--PAGE_BREAK--3.Екологічні чинники агроекосистем
Сучасну класифікацію екологічних чинників запропонував М.Ф. Реймерс. В її основу покладено принципи обліку особливостей екологічних чинників за їх походженням, характером дії на живі системи, іншими ознаками. За часом виникнення екологічні чинники поділяють на три групи: еволюційні, історичні і діючі.
Еволюційний чинник – це чинник середовища, що впливає на організми, популяції, біоценози, екологічні системи, в тім числі й на біосферу. Він існує з часу виникнення рослинних і тваринних організмів та озонового шару.
Історичний чинник, як і еволюційний, є постійно діючим екологічним чинником. На відміну від еволюційного він є результатом історичного розвитку людства, його господарської діяльності. Наприклад, поля, сади, культурні пасовища, тваринницькі ферми і комплекси, інші антропогенні компоненти аграрних ландшафтів – екологічні чинники, пов'язані з сільськогосподарською діяльністю людей.
Діючий чинник – це сучасний екологічний чинник. Таким є меліорація земель, що забезпечує розвиток високопродуктивного рослинництва, тваринництва інших галузей. Екологічні чинники поділяють на періодичні і неперіодичні.
Періодичні чинники є циклічно змінними. Це, наприклад, періодичні зміни умов середовища зі зміною пір року. До періодичних змін організм адаптується. Суворий облік циклічних змін екологічних чинників при веденні сільського господарства вкрай потрібний. Відповідно до пори року сіють сільськогосподарські культури, збирають урожай, організовують пасовищне і стійлове утримання тварин тощо.
Неперіодичні чинники середовища виникають раптово, наприклад дощ, град, буря. Однією з гострих проблем сільського господарства є розробка надійних методів запобігання і захисту від дії несприятливих неперіодичних чинників (заморозків у період цвітіння рослин, засухи чи затоплення посівів тощо), що унеможливлює отримання високих врожаїв сільськогосподарських культур, підвищення продуктивності тварин.
За черговістю виникнення екологічні чинники поділяють на первинні і вторинні. Первинні є вихідними, вторинні – їхніми наслідками. Так, формування степових, лісостепових, поліських біоценозів зумовлене особливостями кліматичних умов того чи іншого регіону України. Клімат, у свою чергу, залежить від кількості сонячної радіації, форми Землі, швидкості її обертання навколо власної осі і навколо Сонця.
За походженням розрізняють чинники космічні, абіотичні, біотичні, безживні, антропогенні, антропічні і природно-антропогенні.
Космічні чинники мають космічне походження. До них належать потік космічного пилу, космічні поля, промені Сонця та ін. Дуже важливим для функціонування агроекосистем є такий чинник, як сонячна радіація, що слугує джерелом енергії, яку рослини використовують у процесі фотосинтезу. Рослинництво можна розглядати як систему заходів щодо інтенсифікації фотосинтезу культурних рослин.
Абіотичні чинники – це чинники неживої природи. В наземних екосистемах такими є: кліматичні – світло, тепло, повітря (його склад і рух), волога (в тім числі опади в різних формах, вологість повітря і ґрунту та ін.); едафічні (ґрунтові) – гранулометричний і хімічний склад ґрунтів, їх фізичні властивості; орографічні – умови рельєфу. На водяні організми впливає комплекс гідрологічних чинників (гідрофізичні, гідрохімічні). Абіотичні чинники можуть справляти на організм пряму і побічну дію. Наприклад, температура середовища, що діє на організми рослин або тварин безпосередньо, визначає їх тепловий баланс, перебіг у них фізіологічних процесів. Разом з тим температура як абіотичний чинник може здійснювати на них і космічний вплив.
Біотичний чинник – сукупність впливів життєдіяльності одних організмів на життєдіяльність інших, а також на безживне середовище їх існування. Кожен організм постійно піддається прямому або побічному впливу інших істот, вступає в зв'язок з представниками свого та інших видів – рослинами, тваринами, мікроорганізмами, залежить від них і сам на них діє. На основі цього і виділяють біотичні чинники.
Фітогенні чинники – це вплив рослин (як прямий, так і побічний) на середовище. Прямим впливом є механічні контакти, симбіоз, паразитизм, оселення епіфітів тощо. Наприклад, в агроценозах повитиця польова паразитує на конюшині, люцерні, виці та інших рослинах.
