Sotto fattori ambientali comprendere quegli impatti, le proprietà dei componenti dell'ecosistema e le caratteristiche del suo ambiente esterno che hanno un impatto diretto sulla natura e sull'intensità dei processi che si verificano nell'ecosistema.
Il numero di vari fattori ambientali sembra essere potenzialmente illimitato, quindi la loro classificazione è una questione complicata. Per uso di classificazione vari segni tenendo conto sia della varietà di questi fattori che delle loro proprietà.
In relazione all'ecosistema, i fattori ambientali sono suddivisi in esterno (esogeno o entopico) e interno (endogeno). Nonostante una certa condizionalità di tale divisione, si ritiene che i fattori esterni, che agiscono sull'ecosistema, non siano essi stessi soggetti o quasi non soggetti alla sua influenza. Questi includono la radiazione solare, precipitazione, pressione atmosferica, velocità del vento e della corrente, ecc. I fattori interni sono correlati alle proprietà dell'ecosistema stesso e lo formano, cioè sono inclusi nella sua composizione. Questi sono il numero e la biomassa delle popolazioni, il numero di diversi sostanze chimiche, caratteristiche dell'acqua o della massa del suolo, ecc.
Tale separazione in pratica dipende dalla formulazione del problema di ricerca. Quindi, ad esempio, se viene analizzata la dipendenza dello sviluppo di qualsiasi biogeocenosi dalla temperatura del suolo, questo fattore (temperatura) sarà considerato esterno. Se analizziamo la dinamica degli inquinanti nella biogeocenosi, allora la temperatura del suolo sarà fattore interno in relazione alla biogeocenosi, ma esterna in relazione ai processi che determinano il comportamento dell'inquinante in essa contenuto.
I fattori ambientali per origine possono essere naturali e antropogenici. I naturali sono divisi in due categorie: fattori di natura inanimata - abiotico e fattori della fauna selvatica biotico. Molto spesso si distinguono tre gruppi equivalenti. Una tale classificazione dei fattori ambientali è mostrata nella Figura 2.5.
Figura 2.5. Classificazione dei fattori ambientali.
Per abiotico i fattori includono un insieme di fattori dell'ambiente inorganico che influenzano la vita e la distribuzione degli organismi. Assegna fisico(la cui fonte è uno stato o fenomeno fisico), chimico(derivato dalla composizione chimica dell'ambiente (salinità dell'acqua, contenuto di ossigeno)), edafico(suolo - un insieme di proprietà meccaniche e di altro tipo del suolo che influenzano gli organismi del biota del suolo e l'apparato radicale delle piante (l'effetto dell'umidità, la struttura del suolo, il contenuto di humus)), idrologico.
Sotto biotico fattori comprendere la totalità dell'influenza dell'attività vitale di alcuni organismi su altri (interazioni intraspecifiche e interspecifiche). Le interazioni intraspecifiche si sviluppano come risultato della competizione nelle condizioni di crescita del numero e della densità delle popolazioni per i siti di nidificazione e le risorse alimentari. Le interspecie sono molto più diverse. Sono la base per l'esistenza delle comunità biotiche. I fattori biotici sono in grado di influenzare l'ambiente abiotico, creando un microclima o microambiente in cui vivono gli organismi viventi.
Assegnare separatamente antropogenico fattori derivanti dall'attività umana. Questi includono, ad esempio, l'inquinamento ambientale, l'erosione del suolo, la deforestazione, ecc. Alcuni tipi di impatto umano sull'ambiente saranno discussi più dettagliatamente nella Sezione 2.3.
Esistono altre classificazioni dei fattori ambientali. Ad esempio, possono avere un effetto sul corpo diretto e indiretto sviluppo. Gli impatti indiretti si manifestano attraverso altri fattori ambientali.
I fattori che cambiano nel tempo si ripetono - periodico (fattori climatici, flussi e riflussi); e quelli che sorgono inaspettatamente - non periodico .
In natura, i fattori ambientali influenzano il corpo in modo complesso. Un complesso di fattori sotto l'influenza di cui tutti i principali processi vitali organismi, compreso il normale sviluppo e la riproduzione, sono chiamati " condizioni di vita ". Tutti gli organismi viventi sono capaci di adattamento (adattamento) alle condizioni ambientali. Si sviluppa sotto l'influenza di tre fattori principali: eredità , variabilità e naturale (e artificiale) selezione. Ci sono tre modi principali per adattarsi:
- attivo - rafforzamento della resistenza, sviluppo di processi regolatori che consentono all'organismo di svolgere le funzioni vitali del corpo in condizioni ambientali mutevoli. Un esempio è mantenere una temperatura corporea costante.
- Passivo - la subordinazione delle funzioni vitali del corpo al cambiamento delle condizioni ambientali. Un esempio è la transizione di molti organismi nello stato anabolismo.
- Prevenzione degli effetti avversi - sviluppo da parte dell'organismo di tali cicli di vita e comportamenti che consentono di evitare effetti negativi. Esempio - migrazioni stagionali animali.
In genere, gli organismi utilizzano una combinazione di tutti e tre i percorsi. L'adattamento può basarsi su tre meccanismi principali, in base ai quali si distinguono le seguenti tipologie:
- Adattamento morfologico accompagnato da un cambiamento nella struttura degli organismi (ad esempio, modificazioni fogliari nelle piante del deserto). Sono gli adattamenti morfologici che portano piante e animali alla formazione di determinate forme di vita.
- Adattamenti fisiologici - cambiamenti nella fisiologia degli organismi (ad esempio, la capacità di un cammello di fornire umidità al corpo ossidando le riserve di grasso).
- Adattamenti etologici (comportamentali). caratteristica degli animali . Ad esempio, le migrazioni stagionali di mammiferi e uccelli, cadendo in letargo.
