Лимитирующие факторы среды

Наиболее интересно и наглядно проявляется действие лимитирующего фактора на организм не в зоне оптимума или при значениях, соответствующих пределам устойчивости, а в стрессовых зонах, когда под действием лимитирующего фактора организм проявляет различные адаптационные механизмы, в том числе и фенотипическую изменчивость, что легко пронаблюдать на примере такого привычного всем растения, как одуванчик.

Рассмотрим действие двух факторов, подчиняющихся закону Либиха, - освещенности и температурного режима - на фенотип одуванчика. Вследствие значительной изменчивости экземпляров этого растения, произрастающих в условиях яркого освещения, преобладают черты светолюбивых растений: сольно разветвленная корневая система, мелкие толстые мясистые листовые пластинки c густым жилкованием; листья располагаются под углом к лучам солнца и обладают своеобразным движением в связи c защитой от чрезмерного освещения (суточный режим движения). B то же время одуванчики, произрастающие в затенении, характеризует внешний вид, присущий растениям - тенелюбам: слабее развита корневая система, листовые пластинки довольно крупные, мягкие, широкие, тонкие, c редким жилкованием; листья располагаются перпендикулярно к плоскости падающего света, образуют листовую мозаику для более полного улавливания света. При сравнении срезов листа растения, выросшего на свету, c тем, которое росло в тени, можно найти более глубокие гистологические изменения, дополняющие результаты сравнения по морфологическим признакам.

Очень наглядно проявляется  и влияние на одуванчик различных  температур, причем если в рассматриваемом  ранее случае c влиянием на растения света изменения можно было пронаблюдать, сравнивая экземпляры, произрастающие в разных условиях, то влияние смен температур можно пронаблюдать буквально на одном одуванчике. B условиях низких температур (+4, +б град.) весной растения образуют сильно изрезанные ранневесенние листья. Если после появления листьев такого типа перенести растение в оранжерею c температурным режимом +15 - +18 град., y него развиваются цельнокрайные листья, a в случае помещения растения в условия промежуточного значения температурного режима образуются листья c незначительной изрезанностью по краям. Таким образам, лимитирующий фактор значений, укладывающихся в стрессовую зону, во многом является фактором определяющим.

Серьезным дополнением  к сформулированному Либихом  закону лимитирующих факторов является положение, гласящее, что изменение  любого биотического или абиотического фактора вызывает цепную реакцию c далеко идущими последствиями. Особенно важен и закон минимумов Либиха, и все дополнения к нему в условиях постоянно меняющегося антропогенно - трансформированного мира. Уже сейчас на всей Земле практически невозможно найти область, свободную от прямого или косвенного антропогенного влияния. Далеко отстоящее от естественных экосистем, влияние человека во многом является тем самым лимитирующим фактором, действие которого может привести к гибели, как отдельные организмы, так и целые виды и экосистемы. Истории человечества известны многие и многие случаи такого воздействия, как, например полное истребление огромнейших по численности и биомассе популяций стеллеровой морской коровы, «занявшее» y человека небольшой отрезок времени, исчисляющийся даже не десятками лет, a всего лишь годами, в противовес едва ли не вековым периодам естественного становления экосистемы.

Данный пример иллюстрирует прямое, хотя и не предумышленное влияние  человека на природу. B то время как существует еще огромнейший перечень таких же ситуаций, так и ситуаций, определяющихся косвенным влиянием человека, как, например, возникновение и прогрессирование озоновых дыр, связанных c применением веществ, обладающих выраженными оксидантными свойствами. Проявлением величайшей экологической неграмотности c точки зрения современного человека можно считать попытки интродукции кроликов в Австралию и коз на остров Св. Елены. Не встретив естественных врагов, эти животные оказались причиной практически полного разрушения экосистем, выступив в роли лимитирующего фактора.

Фактически все модели, использующие описание скоростей роста  популяций или сообществ растительных организмов, основываются либо на принципе Либиха, либо на законе Митчерлиха. B первом случае общая скорость моделируемого процесса определяется минимальной из скоростей потребления биогенных элементов, во втором — функциональной комбинацией скоростей потребления всех питательных элементов. Для систем первого типа И.А.Полетаев (1973) предложил название "системы Либиха", второй путь фактически является какой-либо математической экспликацией закона Митчерлиха. Проиллюстрируем простейшие (и наиболее употребляемые) из способов использования закона Либиха в системах дифференциальных уравнений для относительной скорости роста m:

и закона Митчерлиха:

в случае потенциального ограничения роста тремя факторами  — интенсивностью света (I), содержанием  фосфора (P) и азота (W);

здесь K c соответствующими индексами — константы полунасыщения.

Следует отметить, что исходные формулировки принципов лимитирования как Либих, так и Митчерлих относят к популяциям одного вида. B то же время на практике эти принципы часто используются в применении к многовидовым сообществам. Например, в моделях водных экосистем, упоминавшихся выше, описываются скорости роста агрегированного фитопланктонного сообщества, в действительности состоящего из значительного количества видов. Таким образам, концепция лимитирующих факторов в применении к сообществам организмов требует определенной теоретической проработки.

 

3.1. Целеноправленное воздействие человека

 

- распашка и интенсивное  освоение целинных земель (сурок  вытесняется с территорией, являющихся  средой его обитания, на участки  с менее благоприятными условиями  - пашни);

- одичавшие собаки и кошки (наносят ощутимый урон популяции сурка, уничтожая как сеголеток, так и взрослых зверьков);

- степные пожары (уничтожается  травостой – кормовая база  сурка);

- браконьерство (в  последние годы в результате  кардинального снижения спроса  на сурочьи шкурки, и по иным сопутствующим причинам, браконьерство утратило свою актуальность, ущерб от него минимальный).

Охота, как лимитирующий фактор, незначительно сказывается  на популяции казахстанского подвида  степного сурка. Промысел сурков в Оренбургской области не ведется в связи с низкой экономической стоимостью сырья. Охота производится чаще в спортивных и реже в коммерческих целях.

Основными причинами  динамики численности популяции  сурков являются изменения кормовой базы и защитных условий. В связи  с сокращением пастбищных площадей в последние годы естественные местообитания сурков заметно трансформируются. «Заростаемость» степных ландшафтов, ранее массово использованных в сельском хозяйстве, приводит к снижению качества кормовой базы (преобладают старые побеги) и ухудшению защитных условий (снижается просматривоемость степных пространств). В таких условиях осенние степные пожары благоприятно сказывается на поголовье сурков.

 

 

3.2. Шумовое  загрязнение среды. Защита от  шумового воздействия

 

 

Шумовое (акустическое) загрязнение (англ. Noise pollution, нем. Lärm) — раздражающий шум антропогенного происхождения, нарушающий жизнедеятельность живых организмов и человека. Раздражающие шумы существуют и в природе (абиотические и биотические), однако считать загрязнением их неверно, поскольку живые организмы адаптировались к ним в процессе эволюции.

 Главным источником шумового загрязнения являются транспортные средства — автомобили, железнодорожные поезда и самолёты.

В городах уровень  шумового загрязнения в жилых  районах может быть сильно увеличен за счёт неправильного городского планирования (например, расположение аэропорта в черте города).

Помимо транспорта (60-80 % шумового загрязнения) другими важными источниками шумового загрязнения в городах являются промышленные предприятия, строительные и ремонтные работы, автомобильная сигнализация, собачий лай, шумные люди и т. д.

С наступлением постиндустриальной эпохи всё больше и больше источников шумового загрязнения (а также электромагнитного) появляется и внутри жилища человека. Источником этого шума является бытовая и офисная техника.

Более половины населения  Западной Европы проживает в районах, где уровень шума составляет 55-70 дБ.

3.3. Защита от шумового воздействия

 

Как и все другие виды антропогенных воздействий, проблема загрязнения среды шумом имеет  международный характер. Всемирная  организация здравоохранения, учитывая глобальный характер шумового загрязнения окружающей среды, разработала долгосрочную программу по снижению шума в городах и населенных пунктах мира.

В России защита от шумового воздействия регламентируется Законом  Российской Федерации «Об охране окружающей среды» (2002) (ст. 55), а также постановлениями правительства о мерах по снижению шума на промышленных предприятиях, в городах и других населенных пунктах.

Защита от шумового воздействия  — очень сложная проблема и  для ее решения необходим комплекс мер: законодательных, технико-технологических, градостроительных, архитектурно - планировочных, организационных и др. Для защиты населения от вредного влияния шума нормативно - законодательными актами регламентируется его интенсивность, время действия и другие параметры. Госстандартом установлены единые санитарно-гигиенические нормы и правила по ограничению шума на предприятиях, в городах и других населенных пунктах. В основу норм положены такие уровни шумового воздействия, действие которых в течение длительного времени не вызывает неблагоприятных изменений в организме человека, а именно: 40 дБ днем и 30 — ночью. Допустимые уровни транспортного шума установлены в пределах 84— 92 дБ и со временем будут снижаться.

Технико-технологические меры сводятся к шумозащите, под которой понимают комплексные технические меры по снижению шума на производстве (установка звукоизолирующих кожухов станков, звукопоглощение и др.), на транспорте (глушители выбросов, замена колодочных тормозов на дисковые, шумопоглощающий асфальт и др.).

На градостроительном  уровне защита от шумового воздействия  может быть достигнута следующими мероприятиями (Швецов, 1994):

— зонированием с выносом  источников шумов за пределы застройки;

— организацией транспортной сети, исключающей прохождение шумных магистралей через районы жилой застройки;

— удалением источников шума и устройством защитных зон  вокруг и вдоль источников шумового воздействия и организация зеленых  насаждений;

— прокладкой магистралей в туннелях, устройством шумозащитных насыпей и других поглощающих шум препятствий на путях распространения шума (экраны, выемки, ковальеры);

Архитектурно-планировочные  меры предусматривают создание шумозащитных зданий, т. е. таких зданий, которые  обеспечивают помещениям нормальный акустический режим с помощью конструктивных, инженерных и других мер (герметизация окон, двойные двери с тамбуром, облицовка стен звукопоглощающими материалами и др.).

Определенный вклад  в защиту среды от шумового воздейтвия вносит запрещение звуковых сигналов автотранспорта, виаполетов над городом, ограничение (или запрещение) взлетов и посадок самолетов в ночное время и другие организационные меры.

Однако указанные меры вряд ли дадут должный экологический  эффект, если не будет понято главное: защита от шумового воздействия — проблема не только техническая, но и Асоциальная. Необходимо воспитывать звуковую культуру (Бон-Едаренко, 1985) и осознанно не допускать действий, которые способствовали бы возрастанию шумового загрязнения среды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

 

Интенсивность тех или иных биологических процессов часто оказывается чувствительным к двум или большему числу факторов окружающей среды. В этом случае решающее значение будет принадлежать такому фактору, который имеется в минимальном, с точки зрения потребностей организма, количестве. Это правило было сформулировано Ю. Либихом и получило название закона минимума. Разные факторы среды могут взаимодействовать, то есть недостаток одного вещества может приводить к дефициту других веществ. Поэтому в целом закон минимума можно сформулировать следующим образом: успешное выживание живых организмов зависит от комплекса условий; ограничивающим, илы лимитирующим, фактором является любое состояние среды, приближающееся или выходящее за границу устойчивости для организмов данного вида.

B природе закономерности, лежащие в основе правила минимума, определяют многие важные моменты географического распространения, морфологии, экологии, физиологии животных и растений. Во многих случаях экологические барьеры формировали в истории видов их современнее ареалы. Как приспособление к лимитирующим факторам в эволюции животных сформировались некоторые специфические формы поведения - такие, как солонцевание, водопойные миграции, перемещения, связанные c избежанием неблагоприятного воздействия многоснежия.

На базе приспособления к наиболее постоянно действующим лимитирующим факторам в эволюции ряда таксонов возникли экологические конвергенции и параллелизмы, когда в разных, в том числе неродственных группах возникают однотипные морфологические или физиологические особенности.

 

 

 

Список литературы

 

 

1.А.С. Степановских  Общая экология : учебник для вузов/Автор  – составитель А.С.Степановских. – М.:ЮНИТИ – ДАНА, 2001. – 210 с.

2. Г.Н. Голубев  Геоэкология:  Учебник для студентов вузов  / Г.Н.Голубев. – 2-е изд. испр. и доп. – М.:Аспект Пресс, 2006. – 288с.

3. А.П. Пехов Биология  с основами экологии: Учебник. 6-е  изд., испр. – СПб.: Издательство «Лань», 2006. – 688с.

4. В.Д.Федоров,  Т.Г.Гильманов Экология. Изд-во МГУ, 1980, 464 с., с ил. 
5. Г.В. Стадницкий, А.И Родионов. Экология. М.: Химия, 1997. - 240 с.