Многообразие экологических факторов среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Кубанский государственный университет"

(ФГБОУ ВПО "КубГУ")

Кафедра геоэкологии и природопользования

Курсовая работа

Многообразие экологических факторов среды

Работу выполнила: Ерёменко Екатерина Ивановна

Краснодар 2016

Содержание

Введение

Глава 1. Главные факторы климата. Биота и климат как экологический фактор

Глава 2. Появление человека как экологического фактора

Глава 3. Неоднозначность действия экологического фактора на разные функции организма

Глава 4. Химическая и физическая теплорегуляция

Глава 5. Прямое и косвенное антропогенное воздействие на атмосферу, гидросферу, литосферу. Экологические последствия косвенного воздействия человека на растительный мир

Глава 6. Массовый эффект

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Окружающий органический мир - составная часть среды каждого живого существа. Взаимные связи организмов - основа существования биоценозов и популяций.

Живое неотрывно от среды. Каждый отдельный организм, являясь самостоятельной биологической системой, постоянно находится в прямых или косвенных отношениях с разнообразными компонентами и явлениями окружающей его среды или, иначе, среды обитания, влияющими на состояние и свойства организмов.

Среда - одно из основных экологических понятий, которое означает весь спектр окружающих организм элементов и условий в той части пространства, где обитает организм, все то, среди чего он живет и с чем непосредственно взаимодействует. При этом организмы, приспособившись к определенному комплексу конкретных условий, в процессе жизнедеятельности сами постепенно изменяют эти условия, т.е. среду своего существования. экологический теплорегуляция антропогенный

Цель курсовой работы - разобраться в многообразии экологических факторов среды, учитывая, что каждый фактор является совокупностью соответствующего условия среды и его ресурса (запаса в среде).

Глава 1. Главные факторы климата. Биота и климат как экологический фактор

Климатические условия играют важную роль в жизни людей. Существует более десятка климатообразующих факторов. Как наиболее существенные выделяются следующие:

- концентрация парниковых газов в атмосфере (углекислый газ, метан, закись азота, озон, и др.);

- движение воздушных масс

- концентрация тропосферных аэрозолей;

- солнечная радиация;

- вулканическая активность, вызывающая загрязнение стратосферы аэрозолями серной кислоты;

- автоколебания в системе атмосфера-океан

- параметры орбиты Земли.

Одним из важнейших факторов, влияющих на климат планет, является солнечное излучение, падающее на планету. Солнечное излучение, падающее на планету, частично отражается в космическое пространство, частично поглощается. Поглощенная энергия нагревает поверхность планеты. Исключительно важным фактором, влияющим на климат планет, является наличие или отсутствие атмосферы. Атмосфера планеты влияет на тепловой режим планеты. Плотная атмосфера планеты влияет на климат несколькими путями:

а) парниковый эффект увеличивает температуру поверхности;

б) атмосфера сглаживает суточные колебания температуры;

в) движение воздушных масс (циркуляция атмосферы) сглаживает разность температур между экватором и полюсом.

При рассмотрении вековой изменчивости климата оказалось, что именно накопление парниковых газов в атмосфере определило произошедшее повышение средне глобальной температуры на 0.5°C. Однако объяснение нынешних и будущих изменений климата только антропогенным фактором покоится на весьма шатком фундаменте, хотя его роль со временем, безусловно, возрастает.

Парниковый эффект - это повышение температуры поверхности планеты и нижних слоев атмосферы планеты из-за того, что атмосфера пропускает солнечное излучение и задерживает тепловое излучение планеты. Тепловое излучение планеты задерживается (поглощается) сложными молекулами, например, углекислым газом СО 2, водой Н 2О и другими. Парниковый эффект играет очень важную роль в формировании климата Земли.

Солнечная радиация - это солнечное излучение. Уровень солнечной радиации измеряется на 1 м 2земной поверхности в единицу времени (МДж/м 2). Ее распределение зависит от широты местности, которой обусловлен угол падения солнечных лучей, и продолжительности дня, что в свою очередь влияет на продолжительность и интенсивность солнечного сияния, показатели суммарной солнечной радиации и среднюю температуру воздуха за год.

20% солнечной радиации, поступающей на Землю, отражается атмосферой. Остальная ее часть достигает земной поверхности - это прямая солнечная радиация. Часть радиации поглощается и рассеивается каплями воды, льда, частицами пыли, облаками. Такая радиация называется рассеянной. Прямая и рассеянная составляют суммарную. Часть радиации отражается от поверхности Земли - это отраженная радиация.

Движения воздушных масс. Воздушная масса - большой объем воздуха в тропосфере, обладающий характерными свойствами (температурой, влажностью, прозрачностью). Образование различных типов воздушных масс происходит в результате неравномерного нагревания земной поверхности. Вся система движения воздуха называется атмосферной циркуляцией. Между воздушными массами располагаются переходные области шириной в несколько десятков километров. Эти области называются атмосферными фронтами. Атмосферные фронты находятся в постоянном движении. При этом происходит изменение погоды, смена воздушных масс. Фронты делятся на теплые и холодные. Теплый фронт образуется, когда теплый воздух наступает на холодный и оттесняет его. Холодный фронт образуется, когда холодный воздух перемещается в сторону теплого и оттесняет его. Теплый фронт приносит потепление, осадки. Холодный фронт приносит похолодание и прояснение. С атмосферными фронтами связано развитие циклонов и антициклонов. Подстилающая земная поверхность влияет на распределение солнечной радиации, движение воздушных масс.

