Все живое на Земле связано со средой обитания, которая включает разнообразные географические области и населяющие их сообщества живых организмов. По характеру действия связи организма со средой могут быть абиотическими (сюда относятся факторы неживой природы - физические и химические условия среды) и биотическими (факторы живой природы - межвидовые и внутривидовые взаимоотношения).
Жизнедеятельность организмов невозможна без постоянного притока энергии извне. Ее источником является Солнце. Вращение Земли вокруг своей оси приводит к неравномерному распределению энергии Солнца, его теплового излучения. В связи с этим атмосфера над сушей и океаном нагревается неодинаково, а различия в температуре местности и давлении вызывают перемещения воздушных масс, изменение влажности воздуха, что влияет на ход химических реакций, физических превращений и прямо или косвенно - на все биологические явления (характер расселения жизни, биоритмы и т. п.). Регулирующее влияние на плотность жизни оказывает комплекс факторов: свет, температура, вода, минеральные питательные вещества и др. Эволюция жизни осуществлялась в направлении эффективного приспособления к этим факторам: "колебаниям влажности, освещения, температуры, ветра, силы тяжести и др. Взаимосвязи организмов между собой и со средой обитания изучает наука экологи я. Рассмотрим значение, отдельных экологических факторов.
Свет - основной источник энергии на Земле. Природа света двойственна: с одной стороны он представляет собой поток элементарных физических частиц - корпускул, или фотонов, не имеющих заряда, с другой - обладает волновыми свойствами. Чем меньше длина волны фотона, тем выше его энергия, и наоборот. Энергия фотонов служит источником обеспечения энергетических потребностей растений при фотосинтезе, поэтому зеленое растение не может существовать без света.
Свет (освещенность) представляет собой мощный стимул активности организмов - фотопериодизма в жизни растений (рост, цветение, опадание листвы) и животных (линька, накопление жира, миграции и размножение птиц и млекопитающих, наступление стадии покоя - диапаузы, поведенческие реакции и др.). Продолжительность светового дня зависит от географической широты. С этим связано существование растений длинного дня, цветение которых наступает при продолжительности светлого периода суток 12 ч и более (картофель, рожь, овес, пшеница и др.), и растений короткого дня с фотопериодом 12 ч и менее (большинство тропических цветковых растений, соя, просо, конопля, кукуруза и многие другие растения умеренной зоны). Но есть растения, цветение которых не зависит от длины дня (томаты, одуванчик и др.). Ритмы освещенности вызывают у животных различную активность в дневное и ночное время суток или в сумерки, а также сезонные явления: весной - подготовку к размножению, осенью - к зимней спячке, линьку.
Коротковолновая радиация Солнца (290 нм) представляет собой ультрафиолетовые лучи (УФ). Большая часть их поглощается слоем озона в верхних участках атмосферы; на Землю проникают УФ-лучи с меньшей энергией (300-400 нм), которые губительны для многих микроорганизмов и их спор; в организме человека и животных эти лучи активируют синтез витамина Д из холестерина и образование пигментов кожи и глаза. Средневолновая радиация (600-700 нм) представляет собой оранжевую часть спектра и поглощается растением при фотосинтезе.
Как проявление приспособительных реакций на смену дня и ночи у животных и человека наблюдается суточная ритмичность интенсивности обмена веществ, частоты дыхания, сердечных сокращений и уровня кровяного давления, температуры тела, клеточных делений и т.д. У человека выявлено более ста физиологических процессов биоритмологического характера, благодаря которым у здоровых людей наблюдается согласованность различных функций. Исследование биоритмов имеет большое значение для разработки мер, облегчающих адаптацию человека к новым условиям при дальних перелетах, переселении людей в районы Сибири, Дальнего Востока, Севера, Антарктиды.
Считают, что нарушение регуляторных механизмов по поддержанию внутренней среды организма (гомеостаза) - последствие урбанизации и индустриализации: чем дольше организм изолирован от внешних климатических факторов и находится в комфортных условиях микроклимата помещения, тем заметнее снижаются его приспособительные реакции к перемене погодных факторов, нарушается способность к терморегуляции, чаще возникают расстройства сердечно-сосудистой деятельности.
Биологический эффект фотонов состоит в том, что их энергия в организме животных вызывает возбужденное состояние электронов в молекулах пигментов (порфиринов, каротиноидов, флавинов), которые возникший избыток своей энергии передают другим молекулам, и таким путем запускается цепь химических превращений. Белки и нуклеиновые кислоты поглощают УФ-лучи с длиной волны 250-320 нм, что может вызвать генетический эффект (генные мутации); лучи меньшей длины волны (200 нм и меньше) не только возбуждают молекулы, но и могут их разрушить.
В последние годы большое внимание уделяется изучению процесса фотореактивации - способности клеток Микроорганизмов ослаблять и полностью устранять повреждающий эффект УФ-облучения ДНК, если облученные клетки выращивать затем не в темноте, а на видимом свету. Фотореактивация - явление универсальное, осуществляется при участии специфических клеточиых ферментов, действие которых активируется квантами света определенной длины волны.
Температура оказывает регулирующее влияние на многие процессы жизни растений и животных, изменяя интенсивность обмена веществ. Активность клеточных ферментов лежит в пределах от 10 до 40 °С, при низких температурах реакции идут замедленно, но при достижении оптимальной температуры активность ферментов восстанавливается. Пределы выносливости организмов в отношении температурного фактора для большинства видов не превышают 40-45 °С, пониженные температуры оказывают менее неблагоприятное воздействие на организм, чем высокие. Жизнедеятельность организма осуществляется в пределах от -4 до 45 °С. Однако небольшая группа низших организмов способна обитать в горячих источниках при температуре 85 °С (серные бактерии, синезеленые водоросли, некоторые круглые черви), многие низшие организмы легко выдерживают очень низкие температуры (их устойчивость к замерзанию объясняется высокой концентрацией солей и органических веществ в цитоплазме).
У каждого вида животных, растений и микроорганизмов выработались необходимые приспособления как к высоким, так и к низким температурам. Так, многие насекомые при наступлении холодов скрываются в почве, под корой деревьев, в трещинах скал, лягушки зарываются в ил на дне водоемов, некоторые наземные животные впадают в спячку и оцепенение. Приспособление от перегрева в жаркое время года у растений выражается в увеличении испарения воды через устьица, у животных - в виде испарения воды через дыхательную систему и кожные покровы. Животные, не обладающие системой активной терморегуляции (холоднокровные, или пойкилотермные), колебания внешней температуры переносят плохо, поэтому их ареалы на суше относительно ограничены (амфибии, рептилии). С наступлением холодов у них снижается обмен веществ, потребление пищи и кислорода, они погружаются в спячку или впадают в состояние анабиоза (резкое замедление жизненных процессов при сохранении способности к оживлению), а при благоприятных погодных условиях пробуждаются и снова начинают активную жизнь. Споры и семена растений, а среди животных - инфузории, коловратки, клопы, клещи и др. - могут много лет находиться в состоянии анабиоза. Теплокровность у млекопитающих и птиц дает им возможность переносить неблагоприятные условия в активном состоянии, пользуясь убежищами, поэтому они в меньшей степени зависят от окружающей среды. В период чрезмерного повышения температуры в условиях пустыни животные приспособились переносить жару путем погружения в летнюю спячку. Растения пустынь и полупустынь весной за очень короткий срок завершают вегетацию и после созревания семян сбрасывают листву, вступая в фазу покоя (тюльпаны, мятлик луковичный, иерихонская роза и др.).
Вода. Энергией Солнца вода поднимается с поверхности морей и океанов и возвращается на Землю в виде разнообразных осадков, оказывая разностороннее влияние на организмы. Вода - важнейший компонент клетки, на ее долю приходится 60-80% ее массы. Биологическое значение воды обусловлено ее физико-химическими свойствами. Молекула воды полярна, поэтому она способна притягиваться к различным другим молекулам и ослаблять интенсивность взаимодействия между зарядами этих молекул, образуя с ними гидраты, т. е. выступать в качестве растворителя. Многие, вещества вступают в разнообразные химические реакции только в присутствии воды.
