1.2 Повседневные абиотические факторы

Абиотические факторы среды - это компоненты и явления неживой, неорганической природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы. Среди них главенствующую роль играют климатические (солнечная радиация, световой режим, температура, влажность, атмосферные осадки, ветер, давление и др.); затем идут эдафические (почвенные), важные для обитающих в почве животных; и ,наконец, гидрографические, или факторы водной среды. Солнечная радиация является основным источником энергии, определяющим тепловой баланс и термический режим биосферы. Так, суммарная солнечная радиация, поступающая на земную поверхность, в направлении от экватора к полюсам уменьшается примерно в 2,5 раза (от 180-220 до 60-80 ккал/см2 -год). На основе радиационного режима и характера циркуляции атмосферы выделяются на поверхности Земли климатические пояса. Однако солнечная радиация в свою очередь служит и важнейшим экологическим фактором, влияющим на физиологию и морфологию живых организмов. Существование на поверхности нашей планеты крупных зональных типов растительности (тундра, тайга, степи, пустыни, саванны, влажные тропические леса и др.) обусловлено в основном климатическими причинами; причем они тесно связаны с климатической зональностью.

Абиотические факторы водной среды (гидрографические) - это физические и химические свойства воды как среды обитания живых организмов (гидробионтов). Известно, что вода характеризуется рядом специфических свойств: высокая теплоемкость, большая плотность, значительная вязкость, подвижность, прозрачность и пр. Здесь уместны слова французского писателя А. Сент-Экзюпери: “Вода!.. Ты не просто необходима для жизни, ты и есть сама жизнь”.

Абиотическими факторами среды называются условия, напрямую не связанные с жизнедеятельностью организмов. К числу наиболее важных абиотических факторов можно отнести температуру, свет, воду, состав атмосферных газов, структуру почвы, состав биогенных элементов в ней, рельеф местности и т. п. Эти факторы могут воздействовать на организмы как непосредственно, например свет или тепло, так и косвенно, например рельеф местности, обусловливающий действие прямых факторов, света, ветра, влаги и пр. Совсем недавно было открыто влияние изменений солнечной активности на биосферные процессы.

Абиотическими факторами среды называется совокупность условий неорганической среды, влияющих на организмы. Абиотические факторы делятся на химические (химический состав атмосферы, морских и пресных вод, почвы или донных отложений) и физические или климатические (температура и влажность воздуха, осадки, снежный покров, барометрическое давление, ветер, лучистая и тепловая энергия Солнца и др.).

Абиотические факторы в экосистемах - факторы, разделяющиеся на радиацию (космическая, солнечная) с ее вековой, годовой и суточной цикличностью: на зональные, высотные и глубинные факторы распределения тепла и света с градиентами и закономерностями циркуляции воздушных масс; факторы литосферы с ее рельефом, различным минеральным составом и гранулометрией, тепло- и влагоемкостью; факторы гидросферы с градиентами ее состава, закономерностями водо- и газообмена.

Абиотические факторы факторы неживой природы (космические, геофизические, климатические, пространственные, временные и т.п.), оказывающие прямое или косвенное влияние на живые организмы.

Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают физические, химические и эдафические.

Абиотические факторы - это все влияющие на организм элементы неживой природы (температура, свет, влажность, состав воздуха, воды, почвы, естественный радиационный фон Земли, рельеф местности) и др.

Абиотические факторы - это совокупность важных для организмов свойств неживой природы. Эти факторы делятся на химические (состав атмосферы, воды и почвы) и физические (температура, влажность, давление).

В абиотической части среды обитания (в неживой природе) все факторы прежде всего можно разделить на физические и химические. Однако для понимания сути рассматриваемых явлений и процессов абиотические факторы удобно представить совокупностью климатических, топографических, космических факторов, а также характеристик состава среды (водной, наземной или почвенной) и др.

Два абиотических фактора — температура и количество осадков (дождя или снега) — определяют размещение по земной поверхности основных наземных биомов — очень крупных экосистем (степь, тайга, тундра, пустыня и др.). Режим температуры и осадков на некоторой территории в течение достаточно долгого периода времени называют климатом.

Главный абиотический фактор трансформации - ультрафиолетовое излучение. Фотохимические процессы могут разлагать даже наиболее стойкие полициклические УВ за несколько часов.

Важнейшим абиотическим фактором является солнечное излучение, от которого зависит фотосинтез, создание биомассы растениями, от наличия которой зависит жизнь на Земле.

