Абиотические факторы среды¶

Абиотические факторы — это компоненты и явления неживой природы, которые прямо или косвенно воздействуют на живые организмы и определяют условия их существования. Вместе с биотическими факторами (влиянием живых существ) и антропогенными (влиянием человека) они составляют экологические факторы среды. Совокупность абиотических факторов формирует среду обитания, к которой организмы вынуждены адаптироваться в процессе эволюции.

¶Классификация

В экологии принято разделять абиотические факторы по природе их происхождения и физическим свойствам. Выделяют четыре основные группы: климатические, эдафические (почвенные), орографические (рельефные) и гидрографические (факторы водной среды). Такое деление условно, поскольку в природе факторы действуют комплексно, образуя единую систему условий.

¶Климатические факторы

Климатические факторы включают свет, температуру, влажность воздуха, атмосферное давление, движение воздушных масс (ветер) и осадки. Они определяются географическим положением местности, высотой над уровнем моря и характером подстилающей поверхности.

Свет — первичный источник энергии для большинства экосистем. Для растений свет необходим для фотосинтеза, поэтому по отношению к нему выделяют светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые виды. Для животных свет служит важным сигнальным фактором, регулирующим суточные и сезонные биоритмы, поведение при миграциях и размножении. Длина светового дня (фотопериод) запускает физиологические перестройки, такие как листопад, спячка или наступление брачного сезона.

Температура — один из наиболее значимых лимитирующих факторов. Каждый вид способен существовать в определённом диапазоне температур, за пределами которого наступает угнетение или гибель. По способности поддерживать температуру тела организмы делят на пойкилотермных (холоднокровных), температура которых зависит от внешней среды, и гомойотермных (теплокровных), поддерживающих постоянную температуру за счёт внутренних механизмов терморегуляции. Растения и беспозвоночные вынуждены переносить сезонные перепады температур в состоянии покоя, анабиоза или с помощью биохимической адаптации (накопление антифризных белков, изменение концентрации солей).

Влажность — содержание водяного пара в воздухе. В сочетании с температурой влажность определяет зональные типы экосистем: от влажных тропических лесов до пустынь. По отношению к влажности выделяют гигрофилов (влаголюбивых), мезофилов (умеренно влаголюбивых) и ксерофилов (сухолюбивых). Влажность влияет на транспирацию растений, водный обмен животных и интенсивность размножения многих беспозвоночных.

¶Эдафические факторы

Эдафические факторы — это свойства почвы, влияющие на жизнедеятельность организмов. К ним относятся механический состав (песчаный, глинистый, суглинистый), структура, плотность, влагоёмкость, воздухопроницаемость, химический состав, кислотность (pH) и содержание гумуса. Почва служит средой обитания для множества организмов и субстратом для укоренения растений. Кислотность почвы определяет распространение таких групп растений, как кальцефилы (обитатели известковых почв) и ацидофилы (обитатели кислых почв). Засоление почвы создаёт условия для произрастания галофитов — растений, приспособленных к высоким концентрациям солей.

¶Орографические факторы

Орографические факторы связаны с рельефом местности. Высота над уровнем моря изменяет температуру, давление и количество осадков, что приводит к высотной поясности в горах. Экспозиция склона определяет количество получаемой солнечной радиации: южные склоны в северном полушарии теплее и суше северных. Крутизна склона влияет на дренаж почвы и развитие эрозионных процессов. Рельеф также может служить механическим барьером для распространения видов и влиять на направление господствующих ветров.

¶Гидрографические факторы

Гидрографические факторы характеризуют водную среду: солёность, плотность, давление, прозрачность, содержание растворённых газов (кислорода и углекислого газа), скорость течения и температура воды. По солёности водоёмы делят на пресные (до 1 ‰), солоноватые и морские (в среднем 35 ‰). Обитатели водной среды делятся на пресноводных и морских организмов; лишь немногие виды (лососёвые, угри) способны совершать миграции между этими средами. Глубина водоёма определяет освещённость и давление, что формирует вертикальную зональность: литораль, пелагиаль, абиссаль.

¶Закономерности действия

Действие абиотических факторов на организмы подчиняется ряду общих закономерностей, сформулированных в экологии.

¶Закон оптимума и лимитирующий фактор

Для каждого фактора существует диапазон толерантности (выносливости) вида — от минимального до максимального значения, при котором организм способен существовать. Наиболее благоприятная интенсивность фактора называется зоной оптимума. При отклонении от оптимума жизнедеятельность снижается, а при выходе за пределы выносливости организм погибает. Согласно закону минимума Либиха, выживание организма ограничивается фактором, который наиболее отклоняется от оптимального значения, даже если остальные условия благоприятны. Впоследствии закон был дополнен Шелфордом, сформулировавшим закон толерантности: лимитирующим может быть как избыток, так и недостаток фактора.

¶Комплексное действие и адаптации

В природе абиотические факторы действуют не изолированно, а в комплексе. Например, высокая температура легче переносится при низкой влажности, а морозостойкость растений повышается при определённом режиме освещения. Эффект одного фактора может частично компенсироваться другим (закон относительной заменяемости факторов). Однако полной взаимозаменяемости не существует: отсутствие света нельзя восполнить избытком тепла.

В процессе эволюции у организмов выработались разнообразные морфологические, физиологические и поведенческие адаптации к абиотическим факторам. К морфологическим адаптациям относятся колючки и толстая кутикула у пустынных растений, густой шерстный покров у северных млекопитающих, подушковидные формы роста у высокогорных растений. Физиологические адаптации включают анабиоз, диапаузу, спячку, изменение осмотического давления крови. Поведенческие адаптации проявляются в выборе мест с благоприятным микроклиматом, суточной или сезонной активности, миграциях.

¶Значение для экосистем

Абиотические факторы определяют границы распространения видов (ареалы), структуру сообществ и продуктивность экосистем. Климатические условия формируют крупные биомы — тундру, тайгу, степи, саванны, пустыни, тропические леса. Сезонные изменения абиотических факторов запускают циклические процессы в природе: листопад, цветение, размножение, миграции птиц и млекопитающих.

Резкие изменения абиотических условий — природные катастрофы (пожары, наводнения, извержения вулканов, засухи) — выступают факторами нарушения экосистем, после которых происходит сукцессия — последовательная смена сообществ, ведущая к восстановлению относительно устойчивого состояния. В XX—XXI веках существенное влияние на абиотические факторы оказывает хозяйственная деятельность человека: глобальное потепление, изменение кислотности осадков (кислотные дожди), загрязнение водоёмов и почв, что приводит к сдвигу границ ареалов и изменению сезонных ритмов многих видов.