Веществом, присутствующим в минимуме, управляется урожай, определяется его величина и стабильность во времени

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ государственное БЮДЖЕТНОЕ образовательное учреждение высшего профессионального образования

«уфимскИЙ государственнЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭКОНОМИКИ и сервиса»

 

 

Кафедра «Охрана окружающей среды и

рациональное использование природных ресурсов»

 

 

ИЗУЧЕНИЕ АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

 

Учебно-методическое пособие

К проведению лабораторных занятий по экологии

Для студентов всех направлений подготовки

 

Рекомендовано учебно-методическим советом УГУЭС

 

УФА–2014

УДК 574 (075)

ББК 20.1

И 40

 

Рецензент:

канд. хим. наук Т.Ш. Маликова

 

 

Ильясова А.И.

Изучение абиотических факторов окружающей среды: учебно-метод. пособие / А.И. Ильясова. – Уфа: Уфимск. гос. унив. экономики и сервиса, 2014. – 46 с.

ISBN 5-88469-298-6

 

 

Приведены краткие сведения об абиотических факторах окружающей среды (наземно-воздушной, водной, почвенной) и методы определения отдельных факторов неживой природы.

Предназначены для студентов всех направлений подготовки, изучающих курс "Экология".

 

 

Табл. 2. Ил. 2 Библиогр.: 8 назв.

 

 

ISBN 5-88469-298-6 © Ильясова А.И., 2014

© Уфимский государственный университет экономики и сервиса, 2014

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Общие сведения об экологических факторах и их классификации 4

Влияние экологических факторов на организмы. Законы

минимума Либиха и толерантности Шелфорда 6

Лабораторная работа №1. Изучение абиотических факторов водной

среды 19

Лабораторная работа №2. Изучение абиотических факторов

наземно-воздушной среды 10

Лабораторная работа №3. Изучение абиотических факторов

почвенного покрова (эдафических факторов) 32

Список литературы 43

Приложение 44

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРАХ И ИХ КЛАССИФИКАЦИИ

 

Среда обитания - это часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном, динамически развивающемся мире, постоянно изменяется, приспосабливается к условиям среды, регулирует свою жизнедеятельность в соответствии с этими изменениями.

Организмы, населяющие биосферу, постепенно в процессе эволюции освоили четыре среды обитания (водная среда, наземно-воздушная среда, среда, слагаемая горными породами и почвенным покровом, а так же биосреда – среда самого организма).

Приспособление к среде обитания у организмов называется адаптацией. Способность к адаптации – одно из важнейших свойств жизни вообще, так как обеспечивает саму возможность ее существования, возможность организма выживать и размножаться. Адаптация организма проявляется на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Адаптация возникает и изменяется в ходе эволюции видов.

Свойства окружающей среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Они характеризуются многообразием физических, химических, биотических свойств, способствующих созданию сложной, многообразной экологической среды. Они играют либо положительную, либо отрицательную роль, либо являются нейтральнымидля определенных организмов, имеют разную природу воздействия. Современная экологическая наука выделяет абиотические, биотические и антропогенные факторы, влияющие на организм как прямо, так и косвенно.

Абиотические факторы – это факторы неживой природы, в числе которых присутствуют физические – космические, климатические (температурные, световые факторы, атмосферное и гидродавление), орографические, почвенные и химические (компоненты воздуха, воды, кислотность и иные химические свойства почвы, примеси промышленного происхождения). и включают, колебания атмосферы, звук, ультрафиолетовое и радиоактивное излучение, электрические разряды, магнитные волны и другие физические факторы.

Биотические факторы – факторыживой природы – отношения организмов между собой. К биотическим факторам относятся зоогенные (влияние животных), фитогенные (влияние растений), микробогенные (влияние микроорганизмов).

Антропогенные факторы – это формы деятельности человека, человеческого общества, которые содействуют изменению природной среды, как среды обитания других организмов или непосредственно влияют на их жизнь. В ходе исторического развития с началом охоты и собирательства, развития сельского хозяйства, промышленности, транспорта этот фактор глобально изменил экосферу Земли, нарушив ее равновесие. Значение антропогенного воздействия на животный и растительный мир Земли продолжает стремительно возрастать.

Человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, что позволяет этот процесс выделить в особую силу, не имеющую аналогов в классификации естественно-экологических явлений. В настоящее время практически судьба всей экологической системы находится в руках человека и зависит от его экологической культуры, уровня его подготовленности к осуществлению диалога с природой.

Оригинальную классификацию экологических факторов предложил А. С. Мончадский. Он исходил из представлений о том, что все приспособительные реакции организмов к тем или иным факторам связаны со степенью постоянства их воздействия, или с их периодичностью. В частности, он выделял:

- первичные периодические факторы (те, которым свойственна правильная периодичность, связанная с вращением Земли: смена времен года, суточная и сезонная смена освещенности и температуры); эти факторы изначально присущи нашей планете и зарождающаяся жизнь должна была сразу к ним приспосабливаться;

- вторичные периодические факторы (они являются производными от первичных); к ним относятся все физические и многие химические факторы, например, влажность, температура, осадки, динамика численности растений и животных, содержание растворенных газов в воде и др.;

- непериодические факторы, которым не свойственна правильная периодичность (цикличность); таковы, например, факторы, связанные с почвой, или разного рода стихийные явления.

