Актуалізація опорних знань студентів.
Мотивація навчальної діяльності.
Пояснення нової теми.
R План викладу і засвоєння матеріалу
I. Екологічні фактори, їх класифікація, характеристика.
II. Середовище існування живих організмів.
Суттєво:
Після вивчення матеріалу ви повинні:
Знати:
- класифікацію екологічних факторів;
- закон „мінімуму” Лібіха;
- закон толерантності Шелфорда;
- форми біотичних відносин;
- антропогенні фактори;
Вміти:
- розрізняти ресурси та умови існування живих організмів і знати їх основні види;
- навести приклади трофічних ланцюгів, що є у відомих вам екосистемах та визначити, до якого типу вони належать;
Ключові екологічні поняття та терміни:
- екологічний фактор;
- екологічна ніша;
- аутекологія;
- закон „мінімуму”;
- абіотичні фактори;
- закон толерантності;
- біотичні фактори;
- форми біотичних відносин;
- антропогенні фактори;
- стенобіонтні види;
- середовище;
- еврібіонтні види;
- умови існування;
- гігрометричний індекс;
Література:
1. Білявський Г.О., Фурдуй Р.С., Костіков І.Ю. "Основи екологічних знань", Київ. "Либідь", 2000 р.
2. Запольський А.К., Салюк А.П. "Основи екології", Київ. "Вища школа", 2001 р.
I. Екологічні фактори, їх класифікація, характеристика.
Екологічний фактор - будь-який фактор середовища, що здатен в тій чи іншій мірі, прямим або непрямим способом впливати на живі організми, в період хоча б однієї фази індивідуального розвитку.
Саме у визначенні екологічного фактору і криється системний підхід до вивчення закономірності функціонування як організму, так і їх сукупності. Так, відсутність якогось фактору у визначений період існування може гальмувати процес відтворення (відомо, що відсутність належних умов може призупинити розвиток понад і отже організм не розмножується) або ріст (рослини проростають тільки при визначеній сукупності факторів). Опосередкованість впливу екологічного фактору визначається залежністю одного організму від іншого. На перший погляд важко собі уявити залежність хижака від екологічного фактору Сонця, але вивчення трофічних взаємовідносин вказує, що хижак непрямим чином залежить від даного екологічного фактору, так як кількість їжі, яку він споживає, знаходиться в залежності від кількості і якості організмів, що споживаєйого жертва.
Екологічні фактори середовища, якими зв'язаний любий живий організм поділяються на дві категорії: абіотичні (фактори неживої природи) та біотичні (фактори живої природи). Існує певна умовність поділу і взаємовпливу абіотичних та біотичних факторів, так як живі організми здатні призвести до змін, які ведуть за собою і зміни абіотичних факторів (ліс, знищений шкідниками). Таким чином, сучасна екологічна наука розглядає наступні фактори навколишнього середовища, які впливають на функціонування як живих організмів, так і систем в цілому.
· Абіотичні фактори- сукупність кліматичних, ґрунтових (едафнічних, а також топографічних факторів. Сюди також відносять потоки, хвилі і т.д.
· Біотичніфактори - сукупність взаємовпливу життєдіяльності одних організмів на інші. Біотичний компонент можемо розділити на автотрофні та гетеротрофні організми.
В останні десятиріччя деякі вчені відокремлюють ще одну групу екологічних факторів, які можуть і змінюють умови існування та функціонування екосистем – антропогенні фактори. З точки зору сучасного впливу людини на процеси, що відбуваються в навколишньому середовищі, таке відокремлення є оправданим, хоч, з точки зору біоекології, людина є таким самим організмом як і всі інші. Фізіологічне, фізично, хімічно, біологічно людина не відрізняється від інших живих організмів, тому виділення даної групи є скоріше визначенням ролі людини як екологічного фактору по відношенню до інших живих організмів та середовища існування.
Існує декілька класифікацій екологічних факторів, де до уваги береться або умови існування (класифікація Ніколсона - Швердтфегера), або реакції живих організмів, що були під впливом різних екофакторів (класифікація Мочадського), або розподіл екофакторів до простих фізичних, кліматичних, трофічних та біотичних умов існування живого (класифікація Р. Дажо).
Усі класифікації екологічних факторів, поряд з певними відмінностями між собою, мають певну єдність. А саме в тому, що сукупність фізичних та хімічних параметрів середовища творять кліматичні умови існування живих організмів.
Таким чином, до абіотичних факторів відносяться: кліматичні, едафнічні, орографічні, гідрологічні, геологічні (мал.2.1).
Розглянемо ці фактори більш детально, а також проаналізуємо-реакції організму на дію того чи іншого кліматичного фактору.
Енергія сонця. Сонце є єдиним джерелом енергії на нашій планеті. Світло у всіх його проявах, необхідне для життя. Нам відомо, що світло є невід'ємною умовою процесу фотосинтезу, але разом з тим є й інші аспекти його впливу на живі істоти. Розглядаючи ці аспекти, слід відмітити, що вони находяться в залежності від інтенсивності світла, довжини хвилі, кольору та фотоперіоду. Всі ці властивості світла залежать від кута падіння сонячних променів на земну поверхню. Якщо на екваторі довжина світлового дня (фотоперіод) більш менш постійна (близько 12 годин), то у вищих широтах вона залежить від пори року і змінюється циклічно. Зрозуміло, що в таких умовах життєві цикли живих організмів, синхронізовані у відповідності до конкретної пори року (фотоперіоду). Ця синхронізація проявляється у різних формах пристосування, таких як сплячка, діапауза комах, приліт відліт птахів і т.п.
Кількість променистої енергії, яка проходить через атмосферу, є постійною величиною: 1,98 до 2 кал/см2Ххв.,або 5Х1020Ккал в рік на всю поверхню земної кулі. Цю величину називають сонячною сталою.
