Зависимость организмов от факторов среды реферат

Обновлено: 02.07.2024

2.3. Общие законы действия факторов среды на организмы

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

1. Закон оптимума.

Каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы (рис. 1). Результат действия переменного фактора зависит прежде всего от силы его проявления. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

Рис. 1. Схема действия факторов среды на живые организмы

Представители разных видов сильно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по экологической валентности. Так, например, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне более 80 °C (от +30 до -55 °C), тогда как тепловодные рачки Copilia mirabilis выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6 °C (от +23 до + 29 °C). Одна и та же сила проявления фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной – для другого и выходить за пределы выносливости для третьего (рис. 2).

Рис. 2. Положение кривых оптимума на температурной шкале для разных видов:

1, 2 — стенотермные виды, криофилы;

3–7– эвритермные виды;

8, 9 — стенотермные виды, термофилы

Условия, приближающиеся по одному или сразу нескольким факторам к критическим точкам, называют экстремальными.

Положение оптимума и критических точек на градиенте фактора может быть в определенных пределах сдвинуто действием условий среды. Это регулярно происходит у многих видов при смене сезонов года. Зимой, например, воробьи выдерживают сильные морозы, а летом гибнут от охлаждения при температуре чуть ниже нуля. Явление сдвига оптимума по отношению к какому-либо фактору носит название акклимации. В отношении температуры это хорошо известный процесс тепловой закалки организма. Для температурной акклимации необходим значительный период времени. Механизмом является смена в клетках ферментов, катализирующих одни и те же реакции, но при разных температурах (так называемые изоферменты). Каждый фермент кодируется своим геном, следовательно, необходимо выключение одних генов и активация других, транскрипция, трансляция, сборка достаточного количества нового белка и т. п. Общий процесс занимает в среднем около двух недель и стимулируется переменами в окружающей среде. Акклимация, или закалка, – важная адаптация организмов, происходит при постепенно надвигающихся неблагоприятных условиях или при попадании на территории с иным климатом. Она является в этих случаях составной частью общего процесса акклиматизации.

2. Неоднозначность действия фактора на разные функции.

Каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма (рис. 3). Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. Так, температура воздуха от +40 до +45 °C у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение. Для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания половых продуктов, неблагоприятна для икрометания, которое происходит при другом температурном интервале.

Рис. 3. Схема зависимости фотосинтеза и дыхания растения от температуры (по В. Лархеру, 1978): t_мин, t_опт, t_макс– температурный минимум, оптимум и максимум для прироста растений (заштрихованная область)

Жизненный цикл, в котором в определенные периоды организм осуществляет преимущественно те или иные функции (питание, рост, размножение, расселение и т. п.), всегда согласован с сезонными изменениями комплекса факторов среды. Подвижные организмы могут также менять места обитания для успешного осуществления всех своих жизненных функций.

3. Разнообразие индивидуальных реакций на факторы среды. Степень выносливости, критические точки, оптимальная и пессимальные зоны отдельных индивидуумов не совпадают. Эта изменчивость определяется как наследственными качествами особей, так и половыми, возрастными и физиологическими различиями. Например, у бабочки мельничной огневки – одного из вредителей муки и зерновых продуктов – критическая минимальная температура для гусениц -7 °C, для взрослых форм -22 °C, а для яиц -27 °C. Мороз в -10 °C губит гусениц, но не опасен для имаго и яиц этого вредителя. Следовательно, экологическая валентность вида всегда шире экологической валентности каждой отдельной особи.

4. Относительная независимость приспособления организмов к разным факторам. Степень выносливости к какому-нибудь фактору не означает соответствующей экологической валентности вида по отношению к остальным факторам. Например, виды, переносящие широкие изменения температуры, совсем не обязательно должны также быть приспособленными к широким колебаниям влажности или солевого режима. Эвритермные виды могут быть стеногалинными, стенобатными или наоборот. Экологические валентности вида по отношению к разным факторам могут быть очень разнообразными. Это создает чрезвычайное многообразие адаптации в природе. Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида.

5. Несовпадение экологических спектров отдельных видов. Каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Даже у близких по способам адаптации к среде видов существуют различия в отношении к каким-либо отдельным факторам.

Рис. 4. Изменение участия в луговых травостоях отдельных видов растений в зависимости от увлажнения (по Л. Г. Раменскому и др., 1956): 1– клевер луговой; 2– тысячелистник обыкновенный; 3– келерия Делявина; 4– мятлик луговой; 5– типчак; 6– подмаренник настоящий; 7– осока ранняя; 8– таволга обыкновенная; 9– герань холмовая; 10 – короставник полевой; 11– козлобородник коротконосиковый

Правило экологической индивидуальности видов сформулировал русский ботаник Л. Г. Раменский (1924) применительно к растениям (рис. 4), затем оно широко было подтверждено и зоологическими исследованиями.