I fattori ambientali sono quantificati (vedi figura 2.6). Per ogni fattore, si può zona ottimale (normale attività della vita), zona del pessimismo (oppressione) e i limiti di sopportazione dell'organismo (superiori e inferiori). L'optimum è la quantità del fattore ambientale a cui l'intensità dell'attività vitale degli organismi è massima. Nella zona del pessimo, l'attività vitale degli organismi è depressa. Oltre i limiti della sopportazione, l'esistenza di un organismo è impossibile.
Figura 2.6. Dipendenza dell'azione del fattore ambientale dalla sua quantità.
Viene chiamata la capacità degli organismi viventi di tollerare fluttuazioni quantitative nell'azione di un fattore ambientale in un modo o nell'altro tolleranza ambientale (valenza, plasticità, stabilità). Vengono chiamati i valori del fattore ambientale tra i limiti superiore e inferiore della resistenza zona (intervallo) di tolleranza. Per indicare i limiti di tolleranza alle condizioni ambientali, i termini " euribiontico" - un organismo con un ampio limite di tolleranza - e " stenobiont» - con uno stretto (vedi Figura 2.7). Prefissi ogni- e parete- usato per formare parole che caratterizzano l'influenza di vari fattori ambientali, ad esempio temperatura (stenotermo - euritermo), salinità (stenoalina - eurialina), cibo (stenofago - eurifago), ecc.
Figura 2.7. Valenza ecologica (plasticità) delle specie (secondo Y. Odum, 1975)
Le zone di tolleranza nei singoli individui non coincidono; in una specie è ovviamente più ampia che in qualsiasi individuo. Viene chiamato un insieme di tali caratteristiche per tutti i fattori ambientali che influenzano il corpo spettro ecologico delle specie
Viene chiamato il fattore ecologico, il cui valore quantitativo va oltre i limiti della resistenza della specie limitante (limitante). Tale fattore limiterà la distribuzione e l'attività vitale della specie anche quando i valori quantitativi di tutti gli altri fattori sono favorevoli.
Per la prima volta il concetto di "fattore limitante" fu introdotto nel 1840 da J. Liebig, che stabilì " legge del minimo" : Le capacità vitali di un ecosistema sono limitate da quelle dei fattori ambientali ambientali, la cui quantità e qualità sono vicine al minimo richiesto dall'ecosistema, la loro riduzione porta alla morte dell'organismo o alla distruzione dell'ecosistema.
Il concetto dell'influenza limitante del massimo insieme al minimo fu introdotto da W. Shelford nel 1913, che formulò questo principio come « legge di tolleranza" : Il fattore limitante per la prosperità di un organismo (specie) può essere sia un minimo che un massimo di impatto ambientale, il cui range determina il grado di sopportazione (tolleranza) dell'organismo rispetto a tale fattore.
Ora la legge sulla tolleranza, formulata da W. Shelford, è stata ampliata con una serie di disposizioni aggiuntive:
1. gli organismi possono avere un ampio range di tolleranza per un fattore e uno ristretto per altri;
2. gli organismi più diffusi con un ampio range di tolleranza;
3. l'intervallo di tolleranza per un fattore ambientale può dipendere dagli intervalli di tolleranza di altri fattori ambientali;
4. se i valori di uno dei fattori ambientali non sono ottimali per l'organismo, ciò influisce anche sull'intervallo di tolleranza per altri fattori ambientali che influenzano l'organismo;
5. i limiti di resistenza dipendono significativamente dallo stato dell'organismo; pertanto, i limiti di tolleranza per gli organismi durante la stagione riproduttiva o lo stadio larvale sono generalmente più ristretti che per gli adulti;
Si possono distinguere diverse regolarità dell'azione congiunta dei fattori ambientali. Il più importante di loro:
1. La legge della relatività dell'azione dei fattori ambientali - la direzione e l'intensità dell'azione del fattore ambientale dipende dalla quantità in cui viene assunto e in combinazione con quali altri fattori agisce. Non ci sono fattori ambientali assolutamente benefici o dannosi, tutto dipende dalla quantità: solo i valori ottimali sono favorevoli.
2. La legge della relativa sostituibilità e assoluta insostituibilità dei fattori ambientali - l'assoluta assenza di uno qualsiasi dei condizioni obbligatorie la vita non può essere sostituita da altri fattori ambientali, ma la mancanza o l'eccesso di alcuni fattori ambientali può essere compensata dall'azione di altri fattori ambientali.
Tutti questi modelli lo sono importanza e in pratica. Pertanto, l'eccessiva applicazione di fertilizzanti azotati al suolo porta all'accumulo di nitrati nei prodotti agricoli. L'uso diffuso di tensioattivi contenenti fosforo provoca il rapido sviluppo della biomassa algale e una diminuzione della qualità dell'acqua. Molti animali e piante sono molto sensibili ai cambiamenti nei parametri dei fattori ambientali. Il concetto di fattori limitanti consente di comprendere molte delle conseguenze negative dell'attività umana associate all'influenza inetta o analfabeta su ambiente naturale.
Concorrenti, ecc. - sono caratterizzati da una significativa variabilità nel tempo e nello spazio. Il grado di variabilità di ciascuno di questi fattori dipende dalle caratteristiche dell'habitat. Ad esempio, le temperature variano notevolmente sulla superficie terrestre, ma sono quasi costanti sul fondo dell'oceano o nelle profondità delle grotte.
Lo stesso fattore ambientale ha significato diverso nella vita degli organismi viventi. Ad esempio, il regime salino del suolo svolge un ruolo primario nella nutrizione minerale delle piante, ma è indifferente alla maggior parte degli animali terrestri. L'intensità dell'illuminazione e la composizione spettrale della luce sono estremamente importanti nella vita delle piante fototrofiche, mentre nella vita degli organismi eterotrofi (funghi e animali acquatici) la luce non ha un effetto notevole sulla loro attività vitale.