Освітленість земної поверхні, як витікаючий з попереднього фактору, має більш концентровану форму впливу на живий організм. Освітленість земної поверхні виражена у тих системах, де ярусність рослинного покриву, а також топографія земної поверхні зумовлює адаптацію живих організмів (тіньовитривалість, світлолюбивість). Яскравим прикладом пристосування до різних параметрів освітленості є ярусність, коли в залежності від кількості сонячного випромінювання організми закономірно займають певний ярус в системі.
Отже, організми можна розділити на світлолюбиві та тіньовитривалі. Знання вимог організму до освітленості та енергії
сонячного випромінювання має неабиякий практичний інтерес. Аналіз параметрів освітленості є основою до впровадження нових сільськогосподарських культур, сортів.
Дія освітленості як фактору поширюється як на сушу, так і на водні екосистеми (колір, редукція органів зору тощо). В даному випадку слід враховувати, що водне середовище значно відрізняється від повітряного насамперед за своїми фізичними властивостями. Світло набагато важче проникає через товщу води, чим зумовлене зосередження живих організмів переважно у верхніх шарах води.
Температура. Якщо живий організм в змозі адаптуватись до дефіциту освітленості і у нього виникають певні пристосування, то до температури живі організми більш вибагливі. Кожен окремий організм пристосований до конкретних температурних умов і може існувати тільки в певних межах до яких пристосовані його метаболізм та структура. Пониження температури нижче точки замерзання в клітині веде до фізичного розладу самої структури клітини і її загибелі. В даному випадку працюють насамперед фізичні параметри води. При зниженні температури вода збільшується в об'ємі і тим самим призводить до руйнування клітини. Більше обмеженого максимуму, температура веде до денатурації основних білкових компонентів, а значить до смерті. Живий організм здатний регулювати температуру в певних межах, але різкі перепади температурного режиму можуть призвести до розладу функціонування організму, а інколи навіть до загибелі. Наведене свідчить, що живий організм може існувати тільки в певних температурних межах. У живих організмів є цілий ряд пристосувань, які дають їм змогу втримувати температуру в певних межах. До таких слід віднести: потовиділення, товщина жирового відкладу, густина шерсті – зимою-густіша, літом - рідша, аптерії та птерилії у птахів, діапауза комах, циклічність розвитку рослин, і т.д. Слід відмітити, що коливання температури водного середовища проходить менш помітно, так як водне середовище має більш високу теплоємність. На температурний режим системи в значній і може впливати і рослинний покрив (температура в лісі, полі), таким чином у даному випадку біотичний компонент є важливим фактором утворення мікроклімату. Даний факт був здавна помічений людиною і активно використовується в лісовому господарстві. Змішані насадження хвойних та листяних порід сприяють кращому виживанню останніх.
Вологість. Вода необхідна для життя і нерідко виступає лімітуючим фактором в наземних екосистемах. Слід відмітити, що вода є єдиним розчинником на нашій планеті, завдяки воді відбувається транспорт речовин із навколишньої, неживої природи до живих організмів. На планеті Земля вода одночасно перебуває в трьох агрегатних станах - рідкому, твердому і пароподібному. В природі існує безперервний кругообіг води, так званий гідрологічний цикл.
Слід відмітити, що на планеті Земля існує певна рівновага між кількісними параметрами води в повітрі, Світовому океані та на суші. Разом з тим, не вся вода, яка є на нашій планеті, доступна живим організмам. Всі живі організми використовують насамперед прісну воду, хоч значна їх кількість використовує води Світового океану, як середовище існування. Якщо проаналізувати відсоткове співвідношення води, то ми наглядно побачимо, чому питання прісної води є найактуальнішим на сьогоднішній день. Волога настільки важлива, що в типових екосистемах України влітку після кожного дощу вся природа "оживає". Дощ є механізмом, що забезпечує початок весняного проростання насіння ряду рослин. Таке насіння вміщує інгібітори, що гальмують їхнє проростання в несприятливий час. Весняні дощі вимивають ці інгібітори з насіння і воно починає проростати. Але не всі опади корелюють з біомасою і, зокрема, з врожаєм культурних рослин. Опади у вигляді злив погано утримуються ґрунтом та використовуються рослинами. Незначним буває ефект від опадів на легких піщаних ґрунтах.
Водний режим екосистем визначається не тільки кількістю опадів як таких, але й співвідношенням його до режиму випаровування води.
Оцінюючи цей параметр, треба враховувати температуру, оскільки вона в першу чергу впливає на інтенсивність випаровування. Сумарним показником режиму зволоженості в екосистемі може бути гігрометричний індекс:
де Р - кількість опадів на рік, Т - середньорічна температура, th - середня температура найтеплішого місяця та tс - середня температура найхолоднішого місяця.
Повітря має сильну висушувальну дію, і тому у рослин та тварин спостерігається велика кількість цікавих пристосувань щодо зниження випаровування. Одночасно живим організмам доводиться підтримувати певний оптимальний режим втрати пароподібної вологи, оскільки випаровування – це найефективніший спосіб самоохолодження організму в умовах високої температури повітря. У тварин для такого охолодження за допомогою випаровування служать потові залози (у собаки їх на тілі немає, тому в спекотливий час доводиться висовувати язика), а в рослин вода випаровується через чисельні продихи на листках.
Джерелами поступлення води на поверхню суші є - дощ, сніг, град, роса, що в сукупності формують поверхневі води. Значний відсоток "ґрунтової води", за винятком людини, недоступний живим організмам, Отже, для живих організмів залишається в розпорядженні тільки незначний відсоток прісної води.
В залежності від здатності утримувати вологу або витримувати без води рослини поділяють на:
· ксерофіти - які здатні довший час витримувати без води;
· мезофіти - із середньою витривалістю;
· гідрофіти - які не можуть витримувати без води і вода для них є і основним лімітуючим фактором.
Пристосування живих організмів до недостачі чи надлишку води надзвичайно різноманітні.
