Вплив абіотичних факторів на продуктивність та життєдіяльність організмів

Поширення організмів від однієї екосистеми до іншої та від однієї частини екосистеми до її іншої частини визначається різними факторами. Для екології становить інтерес реакція організмів на фактори середовища. Вплив факторів на живе характеризується деякими кількісними та якісними закономірностями.

Для різних видів умови, у яких вони особливо добре почуваються, неоднакові. Наприклад, деякі рослини віддають перевагу дуже вологому ґрунту, інші — відносно сухому. Одні вимагають високої температури, інші краще переносять знижену.

Позначимо множину значень будь-якого фактора у вигляді вектора, або шкали. Життя можливе лише за певних значень факторів, сукупність яких носить назву екологічного спектра. Кожен вид характеризується своїм екологічним спектром.

Дія кожного фактора характеризується наявністю в межах його загального спектра трьох зон:

1) зони порушення життєдіяльності внаслідок нестачі фактора (зона мінімуму);

2) зони нормальної життєдіяльності (зона оптимуму);

3) зони порушення життєдіяльності внаслідок надлишку фактора (зона максимуму).

При мінімумі та максимумі фактора організм може жити, але не досягає розквіту (стресові зони). Весь інтервал значень фактора від мінімального до максимального, за яких можлива життєдіяльність організму, називають діапазоном стійкості (толерантності).

У 1840 р. хімік Юстус фон Лібіх, спостерігаючи за впливом на рослини хімічних добрив, виявив, що обмеження дози будь-якого з них веде до уповільнення росту. Це дозволило вченому сформувати правило, яке носить назву закону мінімуму Лібіха.

Згідно з цим законом, життєві можливості лімітують фактори, кількість і якість яких близькі до необхідного організму або екосистемі мінімуму.

Закон стосується всіх біотичних та абіотичних факторів, що впливають на організм, і застосовний і до рослин, і до тварин, і до людини.

У 1913 р. американський вчений Шелфорд показав, що не тільки речовина, присутня в мінімумі, може визначати життєздатність організму, а й надлишок якогось елемента може призводити до небажаних відхилень. Наприклад, при нестачі води в ґрунті асиміляція рослиною поживних речовин утруднена, але й при надлишку води виникають процеси гниття, закисання ґрунту.

Фактори, присутні як у надлишку, так і в нестачі (стосовно оптимальних вимог організму), називаються лімітуючими. Правило Шелфорда отримало назву закону лімітуючого фактора або закону толерантності.

Серед хімічних і фізичних факторів середовища виділимо три групи факторів: кліматичні, фактори ґрунтового покриву та водного середовища.

I. Г о л о в н і к л і м а т и ч н і ф а к т о р и: 1. П р о м е н и с т а е н е р г і я С о н ц я.

Переважне значення для життя мають інфрачервоні промені (довжина хвилі понад 0,76 мкм), на частку яких припадає 45 % усієї енергії Сонця. У процесах фотосинтезу найважливішу роль відіграють ультрафіолетові промені (довжина хвилі до 0,4 мкм), що становлять 7 % енергії сонячної радіації. Решта енергії припадає на видиму частину спектра з довжиною хвилі 0,4 - 0,76 мкм. 2. О с в і т л е н і с т ь з е м н о ї п о в е р х н і.

Вона відіграє важливу роль для всього живого, і організми фізіологічно адаптовані до зміни дня і ночі. Практично у всіх тварин існують добові ритми активності, пов'язані зі зміною дня і ночі.

В о л о г і с т ь а т м о с ф е р н о г о п о в і т р я.

Пов'язана з насиченням повітря водяними парами. У нижніх шарах атмосфери (висотою до 2 км) концентрується до 50 % усієї атмосферної вологи.

Кількість водяної пари в повітрі залежить від температури повітря. Для конкретної температури існує певна межа насичення повітря парами води, яку називають максимальною. Різниця між максимальним і даним насиченням повітря парами води називається дефіцитом вологості (нестачею насичення). Дефіцит вологості є важливим екологічним параметром, оскільки характеризує дві величини: температуру та вологість.

Відомо, що підвищення дефіциту вологості в певні відрізки вегетаційного періоду сприяє посиленому плодоношенню рослин, а у деяких комах призводить до спалахів розмноження.

О п а д и.

Через конденсацію та кристалізацію парів води у високих шарах атмосфери формуються хмари й атмосферні опади. У приземному шарі утворюються роси та тумани.

Волога — основний фактор, що визначає поділ екосистем на лісові, степові та пустельні. Річна сума опадів нижче 1000 мм відповідає стресовій зоні для багатьох видів дерев, а межа стійкості більшості з них становить близько 750 мм/рік. Водночас у більшості злаків така межа значно нижча — приблизно 250 мм/рік, а кактуси та інші пустельні рослини здатні рости при 50 – 100 мм опадів на рік. Відповідно, у місцях із кількістю опадів вище 750 мм/рік зазвичай розвиваються ліси, від 250 до 750 мм/рік — злакові степи, а там, де їх випадає ще менше, рослинність представлена посухостійкими культурами: кактусами, полинами та видами перекотиполя. При проміжних значеннях річної суми опадів розвиваються екосистеми перехідного типу (лісостепи, напівпустелі тощо).

Режим опадів є найважливішим фактором, що визначає міграцію забруднювальних речовин у біосфері. Опади — одна з ланок у кругообігу води на Землі. 5. Г а з о в и й с к л а д а т м о с ф е р и.

Він відносно сталий і включає переважно азот і кисень із домішкою вуглекислого газу, аргону та інших газів. Крім того, у верхніх шарах атмосфери міститься озон. В атмосферному повітрі присутні також тверді та рідкі частинки.

Кліматичні фактори: температура, опади та рух повітря

Газовий склад атмосфери та сонячне випромінювання прямо визначають умови вегетації сільськогосподарських культур. Азот бере участь у формуванні білкових структур, кисень забезпечує окислювальні процеси, а вуглекислий газ необхідний для фотосинтезу та утримання теплового випромінювання Землі. Озоновий шар екранує жорстке ультрафіолетове випромінювання, тоді як тверді та рідкі зважені частинки регулюють прозорість атмосфери. Обсяг тепла, що надходить, прямо пропорційний синусу кута стояння Сонця над горизонтом, що зумовлює добову та сезонну динаміку температур у конкретній місцевості.

• Нормальний атмосферний тиск — 101325 Па (760 мм рт. ст.)
• Поріг опадів для лісових екосистем — від 750 мм/рік
• Поріг опадів для пустельних зон — менше 250 мм/рік
• Вміст кремнезему (SiO2) у мінеральній частині ґрунту — понад 50%

Температурний режим та обсяг опадів — ключові показники, що визначають тип екосистеми території. При річній сумі опадів від 750 мм і вище формуються лісові масиви, а температура визначає їхній породний склад. У холодних регіонах із коротким вегетаційним періодом і глибоким сніговим покривом переважають ялиново-ялицеві насадження, у помірних широтах — листопадні дерева, а в тропіках без заморозків домінують вічнозелені широколисті породи. На територіях із сумою опадів менше 250 мм на рік утворюються пустелі, видовий склад яких суворо залежить від температурного поясу.

Рух повітряних мас зумовлений нерівномірним нагріванням земної поверхні та перепадами атмосферного тиску. Вітер спрямовує повітряні потоки в бік меншого тиску і вищого прогріву, регулюючи вологість і забезпечуючи перенесення домішок у приземному шарі. У межах земної кулі формуються постійні області високого і низького тиску з регулярними сезонними та добовими мінімумами і максимумами.

Ґрунт: структура, профіль та мінеральний склад

Ґрунт являє собою верхній пухкий шар суходолу, сформований у процесі перетворення літосфери під впливом води, повітря та живих організмів. Головним якісним показником ґрунту виступає його родючість, що прямо залежить від фізичних та хімічних властивостей. Ґрунтовий профіль постійно розвиває горизонтальну структуру в міру переміщення та перетворення речовин. Верхній поверхневий шар складається з підстилки або дернини, утвореної темнозабарвленими рослинними та органічними рештками різного ступеня розкладання.

Під підстилкою залягає гумусовий горизонт А1 — пориста суміш із розкладеної органіки (гумусу), живих організмів та мінеральних частинок, де зосереджена основна маса коренів рослин. У лісових ґрунтах нижче знаходиться світлий підзолистий горизонт А2 з неміцною структурою, який відсутній у чорноземних, темно-каштанових та каштанових типах ґрунтів. Глибше розташований щільний ілювіальний горизонт В бурого кольору, що накопичує вимиті зверху мінеральні та органічні речовини, під яким залягає материнська гірська порода С.