Диэлектрические свойства, наличие связей между молекулами обусловливают большую теплоемкость воды, что создает в живых системах "тепловой буфер", предохраняя неустойчивые структуры клетки от повреждения при местном кратковременном освобождении тепловой энергии. Поглощая тепло при переходе из жидкого в газообразное состояние, вода производит охлаждающий; эффект испарения, используемый организмами для регуляции температуры тела. Благодаря большой теплоемкости вода играет роль основного терморегулятора климата. Ее медленное нагревание и охлаждение регулируют колебания температуры океанов и озер: летом и днем в них накапливается тепло, которое они отдают зимой и ночью. Стабилизации климата способствует также постоянный обмен диоксидом углерода между воздушной и водной оболочками земного шара и горными породами, а также растительным и животным миром. Вода выполняет транспортную роль в перемещении веществ почвы сверху вниз и в обратном направлении. В почве они служит средой обитания для одноклеточных организмов (амебы, жгутиковые, инфузории, водоросли).
В зависимости от режима влаги растения в местах и обычного произрастания подразделяются на гигрофиты-растения избыточного увлажненных мест, мезофиты-растения достаточно увлажненных мест и ксерофиты - растения сухих местообитаний. Есть еще группа водных цветковых растений - гидрофиты, которые обитают в водной среде (стрелолист, элодея, роголистник). Недостаток влаги служит ограничивающим фактором, определяющим границы жизни и ее зональное распределение. При недостатке воды у животных и растений вырабатываются приспособления к ее добыванию и сохранению. Одна из функций листопада - приспособление против избыточной потери воды. У растений засушливых мест листья мелкие, иногда в форме чешуек (в этом случае стебель принимает на себя функцию фотосинтеза); той же цели служит распределение устьиц на листе, которое может уменьшать испарение воды. Животные в условиях сильно пониженной влажности во избежание потери воды активны ночью, днем они скрываются в норах и даже впадают в оцепенение или спячку. Грызуны не пьют воду, а пополняют ее с растительной пищей. Своеобразным резервуаром воды для животных пустынь являются жировые отложения (горб у верблюда, подкожные отложения жира у грызунов, жировое тело у насекомых), из которых поступает вода, образующаяся в организме при окислительных реакциях в ходе расщепления жира. Таким образом, все факты приспособленности организмов к условиям жизни - яркая иллюстрация целесообразности в живой природе, возникшей под влиянием естественного отбора.
Ионизирующее излучение. Излучение с очень высокой энергией, которое способно приводить к образованию пар положительных и отрицательных ионов, называется ионизирующим. Его источником являются радиоактивные вещества, содер жащиеся в горных породах; кроме того, оно поступает из космоса. Из трех видов ионизирующего излучения, имеющих важ-ное экологическое значение, два представляют собой корпу-скулярное излучение (альфа- и бета-частицы), а третье- электромагнитное (гамма.-излучение и близкое ему рентге-новское излучение). Гамма-излучение легко проникает в живые ткани; это излучение может пройти сквозь организм, не оказав никакого воздействия, или же может вызвать ионизацию на большом отрезке своего пути.
В целом ионизирующее излучение оказывает на более высокоразвитые и сложные организмы наиболее, губительное действие; человек отличается особой чувствительностью.
Загрязняющие вещества.
Эти вещества можно разделить на две группы: природные соединения, являющиеся отходами технологических процессов, и искусственные соединения, не встречающиеся в природе.
К 1-й группе относятся сернистый ангидрид, углекислый газ, оксиды азота, углерода, углеводороды, соединения меди, цинка и ртути и др., минеральные удобрения.
Во 2-ю группу входят искусственные вещества, обла-дающие специальными свойствами, удовлетворяющими по-требности человека:пестициды, используемые для борьбы с животными--вредителями сельскохозяйственных культур, антибиотики, применяемые в медицине и ветеринарии для лечения инфекционных заболеваний. К пестицидам относятся инсектициды - средства для борьбы с вредныминасекомыми и гербициды --. средства для борьбы с сорняками.
Все они обладают определенной токсичностью (ядовитостью) для человека.
К абиотическим факторам относятся также атмосферные газы, минеральные вещества, барометрическое давление, движение воздушных масс и гидросферы (течение), минеральная основа почвы, соленость воды и почвы.
Остановимся на значении минеральных элементов . Ряд неорганических веществ находится в организме в составе солей, а при диссоциации образуют ионы (катионы и анионы): Na+, Mg2+, РО43-, Сl-, К+, Са2+, СО32-, NO3-. Значение ионного состава в клетке выявляется на многих сторонах ее жизнедеятельности. Например, калий избирательно взаимодействует с сократительным белком мышц - миозином, снижая вязкость клеточного сока и вызывая расслабление мышц. Кальций усиливает вязкость цитоплазмы и стимулирует мышечное сокращение, снижает порог возбудимости нервов и освобождается из мембранной системы при мышечном сокращении. В больших дозах кальций потребляется моллюсками и позвоночными, которым он необходим для роста раковины и костей. Натрия много у животных преимущественно во внеклеточной жидкости, а калия - внутри клетки; их взаимоперемещение создает разность электрических потенциалов между жидкостями внутри и вне клеток, что лежит в основе передачи нервных импульсов.
Ионы магния оказывают влияние на агрегацию рибосом: при снижении их концентрации рибосома распадается на две части. Магний входит в состав молекулы хлорофилла и некоторых ферментов. Для осуществления фотосинтеза растениям необходимы Mn, Fe, Cl, Zn; для азотистого обмена - Мо, В, Со, Сu, Si. В состав молекулы гемоглобина входит железо, в состав гормона щитовидной
железы - йод. Цинк участвует во многих реакциях гидролиза, разрывая связи между атомами углерода и кислорода. Отсутствие или недостатокNa+, Mg2+, К+, Са2+,
ведет к потере возбудимости клетки и ее гибели.
В природных условиях недостаток тех или других микроэлементов приводит к развитию эндемичных (свойственных только определенной местности) заболеваний человека: эндемического зоба (недостаток йода в питьевой воде), флюороза и крапчатости зубов (избыточное поступление в организм фтора) и др. Недостаток меди в травах, произрастающих на болотистых и торфяных почвах, ведет к анемии у крупного рогатого скота, расстройству пищеварительной системы, поражению центральной нервной системы, изменению цвета шерсти и т. д.
Нежелателен также избыток микроэлементов. В частности, в некоторых местностях известен стронциевый рахит и хронический молибденовый токсикоз у животных понос у крупного рогатого скота, падение удоя, изменение цвета шерсти). Многие вопросы о роли микроэлементов в возникновении тех или иных физиологических нарушений изучены пока недостаточно.
К абиотическим факторам среды относят субстрат и его состав, влажность, свет и другие виды излучений в природе, и его состав, и микроклимат. Следует отметить, что температуру, состав воздуха, влажность и свет можно условно отнести к «индивидуальным», а субстрат, климат, микроклимат и др. - к «комплексным» факторам.
Субстрат (буквально) - это место прикрепления. Например, для древесных и травянистых форм растений, для почвенных микроорганизмов это почва. В ряде случаев субстрат можно считать синонимом среды обитания (например, почва - это эдафическая среда обитания). Субстрат характеризуется определенным химическим составом, который оказывает влияние на организмы. Если субстрат понимается как среда обитания, то он в этом случае представляет собой комплекс характерных для него биотических и абиотических факторов, к которым приспосабливается тот или иной организм.
Характеристика температуры как абиотического фактора среды
Температура - это экологический фактор, связанный со средней кинетической энергией движения частиц и выражающийся в градусах различных шкал. Наиболее распространенной является шкала в градусах Цельсия (°С), в основу которой положена величина расширения воды (температура кипения воды составляет 100°С). В СИ принята абсолютная шкала температур, для которой температура кипения воды Т кип. воды = 373 К.
