Контрольная работа по "Экологии"

Впоследствии в закон  Либиха были внесены уточнения. Важной поправкой и дополнением служит закон неоднозначного (селективного) действия фактора на различные функции организма:

любой экологический  фактор неодинаково влияет на функции  организма, оптимум для одних  процессов, например дыхания, не есть оптимум  для других, например пищеварения, и  наоборот.

Э. Рюбелем в 1930 г. был установлен закон (эффект) компенсации (взаимозаменяемости) факторов:

отсутствие  или недостаток некоторых экологических  факторов может быть компенсировано другим близким (аналогичным) фактором.

Например, недостаток света  может быть компенсирован для  растения обилием диоксида углерода, а при построении раковин моллюсками недостающий кальций может заменяться на стронций.

Однако подобные возможности  чрезвычайно ограничены. В 1949 г. В. Р. Вильямс сформулировал закон незаменимости фундаментальных факторов:

полное отсутствие в среде фундаментальных экологических  факторов (света, воды, биогенов и т. д.) не может быть заменено другими факторами.

К этой группе уточнений  закона Либиха относится несколько  отличное от других правило фазовых реакций «польза – вред»:

малые концентрации токсиканта действуют на организм в  направлении усиления его функций (их стимулирования), тогда как более высокие концентрации угнетают или даже приводят к его смерти.

Эта токсикологическая  закономерность справедлива для  многих (так, известны лечебные свойства малых концентраций змеиного яда), но не всех ядовитых веществ.

Закон лимитирующих факторов Шелфорда

Фактор среды ощущается  организмом не только при его недостатке. Проблемы возникают также и при  избытке любого из экологических  факторов. Из опыта известно, что  при недостатке воды в почве ассимиляция растением элементов минерального питания затруднена, но и избыток воды ведет к аналогичным последствиям: возможна гибель корней, возникновение анаэробных процессов, закисание почвы и т. п. Жизненная активность организма также заметно угнетается при малых значениях и при чрезмерном воздействии такого абиотического фактора, как температура (рис. 3.11).

Фактор среды наиболее эффективно действует на организм только при некотором среднем его  значении, оптимальном для данного  организма. Чем шире пределы колебаний какого-либо фактора, при котором организм может сохранять жизнеспособность, тем выше устойчивость, т. е. толерантность данного организма к соответствующему фактору (от лат. tolerantia – терпение). Таким образом, толерантность – это способность организма выдерживать отклонения экологических факторов от оптимальных для его жизнедеятельности значений.

Впервые предположение  о лимитирующем (ограничивающем) влиянии  максимального значения фактора  наравне с минимальным значением  было высказано в 1913 г. американским зоологом В. Шелфордом, установившим фундаментальный биологический закон толерантности:

любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний  и нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору.

Другая формулировка закона В. Шелфорда поясняет, почему закон толерантности  одновременно называют законом лимитирующих факторов:

даже единственный фактор за пределами  зоны своего оптимума приводит к стрессовому  состоянию организма и в пределе  – к его гибели.

Поэтому экологический фактор, уровень  которого приближается к любой границе  диапазона выносливости организма  или заходит за эту границу, называют лимитирующим фактором.

Закон толерантности дополняют  положения американского эколога  Ю. Одума:

• организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного экологического фактора и низкий диапазон в отношении другого;

• организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов обычно наиболее распространены;

• диапазон толерантности может сузиться и в отношении других экологических факторов, если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для организма;

Рис. 1. Влияние температуры на скорость роста растения (иллюстрация) действия закона толерантности)

• многие факторы среды становятся ограничивающими (лимитирующими) в особо важные (критические) периоды жизни организмов, особенно в период размножения.

К этим положениям также примыкает  закон Митчерлиха-Бауле, названный А. Тинеманом законом совокупного действия:

совокупность факторов воздействует сильнее всего на те фазы развития организмов, которые имеют наименьшую пластичность – минимальную способность к приспособлению.

Графическая иллюстрация воздействия  концентрации некоего вещества в  составе среды обитания на жизненную  активность организма приведена  на рис.

Рис. Интерпретация закона толерантности на примере воздействия на организм концентрации некоего вещества как экологического фактора: С _лет, С_лет, С _лим, С_лим, С_опт, С_м , С_ПДК – концентрации летальная, лимитирующая, оптимальная, максимальная и предельно допустимая

 

 

 

 

 

Общие закономерности действия экологических факторов

 

В связи с чрезвычайным разнообразием экологических факторов различные виды организмов, испытывая  их влияние, отвечают на него по-разному, тем не менее, можно выявить ряд общих законов (закономерностей) действия экологических факторов. Остановимся на некоторых из них.

1. Закон оптимума выражается в том, что любой экологический фактор имеет пределы положительного влияния на живые организмы.

Сила воздействия экологических факторов постоянно меняется. Лишь в определенных местах планеты значения некоторых из них более или менее постоянны (константны). Например: на дне океанов, в глубинах пещер сравнительно постоянны температурный и водный режимы, режим освещения.

Рассмотрим действие закона оптимума на конкретном примере: животные и растения плохо переносят и сильную жару, и сильные морозы, оптимальными для них являются средние температуры – так называемая зона оптимума. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем в большей степени данный экологический фактор угнетает жизнедеятельность организма. Эта зона носит название зоны пессимума. В ней имеются критические точки – «максимальное значение фактора» и «минимальное значение фактора»; за их пределами наступает гибель организмов. Расстояние между минимальным и максимальным значениями фактора называют экологической валентностью или толерантностью организма.

