Экологические факторы

Эдафические факторы (от греч. почва) – почвенные условия, которые влияют на жизнь и распространение живых организмов. К эдафическим факторам относят водный, газовый и температурный режимы почвы, ее химический состав и структуру.

Почвенная сфера, как и другие слои биосферы (атмосфера, гидросфера, литосфера), состоит из живого и косного компонентов, причем в почве эти компоненты связаны особенно тесно. Почва включает материнский выветрелый слой породы с живыми организмами и продукты их жизнедеятельности и разложения. Она представляет собой результат взаимодействия климата, материнской, иногда органической (например, торф) породы и организмов, в первую очередь растений.

Почву населяют различные почвенные микроорганизмы (бактерии, водоросли, грибы), представители многих групп беспозвоночных (черви, насекомые и их личинки), роющие позвоночные. Организмы, живущие в почве, играют важную роль в формировании плодородия почв и служат одним из важных факторов почвообразования.

Рассматривая почву как комплексный фактор, прежде всего следует учитывать ее фундаментальные свойства – наличие запаса гумуса, механический и минералогический состав исходной материнской породы, которые определяют химический состав самой почвы и циркулирующих в ней воды и газов. Каждое из этих свойств играет важную роль, и недооценка человеком хотя бы одного из них может иметь негативные последствия. Состав почвы: минеральная основа (обычно 50–60 % общего состава почвы), органическое вещество (до 10 %), воздух (около 15–20 %) и вода (25–35 %).

Не полностью разложившиеся органические остатки называются подстилкой, а конечный продукт разложения – аморфное вещество, в котором уже невозможно распознать первоначальный материал, – получило название гумуса.

Гумус играет ключевую роль в плодородии почвы. Самые богатые гумусом почвы – черноземы. Благодаря своим химическим и физическим свойствам, гумус улучшает структуру почвы и ее аэрацию, а также повышает способность удерживать воду и питательные вещества.

Плодородие почвы определяется запасом питательных веществ в ней, степенью их доступности растениям и кислотностью почвенного раствора. В зависимости от потребности в питательных веществах растения объединяются в следующие группы:

1) олиготрофы – способны развиваться на бедных питательными веществами почвах (сосна, вереск, брусника, багульник, голубика, сфагновые мхи и др.);

2) мезотрофы – умеренно требовательны к плодородию почв (ель, ирга, земляника, клевер, чистотел, мать-и-мачеха и др.);

3) эвтрофы – произрастают на богатых питательными веществами почвах (черемуха, лещина, крапива, сныть, ятрышник и др.).

Механический состав почвы определяется соотношением твердых частиц различных размеров: от обломков породы диаметром в несколько десятков сантиметров до коллоидных частиц размером в сотые доли микрона. В зависимости от содержания песчаных (крупнее 0,01 мм, или «физический песок») и глинистых частиц (мельче 0,01 мм, или «физическая глина») различают песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые почвы.

Преобладание тех или иных частиц придает почве определенные свойства. Например, почвы с преобладанием песка (или почвы легкого механического состава) плохо задерживают выпадающие осадки; восходящий капиллярный ток влаги в них ограничен. Напротив, в тяжелых (глинистых) почвах хорошо выражен восходящий капиллярный ток влаги, больше водоудерживающая способность, а, следовательно, и количество недоступной растениям влаги. От механического состава почвы в сильной степени зависят также ее тепловой и воздушный режим, способность к поглощению минеральных веществ поверхностью почвенных частиц и другие свойства.

Минеральный скелет почвы – неорганический компонент, образовавшийся из материнской породы в результате ее выветривания. Скелетный материал обычно произвольно разделяют на мелкий грунт и более крупные фрагменты. Механические и химические свойства почвы в основном определяются теми веществами, которые относятся к мелкому грунту.

Органическое вещество образуется при разложении мертвых организмов, их частей (опавших листьев), экскретов и фекалий. Мертвый органический материал используется в пищу совместно детритофагами, которые его поедают и способствуют его разрушению, и редуцентами (грибами и бактериями), завершающими процесс разложения.

В жизни растений почва выполняет функции среды укрепления, водоснабжения и источника минерального питания. Тесная связь растений с почвой нашла отражение в учении о природных зонах. Зоне степей соответствуют черноземы, лесов умеренного пояса – подзолистые почвы, влажных тропических лесов – красноземы, зоне тундры - вечно мерзлотные грунты и т. д. Общеизвестен факт приуроченности сосновых боров к песчаным почвам, а ельников – к супесчаным, суглинистым и глинистым.

Отношения между растительностью и почвой чрезвычайно сложны: с одной стороны, почва влияет на видовой состав растений, произрастающих на ней, и на их расселение, с другой – растения могут изменять почву, приспосабливая ее для удовлетворения своих потребностей. Например, благодаря богатому листовому опаду дуба увеличивается плодородие почвы, что и необходимо дубу.