6. Взаимодействие факторов. Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы (рис. 5). Эта закономерность получила название взаимодействия факторов. Например, жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду. Таким образом, один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковое экологическое воздействие. Наоборот, один и тот же экологический результат может быть получен разными путями. Например, увядание растений можно приостановить путем как увеличения количества влаги в почве, так и снижения температуры воздуха, уменьшающего испарение. Создается эффект частичного взаимозамещения факторов.

Рис. 5. Смертность яиц соснового шелкопряда Dendrolimus pini при разных сочетаниях температуры и влажности

Вместе с тем взаимная компенсация действия факторов среды имеет определенные пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя. Полное отсутствие воды или хотя бы одного из основных элементов минерального питания делает жизнь растения невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий. Крайний дефицит тепла в полярных пустынях нельзя восполнить ни обилием влаги, ни круглосуточной освещенностью.

Учитывая в сельскохозяйственной практике закономерности взаимодействия экологических факторов, можно умело поддерживать оптимальные условия жизнедеятельности культурных растений и домашних животных.

7. Правило ограничивающих факторов. Возможности существования организмов в первую очередь ограничивают те факторы среды, которые наиболее удаляются от оптимума. Если хотя бы один из экологических факторов приближается или выходит за пределы критических величин, то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель. Любые сильно уклоняющиеся от оптимума факторы приобретают первостепенное значение в жизни вида или отдельных его представителей в конкретные отрезки времени.

Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида. Природа этих факторов может быть различной (рис. 6). Так, продвижение вида на север может лимитироваться недостатком тепла, в аридные районы – недостатком влаги или слишком высокими температурами. Ограничивающим распространение фактором могут служить и биотические отношения, например занятость территории более сильным конкурентом или недостаток опылителей для растений. Так, опыление инжира всецело зависит от единственного вида насекомых – осы Blastophaga psenes. Родина этого дерева – Средиземноморье. Завезенный в Калифорнию инжир не плодоносил до тех пор, пока туда не завезли ос-опылителей. Распространение бобовых в Арктике ограничивается распределением опыляющих их шмелей. На острове Диксон, где нет шмелей, не встречаются и бобовые, хотя по температурным условиям существование там этих растений еще допустимо.

Рис. 6. Глубокий снежный покров – лимитирующий фактор в распространении оленей (по Г. А. Новикову, 1981)

Чтобы определить, сможет ли вид существовать в данном географическом районе, нужно в первую очередь выяснить, не выходят ли какие-либо факторы среды за пределы его экологической валентности, особенно в наиболее уязвимый период развития.

Выявление ограничивающих факторов очень важно в практике сельского хозяйства, так как, направив основные усилия на их устранение, можно быстро и эффективно повысить урожайность растений или производительность животных. Так, на сильно кислых почвах урожай пшеницы можно несколько увеличить, применяя разные агрономические воздействия, но наилучший эффект будет получен только в результате известкования, которое снимет ограничивающие действия кислотности. Знание ограничивающих факторов, таким образом, ключ к управлению жизнедеятельностью организмов. В разные периоды жизни особей в качестве ограничивающих выступают различные факторы среды, поэтому требуется умелое и постоянное регулирование условий жизни выращиваемых растений и животных.

Среда и условия существования организмов. Совместное действие экологических факторов. Зависимость действия экологического фактора от его интенсивности. Представление о лимитирующем влиянии максимума наравне с минимумом, закон толерантности В. Шелфорда.

Рубрика	Экология и охрана природы
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	14.08.2016
Размер файла	468,3 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Факторы среды и общие закономерности их действия на организмы

среда лимитирующий шелфорд

1. Среда и условия существования организмов

2. Совместное действие экологических факторов

1. Среда и условия существования организмов

Различают такие понятия, как среда и условия существования организмов.

Среда -- это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Из среды организмы получают все необходимое для жизни и в нее же выделяют продукты обмена веществ. Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть частично или полностью безразличны организму, другие необходимы, а третьи оказывают отрицательное воздействие. Например, заяц-беляк (Lepus timidus) в лесу вступает в определенные взаимоотношения с пищей, водой, химическими соединениями, кислородом, без которых он обойтись не может, в то время как ствол дерева, пень, кочка, валун на его жизнь не оказывают существенного влияния. Заяц вступает с ними во временные связи (укрытие от врага, непогоды), но не обязательные связи.

Условия жизни, или условия существования, -- это совокупность необходимых для организма элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может.

Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Способность к адаптациям -- одно из основных свойств жизни вообще, обеспечивающее возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях -- от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Все приспособления организмов к существованию в различных условиях выработались исторически. В результате сформировались специфические для каждой географической зоны группировки растений и животных.

Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами (табл. 3.1).

Многообразие экологических факторов подразделяется на две большие группы: абиотические и биотические.

Абиотические факторы -- это комплекс условий неорганической среды, влияющих на организм.

Таблица 1. Различные подходы к классификации экологических факторов

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

АБИОТИЧЕСКИЕ

БИОТИЧЕСКИЕ

Свет, температура, влага, ветер, воздух, давление, течения, долгота дня и т. д.

Механический состав почвы, ее проницаемость, влагоемкость

Содержание в почве или воде элементов питания, газовый состав, соленость воды

Влияние растений на других членов биоценоза

Влияние животных на других членов биоценоза

Антропогенные факторы, возникающие в результате деятельности человека

ПО ПЕРИОДИЧНОСТИ

ПО ОЧЕРЕДНОСТИ

ПО ПРОИСХОЖДЕНИЮ

ПО СРЕДЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ

Антропогенный (в том числе техногенный, загрязнение среды, в том числе беспокойстве

Совокупность факторов одного рода составляет верхний уровень понятий. Нижний уровень понятий связан с познанием отдельных экологических факторов.

Влияние факторов среды определяется прежде всего их воздействием на обмен веществ организмов. Отсюда все экологические факторы по их действию можно подразделить на прямодействующие и косвеннодействующие. Те и другие могут оказывать существенные воздействия на жизнь отдельных организмов и на все сообщество. Экологические факторы могут выступать то в виде прямодействующего, то в виде косвенного. Каждый экологический фактор характеризуется определенными количественными показателями, например силой и диапазоном действия.

Для разных видов растений и животных условия, в которых они особенно хорошо себя чувствуют, неодинаковы. Например, некоторые растения предпочитают очень влажную почву, другие -- относительно сухую. Одни требуют сильной жары, другие лучше переносят более холодную среду и т. д.

Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект -- пессимумом, т. е. условия, при которых жизнедеятельность организма максимально угнетается, но он еще может существовать. Так, при выращивании растений при различных температурах точка, при которой наблюдается максимальный рост, и будет оптимумом. В большинстве случаев это некий диапазон температур, составляющий несколько градусов, поэтому лучше здесь говорить о зоне оптимума. Весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которых еще возможен рост, называют диапазоном устойчивости (выносливости) или толерантности. Точки, ограничивающие его, т. е. максимальная и минимальная, пригодные для жизни температуры, -- это пределы устойчивости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости по мере приближения к последним растение испытывает все нарастающий стресс, т. е. речь идет о стрессовых зонах или зонах угнетения в рамках диапазона устойчивости (рис. 1). По мере удаления от оптимума вниз и вверх по шкале не только усиливается стресс, а в конечном итоге по достижении пределов устойчивости организма происходит его гибель.

Рис.1. Зависимость действия экологического фактора от его интенсивности

Подобные эксперименты можно провести и для проверки влияния других факторов. Результаты графически будут соответствовать кривой подобного же типа.

Повторяемость наблюдаемых тенденций дает возможность сделать заключение, что здесь речь идет о фундаментальном биологическом принципе. Для каждого вида растений (животных) существуют оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости или выносливости в отношении каждого средового фактора.

При значении фактора, близком к пределам выносливости или толерантности, организм обычно может существовать лишь непродолжительное время. В более узком интервале условий возможно длительное существование и рост особей. Еще в более узком диапазоне происходит размножение, и вид может существовать неограниченно долго. Обычно где-то в средней части диапазона устойчивости имеются условия, наиболее благоприятные для жизнедеятельности, роста и размножения. Эти условия называют оптимальными, в которых особи данного вида оказываются наиболее приспособленными, т. е. оставляют наибольшее число потомков. На практике выявить такие условия сложно, и обычно определяют оптимум для отдельных показателей жизнедеятельности -- скорости роста, выживаемости и т. п.

Виды, способные существовать при небольших отклонениях от фактора, от оптимальной величины, называются узкоспециализированными, а выдерживающие значительные изменения фактора -- широкоприспособленными. К узкоспециализированным видам относятся, например, организмы пресных вод, нормальная жизнь которых сохраняется при низком содержании солей в среде. Для большинства обитателей морей, наоборот, нормальная жизнедеятельность сохраняется при высокой концентрации солей в окружающей среде. Отсюда пресноводные и морские виды обладают невысокой экологической пластичностью по отношению к солености. В то же время, например, трехиглой колюшке свойственна высокая экологическая пластичность, так как она может жить как в пресных, так и в соленых водах.

