Экология

Урок 1: Факторы экологии

Экологические факторы

Экосистема - понятие, которое не только является основным в курсе экологии, но и вышло за его пределы. Принято говорить об «экосистеме офиса», «экосистеме организма» и даже «экосистеме программного обеспечения». В первом уроке будет дано принятое в экологии определение, на конкретных примерах разобраны структура и особенности экосистем, показано, какие факторы действуют на организмы и каким законам это воздействие подчиняется.

Обложка урока взята с источника.

slide4

Интенсивные курсы подготовки к ЕГЭ

Перейти

Узнай тонкости ЕГЭ и перестань его бояться

Перейти slide5
slide6

Подготовка к ЕГЭ с командой
лучших преподавателей

Перейти
slmob

Интенсивные курсы подготовки к ЕГЭ

Перейти
slmob10

Узнай тонкости ЕГЭ и перестань его бояться

Перейти
slmob11

Подготовка к ЕГЭ с командой
лучших преподавателей

Перейти

План урока:

Экосистема

Экологические факторы

Закон оптимума

Закон Либиха

 

Экосистема

В курсе экологии часто можно столкнуться с двумя понятиями - экосистема и окружающая среда. Под экосистемой[1] понимают совокупность живых организмов и измененной ими среды обитания.

Экологические системы одной климатической зоны объединяются в биомы.

1mbjkh
Биомы Евразии и Северной Африки Источник

Совокупность всех экосистем на планете называется биосферой.

По происхождению выделяют два вида экосистем:

Возникшие самостоятельно – естественные, или природные экосистемы;

 2ghjhj
Естественная экосистема – смешанный лес Источник

Созданные человеком из природных экосистем для собственных нужд – искусственные экосистемы.

Примерами искусственных экосистем, или агроценозов, являются огороды, поля, водохранилища и т.д.

3jhjk
Искусственная экосистема – пшеничное поле Источник

Для любой экосистемы обязательно наличие живого - биотического и неживого - абиотического - компонентов. Биотический компонент называется биоценозом[2] и представляет собой совокупность всех живых организмов, которые совместно проживают на одной территории и влияют друг на друга. Между ними формируются определенные связи - в основном пищевые. За счёт этого вещество и энергия в экосистеме постоянно передаются от одного организма другому.

Биоценозом будут являться все живые организмы - обитатели леса: деревья, кустарники, травы и другие растения, все животные (в том числе обитающие в лесной почве), грибы и бактерии. Однако хозяин с собакой, которые каждый день приходят на прогулку в этот лес, не являются частью биоценоза, поскольку пребывают здесь только короткий период времени и практически не взаимодействуют с другими живыми организмами.

4mhjk
Биоценоз леса Источник

Абиотический компонент называется биотопом[3] и представляет собой пространство с более-менее однородными условиями, где обитает биоценоз. Как правило, биотоп имеет более-менее различимые пространственные границы.

Для экосистемы леса её биотопом будет участок суши с определенным типом почвы, температурой и высотой над уровнем моря. Биотопом также может выступать живой организм: так, в теле человека и на его поверхности проживают многочисленные бактерии. На поверхности кожи и внутри желудочно-кишечного тракта создаются разные условия обитания, следовательно, для бактерий человек представляет собой несколько биотопов.

Наземные экосистемы принято называть по доминирующему виду ландшафта, климатическим и географическим особенностям и растительности. Среди лесных экосистем России различают хвойные, смешанные и широколиственные леса. В тропиках и субтропиках их разнообразие дополняется влажными тропическими лесами и мангровыми (вечнозелеными).

Водные экосистемы выделяют по типу водоема и с учетом глубины (пресноводные - речные, болотные, озёрные, морские - экосистемы побережий, литорали - участка приливов и отливов и сублиторали - участка, который всегда покрыт водой и может обнажаться только в сильный шторм, глубоководные экосистемы и так далее).

5mhjk
Источник

На данном рисунке можно различить несколько экосистем и указать границы между ними:

  • Горная река
  • Равнинная река
  • Хвойный лес
  • Альпийский луг
  • Горная вершина

Итак, экосистема представляет собой живые организмы (биоценоз) и их местообитание (биотоп). Среда обитания - это совокупность воздействий любой природы на организм. Все экосистемы планеты Земля составляют биосферу.

