АБІОТИЧНІ КОМПОНЕНТИ ЕКОСИСТЕМ. РЕСУРСИ ТА УМОВИ ІСНУВАННЯ

Абіотичні фактори визначають можливість існування всіх груп організмів у тому чи іншому середовищі, впливаючи на географічне поширення рослин, тварин та мікроорганізмів. Вони

важливі для розмноження живих істот та мають велике значення для загального рівня життєдіяльності організмів.

За своїм значенням абіотичні фактори поділяються в екосистемах на дві групи.

1. Ресурси, тобто такі фактори, що використовуються живими організмами та розподіляються між ними. Це, наприклад, вода, поживні речовини тощо.

2. Умови існування, тобто неподільні абіотичні фактори, які не витрачаються в процесі життєдіяльності та однаковою мірою впливають на всі живі організми в даній екосистемі. Але, дійсно, такі фактори під впливом процесів життєдіяльності змінюються та можуть служити каналом взаємовпливу організмів. Типовим прикладом умов існування є температура та pH ґрунту.

Щодо дії абіотичних факторів на живу матерію існує чимало загальних закономірностей. Жива речовина реалізує свої функції тільки в єдності з факторами середовища існування. Це загальне правило, що було сформульоване в 1927 році К. Фрідрі-хом, отримало назву принципу голоцену. Усі види живих організмів пристосовані до життя лише в межах певної амплітуди ресурсів та умов існування і тому підкоряються дії закону толерантності. Відомо, що всі прояви життєдіяльності регулюються законом мінімуму Лібіха. У цьому зв'язку фактор, що лімітував життєдіяльність, діє як пусковий механізм для спалаху життя.

Так, для весняного проростання насіння рослин пусковим фактором є температура в шарі ґрунту, де знаходиться насіння. Кожний із факторів життя та кожна умова мають свою

специфічну значущість для живих організмів.

Аналізуючи абіотичні фактори, їх підрозділяють на три групи:

1) кліматичні фактори - температура, режим освітленості, повітря та деякі інші;

2) едафічні фактори, що включають ресурси та умови, пов'язані з ґрунтом: це тип ґрунту, його фізико-хімічні особливості, склад ґрунтового розчину тощо;

3) фактори, що діють у товщі води та мають значення для водних екосистем.

За В.Р. Вільямсом (1939), для живих організмів однаково важливі чотири фактори: світло, тепло, вода та їжа. К А. Куркін (1972) підкреслює, що з погляду функціонування екосистем доречно класифікувати не стільки самі фактори, скільки тип їхньої дії на живі організми екосистеми. Стосовно цього можна виділити такі групи факторів:

а) такі, що стабільно діють у даній екосистемі та протягом тривалого часу не змінюють свого значення;

б) осциляторно-імпульсні з багаторазовими коливаннями значення даного фактору протягом одного вегетаційного сезону;

в) флуктуаційні, які коливаються протягом років;

г) багаторічно-циклічні з періодичністю дії, що складає цикли тривалістю в десятки та сотні років.

Доцільний підхід щодо класифікації середовища був запропонований М. Бігоном (1985), який зауважив, що для живих організмів важливі параметри, що сприяють накопиченню біомаси, та такі, що сприяють розмноженню. Виходячи з цих міркувань, усі середовища життя можна поділити на чотири головні категорії:

1) сприятливі для накопичення біомаси та розмноження;

2) сприятливі для накопичення біомаси та несприятливі для розмноження;

3) сприятливі для розмноження та несприятливі для накопичення біомаси;

4) однаково несприятливі для накопичення біомаси та розмноження.

З погляду життєдіяльності організмів найбільш важливим є доступність території, температурний режим, сонячна радіація, забезпеченість вологою та газовий склад атмосфери.

Територія

Для живих організмів, певно, на першому місці стоїть фактор, що часто випускається з поля зору, - доступний життєвий простір. «Реальне життя починається з відмірювання власного простору» (K.M. Хайлов, 1992). Наявність необхідного простору є досить важливим фактором для мешканців тієї чи іншої екосистеми. Зайняти стійку позицію в просторі - це означає не тільки вільно користуватися всіма ресурсами та умовами екотопу, що проявляються на даній ділянці простору, але ще й контролювати доступність цієї ділянки для конкурентів. У рослин боротьба за життєвий простір здається не чітко вираженою, хоча вона може бути досить напруженою. Зате всім відомо, як ревно охороняють «свою» територію більшість видів тварин.

Сонячна радіація

Сонячна енергія — це не забруднюючий природне середовище і практично вічний потік фотосинтетичної активної радіації. Він є основним джерелом існування всіх екосистем, в основі яких лежать автотрофні рослини.