Очень часто температура является лимитирующим фактором, определяющим возможность (невозможность) обитания организмов в той или иной среде обитания.
По характеру температуры тел а все организмы разделяют на две группы: пойкилотермные (температура их тела зависит от температуры окружающей среды и является практически такой же, как и температура среды) и гомойотермные (температура их тела не зависит от температуры внешней среды и является более или менее постоянной: если и колеблется, то в небольших пределах - доли градуса).
К пойкилотермным относятся растительные организмы, бактерии, вирусы, грибы, одноклеточные животные, а также животные с относительно низким уровнем организации (рыбы, членистоногие и т. д.).
К гомойотермным относятся птицы и млекопитающие, включая человека. Постоянная температура тела уменьшает зависимость организмов от температуры внешней среды, дает возможность расселения по большему числу экологических ниш как в широтном, так и в вертикальном расселении по планете . Однако и помимо гомойотермности организмы вырабатывают приспособления для преодоления воздействия низких температур.
По характеру перенесения низких температур растения разделяют на теплолюбивые и холодостойкие. К теплолюбивым относят растения юга (бананы, пальмы, южные сорта яблонь, груш, персики, виноград и др.). К холодостойким относят растения средних и северных широт, а также растения, произрастающие высоко в горах (например, мхи, лишайники, сосна, ель, пихта, рожь и т. д.). В средней полосе России выращивают сорта морозостойких фруктовых деревьев, которые специально выводят селекционеры. Первые большие успехи в этой области были достигнуты И. В. Мичуриным и другими народными селекционерами.
Норма реакции организма на температурный фактор (для отдельных организмов) часто узка, т.е. конкретный организм может нормально функционировать в достаточно узком интервале температур. Так, морские позвоночные гибнут при повышении температуры до 30-32°С. Но для живого вещества в целом границы температурного воздействия, при котором сохраняется жизнь, очень широки. Так, в Калифорнии в горячих источниках живет вид рыб, нормально функционирующий при температуре 52°С, а термостойкие бактерии, обитающие в гейзерах, выдерживают температуру до 80°С (это «нормальная» температура для них). В ледниках при температуре -44°С обитают некоторые и т. д.
Роль температуры как экологического фактора сводится к тому, что она влияет на обмен веществ: при низких температурах скорость биоорганических реакций сильно замедляется, а при высоких - значительно увеличивается, что приводит к нарушению равновесия в протекании биохимических процессов, а это вызывает различные заболевания, а иногда и летальный исход.
Влияние температуры, на растительные организмы
Температура не только является фактором, определяющим возможность обитания растений на той или иной территории, но она для некоторых растений оказывает влияние на процесс их развития. Так, озимые сорта пшеницы и ржи, которые при прорастании не подверглись процессу «яровизации» (воздействию низких температур), не дают семян при их произрастании в самых благоприятных условиях.
Для перенесения воздействия низких температур растения имеют различные приспособления.
1. В зимний период цитоплазма теряет воду и накапливает вещества, обладающие эффектом «антифриза» (это моносахара, глицерин и другие вещества) - концентрированные растворы таких веществ замерзают только при низких температурах.
2. Переход растений в стадию (фазу), устойчивую к воздействию низких температур - стадия спор, семян, клубней, луковиц, корневищ, корнеплодов и т. д. Древесные и кустарниковые формы растений сбрасывают листья, стебли покрываются пробкой, обладающей высокими теплоизоляционными свойствами, а в живых клетках накапливаются вещества-антифризы.
Влияние температуры на животные организмы
Температура по-разному влияет на пойкилотермных и гомойотермных животных.
Пойкилотермные животные активны только в период оптимальных для их жизнедеятельности температур. В период низких температур они впадают в спячку (земноводные, пресмыкающиеся, членистоногие и др.). Некоторые насекомые перезимовывают или в виде яиц, или в виде куколок. Нахождение организма в спячке характеризуется состоянием анабиоза, при котором процессы обмена очень сильно заторможены и организм может длительное время обходиться без пищи. В спячку пойкилотермные животные могут впадать и под воздействием высоких температур. Так, животные в нижних широтах в жаркое время дня находятся в норах, а период их активной жизнедеятельности приходится на раннее утро или поздний вечер (либо они ведут ночной образ жизни).
В спячку животные организмы впадают не только за счет воздействия температуры, но и за счет других факторов. Так, медведь (гомойотермное животное) впадает в спячку зимой из-за недостатка пищи.
Гомойотермные животные в меньшей степени в своей жизнедеятельности зависят от температуры, но температура влияет на них с точки зрения наличия (отсутствия) кормовой базы. Эти животные имеют следующие приспособления к преодолению воздействия низких температур:
1) животные перемещаются из более холодных областей в более теплые (перелеты птиц, миграции млекопитающих);
2) изменяют характер покрова (летний мех или оперение заменяются на более густой зимний; накапливают большой слой жира - дикие свиньи, тюлени и др.);
3) впадают в спячку (например, медведь).
Гомойотермные животные имеют приспособления для снижения воздействия температур (как повышенных, так и пониженных). Так, у человека имеются потовые железы, которые изменяют характер секреции при повышенных температурах (количество секрета увеличивается), изменяется просвет кровеносных сосудов в коже (при низких температурах он уменьшается, а при высоких - увеличивается) и т. д.
Излучения как абиотический фактор
И в жизни растений, и в жизни животных огромную роль играют различные излучения, которые или попадают на планету извне (солнечные лучи), или выделяются из недр Земли. Здесь рассмотрим в основном солнечные излучения.
Солнечные излучения неоднородны и состоят из электромагнитных волн разной длины, а следовательно, обладают и различной энергией. Поверхности Земли достигают лучи как видимого, так и невидимого спектра. К лучам невидимого спектра относятся инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, а лучи видимого спектра имеют семь наиболее различимых лучей (от красного до фиолетового). квантов излучений увеличивается от инфракрасного до ультрафиолетового (т. е. ультрафиолетовые лучи содержат кванты наиболее коротких волн и наибольшей энергии).
Солнечные лучи имеют несколько экологически важных функций:
1) благодаря солнечным лучам на поверхности Земли реализуется определенный температурный режим, имеющий широтный и вертикальный зональный характер;
При отсутствии воздействия человека состав воздуха, тем не менее, может различаться в зависимости от высоты над уровнем моря (с высотой содержание кислорода и углекислого газа уменьшается, так как эти газы тяжелее азота). Воздух приморских районов обогащен парами воды, в которых содержатся морские соли в растворенном состоянии. Воздух леса отличается от воздуха полей примесями соединений, выделяемых различными растениями (так, воздух соснового бора содержит большое количество смолистых веществ и эфиров, убивающих болезнетворные микроорганизмы, поэтому этот воздух является целебным для больных туберкулезом).
Важнейшим комплексным абиотическим фактором является климат.
Климат - это совокупный абиотический фактор, включающий в себя определенный состав и уровень солнечной радиации, связанный с ним уровень температурного и влажностного воздействия и определенный режим ветров. Климат зависит также от характера растительности, произрастающей на данной территории, и от рельефа местности.
На Земле наблюдается определенная широтная и вертикальная климатическая зональность. Различают влажный тропический, субтропический, резко континентальный и другие разновидности климата.
Повторите сведения о различных видах климата по учебнику физической географии. Рассмотрите особенности климата той территории, на которой вы живете.
Климат как совокупный фактор формирует тот или иной тип растительности (флоры) и тесно связанный с ним тип фауны. Большое влияние на климат оказывают поселения людей. Климат больших городов отличается от климата пригородных зон.
Сравните температурный режим города, в котором вы живете, и режим температур области, где находится город.
Как правило, температура в черте города (особенно в центре) всегда выше, чем в области.
С климатом тесно связан микроклимат. Причиной возникновения микроклимата являются различия в рельефе на данной территории, наличие водоемов, что приводит к изменению условий на разных территориях данной климатической зоны. Даже на относительно небольшой территории дачного участка на отдельных его частях могут возникать различные условия для произрастания растений из-за разных условий освещения.