Разумеется, «непериодично» лишь само тело почвы, подстилающие ее грунты, а динамика температуры, влажности и многих других свойств почвы также связана с первичными периодическими факторами.

Антропогенные факторы однозначно относятся к непериодическим. В числе таких факторов непериодического действия прежде всего – загрязняющие вещества, содержащиеся в промышленных выбросах и сбросах. К природным периодическим и непериодическим факторам живые организмы в процессе эволюции способны вырабатывать адаптации (например, спячка, зимовка и т. п.), а к изменению содержания примесей в воде или воздухе растения и животные, как правило, не могут приобрести и наследственно закрепить соответствующие адаптации. Правда, некоторые беспозвоночные, например растениеядные клещи из класса паукообразных, имеющие в условиях закрытого грунта десятки поколений в году, способны при постоянном применении против них одних и тех же ядохимикатов образовывать устойчивые к яду расы путем отбора особей, наследующих такую устойчивость.

 

 

ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ОРГАНИЗМЫ.

ЗАКОНЫ МИНИМУМА ЛИБИХА И ТОЛЕРАНТНОСТИ ШЕЛФОРДА

 

Любой экологический фактор динамичен, изменчив во времени и пространстве. Однако каждому живому организму требуются строго определенные уровни, количества (дозы) экологических факторов, а также определенные пределы их колебаний. Если режимы всех экологических факторов соответствуют наследственно закрепленным требованиям организма (т. е. его генотипу), то он способен выживать и давать жизнеспособное потомство. Требования и устойчивость того или иного вида организма к экологическим факторам определяют границы географической зоны, в пределах которой он может обитать, т. е. его ареал. Факторы окружающей среды определяют также амплитуду колебаний численности того или иного вида во времени и пространстве, которая никогда не остается постоянной, а изменяется в более или менее широких пределах.

Живой организм в природных условиях одновременно подвергается воздействию со стороны не одного, а многих экологических факторов – как биотических, так и абиотических, причем каждый фактор требуется организму в определенных количествах. Растения нуждаются в значительных количествах влаги, питательных веществ (азот, фосфор, калий), но требования к другим веществам, например бору или молибдену, определяются ничтожными количествами. Тем не менее недостаток или отсутствие любого вещества (как макро-, так и микроэлемента) отрицательно сказывается на состоянии организма, даже если все остальные присутствуют в требуемых количествах.

Один из основоположников агрохимии – немецкий ученый Юстус Либих (1803–1873) установил, что развитие растения или его состояние зависят не от тех химических элементов (или веществ), то есть факторов, которые присутствуют в почве в достаточных количествах, а от тех, которых не хватает. Например, достаточное для растения содержание азота или фосфора в почве не может компенсировать недостаток железа, бора или калия. Если любого (хотя бы одного) из элементов питания в почве меньше, чем требуется данному растению, то оно будет развиваться ненормально, замедленно или иметь патологические отклонения. Результаты своих исследований Ю. Либих сформулировал в виде фундаментального закона минимума.

Веществом, присутствующим в минимуме, управляется урожай, определяется его величина и стабильность во времени.

В более общем виде закон минимума Либиха гласит, что выносливость организма определяется самим слабым звеном в цепи его экологических потребностей.

Разумеется, закон минимума справедлив не только для растений, но и для всех живых организмов, включая человека.

Закон Либиха – один из основополагающих законов экологии. Однако в начале нашего века американский ученый В. Шелфорд показал, что вещество (или любой другой фактор), присутствующий не только в минимуме, но и в избытке по сравнению с требуемым организму уровнем, может приводить к нежелательным последствиям для организма.

Например, даже незначительное отклонение содержания в организме ртути (в принципе – безвредного элемента) от некоторой нормы приводит к тяжелым функциональным расстройствам (известная «болезнь Минамата»). Дефицит влаги в почве делает бесполезными для растения присутствующие в ней питательные вещества, но и избыточное увлажнение ведет к аналогичным последствиям вследствие, например, «задыхания» корней, закисания почвы, возникновения анаэробных процессов.

Если поместить какое-либо животное или растение в экспериментальную камеру и изменять в ней температуру воздуха, то состояние (все жизненные процессы) организма будет изменяться. При этом выявится некоторый наилучший (оптимальный) для организма уровень данного фактора (Т_опт), при котором его активность (А)будет максимальной (рис. 1). Но если режимы фактора будут отклоняться от оптимума в ту или иную (большую или меньшую) сторону, то активность будет снижаться. При достижении некоторого максимального или минимального значения фактор станет несовместимым с жизненными процессами. В организме произойдут изменения, вызывающие его смерть. Эти уровни окажутся, таким образом, смертельными, или летальными ( и ).

 

 

Рис. 1. Воздействие экологического фактора на организм

 

Аналогичные результаты можно получить в экспериментах с изменениями влажности, содержания различных солей в воде, кислотности, концентрации загрязняющих веществ и др. Чем шире амплитуда колебаний фактора, при которой организм может сохранять жизнеспособность, тем выше его устойчивость, т. е. толерантность к тому или иному фактору (от лат. толеранция – терпение). Отсюда слово «толерантный» переводят как устойчивый, терпимый, а толерантность можно определить как способность организма выдерживать отклонения экологических факторов от оптимальных для его жизнедеятельности значений.

Из всего изложенного вытекает закон В Шелфорда, или так называемый закон толерантности