Пристосування до зменшення втрати води:
3. Рослини: листя перетворені у голки, листя згорнуті в циліндр, товста воскова кутикула, опушені листки, скидання листя при засушливих періодах, збільшена коренева система і глибоко проникаючі корені(кактуси, альпійська флора).
4. Тварини: виділення азоту у вигляді сечовини (птахи, комахи, деякі рептилії), дихальні органи прикриті клапанами (комахи), тварини ховаються в норах і активні переважно вночі (пустельні види), тканини витривалі до високих температур (верблюд). Запас води: у вигляді жиру (в даному випадку - вода продукт окислення - верблюд, пустельний пацюк).
Фізіологічні пристосування до нестачі води:
- несприятливому періоді видимі ознаки обезводнення не призводять гибелі (мохи, лишайник, деякі папороті);
- зменшення маси тіла при послідуючому різкому її збільшенні при наявності води (верблюд може втратити до 30% маси тіла).
Проблеми з водою можуть бути і у організмів, які населяють водні системи. Тут значний вплив на водний режим має насамперед її хімічний склад, фізичні умови, які можуть призводити до зміни гідрорежиму водойми та організму. В даному випадку слід звернути увагу на такий, на перший погляд простий і нешкідливий забруднювач, як тепла вода. Довгий час вважалось, що тепла вода не є забруднювачем. В послідуючому з'ясувалось, що, зокрема, для закритих водойм даний вид забруднення має надзвичайно концентрований вплив, так як під впливом теплої води змінюється інверсія води з верхніх шарів у нижні і навпаки, за рахунок чого змінюється кисневий режим водойми. В даному випадку слід враховувати, що найбільша питома вага води при 4°С і збільшення температурних параметрів води веде до перебудови обміну киснем.
Газовий склад атмосфери та тиск. Атмосфера є важливою частиною екосфери, з якою вона пов'язана біогеохімічними циклами, які включають газоподібні компоненти. Це, насамперед, кругообіг азоту, кисню, води. Велике значення мають також фізичні властивості атмосфери, повітря створює незначний опір руху і не в змозі бути опорою для наземних тварин. Але разом з тим існують групи тварин, які використовують політ як спосіб пересування, добування їжі (клас птахи, тип комахи, деякі ссавці).
В атмосфері проходить постійна циркуляція повітряних мас, енергією для якої є Сонце. Результатом циркуляції є перерозподіл водяної пари. Захоплюючи її в одному місці та переносячи в друге, проходить захоплення різних елементів і перенесення їх в інше місце. Важливою атмосферною змінною є тиск, який зменшується з висотою. Дія тиску має відносно невелике значення для сухопутних організмів, так як під час підйому на висоту 5000 метрів над рівнем моря тиск складає 50% від норми. Високогірні організми відчувають нестачу кисню, і, як наслідок, у них підвищений вміст еритроцитів та гемоглобіну у крові. Значення тиску як лімітуючого фактору більше виявляється у глибоководних організмів, де, високий тиск поряд із низькою температурою та недостатністю світла є необхідністю. При цьому у живих організмів, що населяють глибоководні ділянки існує цілий ряд пристосувань, що дозволяють їм витримувати підвищений тиск. Це, насамперед, окостеніння покривів тіла і утворення панцирів. Яскравим прикладом таких пристосувань є риби химери. Пристосування також торкаються фізіології функціонування цих істот.
Едафнічні (ґрунтові) фактори. Едафнічні (від грецького Едафон – ґрунт, земля) фактори – це ґрунтові умови, що впливають на життя і поширення живих організмів. Як відомо, живі організми існують не лише в Ґрунті, а й у місцях, де його ще немає: скелі, дюни, терикони, кар'єри. Тому під едафнічним фактором уявляється значно ширше коло умов, ніж ґрунт.
Ґрунт як субстрат існування рослин та об'єкт землеробства цікавив ще античних дослідників. У творах Аристотеля і Теофраста ґрунти поділені на чудові, добрі, родючі, прийнятні, виснажені, бідні і безплідні.
Наприкінці XVIII ст. і в першій половині XIX ст. у Західній Європі виникло дві концепції про ґрунт: агрогеологічна й агрокультурхімічна. Прихильники першого напряму розглядали ґрунт як крихку гірську породу, яка утворюється зі щільних гірських порід під впливом вивітрювання. Рослинам відводилась пасивна роль перехоплювачів елементів живлення, які вивільнилися під час вивітрювання. Агрокультурхімічний напрям пов'язаний з працями А. Теєра, Ю.Лібіха та ін., які розглядали ґрунт лише як джерело живлення. Теєром була висловлена гіпотеза, що рослини живляться органічними речовинами (так звана гумусова теорія). Лібіх розглядав ґрунт не як природне утворення, а лише як масу поза процесом її виникнення і розвитку.
Лише у 1883 р. В.В. Докучаєв вперше довів, що Ґрунт - самостійне природне тіло, і його формування є складним процесом взаємодії п'яти природних факторів ґрунтоутворення: клімату, рельєфу, рослинного і тваринного світу, ґрунтоутворюючих порід і віку. Він показав, що ґрунт безперервно змінюється в часі і просторі. Вчення про ґрунт В.В. Докучаєва одержало завершення в біосферній теорії В.І. Вернадського, який припустив, що навіть гранітні скелі мають біологічне походження.
Отже, становлення ґрунту відбувається завдяки взаємодії організмів, материнської породи, сонячного випромінювання і опадів.
Едафнічний фактор, на відміну від інших, має своєрідний характер. По-перше, він не лише впливає на організми, але одночасно служить середовищем існування для багатьох видів мікробів, рослин і тварин, тобто належить до факторів, які формують середовище. По-друге, ґрунт є продуктом динамічної взаємодії між гірською породою, кліматом і органічним світом, а сьогодні також і з людським суспільством. Таким чином, ґрунтові організми разом з абіотичними факторами створюють своє середовище проживання. І, нарешті, по-третє, едафнічний фактор межує з абіотичними і біотичними факторами.