 

Экологические факторы

В экосистеме на организм воздействует большое количество факторов. Так, заяц, обитающий в лесу, может быть съеден волком, при этом сам заяц питается корой деревьев и травянистыми растениями. Ему необходим не только источник питания, но и доступ к пресной воде. После сильного снега заяц может погибнуть, поскольку не может добыть себе корм. В разные сезоны под воздействием температуры он меняет цвет шерсти. Все условия обитания, которые воздействуют на организм, составляют его среду обитания[4] и называются факторами среды.

Поскольку некоторые воздействия влияют на организм настолько сильно, что вызывают у него приспособительные реакции, их выделили в отдельную группу экологических факторов[5]. Один и тот же фактор среды для одного вида для одного организма является экологическим, для другого - нет. Если из-за сильного ветра в горах одиноко стоящие деревья характеризуются мощным стволом и сильными корнями, которые позволяют закрепиться в почве, то для этих организмов сильный ветер будет являться экологическим фактором. В то же время для птиц, которые вьют гнёзда в кроне этого дерева, данный фактор не будет экологическим, поскольку не вызывает никаких приспособительных реакций у них.

Влияние экологических факторов всегда ведет к адаптации (приспособлению) организма к ним. Эти адаптации могут быть связаны с особенностями строения, физиологией или поведением организма.

В экологии принята следующая классификация экологических факторов:

  • Абиотические (или физико-химические)
  • Биотические
  • Антропогенные

В основе выделения этих групп лежит природа источника воздействия.

Абиотические факторы связаны с воздействием биотопа на организм. Это температура, солёность воды, влажность почвы, климатические и погодные условия, смена сезонов, газовый состав воздуха и так далее.

Биотические факторы объясняются взаимодействиями живых организмов в биоценозе.

Антропогенные факторы составляют особую группу и связанные с влиянием человека на природу. Поскольку сам человек является живым существом, данные факторы можно отнести к биотическим. Однако в некоторых случаях непосредственное действие на живые организмы оказывают неживые объекты (определенные химические вещества или мусор, попавшие в среду обитания в результате действий человека), следовательно, они же могут быть отнесены к абиотическим. Еще одна особенность, благодаря которой антропогенные факторы выделены в отдельную группу, - масштаб воздействия. Ни один живой организм не оказывает столь глобального влияния на окружающую среду, как человек. Считается, что в мире сохранилось всего 4% экосистем, которые не подвержены его воздействию.

По влиянию на организм можно говорить о следующем действии факторов среды:

  • Положительно влияющие (способствующие росту и развитию организма);
  • Отрицательно влияющие (препятствующие нормальной жизнедеятельности);
  • Нейтральные (влияющие незначительно или совсем не влияющие).

Очень часто один и тот же фактор, в зависимости от силы действия на организм, может влиять как положительно, так и отрицательно. Сила экологического фактора называется интенсивностью воздействия. Она измеряется в тех единицах измерения, которые характеризуют само воздействие: интенсивность атмосферного давления измеряется в миллиметрах ртутного столба, солености - в промилле, температуры - в градусах Цельсия и т.д.

Иногда характер воздействия на организм объясняется взаимодействием нескольких факторов среды. Такое явление получило название эффекта синергизма. До конца это явление не изучено, но известны следующее примеры синергизма. Высокие значения температуры усиливают негативное воздействие давления на насекомых. Повышение влажности почвы усиливает влияние освещенности и нитратов на растения.

  • Итак, факторы среды включают любые воздействия на организм, экологические факторы - только те, которые приводят к адаптации организма.
  • Интенсивность воздействия характеризуется силой и результатом (негативным, положительным или нейтральным).
  • Экологические факторы отличаются по своей природе и характеру воздействия на организмы.
  • Иногда тип влияния сложно оценить, поскольку некоторые факторы способны взаимодействовать, ослабляя или усиливая друг друга (синергизм).

 

Закон оптимума

Организм способен воспринимать каждый экологический фактор только в определенных пределах. Ярким примером этого явления являются иглокожие (морские звёзды и морские ежи): они могут выжить при высокой солёности, но при её значении менее 28 промилле погибают. (Именно поэтому они отсутствуют в Каспийском море).

Такие значения, при которых организм больше не способен переносить воздействие фактора и погибает, называются пределами. Как правило, у любого фактора можно выделить два предела - верхний и нижний. Если интенсивность факторов[6] выше или ниже указанных пределов, то это приводит к гибели организма. Данная формулировка получила название закон толерантности Шелфорда. Бытовым примером его реализации является поговорка «так хорошо, что аж плохо» - избыток фактора, который в целом положительно влияет на организм, может привести к гибели.

6mhjk
Кривая выживаемости Источник

Зависимость качества жизнедеятельности организма от интенсивности фактора может быть представлена кривой выживаемости. Зона между верхним и нижним пределом отражает диапазон выносливости вида. Чем шире это зона, тем более организм толерантен к воздействию данного фактора. Живые существа с широким диапазоном выносливости называются эврибионты, с узким - стенобионты. Эврибионты могут адаптироваться к широкому диапазону интенсивности факторов и поэтому встречаются во многих экосистемах. К ним относят лис, бурых медведей, волков, тростник, ряску и крапиву. Стенобионты обитают в строго определенных экосистемах. В качестве примера можно привести форель (обитает только в чистых, холодных, быстротекущих реках, богатых кислородом), глубоководные рыбы (являются стенобионтами по отношению к давлению, взрываются при попытке поднять их на поверхность), орхидеи (обитают в тёплом влажном климате на коре определённых деревьев). Важно, что один и тот же организм может быть стенобионтом по отношению к одному фактору и эврибионтом - по отношению к другому. Иглокожие являются эвритермными (то есть толерантны к широкому диапазону значений температуры) стеногалинными (то есть могут обитать только в условиях высокой солености).

7mjk
Стенобионты и эврибионты: кривые выживаемости Источник

Внутри диапазона выносливости можно выделить такое значение интенсивности фактора, которое наиболее благоприятно сказывается на жизнедеятельности организма – его называют зоной оптимума. На графике она находится в центре и включает максимальную точку подъема. Например, для человека европеоидной расы оптимальной температурой является 19-23 °С.

Участки под кривой между пределами выносливости и границами зоны оптимума называются зонами пессимума[7] (угнетения). Под влиянием такой интенсивности фактора жизнедеятельность организма возможна, но фактор действует на него негативно. Чем ближе значение интенсивности к пределу выносливости, тем сильнее проявляется его негативное воздействие.

 

Закон Либиха

Факторы, наиболее существенно влияющие на жизнедеятельность организмов и на расселение вида, называется ограничивающим[8]. Для белых медведей таким фактором является температура, для иглокожих - солёность, для форели - чистота воды и количество кислорода в ней. Близость интенсивности этого фактора к верхнему или нижнему пределу будет наиболее существенно влиять на живой организм.

Однако как определить ограничивающий фактор в случае, если многие из действующих на организм условий среды близки к предельным значениям? Ответ на этот вопрос был впервые сформулирован в 1840 году химиком Либихом. Установленное им правило гласит, что тот фактор, интенсивность которого ближе всего к предельному значению, будет в наибольшей степени влияют на жизнедеятельность организма. Бытовой формулировкой данного закона является утверждение «где тонко, там и рвётся».

В качестве модели данного закона Либих описал бочку, которая состоит из досок разной высоты. Вода будет вытекать через самую низкую из них, при этом высота остальных досок не важна. Именно поэтому открытое им правило получило название «закон бочки».

8mhjk
Иллюстрация закона Либиха Источник

Пример закона Либиха[9] можно встретить при минеральной подкормке домашних растений. Если регулярно вносить различные удобрения, но при этом игнорировать один из микроэлементов, то именно его недостаток повлияет на гибель растений, при этом неважно, что в целом минеральное питание можно охарактеризовать как достаточное. Внесение недостающего микроэлемента позволит существенно повысить урожай от данного вида растений.

Стоит отметить, что хотя закон бочки до сих пор признан многими специалистами, он был существенно дополнен. В исследованиях было показано, что в случае минерального питания вместо недостающего микроэлемента может быть использован схожий с ним по химическому строению. Так, морские моллюски в условиях недостатка кальция вместо него используют для строительства раковины стронций.