Биота - исторически сложившаяся совокупность всех живых организмов, обитающая на какой-либо крупной территории. От климата зависят температурный и световой режимы и влагообеспеченность, необходимые для развития растений и лимитирующие их географическое распространение. Большинство растений не может расти при температуре ниже +5°С, и многие виды погибают при отрицательных температурах. С увеличением температур возрастают потребности растений во влаге. Свет необходим для фотосинтеза, а также для цветения и развития семян. Затенение почвы кронами деревьев в густом лесу подавляет рост более низких растений. Важным фактором является также ветер, существенно изменяющий режим температуры и влажности. Растительность каждого региона является индикатором его климата, поскольку распространение сообществ растений в значительной степени обусловлено климатом. Растительность тундры в условиях субполярного климата сформирована только такими низкорослыми формами, как лишайники, мхи, травы и невысокие кустарники. Короткий вегетационный период и широкое распространение многолетней мерзлоты затрудняют рост деревьев всюду, кроме речных долин и склонов южной экспозиции, где почва летом оттаивает на большую глубину. Хвойные леса из ели, пихты, сосны и лиственницы, называющиеся также тайгой, растут в условиях субарктического климата. Влажные районы умеренных и низких широт особенно благоприятны для произрастания лесов. Самые густые леса приурочены к районам умеренного морского климата и влажным тропикам. Области влажного континентального и влажного субтропического климата тоже большей частью залесены. При наличии сухого сезона, например, в районах субтропического климата с сухим летом или переменно-влажного тропического климата, растения соответствующим образом адаптируются, формируя либо низкорослый, либо разреженный древесный ярус. Так, в саваннах в условиях переменно-влажного тропического климата преобладают злаковники с одиночными деревьями, растущими на больших расстояниях одно от другого.

В семиаридных климатах умеренных и низких широт, где всюду (кроме речных долин) слишком сухо для роста деревьев, господствует травянистая степная растительность. Злаки здесь низкорослые, возможна также примесь полукустарников и полукустарничков, например, полыни в Северной Америке. В умеренных широтах злаковые степи в более влажных условиях у границ своего ареала сменяются высокотравными прериями. В аридных условиях растения растут далеко одно от другого, часто имеют толстую кору или мясистые стебли и листья, способные запасать влагу. Самые засушливые районы тропических пустынь совершенно лишены растительности и представляют собой обнаженные каменистые или песчаные поверхности. Климатическая высотная поясность в горах обусловливает соответствующую вертикальную дифференциацию растительности - от травянистых сообществ предгорных равнин до лесов и альпийских лугов. Многие животные способны адаптироваться к широкому диапазону климатических условий. Например, млекопитающие в холодном климате или зимой имеют более теплый мех. Однако для них важна также доступность пищи и воды, которая меняется в зависимости от климата и сезона. Для многих видов животных характерны сезонные миграции из одного климатического района в другой. Например, зимой, когда травы и кустарники в условиях переменно-влажного тропического климата Африки высыхают, происходят массовые миграции травоядных животных и хищников в более влажные районы. В природных зонах земного шара почвы, растительность и климат тесно взаимосвязаны. Тепло и влага определяют характер и темпы химических, физических и биологических процессов, в результате которых изменяются горные породы на склонах разной крутизны и экспозиции и создается огромное разнообразие почв. Там, где грунт скован мерзлотой на протяжении большей части года, как в тундре или высоко в горах, процессы почвообразования замедлены. В аридных условиях растворимые соли обычно содержатся на поверхности почвы или в приповерхностных горизонтах. Во влажных климатах избыточная влага просачивается вниз, вынося растворимые минеральные соединения и глинистые частицы на значительные глубины. Некоторые из самых плодородных почв являются продуктами недавней аккумуляции - ветровой, флювиальной или вулканической. Такие молодые почвы еще не подверглись сильному выщелачиванию и потому сохранили запасы питательных веществ. Распространение сельскохозяйственных культур и методы возделывания почв тесно связаны с климатическими условиями. Бананы и каучуковые деревья требуют обилия тепла и влаги. Финиковые пальмы хорошо растут только в оазисах в аридных низкоширотных областях. Для большей части культур в аридных условиях умеренных и низких широт необходимо орошение. Обычным типом землепользования в районах семиаридного климата, где распространены злаковники, является пастбищное животноводство. Хлопок и рис имеют более продолжительный вегетационный период, чем яровая пшеница или картофель, и все эти культуры страдают от заморозков. В горах сельскохозяйственное производство дифференцируется по высотным поясам так же, как естественная растительность. Глубокие долины во влажных тропиках Латинской Америки находятся в жарком поясе (tierra caliente) и там выращивают тропические культуры. На несколько больших высотах в умеренном поясе (tierra templada) типичной культурой является кофе. Выше располагается холодный пояс (tierra fria), где выращивают зерновые культуры и картофель. В еще более холодном поясе (tierra helada), расположенном чуть ниже снеговой линии, на альпийских лугах возможен выпас скота, а набор сельскохозяйственных культур крайне ограничен. Климат оказывает влияние на здоровье и условия жизни людей так же, как и на их хозяйственную деятельность. Человеческий организм теряет тепло за счет излучения, теплопроводности, конвекции и испарения влаги с поверхности тела. Если эти потери слишком велики в холодную погоду или слишком малы в жаркую погоду, человек испытывает дискомфорт и может заболеть. Низкая относительная влажность и большая скорость ветра усиливают эффект охлаждения. Изменения погоды приводят к стрессам, ухудшают аппетит, нарушают биоритмы и снижают сопротивляемость человеческого организма болезням. Климат влияет также на условия обитания патогенных микроорганизмов, вызывающих заболевания, и поэтому возникают сезонные и региональные вспышки заболеваний. Эпидемии пневмонии и гриппа в умеренных широтах часто бывают зимой. Малярия распространена в тропиках и субтропиках, где имеются условия для размножения малярийных комаров. Заболевания, обусловленные неправильным питанием, косвенно связаны с климатом, так как в пищевых продуктах, производимых в том или ином регионе, в результате влияния климата на рост растений и состав почв может не хватать некоторых питательных веществ.