I fattori ambientali agiscono sugli organismi in modi diversi. Possono agire come stimoli causando cambiamenti adattativi nelle funzioni fisiologiche; come vincoli che rendono impossibile l'esistenza di certi organismi in determinate condizioni; come modificatori che determinano cambiamenti morfologici e anatomici negli organismi.
È consuetudine allocare biotico, antropogenico e abiotico fattori ambientali.
Una classificazione comune dei fattori ambientali (fattori ambientali)
COL TEMPO: evolutivo, storico, attuale
PER PERIODICITÀ: periodico, non periodico
IN ORDINE DI APPARIZIONE: primario secondario
PER ORIGINE: cosmico, abiotico (noto anche come abiogenico), biogenico, biologico, biotico, naturale-antropogenico, antropogenico (compreso l'inquinamento ambientale e provocato dall'uomo), antropogenico (compresi i disturbi)
DALL'AMBIENTE DELL'ASPETTO: atmosferico, idrico (noto anche come umidità), geomorfologico, edafico, fisiologico, genetico, di popolazione, biocenotico, ecosistema, biosferico
LA NATURA: materiale-energetico, fisico (geofisico, termico), biogenico (detto anche biotico), informativo, chimico (salinità, acidità), complesso (ambientale, evolutivo, spina dorsale, geografico, climatico)
PER OGGETTO: individuo, gruppo (sociale, etologico, socio-economico, socio-psicologico, specie (compresa la vita umana, sociale)
IN BASE ALLE CONDIZIONI AMBIENTALI: densità dipendente, densità indipendente
PER GRADO DI IMPATTO: letale, estremo, limitante, disturbante, mutageno, teratogeno; cancerogeno
SECONDO LO SPETTRO DI IMPATTO: azione selettiva e generale
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Fattori ambientaliè un insieme di condizioni ambientali che influenzano gli organismi viventi. Distinguere fattori inanimati- abiotici (climatici, edafici, orografici, idrografici, chimici, pirogeni), fattori della fauna selvatica— fattori biotici (fitogenici e zoogenici) e antropici (impatto dell'attività umana). I fattori limitanti includono tutti i fattori che limitano la crescita e lo sviluppo degli organismi. L'adattamento di un organismo al suo ambiente è chiamato adattamento. L'aspetto di un organismo, che riflette la sua adattabilità alle condizioni ambientali, è chiamato forma di vita.
I singoli componenti dell'ambiente che influenzano gli organismi viventi, ai quali reagiscono con reazioni adattative (adattamenti), sono chiamati fattori ambientali o fattori ecologici. In altre parole, viene chiamato il complesso delle condizioni ambientali che influenzano la vita degli organismi fattori ecologici dell'ambiente.
Tutti i fattori ambientali sono divisi in gruppi:
1. includere componenti e fenomeni di natura inanimata che influenzano direttamente o indirettamente gli organismi viventi. Tra i tanti fattori abiotici ruolo di primo piano stanno giocando:
2. - un insieme di relazioni tra organismi viventi, nonché le loro reciproche influenze sull'ambiente. L'azione dei fattori biotici può essere non solo diretta, ma anche indiretta, espressa nell'adeguamento dei fattori abiotici (ad esempio, cambiamenti nella composizione del suolo, microclima sotto la chioma forestale, ecc.). I fattori biotici includono:
3. riflettere l'impatto intenso di una persona (direttamente) o dell'attività umana (indiretta) sull'ambiente e sugli organismi viventi. Questi fattori includono tutte le forme di attività umana e società umana che portano a un cambiamento nella natura come habitat e altre specie e influenzano direttamente le loro vite. Ogni organismo vivente è influenzato dalla natura inanimata, da organismi di altre specie, compresi gli esseri umani, e a sua volta influenza ciascuno di questi componenti.
L'influenza dei fattori antropogenici in natura può essere sia consapevole che accidentale o inconscia. L'uomo, arando terre vergini e incolte, crea terreni agricoli, alleva forme altamente produttive e resistenti alle malattie, insedia alcune specie e ne distrugge altre. Questi impatti (coscienti) sono spesso di natura negativa, ad esempio il reinsediamento avventato di molti animali, piante, microrganismi, la distruzione predatoria di un certo numero di specie, l'inquinamento ambientale, ecc.
I fattori biotici dell'ambiente si manifestano attraverso la relazione di organismi che fanno parte della stessa comunità. In natura, molte specie sono strettamente correlate, le loro relazioni reciproche come componenti dell'ambiente possono essere estremamente complesse. Quanto ai collegamenti tra la comunità e l'ambiente inorganico circostante, sono sempre bilaterali, reciproci. Pertanto, la natura della foresta dipende dal tipo di suolo corrispondente, ma il suolo stesso si forma in gran parte sotto l'influenza della foresta. Allo stesso modo, la temperatura, l'umidità e la luce nella foresta sono determinate dalla vegetazione, ma formate condizioni climatiche a loro volta influenzano la comunità degli organismi che vivono nella foresta.
L'impatto dell'ambiente è percepito dagli organismi attraverso fattori ambientali chiamati ecologico. Va notato che il fattore ambientale è solo un elemento mutevole dell'ambiente, provocando negli organismi, quando cambia di nuovo, risposte adattative ecologiche e reazioni fisiologiche, che sono fissate ereditariamente nel processo di evoluzione. Si dividono in abiotici, biotici e antropici (Fig. 1).
Chiamano l'intero insieme di fattori dell'ambiente inorganico che influenzano la vita e la distribuzione di animali e piante. Tra questi si distinguono: fisico, chimico ed edafico.
Fattori fisici - quelli la cui fonte è uno stato o fenomeno fisico (meccanico, ondulatorio, ecc.). Ad esempio, la temperatura.
Fattori chimici- quelli che derivano dalla composizione chimica dell'ambiente. Ad esempio, la salinità dell'acqua, il contenuto di ossigeno, ecc.