Постоянно эволюционируя, человечество не особенно задумывается о том, насколько абиотические факторы – прямо или косвенно влияют на человека. Что такое абиотические условия и почему их, казалось бы, незаметное влияние так важно учитывать? Это определенные физические явления, не относящиеся к живой природе, которые оказывают тем или иным способом влияние на жизнь или среду обитания человека. Грубо говоря, свет, степень влажности, магнитное поле Земли, температура, воздух, которым мы дышим – все эти параметры и называют абиотическими. Под это определение не попадает никоим образом влияние живых организмов, в том числе, бактерии, микроорганизмы и даже простейшие.
Быстрая навигация по статье
Примеры и виды
Мы уже выяснили, что это совокупность явлений неживой природы, которые могут быть климатическими, водными или почвенными. Классификация абиотических факторов условно подразделяется на три вида:
- Химические,
- Физические,
- Механические.
Химическое влияние оказывают органический и минеральный состав почвы, атмосферного воздуха, грунтовых и других вод. К физическим можно отнести естественное освещение, давление, температуру и влажность окружающей среды. Соответственно, механическими факторами считаются циклоны, солнечная активность, почвенное, воздушное и водное движение в природе. Совокупность всех этих параметров, оказывает колоссальное влияние на размножение, распространение и качество жизни всего живого на нашей планете. И если современный человек думает, что все эти явления, буквально управляющие жизнью его древних предков, сейчас удалось приручить с помощью прогрессивных технологий, то, к сожалению, это вовсе не так на самом деле.
Нельзя выпускать из виду биотические факторы и процессы, которые неизбежно привязаны к абиотическому влиянию на все живое. Биотическими называют формы воздействия живых организмов друг на друга, практически любое из них вызывают именно абиотические факторы среды и их влияние на живые организмы.
Какое влияние могут оказать факторы неживой природы?
Для начала, нужно обозначить, что попадает под определение абиотические экологические факторы? Какие из параметров можно отнести сюда? К абиотическим факторам среды относят: свет, температуру, влажность, состояние атмосферы. Рассмотрим какой фактор как именно влияет более подробно.
Свет
Свет — один из экологических факторов, который использует буквально каждый объект в геоботанике. Солнечный свет – важнейший источник тепловой энергии, отвечающий в природе за процессы развития, роста, фотосинтеза и многие, многие другие.
Свет, как абиотический фактор имеет ряд специфических характеристик: спектральный состав, интенсивность, периодичность. Наиболее важны эти абиотические условия для растений, основной жизни которых является процесс фотосинтеза. Без качественного спектра и хорошей интенсивности освещения, растительный мир не сможет активно размножаться и полноценно расти. Важна и продолжительность светового воздействия, так, при коротком световом дне значительно уменьшается рост растений, угнетаются функции размножения. Не зря для хорошего роста и получения урожая, в тепличных (искусственных) условиях обязательно создают максимально возможный по длительности световой период, так необходимый для жизни растений. В таких случаях кардинально и умышленно нарушаются природные биологические ритмы. Освещение – является важнейшим природным фактором для нашей планеты.
Температура
Темпертура — также один из мощнейших среди абиотических факторов. Без нужного температурного режима, жизнь на Земле действительно невозможна – и это не преувеличение. Тем более, что, если световой баланс человек может умышленно поддерживать на определенном уровне, и сделать это довольно просто, то с температурой ситуация гораздо труднее.
Конечно, за миллионы лет существования на Планете, и растения, и животные приспособились к некомфортной для них температуре. Процессы терморегуляции здесь различные. Например, у растений различают два способа: физиологический, а именно - увеличение концентрации клеточного сока, за счет интенсивного накопления сахара в клетках. Такой процесс обеспечивает нужный уровень морозоустойчивости растений, при котором они могут не погибать даже при очень низких температурах. Второй способ – физический, он заключается в особенном строении листвы или ее редуцирование, а также способы роста – приземистые или стелющиеся по земле – во избежание замерзания на открытом пространстве.
Среди животных различают эвритермные – такие, которые свободно существуют при значительном колебании температур, и стенотермные, для жизни которых важен определенный температурный диапазон не слишком большого размера. Эвритермные организмы существуют при колебании температуры окружающей среды в пределах 40-50 градусов, обычно, это условия близкие к континентальному климату. Летом высокие температуры, зимой – мороз.
Ярким примером эвритермного животного можно считать зайца. В теплое время года он комфортно чувствует себя в жаре, а в морозы, превращаясь в беляка, прекрасно подстраивается под температурные абиотические факторы среды и их влияние на живые организмы.
Много существует и представителей фауны – это и животные, и насекомые, и млекопитающие, которые обладают другим видом терморегуляции – с помощью состояния оцепенения. В этом случае, обмен веществ замедляется, но температуру тела удается удерживать на прежнем уровне. Пример: для бурого медведя абиотическим фактором является зимняя температура воздуха, и его метод приспособленности к морозам - это зимняя спячка.
Воздух
К абиотическим факторам среды относят также и воздушную среду. В процессе эволюции, живым организмам пришлось освоить воздушную среду обитания после выхода из воды на сушу. Некоторые их них, особенно это отразилось на насекомых и птицах, в процессе развития видов, передвигающихся наземно, приспособились к передвижению по воздуху, освоив технику полета.
Не следует исключать и процесс ансмохории – миграция видов растений с помощью воздушных потоков – подавляющее большинство растений именно так заселило те территории, на которых сейчас произрастает, путем опыления, переноса семян птицами, насекомыми и тому подобное.
Если задаться вопросом, какие абиотические факторы влияют на растительный и животный мир, то атмосфера, по степени своей влиятельности, окажется явно не на последнем месте – роль ее в процессе эволюции, развития и численность популяции, нельзя преувеличить.
Однако, важен не сам воздух, как параметр, влияющий на природу и на организмы, но и его качество, а именно, химический состав. Какие факторы важны в данном аспекте? Их два: кислород и углекислый газ.
Значение кислорода
Без кислорода существовать могут только анаэробные бактерии, остальным живым организмам он в крайней степени необходим. Кислородная составляющая воздушной среды относится к тем видам продуктов, которые только потребляются, а вот вырабатывать кислород способны только зеленые растения, методом фотосинтеза.
Кислород, поступая в организм млекопитающего, связывается в химическое соединение гемоглобином крови и в таком виде переносится с кровью по всем клеткам и органам. Данный процесс обеспечивает нормальное функционирование любого живого организма. Влияние воздушной среды на процесс жизнеобеспечения велико и непрерывно в течение всей жизни.
Значение углекислого газа
Углекислый газ – продукт, выдыхаемый млекопитающими и некоторыми растениями, также он образуется в процессе горения и жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Однако, все эти естественные процессы выделяют насколько ничтожное количество углекислот, что их даже нельзя сравнивать с настоящим бедствием экосистемы, имеющим прямое и косвенное отношение ко всем природным процессам – промышленные выбросы и продукты отработки технологических процессов. И, если еще какие-нибудь сто лет назад, подобная проблема в основном наблюдалась бы в крупном промышленном городе, таком, как например, Челябинске, то на сегодняшний день, она распространена практически по всей территории планеты. В наше время углекислый газ, вырабатываемый повсеместно: предприятиями, транспортными средствами, различными приборами, упорно расширяет группу своего воздействия, включая и атмосферу.
Влажность
Влажность, как абиотический фактор, представляет собой содержание воды, в чем бы то ни было: растение, воздух, почва или живой организм. Из экологических факторов, именно влажность первейшее условие необходимое для зарождения и развития жизни на Земле.
Абсолютно все живое на планете нуждается в воде. Уже один только факт что любая живая клетка на восемьдесят процентов состоит из воды, говорит сам за себя. А для многих живых существ идеальными условиями обитания природной среды являются именно водоемы или влажный климат.