Элементы среды, так или иначе влияющие на компоненты биоценозов, называются экологическими факторами. На каждый живой организм и на лес в целом всегда действует сложный комплекс взаимосвязанных между собой факторов, прямо действующих (непосредственно на живые организмы, лес) или косвенно действующих (влияющих на другие факторы). Прямо действующие факторы - это температура, свет, осадки, влажность почвы и др., косвенно действующие - высота над уровнем моря, экспозиция склона и др. Последние могут существенно изменять совокупное действие прямо действующих факторов. Совокупность всех факторов, действующих на лес, создает среду обитания, или условия местопроизрастания. Формируясь под сложным воздействием множества экологических факторов (климатических, орографических, эдафических, биотических) лес, в свою очередь, сам оказывает большое влияние на эти факторы и создает особую, свойственную ему среду. Таким образом, лес находится под влиянием им самим измененной среды. Лес не только изменяет среду на территории, где он растет, но влияние его простирается и на значительное расстояние за пределами этой территории. В связи с комплексностью влияния экологических факторов на лес выделение в последующем анализе одного фактора из всего комплекса взаимосвязанных и совокупно действующих факторов всегда носит условный характер. Это выделение необходимо лишь как методический прием для удобства изучения действия данного фактора. Любой физиологический процесс в живых организмах может происходить только в определенном интервале значений экологического фактора. Минимальное и максимальное значения фактора, при которых возможно существование организма, называются кардинальными точками, а весь диапазон от минимума до максимума - областью устойчивости (пределом толерантности) организма (вида) по отношению к данному фактору. Внутри этой области выделяется некоторая зона оптимума, в пределах которой значения рассматриваемого фактора соответствуют экологическим свойствам организма и наиболее благоприятны для него. В тех случаях, когда значение какого-либо фактора или совокупности их выходит за пределы зоны оптимума, условия среды называются экстремальными. Такие условия возможны как при недостаточном, так и при избыточном значении экологического фактора. Действие экологических факторов на живые организмы проявляется весьма сложно. Каждый экологический фактор или их комплекс различным образом влияют на разные виды растений и даже на одни и те же растения, но в разные периоды их жизни. Кроме того, это влияние зависит от жизненного состояния растений (хорошо развитые или угнетенные), характера их произрастания (одиночно или в сообществе), генетической неоднородности растений и др. В комплексе взаимосвязанных факторов тот из них определяет в основном совокупный результат воздействия и может обусловить угнетение жизнедеятельности растений вплоть до невозможности произрастания вида, даже при очень благоприятных остальных факторах, значение которого приближается к кардинальным точкам. Такие факторы называют лимитирующими (ограничивающими). Снижение отрицательного влияния в таких условиях возможно только за счет ослабления лимитирующего фактора. Большинство метеорологических величин и атмосферных явлений оказывают существенное влияние на жизнедеятельность отдельных растений и на лес в целом и поэтому являются важными экологическими факторами. Для нормальной жизнедеятельности растений нужны в достаточных количествах питательные вещества, свет, тепло и влага. Все эти факторы равнозначны, абсолютно незаменимы, и недостаток любого из них может явиться лимитирующим фактором. Атмосфера во взаимодействии с земной поверхностью решающим образом влияет на географическое распределение потоков лучистой энергии (в том числе и света), тепла и влаги, определяя этим характерные для каждого географического района балансы и режимы. Влияние атмосферы делает географическое распределение потоков лучистой энергии (радиации) весьма сложным вследствие неодинакового в разных географических районах ослабления потоков солнечной радиации из-за больших различий в прозрачности воздуха и облачности. Кроме того, атмосфера почти полностью поглощает радиацию, излучаемую земной поверхностью, и большую часть энергии возвращает обратно на земную поверхность в виде встречного излучения. За счет последнего увеличивается общее количество лучистой энергии, поглощаемое земной поверхностью (ее радиационный баланс) и вследствие этого значительно повышается температура земной поверхности и нижних слоев атмосферы. Еще более усложняет влияние атмосферы географическое распределение тепла и влаги, так как на него влияют особенности их переноса сложнейшей системой воздушных течений общей циркуляции атмосферы и физико-географические особенности местности (удаление от океанов, орография и др.). Рассмотренные причины создают многообразие микроклиматов, а, следовательно, многообразие физических условий среды и природных ландшафтов (в том числе и лесов). Атмосферные процессы посредством влияния на климат в значительной мере определяют возможность произрастания лесов, распределение их по земному шару, видовой состав и продуктивность, а также общие закономерности годового хода фенологического развития растений. Через влияние на погоду эти процессы формируют физические условия среды, их изменение и аномалии на протяжении конкретного промежутка времени (сезона, года и др.) и тем самым определяют ход физиологических процессов и фенологического развития растений, их годовой прирост, урожай плодов и семян. При благоприятном сочетании климатических факторов увеличивается продуктивность лесов, повышается их устойчивость, улучшается плодоношение растений и условия естественного возобновления леса. Наоборот, неблагоприятные метеорологические условия снижают продуктивность и ухудшают состояние лесов, вызывают разнообразные повреждения растений и даже их гибель, ухудшают плодоношение и возобновление леса. Под сильным влиянием климатических факторов находятся все без исключения процессы, протекающие в лесу, и все компоненты леса. Важнейшее значение для леса имеет солнечная радиация, благодаря которой растения получают энергию, необходимую для процессов жизнедеятельности. Прежде всего, за счет солнечной радиации в зеленых растениях протекает фотосинтез, в ходе которого образуются органические соединения (в основном углеводы) и лучистая энергия превращается в химическую. Непосредственно на фотосинтез растения расходуют очень малую часть потока солнечной радиации, поступающую на земную поверхность. В лесных фитоценозах доля этой радиации не превышает 1-2%. В целом зеленые растения Земли усваивают около 0,5% от всего количества лучистой энергии Солнца, поступающего на земную поверхность, но именно за счет этой энергии существует практически все разнообразие жизни на Земле. Некоторая часть солнечной радиации, поглощенная