Едафнічний фактор мінливий у просторі. Це явище добре ілюструє географічна зональність ґрунтів, відкрита В.В.Докучаєвим. Однак, навіть в умовах однієї зони трапляється мозаїчне розмаїття ґрунтів, тобто так званих едафотопів.
Вчення В. В. Докучаєва заклало підвалини сучасної науки про ґрунт – "ґрунтознавство”. Згідно Докучаєва, існує п'ять ґрунтоутворюючих факторів:
· клімат;
· геологічна основа (материнськапорода);
· топографія(рельєф);
· живіістоти;
· час.
Таким чином, одне з визначень ґрунту звучить наступним чином:
- Ґрунт - шар речовини, який знаходиться поверх гірських порід кори Землі.
- Мінеральна основа - неорганічний компонент, який утворився з материнської породи в результаті її вивітрювання.
- Органічна речовина - утворюється при розкладі мертвих організмів і їх частин (листя, тварини).
- Повітря - знаходиться в порах ґрунту і необхідне для існування кореневої системи рослин.
- Вода - необхідна всім ґрунтовим організмам як розчинник необхідних речовин, які потребують рослини. Вода також приймає участь у перетворенні материнської породи.
У природному середовищі на кожний організм або групу організмів діють не тільки абіотичні чинники, але і живі істоти, які є невід'ємною частиною середовища проживання і відносяться до категорії біотичних чинників. Їх дія на організми може бути як прямою (харчування тварин, опилення комахами, паразитування одних організмів на інших), так і непрямою (зміна абіотичних чинників середовища). Представники кожного виду здатні існувати у такому біотичному оточенні, де зв'язки з іншими організмами забезпечують їм нормальні умови життя. Основною формою цих зв'язків є трофічні (харчові) взаємовідносини, на базі яких формуються складні ланки і ланцюги харчування. Крім харчових і угрупованих рослин і тварин виникають просторові зв'язки. Все це є базою формування біотичних комплексів, у яких різноманітні види об'єднуються не в будь-якому поєднанні, а тільки при умові пристосування до спільного проживання.
Біотичні чинники, які впливають на рослинні організми як первинні продуценти органічної речовини, класифікують на зоогенні і фітогенні.
Зоогенні чинники. Безпосередньою і відчутою формою впливу представників тваринного світу на рослини є споживання рослинної маси для харчування (фітофагія). Практично всі класи тварин мають представників, які відносяться до типових фітофагів. Серед фітофагів виділяються: великі тварини - лосі, олені, косулі, кабани; дрібні звірі -зайці, білки, мишевидні гризуни; різноманітні птахи; багаточисельні представники комах, шкідників тощо.
За характером споживання рослинної маси для харчування фітофаги поділяються на монофагів, олігофагів і поліфагів. Монофаги – рослиноїдні тварини, які харчуються лише певними рослинами (колорадський жук, тутовий шовкопряд і ін.). Олігофаги споживають для харчування групу близьких видів рослин (горіхотворки галові, пильщики, попелиця та ін.). Поліфаги з'їдають рослинну масу багатьох видів (копитні, мишоподібні гризуни, гриби-паразити та ін.).
Велике значення має механічний вплив тварин на рослини. Найбільш помітно це виражається у руйнуванні і пошкодженні рослин при поїданні їх відповідних морфологічних частин і тканин копитними, гризунами, а також при витоптуванні.
Фітогенні чинники. Рослини, які переважно входять у склад рослинних угруповань, відчувають вплив сусідніх рослин і при цьому впливають на них. Форми взаємовідносин досить різноманітні і залежать від способу і ступеня контактів рослинних організмів, різноманітних чинників. Нижче перераховані основні взаємовідносини між видами (згідно класифікації В.М. Сукачова і М.В. Диліса). Взаємодія організмів (рослинних і тваринних) може бути корисною або, навпаки, шкідливою, залежно від того, стимулюється чи обмежується життєдіяльність кожного з них. Власне саморегулюючі процеси, в основі яких лежить взаємодія організмів є, як правило, відповідальними за стан динамічної рівноваги з зовнішнім середовищем. Розглянемо форми біотичних відносин.
Форми біотичних відносин:
· Конкуренція – такий тип міжвидових і внутрішньовидових взаємовідносин. за якого популяція або особини у боротьбі за харчування, місце проживання інші необхідні для життя умови, діють один на другого від'ємно.
Виділяють внутрішньовидову, міжвидову, пряму і непряму конкуренцію.
· Хижацтво - відносини міме хижаком і жертвою. Хижаки - це тварини або рослини, які ловлять і поїдають один одного як об'єкт харчування. По-суті, хижаками є консументи всіх, порядків, як травоїдні, так і ті, котрі споживають тваринну їжу.
· Паразитизм – форма біотичних зв'язків організмів різних видів, за яких один живе за рахунок іншого, знаходячись у середині або на поверхні його тіла.
При цьому організм-споживач використовує живого господаря не тільки як джерело харчування, але як і місце постійного або тимчасового проживання. До них належать паразитичні комахи (оводи, кліщі, комарі), паразитичні рослини, паразитичні черв'яки (аскариди).
· Аменсалізм - форма біотичної взаємодії двох видів, за якої один з них чинить шкоду іншому і не отримує при цьому відчутної користі для себе (деревні рослини і трав'яниста рослинність під їх кронами).
· Симбіоз (мутуалізм) - представляє собою тривале, нероздільне і взаємовигідне співжиття двох або більше видів організмів (мікориза деяких грибів і коренів дерев).
· Коменсалізм - тип біотичних взаємовідносин між двома видами -коменсалами, коли діяльність одного з них постачає харчування або притулок (коменсалу). (Рибка - прилипало пересувається на великі відстані прилипаючи до акул).
· Алелопатія (антибіоз) - хімічний взаємовплив одних видів рослин на інші за допомогою продуктів метаболізму (ефірних масел, фітонцидів).
