2.4. Екологічні фактори середовища

Внутрішнє середовище будь-якої істоти якісно відрізняється від зовнішнього середовища. Якісна самостійність внутрішнього середовища організму регулюється механізмами гомеостазу.

Гомеостаз організму – це стан внутрішньої динамічної рівноваги, який забезпечується взаємодію складних процесів регуляції і координації біохімічних реакцій за принципом зворотнього зв’язку. Гомеостаз може здійснюватись тільки за певних умов навколишнього середовища: поза межами цих умов автономність організму порушується і він гине, а його внутрішнє середовище отожнюється із зовнішнім. Сили, що діють з боку навколишнього середовища, називають факторами.

Екологічний фактор – будь-який фактор середовища, що здатний прямим або непрямим способом впливати на живі організми.

Екологічні фактори за ставленням до них організмів поділяють на:

– життєво необхідні для організмів (вода, температура);

– не необхідні, але впливові (вітер, радіаційний фон);

– нейтральні — байдужі для організмів (інертні гази).

Фактори навколишнього середовища забезпечують існування у просторі та часі. Засвоєння і використання факторів здійснюється організмом через адаптації.

Адаптації – це пристосування або засоби, за допомогою яких організм здійснює взаємоконтакт з середовищем для підтримання гомеостазу і забезпечує безперервність існування в часі через потомство. Залежно від кількості й сили дії один і той самий фактор може мати протилежне значення для організму. Наприклад, як підвищення, так і зниження температури, до якої організм не може пристосуватися, призводить до його загибелі.

Здатність організму витримувати певну амплітуду коливання фактора називають екологічною валентністю.

Екологічні фактори можуть бути об’єднані за природою їхнього походження або залежно від їхньої динаміки та дії на організм. Класифікацію екологічних факторів наведено на рис.

Рис. 5. Класифікація екологічних факторів

Абіотичні фактори навколишнього середовища — це фізичні та хімічні фактори (світло, температура, вологість, вітер, вогонь, солоність вод і ґрунтів, рН середовища, наявність біофільних елементів тощо).

Всі вони по-різному впливають як один на одного, так і на біотичний компонент екосистеми.

Первинними факторами середовища є:

· вода;

· світло;

· температура;

· хімічні та механічні фактори;

· комплексні групи факторів — кліматичні, орографічні (рельєф), едафічні (ґрунти), біотичні.

Класифікацію кліматичних факторів наведено на рис. 6.

Рис. 6. Кліматичні фактори

Енергія сонця. Сонце є єдиним джерелом енергії на нашій планеті, світло у всіх його проявах, необхідне для життя.

Відомо, що світло є невід'ємною умовою процесу фотосинтезу, але разом з тим є 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.

Освітленість земної поверхні виражена у тих системах, де ярусність рослинного покриву, а також топографія земної поверхні зумовлює адаптацію живих організмів (тіньовитривалість, світлолюбивість).

Прикладом пристосування до різних параметрів освітленості є ярусність, коли в залежності від кількості сонячного випромінювання організми закономірно займають певний ярус у системі.

Знання вимог організму до освітленості та енергії сонця має певний 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).

Температура. Якщо живі організми в змозі адаптуватись до дефіциту освітленості, то до температури вони більш вибагливі.

Кожен окремий організм пристосований до конкретних температурних умов і може існувати тільки в певних межах.

Пониження температури нижче точки замерзання в клітині веде до фізичного розладу самої структури клітини і її загибелі.

У живих організмів є цілий ряд пристосувань, які дають їм змогу втримувати температуру у певних межах: потовиділення, товщина жирового відкладу, густина шерсті (зимою - густіша, літом – рідша), аптерії та птерилії у птахів, діапауза у комах, циклічність розвитку рослин і т.д.

Коливання температури водного середовища проходить менш помітно, тому що водне середовище має більш високу теплоємність.

Вологість. Вода є єдиним розчинником на нашій планеті, завдяки воді відбувається транспорт речовин із навколишньої неживої природи до живих організмів.

На Землі вода одночасно перебуває в трьох агрегатних станах - рідкому, твердому і пароподібному, але не вся вода, яка є на нашій планеті, доступна живим організмам.

Всі живі організми використовують насамперед прісну воду, хоча значна їх кількість використовує води Світового океану, як середовище існування.

Джерелами поступлення води на поверхню суші є дощ, сніг, град, які в сукупності формують поверхневі води.

Аналіз відсоткового співвідношення води наведено на рис. 7.