Fattori edafici (o del suolo). sono una combinazione di proprietà chimiche, fisiche e meccaniche dei suoli e rocce che colpiscono sia gli organismi di cui sono l'habitat, sia l'apparato radicale delle piante. Ad esempio, l'influenza di nutrienti, umidità, struttura del suolo, contenuto di humus, ecc. sulla crescita e lo sviluppo delle piante.
Riso. 1. Schema dell'impatto dell'habitat (ambiente) sul corpo
- fattori dell'attività umana che influenzano l'ambiente naturale (e idrosfere, erosione del suolo, deforestazione, ecc.).
Fattori ambientali limitanti (limitanti). chiamato tali fattori che limitano lo sviluppo degli organismi a causa di una mancanza o di un eccesso nutrienti rispetto al bisogno (contenuto ottimale).
Quindi, quando si coltivano piante a temperature diverse, sarà il punto in cui si osserverà la massima crescita ottimale. Viene chiamato l'intero intervallo di temperature, dal minimo al massimo, a cui è ancora possibile la crescita gamma di stabilità (resistenza), o tolleranza. I suoi punti limite, ad es. temperature abitabili massime e minime, - limiti di stabilità. Tra la zona ottimale e i limiti di stabilità, man mano che ci si avvicina a quest'ultimo, la pianta subisce uno stress crescente, cioè noi stiamo parlandosulle zone di stress, o zone di oppressione, all'interno dell'intervallo di stabilità (Fig. 2). Man mano che la distanza dall'optimum scende e sale sulla scala, non solo lo stress aumenta, ma quando vengono raggiunti i limiti della resistenza dell'organismo, si verifica la sua morte.
Riso. 2. Dipendenza dell'azione del fattore ambientale dalla sua intensità
Quindi, per ogni specie vegetale o animale, esistono zone ottimali, di stress e limiti di stabilità (o resistenza) in relazione a ciascun fattore ambientale. Quando il valore del fattore è vicino ai limiti di sopportazione, l'organismo può esistere di solito solo per un breve periodo. In una gamma più ristretta di condizioni, è possibile l'esistenza e la crescita a lungo termine degli individui. In un intervallo ancora più ristretto si verifica la riproduzione e la specie può esistere indefinitamente. Di solito, da qualche parte nella parte centrale dell'intervallo di stabilità, ci sono le condizioni più favorevoli per la vita, la crescita e la riproduzione. Queste condizioni sono chiamate ottimali, in cui gli individui di una data specie sono i più adattati, ad es. lasciando il maggior numero di figli. In pratica, è difficile identificare tali condizioni, quindi l'optimum è solitamente determinato da singoli indicatori di attività vitale (tasso di crescita, tasso di sopravvivenza, ecc.).
Adattamentoè l'adattamento dell'organismo alle condizioni dell'ambiente.
La capacità di adattamento è una delle proprietà fondamentali della vita in generale, fornendo la possibilità della sua esistenza, la capacità degli organismi di sopravvivere e riprodursi. Gli adattamenti compaiono in diversi livelli— dalla biochimica delle cellule e dal comportamento dei singoli organismi alla struttura e al funzionamento delle comunità e dei sistemi ecologici. Tutti gli adattamenti degli organismi all'esistenza in varie condizioni sviluppato storicamente. Di conseguenza, si sono formati raggruppamenti di piante e animali specifici per ciascuna area geografica.
Gli adattamenti possono essere morfologico, quando la struttura di un organismo cambia fino alla formazione di una nuova specie, e fisiologico, quando si verificano cambiamenti nel funzionamento del corpo. Gli adattamenti morfologici sono strettamente correlati alla colorazione adattiva degli animali, alla capacità di cambiarla a seconda dell'illuminazione (passera, camaleonte, ecc.).
Esempi noti adattamento fisiologico — letargo animali, voli stagionali di uccelli.
Molto importanti per gli organismi sono adattamenti comportamentali. Ad esempio, il comportamento istintivo determina l'azione degli insetti e dei vertebrati inferiori: pesci, anfibi, rettili, uccelli, ecc. Tale comportamento è geneticamente programmato ed ereditato (comportamento innato). Ciò include: il metodo per costruire un nido negli uccelli, l'accoppiamento, l'allevamento della prole, ecc.
C'è anche un comando acquisito ricevuto dall'individuo nel corso della sua vita. Formazione scolastica(o apprendimento) - via principale trasmissione del comportamento acquisito da una generazione all'altra.
La capacità di un individuo di controllare le proprie capacità cognitive per sopravvivere a cambiamenti ambientali imprevisti lo è intelletto. Il ruolo dell'apprendimento e dell'intelligenza nel comportamento aumenta con il miglioramento sistema nervoso- Ingrandimento della corteccia cerebrale. Per l'uomo, questo è il meccanismo determinante dell'evoluzione. La capacità delle specie di adattarsi a una particolare gamma di fattori ambientali è denotata dal concetto misticismo ecologico della specie.
I fattori ambientali di solito non agiscono uno per uno, ma in modo complesso. L'effetto di uno qualsiasi dei fattori dipende dalla forza dell'influenza degli altri. Combinazione vari fattori ha un notevole effetto sulle condizioni ottimali per la vita dell'organismo (vedi Fig. 2). L'azione di un fattore non sostituisce l'azione di un altro. Tuttavia, sotto la complessa influenza dell'ambiente, si può spesso osservare l '"effetto di sostituzione", che si manifesta nella somiglianza dei risultati dell'influenza di diversi fattori. Pertanto, la luce non può essere sostituita da un eccesso di calore o da un'abbondanza di diossido di carbonio, ma agendo sugli sbalzi di temperatura è possibile sospendere, ad esempio, la fotosintesi delle piante.
Nella complessa influenza dell'ambiente, l'impatto di vari fattori per gli organismi è disuguale. Possono essere suddivisi in principali, di accompagnamento e secondari. I fattori principali sono diversi per organismi diversi, anche se vivono nello stesso posto. Il ruolo del fattore principale nelle diverse fasi della vita dell'organismo può essere l'uno o l'altro elemento dell'ambiente. Ad esempio, nella vita di molte piante coltivate, come i cereali, la temperatura è il fattore principale durante la germinazione, l'umidità del suolo durante la raccolta e la fioritura e la quantità di nutrienti e l'umidità dell'aria durante la maturazione. Il ruolo del fattore principale può cambiare in diversi periodi dell'anno.
Il fattore principale potrebbe non essere lo stesso nella stessa specie che vive in condizioni fisiche e geografiche diverse.
Il concetto di fattori trainanti non deve essere confuso con il concetto di. Un fattore il cui livello in termini qualitativi o quantitativi (mancanza o eccesso) risulta essere vicino ai limiti di resistenza di un dato organismo, si chiama limitante. L'azione del fattore limitante si manifesterà anche nel caso in cui altri fattori ambientali siano favorevoli o addirittura ottimali. Entrambi i fattori ambientali principali e secondari possono agire come fattori limitanti.
Il concetto di fattori limitanti fu introdotto nel 1840 dal chimico 10. Liebig. Studiando l'influenza del contenuto di vari elementi chimici nel suolo sulla crescita delle piante, ha formulato il principio: "La sostanza minima controlla il raccolto e determina la grandezza e la stabilità di quest'ultimo nel tempo". Questo principio è noto come legge del minimo di Liebig.
Il fattore limitante può essere non solo una mancanza, come ha sottolineato Liebig, ma anche un eccesso di fattori come, ad esempio, calore, luce e acqua. Come notato in precedenza, gli organismi sono caratterizzati da minimo e massimo ecologico. L'intervallo tra questi due valori è solitamente chiamato limiti di stabilità o tolleranza.
In generale, l'intera complessità dell'influenza dei fattori ambientali sul corpo si riflette nella legge di tolleranza di W. Shelford: l'assenza o l'impossibilità di prosperità è determinata dalla mancanza o, al contrario, dall'eccesso di uno qualsiasi di un certo numero di fattori, il cui livello può essere vicino ai limiti tollerati dal dato organismo (1913). Questi due limiti sono chiamati limiti di tolleranza.
Sono stati condotti numerosi studi sull '"ecologia della tolleranza", grazie ai quali sono diventati noti i limiti dell'esistenza di molte piante e animali. Uno di questi esempi è l'effetto di un inquinante atmosferico sul corpo umano (Fig. 3).
Riso. 3. Effetto dell'inquinante atmosferico sul corpo umano. Max - massima attività vitale; Dop - attività vitale consentita; Opt - concentrazione ottimale (che non influisce sull'attività vitale) di una sostanza nociva; MPC: la concentrazione massima consentita di una sostanza che non modifica in modo significativo l'attività vitale; Anni - concentrazione letale
La concentrazione del fattore di influenza (sostanza nociva) in fig. 5.2 è contrassegnato dal simbolo C. A valori di concentrazione C = C anni, una persona morirà, ma si verificheranno cambiamenti irreversibili nel suo corpo a valori molto più bassi C = C pdc. Pertanto, il campo di tolleranza è limitato proprio dal valore C pdc = C lim. Quindi, C MPC deve essere determinato sperimentalmente per ogni composto chimico inquinante o dannoso e non deve superare il suo C plc in un particolare habitat (ambiente di vita).
Nella protezione dell'ambiente, è importante limiti superiori di resistenza dell'organismo alle sostanze nocive.
Pertanto, la concentrazione effettiva dell'inquinante C effettivo non deve superare C MPC (C effettivo ≤ C MPC = C lim).
Il valore del concetto di fattori limitanti (Clim) sta nel fatto che esso fornisce all'ecologo un punto di partenza nello studio situazioni difficili. Se un organismo è caratterizzato da un'ampia gamma di tolleranza a un fattore che è relativamente costante ed è presente nell'ambiente in quantità moderate, è improbabile che questo fattore sia limitante. Al contrario, se è noto che l'uno o l'altro organismo ha una gamma ristretta di tolleranza a qualche fattore variabile, allora questo fattore merita uno studio attento, poiché può essere limitante.
I fattori ambientali sono proprietà dell'ambiente in cui viviamo.
La nostra salute è influenzata dai fattori climatici, dalla composizione chimica e biologica dell'aria che respiriamo, dall'acqua che beviamo e da molti altri fattori ambientali.
I fattori ambientali possono avere il seguente impatto sul corpo umano:
Tra i fattori ambientali che influenzano il corpo umano, vi sono fattori di natura inanimata (abiotici), associati all'azione degli organismi viventi (biotici) e della persona stessa (antropogenici).
Fattori abiotici: temperatura e umidità dell'aria, campi magnetici, composizione gassosa dell'aria, composizione chimica e meccanica del suolo, altitudine e altri. I fattori biotici sono l'influenza di microrganismi, piante e animali. I fattori ambientali antropogenici includono l'inquinamento del suolo e dell'aria da rifiuti industriali e dei trasporti, l'uso dell'energia nucleare, nonché tutto ciò che riguarda la vita umana nella società.
Gli effetti benefici del sole, dell'aria e dell'acqua sul corpo umano non hanno bisogno di essere descritti a lungo. L'effetto dosato di questi fattori migliora le capacità adattative di una persona, rafforza il sistema immunitario, aiutandoci così a rimanere in salute.
Sfortunatamente, anche i fattori ambientali possono danneggiare il corpo umano. La maggior parte di essi è associata all'impatto della persona stessa: rifiuti industriali che entrano nelle fonti di acqua, suolo e aria, rilascio di gas di scarico nell'atmosfera, tentativi non sempre riusciti da parte di una persona di frenare energia atomica(ad esempio - le conseguenze dell'incidente alla centrale nucleare di Chernobyl). Ci soffermeremo su questo in modo più dettagliato.
L'aria atmosferica delle città riceve molte sostanze chimiche nocive che hanno un effetto tossico sul corpo umano. Alcune di queste sostanze contribuiscono direttamente o indirettamente allo sviluppo del cancro negli esseri umani (ha un effetto cancerogeno). Queste sostanze includono benzopirene (entra nell'aria con emissioni da impianti di fusione di alluminio, centrali elettriche), benzene (viene emesso nell'atmosfera da industrie petrolchimiche, farmaceutiche e viene rilasciato anche durante la produzione di plastica, vernici, vernici, esplosivi ), cadmio (entra nell'ambiente durante la produzione di metalli non ferrosi). Inoltre, la formaldeide ha un effetto cancerogeno (viene emessa nell'aria dalle imprese chimiche e metallurgiche, viene rilasciata da materiali polimerici, mobili, adesivi), cloruro di vinile (rilasciato nella produzione di materiali polimerici), diossine (vengono emesse nell'aria dalle fabbriche per la produzione di carta, cellulosa, prodotti chimici organici).
Non solo lo sviluppo di patologie oncologiche è irto di inquinamento atmosferico. Malattie respiratorie (soprattutto asma bronchiale), sistema cardiovascolare, tratto gastrointestinale, sangue, allergie e alcune malattie endocrine possono verificarsi anche a causa dell'inquinamento atmosferico. L'abbondanza di sostanze chimiche tossiche nell'aria può portare a anomalie congenite nel feto.
Non solo la composizione dell'aria, ma anche il suolo e l'acqua sono cambiati seriamente a causa delle attività umane. A questo contribuiscono i rifiuti di varie imprese, l'uso di fertilizzanti, stimolanti della crescita delle piante, vari agenti di controllo dei parassiti. L'inquinamento dell'acqua e del suolo porta al fatto che molte verdure e frutta che mangiamo contengono vari sostanze tossiche. Non è un segreto per nessuno che le nuove tecnologie per l'allevamento di animali da macello includano l'aggiunta di varie sostanze al mangime, che sono tutt'altro che sicure per il corpo umano.
Pesticidi e ormoni, nitrati e sali di metalli pesanti, antibiotici e sostanze radioattive: tutto questo dobbiamo consumarlo con il cibo. Di conseguenza - varie malattie apparato digerente, deterioramento dell'assorbimento dei nutrienti, diminuzione delle difese dell'organismo, accelerazione del processo di invecchiamento e un effetto tossico generale sull'organismo. Inoltre, il cibo contaminato può causare infertilità o malformazioni congenite nei bambini.
Le persone moderne devono anche fare i conti con l'esposizione costante alle radiazioni ionizzanti. estrazione mineraria, prodotti della combustione di combustibili fossili, viaggi aerei, produzione e utilizzo di materiali da costruzione, esplosioni nucleari portare a un cambiamento nel fondo di radiazione.
Quale effetto sarà dopo l'esposizione alle radiazioni ionizzanti dipende dalla dose di radiazioni assorbita dal corpo umano, dal tempo di esposizione, dal tipo di esposizione. L'esposizione a radiazioni ionizzanti può causare lo sviluppo di cancro, malattie da radiazioni, danni da radiazioni agli occhi (cataratta) e ustioni, infertilità. Le cellule sessuali sono le più sensibili all'esposizione alle radiazioni. Il risultato dell'esposizione alle radiazioni ionizzanti sulle cellule germinali può essere vario difetti di nascita nei bambini nati anche decenni dopo l'esposizione a radiazioni ionizzanti.
Le condizioni climatiche possono anche provocare il verificarsi di varie malattie nell'uomo. Il clima freddo del nord può causare frequenti raffreddori, infiammazioni muscolari e nervose. Il clima caldo del deserto può provocare colpi di calore, alterazione del metabolismo idrico ed elettrolitico e infezioni intestinali.
Alcune persone non gestiscono bene il cambiamento. condizioni meteo. Questo fenomeno è chiamato meteosensibilità. Nelle persone che soffrono di tale disturbo, quando le condizioni meteorologiche cambiano, possono verificarsi esacerbazioni di malattie croniche (in particolare malattie dei polmoni, del sistema cardiovascolare, nervoso e muscolo-scheletrico).
La temperatura, gli elementi fisico-chimici, biologici dell'ambiente che hanno un effetto costante o periodico, diretto o indiretto su organismi e popolazioni sono chiamati fattori ambientali.
I fattori ambientali sono suddivisi come segue:
Abiotico: temperatura e condizioni climatiche, umidità, composizione chimica dell'atmosfera, suolo, acqua, illuminazione, caratteristiche del rilievo;
Biotico - organismi viventi e prodotti diretti della loro attività vitale;
Antropogenico: l'uomo ei prodotti diretti delle sue attività economiche e di altro tipo.
Principali fattori abiotici
1. Radiazione solare: i raggi ultravioletti sono dannosi per l'organismo. La parte visibile dello spettro fornisce la fotosintesi. raggi infrarossi aumentare la temperatura dell'ambiente e del corpo degli organismi.
2. La temperatura influisce sulla velocità delle reazioni metaboliche. Gli animali con una temperatura corporea costante sono chiamati omoiotermici e con una variabile - poichilotermici.
3. L'umidità è caratterizzata dalla quantità di acqua nell'ambiente e all'interno del corpo. Gli adattamenti degli animali sono associati all'acquisizione di acqua, allo stoccaggio di grasso come fonte di acqua durante l'ossidazione, al passaggio al letargo al caldo. Le piante sviluppano apparati radicali, ispessiscono la cuticola sulle foglie, riducono l'area della lama fogliare e riducono le foglie.
4. Clima - un insieme di fattori caratterizzati da periodicità stagionale e giornaliera, dovuta alla rotazione della Terra attorno al Sole e al proprio asse. Gli adattamenti degli animali si esprimono nel passaggio al letargo nella stagione fredda, nello stupore negli organismi poichilotermici. Nelle piante, gli adattamenti sono associati al passaggio a uno stato dormiente (estate o inverno). Con grandi perdite d'acqua, un certo numero di organismi cade in uno stato di anabiosi, il massimo rallentamento dei processi metabolici.
5. Ritmi biologici - fluttuazioni periodiche nell'intensità dell'azione dei fattori. I bioritmi quotidiani determinano le reazioni esterne e interne degli organismi al cambiamento del giorno e della notte
Gli organismi si adattano (adattano) all'influenza di determinati fattori nel processo selezione naturale. Le loro capacità adattative sono determinate dalla norma di reazione in relazione a ciascuno dei fattori, sia costantemente attivi che fluttuanti nei loro valori. Ad esempio, lunghezza ore diurne in una particolare regione è costante, mentre la temperatura e l'umidità possono oscillare entro limiti abbastanza ampi.
I fattori ambientali sono caratterizzati dall'intensità dell'azione, dal valore ottimale (ottimale), dai valori massimi e minimi entro i quali è possibile la vita di un particolare organismo. Questi parametri sono diversi per i rappresentanti di specie diverse.
La deviazione dall'optimum di qualsiasi fattore, come una diminuzione della quantità di cibo, può restringere i limiti di resistenza di uccelli o mammiferi in relazione a una diminuzione della temperatura dell'aria.
Il fattore, il cui valore è attualmente ai limiti della sopportazione o al di là di essi, è chiamato limitante.
Gli organismi che possono esistere all'interno di un'ampia gamma di fluttuazioni dei fattori sono chiamati euribionti. Ad esempio, gli organismi che vivono in climi continentali tollerano ampie fluttuazioni di temperatura. Tali organismi di solito hanno ampie aree di distribuzione.
Fattore di intensità minimo ottimale massimo
Riso. 23. L'effetto del fattore ambientale sugli organismi viventi: A - schema generale; B - schema per animali a sangue caldo ea sangue freddo
Fattori biotici di base
Gli organismi di una specie entrano in relazioni di varia natura sia tra loro che con rappresentanti di altre specie. Queste relazioni sono rispettivamente suddivise in intraspecifiche e interspecifiche.
Le relazioni intraspecifiche si manifestano nella competizione intraspecifica per cibo, riparo, una femmina, così come nelle caratteristiche comportamentali, una gerarchia di relazioni tra i membri di una popolazione.
Relazioni interspecie:
Il mutualismo è una forma di relazione simbiotica reciprocamente vantaggiosa tra due popolazioni di specie diverse;
Il commensalismo è una forma di simbiosi in cui la relazione è vantaggiosa principalmente per una delle due specie che convivono (pesci pilota e squali);
La predazione è una relazione in cui individui di una specie uccidono e mangiano individui di un'altra specie.
I fattori antropogenici sono associati alle attività umane, sotto l'influenza delle quali l'ambiente cambia e si forma. L'attività umana si estende a quasi l'intera biosfera: estrazione mineraria, sviluppo risorse idriche, lo sviluppo dell'aviazione e dell'astronautica influiscono sullo stato della biosfera. Di conseguenza, nella biosfera si verificano processi distruttivi, che includono l'inquinamento delle acque, Effetto serra"associato ad un aumento della concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera, rottura dello strato di ozono", pioggia acida" eccetera.
Biogeocenosi
Biogeocenosi: un insieme di convivenza e interazione tra loro e con natura inanimata popolazioni di specie diverse che formano un sistema complesso e autoregolante in condizioni ambientali relativamente omogenee. Il termine è stato introdotto da V.N. Sukachev.
La composizione della biogeocenosi comprende: biotopo (parte non vivente dell'ambiente) e biocenosi (tutti i tipi di organismi che abitano il biotopo).
La totalità delle piante che vivono in una data biogeocenosi è comunemente chiamata fitocenosi, la totalità degli animali è una zoocenosi, la totalità dei microrganismi è una microbiocenosi.
Caratteristiche della biogeocenosi:
La biogeocenosi ha confini naturali;
Nella biogeocenosi interagiscono tutti i fattori ambientali;
Ogni biogeocenosi è caratterizzata da una certa circolazione di sostanze ed energia;
La biogeocenosi è relativamente stabile nel tempo ed è capace di autoregolazione e autosviluppo in caso di cambiamenti unidirezionali nel biotopo. Il cambiamento delle biocenosi è chiamato successione.
Struttura della biogeocenosi:
Produttori - piante che producono sostanze organiche nel processo di fotosintesi;
Consumatori - consumatori di materia organica finita;
Decompositori - batteri, funghi, così come animali che si nutrono di carogne e letame - distruttori di sostanze organiche, convertendole in sostanze inorganiche.
I componenti elencati della biogeocenosi costituiscono i livelli trofici associati allo scambio e al trasferimento di nutrienti ed energia.
Organismi di diversi livelli trofici formano catene alimentari in cui le sostanze e l'energia vengono trasferite gradualmente da un livello all'altro. Ad ogni livello trofico viene utilizzato il 5-10% dell'energia della biomassa in ingresso.
Le catene alimentari sono generalmente costituite da 3-5 anelli, ad esempio: piante-mucca-uomo; piante-coccinella-cincia-falco; piante-mosca-rana-serpente-aquila.
La massa di ogni anello successivo nella catena alimentare diminuisce di circa 10 volte. Questa regola è chiamata regola della piramide ecologica. I rapporti dei costi energetici possono essere riflessi nelle piramidi di numeri, biomassa, energia.
Biocenosi artificiali creato da persone coinvolte agricoltura sono chiamate agrocenosi. Hanno una grande produttività, ma non hanno la capacità di autoregolarsi e stabilità, poiché dipendono dall'attenzione di una persona nei loro confronti.
Biosfera
Ci sono due definizioni della biosfera.
1. La biosfera è la parte abitata del guscio geologico della Terra.
2. La biosfera è una parte del guscio geologico della Terra, le cui proprietà sono determinate dall'attività degli organismi viventi.
La seconda definizione copre un'area più ampia: dopotutto, l'ossigeno atmosferico formatosi a seguito della fotosintesi è distribuito in tutta l'atmosfera ed è presente dove non ci sono organismi viventi.
La biosfera, secondo la prima definizione, è costituita dalla litosfera, dall'idrosfera e dagli strati inferiori dell'atmosfera: la troposfera. I limiti della biosfera sono limitati dallo schermo dell'ozono, il cui limite superiore è a un'altezza di 20 km, e quello inferiore a una profondità di circa 4 km.
La biosfera, secondo la seconda definizione, comprende l'intera atmosfera.
La dottrina della biosfera e delle sue funzioni è stata sviluppata dall'accademico V.I. Vernadsky.
La biosfera è l'area di distribuzione della vita sulla Terra, compresa la materia vivente (sostanza che fa parte degli organismi viventi). La sostanza bioinerte è una sostanza che non fa parte degli organismi viventi, ma si forma a causa della loro attività (suolo, acque naturali, aria).
La materia vivente, che costituisce meno dello 0,001% della massa della biosfera, è la parte più attiva della biosfera.
Nella biosfera c'è una migrazione costante di sostanze di origine sia biogenica che abiogenica, in cui gli organismi viventi svolgono un ruolo importante. La circolazione delle sostanze determina la stabilità della biosfera.
La principale fonte di energia per sostenere la vita nella biosfera è il sole. La sua energia viene convertita in energia composti organici come risultato di processi fotosintetici che si verificano negli organismi fototrofici. L'energia viene accumulata nei legami chimici dei composti organici che servono da cibo per animali erbivori e carnivori. materia organica il cibo viene scomposto nel processo del metabolismo ed espulso dal corpo. I resti isolati o morti, a loro volta, vengono decomposti da batteri, funghi e altri organismi. I composti e gli elementi chimici risultanti sono coinvolti nella circolazione delle sostanze.
La biosfera ha bisogno di un costante afflusso di energia esterna, poiché tutta l'energia chimica viene convertita in energia termica.
Funzioni della biosfera:
Gas - rilascio e assorbimento di ossigeno e anidride carbonica, riduzione dell'azoto;
Concentrazione - l'accumulo da parte di organismi di elementi chimici dispersi in ambiente esterno;
Redox - ossidazione e riduzione delle sostanze durante la fotosintesi e il metabolismo energetico;
Biochimico: si realizza nel processo del metabolismo.
Energia - associata all'uso e alla trasformazione dell'energia.
Di conseguenza, l'evoluzione biologica e geologica si verificano simultaneamente e sono strettamente correlate. L'evoluzione geochimica avviene sotto l'influenza dell'evoluzione biologica.
La massa di tutta la materia vivente della biosfera è la sua biomassa, che è di circa 2,4-1012 tonnellate.
Gli organismi terrestri ne costituiscono il 99,87%. biomassa totale, biomassa oceanica - 0,13%. La quantità di biomassa aumenta dai poli all'equatore. La biomassa (B) è caratterizzata da:
a) produttività - l'aumento della sostanza per unità di superficie (P);
b) tasso di riproduzione - il rapporto tra produzione e biomassa per unità di tempo (P/B).
Le più produttive sono le foreste tropicali e subtropicali.
La parte della biosfera che è sotto l'influenza dell'attività umana attiva è chiamata noosfera, la sfera della mente umana. Il termine implica una ragionevole influenza dell'uomo sulla biosfera nell'era moderna del progresso scientifico e tecnologico. Tuttavia, molto spesso questa influenza è dannosa per la biosfera, che a sua volta è dannosa per l'umanità.
La circolazione di sostanze ed energia nella biosfera è dovuta all'attività vitale degli organismi ed è condizione necessaria la loro esistenza. I cicli non sono chiusi, quindi elementi chimici accumularsi nell'ambiente e negli organismi.
Il carbonio viene assorbito dalle piante durante la fotosintesi e rilasciato dagli organismi durante la respirazione. Si accumula inoltre nell'ambiente sotto forma di combustibili fossili e negli organismi sotto forma di riserve di sostanze organiche.
L'azoto viene convertito in sali e nitrati di ammonio a seguito dell'attività dei batteri azotofissatori e nitrificanti. Quindi, dopo l'uso di composti azotati da parte degli organismi e la denitrificazione da parte dei decompositori, l'azoto viene restituito all'atmosfera. Lo zolfo si trova sotto forma di solfuri e zolfo libero nelle rocce sedimentarie marine e nel suolo. Trasformandosi in solfati a seguito dell'ossidazione da parte dei batteri dello zolfo, viene incluso nei tessuti vegetali, quindi, insieme ai resti dei loro composti organici, viene esposto ai decompositori anaerobici. L'idrogeno solforato formatosi a seguito della loro attività viene nuovamente ossidato dai batteri dello zolfo.
Il fosforo si trova nella composizione dei fosfati di roccia, nei sedimenti di acqua dolce e oceanica e nel suolo. Come risultato dell'erosione, i fosfati vengono dilavati e in un ambiente acido diventano solubili con la formazione di acido fosforico, che viene assorbito dalle piante. Nei tessuti animali, il fosforo fa parte degli acidi nucleici e delle ossa. Come risultato della decomposizione da parte dei decompositori dei resti di composti organici, ritorna nuovamente al suolo e quindi alle piante.