Самое влажное место на земле Урека (остров Биоко, Экваториальная Гвинея)
Конечно, существуют и типы местностей, где количество воды минимально или она присутствует с какой-либо периодичностью, это пустыня, высокогорный рельеф, и тому подобные местности. На природу это оказывает очевидное влияние: отсутствие или минимум растительности, пересыхающий грунт, нет плодоносящих растений, выживают только те типы флоры и фауны, которые смогли приспособиться к подобным условиям. Приспособленность, в какой бы степени она не была выражена, не является пожизненной и, в случае, когда характеристика абиотических факторов по каким-то причинам изменяется, может также изменяться или исчезать вовсе.
В степени влияния на природу, влажность важно учитывать не только как единичный параметр, а и в сочетании с каждым из перечисленных факторов, так как вместе они формируют тип климата. Каждая определенная территория со свойственной ей абиотическими факторами среды, имеет свои особенности, свою растительность, виды и численность популяции.
Влияние абиотических факторов на человека
Человек, как составляющая экосистемы, точно также относится к объектам, поддающимся влиянию абиотических факторов неживой природы. Зависимость здоровья и поведения человека от солнечной активности, лунного цикла, циклонов и тому подобных влияний, было отмечено еще несколько веков назад, благодаря наблюдательности наших предков. И в современном обществе неизменно фиксируется присутствие группы людей, на перемены настроения и самочувствия которых, имеют косвенное воздействие именно абиотические факторы окружающей среды.
Например, исследования солнечного влияния, показали, что эта звезда обладает одиннадцатилетним циклом периодической активности. На этой почве происходят колебания электромагнитного поля Земли, что и оказывает на человеческий организм. Пики солнечной активности способны ослаблять иммунную систему, а патогенные микроорганизмы, наоборот, делать более живучими и приспособленными к обширному распространению в пределах сообщества. Печальные последствия такого процесса представляют собой вспышки эпидемий, появлению новых мутаций и вирусов.
Эпидемия неизвестной инфекции в Индии
Другим важным примером абиотического влияния является ультрафиолет. Всем известно, что в определенных дозах, этот вид излучения даже полезен. Этот фактор среды имеет антибактериальное действие, замедляет развитие спор, вызывающих заболевания кожи. А вот в больших дозах ультрафиолетовое излучение негативно влияет на численность популяции, вызывая такие смертельные заболевания, как рак, лейкоз или саркома.
К проявлениям действия абиотических факторов среды на человека напрямую относятся и температура, давление и влажность воздуха, коротко говоря – климат. Повышение температуры приведет к торможению физической активности и развитию проблем с сердечнососудистой системой. Низкие же температуры опасны переохлаждением, а значит, воспалительными процессами органов дыхания, суставов и конечностей. Здесь необходимо отметить, что параметр влажности еще больше усиливает влияние температурного режима.
Повышение атмосферного давления угрожает здоровью обладателей слабых суставов и ломких сосудов. Особенно опасны, бывают резкие перепады этого климатического параметра – может возникать внезапная гипоксия, закупорка капилляров, обмороки и даже кома.
Из экологических факторов нельзя не отметить также и химический аспект влияния на человека. Относятся к таковым все химические элементы, содержащиеся в воде, атмосфере или почве. Существует понятие региональных факторов – превышение или, наоборот, недостаток тех или иных соединений или микроэлементов в природе каждого отдельно взятого региона. Например, из перечисленных факторов, вреден как недостаток фтора – он вызывает поражения зубной эмали, так и его переизбыток – ускоряет процесс окостенения связок, нарушает работу некоторых внутренних органов. Особенно заметны по частоте заболеваемости населения колебания содержания таких химических элементов, как хром, кальций, йод, цинк, свинец.
Конечно, многие абиотические условия, из вышеперечисленных, хотя и являются абиотическими факторами природной среды, на самом деле очень сильно зависят от жизнедеятельности человека — разработка шахт и месторождений, изменения русел рек, воздушной среды, и тому подобные примеры вмешательства прогресса в природные явления.
Развернутая характеристика абиотических факторов
Почему действие на популяцию большинства абиотических факторов так огромно? Это логично: ведь для обеспечения жизненного цикла какого бы то ни было живого организма на Земле, важна совокупность всех параметров, влияющих на качество жизни, ее продолжительность, определяющим численность объектов экосистемы. Освещение, состав атмосферы, влажность, температура, зональность распространения представителей живой природы, соленость воды и воздуха, эдафические ее данные – важнейшие абиотические факторы и адаптация к ним организмов проходит положительно или отрицательно, но в любом случае, она неизбежна. Убедиться в этом легко: достаточно просто взглянуть вокруг!
Абиотические факторы водной среды обеспечивают зарождение жизни, составляют три четверти каждой живой клетки на Земле. В лесной экосистеме к биотическим факторам относятся все те же параметры: влажность, температура, почва, свет – они обуславливают тип лесного массива, насыщенность растениями, приспособленность их к тому или иному региону.
Кроме очевидных, уже перечисленных, важными абиотическими факторами природной среды также следует назвать соленость, почву и электромагнитное поле Земли. Вся экосистема эволюционировала сотни лет, видоизменялся рельеф местностей, степень приспособленности живых организмов к тем или иным условиям обитания, появлялись новые виды и мигрировали целые популяции. Однако, эту природную цепочку уже давно нарушили плоды жизнедеятельности человека на планете. Работа экологических факторов кардинально нарушена из-за того, что воздействие абиотических параметров происходит не целенаправленно, как факторы неживой природы, а уже как вредное воздействие на развитие организмов.
К сожалению, влияние абиотических факторов на качество и продолжительность жизни человека и человечества в целом, было и остается огромным и может нести как положительные, так и отрицательные последствия для каждого отдельно взятого организма для всего человечества в целом.
Выделяют следующие группы абиотических факторов (факторов неживой природы): климатические, эдафогенные (почвенные), орографические и химические.
I) Климатические факторы: к ним относятся солнечное излучение, температура, давление, ветер и некоторые другие воздействия среды.
1) Солнечное излучение является мощным экологическим фактором. Оно распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн, из которых 48% приходится на видимую часть спектра, 45% − на инфракрасное излучение (с большой длиной волны) и около 7% − на коротковолновое ультрафиолетовое излучение. Солнечное излучение представляет собой первичный источник энергии, без которого невозможна жизнь на Земле. Но, с другой стороны, прямое воздействие солнечного света (особенно его ультрафиолетовой составляющей) губительно для живой клетки. Эволюция биосферы была направлена на снижение интенсивности ультрафиолетовой части спектра и защиты от избыточной солнечной радиации. Этому способствовало образование озона (озонового слоя) из кислорода, выделенного первыми организмами-фотосинтетиками.
Общее количество солнечной энергии, достигающей Земли, примерно постоянно. Но разные точки земной поверхности получают разное количество энергии (из-за различия во времени освещенности, разного угла падения, степени отражения, прозрачности атмосферы и т.д.)
Выявлена тесная связь между солнечной активностью и ритмом биологических процессов. Чем больше солнечная активность (больше пятен на Солнце), тем больше возмущений в атмосфере, магнитных бурь, воздействующих на живые организмы. Большую роль играет также смена солнечной активности в течение суток, обуславливающая суточные ритмы организма. У человека более 100 физиологических характеристик подчиняется суточному циклу (выделение гормонов, частота дыхания, работа различных желез и т.д.)
Солнечное излучение в большой степени определяет остальные климатические факторы.
2) Температура окружающей среды связана с интенсивностью солнечного излучения, особенно инфракрасной части спектра. Жизнедеятельность большинства организмов протекает нормально в интервале температур от +5 до 40 0 С. Выше +50 0 − +60 0 начинается необратимое разрушение белка, входящего в состав живых тканей. При высоких давлениях верхний предел температур может быть гораздо выше (до +150−200 0 С). Нижний предел температуры часто оказывается менее критическим. Некоторые живые организмы способны выдерживать очень низкие температуры (до −200 0 С) в состоянии анабиоза. Многие организмы Арктики и Антарктики постоянно живут при отрицательных температурах. У некоторых арктических рыб нормальная температура тела составляет −1,7 0 С. При этом вода в их узких капиллярах не замерзает.
