СРЕДА И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

В широком смысле под средой (или окружающей средой) понимают совокупность материальных тел, явлений и энергии, влияющих на живой организм. Однако разные элементы среды далеко не одинаково воспринимаются живым организмом, поскольку значение их для жизни различно.

В отличие от понятия среды в широком смысле совокупность экологических факторов иногда называют действенной средой. Возможно и более конкретное, пространственное понимание среды, как непосредственного окружения организма; в этом смысле часто говорят о среде обитания. В земных условиях существуют четыре типа среды для живого организма: водная, наземная (воздушная), почвенная и другой организм (для паразитов).

От понятия среды следует отличать понятие условия существования. Так называют совокупность жизненно необходимых факторов, без которых растение не может существовать (свет, вода, тепло, воздух, почва). В отличие от них другие экологические факторы, хотя и оказывают на растение существенное влияние, не являются для него необходимыми (например, ветер, дымовые газы и т. д.).

г Классификация экологических факторов. По происхождению и характеру действия все экологические факторы подразделяют на группу абиотических (факторы неорганической, или неживой, среды) и группу биотических (связанных с влиянием живых существ).

1. Абиотические факторы:

а)              климатические — свет, тепло, воздух (его состав и движение), влага (включая осадки в разных формах, влажность почвы,- влажность воздуха);

б) эдафические (или почвенно-грунтовые) — механический и химический состав почв, их физические свойства и т. д.;

в) топографические (или орографические) — условия рельефа.

Некоторые авторы выделяют отдельно группу химических факторов (например, соленость воды для водных организмов и т. д.), однако в таком случае в эту группу пришлось бы поместить и часть эдафических факторов (засоление почвы, содержание в ней питательных элементов), т. е. неоправданно разделить влияние на растение различных свойств единой почвенной среды.

Приведенная классификация абиотических факторов относится в основном к наземным растениям. На водные растения влияет иной комплекс факторов, определяемый свойствами воды как среды обитания (см. гл. IV); например, для них весьма существенны факторы гидрофизические и гидрохимические.

2. Биотические факторы:

а) фитогенные — влияние растений-сообитателей как прямое (механические контакты, симбиоз, паразитизм, поселение эпифитов), так и косвенное (фитогенные изменения среды обитания для растений);

б) зоегенные — влияние животных (поедание, вытаптывание и прочие механические воздействия, опыление, распространение зачатков, а также косвенное влияние на среду).

В группу биотических факторов входит и влияние на растения микроорганизмов (микробогенные факторы). В связи с тем, что в последнее время грибы выделяют в самостоятельное царство живой природы, можно говорить отдельно и об их влиянии на растения как о микогенных факторах.

Нередко в группу биотических факторов помещают и влияние человека на растения. Однако как по специфическим формам воздействия (таким, например, как сознательное изменение растений и среды или влияние через хозяйственную деятельность), так и по масштабам последствий, особенно возросшим в последние десятилетия, влияние человека, несомненно, заслуживает выделения в особую группу антропогенных факторов.

В эту простейшую классификацию укладываются далеко не все, а только главные экологические факторы. Есть и другие, менее существенные для жизни растений (например, атмосферное электричество, магнитное поле Земли, ионизирующие излучения и др.). Приведенное деление в значительной степени условно: например, такие эдафические факторы, как тепловой и водный режим почвы, не только характеризуют саму почву, но в большой мере определяются солнечной радиацией и режимом осадков, т. е. служат и факторами климатическими. Нет необходимости подчеркивать, что среда действует на растение как единое целое, а разделение факторов и их классификация — не более как методический прием, облегчающий изучение и изложение закономерностей взаимосвязи растения и среды.

^¦Пп характеру воздействия на организм многие адторы рязличя* ют экологические факторы прямодействуюшие (непосредственно '

влияющие на обмен веществ, формообразовательные процессы, развитие) и косвеннодействующие (влияющие на организм через изменение других факторов). Однако такое разделение не совсем правомерно, поскольку один и тот же фактор может быть и прямодействующим (например, действие тепла на рост), и косвеннодействующим (действие тепла на влажность почвы и через нее — на водный режим растения). Поэтому лучше говорить не о разделении самих факторов, а о их прямом и косвенном действии на растение.

В природных условиях далеко не всегда можно расчленить влияние отдельных факторов и их последствия: так, сильное освещение очень часто связано с увеличением нагревания воздуха и почвы, их иссушением и т. д.

СХЕМА ДЕЙСТВИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ФАКТОРА НА РАСТЕНИЕ

Зона оптимума

Рнс. 1 Схема действия экологического фактора на растение. Кардинальные точки:

/ — минимум, 2— оптимум, 3 максимум

Влияние экологических факторов на живой организм весьма многообразно.

особей щ единицу площади, частота встречаемости и др.).