Экологически выносливые виды называют эврибионтными (eyros -- широкий): маловыносливые -- стенобионтными (stenos -- узкий). Эврибионтность и стенобионтность характеризуют различные типы приспособления организмов к выживанию. Виды, длительное время развивающиеся в относительно стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность и вырабатывают черты стенобионтности, тогда как виды, существовавшие при значительных колебаниях факторов среды, приобретают повышенную экологическую пластичность и становятся эврибионтными (рис. 2).

Рис. 2. Экологическая пластичность видов (по Ю. Одуму, 1975)

Эврибионтность, как правило, способствует широкому распространению видов. Многие простейшие, грибы (типичные эврибионты) являются космополитами и распространены повсеместно. Стенобионтность обычно ограничивает ареалы. В то же время, нередко благодаря высокой специализированности, стенобионтам принадлежат обширные территории. Например, рыбоядная птица скопа (Pandion haliaetus) -- типичный стенофаг, а по отношению же к другим факторам является эврибионтом, обладает способностью в поисках пищи передвигаться на большие расстояния и занимает значительный ареал.

Все факторы среды взаимосвязаны, и среди них нет абсолютно безразличных для любого организма. Популяция и вид в целом реагируют на эти факторы, воспринимая их по-разному. Такая избирательность обусловливает и избирательное отношение организмов к заселению той или иной территории.

Различные виды организмов предъявляют неодинаковые требования к почвенным условиям, температуре, влажности, свету и т. д. Поэтому на разных почвах, в разных климатических поясах произрастают различные растения. С другой стороны, в растительных ассоциациях формируются разные условия для животных. Приспосабливаясь к абиотическим факторам среды и вступая в определенные биотические связи друг с другом, растения, животные и микроорганизмы распределяются по различным средам и формируют многообразные экосистемы, объединяющиеся в биосферу Земли. Следовательно, к каждому из факторов среды особи и формирующиеся из них популяции приспосабливаются относительно независимым путем. Экологическая валентность их по отношению к разным факторам оказывается неодинаковой. Каждый вид обладает специфическим экологическим спектром, т. е. суммой экологических валентностей по отношению к факторам среды.

2. Совместное действие экологических факторов

В комплексном действии среды факторы по своему воздействию неравноценны для организмов. Их можно подразделить на ведущие (главные) и фоновые (сопутствующие, второстепенные). Ведущие факторы различны для разных организмов, если даже они живут в одном месте. В роли ведущего фактора на разных этапах жизни организма могут выступать то одни, то другие элементы среды. Например, в жизни многих культурных растений, таких, как злаки, в период прорастания ведущим фактором является температура, в период колошения и цветения -- почвенная влага, в период созревания -- количество питательных веществ и влажность воздуха. Роль ведущего фактора в разное время года может меняться. Так, в пробуждении активности у птиц (синицы, воробьи) в конце зимы ведущим фактором является свет, и в частности длина дня, то летом его действие становится равнозначным температурному фактору.

Ведущий фактор может быть неодинаков у одних и тех же видов, живущих в разных физико-географических условиях. Например, активность комаров, мошек, мокрецов в теплых районах определяется комплексом светового режима, тогда как на севере -- изменениями температуры.

Понятие о ведущих факторах нельзя смешивать с понятием об ограничивающих факторах. Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма, называется ограничивающим, или лимитирующим. Ограничивающее действие фактора будет проявляться и в том случае, когда другие факторы среды благоприятны или даже оптимальны. В роли ограничивающего фактора могут выступать как ведущие, так и фоновые экологические факторы.

Длина самой короткой доски определяет уровень, до которого можно наполнить бочку водой. Следовательно, длина этой доски -- лимитирующий фактор для количества воды, которую можно налить в бочку. Длина других досок уже не имеет значения.

Поясним закон минимума Либиха на конкретных примерах. В почве содержатся все элементы минерального питания, необходимые для данного вида растений, кроме одного из них, например бора или цинка. Рост растений на такой почве будет сильно угнетен или вообще невозможен. Если мы теперь добавим в почву нужное количество бора (цинка), это приведет к увеличению урожая. Но если мы будем вносить любые другие химические соединения (например, азот, фосфор, калий) и даже добьемся того, что все они будут содержаться в оптимальных количествах, а бор (цинк) будет отсутствовать, это не даст никакого эффекта. Точно так же, если кислотность (рН) почвы отклоняется от оптимума, например для озимой ржи, то никакие агротехнические мероприятия, кроме снижающего кислотность известкования, не помогут существенно увеличить урожайность этой культуры на данном поле. Закон минимума Либиха относится ко всем влияющим на организм абиотическим и биотическим факторам. Это может быть, например, конкуренция со стороны другого вида, присутствие хищника и паразита. Сформулированный закон применим как к растениям, так и животным.