Пример проявления данного  закона: яйца аскарид развиваются  при t° = 12–36°, а оптимальной для  их развития является t° = 30°. То есть экологическая толерантность аскарид по температурному режиму составляет от 12° до 36°.

По характеру толерантности  следующие виды:

– эврибионтные – имеющие широкую экологическую валентность по отношению к абиотическим факторам среды; делятся на эвритермные (выносящие значительные колебания температур), эврибатные (выносящие широкий диапазон показателей давления), эвригалинные (выносящие разную степень засоленности среды).

– стенобионтные – неспособные переносить значительные колебания проявления фактора (например, стенотермными являются белые медведи, ластоногие млекопитающие, обитающие при низком температурном режиме).

2. Закон экологической  индивидуальности видов был сформулирован в 1924 г. русским ботаником Л.Г. Раменским: экологические спектры (толерантность) разных видов не совпадает, каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям.

3. Закон ограничивающего  (лимитирующего) фактора гласит, что наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения. Закон был установлен в 1905 г. английским ученым Блеккером.

Именно от этого, минимально (или максимально) представленного  в данный конкретный момент экологического фактора зависит выживание организма. В другие отрезки времени ограничивающим могут быть другие факторы. В течение жизни особи видов встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности. Так, фактором, ограничивающим распространение оленей, является глубина снежного покрова; бабочки озимой совки (вредителя овощных и зерновых культур) – зимняя температура и т.д.

Этот закон учитывается  в практике сельского хозяйства. Немецкий химик Ю. Либих установил, что продуктивность культурных растений, в первую очередь, зависит от того питательного вещества (минерального элемента), который представлен в почве наиболее слабо. Например, если фосфора в почве содержится лишь 20% от необходимой нор-ми, а кальция – 50%, то ограничивающим фактором будет недостаток фосфора; необходимо, в первую очередь, внести в почву именно фосфорсодержащие удобрения.

Это правило Ю. Либих назвал «правилом минимума», так как изучал влияние недостаточных доз удобрений. Позднее выяснилось, что избыток минеральных солей в почке тоже снижает урожайность, так как при этом нарушается способность корней всасывать растворы солей.

Ограничивающие факторы  среды определяют географический ареал  вида. Природа этих факторов может  быть различной. Так, продвижение вида на север может лимитироваться недостатком  тепла, в аридные районы – недостатком  влаги или слишком высокими температурами. Ограничивающим распространение фактором могут служить и биотические отношения, например занятость территории более сильным конкурентом или недостаток опылителей для растений. Чтобы определить, сможет ли вид существовать в данном географическом районе, нужно в первую очередь выяснить, не выходят ли какие-либо факторы среды за пределы его экологи ческой валентности, особенно в наиболее уязвимый период развития.

Выявление ограничивающих факторов очень важно в практике сельского хозяйства, так как, направив основные усилия на их устранение, можно быстро и эффективно повысить урожайность растений или производительность животных. Так, на сильно кислых почвах урожай пшеницы можно несколько увеличить, применяя разные агрономические воздействия, но наилучший эффект будет получен только в результате известкования, которое снимет ограничивающие действия кислотности. Знание ограничивающих факторов, таким образом, ключ к управлению жизнедеятельностью организмов. В разные периоды жизни особей в качестве ограничивающих выступают различные факторы среды, поэтому требуется умелое и постоянное регулирование условий жизни выращиваемых растений и животных.

4. Закон неоднозначного  действия: действие каждого экологического фактора неоднозначно на разных стадиях развития организма. Примерами её проявления могут служить следующие данные:

– для развития головастиков вода жизненно необходима, а для взрослой лягушки она не является жизненно важным условием;

– критическая минимальная температура для взрослых особей бабочки огневки мельничной = –22°, а для гусениц бабочки этого вида критической является t = –7°.

Каждый фактор неодинаково  влияет на разные функции организма. Оптимум для одних процессов  может являться пессимумом для других. Так, температура воздуха от +40 до +45°С у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение. Для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания половых продуктов, неблагоприятна для икрометания, которое происходит при другом температурном интервале.

Жизненный цикл, в котором  в определенные периоды организм осуществляет преимущественно те или  иные функции (питание, рост, размножение, расселение и т.п.), всегда согласован с сезонными изменениями комплекса факторов среды. Подвижные организмы могут также менять места обитания для успешного осуществления всех своих жизненных функций.

5. Закон о  прямых и косвенных факторах: экологические факторы по воздействию на организмы делят на прямые и косвенные.

Прямые экологические  факторы действуют на организмы  непосредственно, прямо (ветер, дождь  или снег, состав минеральных компонентов  почвы и т.п.).

Косвенные экологические  факторы действуют опосредованно, перераспределяя прямые факторы. Например: рельеф (косвенный фактор) «перераспределяет» действие таких прямых факторов, как ветер, осадки, питательные вещества; физические свойства почвы (механический состав, влагоемкость и др.) как косвенные факторы «перераспределяют» действие прямых факторов – химических свойств.

6. Закон взаимодействия  экологических факторов: оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору могут смещаться в зависимости от того, в сочетании с какими другими факторами осуществляется воздействие.

Так, жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе; мороз хуже переносится в сочетании  с ветреной погодой и т.п.

Данную закономерность учитывают  в сельскохозяйственной практике для  поддержания оптимальных условий  жизнедеятельности культурных растений. Например, при угрозе заморозков на почве, которые случаются в средней полосе даже в мае, растения на ночь обильно поливают.