Понятие об оптимуме и толерантности

Введение

 

Свойства среды, оказывающие на организмы разностороннее воздействие, называются экологическими факторами.

Актуальность данной темы состоит в том, что в природе эти факторы действуют не изолированно друг от друга, а в виде сложного комплекса. Комплекс экологических факторов, без которых организм существовать не может, и представляет собой условия существования данного организма. Условия существования и организмы неотделимы друг от друга.

В зависимости от требований к условиям среды и реакции на определенные экологические факторы, организмы формируются в экологические группы.

Елью данной работы было рассмотреть роль экологических факторов в динамике численности организмов.

Задачи работы следующие:

1. Определить понятие экологических факторов, их классификацию;

2. Рассмотреть понятие оптимума и толерантности;

3. Исследовать лимитирующие факторы и закон Либиха;

4. Рассмотреть понятие динамики численности;

5. Проанализировать взаимосвязь организма и его среды обитания;

6. Оценить приспособленность организмов к влиянию экологических факторов.

 

Теоретические основы действия экологических факторов

 

Понятие экологических факторов, их классификация

 

Абиотические факторы представляют собой условия неорганической среды, которые влияют на организмы. Большое разнообразие абиотических факторов обусловлено большим числом комбинаций различных видов рельефа и климата.

Биотические факторы – это вся сумма влияний организмов друг на друга в процессе их жизнедеятельности (опыление, затенение, поедание). В широком смысле биотические факторы представлены внутри- и межвидовыми отношениями организмов. К биотическим факторам следует отнести и антропические, роль которых возрастает с каждым годом. Антропические факторы обычно называют антропогенными. Их особенность заключается в том, что антропогенные факторы управляют процессами формирования человека и не имеют отношения к влиянию на другие организмы или среду.

 

Таблица 1 Классификация факторов

АБИОТИЧЕСКИЕ	БИОТИЧЕСКИЕ
Физические климатические – влага, свет, температура, ветер, давление, течения, продолжительность суток	Влияние растений друг на друга и на другие организмы в биоценозе (прямо или опосредованно)
Физические эдафические – влагоемкость, теплообеспеченность механический состав и проницаемость почвы	Влияние животных друг на друга и на другие организмы в биоценозе
Химические - состав воздуха, содержание в почве или воде элементов питания, соленость воздуха и воды, реакция рН	Антропические факторы – все виды человеческой деятельности

 

По действию факторы среды можно классифицировать на прямо- и косвенно-действующие (иначе говоря, опосредованные или модифицирующие). Прямодействующие: свет, тепло, плодородие почв, влага (на растения), косвеннодействующие – они же, но через цепи питания – на животных.

Однако, то же тепло может быть и косвеннодействующим фактором. Приведем пример: на почвах с многолетней мерзлотой в муссонном климате летом происходит интенсивное таяние мерзлоты, однако из-за недостаточной обеспеченности теплом, корнеобитаемому слою свойственны переувлажнение и анаэробиозис, обусловливающие физиологическую недоступность для растений элементов питания. В континентальном сухом климате мерзлота в почвенном профиле, наоборот, в жаркую сухую погоду служит источником влаги и способствует оптимизации водного режима почв. Другие косвеннодействующие факторы: ветер (суровость погоды), течения (насыщ. кислородом), снежный покров.

Все экологические факторы имеют единицы измерения и определенный диапазон действия. В рамках этого диапазона и осуществляется жизнедеятельность биосистем и отдельных организмов.

Можно сгруппировать экологические факторы по времени (эволюционный, исторический), периодичности (периодический, непериодический), очередности (первичный, вторичный), происхождению (космический, абиотический, биотический, биологический, техногенный, фактор беспокойства, послепожарный и др.), среде возникновения (атмосферный, водный, геоморфологический, эдафический, физиологический, биоценотический, популяционный и др.).

 

Понятие об оптимуме и толерантности

 

а) Понятие об оптимуме

Каждый организм и экосистема развиваются при действии определенного сочетания факторов: влаги, света, тепла, наличия и состава питательных веществ. Эти факторы действуют на организм одновременно. Для каждого организма, популяции, экосистемы можно определить диапазон условий среды, иначе говоря, диапазон устойчивости (рис. 1), в рамках которого происходит жизнедеятельность объектов.

В процессе исторического развития у организмов и биосистем сформировались определенные требования к условиям среды. Дозы факторов, при которых организм, популяция или биоценоз достигают наилучшего развития и максимальной продуктивности, соответствует оптимуму условий. С изменением этой дозы в сторону уменьшения или увеличения происходит угнетение организма и чем сильнее отклонение значения факторов от оптимума, тем снижение жизнеспособности больше, вплоть до гибели организма или разрушения биоценоза. Условия, при которых жизнедеятельность максимально угнетена, но организм и биоценоз еще существуют, называются пессимальными.

 

 

ПРИМЕР. На севере лимитирующим фактором является тепло, на юге этот фактор - влагообеспеченность. На Крайнем Севере самые производительные леса из лиственницы Каяндера разнотравные растут в поймах рек – здесь складывается благоприятный гидротермический режим и почвы во время паводков регулярно пополняются элементами питания. Самые низкопроизводительные леса – из той же лиственницы, но с покровом из сфагновых мхов, формируются на северных склонах гор в условиях постоянного переувлажнения и холодности почв. Уровень многолетней мерзлоты под моховым покровом не опускается ниже 30 см. В Южном Приморье оптимальные лесорастительные условия свойственны северным склонам в их средней части, а пессимальные – сухим южным склонам с выпуклой поверхностью.

Можно привести много примеров оптимумов и пессимумов у растений, животных и их сообществ по отношению к свету, влаге, теплообеспеченности, засоленности почв и др. факторам.

б) Понятие о толерантности

Для разных видов растений и животных пределы условий, в которых они себя хорошо чувствуют неодинаковы. Например, одни растения предпочитают очень высокую влажность, другие предпочитают засушливые местообитания. Одни виды птиц улетают в теплые края, другие – клесты, кедровки и птенцов выводят зимой. Чем шире количественные пределы условий среды обитания, при которых тот или иной организм, вид и экосистема могут существовать, тем выше степень их выносливости, или толерантности. Свойство видов адаптироваться к условиям среды называется экологической пластичностью (рис.2), а по амплитуде переносимых популяциями естественных колебаний фактора судят об экологической валентности вида.

 

 

Виды с узкой экологической пластичностью, т.е. способные существовать в условиях небольшого отклонения от своего оптимума, узкоспециализированные, называются стенобионтными (stenos – узкий), виды широко приспособленные, способные существовать при значительных колебаниях факторов – эврибионтные (eurys – широкий) Границы, за которыми существование невозможно, называются нижним и верхним пределами выносливости, или экологической валентности.

ПРИМЕР. Рыбы соленых и пресных водоемов – стенобионты. Трехиглая колюшка и лосось – эврибионты. Стенобионты-растения: чозения, тополь корейский – растения пойм, гигрофитные растения (калужница болотная, рогоз,), ксерофиты Приморья – сосна густоцветковая, абрикос маньчжурский, леспедеца и др. К стенобионтам можно отнести почти всех млекопитающих, в том числе и человека. Достаточно небольшого отклонения температуры воздуха (22-26°C) и воды (28-38°C) от "нормального" значения, пониженного содержания кислорода и повышенного содержания вредных веществ (хлора, паров ртути, аммиака и др.) в воздухе, чтобы вызвать резкое ухудшение его состояния.

По отношению к одному фактору вид может быть стенобионтом, по отношению к другому – эврибионтом. В зависимости от этого выделяют прямо противоположные пары видов: стенотермный – эвритермный (по отношению к теплу), стеногидрический – эвригидрический (к влаге), стеногаленный – эвригаленный (к засоленности), стено- – эврифотный (к свету), и др.

Существуют и другие термины, характеризующие отношение видов к факторам окружающей среды. Добавление окончания "фил" (phyleo (греч.) – люблю) означает, что вид приспособился к высоким дозам фактора (термофил, гигрофил, оксифил, галлофил, хионофил), а добавление "фоб", наоборот, к низким (галлофоб, хионофоб). Вместо "термофоба" обычно употребляется "криофил", вместо "гигрофоба" – "ксерофил".

Типичные эврибионты - простейшие организмы, грибы. Из высших растений к эврибионтам можно отнести виды умеренных широт: сосну обыкновенную, лиственницу даурскую, дуб монгольский, иву Шверина, бруснику и большинство видов вересковых.

Стенобионтность вырабатывается у видов, длительное время развивающихся в относительно стабильных условиях. Чем сильнее она выражена, тем меньшим ареалом обладает вид, или его сообщество. Наиболее распространенные виды, имеют широкий диапазон толерантности ко всем факторам. Они называются космополитами. Но таких видов мало.