Рис. 4. Влияние загрязняющего атмосферный воздух вещества на организм человека

Таким образом, С_лим одновременно является пороговой концентрацией С_пор и максимально допустимой С_мах для организма человека. В санитарной охране окружающей среды С_лим имеет смысл предельно допустимой концентрации -- С_пдк (или просто ПДК).

Ценность концепции лимитирующих факторов состоит в том, что она дает экологу отправную точку при исследовании сложных ситуаций. Изучая конкретную ситуацию, эколог может выделить слабые звенья и сфокусировать внимание на тех условиях среды, которые с наибольшей вероятностью могут оказаться критическими или лимитирующими. Если для организма характерен широкий диапазон выносливости (устойчивости, толерантности) к фактору, отличающемуся относительным постоянством, и присутствует в среде в умеренных количествах, вряд ли такой фактор является лимитирующим. Наоборот, если известно, что тот или иной организм обладает узким диапазоном толерантности к какому-то изменчивому фактору, то именно этот фактор и заслуживает внимательного изучения, так как он может быть лимитирующим. Так, содержание кислорода в наземных местообитаниях настолько велико и он столь доступен, что редко служит лимитирующим фактором для наземных организмов, за исключением паразитов, обитателей почв или больших высот. Тогда как в воде кислорода сравнительно мало, его содержание там нередко значительно варьируется, и вследствие этого для водных организмов, в первую очередь животных, он часто служит важным лимитирующим фактором. Поэтому эколог-гидробиолог всегда имеет наготове прибор для определения количества кислорода и измеряет содержание этого газа в ходе изучения любой незнакомой ситуации. Экологу же, изучающему наземные экосистемы, реже приходится измерять содержание кислорода. В целом же смысл анализа условий среды, например, при оценке воздействия человека на природную среду, состоит в следующем:

- определить, как эти факторы влияют на особей, популяции, сообщества, тогда удается довольно точно предсказать результат нарушений среды или планируемых ее изменений.

Гурова Т. Ф., Основы экологии и рационального природопользования: Учеб. пособие / Т. Ф. Гурова, Л. В. Назаренко. - М.: Издательство Оникс, 2005.

Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология. Учебное пособие для вузов. - Ростов /на/Дону. Феникс, 2005.

Природопользование, охрана окружающей среды и экономика: Теория и практикум: Учеб. пособие / Под ред. А. П. Хаустова. - М.: Изд-во РУДН, 2006. - С. 36-234.

Реймерс Н. Ф. Природопользование: Словарь - справочник. - М.: Мысль, 1990.

Экология и безопасность жизнедеятельности. Учебное пособие для ВУЗОВ/ Под ред. Л. А. Муравья - М.: ЮНИТИ, 2003.

Агаджанян Н. А., Торшин В. И. Экология человека. М.: КРУК, 1994.

Акимова Т. А., Хаскин В. В. Основы экоразвития: Учеб. пособие. - М.: Изд-во Рос. экон. акад., 1994.

Акимова Т. А., Хаскин В. В. Экология. Человек - Экономика - Биота - Среда: учебник для студентов вузов - 3 - е изд., перераб. и доп. - М.: ЮНИТИ - ДАНА, 2006.

Антипова А. В. География России. Эколого-географический анализ территории: Учеб. пособие. - М.: МНЭПУ, 2001.

Атлас. Окружающая среда и здоровье населения России. - М., 1995.

Афанасьев В.Г. Социальная информация. М., 1994.

Подобные документы

Общие правила и закономерности влияния экологических факторов на живые организмы. Классификация экологических факторов. Характеристика абиотических и биотических факторов. Понятие об оптимуме. Закон минимума Либиха. Закон лимитирующих факторов Шелфорда.

курсовая работа [445,5 K], добавлен 06.01.2015

Сравнительная характеристика сред обитания и адаптаций к ним организмов. Условия обитания организмов воздушной и водной среды. Понятие и классификация экологических факторов, законы их действия (закон оптимума, минимума, взаимозаменяемости факторов).

презентация [6,8 M], добавлен 06.06.2017

Закономерности совместного действия факторов среды на организмы. Понятие об оптимальных и пессимальных условиях жизнедеятельности. Закон Либиха, или "закон минимума", или закон ограничивающего фактора. Понятие о толерантности, эврибионты и стенобионты.

реферат [3,3 M], добавлен 30.11.2010

Среды обитания как все, что окружает живой организм и с чем он непосредственно взаимодействует, их разновидности и закономерности функционирования. Закон оптимума. Потенциальная и реализованная экологическая ниша. Действие различных факторов на организм.