За механічного контакту, симбіозу рослини впливають одна на одну, виділяють різні фізіологічне активні речовини (вітаміни, антибіотики, ферменти, фітонциди, глюкозиди та ін.), які здатні стимулювати або пригнічувати ріст інших рослин. Побічним впливом можуть бути сприятливі і несприятливі для даного виду зміни таких екологічних чинників, як світло, волога, ґрунтове живлення. Наприклад, більшість бур'янів в агроекосистемах несприятливо впливають на ґрунт, де ростуть культурні рослини. Так, пирій повзучий виділяє агропірен, який пригнічує не тільки ріст культурних рослин, а й проростання їх насіння. З іншого боку, вмілим використанням фітонцидних властивостей культур можна домогтися підвищення не тільки врожаю, а й якості продукції, обійтися без пестицидів (люцерна рятує картоплю від фузаріозного в'янення та раку, кріп серед огірків збільшує тривалість їх плодоношення, корисне сусідство яблуні і малини – при цьому малина менше пошкоджується сірою гниллю, а яблуня – паршею).
Зоогенні чинники – це вплив тварин (поїдання, витоптування, інші механічні впливи, запилення, поширення насіння тощо) на середовище, їх можна використовувати для біологічного захисту рослин. Наприклад, відомого яйцепаразита трихограму застосовують для боротьби з капустяною, озимою та іншими совками, кукурудзяним метеликом, гороховою плодожеркою; таких ентомофагів, як інтродуковані хижі комахи подізус і перилюс – проти яйцевідкла-дань і личинок колорадського жука на картоплі і баклажанах.
Мікробогенні чинники – це вплив мікроорганізмів і грибів (наприклад, паразитизм) на середовище. Мікроорганізми (бактерії і гриби) впливають на ризосферу й патогенні організми. Зміна мік-робонаселення ризосфери відбивається на живленні рослин, на їх стійкості до бактеріальних або інфекційних уражень. Одна вища рослина може бути проміжним хазяїном патогенного мікроорганізму, який спричинює захворювання іншої рослини. Наприклад, деякі види молочаїв є проміжним хазяїном іржі гороху (в суїдіальній стадії), тому наявність у посівах гороху молочаю небезпечна.
Антропогенні чинники відбивають вплив діяльності людини на навколишнє середовище. З їх дією пов'язане знищення продуктів еволюції – багатьох видів рослин і тварин, дуже складних систем їх сумісного існування – біоценозів. Руйнування конкретних екосистем найчастіше зумовлене безпосереднім впливом на них (пожежі, різкі зміни ґрунтового покрову і водного режиму, забруднення різними техногенними речовинами); змінами, пов'язаними з постійним вилученням фіто- і зоомаси, особливо в агроекосистемах, без компенсації їх утрат; антроподинамічними змінами; докорінними перетвореннями природних екосистем на агроекосистеми.
За характером дії екологічні чинники поділяють на інформаційні, речовино-енергетичні, фізичні, хімічні і комплексні.
Під інформаційними чинниками розуміють зовнішні сигнали, які діють на організми набагато сильніше, ніж потік речовини та енергії, що переноситься. Деяка життєво важлива для рослин і тварин інформація надходить без будь-яких затрат енергії (наприклад, інформація про періодичні зміни тривалості дня і ночі).
На відміну від інформаційних, речовино-енергетичні чинники характеризуються більш чи менш вираженою відповідністю масштабів перенесення речовини й енергії та ступеня вираженості відповідної реакції об'єкта дії (організму, популяції, біоценозу).
Серед фізичних чинників найбільше значення мають геофізичні і термічні, серед хімічних – засоленість і кислотність, серед комплексних – кліматичний, географічний, системотворний, За умовами дії екологічні чинники поділяють на залежні і не залежні від щільності популяцій. Переущільнення популяцій призводить до посилення конкуренції, рослини і тварини можуть негативно впливати одні на одних. Встановлено, що під дією конкурентів ріст особини (рослини чи тварини) гальмується або навіть припиняється. Конкуренція може стати причиною загибелі рослин і тварин.