Зависимость интенсивности жизнедеятельности большинства живых организмов от температуры имеет следующий вид:
Рис.12. Зависимость жизнедеятельности организмов от температуры
Как видно из рис., при повышении температуры происходит ускорение биологических процессов (скорости размножения и развития, количества потребляемой пищи). Например, развитие гусениц бабочки-капустницы при +10 0 С требует 100 суток, а при +26 0 С − всего 10 суток. Но дальнейшее увеличение температуры ведет к резкому снижению параметров жизнедеятельности и гибели организма.
В воде диапазон колебаний температур меньше, чем на суше. Поэтому водные организмы меньше приспособлены к изменениям температуры, чем наземные.
Температура часто обуславливает зональность в наземных и водных биогеоценозах.
3) Влажность окружающей среды − важный экологический фактор. Большинство живых организмов на 70−80% состоят из воды − вещества, необходимого для существования протоплазмы. Влажность местности определяется влажностью атмосферного воздуха, количеством осадков, площадью водных запасов.
Влажность воздуха зависит от температуры: чем она выше, тем обычно больше водяных содержится в воздухе. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы. Осадки представляют собой результат конденсации водяных паров. В зоне умеренного климата распределение осадков по времени года более-менее равномерное, в тропиках и субтропиках − неравномерное. Доступный запас поверхностных вод зависит от подземных источников и количества осадков.
Взаимодействие температуры и влажности формирует два климата: морской и континентальный.
4) Давление − еще один климатический фактор, важный для всех живых организмов. На Земле есть области с постоянно высоким или низким давлением. Перепады давления связаны с неодинаковым нагревом земной поверхности.
5) Ветер − направленное движение воздушных масс, являющееся следствием перепада давлений. Ветровой поток направлен из зоны с большим давлением в зону с меньшим давлением. Он влияет на температурный режим, влажность и перемещение примесей в воздухе.
6) Лунные ритмы обуславливают приливы и отливы, к которым приспособлены морские животные. Они используют приливы и отливы для многих жизненных процессов: перемещения, размножения, и т.д.
II) Эдафогенные факторы определяют различные характеристики почвы. Почва играет важную роль в наземных экосистемах − роль накопителя и резерва ресурсов. На состав и свойства почв сильно влияют климат, растительность и микроорганизмы. Степные почвы более плодородны, чем лесные, так как травы недолговечны и ежегодно в почву поступает большое количество органического вещества, которое быстро разлагается. Экосистемы, не имеющие почв, обычно очень неустойчивы. Выделяют следующие основные характеристики почв: механический состав, влагоемкость, плотность и воздухопроницаемость.
Механический состав почв определяется содержанием в ней частиц различной величины. Различают четыре типа почв, в зависимости от их механического состава: песок, супесь, суглинок, глина. Механический состав прямо воздействует на растения, на подземных организмов, а через них − на другие организмы. От механического состава зависят влагоемкость (способность удерживать влагу), их плотность и воздухопроницаемость почв.
III) Орографические факторы. К ним относятся высота местности над уровнем моря, ее рельеф и расположение относительно сторон света. Орографические факторы во многом определяют климат данной местности, а также другие биотические и абиотические факторы.
IV) Химические факторы. К ним относится химический состав атмосферы (газовый состав воздуха), литосферы, гидросферы. Для живых организмов большое значение имеет содержание в окружающей среде макро- и микроэлементов.
Макроэлементы − элементы, требующиеся организму в сравнительно больших количествах. Для большинства живых организмов это фосфор, азот, калий, кальций, сера, магний.
Микроэлементы − элементы, требующиеся организму в крайне малых количествах, но входящие в состав жизненно важных ферментов. Микроэлементы необходимы для нормальной жизнедеятельности организма. Наиболее распространенные микроэлементы − металлы, кремний, бор, хлор.
Между макроэлементами и микроэлементами нет четкой границы: то, что для одних организмов − микроэлемент, для другого − макроэлемент.
Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений (В.И. Коробкин, Л.В. Передельский, 2000).
Химические факторы - это те, которые происходят от химического состава среды. Они включают химический состав атмосферы, вод и почвы и т.д.
Физические факторы - это те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.). Это температура, давление, ветер, влажность, радиационный режим и др. Строение поверхности, геологические и климатические различия обусловливают большое разнообразие абиотических факторов.
Среди химических и физических факторов среды выделяют три группы факторов: климатические, факторы почвенного покрова (эдафические) и водной среды.
I. Главнейшие климатические факторы :
1. Лучистая энергия Солнца.
Преимущественное значение для жизни имеют инфракрасные лучи (длина волны больше 0,76 мкм), на долю которых приходится 45 % всей энергии Солнца. В процессах фотосинтеза наиболее важную роль играют ультрафиолетовые лучи (длина волны до 0,4 мкм), составляющие 7 % энергии солнечной радиации. Остальная часть энергии приходится на видимую часть спектра с длиной волны 0,4 - 0,76 мкм.
2. Освещенность земной поверхности.
Она играет важную роль для всего живого, и организмы физиологически адаптированы к смене дня и ночи. Практически у всех животных существуют суточные ритмы активности, связанные со сменой дня и ночи.
3. Влажность атмосферного воздуха.
Связана с насыщением воздуха водяными парами. В нижних слоях атмосферы (высотой до 2 км) концентрируется до 50% всей атмосферной влаги.
Количество водяного пара в воздухе зависит от температуры воздуха. Для конкретной температуры существует определенный предел насыщения воздуха парами воды, который называют максимальным. Разность между максимальным и данным насыщением воздуха парами воды называется дефицитом влажности (недостатком насыщения). Дефицит влажности является важным экологическим параметром, так как характеризует две величины: температуру и влажность.
Известно, что повышение дефицита влажности в определенные отрезки вегетационного периода способствует усиленному плодоношению растений, а у некоторых насекомых приводит к вспышкам размножения.
4. Осадки.
Из-за конденсации и кристаллизации паров воды в высоких слоях атмосферы формируются облака и атмосферные осадки. В приземном слое образуются росы и туманы.
Влага - основной фактор, определяющий разделение экосистем на лесные, степные и пустынные. Годовая сумма осадков ниже 1000мм соответствует стрессовой зоне для многих видов деревьев, а предел устойчивости большинства из них составляет около 750 мм/год. В то же время у большинства злаков такой предел значительно ниже – примерно 250 мм/год, а кактусы и другие пустынные растения способны расти при 50- 100 мм осадков в год. Соответственно, в местах с количеством осадков выше 750 мм/год обычно развиваются леса, от 250 до 750 мм/год- злаковые степи, а там, где их выпадает еще меньше, растительность представлена засухоустойчивыми культурами: кактусами, полынями и видами перекати - поле. При промежуточных значениях годовой суммы осадков развиваются экосистемы переходного типа (лесостепи, полупустыни и т.д.).
Режим осадков является важнейшим фактором, определяющим миграцию загрязняющих веществ в биосфере. Осадки - одно из звеньев в круговороте воды на Земле.
5. Газовый состав атмосферы.
Он относительно постоянен и включает преимущественно азот и кислород с примесью углекислого газа, аргона и других газов. Кроме того, в верхних слоях атмосферы содержится озон. В атмосферном воздухе присутствуют также твердые и жидкие частицы.
Азот участвует в образовании белковых структур организмов; кислород обеспечивает окислительные процессы; углекислый газ участвует в фотосинтезе и является естественным демпфером теплового излучения Земли; озон является экраном ультрафиолетового излучения. Твердые и жидкие частицы влияют на прозрачность атмосферы, препятствуя прохождению солнечных лучей к поверхности Земли.
6. Температура на поверхности земного шара.
Этот фактор тесно связан с солнечным излучением. Количество тепла, падающего на горизонтальную поверхность, прямо пропорционально синусу угла стояния Солнца над горизонтом. Поэтому в одних и тех же районах наблюдаются суточные и сезонные колебания температуры. Чем выше широта местности (к северу и югу от экватора), тем больше угол наклона солнечных лучей к поверхности Земли и тем холоднее климат.