Сюди можна віднести «цвітіння води» за участю синьо-зелених водоростей, явище «червоного моря» - виділення гігантськими скупченнями мікроорганізмів токсичних речовин, які викликають загибель риби.
Проте, деколи два види, які мають однакові кормові потреби, живуть на одній території і не конкурують один з одним. Р. Дажо наводить приклад такого співжиття двох видів англійських бакланів - арістотелівського і карбо, які живуть на одних і тих самих скелях, однак, як виявляється, виловлюють різний корм. Наприклад, баклан карбо пірнає глибоко і виловлює глибоководних камбалових риб і креветок, а баклан арістотелівський полює в поверхневих водах на оселедцевих риб і піскарів (кобликів).
Чому ж тут не спостерігається кормова конкуренція? А тому, що кожний із видів в процесі еволюції пристосувався до своєї екологічної ніші поняття якої буде розглянуто в наступній темі.
Закони термодинаміки в живій природі:
1. Енергія ні з чого не утворюється, а може тільки перейти із одної форми у другу.
2. При виконанні роботи енергія не може передатись на 100%, втрата неминуча, яка виділяється у формі тепла.
В екології дані закони більш відомі як закон вічності матерії: "...ніщо в природі не зникає безслідно". Розуміння цих законів є необхідністю при оцінці харчових рівнів та трофічних зв'язків, які існують в живій природі. В екосистемі органічні речовини утворюються автотрофними організмами, які в свою чергу служать кормом для гетеротрофів. Кожен компонент трофічного ланцюга називається трофічним рівнем.
Основою для функціонування трофічного ланцюга є енергія Сонця, тобто зовнішнє джерело, енергія якого акумулюється всіма живими організмами.
Перший трофічний рівень представлений автотрофами, або як їх прийнято називати в екології, - продуценти. Це переважно нижчі та вищі рослинні організми. Продуцентами є не тільки фотосинтезуючі організми. Незначну долю продуцентів складають хемосинтезуючі організми, які використовують енергію хімічних реакцій для синтезу речовини. Разом з тим, роль хемосинтетиків у функціонуванні системи незначна, тому що головна роль у енергетичній єдності системи належить фотосинтезуючим організмам.
Другий трофічний рівень представлений гетеротрофними організмами – консументами. В залежності від кількості енергії, яка акумулюється продуцентами, кількість рівнів консументів може бути різною. Саме консументи творять видову різноманітність системи. Отже, розрізняють консументів першого-, другого-, третього-, N - ного рівнів.
Серед консументів існує група організмів, які виділяються в окремий. трофічний ряд, так як їх сукупність творить окремий трофічний ланцюг. До цієї групи відносяться організми деструктори - редуценти, послідовний ряд яких творить детритний харчовий ланцюг.
Отже, бачимо, що в екосистемі весь біотичний компонент пов'язаний між собою і навколишнім середовищем, тобто всі живі організми системи пов'язані енергією, що проходить через систему і трансформується і використовується самими живими організмами.
Антропогенні фактори
Різноманітність форм людської діяльності, які змінюють біотичні й абіотичні елементи природи, багато вчених об'єднують під загальною назвою антропогенні впливи, або антропогенні фактори.
Український еколог О.О. Лаптєв, зокрема, розглядає антропогенні фактори як породжені соціальним обміном речовин і енергії тіла, речовини, процеси і явища, які впливають на природу одночасно з природними факторами. Більшість ботаніків - В.М.Сукачов, Є.М. Лавренко, С.Є. Коровін, П.Д. Ярошенко, Б.М.Міркін, Г. Сукопп (Sukopp, 1969), -вважають, що вплив людини на рослинність - це ті ж зовнішні причини, які можна розцінювати як суму своєрідних екологічних факторів.
До антропогенних факторів належать усі види створюваних технікою і безпосередньо людиною впливів, які пригнічують природу: забруднення (внесення в середовище нехарактерних для нього нових фізичних, хімічних чи біологічних агентів або перевищення наявного природного рівня цих агентів); технічні перетворення й руйнування природних систем ландшафтів (у процесі добування природних ресурсів, будівництва тощо); вичерпання природних ресурсів (корисні копалини, вода, повітря та Ін.); глобальні кліматичні впливи (зміна клімату в зв'язку з діяльністю людини); естетичні впливи (зміна природних форм, несприятливих для візуального та іншого сприймання).
Взагалі антропогенні фактори - це впливи людини на екосистему, що зумовлюють у її компонентів (абіотичних і біотичних) суттєві, відгуки (реакції). Вони можуть бути фізичними, хімічними, кліматичними, біотичними, а за характером зв'язків - вітальними і сигнальними, за часом дії - постійними і періодичними, ледве помітними і катастрофічними. Будучи за характером впливу екзогенними, вони діють на ендогенні фактори і завдяки їм „зсередини” - на екосистему або на її компоненти.
Вплив людини на природу може бути як свідомим, так і стихійним, випадковим. Користуючись знанням законів розвитку природи, людина свідомо виводить нові високопродуктивні сорти рослин і породи тварин, творить нові біоценози. Проте нерідко вплив людини на природу має небажаний характер. Це, наприклад, непродумане розселення рослин і тварин у нові райони, хижацьке винищення окремих видів, а також розорювання перелогових земель, внаслідок чого зникають стійкі високоорганізовані біоценози, зменшується видовий склад рослин і тварин.
До випадкових належать впливи, які є наслідком діяльності людини, але не були наперед передбачені або заплановані: випадкове завезення насіння бур'янів і тварин (завезення з Північної Америки колорадського жука в Європу та кролів в Австралію). Сюди слід віднести випас худоби, розорювання земель, рекреаційні деградації тощо.
Особливої шкоди природі завдають урбогенні та техногенні процеси, які часто діють сумісно. Великі міста, як правило, мають промислові зони, транспортні магістралі, щільну забудову і, таким чином, творять великі площі мертвої підстилаючої поверхні, яка акумулює додаткове тепло. Над містами здіймаються "гарячі острови'' з пилу та сажі, а також газові викиди, які погіршують якість життєвого середовища, роблячи його шкідливим для здоров'я людей.