Диапазон действия экологического фактора (или область толерантности) ограничен точками минимума (рис. 1, 1) и максимума (рис. 1, 3), соответствующими крайним значениям данного фактора, при которых возможно существование растения. Точка на оси абсцисс, соответствующая наилучшим показателям жизнедеятельности растений, означает

оптимальную величину фактора — это точка оптимума (рис. 1, 2); впрочем, обычно трудно определить оптимальное значение фактора с достаточной точностью, чаще говорят озоне оптимума или — в более широком значении — зоне комфорта. Тпчки оптимума, минимума и максимума составляют три кардинальные точки, определяющие возможности реакции организма на данный фактор./Крайние участки кривой, выражающие состояние угнетения при резком недостатке или избытке фактора, называют о б л а с т я м и пессимума; им соответствуют песси- мальные значения фактора. Вблизи критических точек лежат су б г летальные величины фактора, а за пределами зоны толерантности — летальные.

в которы^ какрй-либо фактор (или несколько) вьїходит за пределы зоны комфорта и оказывает угнетающее действие, в экологии часто называют крайними (или экстремальными, трудными).

Количественные закономерности реакции организмов на действие экологического фактора различаются в соответствии с условиями их обитания.

Это различие может выражаться в положении оптимума на шкале экологического фактора (рис. 2,4): например, у растений из холодных районов он сдвинут в область низких температур, у видов из теплых или жарких местообитаний оптимум' лежит в области высоких температур. Различна может быть и ширина диапазона фактора (или зоны оптимума) (см. рис. 2, Б). Так, есть растения, для которых оптимальна определенная величина освещенности — например, некоторые крайне тенелюбивые лесные травы, мхи, обитающие в пещерах, или очень светолюбивые высокогорные травы и кустарнички, но есть виды, одинаково хорошо растущие и при полной освещенности, и при значительном затенении (ежа — Dactylis glomerata).

Точно так же одни луговые травы предпочитают почвй с определенным, довольно узким диапазоном кислотности, другие хорошо растут при широком диапазоне pH — от сильно кислого до щелочного. Первый случай свидетельствует об узкой экологической ампли- тупе растении (они являются стенобионтными. стен ото п- н ы м и), а второй — о широкой (растения эврибионтные, эв- ритопные). Однако это отнюдь не характеризует специфичность вида по отношению к любому экологическому фактору: вид может иметь узкую амплитуду по отношению к одному фактору и широкую— по отношению к другому (например, быть приуроченным к узкому диапазону температур и широкому диапазону солености).

Факторы среды действуют на растение одновременно и совместно, причем действие одного фактора в большой степени зависит от

О 0,05 0,10 0,15 0,100,25 0,30 Концентрация буферного раствора КНС03,%

Рис.

1 — 18 ООО лк, 2 — 6000 лк. 3 — 3000 лк. 4 — 667 лк; 1Я II — см. объяснения в тексте

Рис- 2 А — различное положение оптимума по отношению к экологическому фактору у двух разных видов (1, 2); Б — различная ширина экологической амплитуды (схема)

«экологического фона», т. е. от количественного выражения других факторов. Это явление взаимодействия факторов хорошо видно на примр-

ре, представленном на рис. 3:              освещенность              по-разному              дей

ствует на интенсивность фотосинтеза водяного мха Fontinalis при разном содержании С02 в воде. Тот же пример показывает, что сходный биологический эффект может получиться при частичной замене действия одного фактора другим: так, одна и та же интенсивность фотосинтеза может быть достигнута или увеличением освещенности до 18 тыс. лк (точка / на кривой /), или — при слабой освещенности — повышением в несколько раз концентрации С02 (точка II на кривой 3). Здесь проявляется частичная взаимозаменяемость действия одного экологического фактора другим. В то же время ни один из необходимых растению экологических факторов не может быть полностью заменен другим: зеленое растение нельзя вырастить в полной темноте даже при очень хорошем почвенном питании или на дистиллированной воде при самом оптимальном тепловом режиме. Иными словами, существует частичная заменяемость основных экологических факторов и вместе с тем их полная незаменимость (в этом смысле иногда говорят также об их равнозначной важности для жизни растения). Если значение хотя бы одного из необходимых факторов выходит за пределы диапазона толерантности (ниже минимума или выше максимума), то существование организма становится невозможным.

В случае если какой-либо из факторов, составляющих условия существования, имеет пессимальное значение, то он ограничивает действие остальных факторов (как бы благоприятны они ни были) и определяет конечный результат действия среды на растение; изменить этот результат в таком случае можно только воздействием на ограничивающий фактор. Этот «закон ограничивающего фактора» вначале был сформулирован в агрохимии (Ю. Либих, 1840). Было замечено, что при недостатке в почве или питательном растворе одного из необходимых химических элементов никакие удобрения, содержащие другие элементы, на растение не действуют, и только добавление «иона в минимуме» дает прибавку урожая. Многочисленные примеры действия ограничивающих факторов в природе (не только при их минимальных, но и максимальных значениях, например, высокая температура, сильная засоленность) показывают, что это явление имеет общеэкологическое значение. Один из таких примеров — угнетение травянистых растений под пологом буковых лесов, где при оптимальном тепловом режиме, повышенном содержании углекислоты, достаточно богатых почвах и прочих оптимальных условиях возможности развития трав ограничиваются резким недостатком света.

Выявление «факторов в минимуме (максимуме)» и устранение их ограничивающего действия, иными словами, оптимизация среды для растений, составляют важную практическую цель в рациональном использовании растительного мира.