Кроме общих факторов, влияющих в целом на биоту озер, существуют разнообразные частные, которые могут в зависимости от направленности их действия в значительной мере сглаживать или перекрывать отрицательные последствия закисления. Фактический материал по зооперифитону озер, собранному с применением разного рода искусственных субстратов, достаточно убедительно иллюстрирует многообразие связей между абиотическими факторами и структурными характеристиками сообществ обрастателей.

На уровне вида абиотические условия среды обитания нередко выступают как факторы, определяющие и ограничивающие географическое распространение. Кроме того, разнообразие климата, физических и химических свойств внешней среды в пределах обширных видовых ареалов обычно приводит к возникновению географической изменчивости видов. Основной способ адаптации видов к изменениям абиотических факторов - это приспособительная эволюция.

Взаимодействие абиотических факторов и живых организмов экосистемы сопровождается непрерывным круговоротом вещества между биотопом и биоценозом в виде чередующихся то органических, то минеральных соединений. Обмен химических элементов между живыми организмами и неорганической средой, различные стадии которого происходят внутри экосистемы, называют биогеохимическим круговоротом, или биогеохимическим циклом.

Одним из главных абиотических факторов окружающей природной среды являются физические поля, заполняющие среду обитания и воздействующие на живую и неживую природу с момента образования Земли. Воздействие физических полей на среду обитания во многом определяет большинство процессов биосферы. Изучение физических полей (электромагнитных и корпускулярных излучений Солнца, магнитного поля Земли, атмосферного электричества, радиоактивного излучения, звуковых и вибрационных колебаний и т. п.) естественного и техногенного происхождения и их воздействие на человека составляют основное содержание физической экологии.

Гоммоз, вызываемый абиотическими факторами, называют непаразитарным, а биотическими — паразитарным. И те и другие факторы ведут к нарушению физиологических процессов в растении, в результате чего происходит выделение камеди.

Поскольку различные абиотические факторы водной среды оказывают свое влияние на величину пороговой и предельно допустимой концентрации неодинаковым путем, роль каждого из них различна. Значение и удельный вес конкретного фактора или их комбинации будут существенно меняться в зависимости от химической природы исследуемого токсического вещества и эколого-физиологических особенностей испытуемых видов рыб. Так, например, токсичность солей тяжелых металлов в большей степени зависит от жесткости воды, а токсичность ядов органического ряда — от температуры воды. Дефицит кислорода в воде снижает устойчивость рыб к токсикантам независимо от их химической природы.

Важным лимитирующим абиотическим фактором является влажность, так как без воды не может существовать ни один организм. Вода непосредственно участвует в биохимических реакциях клетки. Ее содержание в клетке достигает 70 — 90 %. Недостаток влаги служит ограничивающим фактором, определяющим границы жизни и ее зональное распределение.

Биотоп - однородное по абиотическим факторам местообитание, занятое одним и тем же сообществом. Примеры биотопов -лесопарк, прибрежная отмель, склон оврага.

Как правило, только один из факторов оказывается главным ограничителем численности интересующего нас вида. Такой фактор называется лимитирующим. Например, для большинства лососевых лимитирующим фактором оказывается содержание кислорода в воде, в которой развивается их крупная икра. Это определяет характер нерестовых рек лососевых — низкая температура и быстрое течение, насыщающие воду кислородом, низкое содержание органических веществ, окисление которых снижает содержание в воде кислорода, низкая минерализация воды. Загрязнение нерестовых рек быстро ведет к снижению численности лососевых. Для белки в зоне тайги лимитирующий фактор— урожай семян ели, для водяной крысы в поймах рек — уровень весеннего половодья. Надо иметь в виду, что выделить из множества биотических и абиотических факторов единственный лимитирующий не всегда просто, а иногда лимитирующим оказывается взаимодействие двух или более факторов. Например, для многих водных беспозвоночных температурный оптимум оказывается разным при различной солености, и их численность лимитируется взаимодействием этих факторов.

Световой режим - один из ведущих абиотических факторов, определяющих особенности распределения и изменения интенсивности солнечной радиации, поступающей к природным экосистемам. Световой режим любого местообитания определяется не только годовой суммлпной солнечной радиацией, но и другими географическими факторами (состояние атмосферы, величина альбедо земной поверхности, характер рельефа и т.п.). Особенно необходим свет для зеленых растений, в частности для образования хлорофилла; он регулирует работу устьичного аппарата, влияет на газообмен и транспирацию, стимулирует биосинтез белков, определяет сроки цветения и плодоношения растений.

Живые организмы находятся между собой и абиотическими условиями среды обитания в определенных отношениях, образуя тем самым, так называемые, экологические системы. Биоценоз — совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории. Растительный компонент биоценоза называют фитоценозом, животный — зооценозом, микробный — микробоценозом. Ведущим компонентом в биоценозе является фитоценоз. Он определяет, каким будет зооценоз и микробоценоз. Биотоп — определенная территория со свойственными ей абиотическими факторами среды обитания (климат, почва). Биогеоценоз — совокупность биоценоза и биотопа. Экосистема (экологическая система) — система совместно обитающих живых организмов и условий их существования, связанных потоком энергии и круговоротом веществ. Экосистема» и «биогеоценоз» — понятия близкие, но не синонимы. Биогеоценоз — это экосистема в границах фитоценоза. Экосистема — понятие более общее. Каждый биогеоценоз — это экосистема, но не каждая экосистема — биогеоценоз. Единая экосистема нашей планеты называется биосферой. Биосфера — экосистема высшего порядка.

Доминирование отчетливее проявляется там, где абиотические факторы носят экстремальный характер: в пустыне, тундре. Иными словами, регулирующая роль в сообществах с экстремальными условиями распределена между меньшим числом видов. Так, на севере лес может на 90% состоять из одного или двух видов деревьев, в тропическом лесу, напротив, доминантами по тому же критерию могут быть более десяти видов деревьев.

С другой стороны, характерной особенностью любого абиотического фактора является то, что он может ограничивать не только жизнь, но в той или иной степени и численность вида, действуя при этом в качестве регулирующего фактора. Регулирующее влияние абиотических факторов особенно возрастает на фоне взаимодействия организмов между собой (губительное воздействие на популяции анабиоза, хищничества, паразитизма), которое само по себе является регулирующим.

Характерная особенность видов в контексте их отношений к абиотическим факторам заключается в том, что каждый вид обладает определенным диапазоном толерантности (устойчивости) к тому или иному фактору, причем толерантность определяется нормой реакции, т. е. детерминируется генетически. В том случае, если действие абиотического фактора происходит за пределами диапазона толерантности, организм погибает. Оптимальными условиями для жизни вида является средняя часть диапазона его толерантности к тому или иному фактору. В этой части диапазона происходит также размножение организмов вида. Крайние границы диапазона толерантности неблагоприятны для жизни вида.

Наряду с температурой кислород является важнейшим абиотическим фактором водной среды, без которого невозможен нормальный ход биохимических процессов и жизнедеятельности на всех этапах индивидуального развития рыб: от икры и личинок до половозрелых особей. Содержание кислорода в воде, его доступность для рыб определяет их расселение и выживаемость в водоеме.

Биотоп [био... +гр. topos местность] — 1) относительно однородное по абиотическим факторам среды пространство, занятое биоценозом-, 2) синоним местообитания вида.

Также существенную роль в жизни организмов играют и почвенные факторы, в частности разнообразие и видовой состав растений определяется такими свойствами почв, как структура и состав, кислотность (pH), содержание гумуса, наличие определенных химических элементов и пр.

Важную роль в регуляции численности популяций играют не только абиотические факторы среды, но и взаимоотношения между живыми организмами в сообществе, т. е. биотические факторы.

Для живых организмов характерен диапазон переносимости действия абиотических факторов, причем это определяется их нормой реакции. Одни организмы способны переносить колебания факторов среды в очень широких пределах. Они получили название эв-рибиотных организмов (от греч. eurys — широкий). Другие выдерживают влияние абиотических факторов в очень узких пределах. Эврибионтные и стенобионтные организмы встречаются как среди растений, так и среди животных.

В современной литературе появляются попытки оценить значение отдельных факторов, в частности кислородного режима водоема, в определении . его потенциальной рыбопродуктивности и степень благополучия ихтиофауны при разном уровне кислорода в воде. При этом, однако, не учитывают, что чувствительность и устойчивость рыб к содержанию кислорода в воде определяется и другими физико-химическими параметрами воды (температурой, величиной pH), а также видовыми, экологическими, возрастными и другими особенностями исходного физиологического состояния рыб. Точно так же, чувствительность и устойчивость рыб к другим абиотическим факторам водной среды (температуре, величине pH) зависит от уровня содержания кислорода в воде и исходного физиологического состояния рыб.

Следует особо отметить, что экологические предельно допустимые колебания абиотических факторов водной среды не подменяют токсикологические ПДК, а дополняют их и служат как бы основой регламентации антропогенных нагрузок на рыбохозяйственные водоемы. Они должны стать составной частью действующих ныне рыбохозяйственных ПДК, основного инструмента охраны рыбохозяйственных водоемов от загрязнений. Иными словами, при оценке качества воды в рыбохозяйственных водоемах нужно прежде всего определить степень изменения экологического фона, а затем уже уровень содержания в ней токсических веществ.

Экологическая пластичность организмов водной среды. Вода является стабильной средой, и абиотические факторы претерпевают сравнительно незначительные колебания, поэтому водные организмы обладают по сравнению с наземными меньшей экологической пластичностью. Пресноводные растения и животные более пластичны, чем морские, так как пресная вода как среда жизни более изменчива. Оценивают широту экологической пластичности гидробионтов не только в целом к комплексу факторов (эври- и стенобионтность), но и по отдельности.

Одним из условий устойчивого равновесия экосистем является относительное постоянство этих факторов или, по крайней мере, их изменение в пределах, не превышающих скорости адаптации живых организмов. Например, суточные, сезонные, многолетние колебания биотических и абиотических факторов не выходят за пределы лимитирующих, т.е. колебания температуры, давления, состава воздуха, сезонные изменения биомассы флоры и фауны и т.п. не выходят из границ, за которыми происходит нарушение нормальной жизнедеятельности квантов биосферы.

Хотя работы по экологическому нормированию качества воды с помощью предельно допустимых колебаний абиотических факторов водной среды еще только начинаются и в этом отношении резко уступают работам по регламентации поступления токсических веществ в рыбохозяйственные водоемы с помощью токсикологических ПДК, однако они могут быть развернуты весьма быстро, поскольку ясны принципы и методы ведения этих работ, критерии оценки неблагоприятного влияния экстремальных значений и резких перепадов абиотических факторов водной среды на рыб. Ведущую роль здесь по праву займет физиолого-биохимический подход в выявлении пороговых и критических эффектов при отклонении абиотических факторов водной среды от оптимального уровня, необходимого для нормальной жизнедеятельности той или иной экологической группы рыб.

Поскольку биоценозы исторически сложились на отдельных участках территории путем приспособлений организмов к абиотическим факторам среды и друг к другу, в биотопах идет совместная эволюция всего комплекса организмов. Все же взаимные приспособления организмов (к о а д а и т а ц и и) относительны и противоречивы. Это проявляется прежде всего в колебаниях относительной численности особей отдельных видов. Всякое равновесие лишь относительно и временно».

В книге впервые обобщены, систематизированы и рассмотрены физические поля естественного и техногенного происхождения, являющиеся одним из главных абиотических факторов окружающей среды. В связи с неизмеримым ростом удельного веса физических (энергетических) загрязнений окружающей среды вследствие бурного научно-технического прогресса наукоемких областей техники с использованием ионизирующих электромагнитных полей, эта проблема на рубеже XXI в. становится одной из важнейших среди других экологических проблем. Приведено описание методов и средств экобиозащиты от воздействия физических загрязнений, когда их уровень превышает предельно допустимый.

Следует подчеркнуть, что вопросы закономерностей формирования распределения особей в связи с особенностями их роста и влиянием других конкретных биотических и абиотических факторов в литературе практически не освещаются, не считая общеизвестных положений о формировании нормального распределения.

Анализ представленных в первой части монографии материалов показывает, что под влиянием химического, теплового, кислотного и биогенного загрязнений водоемов происходит резкое изменение абиотических факторов водной среды, таких, как температура, содержание кислорода, концентрация водородных ионов, определяющих нормальную жизнедеятельность рыб и других гидробионтов. Эти измененйя представляют особую опасность по двум причинам. Во-первых, резкие перепады температуры, дефицит кислорода или закисление воды сами по себе оказывают мощное отрицательное влияние на рост и развитие, численность и продуктивность различных видов рыб и их кормовых организмов. Во-вторых, отклонение экологических факторов водной среды от оптимума в ту или иную сторону вызывает нарушение нормального хода многих физиологических и биохимических процессов в организме рыб, вследствие чего снижается их общая резистентность, в том числе токсикорезистентность и устойчивость к инфекционным и инвазионным заболеваниям. Отсюда следует необходимость активизации исследований по двум направлениям: экспериментальный анализ характера влияния изменяющихся абиотических факторов водной среды на устойчивость различных групп рыб к разным токсикантам и учет этих влияний при экспериментальном обосновании ПДК отдельных токсикантов, а также разработка экологических критериев качества воды рыбохозяйственных водоемов с помощью экологических ПДК — предельно допустимых колебаний абиотических факторов водной среды.