Текст книги "Экология"

Автор книги: Евгений Гладков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 2 страниц)

Ольга Гладкова, Евгений Гладков
Экология

Введение

Экология – это наука о взаимоотношениях живых организмов друг с другом и с окружающей средой. Этот термин впервые был введен немецким биологом Эрнстом Геккелем в 1866 году в книге «Всеобщая морфология организмов»; он образован из двух греческих слов: oikos (дом, жилище) и logos (наука).

Экология – наука в первую очередь биологическая, но как самостоятельная биологическая дисциплина она выделилась только с начала 20 века.

Сегодня экология занимает одно из центральных мест среди биологических наук, дисциплина «экология» входит в учебные планы многих направлений бакалавриата и специальностей. Экологические исследования чрезвычайно популярны среди школьников и студентов, авторы сотрудничают с Всероссийским форумом «Шаг в будущее».

Авторы рекомендуют учебник студентам, обучающимся по направлениям бакалавриата (согласно ФГОС ВО направлениям бакалавриата) «Экология и природопользование», «Биотехнология», «Техносферная безопасность» (а также по другим укрупненным группам направлений 190000 «Промышленная экология и биотехнологии», 200000 «Техносферная безопасность и природообустройство») и для всех направлений бакалавриата и магистратуры изучающих курс «Экология». Учебник также может быть использован по курсу «Общая экология» для студентов обучающихся по направлениям бакалавриата 060000 «Биологические науки»и 05.03.06 «Экология и природопользование».

В учебнике кратко изложены основные сведения современной экологии: факториальная экология, экология популяций, биоценозов и экосистем, основы глобальной экологии. Поэтому учебник будет полезен в том числе и студентам вузов, изучающим курс "Основы экологии".

ГЛАВА 1.

ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ

Не зря говорят как корабль назовешь, так он и поплывет! Каких только названий для экологии не предлагалось: «эпирриология», «биономия» и другие – но они не прижились! Термин «экология» безусловно оказался удачным, его Эрнст Геккель использовал в книге «Всеобщая морфология организмов. Общие основы науки об органических формах, механически основанной на теории эволюции, реформированной Чарльзом Дарвином».

Сам термин «экология» образован из двух греческих слов: oikos (дом, жилище) и logos (наука). Получается наука о доме, т. е. домоводство, конечно же, нет! Хотя, если каждый начнет относиться к нашей планете, как к дому, определенный смысл в этом есть.

“Под экологией, – писал Геккель, – мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и, прежде всего, – его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом, экология – это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин называет условиями, порождающими борьбу за существование” (1870).В энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона (1904) термин «экология» объясняется следующим образом: «Экология, или ойкология, – часть зоологии, обнимающая собой сведения касательно жилищ животных, т. е. нор, гнезд, логовищ и т. п. До сих пор экология не достигла той степени развития, которая дала бы ей право на известную самостоятельность, так как до сих пор она еще не вышла из периода описаний и не выработала ни определенных методов, ни известной суммы обобщений. Экология ждет и экспериментальных исследований, и обобщения». Экологию ряд ученых также рассматривали и как часть ботаники. В 1910 г. на 3 Ботаническом конгрессе в Брюсселе экология растений разделилась на экологию особей и экологию сообществ. По предложению швейцарского ботаника Карла Шретера экология особей была названа аутэкологией (от греч. – сам и «экология»), а экология сообществ – синэкологией (от греческой приставки, обозначающей «вместе»).

Конечно же,сегодня экология достигла высокого уровня развития,как наука. Наряду с генетикой и физиологией, экология занимает центральное место среди биологических наук и тесно связана с генетикой, физиологией, микробиологией, биотехнологией, ботаникой, зоологией, анатомией и другими биологическими дисциплинами.

Экологию по размерам объектов изучения делят на аутэкологию (особи, организм и его среда), демэкологию, или популяционную экологию (популяция и ее среда), синэкологию (экология сообществ(биоценозов),экосистемную экологию(экология экосистем,биогеоценозов), глобальную экологию. В экологии можно выделить составные части, исходя из объектов изучения: экологию растений, экология животных, грибов и др… Однако если для ряда других биологических наук индивидуум является наикрупнейшей единицей, то для экологии он – мельчайшая единица исследований. А ряд экологов в качестве определения экологии используют следующую формулировку: экология – биологическая наука, которая исследует структуру и функционирование систем надорганизменного уровня (популяции, сообщества, экосистемы) в пространстве и времени, в естественных и изменённых человеком условиях. Но все-таки экологию нужно рассматривать шире,включая и организменный уровень. Например, влияние экологических факторов на живые организмы и адаптация к ним, также важный раздел экологии.

ГЛАВА 2.

ОСНОВЫ ФАКТОРИАЛЬНОЙ ЭКОЛОГИИ

Среда обитания – это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы.

Многообразие экологических факторов еще в 1840 г. русский ученый Э.А. Эверсман в работе "Естественная история Оренбургской области" разделил на абиотические и биотические. Эдуард Александрович Эверсманн всю свою жизнь посвятил изучению природы Оренбургского края. Он приводил примеры борьбы и конкуренции между организмами, между особями одного и разных видов.

Абиотические факторы – это факторы неорганической природы, воздействующие на организм прямо или косвенно, через обмен веществ, которые имеют односторонний характер; организм может к ним приспособиться, но не может оказать на них обратное влияние)

Биотические факторы – это факторы взаимодействия организмов; организмы влияют друг на друга непосредственно (хищники съедают жертв) или косвенно (изменяют среду обитания).

Антропогенные факторы – это факторы влияния человека на живые организмы и окружающую среду.

К абиотическим факторам относят: свет, температуру, соленость воды, влажность, ветер, воздух, давление, скорость течения, долготу дня, состав почвы, газовый состав воздуха и др.

Абиотические факторы делят на климатические, эдафические и топографические (условия рельефа). Климатические и эдафические факторы зависят от географического положения биотопа. Приспособления организмов к окружающей среде называют адаптациями.

Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, так как она обеспечивает и саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях организации, они возникают и развиваются в ходе эволюции видов.

2.1. Абиотические факторы

Свет

Свет экологический фактор, необходимый для жизни, источник энергии для фотосинтеза. Интенсивность света, длина волны, продолжительность освещения, а также угол падения солнечных лучей на земную поверхность (зависит от широты, сезона, времени дня и экспозиции склона) оказывают различное влияние на разные организмы. По отношению к свету выделяют три группы растений: светолюбивые (гелиофиты), тенелюбивые (сциофиты), теневыносливые (факультативные гелиофиты).

Гелиофиты – виды открытых мест в условиях полного солнечного освещения (сосна, газонные травы, клевер ползучий, подсолнечник и др.), в сухих местах обычно образуют разреженный и невысокий покров. Типичные светолюбивые растения – луговые, степные травы, многие культурные растения. При интенсивности до 13,5 %, свет оказывает стимулирующее действие на рост растений, при большей – действует угнетающе. Фотосинтез у светолюбивых растений подавляется при резком увеличении освещенности. Особая группа гелиофитов – С‑4-растения. Такое название эти гелиофиты, получили потому, что фиксация СО₂ идет путем С4-дикарбоновых кислот, световое насыщение фотосинтеза не достигается даже при самой сильной освещенности. Это растения засушливых экосистем, культурные растения (сахарный тростник, кукуруза и др.). Особенно много С4-растений среди семейств мятликовых, осоковых, молочайных маревых, гвоздичных и др.

Сциофиты (теневыносливые) – не выносят сильного освещения, растут под пологом леса при сильном затенении (виды, обитающие в нижних ярусах ельников и др.). Для них характерны – нежные тонкие листья с тонкой кутикулой, обычно матовые, неопушенные, более светлого цвета, чем у растений открытых мест, побеги вытянутые.

Цветковые тенелюбивые растения встречаются обычно там, где освещенность в пасмурные дни достигает не менее 0,5–1 % (бегонии, недотрога, а также представители мареновых, коммелиновых).

Сциофиты широколиственных и темнохвойных лесов – зеленые мхи, кислица обыкновенная, грушанки, майник двулистный и др. Для тенелюбивых растений экологическим оптимумом является слабая освещенность.

Факультативные гелиофиты (теневыносливые) занимают промежуточное положение между двумя группами. Эти растения переносят небольшое затенение. Это ряд лесных растений (ель, клен, липа, некоторые лианы). На осветленных местах они разрастаются часто сильнее, однако оптимальное использование ФАР у них происходит не при полном солнечном освещении.

У деревьев и кустарников теневая или световая структура листа определяется условиями освещения предыдущего года, во время закладывания почек.

Большую роль в активности живых организмов и их развитии играет продолжительность освещения (фотопериод). Смену дня и ночи, изменение продолжительности светового периода суток организмы используют как сигналы для распределения своих функций во времени и создания самых благоприятных условий для своих жизненных циклов (например, ослабление конкуренции за жертву из‑за разной активности хищников во времени).

Фотопериодизм – реакция живых организмов на сезонные изменения длины дня. Весной начинают расти и цвести растения, происходит размножение животных. Осенью листопадные деревья сбрасывают листья, некоторые животные впадают в спячку, многие птицы мигрируют. В широтах, где нет значительных сезонных изменений климата, виды не проявляют фотопериодических реакций (у тропических деревьев плодоношение и цветение растянуто во времени).

Свет для животных – необходимое условие видения, зрительной ориентации в пространстве. Образное видение возможно только при достаточно сложном устройстве глаза. Наиболее совершенные органы зрения, позволяют воспринимать форму и размеры предметов, их цвет, определять расстояние. Такие органы зрения – глаза позвоночных, головоногих моллюсков и насекомых.

Способность к объемному видению зависит от угла расположения глаз и от степени перекрывания их полей зрения. Объемное зрение, например, характерно для человека, приматов, ряда птиц. Понятие видимого света условно, например, для человека область видимых лучей – от фиолетовых до темно-красных, а гремучие змеи видят инфракрасную часть спектра. Животные ориентируются с помощью зрения во время дальних перелетов. Способность птиц к навигации доказана многими опытами. Среди насекомых эта способность особенно развита у пчел. Пчелы, нашедшие нектар, передают другим информацию о том, куда лететь за взятком, используя в качестве ориентира положение солнца. Пчела-разведчица, нашедшая нектар, возвращается в улей и начинает на сотах танец, она описывает фигуру в виде восьмерки, поперечная ось которой наклонена по отношению к вертикали. Угол наклона соответствует углу между направлениями на солнце и на источник корма.

Птицы с математической точностью выбирают направление полета, преодолевая иногда тысячи километров от гнездовий до мест зимовок. При таких дальних перелетах птицы хотя бы частично ориентируются по солнцу и звездам, т. е. астрономическим источникам света.

Температура

Температура – один из важнейших абиотических факторов.

Отрицательное воздействие высоких температур связано с инактивацией, а иногда даже денатурацией ферментов у организмов. Высокие температуры нарушают обмен веществ. У растений, например, дыхание осуществляется интенсивнее, чем фотосинтез, так как продукты обмена расходуются быстрее, чем образуются.

Влияние температуры зависит от относительной влажности воздуха: чем выше относительная влажность, тем ниже опасность обезвоживания.

Гибель от высоких температур зависит от продолжительности воздействия.

На определенных стадиях организмы обладают повышенной устойчивостью к высокой температуре (покоящиеся структуры, например, семена). Для многих видов оптимальной является температура 2030 ⁰С. Нижние температурные пороги иные: диапазон температур очень велик, большинство низших животных выдерживают падение температуры до 0 ⁰С. Насекомые переносят температуру до 45 ⁰С (некоторые лишь до 20 ⁰С). Некоторые тропические растения погибают при температуре немногим выше 0 ⁰С, из-за инактивации ферментов и нарушения некоторых метаболических процессов. Гибель при отрицательных температурах происходит из-за повреждающего действия, связанного с образованием кристаллов льда, прежде всего, внутри клеток.

Растения в Якутии, мхи и лишайники в Антарктиде переносят чрезвычайно низкие температуры. Многие организмы не погибают, потому что имеют физиологические механизмы, предотвращающие образование кристаллов льда внутри клетки.

Существуют два разных типа адаптации к температуре: пассивный и активный.

Для пойкилотермных (от греч. poikilos изменчивый, меняющийся + therme теплота, жар) организмов (также называют экзотермными организмами) характерен пассивный тип адаптации; к ним относятся все классы органического мира, кроме птиц и млекопитающих. Для экзотермных организмов характерна неустойчивость температуры тела, так как их тепловой режим зависит от изменений температуры окружающей среды, у них, благодаря относительно низкому уровню обмена веществ, главным источником поступления тепловой энергии является внешнее тепло. Активность пойкилотермных организмов определяется скоростью их разогрева.

Растения не могут мигрировать, они должны существовать в условиях температур, характерных для мест их произрастания. Тепловой режим растений достаточно изменчив. Температура разных органов различается в зависимости от их расположения относительно падающих солнечных лучей и степени нагревания слоев воздуха.

Морфологические адаптации растений направлены на предотвращение перегрева. Это происходит благодаря густой опушенности листьев, рассеивающей часть солнечных лучей, а глянцевитая поверхность, способствует их отражению.

По степени адаптации к высоким температурам можно выделить следующие группы растений:

нежаростойкие растения повреждаются уже при +(30–40) °С (водные цветковые, ряд растений наземных экосистем);

жаровыносливые растения переносят получасовое нагревание до +(50–60) °С (растения сухих местообитаний).

Ряд растений регулярно испытывают действие пожаров, когда температура кратковременно повышается до сотен градусов. Пожары регулярны в саваннах, в сухих жестколистных лесах и ряде других экосистем. Там произрастают вместе с другими растениями уникальная группа растений– пирофиты, которые устойчивы к пожарам. У деревьев этой группы на стволах толстая корка, пропитанная особыми огнеупорными веществами, надежно защищающими внутренние ткани. Плоды и семена пирофитов имеют толстые, часто одревесневшие покровы, которые растрескиваются, будучи опалены огнем.

По степени адаптации растений к недостатку тепла можно выделить три группы:

нехолодостойкие растения – сильно повреждаются или гибнут при температурах, еще не достигающих точки замерзания воды. Гибель связана с инактивацией ферментов, нарушением обмена нуклеиновых кислот и белков. К представителям этой группы относятся растения тропических лесов, водоросли теплых морей;

неморозостойкие растения переносят низкие температуры, но погибают, если в тканях начинает образовываться лед. В холодное время у них повышается концентрация осмотически активных веществ в клеточном соке и цитоплазме, что понижает точку замерзания до –7 °С. Вода в клетках может охлаждаться ниже точки замерзания без немедленного образования льда. Представителями этой группы являются растения вечнозеленых субтропических лесов.

льдоустойчивые или морозоустойчивые растения – это растения, произрастающие в областях с сезонным климатом, с холодными зимами. Несмотря на сильные морозы, надземные органы деревьев и кустарников сохраняют жизнеспособность, так как в клетках кристаллический лед не образуется. Растения подготавливаются к перенесению морозов постепенно, проходя предварительную закалку после того, как заканчиваются ростовые процессы. В результате закалки накапливаются в клетках сахара (до 20–30 %), производные углеводов, некоторые аминокислоты и другие защитные вещества, связывающие воду. Морозоустойчивость клеток повышается, так как связанная вода труднее оттягивается образующимися во внеклеточных пространствах кристаллами льда.

Среди пойкилотермных организмов есть такие, которые всю жизнь проводят в условиях постоянных температур (глубины океанов, пещеры и т. п.), в связи, с чем температура их тела не меняется. Такое явление называют ложной гомойотермией,онахарактерна для ряда рыб и иглокожих.

К гомойотермным (от греч. homoios устойчивый, одинаковый, подобный + therme теплота, жар) организмам относят птиц и млекопитающих, для них характерен активный тип адаптации.

Гомойотермность – это стратегия сопротивления влиянию факторов среды. Гомойотермия –это температурные адаптации, возникшие на основе резкого повышения уровня окислительных процессов у птиц и млекопитающих в результате эволюционного совершенствования кровеносной, дыхательной и других систем органов. Потребление кислорода на 1 г массы тела у теплокровных животных в несколько десятков или сотен раз больше, чем у пойкилотермных.

Организм гомойотермного животного функционирует только в узких температурных пределах. Однако в случае выхода за эти пределы невозможно не только сохранение биологической активности, но и переживание в угнетенном состоянии. Гомойотермные животные могут поддерживать для себя постоянный температурный оптимум при значительных отклонениях внешних температур, что позволяет им лучше осваивать внешние условия. Следовательно, птицы и млекопитающие менее зависимы от температуры среды, так как обладают развитым внутренним источником тепла и совершенной терморегуляцией (способность в определенных пределах сохранять температуру тела), позволяющей поддерживать оптимальный баланс продуцирования и расхода тепловой энергии. Температура тела у них меняется незначительно.

Существует ряд механизмов, поддерживающих постоянную температуру тела. Химическая терморегуляция– рефлекторное увеличение теплопродукции в ответ на понижение температуры окружающей среды. Поддержание температуры за счет возрастания теплопродукции требует большего расхода энергии, поэтому животным необходимо усиленно питаться или тратить жировые запасы, накопленных ранее. Например, некоторые виды землероек для поддержания высокого уровня обмена способны съедает корма в день в 4 раза больше собственной массы. Частота сердцебиения у них до 1000 в мин!

Химическая терморегуляция, имеет свои пределы, обусловленные возможностью добывания пищи. При недостатке корма зимой такой путь экологически невыгоден.

Физическая терморегуляция – это адаптация к холоду за счет сохранения тепла в теле животного. Физическая терморегуляция, связана с морфофизиологическими приспособлениями (за счет перьев, волос, которые удерживают вокруг тела слой воздуха, являясь теплоизолятором). Среди адаптаций – рефлекторное сужение и расширение кровеносных сосудов кожи, меняющее ее теплопроводность, противоточный теплообмен путем контакта сосудов при кровоснабжении отдельных органов.

Морфофизиологические приспособления дополняются сложными формами приспособительного поведения (экономное расходование энергии на терморегуляцию, снижение напряжения физиологических терморегуляторных функций). Приспособительное поведение особенно эффективно, когда неблагоприятные температуры сочетаются с низкой доступностью кормов (суровая зима), например, использование особенностей микроклимата (выбор местности, укрытой от ветра, ведет к сокращению энергозатрат на физиологическую терморегуляцию).

В норах и гнездах животных температурные условия более благоприятны, особенно, при большой глубине норы. В умеренных широтах на глубине 130‑150 см от поверхности почвы в искусно построенных норах и гнездах менее интенсивно ощущаются даже сезонные колебания температуры и поддерживается благоприятный микроклимат.

Эффективным механизмом отдачи тепла служит испарение воды благодаря потоотделению или через влажные слизистые оболочки полости рта и верхних дыхательных путей. Человек при сильной жаре может выделить до 10‑12 л пота в день, при этом выделяемая вода, естественно, должна возмещаться через питье. Регуляция температуры через испарение требует затраты организмом воды и поэтому не всегда возможна. Среди гомойотермных животных выделяют группу гетеротермных.

Гетеротермностъ – адаптивная стратегия среди птиц и млекопитающих, при которой закономерно сочетается использование выгод как постоянства, так и перемены температуры тела. Эти виды в активном состоянии поддерживают постоянную температуру тела на высоком уровне, а в неактивном – пониженную, что сопровождается замедлением обмена веществ. Основные формы проявления гетеротермности – способность впадать в спячку или оцепенение.

Зимняя спячка характерна для некоторых млекопитающих. Впадая в спячку, животные прекращают борьбу за поддержание высокой температуры тела, снижая ее всего до нескольких градусов выше нуля. Это сберегает энергетические ресурсы организма.

Влажность

Вода – необходимый компонент клетки, ее количество определяет флору и фауну местности. У растений пустынь вода составляет лишь 30-65 % от общей массы, в дубравах доходит до 85 %, в ельниках достигает 90 %.

Области, в которых количество испаряемой воды превышает годовую сумму осадков, называют аридными, или засушливыми. Области, обеспеченные влагой, называют гумидными (влажными).

Жизнь человеказависит от воды. Вода составляет более половинымассы тела человека (65 %). Она входит в состав крови, пищеварительных соков, слез и других жидкостей. Человеческий мозг содержит почти 75 % воды, сердце –74 %, глаза–78 %. Особенно богаты водой ткани молодого организма. С годами человек высыхает, теряет влагу. Суточная потребность воды до 10 литров. Представить себе, что человек пьет каждый день 10 литров воды, очень сложно! Оказывается, что 7–8 л наши ткани создают сами. Эта эндогенная жидкость рождается в организме при сжигании питательных веществ кислородом, строительстве новых молекул. Однако, 2 л воды человек должен получить извне – либо в чистом виде, либо с различной пищей.

В любой еде содержится вода. Даже в засушенной корочке черного хлеба ее около 5 %, в молоке –87 %, в помидорах –85 %, в огурцах–95 %, высоким содержанием воды отличаются ягоды (малина, клубника, земляника, жимолость, ежевика и др.)

Количество воды, которое может потерять живой организм без ущерба для себя, колеблется в широких пределах. Для млекопитающих эти величины составляют 10 – 15 % от их веса. При потере всего 5 % из положенного организму человека количества жидкости пульс тут же учащается, а температура повышается. Потеря 12–15 % воды приводит к нарушению обмена веществ, а потеря 25% воды – к гибели организма.

Больше всего воды в течение суток из наземных животных нужно слону – около 90 л, причем для нормальной жизнедеятельности он должен пить ежедневно. Слоны одни из лучших «гидрогеологов» среди зверей и птиц. Водоемы они чувствуют на расстоянии до 4–5 км. В засушливое время слоны роют бивнями в руслах опустевших рек ямы, там собирается вода, которой пользуются другие животные. Роют колодцы и кенгуру, глубина колодцев доходит до 1 м.

Чтобы удовлетворить жажду, гиены иногда едят дыни и арбузы, а горный кенгуру обдирает кору деревьев и слизывает проступающий сок. Тела большинства животных содержат не менее 50 % воды. Например, в теле утки-кряквы и гусеницы, 85–90 % воды, у медуз воды более 98 %. Из животных наиболее «сухой» амбарный долгоносик, в нем содержится всего 46 % воды. Сочные плоды растений также содержат большое количество воды: в яблоках, грушах, грейпфрутах, мандаринах –85 %, в чёрной смородине – 80 %, в клубнике – 89 %, в мякоте ананаса – 86 %, в малине – 84-86 %, в крыжовнике – 86-89 %, в землянике – 90 %. В листьях большинства растений средней полосы в зависимости от погодных условий и этапов онтогенеза воды содержится 65‑82 % сырой массы.

Растения выработали различные приспособления к недостатку влажности (длительный период покоя, когда растения переживают неблагоприятный период в виде семян, луковиц, клубней; резкое сокращение вегетационного периода; сильно развитая корневая система).

Растения подразделяют на несколько экологических групп, которые располагают по степени убывания влажности на территориях.

Гидадофиты (от греч. «гидатос» – вода и «фитон» – растение) – полностью или большей своей частью погруженные в воду растения.

Гидрофиты – растения, для которых менее важен влажный климат. К ним относятся пресноводные растения, которые меньше сталкиваются с проблемами осморегуляции.

Гидрофиты (от греч. «гидро» – вода) – растения, погруженные в воду меньшей своей частью.

Гигрофиты (греч. «гигрос» – влажный) – растения, избыточно увлажненных местообитаний, где воздух насыщен водяными парами. Среди таких растений калужница болотная.

Мезофиты (от греч. «мезос» – средний) – растения умеренно влажных местообитаний. В наших условиях это наиболее обширная экологическая группа растений – большинство цветковых растений, растущих в местах обеспеченных водой. Мезофиты имеют ряд морфологических и физиологических особенностей, помогающих уменьшать потерю воды путем испарения (кутикула, защищенные устьица, сбрасывание листвы и др.). Среди них луговые травы (клевер, газонные травы), многие лесные травы (ландыш майский, майник двулистный), лиственные деревья (рябина, черемуха, осина, верба, береза, клен, ольха).

Ксерофиты – растения сухих местообитаний (представители пустынь и полупустынь), которые способны переносить продолжительную засуху.

2.2.Влияние комплексного воздействия экологических факторов

В неблагоприятных экологических условиях живые организмы подвергаются комплексному воздействию экологических факторов.

Закон взаимодействия экологических факторов гласит:оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либоэкологическому фактору окружающей среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы.

Один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает разное экологическое воздействие. Например, жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду.

Следовательно, одно и то же экологическое воздействие может быть получено разными способами. Увядание растений можно приостановить за счет увеличения количества влаги в почве, а также в результате снижения температуры воздуха, уменьшающего испарение. Таким образом, создается эффект частичного взаимозамещения экологических факторов.

Однако взаимная компенсация действия экологических факторов окружающей среды имеет определенные пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя. Например, отсутствие воды при наличии всех остальных благоприятных факторов приводит к гибели растений, подобная закономерность наблюдается при отсутствии хотя бы одного из основных элементов минерального питания. Крайний дефицит тепла в полярных пустынях нельзя восполнить ни обилием влаги, ни круглосуточной освещенностью.

В окружающей среде всегда какой-либо фактор оказывается в минимуме или максимуме, характеризуется как лимитирующий фактор, который ограничивает размножение.В качестве примера можно взять городские экосистемы, в городе организмы обычно чувствуют недостаток многих факторов и переизбыток вредных веществ, поступающих благодаря выбросам автотранспорта, промышленных производств и т. д. Таким образом, в городе наблюдается комплексное воздействие неблагоприятных экологических факторов, например тяжелых металлов, засоления и т. д.

Влияние комплексного воздействия тяжелых металлов

Закон взаимодействия экологических факторов как правило применяют для факторов «естественного» происхождения (например, влажность и температура). Однако, и при взаимодействии антропогенных экологических факторов, не всегда усиливается токсическое действие. Рассмотрим влияние тяжелых металлов на растения.Например,Zn относительно активен в биохимических процессах. Во взаимодействии Zn – Cd часто наблюдается как синергизм, так и антагонизм.Антагонистические взаимоотношения между Zn и Cu проявляются в торможении поглощения одного элемента другим, что может указывать на участие в поглощении обоих элементов одних и тех же носителей. Учитывая более высокую степень фитотоксичности Cu, в некоторых случаях степень воздействия этого тяжелого металла может ослабевать. Таким образом, при комплексном взаимодействии металлов может наблюдаться нарушение свойственных растениям соотношений. Избыточное поступление одного из металлов может привести к недостаточности другого необходимого минерального элемента в результате ограничения его поступления или связывания в тканях. Механизмы, которые приводят к недостатку поступления металла, могут быть связаны с конкуренцией металла с необходимым элементом за места на специфических переносчиках при поступлении в клетку и передатчиках этого элемента по метаболической цепи. Антагонизм может проявляться как между отдельными тяжёлыми металлами, так и между тяжелыми металлами и металлами – макроэлементами Ca, Mg или К, а также фосфором.

В почвах городских экосистем содержатся различные токсиканты. Однако, антропогенные факторы могут уменьшить негативное воздействие других экологических факторов, выступая определенном образом механизмом устойчивости городской экосистемы.

Подщелачивание почв снижает подвижность различных химических элементов и, следовательно, уменьшает их токсичность. В гумусовых горизонтах повышается содержание обменных катионов, что усиливает буферные свойства почвы. Например, кадмий и медь наиболее подвижны в кислых лёгких минеральных почвах. Естественные почвы сохранились в основном только, в некоторых парках, расположенных на окраинах города, они характеризуются кислой и слабокислой реакцией среды. Для почв большей части территории Москвы характерны нейтральная и слабощелочная реакции. Слабощелочная реакция, характерная для насыпного слоя, снижает негативное воздействие тяжелых металлов.