презентация [1,1 M], добавлен 11.04.2014

Среда обитания, условия существования и природные ресурсы, понятие биотических, абиотических и антропогенных факторов. Лимитирующие факторы и их представление с помощью законов минимума и толерантности. Взаимодействие и компенсация экологических факторов.

Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ

Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation

Общие законы зависимости организмов от факторов среды

Любые свойства или компоненты внешней среды, оказывающие влияние на организмы, называют экологическими факторами. Свет, тепло, концентрация солей в воде или почве, ветер, град, враги и возбудители болезней – все это экологические факторы, перечень которых может быть очень большим.

Среди них различают абиотические, относящиеся к неживой природе, и биотические, связанные с влиянием организмов друг на друга.

Среди факторов среды, от которых зависят организмы, различают ресурсы и условия. Ресурсы организмы используют, потребляют и тем самым уменьшают их количество для других. К ресурсам относят пищу, убежища, удобные места для размножения и т. п. Условия – это такие факторы, к которым организмы вынуждены приспосабливаться, но повлиять на них, обычно, не могут. Один и тот же фактор среды может быть ресурсом для одних и условием для других видов. Например, свет – жизненно необходимый энергетический ресурс для фотосинтезирующих растений, а для обладающих зрением животных – условие, при котором они могут видеть окружающие предметы и ориентироваться в пространстве. Вода для многих организмов может быть и условием жизни, и ресурсом.

Экологические факторы чрезвычайно разнообразны, и каждый вид, испытывая их влияние, отвечает на него по-разному. Тем не менее есть некоторые общие законы, которым подчиняются ответные реакции организмов на любой фактор среды.

Главный из них – закон оптимума . Он отражает то, как переносят живые организмы разную силу действия экологических факторов. Сила воздействия каждого из них постоянно меняется. Мы живем в мире с переменными условиями, и лишь в определенных местах планеты значения некоторых факторов более или менее постоянны (в глубине пещер, на дне океанов).

Закон оптимума выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы.

При отклонении от этих пределов знак воздействия меняется на противоположный. Например, животные и растения плохо переносят сильную жару и сильные морозы; оптимальными являются средние температуры. Точно так же и засуха, и постоянные проливные дожди одинаково неблагоприятны для урожая. Закон оптимума свидетельствует о мере каждого фактора для жизнеспособности организмов. На графике он выражается симметричной кривой, показывающей, как изменяется жизнедеятельность вида при постепенном увеличении воздействия фактора.

В центре под кривой – зона оптимума . При оптимальных значениях фактора организмы активно растут, питаются, размножаются. Чем больше отклоняется значение фактора вправо или влево, т. е. в сторону уменьшения или увеличения силы действия, тем менее благоприятно это для организмов. Кривая, отражающая жизнедеятельность, резко спускается вниз по обе стороны от оптимума. Здесь располагаются две зоны пессимума . При пересечении кривой с горизонтальной осью находятся две критические точки . Это такие значения фактора, которые организмы уже не выдерживают, за их пределами наступает смерть. Расстояние между критическими точками показывает степень выносливости организмов к изменению фактора. Условия, близкие к критическим точкам, особенно тяжелы для выживания. Такие условия называют экстремальными .

Чем больше значения факторов удаляются от оптимальных, тем меньше видов может приспособиться к жизни в таких условиях. Например, на дне самых глубоководных океанических впадин, где давление достигает более 1000 атмосфер и мало пищи, обнаружено всего около 20 видов многоклеточных животных, на глубинах в 6 км – 140, а в поверхностных слоях океанов – многие тысячи видов. В ряду соленых озер Западной Европы гидробиологи обнаружили при концентрации солей 30 г/л 64 вида, при 100 г/л – 38 видов, при 160 г/л – 12 видов, а при 200 г/л – всего 1 вид.

Если начертить кривые оптимума какого-либо фактора, например температуры, для разных видов, то они не совпадут.

Положение кривых оптимума на температурной шкале для разных видов

Часто то, что является оптимальным для одного вида, для другого представляет пессимум или даже находится за пределами критических точек. Верблюды и тушканчики не могли бы жить в тундре, а северные олени и лемминги – в жарких южных пустынях.

Экологическое разнообразие видов проявляется и в положении критических точек: у одних они сближены, у других – широко расставлены. Это значит, что ряд видов может жить только в очень стабильных условиях, при незначительном изменении экологических факторов, а другие выдерживают широкие их колебания. Например, растение недотрога вянет, если воздух не насыщен водяными парами, а ковыль хорошо переносит изменения влажности и не погибает даже в засуху.

