Условия среды

Условия среды — это совокупность факторов неживой и живой природы, а также антропогенных воздействий, которые прямо или косвенно влияют на жизнь, развитие, распространение и воспроизводство организмов, популяций и экосистем. В экологии условия среды часто называют экологическими факторами, которые подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные. Они определяют границы толерантности видов, их адаптации и динамику экосистем. Изучением условий среды занимаются экология, биогеография, почвоведение, климатология и другие науки.

Классификация экологических факторов

Экологические факторы среды традиционно делят на три основные группы:

Абиотические факторы

Абиотические факторы — это компоненты и свойства неживой природы, оказывающие воздействие на организмы. К ним относятся:

• Климатические факторы: температура, влажность, освещённость, атмосферное давление, ветер. Например, температура определяет скорости биохимических реакций и фенологические фазы растений.
• Эдафические факторы: состав и структура почвы, её влажность, кислотность (pH), содержание гумуса и минеральных веществ. Почва является средой обитания для множества организмов и источником элементов питания.
• Орографические факторы: рельеф местности (высота над уровнем моря, крутизна склонов, экспозиция). Влияют на распределение тепла и влаги, создавая микроклиматические условия.
• Гидрологические факторы: свойства водной среды (температура воды, солёность, течение, прозрачность, содержание кислорода). Важны для гидробионтов.
• Радиационные факторы: солнечная радиация (ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное излучение), радиационный фон.

Биотические факторы

Биотические факторы — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Внутри этой группы выделяют:

• Внутривидовые отношения: конкуренция за ресурсы, кооперация, иерархия. Пример: конкуренция деревьев в лесу за свет.
• Межвидовые отношения: хищничество (волк и заяц), паразитизм (клещ на млекопитающем), симбиоз (лишайник — гриб и водоросль), конкуренция (борьба двух видов за одну нишу), аменсализм (один вид угнетает другой без выгоды для себя), комменсализм (рыбы-прилипалы и акула).
• Физические воздействия: изменение среды обитания организмами (например, почвообразование дождевыми червями).

Антропогенные факторы

Антропогенные факторы — результат деятельности человека, который существенно трансформирует природные условия. К ним относятся:

• Промышленное загрязнение: выбросы газов, сточные воды, твердые отходы.
• Землепользование: распашка земель, вырубка лесов, урбанизация.
• Интродукция видов: сознательное или случайное занесение чужеродных организмов.
• Изменение климата (парниковый эффект, глобальное потепление) и разрушение озонового слоя.

Законы действия экологических факторов

Воздействие условий среды на организмы подчиняется ряду экологических законов и принципов:

Закон оптимума (толерантности)

Каждый экологический фактор имеет определённые границы, в пределах которых организм может существовать. Зона оптимума — диапазон значений, наиболее благоприятных для жизнедеятельности. За пределами зоны угнетения наступают зоны стресса, а затем — зоны гибели. Границы между этими зонами называют пределами толерантности вида.

Закон лимитирующего фактора (Либиха и Шелфорда)

Лимитирующим называется фактор, который находится в недостатке или избытке относительно потребности организма и тем самым ограничивает его развитие. В 1840 году Юстус фон Либих сформулировал «закон минимума»: урожайность определяется веществом, находящимся в минимуме (например, азот в почве). Позже Виктор Шелфорд (1913) дополнил закон: фактор может быть лимитирующим и из-за избытка (например, высокая концентрация солей).

Правило экологической индивидуальности видов

Разные виды даже в пределах одного биоценоза имеют разные экологические валентности. Это означает, что для каждого вида характерен свой оптимум по каждому из факторов.

Принцип совместного действия факторов

Экологические факторы действуют не изолированно, а комплексно. Например, жизнеспособность организма может повышаться при совместном благоприятном действии нескольких факторов (синергизм) или ослабляться при антагонизме (взаимном подавлении).

Адаптации организмов к условиям среды

Организмы в ходе эволюции вырабатывают адаптации — приспособления к определённым условиям среды. Адаптации бывают морфологические, физиологические и поведенческие.