Температура, так же как и осадки, очень важна для определения характера экосистемы, правда, температура играет в каком-то смысле вторичную роль по сравнению с осадками. Так, при их количестве 750 мм/год и более развиваются лесные сообщества, а температура лишь обусловливает, какой именно тип леса будет формироваться в регионе. Например, еловые и пихтовые леса характерны для холодных регионов с мощным снежным покровом зимой и коротким вегетационным периодом, т. е. для севера или высокогорий. Листопадные деревья также в состоянии переносить морозную зиму, но требуют более долгого вегетационного периода, поэтому преобладают на умеренных широтах. Мощные вечнозеленые широколиственные породы с быстрым ростом, не способные выдержать даже кратковременных заморозков, доминируют в тропиках (вблизи экватора). Точно также любая территория с годовой суммой осадков менее 250 мм представляет собой пустыню, но по своей биоте пустыни жаркого пояса существенно отличаются от свойственных холодным регионам.
7. Движение воздушных масс (ветер).
Причина ветра - неодинаковый нагрев земной поверхности, связанный с перепадами давления. Ветровой поток направлен в сторону меньшего давления, т.е. туда, где воздух более прогрет. В приземном слое воздуха движение воздушных масс оказывает влияние на все параметры: влажность, и т.д.
Ветер - важнейший фактор переноса и распределения примесей в атмосфере.
8. Давление атмосферы.
Нормальным считается давление 1 кПа, соответствующее 750,1 мм. рт. ст. В пределах земного шара существуют постоянные области высокого и низкого давления, причем в одних и тех же точках наблюдаются сезонные и суточные минимумы и максимумы давления.
II. Абиотические факторы почвенного покрова (эдафические)
Эдафические факторы - это совокупность химических, физических и других свойств почв, оказывающих воздействие как на организмы, живущие в них, так и на корневую систему растений. Из них важнейшими экологическими факторами являются влажность, температура, структура и пористость, реакция почвенной среды, засоленность.
В современном понимании почва - это естественноисторическое образование, возникшее в результате изменения поверхностного слоя литосферы совместным воздействием воды, воздуха и живых организмов (В. Коробкин, Л. Передельский). Почва обладает плодородием, т.е. дает жизнь растениям и, следовательно, пищу животным и человеку. Она состоит из твердой, жидкой и газообразной компонент; содержит живые макро- и микроорганизмы (растительные и животные).
Твердая компонента представлена минеральной и органической частями. В почве больше всего минералов первичных, оставшихся от материнской породы, меньше - вторичных, образовавшихся в результате разложения первичных. Это глинистые минералы коллоидных размеров, а также минералы - соли: карбонаты, сульфаты и др.
Органическая часть представлена гумусом, т.е. сложным органическим веществом, образовавшимся в результате разложения отмершей органики. Содержание его в почве колеблется от десятых долей до 22 %. Он играет важную роль в плодородии почвы благодаря питательным элементам, которые он содержит.
Почвенная биота представлена фауной и флорой. Фауна - это дождевые черви, мокрицы и др., флора - это грибы, бактерии, водоросли и др.
Всю жидкую компоненту почв называют почвенным раствором. Он может содержать химические соединения: нитраты, бикарбонаты, фосфаты и др., а также водорастворимые органические кислоты, их соли, сахара. Состав и концентрация почвенного раствора определяют реакцию среды, показателем которой является величина рН.
Почвенный воздух обладает повышенным содержанием СО2, углеводорода и водяного пара. Все эти элементы определяют химические свойства почвы.
Все свойства почвы зависят не только от климатических факторов, но и от жизнедеятельности почвенных организмов, которые механически перемешивают ее и перерабатывают химически, создавая в конечном итоге необходимые для себя условия. При участии организмов в почве происходит постоянный круговорот веществ и миграция энергии. Круговорот веществ в почве можно представить следующим образом (В.А. Радкевич).
Растения синтезируют органическое вещество, а животные производят механическое и биохимическое разрушение его и как бы подготавливают его для гумусообразования. Микроорганизмы синтезируют почвенный гумус и затем разлагают его.
Почва обеспечивает водоснабжение растений. Значение почвы в водоснабжении растений тем выше, чем она легче отдает им воду. Это зависит от структуры почвы и степени набухаемости ее частиц.
Под структурой почвы следует понимать комплекс почвенных агрегатов различной формы и величины, образовавшихся из первичных механических элементов почвы. Различают следующие структуры почв: зернистая, пылеватая, ореховатая, комковатая, глыбистая.
Основной функцией высших растений в почвообразовательном процессе служит синтез органического вещества. Это органическое вещество в процессе фотосинтеза накапливается в надземных и подземных частях растений, а после их отмирания переходит в почву и подвергается минерализации. Скорость процессов минерализации органического вещества и состав образующихся при этом соединений во многом зависят от типа растительности. Продукты разложения хвои, листьев, древесина травянистого покрова различны как по химизму, так и по влиянию на процесс почвообразования. В сочетании с другими факторами это приводит к формированию различных типов почв.
Главная функция животных в почвообразовательном процессе - это потребление и разрушение органического вещества, а также перераспределение запасов энергии. Большую роль в процессах почвообразования играют подвижные почвенные животные. Они разрыхляют почву, создают условия для ее аэрации, механически перемещают в почве органические и неорганические вещества. Например, дождевые черви выбрасывают на поверхность до80 – 90 /га материала, а степные грызуны перемещают вверх и вниз сотни м3 грунта и органического вещества.
Влияние климатических условий на процессы почвообразования, безусловно, велики. Количество атмосферных осадков, температура, приток лучистой энергии - света и тепла - обусловливают образование растительной массы и скорость разложения растительных остатков, от которых зависит содержание перегноя в почве.
В результате перемещения и превращения веществ почва расчленяется на отдельные слои, или горизонты, сочетание которых составляет профиль почвы.
Поверхностный горизонт, подстилка или дернина, состоит большей частью из свежеопавших и частично разложившихся листьев, веток, останков животных, грибов и других органических веществ. Окрашен обычно в темный цвет - коричневый или черный. Лежащий под ним гумусовый горизонт А1, как правило, представляет собой пористую смесь частично разложившегося органического вещества (гумуса), живых организмов и некоторых неорганических частиц. Обычно он более темный и рыхлый, чем нижние горизонты. В этих двух верхних горизонтах сконцентрирована основная часть органического вещества почвы и корни растений.
О почвенном плодородии многое может сказать ее цвет. Например, темно-коричневый или черный гумусовый горизонт богат органическими веществами и азотом. В серых, желтых или красных почвах органического вещества мало, и для повышения их урожайности требуются азотные удобрения.
В лесных почвах под горизонтом А1 залегает малоплодородный подзолистый горизонт А2, имеющий светлый оттенок и непрочную структуру. В черноземных, темно-каштановых, каштановых и других типах почв этот горизонт отсутствует. Еще глубже во многих типах почв расположен горизонт В - иллювиальный, или горизонт вмывания. В него вмываются и в нем накапливаются минеральные и органические вещества из вышележащих горизонтов. Чаще всего он окрашен в бурый цвет и имеет большую плотность. Еще ниже залегает материнская горная порода С, на которой формируется почва.
Структура и пористость определяют доступность для растений и почвенных животных питательных веществ. Частицы почв, связанные между собой силами молекулярной природы, образуют структуру почвы. Между ними образуются пустоты, называемые порами. Структура и пористость почвы обеспечивают ее хорошую аэрацию. Почвенный воздух так же, как и почвенная вода, находится в порах между частицами почвы. Порозность возрастает от глин к суглинкам и пескам. Между почвой и атмосферой происходит свободный газообмен, в результате чего газовый состав обеих сред имеет сходный состав. Обычно в воздухе почвы из - за дыхания населяющих ее организмов несколько меньше кислорода и больше углекислого газа, чем в атмосферном воздухе. Кислород необходим для корней растений, почвенных животных и организмов - редуцентов, разлагающих органическое вещество на неорганические составляющие. Если идет процесс заболачивания, то почвенный воздух вытесняется водой, и условия становятся анаэробными. Почва постепенно становится кислой, так как анаэробные организмы продолжают вырабатывать углекислый газ. Почва, если она небогата основаниями, может стать чрезвычайно кислой, а это наряду с истощением запасов кислорода неблагоприятно воздействует на почвенные микроорганизмы. Длительные анаэробные условия ведут к отмиранию растений.
