Лимитирующие факторы

Количество атмосферных осадков обусловлено физико-географическими условиями и неравномерно распределено на земном шаре. Но для организмов важнейшим лимитирующим фактором является распределение осадков по сезонам года. В умеренных широтах даже при достаточном количестве годовых осадков их неравномерное распределение может привести к гибели растений от засухи или, наоборот, от переувлажнения. В тропической зоне организмам приходится переживать влажные и сухие сезоны, регулирующие их сезонную активность при постоянной почти круглый год температуре.

Влажность воздушной среды обычно характеризуется показателем относительной влажности, т. е. отношением реального давления водяного пара к давлению насыщенного пара при той же температуре. Отсюда следует способность влажности изменять эффекты влияния температуры: понижение влажности ниже некоторого предела при данной температуре ведет к иссушающему действию воздуха.

Иссушающее действие воздуха имеет наиболее важное экологическое значение для растений. Подавляющее большинство растений всасывает воду из почвы с помощью корневой системы. Иссушение почвы затрудняет всасывание. Растения в зависимости от способов их адаптации к влажности разделяются на гидатофиты — водные растения; гидрофиты — наземно-водные растения; гигрофиты — наземные растения, живущие в условиях повышенной влажности; мезофиты—растения, переносящие незначительную засуху; ксерофиты — растения сухих степей и пустынь, способные накапливать влагу в мясистых листьях и стеблях. Животные по отношению к воде разделяются на такие экологические группы, как гигрофилы (влаголюбивые), ксерофилы (сухолюбивые) и мезофилы (промежуточная группа).

Доступный запас воды для поглощения корневой системой растений зависит прежде всего от количества осадков в данном районе и водопроницаемости поверхностного грунта. Даже при большом количестве осадков высокая проницаемость песчаных и песчано-гравийных отложений приведет к быстрой фильтрации воды в глубину и осушению поверхностных слоев почвы. Если естественный источник не обеспечивает достаточный запас доступной влаги, прибегают к искусственным способам его пополнения — орошению с помощью ирригационных систем.

Совместное действие температуры и влажности определяет вид климата: морской климат характеризуется высокой влажностью в течение года, что ведет к сглаживанию сезонных колебаний температур; континентальный климат характеризуется высокой сухостью воздуха и резкими колебаниями температур.

Основными экологическими факторами водной среды являются течения и волнения в реках, морях, океанах, действующие практически постоянно. Они могут косвенно влиять на организм, изменяя ионный состав и минерализацию воды, тем самым изменяя состав и концентрацию питательных веществ, а также оказывать и прямое действие, вызывающее адаптацию животных и растений к течению. Например, рыбы в спокойных реках имеют сплюснутое с боков тело (лещ, плотва), а в быстрых — округлое (форель).

Рельеф — совокупность неровностей земной поверхности разного масштаба. Различают выпуклые и вогнутые формы рельефа. По размерам рельеф разделяется на макрорельеф с разностью высот от десятков до тысячи метров (горы, равнины, возвышенности и др.), мезорельеф с разностью высот в пределах 10 -20 м (холмы, лощины и др.), и микрорельеф с разностью высот от нескольких сантиметров до 1 м (бугорки, борозды, кочки и др.). Рельеф оказывает косвенное воздействие на живые организмы, перераспределяя солнечную радиацию и осадки в зависимости от. экспозиции и крутизны склонов.

К физическим факторам воздушной среды относятся движение воздушных масс и атмосферное давление. Движение воздушных масс может быть спокойным (конвективным) или в виде ветра, вызванного циклонической деятельностью атмосферы Земли. В любом случае обеспечивается перенос на большее или меньшее расстояние спор, пыльцы, семян, микроорганизмов, мелких животных и загрязняющих веществ в новые зоны. Атмосферное давление оказывает весьма существенное экологическое воздействие, в особенности на позвоночных животных, которые из-за этого не могут жить выше 6000 м над уровнем моря.

К химическим факторам воздушной среды относится состав атмосферы по объему, представленный в основном азотом — 78,8%, кислородом — 21 %, аргоном—0,9%, углекислым газом — 0,03%. В почвенных и подстилающих их породах, вплоть до уровня грунтовых вод (в зоне аэрации), содержание С02 составляет уже 10%, а кислород становится лимитирующим фактором для аэробов-редуцентов, что приводит к замедлению разложения отмершей органики. В воде содержание кислорода в 20 раз меньше, чем в атмосфере, и здесь он является весьма лимитирующим фактором. Лимитирующее действие С02 в воде выражено неявно, но высокое его содержание обычно ведет к гибели рыб и других животных.

Лимитирующими факторами и ресурсами среды для организмов являются также биогенные соли и элементы, одни из которых требуются организмам в относительно больших количествах и поэтому называются макроэлементами; а другие — в очень малых количествах, они называются микроэлементами. Растения получают их, как правило, из почвы, реже из воды, а животные и человек — с пищей.

Основными биогенными макроэлементами являются фосфор и азот в доступной для каждого организма форме. Фосфор — это важнейший и необходимый элемент протоплазмы, а азот входит во все белковые молекулы. Основной источник азота - атмосферный воздух, а фосфора - лишь горные породы и отмершие организмы. Азот фиксируется большинством растительных и гетеротрофных организмов и включается в биологический круговорот. Фосфора в организмах содержится в процентном отношении больше, чем в исходных природных источниках, и именно поэтому так велика его лимитирующая роль. Недостаток фосфора по своему влиянию на продуктивность живых организмов стоит на втором месте после воды.

Лишь немногим по своему значению уступают азоту и фосфору калий, кальций, сера и магний. Калий входит в состав клеток, играет важнейшую роль в осмотических процессах, в работе нервной системы животных и человека, способствует росту растений. Кальций является составной частью раковин и костей животных, необходим растениям и т. д. Сера входит в состав некоторых аминокислот, коферментов, витаминов, обеспечивает хемосинтез и др. Магний — необходимая часть молекул хлорофилла, входит в состав рибосом растений и животных.

К биогенным микроэлементам для растений в первую очередь относятся железо, марганец, медь, цинк, бор, кремний, молибден, хлор, ванадий и кобальт. Если в этом наборе ощущается, например, нехватка Mn, Fe, CI, Zn и V, то не будет полноценным процесс фотосинтеза, а если недостает Мо, В, Со и Fe, то нарушается азотный обмен. Эти микроэлементы необходимы животным и человеку. Их недостаток или избыток при загрязнении вызывает различные болезни.