Антропогенні едафнічні і кліматичні фактори витісняють природну рослинність, збіднюють тваринний світ, обмежують діяльність мікро-організмів-деструкторів. Тому екосистеми великих міст та індустріальних центрів е енергетичне субсидовані, їх діяльність часто повністю залежить від втручання людини (газони, квітники, сади, сквери, захисні смуги, агрокультури).
Основними урбогенними негативними факторами є теплові, хімічні, радіаційні, електромагнітні, світлові, звукові, вібраційні тощо. Часто в містах вони діють одночасно, особливо це стосується транспортних магістралей із високою інтенсивністю руху. Однак не лише у великих містах діє цей комплекс антропогенних факторів. Якщо звернути увагу на лісові Карпати, то побачимо, що і в цьому віддаленому регіоні транспортні, електро- і нафтогазові магістралі, потужні трактори й автомобілі на трелюванні лісу і лісовивезенні завдають непоправної шкоди лісовим екосистемам. Зникають окремі види рослин і тварин, руйнується ґрунт, порушується екологічна рівновага.
Однак не можна всю антропогенну діяльність вважати негативною: впливи, які оптимізують екосистеми, є позитивними. Інтродукція, фітомеліорація, біологічні методи боротьби зі шкідниками рослин і тварин - це позитивна антропогенна діяльність, яка в умовах ноосферного управління повинна переважати. Згідно з висловом відомого російського еколога С.С.Шварца, прогноз розвитку науки на найближчі десятиліття включає в себе суттєві зміни структури біоценозів Землі, створення здатних до самовідновлення і саморегулювання специфічних біогеоценозів. Учений відзначає антропогенні ландшафти, які будуть вирізнятися підвищеною стабільністю і підвищеною здатністю до біологічного очищення. Загальний баланс біосфери має підтримуватися на рівні, що забезпечуватиме оптимальний розвиток людського суспільства.
На Конференції ЮНЕСКО "Середовище і розвиток", яка відбулася в 1992 р. у Ріо-де-Жанейро, прийнято два фундаментальні документи: «Декларація з Ріо в справах середовища" та "Глобальна програма дій – Агенда 21”, в яких викладена ідея екологічного розвитку сучасної цивілізації. Про актуальність цієї ідеї свідчить те, що вона стосується всіх галузей життя: - наукової, - господарської діяльності, - міжнародних стосунків та -побуту. Від уміння розв'язувати екологічні проблеми залежить наше майбутнє.
II. Середовище існування живих організмів.
Як відмічає Ю.Злобін (1998), при аналізі умов, в яких проходить реальна життєдіяльність рослин і тварин та існує людина, широко застосовуються поняття середовища, навколишнього середовища, природного середовища і т.п. Середовище - це найбільш загальне поняття, цим терміном позначається усе, що оточує даний об'єкт.
Під середовищем (життя) живих організмів мається на увазі вся сукупність конкретних абіотичних та біотичних факторів, в яких живе дана особина, популяція або вид. Іншими словами, термін «середовище життя» означає все оточення, в якому відбувається діяльність людини та розвиток живої та неживої матерії.
Вислів навколишнє середовище має той же зміст, але він менш вдалий, оскільки саме слово «середовище» вже має на увазі оточення об'єкту.
Слід відрізняти середовище життя рослин та тварин від середовища життя людини. Середовище життя людини включає в себе всі території та акваторії, що є місцем перебування і виробничої діяльності людини. По суті, до середовища життя людини входять всі компоненти біосфери, вся сукупність створених людиною технологічних об'єктів, а також всі соціальні феномени людського суспільства. У зв'язку з цим загальне середовище життя слід розділяти на природне та соціальне. Природне середовище включає в себе об'єктивно існуюче природне середовище будь-якого живого організму, включаючи людину.
Соціальне середовище - це сукупність оточуючих людину суспільних, матеріальних та духовних умов її існування та діяльності. Це середовище, по суті, включає в себе всю суспільно-економічну систему, в межах якої знаходиться людина.
Природні компоненти середовища життя людини досить різноманітні. Оскільки людина є біосоціальною істотою, то вони відіграють важливу роль у його добробуті. Фізичні компоненти середовища, такі, як географічне положення місцевості, наявність та якість таких природних ресурсів, як вода, повітря - все це є умовою нормальної життєдіяльності. До природного середовища входять і всі живі організми, що оточують людину.
Важливим параметром оцінки якості природного середовища є його стійкість, стабільність усіх режимів та станів природних факторів.
Різкі відхилення природного середовища від звичайного його стану, як правило, зглядаються як стихійне лихо й катастрофа. Вони включають в себе виверження вулканів, повінь, урагани, пожежі і т.п.
Середовище життя є динамічним комплексом. Воно розвивається само собі, а також під впливом всіх живих організмів та людини, зокрема.
Тому одноразово отримана інформація про особливості середовища не створює повної картини щодо умов існування живих істот. Моніторинг
середовища обов'язково повинен включати інформацію про динаміку зміни цього середовища.
Викривлення об'єму поняття «середовище життя», вихолощування з нього екологічного змісту, досить небезпечне. Воно створює ілюзію, що природне середовище змінюється менше, ніж це є насправді, під впливом наслідків господарської діяльності людини.
Екологія, як наука що вивчає взаємовідносини організмів з навколишнім середовищем, чітко визначає поняття середовища, при цьому акцентується, що середовище Існування може мати відмінні по хімічним та фізичним властивостям умови.
Водне середовище. Вода, в якій розпочалося життя на Землі,- це важливий екологічний фактор, що визначається її фізичними властивостями, зокрема, прозорістю, щільністю, теплопровідністю і теплоємністю, а також текучістю. Остання зумовлює циркуляцію в озерах і ставках.