Температура почвы зависит от внешней температуры, и на глубине 0,3 м, благодаря низкой теплопроводности амплитуда колебаний ее менее 20С (Ю.В. Новиков, 1979), что важно для почвенных животных (нет необходимости перемещаться вверх- вниз в поисках более комфортной температуры). Летом температура почвы ниже воздуха, а зимой – выше.
К химическим факторам относят реакцию среды и засоленность. Реакция среды весьма важна для многих растений и животных. В сухом климате преобладают нейтральные и щелочные почвы, во влажных районах - кислые. Поглощенные основания, кислоты и различные соли в процессе их взаимодействия с водой создают определенную концентрацию Н+ - и ОН- - ионов, которые обусловливают ту или иную реакцию почвы. Обычно различают почвы с нейтральной, кислой и щелочной реакцией.
Щелочность почвы обусловлена присутствием в поглощающем комплексе в основном Na+ - ионов. Такая почва при соприкосновении с водой, содержащей СО2, дает резко выраженную щелочную реакцию, что связано с образованием соды.
В тех случаях, когда почвенный поглощающий комплекс насыщен Са2+ и Mg2+, его реакция близка к нейтральной. Вместе с тем известно, что углекислый кальций в чистой воде и воде лишенной СО2, дает сильную щелочность. Это объясняется тем, что с увеличением содержания СО2 в почвенном растворе возрастает растворимость кальция (2+) с образованием бикарбоната, что приводит к понижению рН. Но при среднем количестве СО2 в почве реакция становится слабощелочной.
В процессе разложения растительных остатков, особенно лесной подстилки, образуются органические кислоты, которые вступают в реакцию с поглощенными катионами почв. Кислые почвы обладают рядом отрицательных свойств, всвязи с чем они малоплодородны. В такой, среде подавляется активная полезная деятельность почвенной микрофлоры. Для поднятия плодородия почв широко практикуется применение извести.
Высокая щелочность угнетает рост растений, и резко ухудшаются ее водно - физические свойства, разрушает структуру, усиливает подвижность и вынос коллоидов. Многие злаки дают лучший урожай на нейтральных и слабощелочных почвах (ячмень, пшеница), каковыми обычно являются черноземы.
В зонах недостаточного атмосферного увлажнения распространены засоленные почвы. Засоленными называют почвы с избыточным содержанием водорастворимых солей (хлоридов, сульфатов, карбонатов). Они возникают вследствие вторичного засоления почв при испарении грунтовых вод, уровень которых поднялся до почвенных горизонтов. Среди засоленных почв выделяют солончаки и солонцы. Солончаки имеются в Казахстане и Средней Азии, по берегам соленых рек. Засоление почв приводит к падению урожайности селъхозкультур. Дождевые черви даже при невысокой степени засоления почвы длительный срок выдержать не могут.
Растения, обитающие на засоленных почвах, называются галофитами. Некоторые из них выделяют излишки солей через листья или накапливают их в своем организме. Вот почему их иногда используют для получения соды и поташа.
Вода занимает преобладающую часть биосферы Земли (71 % общей площади земной поверхности).
Важнейшими абиотическими факторами водной среды являются следующие:
1. Плотность и вязкость.
Плотность воды в 800 раз, а вязкость - примерно в 55 раз больше, чем воздуха.
2. Теплоемкость.
Вода обладает высокой теплоемкостью, поэтому океан является главным приемником и аккумулятором солнечной энергии.
3. Подвижность.
Постоянное перемещение водных масс способствует поддержанию относительной гомогенности физических и химических свойств.
4. Температурная стратификация.
По глубине водного объекта наблюдается изменение температуры воды.
5. Периодические (годовые, суточные, сезонные) изменения температуры.
Самой низкой температурой воды считают -20С, самой высокой + 35-370С. Динамика колебаний температуры воды меньше, чем воздуха.
6. Прозрачность воды.
Определяет световой режим под поверхностью воды. От прозрачности (и обратной ей характеристики- мутности) зависит фотосинтез зеленых бактерий, фитопланктона, высших растений, а следовательно, и накопление органического вещества.
Мутность и прозрачность зависят от содержания взвешенных в воде веществ, в том числе и поступающих в водные объекты вместе с промышленными сбросами. В связи с этим прозрачность и содержание взвешенных веществ - важнейшие характеристики природных и сточных вод, подлежащие контролю на промышленном предприятии.
7. Соленость воды.
Содержание в воде карбонатов, сульфатов, хлоридов имеет большое значение для живых организмов. В пресных водах солей мало, причем преобладают карбонаты. Воды океана содержат в среднем 35 г/л солей, Черного моря-19 г/л, Каспийского - около 14 г/л. Здесь преобладают хлориды и сульфаты. В морской воде растворены практически все элементы периодической системы.
8. Растворенный кислород и диоксид углерода.
Перерасход кислорода на дыхание живых организмов и на окисление поступающих в воду с промышленными сбросами органических и минеральных веществ ведет к обеднению живого населения вплоть до невозможности обитания в такой воде аэробных организмов.
9. Концентрация водородных ионов (pH).
Все гидробионты приспособились к определенному уровню pH: одни предпочитают кислую среду, другие - щелочную, третьи - нейтральную. Изменение этих характеристик может привести к гибели гидробионтов.
10. Течение не только сильно влияет на концентрацию газов и питательных веществ, но и прямо действует как лимитирующий фактор. Многие речные растения и животные морфологически и физиологически особым образом приспособлены к сохранению своего положения в потоке: у них есть вполне определенные пределы толерантности к фактору течения.
Главным топографическим фактором является высота над уровнем моря . С высотой снижаются средние температуры, увеличивается суточный перепад температур, возрастают количество осадков, скорость ветра и интенсивность радиации, понижаются атмосферное давление и концентрации газов. Все эти факторы влияют на растения и животных, обуславливая вертикальную зональность.
Горные цепи могут служить климатическими барьерами. Горы служат также барьерами для распространения и миграции организмов и могут играть роль лимитирующего фактора в процессах видообразования.
Еще один топографический фактор - экспозиция склона . В северном полушарии склоны, обращенные на юг, получают больше солнечного света, поэтому интенсивность света и температура здесь выше, чем на дне долин и на склонах северной экспозиции. В южном полушарии имеет место обратная ситуация.
Важным фактором рельефа является также крутизна склона . Для крутых склонов характерны быстрый дренаж и смывание почв, поэтому здесь почвы маломощные и более сухие. Если уклон превышает 35Ь, почва и растительность обычно не образуются, а создаются осыпи из рыхлого материала.
Верховые пожары оказывают лимитирующее действие на большинство организмов - биотическому сообществу приходится начинать все сначала, с того немногого, что осталось, и должно пройти много лет, пока участок снова станет продуктивным. Низовые пожары, напротив, обладают избирательным действием: для одних организмов они оказываются более лимитирующим, для других - менее лимитирующим фактором и таким образом способствуют развитию организмов с высокой толерантностью к пожарам. Кроме того, небольшие низовые пожары дополняют действие бактерий, разлагая умершие растения и ускоряя превращение минеральных элементов питания в форму, пригодную для использования новыми поколениями растений. Растения выработали специальные адаптации к пожару, так же, как они сделали по отношению к другим абиотическим факторам. В частности, почки злаков и сосен скрыты от огня в глубине пучков листьев или хвоинок. В периодически выгорающих местообитаниях эти виды растений получают преимущества, так как огонь способствует их сохранению, избирательно содействуя их процветанию.