Таким образом, закон оптимума показывает нам, что для каждого вида есть своя мера влияния каждого фактора. И уменьшение, и усиление воздействия за пределами этой меры ведет к гибели организмов.

Для понимания связи видов со средой не менее важен закон ограничивающего фактора .

В природе на организмы одновременно влияет целый комплекс факторов среды в разных комбинациях и с разной силой. Вычленить роль каждого из них непросто. Какой из них значит больше, чем другие? То, что мы знаем о законе оптимума, позволяет понять, что нет всецело положительных или отрицательных, важных или второстепенных факторов, а все зависит от силы воздействия каждого.

Закон ограничивающего фактора гласит, что наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений.

Именно от него и зависит в данный конкретный период выживание особей. В другие отрезки времени ограничивающими могут стать другие факторы, и в течение жизни организмы встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности.

Глубина снежного покрова – ограничивающий фактор в распространении оленей

Озимая совка – вредитель зерновых и овощных культур, встречается в таежной, лесостепной и степной зонах. Зимуют в почве взрослые гусеницы, накопившие жировое тело, они могут переносить морозы до –11 °С, а гусеницы младших возрастов не выдерживают охлаждения ниже -5 °С. Восточная граница распространения озимой совки совпадает с январской изотермой -20 °С, и в Сибири этот вид отсутствует. Зимняя температура – фактор, ограничивающий распространение вида.

С законами оптимума и ограничивающего фактора постоянно сталкивается практика сельского хозяйства. Например, рост и развитие пшеницы , а следовательно, и получение урожая постоянно ограничиваются то критическими температурами, то недостатком или избытком влаги, то нехваткой минеральных удобрений, а иногда и такими катастрофическими воздействиями, как град и бури. Требуется много сил и средств, чтобы поддерживать оптимальные условия для посевов, и при этом в первую очередь компенсировать или смягчать действие именно ограничивающих факторов.

Правило ограничивающих факторов очень важно в агрономии. Немецкий химик Ю. Либих установил, что растения не могут дать урожай больше того, который позволяет главный ограничивающий фактор. Если все другие условия благоприятны, но среди минеральных солей, необходимых растению, фосфора содержится только 50% от требуемого, а кальция – 20%, значит, урожай будет в 5 раз меньше возможного. Главный ограничитель в этих условиях – кальций. Внесем его в почву до нормы. Урожай поднимется, но все равно будет вдвое ниже ожидаемого. Теперь главный ограничитель – фосфор. Так как Ю. Либих изучал только влияние недостаточных доз удобрений, его выводы получили название "правило минимума". Позднее выяснилось, что и избыток минеральных солей тоже тормозит урожай, так как при этом нарушается всасывание растворов корнями. При идеальной агротехнике все элементы питания даются растениям в строго оптимальной дозировке.

Раздел ОГЭ: 5.1. Влияние экологических факторов на организмы. Приспособления организмов к различным экологическим факторам. Популяция. Взаимодействия разных видов (конкуренция, хищничество, симбиоз, паразитизм). Сезонные изменения в живой природе

Экология — наука о взаимоотношениях живых организмов с окружающей средой.

Любой компонент среды, способный оказывать влияние на живые организмы, называют экологическим фактором.

Каждый вид приспособлен к определённым значениям факторов среды. Так, существуют теплолюбивые и холодостойкие, влаголюбивые и засухоустойчивые виды.

Пределы колебаний фактора, при которых возможно существование данного вида организмов (например, температура от О °С до 45 °С), называют диапазоном устойчивости или пределами выносливости вида. При этом оптимальным, наиболее благоприятным для данного вида является более узкий диапазон (например, температура от 18 °С до 28 °С). Биологический оптимум — это наилучшее сочетание условий для вида (например, температура от 18 °С до 28 °С, влажность от 60% до 85% и т. д.).

Если в определённой местности какой-то из факторов приближается к пределу максимума или минимума диапазона устойчивости вида, то недостаток или избыток именно этого фактора ограничивает возможности нормальной жизнедеятельности, и такой фактор называют лимитирующим или ограничивающим. Например, в пустыне ограничивающим фактором для растений является количество влаги.

Экологические факторы действуют на организм в комплексе, поэтому ему легче перенести отклонение какого-то фактора от нормы, если остальные факторы близки к оптимуму. Сочетание жаркой и засушливой погоды неблагоприятно для растений средней полосы, поскольку чрезмерное повышение температуры организма может быть предотвращено с помощью испарения воды. Однако, если и воды в окружающей среде недостаточно, перенести такое сочетание факторов трудно. Теплокровные животные в морозы могут замерзать при нехватке корма и нормально себя чувствовать, если корма достаточно.