Водне середовище однофазне - в ньому різко переважає рідка фаза. Одночасно природна вода, яка утворює гідросферу, являє собою складну полідисперсну систему, що складається з водних розчинів і зависі частинок неорганічних і органічних речовин, а також із живих органічних тіл, котрі втримуються в системі за рахунок різності співвідношень маси, постійного перемішування і переміщення водних мас або активної протидії силі тяжіння з боку живих організмів.
В поняття гідросфери включають і дно водоймища (тверда фаза), і приводний шар повітря (газоподібна фаза). Велике значення мають площини контактів цих фаз: дно-вода, вода-повітря. Це складні біогоризонти, насичені живими організмами. Відомо, що основну масу гідросфери Землі утворюють води Світового океану (95,5% за об'ємом), які містять величезну кількість органічної речовини, в тому числі незначну частку живих організмів - не більше 3 млрд. т., або 0,15%.
Головним джерелом тепла, яке надходить у водні шари, є сонячна енергія. Сонячне проміння, проникаючи крізь водну поверхню, поглинається і розсіюється водою, розчиненими в ній речовинами і зваженими частинками. Поширення радіації у воді підпорядковується загальному закону послаблення радіації.
Сонячне тепло завдяки малій теплопровідності води майже не передається на глибину. Переміщення теплих мас з поверхні на глибину відбувається за рахунок вертикального переміщення (вітрового, 33 конвективного, турбулентного у прісних порівняно мілководних водоймищах), а також за рахунок глибинних течій у морських водах. Прогрівання шарів води, як у внутрішніх водоймах, так і в морях має сезонний характер.
Важливими фізичними властивостями води є її висока щільність, яка послаблює земне тяжіння, що дає змогу гідробіонтам мікроскопічних розмірів перебувати у зваженому стані. Більші за розміром гідробіонти для полегшення плавання знижують свою щільність, включаючи до складу тіла велику кількість води (медузи), жирових крапель (діатомові водорості), повітря (ламінарії і молюск наутілус), а також утворюючи різні відростки.
Водне середовище сформувало планктонні організми з характерною формою тіла, що дає можливість їм легко утримуватись "на плаву" або "ширяти" у водному просторі (медузи, лангусти, молюски). Цьому також сприяє розмір організмів: невеликі тіла зоопланктону мають теж здатність "ширяння" у водній товщі.
До прісних вод належать стоячі та проточні води. Рух води приводить до вирівнювання температури у всій її товщі, а також до збагачення киснем. Текучі води в процесі адаптації формували тіло риб, яке, наприклад у форелі, в поперечному розрізі є округле, тоді як у риб стоячих вод (ставків, озер) воно плоске (короп, карась, окунь). Своєрідним для тварин швидко текучих вод є екологічне пристосування - реотропізм: тварини приймають певне положення відносно течії і намагаються подолати її.
У воді в розчиненому стані присутні гази і мінеральні солі. Велике екологічне значення має кількість розчиненого у воді кисню. У солоній воді розчинність кисню на 20% нижча, ніж у прісній. Перенасиченість киснем можна спостерігати у водах озер і ставків, багатих на рослинність, що містить хлорофіл.
Залежно від кількісного вмісту і розподілу у воді стоячих водойм кисню, а також характеру і чисельності у них організмів, що населяють їх, водойми поділяють на три групи:
- оліготрофні (небагаті на корм) - глибоководні озера з низькою температурою в нижніх шарах водяної товщі, багатої на кисень. У цій воді добре розвиваються лососеві, форель (озера - Пісочне на Поліссі, Синевир у Карпатах). Тут повільніше розкладається органічний відпад і вода в них голуба і прозора;
- еутрофні (багаті на корм) - неглибокі, придонні води мають більшу температуру, ніж оліготрофні. Тут добре розвиваються різноманітні організми, а також добре перебігають процеси їх відпаду І розпаду. Вода в таких водоймах зелена. Риби тут задовольняються невеликою кількістю кисню;
- дистрофні (бідні на корм). В їхніх водах нагромадилась велика кількість гумінових кислот, що робить їх кислими і коричнюватими (Янівське озеро біля Львова).
У прісній і особливо морській воді значно більша кількість вуглекислого газу. Наприклад, у морській воді його міститься від 40-50см3/л (у вільній або зв'язаній формі, що в 150 разів перевищує його концентрацію в атмосферному повітрі). Вуглекислий газ відіграє значну роль у забезпеченні процесу фотосинтезу водяних зелених рослин, а також формуванні вапняних утворень (раковин, панцирів) безхребетних.
У природних водах концентрація солей різна. Наприклад, у прісних водах вища карбонатність (близько 80%), у морських більше хлоридів (в Чорному морі їх 80,7%), а в Аральському і Каспійському морях, крім хлоридів (близько 60%), присутні сульфати (30%),
Важливою складовою прісних вод є кальцій, який часто відіграє роль обмежуючого фактора. Розрізняють води "м'які" (кальцію 9 мг/л) І "жорсткі" (понад 25 мг/л).
Ґрунтове середовище. Ґрунт, як ніяке інше середовище,- густо заселений різними тваринами і мікроорганізмами, залишаючись при цьому основним життєвим субстратом для рослин. Ґрунтова фауна, або едафон, включає представників багатьох найвищих за рангом таксонів. Вважається, що близько 90% видів комах на тих чи інших стадіях свого онтогенезу пов'язані з ґрунтом. В особливо сприятливих для життя умовах на 1 м3 шару ґрунту і підстилки налічується до 1,5 мільйона найпростіших, до 20 млн. нематод. Ґрунт став місцем проживання не лише безхребетних. У земляних сховищах багато хребетних навіть виводять нове потомство. Серед них і земноводні, і птахи, і ссавці. На окремих лісових ділянках порожнини нір крота становлять до 15% площі. Кроти, утворюючи в ґрунті численні ходи, спушують ґрунт, покращують його фізичні і водні властивості. В земляних нірках гніздяться берегові ластівки, рибалочки, сиворакші.
Різноманітний і багатий органічний світ ґрунту відіграє важливу роль у його трансформації. Прискорюючи розклад і загальний кругообіг речовин, фунтові редуценти, тобто тварини, які живляться мертвими органічними речовинами, що розкладаються, збагачують ґрунт органічними сполуками, покращують його фізичні властивості: структуру, водопроникність, аерацію, а, отже, умови мінерального і водного живлення, росту і кореневого дихання рослин.
За хімічним складом ґрунт суттєво відрізняється від своєї материнської породи. Він складається з мінеральних, органічних і органо-мінеральних речовин. Головною особливістю хімічного складу ґрунту є присутність у ньому специфічної групи органічних речовин - гумусових. Визначальним для генезису ґрунтів і їх родючості є ґрунтовий розчин, який бере участь у процесах перетворення (руйнування і синтез) мінеральних і органічних речовин, переміщення вертикальними профілями різноманітних продуктів ґрунтоутворення, а головне - у живленні рослин. Тому дуже важливо знати склад та властивості (реакцію, буферність, осмотичний тиск) і динаміку.
Повітряне середовище. Повітря як середовище існування малопридатне для існування в ньому живих організмів, насамперед через свої фізичні властивості. Тільки незначна кількість живих організмів пристосувалась до існування в специфічних умовах повітряного середовища. Переважна більшість організмів використовує повітряне середовище для пересування, а птахи та деякі комахи пристосувались до пересування в повітрі найдосконаліше.
Разом з тим повітряне середовище є необхідною складовою навколишнього середовища і має певні фізико-хімічні параметри.
Чисте і сухе повітря являє собою суміш газів: основні з них - азот (78,08%), кисень (20,95%), аргон (0,93%) та вуглекислий газ (0,03%). Решта газів представлена незначними частками. Повітря майже ніколи не буває сухим, в ньому завжди присутня водяна пара, частка якої в повітрі сягає 4%, а деколи - лише 0,01% загального об'єму. Крім того, у ньому часто присутні фізичні домішки природного і антропогенного походження: пилок і спори рослин, пил, сажа тощо. Тому повітряне середовище вважається двофазним (повітря + твердий субстрат). У перезволоженому повітрі "народжуються" кислі дощі. Атмосферні гази діють на рослини неоднаково. Наприклад, у глинистих ущільнених ґрунтах нестача кисню веде до руйнування фізіологічного процесу і, навіть, до морфогенезу. Брак азоту у повітрі може призвести до зниження продуктивності азотобактерій, бульбашкових бактерій, для яких він є продуктом споживання. Однак кисень і азот не відіграють такої ролі як вуглекислий газ. Навіть незначні коливання його вмісту є дуже важливими для фотосинтезу. Деяке збалансування вуглекислого газу в повітрі зумовлює підвищення ефективності фотосинтезу, але вже при його вмісті понад 26,5% асиміляційний процес послаблюється або ж зовсім припиняється. До речі, під час інтенсивної вегетації (червень, липень) вміст вуглекислого газу в повітрі лісу менший, ніж восени. Вночі його кількість є більша, ніж у сонячний день. Повітряне середовище створює сприятливі умови для розвитку ґрунту, який визначає можливість відносно замкнутого кругообігу речовин в екосистемах навіть малого масштабу.
Важливу роль у житті рослин відіграє вітер. Вітер – це переміщення мас повітря вздовж поверхні Землі, під час якого вирівнюється концентрація окремих його частин, посилюється газообмін в атмосфері і ґрунті. Вітер посилює випаровування і приносить вологу. Вплив вітру на рослинні організми може бути прямим і опосередкованим. До прямого слід віднести обламування гілок і сучків, викривлення стебел, зривання листя і плодів тощо. Водночас вітер відіграє значну роль у фізіологічній діяльності організмів: прискорює транспірацію, а разом з нею посилює поглинання поживних речовин із ґрунту. Вітер підносить з нижчих приземних шарів до крон дерев вуглекислий газ, посилюючи асиміляційні процеси. У холодних 36 зонах з бідною фауною комах вітер відіграє домінуючу роль у запиленні рослин. Сильні протяжні вітри, особливо в горах та на узбережжях морів і океанів, впливають на форму і положення дерев.
Вітер відіграє також важливу роль в анемохорії - поширенні організмів. Спори мохів переносяться вітрами на віддаль понад 2000 км. Деякі бабки можуть за допомогою вітру подолати відстань близько 900 км. Павуки, підвішені на нитках "бабиного літа", трапляються на віддалі 400 км від ближньої суші. Поширене переміщення рослин вітром у вигляді перекотиполя степовими і сніговими просторами. В Альпах цей тип переміщення трапляється в 61 виду мохів. Вітер, якщо його швидкість є незначною, переносить запахи, які вловлюють тварини. Відоме дослідження В.М. Беклемішееа про поширення малярійного комара. Виявляється, що вдень він "відсипається" у вологих старицях річок, а ввечері, коли волога стікається долинами і ярами з віддалених місць, комахи одержують нюхову Інформацію про розташування людей чи худоби, кров'ю яких вони живляться. Цей трофічний канал є одночасно каналом перенесення малярії. Є й інші класифікації середовищ існування організму, але вище перераховані присутні у всіх дослідників. Поділ на типи середовища відбувається насамперед в залежності від фізико-хімічних властивостей складових середовища, які забезпечують існування живого організму. Живий організм обумовлений наявністю речовин, які здатні забезпечувати йому всі необхідні елементи для росту і розмноження. Тобто для існування живого організму необхідний весь спектр екологічних факторів.
R Резюме
- Середовище - все оточення, в якому відбувається життєдіяльність живого організму.
- На живих істот, які мешкають на нашій планеті, постійно діють фактори, які називають екологічними факторами.
- Існують три групи факторів:
а) абіотичні;
б) біотичні;
в) антропогенні.
- Живі організми мають різну екологічну валентність.
- Кожний вид живих організмів займає свою екологічну нішу.