Ресурсы живых существ – это по преимуществу вещества, из которых состоят их тела, энергия, вовлекаемая в процессы их жизнедеятельности, а также места, где протекают те или иные фазы их жизненных циклов.

Зеленое растение создается из неорганических молекул и ионов (вода, углекислый газ, кислород, биогенные вещества) и солнечной радиации в результате фотосинтеза. Неорганические компоненты здесь можно рассматривать как пищевой ресурс, a свет как ресурс энергетический. Сами растения являются пищевым ресурсом травоядных животных, травоядные – ресурс для хищников, те и другие – пищевой ресурс для паразитов, а после гибели – для деструкторов. Конкурентная борьба за пищевые ресурсы вынуждает животных охранять свои места охоты. Такие места и территории, где организмы размножаются, проходят стадии развития по типу метаморфоза, относят к ресурсам среды для определенного вида организмов, популяций и биоценозов.

Ресурсы живых существ разделяют на незаменимые и взаимозаменяемые. Незаменимые ресурсы – это те ресурсы, которые невозможно заменить никаким другим. Поэтому они могут становиться жесткими лимитирующими факторами, если их содержание слишком мало или слишком велико. При высокой ресурсной обеспеченности незаменимые ресурсы вызывают явление ингибирования – они становятся токсичными, превращаясь в лимитирующие факторы, выходящие за верхний предел толерантности к ним организмов.

Взаимозаменяемые ресурсы – это такие ресурсы, когда один из ресурсов может быть заменен другим, при этом они могут быть и различного качества.

Незаменимым ресурсом энергии для зеленых растений является свет. Количество солнечной энергии, используемое на фотосинтез, пропорционально освещенной площади листьев, зависящей от формы и расположения листьев, высоты солнца над горизонтом и интенсивности излучения. Но даже при благоприятных условиях максимальные значения эффективного использования лучистой энергии у растений составляет: от 0,6 до 4,5 %. Диоксид углерода также незаменимый ресурс в фотосинтезе, но проблем с его недостатком не возникает. Вода – это не только компонент фотосинтеза, но она и незаменимая составляющая клеточной протоплазмы. Основной источник воды для растений – почва. Во многих случаях вода – лимитирующий фактор из-за ограниченных или избыточных ее количеств в почве. Минеральные ресурсы – это извлекаемые растением из почвы биогенные микро и макроэлементы. Их доступность связана с доступностью воды, а состав зависит от содержания в почве. Кислород в наземных сообществах не является лимитирующим ресурсом, но в водной среде он – лимитирующий ресурс. Для всех существ, кроме анаэробов, кислород – незаменимый ресурс.

Пищевые ресурсы – это сами организмы. Автотрофные организмы становятся ресурсами для гетеротрофных, принимая участие в пищевой цепи, где каждый предшествующий потребитель превращается в пищевой ресурс для следующего потребителя. Растительные клетки доступны лишь травоядным (жвачным) животным и птицам (пища перетирается в желудке). Плотоядным вообще жевать ничего не нужно, сложности в усвоении пищи у них нет, так как в мясе жертвы есть все компоненты, необходимые им для жизни – их больше заботит, как добывать пищу.

Хищнику необходимо отыскать, изловить, умертвить и съесть добычу, но пищевые ресурсы нередко ограждены от потребителя. «Средства защиты»есть и у растений, и у животных. Они подразделяются на физические, химические, морфологические и поведенческие. Однако они оказывают воздействие и на организмы-потребители – наиболее приспособленные «пожиратели» выживают в большем количестве, разрабатывая все более изощренные средства нападения, а «пожираемые» разрабатывают все более новые и новые средства защиты. Так возникает эволюционное давление одного организма на другой, и эволюция каждого частично зависит от эволюции другого. Такие явления называют сопряженной эволюцией, или коэволюцией.

У растений хорошо развита механическая защита – колючки, шипы и др. Сохранность семян растений в природе резко увеличивается, когда они рассыплются с материнского растения. Организмы способны создавать и химическую защиту от поедания в виде ядовитых веществ, например, растения от насекомых. Но многие насекомые фитофаги преодолевают эту защиту в результате коэволюции и специализируются на тех растениях, чью химическую защиту они преодолели. По этой же причине и искусственная химическая защита растений от насекомых быстро теряет свою эффективность.

Конкурентная борьба за ресурсы – это форма существования живой материи. Организм не сможет выжить, если не выдержит конкурентной борьбы. Первое испытание – это конкуренция на внутривидовом уровне за ресурсы энергии, минеральные и пищевые ресурсы.

Организмы конкурируют за ресурсы в занимаемом ими пространстве, поэтому пространство может стать также лимитирующим ресурсом, если при избытке пищи оно не сможет вместить в свои геометрические размеры все организмы, которые могли бы успешно жить в этом пространстве за счет избытка его ресурсов. Ряд животных стремится к «захвату» определенной территории, где они смогут обеспечить себя пищей. Кроме того, потенциальными ресурсами для животных являются гнездовые участки и убежища.