Роль світла в житті живих організмів надзвичайно важлива. Для рослин воно є джерелом енергії для фотосинтезу, викликає зміну форм росту та водночас є сигналом для переходу з однієї фази розвитку до іншої. Для більшості видів тварин світло, хоча б мінімальне, забезпечує при розвинутих органах зору орієнтацію в просторі. Цю ж роль виконує світло і для людини. У людини та ряду тварин тільки під дією світла відбувається синтез вітаміну D. Однак існує немало тварин, що пристосувалися жити без світла. Це кроти, ґрунтові комахи, кажани, нічні метелики.

В умовах освітленості досить важлива якість світла, тобто переважні довжини хвиль, сила світла та ритміка освітлення (фотоперіодизм), що полягає в тривалості світлого та темного періодів доби. У тропічному та субтропічному поясах тривалість світлого періоду доби становить 12-14 годин. Такий фотоперіод називають коротким.

Прикладів різноманітного впливу світла на життя тварин та рослин дуже багато. Відомо, що насіння ряду рослин може проростати тільки в темряві (декоративна рослина чорнушка), тоді як в інших проростання можливе лише при світлі (плакун). Ряд видів картоплі утворюють бульби тільки під час довгого дня. За рахунок фототаксису певні місця в екосистемах посідає велика кількість нижчих тварин та мікроорганізми.

У водоймах обмеженість проникнення світла в товщу води визначає глибину розташування автотрофних водоростей та вищих рослин.

До фотоперіоду чутливі всі живі організми. У птахів скорочення довжини дня є сигналом для відльоту, а в осілих тварин -підготовки до сплячки. Змінюючи довжину дня, тваринники можуть штучно викликати в ряду тварин линяння чи репродуктивну активність. У бобових рослин фотоперіод регулює їх взаємовідносини з бульбашковими бактеріями.

Температура

Головним джерелом тепла для екосистем є сонячна радіація. Живі організми можуть існувати тільки в певних температурних межах. Життя неможливе за такої низької температури, коли замерзає вода в клітинах і там утворюються кришталики льоду, що пошкоджують цитоплазму. Занадто висока температура веде до денатурації білків. У зв'язку із зональністю тепловий режим на Землі є провідним фактором щодо географічного поширення рослин та тварин. Наприклад, ізотерма липня +10^вС збігається з північною межею поширення лісів, а в Україні максимальна денна температура +б,5'С протягом 230-282 днів визначає східну межу поширення буку.

За переважним температурним режимом земної кулі виділяють чотири кліматичні пояси:

- тропічний пояс - визначається середньою температурою найхолоднішего місяця, не нижчою ніж Іб=20"С. Температура тут взагалі не опускається нижче 0^а. Вегетація рослин продовжується весь рік;

- субтропічний пояс - лежить на північ та південь від тропічного поясу.

= помірний поле - лежить відповідно північніше та південніше субтропічного. У його межах добре виражена сезонна зміна пір року. Тривалість вегетаційного періоду рослин не менша 2-3 місяців. Зимою випадає сніг, для осені та весни характерні приморозки;

- холодний пояс - прилягає до Північного та Південного полюсів. Вегетаційний період тут триває всього 1,5-2 місяці.

Для повної характеристики, теплового режиму екосистеми використовують такі показники:

а) річний хід температури;

б) сума температур за той чи інший проміжок часу;

в) максимальні й мінімальні температури, що були відзначені.

Досить важливим для живих організмів є сезонний характер розподілу тепла. Він визначає пори року. Хоча у фенології звичайно періодизують сезони за станом рослин, до них пристосовані також і всі етапи життєдіяльності тварин: поява потомства, зимівля тощо.

Для живих організмів важливі як середні значення температури, так і граничні значення, що можуть призвести до загибелі. Мадрепорові корали живуть тільки в тих морях, де температура не нижче +2ҐС, а муха цеце, небезпечний переносник сонної хвороби, живе в Африці тільки в районах із середньорічною температурою більше ніж +20°С. Є види рослин та тварин, які можуть існувати при широких амплітудах температурного режиму, їх називають евритермними. Є види, що полюбляють місця з вузькою амплітудою коливання температури. Це стенотерми. Цікаво, що для більшості рослин та тварин режим змінних температур більш сприятливий, ніж постійна температура.

Знайомство з аутекологією організмів показує, що в багатьох видів рослин та тварин виробляються різноманітні пристосування до переживання граничних значень температур, до спеки та холоду. Наприклад, підшкірний жировий прошарок тюленів служить хорошою ізоляцією в холодній воді. Довгі ноги багатьох ящірок дозволяють піднімати тіло над поверхнею, яка сильно нагрівається в літні місяці.

Вода

У всіх організмів клітини мають високу воденаеиченіеть -до §0-98%. Це є необхідною умовою життєдіяльності. Джерелом води для суходільних живих організмів служать опади та ґрунтові води. Додатковий приток вологи - роеа, у тому числі й підземні тумани та роси (поява вночі крапельок води у верхніх горизонтах ґрунту).

Особливо важливою є кількість опадів. Вона визначає навіть тип екосистем. При опадах менше ніж 250 мм на рік (у спекот-хому кліматі) розвиваються пустельні екосистеми, при опадах 25=750 мм - степи, лісостеп, савана, при 750-1250 мм формуються сухі субтропічні ліси, а при опадах більше між 1250 мм на рік - вологі тропічні ліси.

Волога настільки важлива, що в типових екосистемах України влітку після кожного дощу вся природа «оживає». Дощ є механізмом, що забезпечує початок весняного проростання насіння ряду рослин. Таке насіння вміщує Інгібітори, що гальмують їх проростання в несприятливий час. Весняні дощі вимивають ці інгібітори з насіння, і воно починає проростати. Але не

всі опади корелюють з біомасою і, зокрема, з урожаєм культурних рослин. Опади у вигляді злив погано утримуються ґрунтом та мало використовуються рослинами. Незначним буває ефект від опадів на легких піщаних ґрунтах.

Водний режим екосистем визначається не тільки кількістю опадів як таких, але й співвідношенням його з режимом випаровування води. Оцінюючи цей параметр, треба враховувати температуру, оскільки вона в першу чергу впливає на інтенсивність випаровування. Сумарним показником режиму зволоженості в екосистемі може бути гігрометричний індекс:

^fe)

де Р - кількість опадів на рік, Т — середньорічна температура, t -середня температура найтеплішого місяця та t - середня температура найхолоднішого місяця.

Повітря має сильну висушуючу дію, і тому в рослин та тварин спостерігається велика кількість цікавих пристосувань щодо зниження випаровування. Одночасно живим організмам доводиться підтримувати певний оптимальний режим втрати пароподібної вологи, оскільки випаровування - це найефективніший спосіб самоохолодження організму в умовах високої температури повітря. У тварин для такого охолодження за допомогою випаровування служать потові залози (у собаки їх на тілі немає, тому в спекотливий час доводиться висовувати язика), а в рослин вода випаровується через численні продихи на листках.

Залежно від пристосованості до життя в тих чи інших умовах зволоженості рослини поділяються на три основні групи: гідрофіти - ростуть у водоймах та місцях з підвищеною зволоженістю; мезофіти - жителі місць із середньою зволоженістю; ксерофіти - пристосовані до екосистем степів та пустель, де режим вологості досить бідний.

Газовий склад повітря

Для живих організмів основне значення має кількість вуглекислого газу та кисНю в повітрі. Для рослин вуглекислий газ є джерелом вуглецю при фотосинтезі. За здатністю поглинання вуглекислого газу з повітря рослини поділяються на два типи -з C₃- та з С₄-фотосинтезом. У рослин першого типу є тільки один поглинач вуглекислого газу - рибульозобіофосфат. У С₄-рослин таких поглиначів два: до рибульозобіофосфату додається ще фосфофенолпіровиноградна кислота. Тому С₄-рослини більш ефективно використовують ресурси С0₂ повітря.

Важливим є й загальнокліматичне значення вуглекислого газу в атмосфері. Річ у тому, що він прозорий для основного потоку сонячної радіації, але погано пропускає відбите від ґрунту теплове випромінювання. Тому вуглекислий газ є своєрідним термостатом нашої планети. При зростанні його вмісту в атмосфері відбувається потепління клімату, а при зниженні - похолодання. Із динамікою вуглекислого газу в атмосфері пов’язують обледеніння, які мали місце на планеті в минулому.

Кисень є незамінним окислювачем для всіх аеробних організмів - від мікроорганізмів до людини.

У цілому комплекс абіотичних факторів складає важливу інтегральну характеристику природного середовища. З погляду короткоплинності людського життя загальний режим абіотичних факторів інколи оцінюється як оптимальний, тому що він сприймається як статичний, незмінний. Але це помилкова точка зору. Природний режим був і залишається динамічним. Тільки змінність значень факторів життя в них завжди повільна і плавна. Наприклад, у часи обледеніння в Євразії, яке мало лише 10-70 тисяч років тому, та в часи потепління клімату, яке спостерігалося 6-9 тисяч років тому, температура в кінцевому підсумку в тому чи іншому регіоні значно змінювалася, але тільки на 0,5-1°С за століття. Тому не можна підганяти збереження природи, що нас оточує, до критерію статики режиму абіотичних факторів. Стурбованість має викликати не сама по собі динаміка режиму факторів навколишнього середовища, а надзвичайно швидка їх зміна, оскільки організми не адаптовані до них.

4.3.