растениями, обеспечивает регуляцию множества разнообразных физиологических процессов. Прямо или косвенно солнечная радиация влияет на процессы клеточного деления, растяжения и дифференциации тканей, прирост древесины, листвы и хвои, цветение и плодоношение, прорастание семян, развитие всходов и последующий рост подроста, морфологическое и анатомическое строение растений. Растения чутко реагируют на изменение энергетической освещенности, спектрального состава и продолжительности действия солнечной радиации, соответственно изменяя и приспосабливая к ней свою морфологическую структуру, анатомическое строение и ход физиологических процессов. Наибольшая часть солнечной радиации, поглощенная фитоценозом, превращается в теплоту и расходуется на транспирацию, физическое испарение и формирование теплового режима. Характер солнечной радиации в лесу отличается сложностью пространственного распределения и очень большой изменчивостью потоков ее во времени. Он оказывает определяющее влияние на внешний облик растений и их распределение в составе лесных фитоценозов, а также на формирование структуры лесов. В условиях фитоценозов характерной является недостаточная обеспеченность солнечной радиацией, поэтому важнейшая особенность жизни леса - конкуренция между растениями за солнечную радиацию (свет). Недостаток ее является одной из главных причин ослабления и гибели, отставших в росте и потому затененных деревьев. В чрезвычайно густых насаждениях он может привести к взаимному ослаблению деревьев, ухудшению их роста и снижению продуктивности. В лесоводстве регулирование освещенности является мощным средством воздействия на лес в нужном для хозяйства направлении. Создавая при помощи различных рубок благоприятный режим освещенности, можно существенно повысить продуктивность насаждений, улучшить их состояние, обеспечить оптимальные условия для роста перспективных деревьев, усилить плодоношение древостоя, улучшить рост и состояние подроста. Как важнейший климатообразующий фактор солнечная радиация оказывает громадное влияние на формирование и географическое распределение климатов, т. е. косвенно влияет и на географическое распределение лесов. Чрезвычайно важным и очень часто лимитирующим фактором является температура. На растения оказывают влияние температуры воздуха, почвы и самих растений. Причем имеют значение не только средние, но также минимальные, максимальные температуры и суммы температур за различные периоды. Жизнь растений и любой отдельно взятый физиологический процесс могут протекать только в определенном интервале температур, внутри которого имеется зона оптимума. Температурные границы жизни и оптимумы различны для разных видов растений, а у одного и того же растения (вида) они различны для разных физиологических процессов, изменяются с возрастом и в зависимости от этапа сезонного развития. Для большинства растений умеренной зоны, находящихся в состоянии вегетации, температурные границы жизни находятся в пределах от -5 до 55°С. Нижняя кардинальная точка в большинстве случаев обусловлена замерзанием воды в тканях, верхняя - денатурацией белков. Даже непродолжительное воздействие температур, значения которых выходят за тепловые границы жизни, вызывает необратимые повреждения организма растений и их гибель. Для процессов роста и развития температурные минимумы приходятся на интервалы 5-15°С, оптимумы - на 25-35°С, максимумы - на 45-55°С. При этом наиболее благоприятные условия для данных процессов создаются не при постоянных температурах, а при чередовании дневных оптимальных температур с пониженными на 5-15°С ночными. Различные древесные породы для нормального роста и развития нуждаются в разных количествах тепла и обладают разной устойчивостью к воздействию аномально высоких и аномально низких температур. Для оценки количества тепла, получаемого растениями в период вегетации, используют обычно суммы активных температур (суммы среднесуточных температур выше 10°С). Температуры воздуха и почвы определяют сроки начала и конца периода вегетации, оказывают большое влияние на ход сезонного развития, на динамику роста и годовую продуктивность отдельных растений и фитоценоза в целом. Так, вегетационный период у большинства древесных растений начинается и заканчивается в период перехода среднесуточных температур воздуха через 5-10°С, рост корней - при температурах почвы 2-5°С, распускание листьев - при среднесуточных температурах около 10°С. Температура определяет сроки многих фенологических явлений. Начало и конец их могут быть связаны с переходом температур через определенные пороговые значения или с накоплением определенных сумм температур. Пониженные и повышенные температуры по сравнению с оптимальными замедляют процессы роста и развития, обусловливают более позднее наступление фенологических фаз и удлиняют межфазные периоды. В вегетационный период неблагоприятными для растений являются сильные похолодания и особенно понижения температуры до отрицательных значений (заморозки). При температуре ниже оптимальной снижаются темпы роста и развития растения, они могут впадать в состояние вынужденного покоя. Заморозки, кроме того, могут вызвать повреждение почек, молодых листьев, хвои и побегов (особенно у ели), а также цветков, завязей и всходов растений. При сильных повреждениях заморозками растения, особенно молодые, могут погибнуть. Для большинства древесных растений в начале периода вегетации опасны заморозки с температурами ниже -3...-4°С. Повышенные (сверх оптимума) температуры в весенне-летний период также замедляют процессы роста и развития. Продолжительные периоды с высокими температурами и низкой относительной влажностью воздуха (атмосферные засухи) могут привести к почвенной засухе, под влиянием которой сильно угнетается жизнедеятельность растений, повреждаются листья и другие органы, снижается прирост как отдельных деревьев, так и всего древостоя. Засухи ослабляют деревья, в связи с чем создаются благоприятные условия для последующего повреждения их вредителями и болезнями. В некоторых случаях это является причиной гибели насаждений. Отрицательное влияние засух проявляется и в последующие 1-2 года. Летом высокие температуры поверхности почвы могут вызвать опад корневой шейки молодых растений на вырубках и в питомниках, особенно на темных почвах. У взрослых деревьев с тонкой корой (ель, пихта, бук) сильный нагрев солнечными лучами поверхности ствола приводит к ожогу коры и локальному отмиранию камбия. В зимнее время хорошо подготовившиеся к холодам древесные растения умеренной зоны способны переносить без вреда довольно низкие температуры (до -50°С и ниже), причем большинство из них требует для своего нормального развития, определенного периода воздействия низких температур. Однако при очень сильных морозах некоторые древесные породы (особенно в молодом возрасте и экзоты) могут сильно повреждаться (обмерзают почки, побеги), а иногда погибать целиком. У многих древесных пород при резком понижении температуры происходит растрескивание ствола вдоль - образуются морозобойные трещины. Продолжительные и сильные оттепели в конце зимы могут вызвать пробуждение растений, но затем при последующих морозах - их гибель. Промерзание почвы в зимний период является причиной выжимания молодых растений и разрыва корней у деревьев старшего возраста. Тепло как климатический элемент является главным фактором, определяющим северную (в горных условиях - верхнюю) границу лесов и ареалов древесных пород, видовой состав лесов в разных географических районах и продуктивность лесных фитоценозов. Так, например, северная граница лесов практически точно совпадает с изотермой за июль в среднем 10°С, северная граница ареала дуба - с годовой изотермой 3°С. С увеличением теплообеспеченности в направлении от северной границы лесов к югу лесной зоны видовой состав их обогащается, возрастает продуктивность, улучшаются условия лесовозобновления. Из-за недостатка тепла леса европейского Севера имеют среднюю продуктивность на 3-4 класса бонитета ниже, чем в средней полосе этой части. По той же причине семена древесных растений там часто не вызревают, хорошие урожаи наблюдаются редко и лесовозобновление затруднено. Необходимым условием для нормального роста и развития растений является оптимальное содержание влаги в почве, причем для растений вредны как недостаток, так и избыток ее. При недостатке влаги в почве корни растений не в состоянии подать нужное количество воды для обеспечения надземных частей, вследствие чего нарушается нормальный водный режим растений, устьица частично или полностью закрываются, снижается транспирация, угнетаются фотосинтез и другие процессы жизнедеятельности, нарушается нормальный обмен веществ, снижается продуктивность растений. Избыток воды в почве ухудшает аэрацию. Режим увлажнения почв и атмосферы формируется под воздействием большого количества факторов (метеорологических, почвенных, биотических и др.). Поэтому условия увлажнения сильно изменяются в пространстве как по природным зонам земного шара, так и по отдельным местообитаниям в пределах одного и того же участка леса. Общий характер увлажнения природных зон и других крупных регионов определяется особенностями протекания крупномасштабных, тесно взаимосвязанных между собой климатообразующих процессов - влаго- и теплооборота и общей циркуляции атмосферы, взаимодействие которых формирует климаты, обусловливает их специфические, черты и географическое распределение. Зональный характер климатообразующих процессов является главной причиной зональности климатов, почв и растительности. По обеспеченности растений влагой выделяют зоны с аридным климатом, где растения испытывают недостаток влаги на протяжении большей части вегетационного периода (пустыни и полупустыни), зоны с гумидным климатом, где растения в избытке обеспечены влагой (тундра, лесотундра, тайга) и зоны с полуаридным (семиаридным) климатом, где недостаточное увлажнение наблюдается в отдельные засушливые годы. Типичными для гумидной зоны являются лесная растительность, промывной тип водного режима почв, подзолообразование, широкое распространение избыточного увлажнения, заболачивание почв; для полуаридной зоны - степная растительность, непромывной тип водного режима почв и образование черноземов. Для обеспечения растений влагой большое значение имеют годовые суммы осадков, а также распределение их по сезонам года. В умеренной зоне произрастание лесов возможно при минимальной годовой сумме осадков около 400 мм. Недостаток влаги является главным фактором, определяющим южную границу лесов. Годовая сумма осадков может быть меньшей в областях с холодным климатом и соответственно с меньшим суммарным испарением (например, в северных районах Восточной Сибири леса произрастают при сумме осадков около 200 мм в год), а также в тех случаях, когда осадки выпадают преимущественно в период вегетации. В пределах одной и той же природной зоны при одном и том же тиле климата условия увлажнения отдельных участков земной поверхности и отдельных местообитаний сильно различаются вследствие влияния почвенных факторов, рельефа, растительности и др. Эти различия условий увлажнения являются важнейшей причиной пространственной неоднородности почв и растительности. Режим увлажнения почв в каждом отдельном местообитании существенно различается по отдельным годам и сезонам года в зависимости от погодных условий. Главным образом он зависит от режима осадков и суммарного испарения. В вегетационный период высокие температуры воздуха и почвы, низкая относительная влажность воздуха и большая скорость ветра увеличивают расход влаги на суммарное испарение, ведут к уменьшению почвенных влагозапасов и к возникновению недостатка влаги. Противоположные метеорологические условия уменьшают суммарное испарение, способствуют накоплению влаги в почве и избыточному ее увлажнению. В годы с главной причиной зональности климатов, почв и растительности. По обеспеченности растений влагой неблагоприятными условиями увлажнения в период вегетации из-за длительных засух или периодов с избыточным увлажнением почв снижается прирост древостоев, нередко происходит ослабление деревьев, способствующее последующему повреждению их вредителями и болезнями, ухудшается плодоношение и возобновление леса. Большое значение для леса имеет влажность воздуха, причем отрицательное влияние оказывают как низкие (ниже 30%), так и очень высокие (свыше 80%) значения относительной влажности. В периоды с низкой относительной влажностью и высокими температурами воздуха (атмосферная засуха) резко увеличивается транспирация, что при недостаточном водоснабжении растений может привести к нарушению их водного баланса. В такие периоды повышается и пожарная опасность. Высокая влажность воздуха задерживает цветение растений, ухудшает условия опыления, созревания плодов и семян, препятствует раскрытию шишек и выпадению семян. Кроме того, она благоприятствует возникновению и развитию грибных и бактериальных болезней растений. Важнейшими факторами формирования водного, а также теплового режимов почв являются снежный покров и промерзание почв. За зиму в снежном покрове накапливаются большие запасы воды, которые при снеготаянии пополняют почвенные влагозапасы и частично образуют поверхностный и грунтовый сток, питающий реки, ручьи и т. д. Обладая хорошими теплоизолирующими свойствами, снежный покров защищает почву от сильного охлаждения и от глубокого промерзания, а растения, укрытые снегом, - от вымерзания. Мерзлый слой почвы, образующийся при промерзании, практически водонепроницаем. Он препятствует проникновению влаги вглубь почвогрунтов. Большие запасы воды в снежном покрове, глубокое промерзание и позднее оттаивание почв могут обусловить длительное переувлажнение корнеобитаемого слоя в период вегетации.

Влияние травяного покрова на условия в приземном слое воздуха, в особенности на температуру, уже рассматривалось в предыдущих главах. Поэтому о микроклимате луга мы здесь говорить не будем. Рассмотрим, однако, подробнее микроклиматические условия леса.

Под пологие леса создается свой микроклимат или местный климат, существенно отличный от условий в окружающей открытой местности. Сквозь кроны леса солнечная радиация проникает в ослабленной степени; в густом лесу вся или почти вся радиация будет рассеянной, а интенсивность ее - малой. Соответственно убывает и освещенность под пологие леса.

Роль деятельной поверхности в лесу переходит к кронам. Температура днем будет максимальной непосредственно над кронами леса; при этом она здесь значительно выше, чем на том же уровне в открытой местности. Внутри леса днем (в летнее время) температура значительно ниже, чем над кронами. Ночью же кроны сильно охлаждаются излучением, и потому максимум температуры по вертикали наблюдается в это время на высоте 1-2 м над ними. Но минимум температуры будет наблюдаться не на уровне крон, а внутри леса, так как холодный воздух стекает с высоты крон вниз.

Конечно, как радиационный, так и тепловой режим в лесу зависит от возраста и сомкнутости леса, от пород деревьев и прочих биологических факторов. Летом в лесу днем холоднее, чем в поле, ночью теплее. Зимой условия сложнее, но, в общем, разность температур между лесом и полем почти отсутствует. В среднем годовом лес несколько холоднее, чем поле. Годовые амплитуды температуры в лесу немного уменьшены.

Относительная влажность в лесу повышена по сравнению с влажностью в поле на несколько процентов. Летом эта разница наибольшая, зимой она почти отсутствует. Как относительная, так и абсолютная влажность летом наибольшая в кронах деревьев.

При встрече ветрового потока с лесом воздух в большей части обтекает лес сверху. Поэтому над кронами скорость ветра сильнее, чем на той же высоте в открытой местности. Внутри леса, по мере удаления от опушки, скорость ветра уменьшается. В вертикальном направлении скорость ветра особенно сильно убывает в пределах крон. Под кронами ветер равномерно слабый, а в пределах нижнего метра над земной поверхностью скорость убывает до нуля.

Лес испаряет не сильнее, а, по-видимому, слабее, чем хорошо развитая луговая растительность или полевые культуры. Однако испарение с крон леса происходит более длительное время. Непосредственное испарение с почвы в лесу невелико; главную роль играет транспирация крон, а также испарение осадков, задержанных кронами. Важно, что лес испаряет воду, полученную корнями деревьев с достаточно глубоких горизонтов; поэтому верхний слой почвы в лесу более влажен, чем в поле.

Во всяком случае, лес не может существенно увеличивать внутренний влагооборот и не может увеличивать этим путем количество осадков, выпадающих на суше, по-видимому, лес может несколько увеличивать осадки над данным лесным районом и в его окрестностях другим путем. Именно, увеличивая шероховатость подстилающей поверхности, лес вызывает подъем линий тока в воздухе, переходящем с поля на лес, и вообще увеличивает турбулентность, а тем самым усиливает и конденсацию. По некоторым расчетам увеличение осадков лесом может составлять десятки миллиметров за год. Вероятно, играет роль не только общая площадь облесенности, но и протяжение лесных опушек. Иными словами, чем пятнистее распределение леса, тем больше его влияние на выпадение осадков.

Снег распределяется в лесу равномернее, чем в открытом месте, и плотность его в лесу меньше вследствие ослабления здесь ветра. Правда, в густых хвойных лесах много снега остается на кронах деревьев, а затем испаряется с них или сносится ветром. Таяние снега в лесу замедлено, а почва под высоким и рыхлым снежным покровом промерзает на меньшую глубину, чем в поле.

Глава 2. Появление человека как экологического фактора

Экологические факторы могут быть объединены по природе их происхождения или в зависимости от их динамики и воздействия на организм. По характеру происхождения различают:

- абиотические факторы, обусловлены действием неживой природы и подразделяются на климатические (температура, свет, солнечная радиация, вода, ветер, кислотность, соленость, огонь, осадки и т.п.), орографические (рельеф, наклон склона, экспозиция) и геологическими.

- биотические - действие одних организмов на другие, включая все взаимоотношения между ними

- антропогенные факторы воздействие на живую природу жизнедеятельности человека

Группы факторов, объединенных характеру происхождения:

Абиотические: среди них особенно выделяется группа климатических факторов. Действие многих абиотических факторов, включая рельеф, ветер, тип почвы и т.п. проявляется косвенно - через температуру и влажность в вследствие этого на небольшом участке земной поверхности климатические условия могут существенно отличаться от средних для данного региона в целом. Температура и количество осадков (дождя или снега) определяют расположения на земной поверхности основных природных зон. Разнообразие природных комплексов часто определяется особенностями почв, от которых зависит поступление влаги, один и тот же фактор для организмов может играть различную роль и благодаря этому перемещаться в классификации из одной группы в другую. Ярким примером этого явления может быть свет. Для растений он является источником энергии при фотосинтезе, для многих наземных животных свет может быть основным фактором. Для почвенных организмов или жителей пещер, как и для организмов, обитающих в глубинах морей, этот фактор не имеет значения, поскольку в течение всей жизни эти организмы не встречаются с его действием.

Экологические факторы действуют на организм различными путями. В простейшем случае имеет место прямое влияние, так, солнечные лучи освещает ящерицу, которая лежит неподвижно, и тело ее нагревается. С другой стороны, часто экологические факторы влияют на организм опосредованно, через множество промежуточных звеньев. Например, сочетание высокой температуры воздуха с низкой влажностью и отсутствием дождей приводит к засухе, иногда это приобретает катастрофический характер (выгорает растительность, травоядные мигрируют или гибнут).

Биотические факторы- это формы воздействия живых организмов друг на друга. Основной формой такого воздействия в большинстве случаев пищевые связи, на базе которых формируются сложные цепи и звенья питания. Кроме пищевых связей, в группировках растительных и животных организмов возникают пространственные связи. Все это является основанием для формирования биотических комплексов. Выделяют различные формы биотических отношений, которые могут быть от очень благоприятных до резко негативных.

Между представителями разных видов организмов, населяющих экосистему, кроме нейтральных, могут существовать такие виды связей:

конкуренция - борьба между представителями разных видов за пищу, воздух, воду, свет, жизненное пространство, борьба тем жестче, чем более родственные и близкие по требованиям к условиям среды виды организмов, конкурирующих между собой.

мутуализм - представители двух видов организмов своей жизнедеятельностью способствуют друг другу (например,: насекомые, собирая нектар, опыляют цветы; муравьи, опекая тлей, питаются их сладкими выделениями)

комменсализм - когда от сожительства представителей двух видов выигрывает один вид, не причиняя вреда другому, например, рыбка-прилипай находит защиту и питается у акул (мутуализм и комменсализм называют еще симбиозом)

паразитизм - одни существа питаются за счет потребления живой ткани хозяев (например: клещи, клопы, вши, глисты, омела, некоторые грибы и др.)

хищничество - одни организмы убивают других и питаются

аллелопатия - одни организмы выделяют вещества, вредные для других (например: фитонциды, выделяемые некоторыми высшими растениями, подавляющие жизнедеятельность микроорганизмов; токсины, выделяемые во время "цветения" воды в водоемах, ядовитые для рыбы и других животных.)

Антропогенные факторы-обусловлены деятельностью человека, влияние ее на природу может быть, как сознательным, так и стихийным, случайным. Пользуясь знанием законов развития природы, человек сознательно выводит новые высокопродуктивные сорта растений, породы животных, устраняет вредные виды, создает новые природные комплексы. Процесс взаимодействия человека с природой начался с момента появления человека на Земле и все время возрастает.

К середине XX века человек, по определению В.И. Вернадского, стал самой мощной геологической силой на нашей планете, резко возросло влияние человеческой деятельности на окружающую среду, что привело к нарушению естественных связей. Так, в результате вырубки лесов, пустыни резко ускорили свое наступление на зеленые зоны. Деятельность человека изменяет условия окружающей среды, а среда, в свою очередь влияет на жизнь, здоровье и жизнедеятельность как отдельного человека, так и человеческой популяции в целом.

Антропогенные факторы возникли лишь с появлением человека в период древнего этапа ее взаимодействия с природой, но тогда они были еще очень ограниченными по своим масштабам. Первым существенным антропогенным фактором стало влияние на, а природу с помощью огня, значительно распространился набор с развитием животноводства, растениеводства, появлением крупных поселений. Особое значение для организмов биосферы имели такие антропогенные факторы, аналогов которых не было у природе ранее, поскольку в ходе эволюции эти организмы не смогли выработать определенных приспособлений к ним. Во время воздействие человека на биосферу достигло огромных масштабов: происходит тотальное загрязнение природной среды, географическая оболочка насыщается техническими сооружениями (городами, заводами, тру водами, шахтами, водохранилищами и др.); техническими предметами (т.е. остатками космических аппаратов, контейнерами с токсичными веществами, свалками) новыми веществами, которые не ассимилируются биотой; новыми процессами - химическими, физическими, биологическими и смешанными (термоядерный синтез, биоинженерия и т.п..

Все разнообразие антропогенных факторов подразделяют на основные подгруппы:

Факторы-тела - это, например, искусственный рельеф (курганы, терриконы), водоемы (водохранилища, каналы, пруды), сооружения и здания и т.д. Факторы этой подгруппы характеризуются четкой пространственной определенностью и длительным действием. Производимые прежде, они часто существуют веками и даже тысячелетиями. Многие распространены на значительных площадях.