Приспособления живых организмов к различным экологическим факторам выражаются в особенностях:

строения (морфологические приспособления, например большая или меньшая длина корней растений или ушей животных);
процессов жизнедеятельности (физиологические приспособления, например, аэробность или анаэробность организмов, возможности повышения или снижения плодовитости);
поведения (этологические приспособления, например у животных есть возможность перейти в тень или мигрировать) (табл. 2, разд. 3.6).

Конкретные приспособления или адаптации зависят прежде всего от среды обитания.

В пределах среды жизни организмы разных видов предпочитают местообитания с конкретными условиями, к которым имеются приспособления. Организмы с приспособлениями к определённым взаимоотношениям со средой образуют экологические группы.

У разных водных обитателей есть приспособления к степени солёности воды (см. с. 54, 55), концентрации в ней растворённого кислорода.

Для растений важен режим освещённости (светолюбивые растения имеют более толстые листовые пластинки, теневыносливые — тонкие). Для растений, обитающих на суше, особенно важен режим влажности.

У наземных животных стратегии выживания в неблагоприятных температурных условиях зависят от того, теплокровны они или холоднокровны. Холоднокровные обычно прекращают активность при температуре свыше 45 °С и ниже О °С. Теплокровные сохраняют тепло с помощью перьев или меха, жировой прослойки. Они могут впадать в спячку (с понижением температуры тела до 5 °С — ежи, летучие мыши) или зимний покой (в состоянии уменьшенной активности и обмена веществ — белки, хомяки) или мигрировать, что обычно связано с недоступностью кормовой базы. В жару животные снижают физическую активность, ищут укрытия, некоторые выделяют пот. Усилению теплоотдачи способствует относительно большая поверхность тела, поэтому среди близких видов обычно более крупные с маленькими ушами обитают в более холодном климате. Среди животных также выделяют экологические группы.

Для питания различными видами пищи у птиц формируются особые приспособления, выражающиеся в форме клюва и лап, скорости полёта, особенностях зрения.

Сезонные изменения в природе

К периодичности действия факторов (смене дня и ночи и времён года, фаз Луны, приливов и отливов) организмы приспосабливаются с помощью наследственно закреплённых биоритмов.

Фотопериодизм — реакция организмов на изменение длины светового дня (фотопериода). Например, существуют растения, которые цветут при большой продолжительности светового дня. Такие растения называют длиннодневными (лён, овёс). Растения, цветущие при меньшей продолжительности фотопериода, называют короткодневными (магнолии), обычно это растения южного происхождения. Если такие растения выращивают в северных районах, то они зацветают ближе к осени, когда день становится короче.

Фотопериодические реакции обеспечивают не только приспособление к сезонным изменениям абиотических факторов, но и приспособление к совместному обитанию в биоценозе. Так, в лесу многие растения цветут до распускания основной массы листьев.

При смене сезонов — наступлении зимы — листопадные деревья и кустарники уменьшают испарение, сбрасывая листья, а также концентрируют соки, прекращая всасывание воды и запасая питательные вещества (концентрированные коллоидные растворы не замерзают).

У многолетних и двулетних трав отмирает надземная часть, и растение зимует в виде корневищ, клубней или луковиц. Однолетние растения отмирают целиком, оставляя на зиму семена.

Большинство наземных холоднокровных животных впадают в оцепенение, многие насекомые зимуют на покоящихся стадиях развития (яйца, куколки), теплокровные линяют, применяют другие стратегии (см. выше).

Для рассмотрения вопросов о взаимоотношениях организмов с биотическими факторами среды важно учесть, что в экосистемах обитают не одиночные особи, а популяции различных видов.

Популяции

Популяциями называют совместно обитающие группы особей одного вида, не имеющих преград для скрещивания.

Особи популяции так или иначе связаны между собой (имеются внутривидовые отношения) и с особями других видов (межвидовые отношения). Внутривидовые отношения часто характеризуются конкуренцией (за пищу, самок, у растений — за свет и т. д.). Иногда наблюдаются формы группового поведения.

Внутри- и межвидовые отношения и действие условий среды определяют численность популяции — общее число её особей.

Изменение численности зависит от таких характеристик, как возрастная и половая структура, рождаемость, смертность и ёмкость среды, т. е. предельная допустимая плотность популяции в данных условиях.

Плотность популяции — число особей (или биомасса), приходящееся на единицу площади или объёма биогеоценоза.

Численность популяций подвержена колебаниям: наблюдаются согласованные колебания хищников и жертв, для некоторых видов (например, насекомых) характерны сильные сезонные колебания. Однако численность популяции не должна быть ниже определённого предела, иначе любое случайное событие (пожар, наводнение) с большой вероятностью уничтожит её полностью.

Читайте также: