczanów, 116,7 tony syntetycznych substancji powierzchniowo czynnych (surfaktantów).

Zanieczyszcza ekosystemy wodne i transport rzeczny. Na Jeziorze Bajkał na przykład pływa 400 statków różnej wielkości, które rocznie zrzucają do wody około 8 ton produktów naftowych.

W większości rosyjskich przedsiębiorstw toksyczne odpady produkcyjne są albo wrzucane do zbiorników wodnych, zatruwając je, albo gromadzone bez przetwarzania, często w ogromnych ilościach. Te nagromadzenia śmiercionośnych odpadów można nazwać „kopalniami ekologicznymi”, które po zerwaniu tamy mogą trafić do zbiorników wodnych. Przykładem takiej „kopalni ekologicznej” są zakłady chemiczne „Ammofos” w Czerepowcu. Jego szambo zajmuje powierzchnię 200 hektarów i zawiera 15 milionów ton odpadów. Tamę otaczającą studzienkę podnoszono corocznie o

4 m. Niestety "Kopalnia Czerepowiec" nie jest jedyna.

W krajach rozwijających się co roku umiera 9 milionów ludzi. Do roku 2000 ponad miliardowi ludzi będzie brakować wody pitnej.

Zanieczyszczenie ekosystemów morskich. Około 20 miliardów ton śmieci zostało wyrzuconych do Oceanu Światowego - od ścieków domowych po odpady radioaktywne. Co roku za każdy 1 mkw. km powierzchni wody to kolejne 17 ton śmieci.

Każdego roku do oceanu wlewa się ponad 10 milionów ton ropy, która tworzy film pokrywający 10-15% jego powierzchni; a 5 g produktów naftowych wystarczy, aby zacisnąć folię o 50 metrów kwadratowych. m powierzchni wody. Folia ta nie tylko ogranicza parowanie i wchłanianie dwutlenku węgla, ale także powoduje głód tlenu oraz śmierć jaj i młodych ryb.

Zanieczyszczenie radiacyjne. Zakłada się, że do roku 2000 świat będzie się kumulował

1 milion metrów sześciennych m wysokoaktywnych odpadów promieniotwórczych.

Naturalne tło promieniotwórcze wpływa na każdą osobę, nawet na tych, którzy nie mają kontaktu z elektrowniami jądrowymi lub bronią jądrową. Wszyscy otrzymujemy w życiu określoną dawkę promieniowania, z czego 73% pochodzi z promieniowania ciał naturalnych (np. granitu w pomnikach, okładzinach domów itp.), 14% z procedur medycznych (przede wszystkim wizyt u lekarza). pokój promieni) i 14% - na promienie kosmiczne. Przez całe życie (70 lat) człowiek może bez większego ryzyka uzyskać promieniowanie 35 rem (7 rem ze źródeł naturalnych, 3 rem ze źródeł kosmicznych i aparatów rentgenowskich). W strefie elektrowni jądrowej w Czarnobylu w najbardziej zanieczyszczonych obszarach można uzyskać do 1 rem na godzinę. Moc promieniowania na dachu w okresie gaszenia pożaru elektrowni jądrowej sięgała 30 000 rentgenów na godzinę, a zatem bez ochrony przed promieniowaniem (kombinezon ołowiany) śmiertelną dawkę promieniowania można było uzyskać w ciągu 1 minuty.

Godzinowa dawka promieniowania, śmiertelna dla 50% organizmów, wynosi 400 rem dla ludzi, 1000-2000 rem dla ryb i ptaków, od 1000 do 150 000 dla roślin i 100 000 rem dla owadów. Zatem najsilniejsze zanieczyszczenie nie jest przeszkodą w masowym rozmnażaniu się owadów. Spośród roślin najmniej odporne na promieniowanie są drzewa, a najbardziej odporne są trawy.

Zanieczyszczenie odpadami z gospodarstw domowych. Ilość nagromadzonych śmieci stale rośnie. Teraz jest to od 150 do 600 kg rocznie na każdego mieszkańca miasta. Najwięcej śmieci produkuje się w USA (520 kg rocznie na mieszkańca), w Norwegii, Hiszpanii, Szwecji, Holandii - 200-300 kg, aw Moskwie - 300-320 kg.

Aby papier uległ rozkładowi w środowisku naturalnym potrzeba od 2 do 10 lat, puszka - ponad 90 lat, filtr papierosowy - 100 lat, torebka foliowa - ponad 200 lat, plastik - 500 lat, szkło - ponad 1000 lat.

Sposoby zmniejszenia szkód spowodowanych zanieczyszczeniami chemicznymi

Najczęstsze zanieczyszczenie - chemiczne. Istnieją trzy główne sposoby na zmniejszenie wyrządzonych im szkód.

Roztwór. Nawet oczyszczone ścieki należy rozcieńczyć 10 razy (a nieoczyszczone - 100-200 razy). W przedsiębiorstwach budowane są wysokie kominy, aby emitowane gazy i pyły były równomiernie rozpraszane. Rozcieńczanie jest nieefektywnym sposobem zmniejszenia szkód spowodowanych zanieczyszczeniem, dopuszczalnym jedynie jako środek tymczasowy.

Czyszczenie. To główny sposób na ograniczenie emisji szkodliwych substancji do środowiska w dzisiejszej Rosji. Jednak w wyniku czyszczenia powstaje dużo stężonych odpadów płynnych i stałych, które również trzeba składować.

Zastąpienie starych technologii nowymi technologiami niskoodpadowymi. Dzięki głębszej obróbce możliwe jest kilkudziesięciokrotne zmniejszenie ilości szkodliwych emisji. Odpady z jednej branży stają się surowcem dla innej.

Symboliczne nazwy dla tych trzech sposobów zmniejszenia zanieczyszczenia środowiska podali niemieccy ekolodzy: „wydłużyć rurę” (rozcieńczenie przez dyspersję), „zatkać rurę” (czyszczenie) i „związać rurę w węzeł” (technologie niskoodpadowe) . Niemcy odtworzyli ekosystem Renu, który przez wiele lat był kanałem ściekowym, do którego zrzucano odpady przemysłowych gigantów. Dokonano tego dopiero w latach 80., kiedy w końcu „fajka została zawiązana w węzeł”.

Poziom zanieczyszczenia środowiska w Rosji jest nadal bardzo wysoki, a w prawie 100 miastach kraju rozwinęła się niekorzystna dla środowiska sytuacja niebezpieczna dla zdrowia ludności.

Pewną poprawę sytuacji środowiskowej w Rosji osiągnięto dzięki lepszej pracy oczyszczalni i spadkowi produkcji.

Dalszą redukcję emisji substancji toksycznych do środowiska można osiągnąć, wprowadzając mniej niebezpieczne technologie niskoodpadowe. Aby jednak „zawiązać rurę w węzeł”, konieczna jest modernizacja sprzętu w przedsiębiorstwach, co wymaga bardzo dużych inwestycji i dlatego będzie realizowane stopniowo.

Miasta i obiekty przemysłowe (pola naftowe, kamieniołomy pod rozwój węgla i rud, zakłady chemiczne i metalurgiczne) operują energią pochodzącą z innych ekosystemów przemysłowych (kompleks energetyczny), a ich produktami nie są biomasy roślinne i zwierzęce, ale stal, żeliwo i aluminium, różne maszyny i urządzenia, materiały budowlane, tworzywa sztuczne i wiele innych niespotykanych w naturze.

Problemy ekologii miejskiej to przede wszystkim problemy ograniczenia emisji różnych zanieczyszczeń do środowiska oraz ochrony wód, atmosfery i gleby przed miastami. Rozwiązuje się je poprzez tworzenie nowych niskoodpadowych technologii i procesów produkcyjnych oraz wydajnych zakładów przetwarzania.

Rośliny odgrywają ważną rolę w łagodzeniu wpływu miejskich czynników środowiskowych na ludzi. Tereny zielone poprawiają mikroklimat, zatrzymują kurz i gazy oraz korzystnie wpływają na stan psychiczny mieszkańców.

Literatura:

Mirkin B.M., Naumova L.G. Ekologia Rosji. Podręcznik z zestawu federalnego dla klas 9-11 szkoły ogólnokształcącej. Wyd. 2, poprawione.

I dodatkowo. - M.: AO MDS, 1996. - 272 z chor.