Итак, способность переносить воздействие экологического фактора ограничена, и для любого из них можно обозначить верхнее и нижнее предельное значение (закон Шелфорда[10]). За пределами наступает гибель организма. Взаимосвязь интенсивности[] воздействия фактора и благополучия организма описывается законом оптимума[11]. Силу угнетающего воздействия нескольких факторов можно оценить при помощи закона бочки.

 

Словарь

1. Экосистема - совокупность живых организмов и измененной ими среды обитания.

2. Биоценоз - совокупность живых организмов, находящихся в постоянном взаимодействии друг с другом и длительное время проживающие на одной территории.

3. Биотоп – местообитание биоценоза.

4. Среда обитания – совокупность условий жизни конкретного организма или биоценоза.

5. Экологический фактор – такое воздействие среды обитания, которое приводит к реакциям адаптации у живой системы.

6. Интенсивность фактора – сила его воздействия на организм.

7. Пессимум (угнетение) – значение интенсивности фактора, отличное от оптимального, при котором организм еще способен функционировать, но претерпевает негативное воздействие.

8. Ограничивающий фактор – влияющий на расселение вида и его продуктивность.

9. Закон Либиха – если значения нескольких экологических факторов далеки от оптимальных, то ограничивающим будет тот, что находится ближе всего к предельному значению.

10. Закон Шелфорда – для любого фактора существуют верхнее и нижнее предельные значения интенсивности.

11. Оптимум – такое значение интенсивности фактора среды, что его воздействие наиболее благоприятно сказывается на организме.

 

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос: 1
Совокупность всех широколиственных лесов является
1Экосистемой
2Биосферой
3Биомом
4Биоценозом
Ответить
3
Вопрос: 2
Какой из этих законов говорит о наличии верхнего и нижнего предела интенсивности фактора среды?
1Либиха
2Шелфорда
3Оптимума
4Пессимума
Ответить
3
Вопрос: 3
Правило «бочки Либиха» применимо:
1При описании кривой выживаемости эврибрионтов
2При описании кривой выживаемости стенобионтов
3При расчете интенсивности, которая будет угнетать жизнедеательность организма
4При поиске ограничивающего фактора
Ответить
4
Вопрос: 4
Форель и орхидея – это примеры
1Стенобионтов
2Эврибионтов
3Прогрессивных видов
4Биомов
Ответить
1
Вопрос: 5
Живой компонент экосистемы называется
1Оптимумом
2Биотопом
3Биоценозом
4Биомом
Ответить
3
Допущено ошибок:
Оценка:
Подробнее
Ваши ответы:
1 вопрос:

Совокупность всех широколиственных лесов является
1) Экосистемой 2) Биосферой 3) Биомом 4) Биоценозом
2 вопрос:

Какой из этих законов говорит о наличии верхнего и нижнего предела интенсивности фактора среды?
1) Либиха 2) Шелфорда 3) Оптимума 4) Пессимума
3 вопрос:

Правило «бочки Либиха» применимо:
1) При описании кривой выживаемости эврибрионтов 2) При описании кривой выживаемости стенобионтов 3) При расчете интенсивности, которая будет угнетать жизнедеательность организма 4) При поиске ограничивающего фактора
4 вопрос:

Форель и орхидея – это примеры
1) Стенобионтов 2) Эврибионтов 3) Прогрессивных видов 4) Биомов
5 вопрос:

Живой компонент экосистемы называется
1) Оптимумом 2) Биотопом 3) Биоценозом 4) Биомом
Посмотреть ответы
Правильные ответы:
1 вопрос: Биомом
2 вопрос: Оптимума
3 вопрос: При поиске ограничивающего фактора
4 вопрос: Стенобионтов
5 вопрос: Биоценозом
slide7

Подготовься к ЕГЭ наилучшим образом

Перейти
slide16

Узнай, как сдать ЕГЭ на 100 баллов

Перейти
slide19

Ускоренный курс
подготовки к ЕГЭ

Перейти
slmob12

На ЕГЭ во всеоружии

Перейти
slmob13

Узнай, как сдать ЕГЭ на 100 баллов

Перейти
slide19

Ускоренный курс
подготовки к ЕГЭ

Перейти