Адаптации к абиотическим факторам

• Температура: у растений — опушение листьев, толстая кутикула, восковой налет; у животных — покров из шерсти, перьев, жира, диатермия (спячка, анабиоз). Пример: верблюды накапливают жир в горбах для терморегуляции.
• Влажность: ксерофиты (растения пустынь — кактусы, саксаул) накапливают воду, имеют глубокие корни; гигрофиты (осока) требуют высокой влажности.
• Освещённость: светолюбивые (гелиофиты) и теневыносливые (сциофиты) растения; у животных — ночной образ жизни, пигментация покровов.
• Солёность: галофиты (растения засоленных почв) удаляют соль через специализированные железы.

Адаптации к биотическим факторам

• Хищники развивают остроту зрения, скорость бега, ядовитые железы.
• Жертвы — защитную окраску (мимикрия, предупреждающая окраска), панцири, колючки, токсичность.
• Растения — шипы, колючки, аллелопатия (выделение веществ, подавляющих конкурентов).

Адаптации к антропогенным воздействиям

Современные организмы вынуждены адаптироваться к загрязнению, шуму, световому загрязнению. Например, городские птицы (голуби, воробьи) научились гнездиться на искусственных сооружениях; растения вблизи дорог накапливают соли и тяжелые металлы.

Экологические ниши и условия среды

Понятие экологической ниши (Гриннелл, 1917; Элтон, 1927) описывает совокупность всех условий и ресурсов, необходимых виду для существования, а также его роль в экосистеме. Выделяют:

• Фундаментальная ниша — потенциальные границы условий, в которых вид может жить без конкуренции.
• Реализованная ниша — фактическая область, занимаемая видом в присутствии конкурентов и хищников.

Условия среды определяют размер и форму ниши: критические экстремумы (высокие температуры, низкая влажность) сужают нишу, а наличие ресурсов расширяет.

Влияние условий среды на здоровье человека

Условия среды оказывают прямое воздействие на физическое и психическое здоровье человека:

• Климат: смена сезонов, высокая влажность или сухость могут вызывать сердечно-сосудистые и респираторные заболевания.
• Загрязнение воздуха: пыль, диоксид серы, озон, формальдегид — факторы риска астмы, бронхита, онкологии.
• Вода и почва: наличие токсинов (тяжёлые металлы, пестициды, нитраты) в питьевой воде и продуктах питания.
• Шум: хроническое воздействие выше 55–65 дБ приводит к гипертонии и стрессу.
• Световое загрязнение: нарушение циркадных ритмов, ухудшение сна.

В России и других странах существуют гигиенические нормативы (ПДК — предельно допустимые концентрации), регулирующие параметры среды для поддержания здоровья.

Охрана и устойчивое управление условиями среды

Сохранение благоприятных условий среды является глобальной задачей. Основные направления:

• Снижение выбросов: энергоэффективность, возобновляемые источники энергии, улавливание углерода.
• Реабилитация почв и водоёмов: фиторемедиация (очистка с помощью растений), биоремедиация микроорганизмами.
• Биоразнообразие: создание охраняемых природных территорий (заповедники, национальные парки).
• Экологическое нормирование: установление предельно допустимых нагрузок на экосистемы.
• Изменение потребительского поведения: раздельный сбор отходов, эко-транспорт, устойчивое сельское хозяйство.

Условия среды формируются под влиянием естественных процессов и антропогенного воздействия. Понимание их законов и адаптации к ним необходимы для сохранения жизни на Земле и обеспечения устойчивого развития цивилизации.

Источники

• Одум Ю. Экология. Т. 1–2. — М.: Мир, 1986.
• Чернова Н. М., Былова А. М. Общая экология. — М.: Дрофа, 2004.
• Реймерс Н. Ф. Экология (теория, законы, правила, принципы и гипотезы). — М.: Журнал «Россия молодая», 1994.
• Гиляров А. М. Популяционная экология. — М.: Изд-во МГУ, 1990.
• Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология: Особи, популяции и сообщества. Т. 1–2. — М.: Мир, 1989.
• СанПиН 2.1.6.1032-01 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе».