Понятие об экологических факторах. 1.1.Абиотические факторы1.2.Биотические факторы. 1.3.Антропогенные факторы. 1.4.Взаимодействие экологических факторов.

Лабораторные работы по предмету: Геоэкология

Тема №1. Экологические факторы и их взаимодействие в геосистемах. (5 часов)

Понятие об экологических факторах. 1.1.Абиотические факторы1.2.Биотические факторы. 1.3.Антропогенные факторы. 1.4.Взаимодействие экологических факторов.

1.Понятие об экологических факторах. Жизнедеятельность человека, как и любых других живых организмов, неразрывно связана с определёнными условиями окружающей среды. Она зависит от температуры, влажности, газового состава атмосферного воздуха, качества воды, механического состава почвогрунтов и плодородчя почв, состава пищи и пр. Это, так называемые экологические факторы, под которыми понимают любые условия окружающей среды, на которые живые организмы реагируют приспособительными реакциями. Экологические факторы характеризуют определённые требования организма к качеству окружающей среды. Качество окружающей среды – это степень соответствия природных условий потребностям людей или других живых организмов. Отклонение от этого соответствия, резкое изменение природных факторов от требуемой организму нормы (другими словами – от привычного качества среды) приводит к нарушениям обмена веществ в организме и даже угрожает жизни человека. Высокое качество окружающей среды географических систем выражается в соблюдении ряда условий. Необходимо:1.Устойчивое существование и развитие живых организмов в конкретных условиях окружающей среды природно – антропогенных ландшафтов; 2.Отсутствие каких – либо неблагоприятных последствий для живых организмов и людей, живущих в том или ином ландшафте. Качество окружающей среды определяется на основе суммы критериев. В числе их обычно называют: высокую биологическую продуктивность геосистемы, благоприятные условия жизнедеятельности населения в границах определённых природно – антропогенных ландшафтов. Геосистемы разного уровня в той или иной мере подвержены антропогенному воздействию, следствием чего может явиться экологическая дестабилизация (нарушение привычного экологического фона) природной среды. При этом нарушается режим многих биотических и абиотических факторов, которые очень часто выходят за пределы, отвечающие экологическим требованиям живых организмов, в том числе человека. Экологическая дестабилизация природной среды является результатом воздействия на геосистемы различных экологических факторов.Под экологическими факторами следует понимать условия внешней среды, оказывающие воздействие на человеческое сообщество в пределах природно – антропогенных систем различного структурного уровня. Живые организмы реагируют на экологические факторы различными приспособительными реакциями. Наиболее полная классификация экологических факторов разработана Н.Ф.Реймерсом. В зависимости от продолжительности воздействия он выделяет факторы периодические и непериодические (постоянные, повторяющиеся, случайные). Экологические факторы по происхождению можно разделить на: космические, абиотические (абиогенные), биогенные, природно – антропогенные и др. По принципу среды возникновения их разделяют на атмосферные, водные, геоморфологические, физиологические, биосферные и др.По своему характеру факторы среды могут быть физическими, геофизическими, термическими, химическими, климатическими и т.д. Многофакторная классификация Н.Ф.Реймерса относительно сложная для восприятия и практического использования. Более известна классификация..экологических факторов, предложенная И.Н.Пономарёвой. Экологические факторы, определяющие состояние географических систем, принято делить на следующие категории: абиотические, биотические, антропогенные.

1.1.Абиотические факторы охватывают совокупность климатических и почвенно – грунтовых условий окружающей среды. К ним относятся: космическая и солнечная радиация; зональные, высотные и глубинные градиенты света и тепла; гравитация и давление с их высотными и глубинными градиентами; электромагнитное поле Земли; атмосфера, её состав и закономерности циркуляции воздушных масс; поверхность литосферы сеё рельефолм, почвами, различным минеральным составом и гранулометрией, теплоёмкостью ивлагоёмкостью; гидросфера с градиентами её состава, закономерностями водообмена и газообмена и др. Космическая радиация. Источником её служат процессы, происходящие вне Земли: изменения солнечной активности, поток космических лучей и др.Влияние на геосистемы выражается в проявлении ритмики природных процессов, обусловленных солнечноземными связями, в нарушении целостности озоносферы Земли (озоновые дыры) и т.п. Солнечная радиация.Лучистая энергия Солнца распространяется в основном в виде электромагнитных волн, которые проникают в земную атмосферу и достигают поверхности Земли. В составе солнечного излучения 48% приходится на видимую часть спектра, 45% - на инфокрасное и 7% - на ультрофиолетововое излучение. Электромагнитное излучение Солнца – единственный источник энергии для экзагенных процессов на Земле.Роль солнечного света невозможно переоценить. Преимушественное значение для жизни имеют инфракрасные лучи, адля фотосинтеза – ультрофиолетовое излучение. Разрушение озоносферы в результате техногенеза делает возможным проникновение на Землю губительных для живых организмов ультрафиолетовых лучей. Освещённость земной поверхности непосредственно связана с лучистой энергией Солнца. Смена дня и ночи, обусловленная вращением Земли, играет важную физиологическую роль в жизни живых организмов: суточные ритмы активности животных и растений. Проявление техногенеза, выражающиеся в загрязнении атмосферного воздуха, высотной застройки могут вызвать нарушения условий освещения и ухудшение экологической обстановки антропогенных факторов. Климатические факторы. Связаны с поступлением солнечной энергии на земную поверхность, обусловлены Характером циркуляции воздушных масс, балансом тепла и влаги, динамикой атмосферного давления и другими метеорологическими элементами. Атмосферные факторы связаны чаще всего с физическим состоянием и химическим составом атмосферы: давлением и влажностью атмосферного воздуха, осадками, газовым составом атмосферы, температурой земной поверхности, движением воздушных масс (ветром) и давлением атмосферы. Влажность атмосферного воздуха. Связана с насыщением воздуха водяными парами, количество которых зависит от температуры воздуха. Наибольшее экологическое значение для биотической среды геосистем имеет дефицит влажности, который характеризует разность между максимальным и данным насыщением воздуха водяными парами. Общим правилом является соответствие более высокого дефицита влажности повышенному температурному фону и сухости воздуха геосистемы и наоборот. Значение этого фактора для биоты связано с интенсивностью физиологических процессов живых организмов. Антропогенез способен вызывать, изменения естественного режима влажности атмосферного воздуха в городских, промышленных, сельскохозяйственных и водохозяйственных ландшафтах. Атмосферные осадки тесно связаны с влажностью воздуха. Наибольшее экологическое значение имеет резко выраженная пространственная неравномерность в выпадении осадков, сумма осадков и её распределение по сезонам года. Антропогенное воздействие оказывает влияние на фактор атмосферных осадков. Например, в городах и промышленных узлах осадков выпадает на 10% больше, чем в сельскохозяйственной местности. Важная роль принадлежит осадкам в самоочищении атмосферного воздуха. Температура земной поверхности. Экологическая роль термического фактора связана с воздействием температуры на окружающую среду. Наибольшее значение имеют территориальные различия в температурном режиме Земли, выражающиеся в существовании тепловых поясов. Значение термического фактора для эволюции живой природы очень велико. Хозяйственная деятельность человека в основнм обуславливает общее повышение температурного фона природно – антропогенных систем на Земле. Движение воздушных масс. Ветер оказывает влияние на все элементы климата: режим температуры, влажность, испарение влаги. Это один из наиболее существенных экологических факторов, определяющих транспирацию растений, перенос и рассеивание загрязнителей природной среды. Антропогенез, как правило, замедляет скорость ветра в городских игломератах, что приводит к усиливанию загрязнения геосистем. Газовый состав атмосферы. В связи с постоянством состава атмосферного воздуха на Земле, отмечается высокая степень адаптации к нему живых организмов. В атмосферном воздухе содержатся частицы почвенной пыли и морских солей. Под влиянием техногенеза в атмосфере городских и промышленных ландшафтов наблюдается резкое повышение содержания твёрдых и жидких аэрозольных частиц: сажи, пыли, воды, кислот и пр. Антропогенез определяет повышение содержания СО2 в атмосфере (парниковый эффект), разрушает озоносферу (озоновые дыры), приводит к загрязнению атмосферы множеством чужеродных ингредиентов. В результате этого, во многих регионах Земли сложилась чрезвычайно неблагоприятные для жизнедеятельности человека экологические условия окружающей среды. Геолого – геоморфологические факторы. Связаны с геологическими структурами, рельефом, степенью расчленённости земной поверхности. Чаще всего, эти факторы являются регуляторами степени интенсивности природно – антропогенных, экзодинамическмх процессов (эрозия, оползни, обвалы). Антропогенез часто приводит к нарушениям естественного геохимического фона ландшафтов(выбросы породы с глубины сотен метров при добычи полезных ископаемых и её последующее выщелачивание), иссяканию водоносных горизонтов и т.д. Местоположение геосистемы, её орографическое строение и рельеф определяют экологические особенности ландшафтов. Например, высокий фон загрязнения атмосферы в городах Алматы и Усть – Каменногорске, Шымкенте во – многом связан с приземными инверсиями температуры воздуха и штилевым режимом ветров в условиях котловинного рельефа этих промышленных регионов Казахстана. Эдафические факторы. Почвенный фактор играет важную роль в эволюции геосистем. Почва представляет собой сложное биокосное образование, возникшее на контакте литосферы и атмосферы в результате сложного взаимодействия климата, растительности, животных и микроорганизмов. Экологическая роль почвы в геосистемах связана с их плодородием (содержанием гумуса), механическим составом (агрегатностью), влажностью, аэрированностью и газовым составом почвенного воздуха. Большое экологическое значение имеет кислотная реакция почвы, её плотность и температурный режим. Роль эдафических факторов в эволюции природно – антропогенных геосистем чрезвычайно велика. В тоже время, почва весьма уязвима перед проявлениями техногенеза..(убывания плодородия, почвенная эрозия, загрязнение почв, деградация почв под асфальтовым покрытием улиц городов и пр.) Особое значение имеют факторы: солености (наличие водорастворимых соединений в посвах) и кислотности, определяемой наличием свободных и обменных ионов (Н, АI и др.) в почве (показатель рН среды). Химические факторы – экологические факторы, обусловленные химическим составом природной среды. Они объединяют газовый состав атмосферного воздуха, солёность поверхностных и подземных вод, кислотность почвенных растворов, засолённость почв легкорастворимыми солями (хлоридами, сульфатами, карбонатами) и пр. Обычно химические факторы влияния на среду обусловлены характером антропогенного воздействия в результате применения химических удобрений, пестицидов, детергентов, промышленных и хозяйственно бытовых выбросов и пр.Водные факторы являются исключительно важным средообразующим компонентом географических систем. Важнейшими физическими и экологическими свойствами водной среды являются следующие: 1.Подвижность водной массы, способствующая в результате постоянного перемещения воды поддержанию относительной однородности физических и химических характеристик водной массы, состава и свойств воды; 2.Температурная стратификация, те, изменение термального режима воды по глубине водного объекта;3.Прозрачность воды, определяющая световой режим водной массы и др.Важное значение для биотической среды природно – антропогенных систем имеет соленость воды, характеризующаяся содержанием в ней, в основном, карбонатов, хлортдов, сульфатов. Условия жизнедеятельности организмов зависят также от объёма растворённого в водной массе кислорода и диоксида углерода, а также от кислотности водной среды (рН).Водная среда испытывает исключительно мощное антропогенное воздействие. В результате загрязнения водной среды особенно сильно изменяются параметры прозрачности, мутности, химического состава водной массы.

