Каждый вид воздействия характеризуется своим набором факторов. Для климатических воздействий это температура, влажность, давление, скорость ветра и т.д. Все воздействующие факторы по их происхождению разделяют на две группы: объективные и субъективные (рис. 4).

Объективные факторы характеризуют воздействие внешних условий, в которых осуществляют хранение, транспортировку и эксплуатацию ЭУ. Различают прямые и косвенные объективные факторы. Прямые характеризуют естественные воздействия, косвенные – воздействия на ЭУ объекта. Они могут находиться в сложном взаимодействии. Например, поверхность ЭУ, соприкасающаяся при быстром движении с нейтральными частицами, образующимися во время пылевых бурь, метелей, плавания в штормовую погоду, полётов в дождь и снег, электризуется (прямые объективные факторы). Нейтральные частицы приобретают положительный заряд, а ЭУ – отрицательный (возникающий заряд пропорционален кубу скорости относительного движения частиц и ЭУ ). При напряжённости поля накопленного заряда 450…600 В/см возникает "коронный" разряд, который приводит к искажению электрического сигнала ЭУ (косвенные факторы).

Рис. 4. Классификация воздействующих факторов

Тепловые воздействия проявляются не только как постоянно действующие температуры, но и как перепады температур. Резкому перепаду температур подвергаются ЭУ, расположенные на объектах, быстро перемещающихся по вертикали (летательные аппараты, батискафы, глубинные буры и др.) Например, за короткий промежуток времени температура ЭУ, установленных на самолёте может снижаться от +50 до -40 0 С (набор высоты), а затем повышаться от -40 до +100°С (пикирование). Одновременно меняются влажность и давление. При дозвуковых скоростях скорость изменения температуры ЭУ составляет 5…7° С/мин, при сверхзвуковых – до 30° С/мин. Быстрое изменение температуры возможно при включении и выключении электрических нагрузок ЭУ, при движении объекта через тепловые зоны или зоны инфракрасного излучения и т.д.

Действие проникающей (ионизирующей) радиации возможно при использовании ЭУ на космических объектах, высотных летательных аппаратах, атомных электростанциях, в зонах, заражённых радиоактивными веществами.

Субъективные факторы характеризуют человеческую деятельность на этапах проектирования, производства и эксплуатации. Результат их воздействия – ошибки проектирования, производства и эксплуатации, приводящие к дефектам изделий, которые при воздействии объективных факторов приводят к потере работоспособности ЭУ. K ошибкам проектирования относятся не только недостатки электрических и конструктивно-технологических решений, но и переоценка возможностей операторов, обслуживающих спроектированные ЭУ, недостаточно эффективная система контроля работоспособности изделий. Ошибки производства обусловлены нарушениями ТП, применением некачественных комплектующих и материалов, отсутствием жёсткого контроля на различных стадиях производства ЭУ. Ошибки эксплуатации связаны с нарушениями обслуживающим персоналом эксплуатационных требований, предусмотренных соответствующими документами.

Влияние объективных и субъективных факторов на работоспособность ЭУ различно. Результат воздействия объективных факторов зависит от их числовых значений. Из-за наличия субъективных факторов снижается устойчивость изделий к воздействию объективных факторов, в результате уменьшаются их предельно допустимые значения, следовательно, снижаются качество и надёжность ЭУ. Негативные последствия влияния субъективных факторов часто скрыты от разработчиков.

Климатические воздействия

Климатические воздействия при эксплуатации ЭУ подразделяют на естественные и искусственные. Естественные климатические воздействия определяются погодными условиями, включающими температуру, влажность, ветер, атмосферное давление и др. Искусственные климатические воздействия создаются при функционировании ЭУ и расположенных рядом объектов.

Формирование естественных климатических воздействий. При составлении технических условий на ЭУ и программы испытаний, естественные климатические воздействия учитывают в виде усреднённых факторов в определённых частях земной поверхности за продолжительный период времени. Совокупность усреднённых климатических воздействий называют климатом. В основе классификации климатов лежат усреднённые за много лет значения основных климатических факторов:

Экстремальной (максимальной и минимальной) температуры за год;

Максимальной абсолютной влажности воздуха;

Максимальной температуры в сочетании с относительной влажностью воздуха, равной или превышающей 95 %.

Микроклиматические условия в электронных устройствах из-за саморазогрева характеризуются более высокими значениями максимальной температуры.

Климатические факторы, влияющие на ЭУ. На работу ЭУ значительное влияние оказывает температурный режим эксплуатации; важнейшие показатели – абсолютные годовые минимумы и максимумы температуры. Основными факторами, определяющими изменение температуры, являются широта местности, степень континентальности и топографические условия. Влияние первых двух факторов обусловливает плавное изменение температуры. Топографические условия (высота над уровнем моря и форма рельефа) нарушают этот плавный ход. Под влиянием климатических факторов в ЭУ протекают сложные физико-химические процессы, изменяющие их свойства. Поэтому при конструировании необходимо располагать не только допустимыми значениями воздействующих климатических факторов, но и информацией об изменении свойств элементов при воздействии этих факторов. Из-за наличия в конструкции ЭУ частей из материалов с различными температурными коэффициентами линейного расширения опасность представляют не сами экстремальные значения температуры , а её резкие колебания . При разности температур DТ в сопряжённых частях конструкции возникают механические напряжения g =E(a 1 -a 2)DТ, где Е – модуль упругости; a 1 и a 2 – температурные коэффициенты линейного расширения материалов сопряжённых частей конструкции. При значениях g, превышающих допустимые, возможно разрушение конструкции ЭУ.

При воздействии низких температур ухудшаются механические свойства изоляционных материалов (повышается хрупкость, уменьшается эластичность, увеличивается вязкость смазочных материалов), что может вызвать снижение механической прочности и износоустойчивости. Циклические воздействия температур приводят к появлению трещин, пор и зазоров в деталях и узлах ЭУ и способствуют их росту при замерзании конденсированной влаги.

Изменение упругих свойств контактных элементов и рост пленокплёнок на их рабочих частях может привести к увеличению переходного сопротивления, возрастанию его динамической нестабильности и т.д. Изменение размеров отдельных элементов конструкции из-за теплового расширения материалов может привести к деформации, заклиниванию и даже механическим поломкам. Таким образом, для уменьшения вероятности появления отказов необходимо ограничивать длительность работы при предельных рабочих температурах.

Особенно опасна повышенная влажность окружающей среды . Это объясняется агрессивным воздействием паров воды на большинство используемых материалов, приводящим к изменению их электрофизических свойств. При влажной атмосфере на поверхности материалов образуется очень тонкая плёнка воды, причём её толщина резко возрастает с приближением относительной влажности к 90%. Адсорбция паров воды значительно больше у материалов с ионным строением. Силы притяжения полярных молекул воды к ионам значительно больше, чем к нейтральным молекулам. В зависимости от величины этих сил на поверхности материалов могут образовываться или отдельные шарообразные скопления воды, или сплошная тонкая плёнка влаги. Воздействие самой влаги вызывает незначительное ухудшение коррозионной стойкости большинства металлов. Но процесс коррозии ускоряется при загрязнениях в атмосфере, концентрация которых увеличивается при приближении к промышленным центрам и морю. Образование плёнок влаги на диэлектрических материалах даже при незначительном загрязнении поверхностей приводит к быстрой ионизации плёнок (e >1) и увеличению их проводимости. Скорость уменьшения сопротивления изоляции непостоянна. В начальный период воздействия влаги сопротивление изоляции уменьшается быстро, затем снижение замедляется. Плёнка способствует возникновению ёмкостного эффекта, из-за высокого значения диэлектрической постоянной воды. Поглощение влаги изоляционными материалами приводит не только к изменению их электрических свойств, но и ухудшению ряда механических параметров.

* Для всех групп климатов максимальное изменение температуры воздуха за 8 часов – 40 0 С; максимальная плотность потока солнечной радиации 1125 Вт× м -2 .

В недостаточно герметизированных объёмах циклическое изменение температуры приводит к накоплению влаги внутри блоков, а при понижении температуры (например, в ночной период, при подъёме летательных аппаратов и т.п.) на элементах аппаратуры происходит конденсация влаги.

Для защиты от воздействия повышенной влажности элементы ЭУ герметизируют, используя органические полимерные материалы. Производят покрытие лаками, эмалями, обволакивание компаундами, литьевое прессование в пластмассу, герметизацию в готовые пластмассовые корпуса и т.д. Но ни один из способов герметизации не обеспечивает идеальной влагозащиты из-за микрополостей в сварных и паяных швах корпусов, а при герметизации полимерными материалами – из-за способности последних сорбировать и пропускать пары воды.

Одним из способов защиты от воздействия повышенной влажности является размещение внутри корпуса ЭУ патрона с силикагелем, соприкасающимся с наиболее тепловыделяющим элементом. При этом пористый силикагель с высокой сорбирующей способностью во время остывания и понижения температуры внутри корпуса поглощает влагу, а при разогреве тепловыделяющего элемента силикагель выделяет влагу, которая удаляется из корпуса через вентиляционные отверстия.

Пониженное атмосферное давление снижает электрическую прочность воздушного промежутка, создавая благоприятные условия для электрического пробоя воздуха или перекрытия по поверхности электронных элементов. Возникающая при этом ионизация воздуха способствует ускоренному старению изоляционных и проводниковых материалов.

Пыль и песок способствуют коррозии металлических деталей и развитию плесени, а попадая в зазоры между трущимися частями, ускоряют их износ.

Биологические воздействия

Биологические воздействия определяются совокупностью воздействующих биологических факторов. Биологический фактор (биофактор) – это организмы или их сообщества, вызывающие нарушение работоспособного состояния объекта. Событие выхода какого-либо параметра ЭУ под действием биофактора за границы, указанные в ТД, называют биологическим повреждением (биоповреждением).

Виды биоповреждений разделяют на четыре типа:

1) механическое разрушение при контакте организмов с ЭУ;

2) ухудшение эксплуатационных параметров;

3) биохимическое разрушение;

4) биокоррозия.

Рис. Классификация биоповреждений

Механическое разрушение ЭУ вызывается макроорганизмами, имеющими размеры, сравнимые с габаритами изделий. Макроразрушение при контакте может произойти в результате столкновения, прогрызания и уничтожения изделия, например при столкновении птиц с самолетами и антенн радиолокационных станций, прогрызании материалов (крысами, зайцами, белками), а также открыточелюстными насекомыми (различными видами термитов и муравьев). Уничтожение материалов и изделий обычно происходит в процессе питания организмов.

Ухудшение эксплуатационных параметров вызывается биозагрязнением, биозасорением и биообрастанием. Биозагрязнением называют выделения организмов и продукты их жизнедеятельности, воздействие которых при смачивании водой или впитывания влаги воздуха приводит к изменению параметров ЭУ. Биозасорение связано с наличием спор грибов и бактерий, семян растений, частей мицелия грибов, помета, выделений организмов, отмирающих организмов. Биообрастание бактериями, грибами, водорослями, губками, моллюсками и другими организмами поверхностей ЭУ усиливает коррозию металлов. Биохимическое разрушение – широко распространённый, но наиболее трудно поддающийся изучению вид биоповреждений, т.к. вызывается в основном микроорганизмами. Этот вид разрушения разделяют на два подвида: биологическое потребление материалов в процессе питания микроорганизмов и химическое воздействие выделяющихся при этом веществ.

Биологическое потребление связано с предварительным химическим разрушением ферментами исходного материала, иногда только одного компонента (обычно высокомолекулярного соединения, например пластификатора, стабилизатора). Такое разрушение открывает путь физико-химической коррозии, приводит к ухудшению свойств материала и его механическому разрушению под действием эксплуатационных нагрузок. Химическое действие продуктов обмена повышает агрессивность среды, стимулирует процессы коррозии. Физико-химическая коррозия на границе материал – организм обусловлена воздействием амино- и органических кислот, а также продуктов гидролиза. В основе биоповреждения, называемого биокоррозией, лежат электрохимические процессы коррозии металлов под действием микроорганизмов. Характер процессов и механизмов биоповреждений и их влияние на материалы и изделия тесно связаны с ростом и размножением организмов, которым необходимо постоянно пополнять энергию от внешних источников.

Подавляющее большинство (50…80%) повреждений ЭУ обусловлено воздействием микроорганизмов (бактерий, плесневых грибов и др.), развитие и жизнедеятельность которых определяются внешними факторами:

Физическими (влажность и температура среды, давление, радиация и т.д.),

Химическими (состав и реакция среды, её окислительно - восстановительные действия),

Биологическими.

Наибольшее влияние на активность микроорганизмов оказывают температура и влажность.

Бактерии – самая многочисленная и распространённая группа одноклеточных микроорганизмов. Бактерии быстро размножаются и легко приспосабливаются к изменяющимся условиям среды т.к. они могут адаптивно образовывать ферменты, необходимые для трансформации питательных сред. Например, "безвредные" в земных условиях бактерии трансформируются во вредные штаммы в условиях невесомости, постоянной температуры, влажности и др. на космических пилотируемых аппаратах. Одна из особенностей микроорганизмов – способность к спорообразованию. Образование спор у бактерий не связано с процессом размножения, а служит приспособлением к выживанию в неблагоприятных условиях внешней среды (недостатке питательных веществ, высушивании, изменении рН среды и т.д.), причемпричём из одной клетки формируется только одна спора. Размножение бактерий осуществляется путемпутём деления клеток.

Плесневые грибы отличаются от бактерий более сложным строением. Клетки грибов имеют сильно вытянутую форму и напоминают нити – гифы. Гифы ветвятся, образуя мицелий или грибницу. Многообразие питательных материалов, используемых грибками, обусловлено большим числом ферментов, катализирующих процессы разложения. Грибковые образования в процессе жизнедеятельности выделяют продукты обмена веществ, которые преимущественно состоят из органических кислот (щавелевой, муравьиной, угольной, лимонной), вызывающих коррозию металла или разложение электроизоляционного материала. Наиболее разрушительное воздействие плесневые грибы оказывают на изоляционные материалы, а также на канифоль и спиртоканифольные флюсы. Особенность грибов – разнообразие способов их размножения: обрывками мицелия, спорами, оидиями, конидиями. Оптимальные условия для развития плесневых грибов – высокая влажность (более 85%), температура +20..30°С°С и неподвижность воздуха. Большую роль при заселении материалов грибами играет способность спор адсорбироваться на гладкой поверхности.

действие микроорганизмов на материалы и элементы ЭУ . Благодаря микроскопическим размерам гифы и споры проникают в углубления и трещины материала, прорастают, образуют мицелий, который, быстро распространяясь, вызывает изменение массы, водопоглощения и степени гидрофобности. Обрастание микроорганизмами зависит от химического состава и строения материала, микрофлоры окружающей среды, загрязнений (органических и неорганических) в воздухе, климатических условий. В первую очередь грибы поражают материалы, содержащие питательные для них вещества. Это ткани из натуральных волокон, белковые клеи, углеводороды, пластмассы, краски, остатки растворителей и др. Используя эти материалы в качестве углерода и энергии, грибы приводят их в негодность. Однако порче подвергаются и материалы, не содержащие никаких питательных веществ (разрастание мицелия на поверхности оптического стекла – после удаления грибного налёта на стекле остаются следы, напоминающие мицелий, – "рисунок травления"). Это следствие разрушения стекла продуктами метаболизма; наиболее агрессивными являются органические кислоты (лимонная, уксусная, щавелевая, винная, яблочная и др.). Органические кислоты и другие метаболиты, обладая высокой проводимостью, могут быть основной причиной снижения удельных поверхностного и объёмного сопротивлений материалов, напряжения пробоя, увеличения тангенса угла диэлектрических потерь, разрушения лакокрасочных покрытий. Эти кислоты также стимулируют коррозию металлов.

Под влиянием плесени возрастает интенсивность старения пластмасс, прочность стеклопластиков снижается на 20…30%. Развитие плесневых грибов на электроизоляционных материалах ухудшает их диэлектрические свойства. Высокое содержание влаги в клетках грибов (до 90%) приводит к коротким замыканиям между токоведущими частями. Источниками спор плесневых грибов являются руки рабочих, технологические среды и воздух . Применение горячих операций на начальных стадиях технологического процесса значительно уменьшает число биоповреждений. Благоприятное действие оказывает аэрация воздуха в производственных помещениях.

Насекомые повреждают материалы и изделия, расположенные на пути к пище, месту окукливания и строительства гнезд. Щели, углубления и другие укрытия привлекают насекомых. Шероховатая поверхность удобна для их передвижения. На холодные предметы насекомые не садятся, теплые их привлекают. Насекомые сначала выгрызают в материале небольшие полости, затем их обживают, вызывая биозасорение и биозагрязнение изделий. Разрушениям подвергаются, прежде всего, целлюлозосодержащие (дерево, картон, бумага) и мягкие синтетические материалы, изделия из пенополиуретана, фенопластов с целлюлозными наполнителями, поливинилхлоридных трубок. Большие скопления насекомых часто служат причиной коротких замыканий. Из других видов насекомых наиболее опасны моль (повреждает натуральные и искусственные ткани), жуки-кожееды (разрушают кабели и покрытия), муравьи (засоряют и загрязняют изделия).

Грызуны наносят механические повреждения, вызывающие обрывы, замыкания и нарушения герметизации. В республиках бывшего СССР насчитывалось около 140 видов грызунов – наибольший вред причиняют серая, черная, пластинчатозубая и туркестанская крысы , домовая, полевая, лесная и азиатская мыши, белки, бобры, ондатры, кроты, слепыши, зайцы. Грызуны повреждают приборы, тару и упаковку, теплоизоляционные материалы, резино- технические изделия, пленкиплёнки, кабель и т.д. Помимо прямого уничтожения сырья, материалов, изделий грызуны загрязняют их экскрементами, шерстью, материалом гнездгнёзд, остатками пищи.

Космические воздействия

Космические воздействия образованы совокупностью следующих факторов:

Электромагнитных и корпускулярных излучений,

Глубокого вакуума,

Лучистых тепловых потоков,

Невесомости,

Метеорных частиц,

Магнитных и гравитационных полей планет и звездзвёзд и др.

Выделяют три среды: межзвёздную, межпланетную, атмосферу планет и их спутников. Межзвёздная среда состоит из межзвёздного газа и мельчайших твёрдых частиц, пыли, заполняющих пространство между звёздами. Межзвёздная среда вблизи Солнца переходит в межпланетную среду, которая заполняет пространство между планетами Солнечной системы. Межпланетная среда состоит из расширяющегося вещества солнечной короны – ионизированных атомов водорода (90%), атомов гелия (9%). Наибольший интерес при эксплуатации ЭУ представляет атмосфера Земли, в основном ее внешняя часть – экзосфера.

Изменение параметров атмосферы Земли с высотой

Здесь температура характеризует лишь кинетическую энергию частиц газа, которая не оказывает прямого влияния на температуру открытых поверхностей ЭУ, установленных на космических объектах, в силу большой разреженности среды.

Эксплуатация в космосе характеризуются воздействием на ЭУ корпускулярных излучений. Поток элементарных частиц высокой энергии, преимущественно протонов, ядер гелия (a- частиц) и ядер более тяжёлых элементов приходит на Землю изотропно из удалённых областей Галактики. Это первичные космические лучи. Взаимодействуя с атомными ядрами воздуха, они рождают в атмосфере вторичное излучение, которое составляют все известные элементарные частицы. Для ЭУ на космических аппаратах существенное влияние имеют радиационные пояса, которые представляют собой стабильные области заряженных частиц, задержанных и удерживаемых магнитным полем Земли, и метеорные частицы, имеющие скорости до 72 км/с.

Под влиянием солнечной радиации изменяются физико-химические свойства многих материалов. Полиэтилен при хранении в темноте не изменяет своих свойств в течении многих лет, однако его срок службы под действием солнечной радиации – 6 мес. Ультрафиолетовое облучение активирует и поверхность металлов, влияя на скорость их коррозии.

Радиационная стойкость электронных элементов в основном определяется изоляционными материалами. Радиационные излучения приводят к изменению внутреннего строения молекул изоляционных материалов. Склонность к образованию пространственной структуры под воздействием радиации выражена тем ярче, чем выше молекулярный вес полимера. Облучённый полимер обладает большей прочностью, большим модулем упругости и меньшей газопроницаемостью, чем необлучённый. Однако образование поперечных связей, число которых растёт с дозой облучения, вызывает появление в материале внутренних напряжений и повышает его хрупкость. Воздействие большой дозы радиации на фторопласт вызывает деструкцию его макромолекул, что приводит к резкому ухудшению его физико-химических свойств, вплоть до образования порошка с выделением фтора. Таким образом, применение соединителей в условиях радиационного излучения должно производиться с учётом радиационной стойкости изоляционных материалов.

Механические воздействия

При эксплуатации и транспортировке ЭУ подвергаются механическим воздействиям: вибрационным, ударным и линейным нагрузкам, а также звуковому давлению (акустическим шумам). Требования по механическим нагрузкам на ЭУ постоянно ужесточаются.

Вибрация – один из самых опасных и распространённых видов механических воздействий. Вибрация – колебания самого изделия или частей его конструкции. Вибрации приводят к поломкам конструкции, обрывам проводов и кабелей, нарушению герметичности, механическим напряжениям и деформациям в ЭУ. Наиболее часто вибрационные нагрузки возникают в бортовой электронной аппаратуре. Вибрации зависят от места расположения ЭУ, способа монтажа и крепления. Установившиеся вынужденные колебания определяются гармонической функцией. Амплитуда колебаний зависит не только от параметров системы и возбуждающей силы, но и от частоты w. Чем выше добротность механической колебательной системы, тем меньше затухание колебаний и тем острее пик резонансной кривой. Если частота w возбуждающей силы совпадает с собственной частотой w 0 механической системы, то возбуждается резонансное колебание. Нагрузки на ЭУ возрастают в Q раз.

Рис. Уровни вибрационных воздействий, которым подвергаются ЭУ 1 – вибрация, 2 – вибрация, возбуждаемая ударом

Такая модель приемлема для исследования только простых механических систем ЭУ, т.к. большая их часть представляет собой сложные механические системы. Резонанс отдельного элемента конструкции независимо от резонанса всей его конструкции может привести к нарушению работоспособности всего изделия. Для расчёта резонансных частот сложных систем целесообразно изображать системы в виде совокупности изолированных элементов, а связи между ними заменять условиями их закрепления. Метод анализа сложных механических систем путём расчёта отдельных элементов получил в промышленности название поузлового метода .

Удар – механическое воздействие, вызванное ускорением при резком изменении скорости или направления движения ЭУ. При ударе возникают силы, деформирующие конструктивные элементы изделий и приводящие к образованию механических напряжений. Они могут служить причиной разрушения изделий. Удар сопровождается возбуждением затухающих колебаний, т.е. неустановившейся вибрацией на частотах собственных колебаний конструктивных элементов изделий. Уровни разрушающих усилий возрастают в Q- раз, если элементы конструкции резонируют на частотах возмущений, вызванных ударом. Тряска – воздействие на ЭУ серии ударов в виде импульсов, следующих один за другим.

Акустический шум . Некоторые виды вибрации сопровождаются выделением энергии звуковой частоты. Это явление называется акустическим шумом или акустической вибрацией. Выделение энергии колебаний звуковой частоты сопровождается механическими колебаниями частиц атмосферы, которые приводят к изменению давления по сравнению со статическим. Разность между статическим давлением и давлением в данной точке звукового поля называется звуковым давлением . распространение звуковой волны характеризуется колебательным смещением частиц среды от положения покоя. Скорость распространения звуковых волн в воздухе зависит от температуры среды по закону . При нормальном атмосферном давлении и температуре 0 0 С скорость звука равна 331 м/с. С повышением температуры до 290 К (27 0 С) она увеличивается до 340 м/с. Скорость звука зависит от температуры воздуха, его влажности, направления и силы ветра. Акустический шум приводит к механическому возбуждению конструктивных элементов изделия. Под действием энергии колебаний звуковой частоты в электронных элементах возникает микрофонный эффект; начинают вибрировать реле, малогабаритные элементы, объёмные проводники.

Множество отдельных элементов среды обитания, влияющих на организмы хотя бы на одной из стадий индивидуального развития, называются экологическими факторами.

По природе происхождения выделяют абиотические, биотические и антропогенные факторы. (Слайд 1)

Абиотические факторы - это свойства неживой природы (температура, свет, влажность, состав воздуха, воды, почвы, естественный радиационный фон Земли, рельеф местности) и др., которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

Биотические факторы - это все формы воздействия живых организмов друг на друга. Действие биотических факторов может быть как прямым, так и косвенным, выражаясь в изменении условий окружающей среды, например, изменение состава почвы под влиянием бактерий или изменение микроклимата в лесу.

Взаимные связи между отдельными видами организмов лежат в основе существования популяций, биоценозов и биосферы в целом.

Раньше к биотическим факторам относили и воздействие человека на живые организмы, однако в настоящее время выделяют особую категорию факторов, порождаемых человеком.

Антропогенные факторы - это все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно сказываются на их жизни.

Деятельность человека на планете следует выделять в особую силу, оказывающую на природу как прямое, так и косвенное воздействие. К прямому воздействию относят потребление, размножение и расселение человеком как отдельных видов животных и растений, так и создание целых биоценозов. Косвенное воздействие осуществляется путем изменения среды обитания организмов: климата, режима рек, состояния земель и др. По мере роста народонаселения и технической вооруженности человечества удельный вес антропогенных экологических факторов неуклонно возрастает.

Экологические факторы изменчивы во времени и пространстве. Некоторые факторы среды считаются относительно постоянными на протяжении длительных периодов времени в эволюции видов. Например, сила тяготения, солнечная радиация, солевой состав океана. Большинство экологических факторов - температура воздуха, влажность, скорость движения воздуха - очень изменчивы в пространстве и во времени.

В соответствии с этим, в зависимости от регулярности воздействия, экологические факторы делят на (Слайд 2):

· регулярно-периодические , меняющие силу воздействия в связи со временем суток, сезоном года или ритмом приливов и отливов в океане. Например: понижение температуры в умеренном климатическом поясе северной широты с наступлением зимы года и т.д.

· нерегулярно-периодические , явления катастрофического характера: бури, ливни, наводнения и т.д.

· непериодические, возникающие спонтанно, без четкой закономерности, разово. Например, возникновение нового вулкана, пожары, деятельность человека.

Таким образом, каждый живой организм испытывает влияние неживой природы, организмов других видов, в том числе и человека, и, в свою очередь, оказывает воздействие на каждую из этих составляющих.

По очередности факторы делятся на первичные и вторичные .

Первичные экологические факторы существовали на планете всегда, еще до появления живых существ, и все живое к этим факторам приспособилось (температура, давление, приливы, сезонная и суточная периодичность).

Вторичные экологические факторы возникают и изменяются благодаря изменчивости первичных экологических факторов (мутность воды, влажность воздуха и др.).

По действию на организм все факторы подразделяются на факторы прямого действия и косвенные .

По степени воздействия их подразделяют на летальный (приводящий к гибели), экстремальный, лимитирующий, беспокоящий, мутагенный, тератогенный, приводящий к уродствам в ходе индивидуального развития).

Каждый экологический фактор характеризуется определенными количественными показателями: силой, давлением, частотой, интенсивностью и др.

Структура классической биоэкологии включает:

• аутэкологию (экологию отдельных организмов),

• демэкологию (экологию популяций и видов),

• синэкологию (экологию сообществ организмов).

В экологии выделяют также:

• экологию различных систематических групп (экология грибов, растений, млекопитающих и т. д.),
• сред жизни (суши, почвы, моря и т. п.),
• эволюционную экологию (связь эволюции видов и сопутствующих экологических условий),
• ряд прикладных направлений (медицинская, сельскохозяйственная экология, эколого-экономические науки).

Среда жизни - это часть природы, в которой живут организмы:

• вода,
• воздух,
• почва,
• организм.

Водная среда жизни.

Вода - первичная среда для живых существ, поскольку именно в ней зародилась жизнь. Большинство организмов не способны к активной жизнедеятельности без поступления воды в организм или по крайней мере без сохранения определенного содержания жидкости внутри организма. Внутренняя среда организма, в которой происходят основные физиологические процессы, очевидно, по-прежнему сохраняет черты той среды, в которой происходила эволюция первых организмов. Так, содержание солей в крови человека (поддерживаемое на относительно постоянном уровне) близко к таковому в океанической воде. Свойства водной океанической среды во многом определили химико-физическую эволюцию всех форм жизни. Главной отличительной особенностью водной среды является ее относительная стабильность (амплитуда сезонных или суточных колебаний температуры в водной среде намного меньше, чем в наземно-воздушной). Рельеф дна, различие условий на разных глубинах, наличие коралловых рифов и прочее создают разнообразие условий в водной среде.

Особенности водной среды проистекают из физико-химических свойств воды. Так, большое экологическое значение имеют высокая плотность и вязкость воды. Удельная масса воды соизмерима с таковой у тела живых организмов. Плотность воды примерно в 1000 раз выше плотности воздуха. Поэтому водные организмы (особенно активно движущиеся) сталкиваются с большой силой гидродинамического сопротивления. Эволюция многих групп водных животных по этой причине шла в направлении формирования формы тела и типов движения, снижающих лобовое сопротивление, что приводило к снижению энергозатрат на плавание. Так, обтекаемая форма тела встречается у представителей различных групп организмов, обитающих в воде, - дельфинов (млекопитающих), костистых и хрящевых рыб.

Высокая плотность воды является также причиной того, что механические колебания (вибрации) хорошо распространяются в водной среде. Это имело важное значение в эволюции органов чувств, ориентации в пространстве и коммуникации между водными обитателями. Вчетверо большая, чем в воздухе, скорость звука в водной среде определяет более высокую частоту эхолокационных сигналов.

В связи с высокой плотностью водной среды ее обитатели лишены обязательной связи с субстратом, которая характерна для наземных форм и связана с силами гравитации. Поэтому есть целая группа водных организмов (как растений, так и животных), существующих без обязательной связи с дном или другим субстратом, «парящих» в водной толще. Электропроводность открыла возможность эволюционного формирования электрических органов чувств, обороны и нападения.

Наземно-воздушная среда жизни характеризуется огромным разнообразием условий существования, экологических ниш и заселяющих их организмов. Важно отметить, что организмы играют первостепенную роль в формировании условий наземно-воздушной среды жизни, и прежде всего газового состава атмосферы. Практически весь кислород земной атмосферы имеет биогенное происхождение.

Основными особенностями наземно-воздушной среды являются большая амплитуда изменения экологических факторов, неоднородность среды, действие сил земного тяготения, низкая плотность воздуха. Комплекс физико-географических и климатических факторов, свойственных определенной природной зоне, приводит к эволюционному становлению морфофизиологических адаптации организмов к жизни в этих условиях, многообразию форм жизни.

Атмосферный воздух отличается низкой и изменчивой влажностью. Это обстоятельство во многом лимитировало (ограничивало) возможности освоения наземно-воздушной среды, а также направляло эволюцию водно-солевого обмена и структуры органов дыхания.

Почва как среда жизни является результатом деятельности живых организмов. Заселявшие наземно-воздушную среду организмы приводили к возникновению почвы как уникальной среды обитания. Почва представляет собой сложную систему , включающую твердую фазу (минеральные частицы), жидкую (почвенная влага) и газообразную. Соотношение этих трех фаз и определяет особенности почвы как среды жизни. Важной особенностью почвы является также наличие определенного количества органического вещества. Оно образуется в результате отмирания организмов и входит в состав их экскретов (выделений).

Условия почвенной среды обитания определяют такие свойства почвы, как аэрация (т. е. насыщенность воздухом), влажность (присутствие влаги), теплоемкость и термический режим (суточный, сезонный, разногодичный ход температур). Термический режим по сравнению с наземно-воздушной средой более консервативный, особенно на большой глубине. В целом почва отличается довольно устойчивыми условиями жизни. Вертикальные различия характерны и для других свойств почвы, например, проникновение света зависит от глубины.

Почвенная среда занимает промежуточное положение между водной и наземно-воздушной средами. В почве возможно обитание организмов, обладающих как водным, так и воздушным типом дыхания. Вертикальный градиент проникновения света в почве еще более выражен, чем в воде. Микроорганизмы встречаются по всей толще почвы, а растения (в первую очередь корневые системы) связаны с наружными горизонтами. Для почвенных организмов характерны специфические органы и типы движения (роющие конечности у млекопитающих; способность к изменению толщины тела; наличие специализированных головных капсул у некоторых видов); формы тела; прочные и гибкие покровы; редукция глаз и исчезновение пигментов. Среди почвенных обитателей широко развита сапрофагия - поедание трупов других животных, гниющих остатков и т. д.

Экологические факторы - элементы среды, оказывающие влияние на организмы, в ответ на которые организмы реагируют приспособительными реакциями.

По природе различают :

- неорганические, или абиотические факторы : температура, свет, вода, воздух, ветер, соленость и плотность среды, ионизирующие излучения;

- биотические факторы , связанные с совместным обитанием, взаимным влиянием животных и растений друг на друга;

- антропогенные факторы - воздействия человека, человеческой деятельности на природу; по размаху и глобальности своего воздействия они приближаются к геологическим силам.

Каждый из экологических факторов незаменим . Так, недостаток тепла нельзя заменить обилием света, минеральные элементы, необходимые для питания растений, - водой.

Антропогенные факторы связаны с деятельностью человека, под влиянием которой среда изменяется и формируется. Деятельность человека распространяется, практически, на всю биосферу: добыча полезных ископаемых, освоение водных ресурсов, развитие авиации и космонавтики сказываются на состоянии биосферы. В результате возникают разрушительные процессы в биосфере, к которым относятся загрязнение вод, «парниковый эффект», связанный с увеличением концентрации диоксида углерода в атмосфере, нарушения озонового слоя, «кислотные дожди» и т.д.

Организмы адаптируются (приспосабливаются) к влиянию определенных факторов в процессе естественного отбора. Их адаптационные возможности определяются нормой реакции по отношению к каждому из факторов, как постоянно действующих, так и колеблющихся в своих значениях. Например, длина светового дня в конкретном регионе постоянна, а температура и влажность могут колебаться в достаточно широких пределах.

Экологические факторы характеризуются интенсивностью действия, оптимальностью значения (оптимумом ), максимальным и минимальным значениями, в пределах которых возможна жизнь конкретного организма. Эти параметры для представителей разных видов различны.

Отклонение от оптимума какого-либо фактора, например, снижение количества пищи, может сузить пределы выносливости птиц или млекопитающих по отношению к понижению температуры воздуха.

Фактор, значение которого в данный момент находится на пределах выносливости, или выходит за них называется ограничивающим .

Интенсивность воздействия различных экологических факторов на популяцию в целом называется правилом оптимума и описывается графически. По оси ординат откладывается численность популяции в зависимости от дозы того или иного фактора (ось абсцисс). Выделяют оптимальные дозы фактора и дозы действия фактора, при которых происходит угнетение жизнедеятельности данного организма. На графике это соответствует пяти зонам : зона оптимума, справа и слева от нее зоны пессимума (от границы зоны оптимума до max или min) и летальные зоны (находящиеся за пределами max и min), в которых численность популяции равна 0. Интенсивность фактора, наиболее благоприятную для жизнедеятельности, называют оптимальной, или оптимумом. Границы, за которыми существование организма невозможно, называют нижним и верхним пределами выносливости .

Эврибионты -

организмы, проживающие в различных условиях среды (выносят широкий диапазон колебаний фактора).

Стенобионты -

организмы, требующие строго определенных условий существования (узкий диапазон колебаний фактора).

При комплексном воздействии различных факторов на организмы лимитирующим (ограничивающим развитие организмов) фактором является фактор, находящийся в недостатке или избытке. Образно это положение помогает представить так называемая «бочка Либиха». Представьте себе бочку, в которой деревянные рейки по бокам имеют разную высоту. Понятно, какой бы высоты ни были остальные рейки, но налить воды в бочку можно ровно столько, какова длина самой короткой рейки.

Закон оптимума, минимума и максимума.

Этот закон говорит о том, что наивысший урожай можно получить только при среднем, то есть оптимальном, наличии фактора жизни растений.

Действие этого закона наглядно проявляется при выращивании растений на фонах разного обеспечения каким-либо одним фактором жизни, например водой, теплом, углекислым газом или любым другим. Во всех случаях по мере увеличения количества фактора от минимального к оптимальному условия произрастания растений будут улучшаться, а урожай увеличиваться. При дальнейшем же увеличении, количества фактора урожай начнет уменьшаться, пока не достигнет близкого к нулевому при максимальном количестве фактора жизни растений.

На произрастание культурных растений оказывает влияние не единичный фактор жизни, а совокупность факторов жизни и условий среды. Было установлено, что, изменяя только один фактор жизни, без прямого воздействия на остальные, прибавки урожая постепенно затухают, а потом и совсем прекращаются от одинаковых дополнительных доз фактора. Причина тому - ограничивающее влияние других факторов жизни, так как вступает в действие закон минимума, или ограничивающих факторов, - урожайность сельскохозяйственных культур зависит от фактора жизни, находящегося в относительном минимуме.

Закон минимума , или ограничивающих факторов , имеет отношение и к физиологии растений, где его трактовали так; находящийся в относительном минимуме фактор ограничивает воздействие всех остальных факторов жизни. Предполагалось, что факторы жизни действуют на растения изолированно один от другого. Однако этого в природе нет. Многочисленными опытами и практикой установлено, что жизнедеятельность культурных растений действительно зависит от факторов жизни, находящихся в относительном минимуме, но в отдельных случаях недостаток одних факторов жизни можно несколько сгладить хорошим обеспечением другими факторами жизни. Например, если в процессе фотосинтеза ограничивающим фактором будет углекислый газ, то это ограничение можно снять несколькими способами: во-первых, увеличением концентрации углекислого газа в окружающем растения атмосферном воздухе; во-вторых, путем создания оптимальной температуры окружающего воздуха. Последнее приведет к усилению диффузии молекул углекислого газа из окружающей среды в межклеточные пространства листа, то есть к лучшему обеспечению хлоропластов углекислым газом.
Сложность взаимоотношений факторов жизни между собой, а также между ними и растениями не позволяет упрощенно понимать действие закона минимума, или ограничивающих факторов.

В производственных условиях необходимо знать факторы жизни, находящиеся в первом, втором и последующих минимумах, и агротехническими, а также другими приемами снимать их ограничивающее влияние.

Ограничивать урожай могут не только факторы жизни, но и неблагоприятные условия среды: почвенные, фитологические и агротехнические, например кислотность почвы, ее засоренность. Следует применять меры к ограничению их отрицательного влияния на культурные растения.

Биологические ритмы.

Многие биологические процессы в природе протекают ритмично, т.е. разные состояния организма чередуются с достаточно четкой периодичностью. К внешним факторам относятся – изменение освещенности (фотопериодизм), температуры (термопериодизм), магнитного поля, интенсивности космических излучений. Рост и цветение растений зависят от взаимодействия между их биологическими ритмами и изменениями средовых факторов. Эти же факторы определяют время наступления перелетов птиц, линьку животных и т.д.

Фотопериодизм

– фактор, определяющий длину светового дня и в свою очередь влияющий на проявление других факторов среды. Длина светового дня для многих организмов является сигналом смены сезонов. Очень часто на организм оказывает влияние сочетание факторов, и если какой либо из них является ограничивающим, то влияние фотопериода снижается или не проявляется вовсе. При низких температурах, например растения не зацветают.

Тематические задания

А1. Организмы, как правило, приспосабливаются

1) к нескольким, наиболее существенным экологическим факторам

2) к одному, важнейшему для организма фактору

3) ко всему комплексу экологических факторов

4) в основном, к биотическим факторам

А2. Ограничивающим называется фактор

1) снижающий выживаемость вида

2) наиболее приближенный к оптимальному

3) с широким диапазоном значений

4) любой антропогенный

А3. Ограничивающим фактором для ручьевой форели может стать

1) скорость течения воды

2) повышение температуры воды

3) пороги в ручье

4) длительные дожди

А4. Актиния и рак-отшельник находятся в отношениях

1) хищнических

3) нейтральных

4) симбиотических

А5. Биологическим оптимумом называется положительное действие

1) биотических факторов

2) абиотических факторов

3) всех видов факторов

4) антропогенных факторов

А6. Наиболее важным приспособлением млекопитающих к жизни в непостоянных условиях среды можно считать способность к

1) саморегуляции

2) анабиозу

3) охране потомства

4) высокой плодовитости

А7. Фактор, вызывающий сезонные изменения в живой природе, – это

1) атмосферное давление

2) долгота дня

3) влажность воздуха

4) t воздуха

А8. К антропогенному фактору относится

1) конкуренция двух видов за территорию

4) сбор ягод

А9. Воздействию факторов с относительно постоянными значениями подвергается

1) домашняя лошадь

3) бычий цепень

4) человек

А10. Более широкой нормой реакции по отношению к сезонным колебаниям температуры обладает

1) прудовая лягушка

2) ручейник

4) пшеница

В1. К биотическим факторам относят

1) органические остатки растений и животных в почве

2) количество кислорода в атмосфере

3) симбиоз, квартиранство, хищничество

4) фотопериодизм

5) смена времен года

6) численность популяции

Экологические факторы — это комплекс окружающих условий, воздействующих на живые организмы. Различают факторы неживой природы — абиотические (климатические, эдафические, орографические, гидрографические, химические, пирогенные), факторы живой природы — биотические (фитогенные и зоогенные) и факторы антропогенные (воздействие человеческой деятельности). К лимитирующим относятся любые факторы, ограничивающие рост и развитие организмов. Приспособление организма к среде обитания называется адаптацией. Внешний облик организма, отражающий его приспособленность к условиям среды, называется жизненной формой.

Понятие об экологических факторах среды, их классификация

Отдельные компоненты среды обитания, воздействующие на живые организмы, на которые они реагируют приспособительными реакциями (адаптациями), называются факторами среды, или экологическими факторами. Иначе говоря, комплекс окружающих условий, влияющих на жизнедеятельность организмов, носит название экологические факторы среды.

Все экологические факторы делят на группы:

1. включают компоненты и явления неживой природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы. Среди множества абиотических факторов главную роль играют:

• климатические (солнечная радиация, свет и световой режим, температура, влажность, атмосферные осадки, ветер, атмосферное давление и др.);
• эдафические (механическая структура и химический состав почвы, влагоемкость, водный, воздушный и тепловой режим почвы, кислотность, влажность, газовый состав, уровень грунтовых вод и др.);
• орографические (рельеф, экспозиция склона, крутизна склона, перепад высот, высота над уровнем моря);
• гидрографические (прозрачность воды, текучесть, проточность, температура, кислотность, газовый состав, содержание минеральных и органических веществ и др.);
• химические (газовый состав атмосферы, солевой состав воды);
• пирогенные (воздействие огня).

2. — совокупность взаимоотношений живых организмов, а также их взаимовлияний на среду обитания. Действие биотических факторов может быть не только непосредственным, но и косвенным, выражаясь в корректировке абиотических факторов (например, изменение состава почвы, микроклимата под пологом леса и т.д.). К биотическим факторам относятся:

• фитогенные (влияние растений друг на друга и на окружающую среду);
• зоогенные (влияние животных друг на друга и на окружающую среду).

3. отражают интенсивное влияние человека (непосредственно) или человеческой деятельности (опосредованно) на окружающую среду и живые организмы. К таким факторам относятся все формы деятельности человека и человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно сказываются на их жизни. Каждый живой организм испытывает влияние неживой природы, организмов других видов, в том числе человека, и в свою очередь оказывает воздействие на каждую из этих составляющих.

Влияние антропогенных факторов в природе может быть как сознательным, так и случайным, или неосознанным. Человек, распахивая целинные и залежные земли, создает сельскохозяйственные угодья, выводит высокопродуктивные и устойчивые к заболеваниям формы, расселяет одни виды и уничтожает другие. Эти воздействия (сознательные) часто носят отрицательный характер, например необдуманное расселение многих животных, растений, микроорганизмов, хищническое уничтожение целого ряда видов, загрязнение среды и др.

Биотические факторы среды проявляются через взаимоотношения организмов, входящих в одно сообщество. В природе многие виды тесно взаимосвязаны, их отношения друг с другом как компонентами окружающей среды могут носить чрезвычайно сложный характер. Что касается связей между сообществом и окружающей неорганической средой, то они всегда являются двусторонними, обоюдными. Так, характер леса зависит от соответствующего типа почв, но сама почва в значительной мере формируется под влиянием леса. Подобно этому температура, влажность и освещенность в лесу определяются растительностью, но сформировавшиеся климатические условия в свою очередь влияют на сообщество обитающих в лесу организмов.

Воздействие экологических факторов на организм

Воздействие среды обитания воспринимается организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими. Следует отметить, что экологическим фактором является только изменяющийся элемент окружающей среды , вызывающий у организмов при своем повторном изменении ответные приспособительные эколого-физиологические реакции, наследственно закрепляющиеся в процессе эволюции. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные (рис. 1).

Называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают: физические, химические и эдафические.

Физические факторы - те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.). Например, температура.

Химические факторы — те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды, содержание кислорода и т.п.

Эдафические (или почвенные) факторы представляют собой совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений. Например, влияние биогенных элементов, влажности, структуры почвы, содержание гумуса и т.п. на рост и развитие растений.

Рис. 1. Схема воздействия среды обитания (окружающей среды) на организм

— факторы деятельности человека, воздействующие на окружающую природную среду ( и гидросферы, эрозия почв, уничтожение лесов и т.п.).

Лимитирующими (ограничивающими) экологическими факторами называют такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или избытка питательных веществ по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием).

Так, при выращивании растений при различных температурах точка, при которой наблюдается максимальный рост, и будет оптимумом. Весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которых еще возможен рост, называют диапазоном устойчивости (выносливости), или толерантности. Ограничивающие его точки, т.е. максимальная и минимальная пригодные для жизни температуры, — пределы устойчивости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости по мере приближения к последним растение испытывает все нарастающий стресс, т.е. речь идет о стрессовых зонах, или зонах угнетения, в рамках диапазона устойчивости (рис. 2). По мере удаления от оптимума вниз и вверх по шкале не только усиливается стресс, но по достижении пределов устойчивости организма происходит его гибель.

Рис. 2. Зависимость действия экологического фактора от его интенсивности

Таким образом, для каждого вида растений или животных существуют оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости (или выносливости) в отношении каждого фактора среды обитания. При значении фактора, близкого к пределам выносливости, организм обычно может существовать лишь непродолжительное время. В более узком интервале условий возможно длительное существование и рост особей. Еще в более узком диапазоне происходит размножение, и вид может существовать неограниченно долго. Обычно где-то в средней части диапазона устойчивости имеются условия, наиболее благоприятные для жизнедеятельности, роста и размножения. Эти условия называют оптимальными, в которых особи данного вида оказываются наиболее приспособленными, т.е. оставляют наибольшее число потомков. На практике выявить такие условия сложно, поэтому оптимум обычно определяют отдельные показатели жизнедеятельности (скорость роста, выживаемость и т.п.).

Адаптация состоит в приспособлении организма к условиям среды обитания.

Способность к адаптациям — одно из основных свойств жизни вообще, обеспечивающее возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях — от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Все приспособления организмов к существованию в различных условиях выработались исторически. В результате сформировались специфические для каждой географической зоны группировки растений и животных.

Адаптации могут быть морфологическими, когда меняется строение организма вплоть до образования нового вида, и физиологическими, когда происходят изменения в функционировании организма. К морфологическим адаптациям близко примыкает приспособительная окраска животных, способность менять ее в зависимости от освещенности (камбала, хамелеон и др.).

Широко известны примеры физиологической адаптации — зимняя спячка животных, сезонные перелеты птиц.

Весьма важными для организмов являются поведенческие адаптации. Например, инстинктивное поведение определяет действие насекомых и низших позвоночных: рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и др. Такое поведение генетически запрограммировано и передается по наследству (врожденное поведение). Сюда относится: способ построения гнезда у птиц, спаривание, выращивание потомства и др.

Существует также и приобретенное повеление, полученное индивидом в процессе его жизни. Обучение (или научение) - главный способ передачи приобретенного поведения от одного поколения к другому.

Способность индивида управлять своими познавательными способностями, чтобы выжить при неожиданных изменениях среды обитания, является интеллектом. Роль научения и интеллекта в поведении возрастает с совершенствованием нервной системы — увеличением коры головного мозга. Для человека — это определяющий механизм эволюции. Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием экологическая мистичность вида.

Совместное действие экологических факторов на организм

Экологические факторы обычно действуют не по одному, а комплексно. Действие одного какого-либо фактора зависит от силы воздействия других. Сочетание разных факторов оказывает заметное влияние на оптимальные условия жизни организма (см. рис. 2). Действие одного фактора не заменяет действие другого. Однако при комплексном воздействии среды часто можно наблюдать «эффект замещения», который проявляется в сходстве результатов воздействия разных факторов. Так, свет не может быть заменен избытком тепла или обилием углекислого газа, но, воздействуя изменениями температуры, можно приостановить, например фотосинтез растений.

В комплексном влиянии среды воздействие различных факторов для организмов неравноценно. Их можно подразделить на главные, сопутствующие и второстепенные. Ведущие факторы различны для разных организмов, если даже они живут в одном месте. В роли ведущего фактора на разных этапах жизни организма могут выступать то одни, то другие элементы среды. Например, в жизни многих культурных растений, таких, как злаки, в период прорастания ведущим фактором является температура, в период колошения и цветения — почвенная влага, в период созревания — количество питательных веществ и влажность воздуха. Роль ведущего фактора в разное время года может меняться.

Ведущий фактор может быть неодинаков у одних и тех же видов, живущих в разных физико-географических условиях.

Понятие о ведущих факторах нельзя смешивать с понятием о . Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма, называется лимитирующим. Действие лимитирующего фактора будет проявляться и в том случае, когда другие факторы среды благоприятны или даже оптимальны. Лимитирующими могут выступать как ведущие, так и второстепенные экологические факторы.

Понятие лимитирующих факторов было введено в 1840 г. химиком 10. Либихом. Изучая влияние на рост растений содержания различных химических элементов в почве, он сформулировал принцип: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени». Этот принцип известен под названием закона минимума Либиха.

Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, на что указывал Либих, но и избыток таких факторов, как, например, тепло, свет и вода. Как отмечалось ранее, организмы характеризуются экологическим минимумом и максимумом. Диапазон между этими двумя величинами принято называть пределами устойчивости, или толерантности.

В общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В. Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам, переносимым данным организмом (1913 г.). Эти два предела называют пределами толерантности.

По «экологии толерантности» были проведены многочисленные исследования, благодаря которым стали известны пределы существования многих растений и животных. Таким примером является влияние загрязняющего атмосферный воздух вещества на организм человека (рис. 3).

Рис. 3. Влияние загрязняющего атмосферный воздух вещества на организм человека. Макс — максимальная жизненная активность; Доп — допустимая жизненная активность; Опт — оптимальная (не влияющая на жизненную активность) концентрация вредного вещества; ПДК — предельно допустимая концентрация вещества, существенно не изменяющая жизненную активность; Лет — летальная концентрация

Концентрация влияющего фактора (вредного вещества) на рис. 5.2 обозначена символом С. При значениях концентрации С = С лет человек погибнет, но необратимые изменения в его организме произойдут при значительно меньших значениях С = С пдк. Следовательно, диапазон толерантности ограничивается именно значением С пдк = С лим. Отсюда, С пдк необходимо определить экспериментально для каждого загрязняющего или любого вредного химического соединения и не допускать превышения его С плк в конкретной среде обитания (жизненной среде).

В охране окружающей среды важны именно верхние пределы устойчивости организма к вредным веществам.

Таким образом, фактическая концентрация загрязняющего вещества С факт не должна превышать С пдк (С факт ≤ С пдк = С лим).

Ценность концепции лимитирующих факторов (С лим) состоит в том, что она дает экологу отправную точку при исследовании сложных ситуаций. Если для организма характерен широкий диапазон толерантности к фактору, отличающемуся относительным постоянством, и он присутствует в среде в умеренных количествах, то такой фактор вряд ли является лимитирующим. Наоборот, если известно, что тот или иной организм обладает узким диапазоном толерантности к какому-то изменчивому фактору, то именно этот фактор и заслуживает внимательного изучения, так как он может быть лимитирующим.

Главная » Транскрипции » Факторы внешнего и внутреннего воздействия. Экологические факторы среды и их классификация