Факторы-вещества - это обычные и радиоактивные химические вещества, искусственные химические соединения и элементы, аэрозоли, сточные воды и т.д. Они, в отличие от первой подгруппы, не имеют конкретной пространственной определенности, постоянно изменяют концентрацию и перемещаются, меняя соответственно степень воздействия на элементы природы. Часть из них со временем разрушается, другие могут присутствовать в среде десятки сотни и даже тысячи лет (например, некоторые радиоактивные вещества), что обусловливает возможность их аккумуляции в природе.

Факторы-процессы - это подгруппа антропогенных факторов, к которой относятся воздействие на природу домашних животных и растений, уничтожение вредных и разведение полезных организмов, случайное или целенаправленное перемещение организмов в пространстве, добыча полезных ископаемых, эрозия почв и т.д. Эти факторы часто занимают ограниченные участки природы, но иногда могут охватывать и большие пространства. Помимо прямого воздействия на природу, часть вызывает и ряд косвенных изменений все процессы имеют высокую динамику и часто однонаправленны.

Факторы-явления - это, например, тепло, свет, радиоволны, электрическое и электромагнитное поле, вибрация, давление, звуковые эффекты и др. В отличие от других подгрупп антропогенных факторов, явления в основном имеют точные параметры. Как правило, по мере удаления от источника их влияние на природу уменьшается.

На основе изложенного антропогенными факторами можно называть лишь те произведенные человеком тела, вещества, процессы и явления, которые не существовали в природе до появления человека. В том случае, если определенные антропогенные факторы не существовали до появления человека только в каком-то (определенном) регионе, их называют региональными антропогенными факторами; если их не было только определенному сезону, то их называют сезонными антропогенными факторами.

В тех случаях, когда произведенное человеком тело, вещество, процесс или явление по своим качествам и свойствам не аналогичны природным факторам, то его можно считать антропогенным фактором только тогда, когда он количественно преобладает над естественным. Например, тепло, является естественным фактором, становится антропогенным, если его количество, которую выделяет предприятие в окружающую среду, вызывает повышение температуры этой среды, такие факторы называют количественно-антропогенными.

Иногда под воздействием человека осуществляется переход тел, процессов, веществ или явлений в новое качество. В этом случае речь идет о качественно-антропогенных факторах, например, пески, становятся подвижными в результате уничтожения человеком растительности, их закрепляла, вода, которая образовывалась из ледника при его таянии под влиянием антропогенного потепления.

Комплекс антропогенных факторов, влияющих на состояние биосферы, очень разнообразен. Действие каждого из них или их группы может стать причиной различных негативных последствий. Те или иные "события" в биосфере, вызванные ни антропогенными факторами, развиваются по принципу цепной реакции. Воздействие человека на природу может быть сознательным (специальным) и случайным (необдуманным). Так, человек сознательно создает новые биогеоценозы, выводит высокопроизводительные и устойчивые к заболеваниям формы организмов, размножает одни виды и уничтожает другие т.п. Такие действия, как правило, положительные, но нередко они становятся отрицательными. К случайным действиям относят те, которые были заранее предусмотрены и запланированы, например, случайный завоз различных вредителей или паразитов вместе с грузом, пищевыми продуктам и т.д., или нежелательные явления, вызванные вполне сознательными действиями, - осушением болот, целины, чрезмерным выпас скота, орошением, вырубкой лесов и т.д.

Рассмотрим такое обычное антропогенное воздействие, как выпас скота. Во-первых, это сразу приводит к угнетению в биоценозе ряда видов, которых поедают домашние животные. Во-вторых, вследствие этого на территории образуются группировки с относительно небольшим количеством видов, которые скот не принимает, поэтому каждый из них имеет значительную численность. В-третьих, биогеоценоз, возникший таким образом, становится малоустойчивым, подвержен колебаниям численности популяции, и поэтому, если действие фактора (выпаса скота) усиливаться, это может привести к глубоким изменениям и даже полной деградации биогеоценоза.

При выявлении и изучении антропогенных факторов основное внимание уделяется не тем средствам, которыми они изготовлены, а теми их элементами, которые вызывают изменения в природе. С позиций учения о факторах антропогенного воздействия на природу можно определить, как сознательное и бессознательное влияние через производимые человеком антропогенные факторы. Это влияние осуществляется не только в процессе человеческой деятельности, но и после ее завершения. Влияние человека, классифицируется по видам деятельности, и является комплексным фактором. Например, если проанализировать вспашку поля трактором как действие комплексного антропогенного фактора, можно привести следующие его составляющие: 1) уплотнение почвы; 2) раздавливания почвенных организмов, 3) рыхления почвы, 4) переворачивания почвы, 5) разрезания организмов плугом, 6) вибрация почвы, 7) загрязнение почвы остатками топлива; 8) загрязнения атмосферы выхлопами, 9) шумовые эффекты.

Большинство антропогенных факторов распространены в зонах интенсивного развития промышленности и сельского хозяйства. Однако некоторые, произведенные на ограниченных территориях, могут встречаться в любом регионе земного шара, их способности к миграции (например, радиоактивные вещества с длительным периодом распада, устойчивые ядохимикаты). Даже те, которые очень широко распространены на планете или в отдельном регионе, у природы распространяются неравномерно, создавая при этом зоны высокой и низкой концентрации, а также зоны полного их отсутствия. Так вспашка почвы и выпас скота осуществляются только на определенных участках, а на каких необходимо точно знать.

Далеко не все антропогенные факторы производятся человеком непрерывно; они имеют разную периодичность, так, сенокошение происходит в определенный период, но ежегодно; загрязнения атмосферы промышленными предприятиями осуществляется или в определенные часы, или круглосуточно. Изучение динамики производства факторов очень важно для правильной оценки их влияния на природу. При увеличении количества периодов и их продолжительность влияние на природу усиливается вследствие уменьшения возможностей для самовосстановления количественных и качественных особенностей элементов природы.