1.2.Биотические факторы. Под биологическими экологическими факторами понимают совокупность влияния живых организмов на природную среду. Иными словами, это комплекс разнообразных взаимоотношений между животными, растениями, микроорганизмами и средой обитания.Экологическое воздействие биотических факторов на геосистемы может проявляться в форме поедания одних организмов другими, конкурентных взаимоотношений, паразитизма, переноса болезней, воздействия организмов на оъекты неживой природы(термиты), выделение фитонцидов растениями и т.д. Взаимоотношения между живыми организмами чрезвычайно разнообразны. Они могут иметь форму прямого и косвенного воздействия. Прямое воздействие предполагает непосредственное влияние одного организма на другие; косвенное – проявляется через изменение организмом среды обитания и абиотических факторов, необходимых другим растениям или животным. Например, гибель леса, поражённого сибирским шелкопрядом, приводит к исчезновению лесного биотопа с характерной фауной. Очень важная форма взаимодействия живых организмов – пищевые (трофические) связи. Каждая природно – антропогенная геосистема характеризуется определённым количеством и качеством первичного органического вещества. Плотность биомассы оказывает определяющее воздействие на взаимоотношения между растениями и животными в геосистемах. В свою очередь, биологическая продуктивность природной среды находится под сильным влиянием факторов антропогенного воздействия.

1.3.Антропогенные факторы. Это факторы, обусловленные различными формами влияния деятельности человека на отдельные компоненты окружающей среды и геосистем в целом. Они охватывают процессы, возникающие в ходе непосредственного воздействия человека на природную среду, или же косвенно обязанные своим происхождением техногенезу.По своей природе антропогенные факторы влияют на среду ммгут быть физическими, химическими, климатическими и биотическими, по времени действия - постоянными и периодическими, елезаметными и катастрофическими. Они бывают первичными или прямыми (истребление, акклиматизация животных, интродукция растений), вторичными или косвенными (вырубка лесов, осушение болот, распашка земель и т.д. Для количественных и качественных характеристик антропогенных факторов обычно используют понятие – антропогенная нагрузка. Она характеризует величину прямого или опосредованного антропогенного воздействия на природную среду. Антроапогенные факторы обычно относят к побочным последствиям взаимоотношений общества с природной средой. Чаще всего они проявляются в виде случайных, разовых воздействий на компоненты природной среды и геосистемы, сопровождающих целенапрвленную хозяйственную деятельность человека. Эти воздействия могут носить характер преднамеренного (планируемого, с ожидаемыми последствиями) и непреднамеренного (с неожиданными последствиями) воздействия на геосистемы. В связи с этим факторы антропогенного воздействия на окружающую среду слабо поддаются прогнозированию, их многообразные, негативные проявления трудно предвидеть. Кроме того, антропогенные факторы очень часто проявляются в комплексе, обнаруживая эффект суммации или синергизма. Интеграция факторов антропогенного воздействия затрудняет предвидение их многообразных последствий влияния на геосистемы. Это создаёт огромные (часто непреодолимые) трудности в управлении качеством окружающей среды. Известно несколько вариантов классификации антропогенных экологических факторов, разработанных разными авторами. И.П.Лаптев предлагает классифицировать их на основе следующих признаков: по природе, времени происхождения и действия, по длительности антропогенного воздействия, способности аккумуляции в природе и миграции, по стойкости вызываемых ими изменений в природе и видам хозяйственной деятельности человека. Ограничимся в качестве примера классификацией антропогенных факторов воздействия на окружающую среду по признаку их происхождения (природы). И.П.Лаптев различает факторы: механические, физические, химические, биологические и ландшафтные. 1. Механические: давление колёсами и гусеницами машин, взвеси в воздухе и в воде, течения, рубка леса, отлов животных, сбор дикорастущих растений, препятствие для движения рыб, вибрация, изъятие полезных ископаемых, переворачивание пласта почвы и т.д.2.Физические: тепло, свет, электрополе, радиоволны, звуковые колебания, цвет, изменение влажности и т.д.3.Химические: химические элементы и соединения, выбрасываемые в природную среду и аккумулирующие в геосистемах. 4.Биологические: воздействие интродуцированных организмов, антропогенный естественный отбор, искусственный отбор в популяциях диких организмов, разведение, посадка лесов и пр.5.Ландшафтные6 искусственные реки и озёра, антропогенный рельеф, рекультивированные участки, каналы искусственные леса, луга и т.д.Рассмотренные нами природные и антропогенные экологические факторы окружающей среды проявляются, как правило, совместно, тесно переплетаясь между собой, что не позволяет однозначно судить о многообразных последствиях их влияния на геосистемы. Основная задача изучения экологических факторов заключается в познании их с целью обеспечения стабильности геосистем. Стратегическая цель заключается в предотвращении экологической дестабилизации природной среды в режиме, обусловленном экологическими факторами. Например, предупреждение загрязнения атмосферного воздуха в условиях постоянного безветрия или устойчивых температурных инверсий региона г. Алматы. Пределом стремления к идеально организованной в экологическом плане системе является ноосфера (сфера разума), достижение которой в будущем возможно лишь на основе всеобщей экологизации сознания и мышления населения.

1.4.Взаимодействие экологических факторов. Перечисленные выше экологические факторы проявляются в геосистемах не раздельно – чаще всего взаимодействуют между собой, что нередко приводят к эффекту синергизма. (синергетический эффект. т согласованно действующее, совместное проявление взаимодействия нескольких факторов, приводящее к сложным реакциям в гео и экосистемах.. В качестве яркого примера синергизма назовём образование смога в г. Лос – Анжелес, происходящее в результате взаимодействия ряда природных и антропогенных экологических факторов. Экологические факторы очень часто выступают в роли лимитирующих факторов., ограничивающих распространение какого - либо природного процесса или явления. Проявление лимитирующих, экологических факторов обычно основывается на экологических законах минимума и толерантности. Закон минимума Ю.Либиха (1840) определяет, что рост и развитие организма зависит в первую очередь от тех факторов природной среды, значения которых приближаются к экологическому минимуму. Применительно к геоэкологии это означает, в частности, что интенсивность оврагообразования в овражно – балочной геосистеме зависит от начальных, струйчатых, эрозионных борозд а склонах оврагов.Закон толерантности В.Шелфорда (1913) костатирует, что рост и развитие организмов изначально зависит от тех факторов природной среды, значение которых приближаются к экологическому максимуму и минимуму. Это означает, например, что оптимальное развитие природных территориальных комплексов происходит в условиях средних годовых и среднемесячных показателей климата данной природно – антропогенной геосистемы. Применение теории лимитирующих факторов и Закона толерантности лежит в основе реализации практических меропрятий по рациональному природопользованию и охране природы, осуществляемых в границах географических систем. Лимитирующие факторы в геоэкологии нередко управляют процессами экологической дестабилизации окружающей среды. Например, комплексное использование минерально – сырьевых ресурсов кокретного месторождения ограничивается уровнем содержания в руде ценных компонентов. Освоение водных ресурсов лимитируется условиями гидрологического режима водотоков. Уровень использования биологических ресурсов ограничивается показателями биопродуктивности эко геосистем и возможностями их воспризводства и т.д.