Рис. 7. Відсоткове співвідношення води

Газовий склад атмосфери та тиск. Атмосфера пов’язана з біогеохімічними циклами екосфери, які включають газоподібні компоненти - кругообіг азоту, кисню, води.

В атмосфері проходить постійна циркуляція повітряних мас, енергією для якої є Сонце.

Важливою атмосферною змінною є тиск, який зменшується з висотою.

Едафічні (ґрунтові) фактори - це ґрунтові умови, що впливають на життя і поширення живих організмів.

Формування ґрунту є складним процесом взаємодії п'яти природних факторів ґрунтоутворення:

· клімату,

· рельєфу,

· рослинного і тваринного світу,

· ґрунтоутворюючих порід,

· віку.

До складу ґрунту входить:

- мінеральна основа (50-60% загального складу) - неорганічний компонент, який утворився з материнської породи в результаті її вивітрювання;

- органічна речовина (до 10%) - утворюється при розкладі мертвих організмів і їх частин (листя, тварини);

- повітря (15-25%) - знаходиться в порах ґрунту і необхідне для існування кореневої системи рослин;

- вода (25-35%) - необхідна всім ґрунтовим організмам як розчинник необхідних речовин, які потребують рослини, приймає участь у перетворенні материнської породи.

Едафічний фактор має своєрідний характер:

- по-перше, він не лише впливає на організми, але й одночасно служить середовищем існування для багатьох видів мікробів, рослин і тварин;

- по-друге, ґрунт є продуктом динамічної взаємодії між гірською породою, кліматом і органічним світом, а також з людським суспільством;

- по-третє, едафічний фактор межує з абіотичними і біотичними факторами.

Біотичні фактори середовища — це вплив одних видів організмів на інші.

До біотичних факторів можна віднести й антропогенні (вплив людини на функціонування екосистеми в цілому чи її окремий компонент). Біотичними факторами є наявність їжі, присутність чи відсутність ворогів, конкурентів, паразитів тощо.

Біотичні фактори поділяють на:

– зоогенні (вплив тварин; наприклад витоптування лук);

– фітогенні (вплив рослин, зокрема виділення фітонцидів для знищення бактерій);

– мікробогенні (поява хвороб, зумовлених хвороботворними мікроорганізмами);

– антропогенні — сукупність різних видів впливу людини на природне середовище, рослинний і тваринний світ та на саму себе (вирубування лісів; розорювання цілинних земель; полювання на окремі види тварин і птахів; забруднення водойм і загибель риби; зміна стану довкілля і зростання захворюваності людей).

Зоогенні фактори – 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.

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 фактори – рослини, які переважно входять до складу рослинних угруповань, відчувають вплив сусідніх рослин і при цьому впливають на них. Форми взаємовідносин досить різноманітні і залежать від способу та ступеню контактів рослинних організмів, різноманітних факторів.

Між представниками різних видів организмів можуть існувати наступні види звязків (форми біотичних відносин):

– конкуренція – тип міжвидових і внутрішньовидових взаємовідносин, за якого популяція або особини у боротьбі за харчування, місце проживання і інші необхідні для життя умови, діють один на другого від’ємно.

– хижацтво – відносини між хижаком і жертвою. Хижаки - це тварини або рослини, які ловлять і поїдають один одного як об'єкт харчування.

– паразитизм – форма біотичних зв'язків організмів різних видів, за яких один з них 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 й як місце постійного або тимчасового проживання.

– 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 – 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).

– алелопатія – хімічний взаємовплив одних видів рослин на інші за допомогою продуктів метаболізму (ефірних масел, фітонцидів).

В останні десятиріччя відокремлюють ще й екологічні фактори, які змінюють умови існування та функціонування екосистем – антропогенні фактори.

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, усуває шкідливі види, 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 едафічні і кліматичні фактори витісняють природну рослинність, збіднюють тваринний світ, обмежують діяльність мікро-організмів–деструкторів. Тому, екосистеми великих міст та індустріальних центрів є енергетично субсидовані, їх діяльність часто повністю залежить від втручання людини (газони, квітники, сади, сквери, захисні смуги, агрокультури).

Основними урбогенними негативними факторами є теплові, хімічні, радиаційні, 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 грунт, порушується екологічна рівновага.

Однак не можна всю антропогенну діяльність вважати негативною: впливи, які оптимізують екосистеми, є позитивними.

Інтродукція, фіто-меліорація, біологічні методи боротьби зі шкідниками рослин і тварин — це позитивна антропогенна діяльність.

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. Вчений 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.