Відомо, що на життя рослин і тварин постійно впливає навколишнє середовище. Воно діє на стан популяцій, біоценозів та інших систем і складається з великої кількості різноманітних компонентів (елементів). Завданням екології (в тім числі агроекології) є вивчення впливу чинників середовища на організми рослин і тварин, на популяції і біоценози.
Екологічні чинники – це елементи (компоненти), процеси (явища) зовнішнього середовища, які впливають на біологічну систему (організм, популяцію, біоценоз). Вони діють на організм не ізольовано, а сумісно, поєднані один з одним. Проте розгляд кожного з них зокрема не тільки правомірний, а й потрібний, оскільки дає змогу краще зрозуміти роль кожного окремого компонента в житті видів чи сільськогосподарських культур, що є необхідною передумовою вивчення впливу всього комплексу кліматичних чинників загалом.
Екологічні чинники численні і різноманітні. Вони різняться за характером впливу на біологічні системи (організми, популяції, біоценоз), іншими ознаками. Потенціальна необмеженість численності і різноманітності потребує упорядкування цих чинників.
До екологічних чинників, які не залежать від щільності популяції, належать сила гравітації, атмосферний тиск, інші компоненти середовища.
За об'єктом впливу екологічні чинники поділяють на індивідуальні, групові, отологічні, соціально-психологічні, соціально-економічні, видові (в тім числі життя людини та суспільства). Індивідуальні чинники діють на індивідуум (особину), групові – на групу рослин або тварин (популяцію, біоценоз), отологічні – відбивають характер дії на організм певних рекреацій тварин, наприклад самок на самців, самок на дітей; соціальні – вплив суспільства на людину і лише частково – на свійських тварин, комах, наприклад бджіл; соціально-психологічні, соціально-економічні чинники – екологічні взаємовідносини в людському суспільстві.
За ступенем впливу на біосистеми екологічні чинники поділяють на екстремальні, непокійливі, мутагенні, тератогенні, летальні, лімітуючі. Під екстремальними розуміють чинники середовища, що створюють несприятливі умови для росту, розвитку і розмноження рослин і тварин. Непокійливі чинники безпосереднього фізико-хімічного впливу на організм не здійснюють, проте вони не є індиферентними, оскільки під їх дією стан організму змінюється. Наприклад, сильний шум на фермі непокоїть тварин, знижується продуктивність лактуючих тварин, кури можуть захворіти (шумова істерика).
Мутаційні чинники середовища спричинюють мутації, терато-генні – тератогенез, летальні – зумовлюють загибель тварин і рослин, лімітуючі – обмежують розмноження і поширення організмів. Обмежувальний вплив мають найрізноманітніші екологічні чинники – нестача або надлишок елементів живлення, води, тепла тощо.
Лімітуючий чинник може бути і в дефіциті (нижче від критичного рівня), і в надлишку (вище від межі витривалості організму).
Діапазон між мінімумом і максимумом екологічного чинника відповідає межі витривалості (толерантності). Закономірності, пов'язані з витривалістю видів, залежно від ступеня вираженості екологічного впливу були встановлені В. Шелфордом і дістали назву закону толерантності. Межі толерантності виду можуть звужуватися або, навпаки, розширюватися залежно від стану популяцій, циклів їх розвитку, зміни умов середовища. Звуження меж толерантності відмічається в період розмноження організмів, коли до впливу екологічних чинників стають дуже чутливими особини, що розмножуються, насіння рослин, яйця птиці, ембріони тварин. Вони звужуються також при погіршенні умов життєзабезпечення виду. Так, за дефіциту азоту в Ґрунті, що спричинює погіршення азотного живлення рослин, знижується засухостійкість злаків. Мінімум, оптимум чи максимум екологічних чинників багато в чому визначає умови розмноження і поширення рослин і тварин, їх процвітання або, навпаки, вимирання. Проте зворотні реакції організмів залежать не тільки від інтенсивності екологічних чинників, а й від стану самих організмів, їх екологічної валентності.
Екологічна валентність виду характеризує здатність організму існувати в різних умовах середовища, заселяти ділянки з більш чи менш вираженими коливаннями інтенсивності екологічних чинників. Одні біологічні види мають велику екологічну валентність (ев-риек), інші – малу (стеноек). Знання лімітуючих чинників, закону толерантності, екологічної валентності видів мають важливе значення для вирішення багатьох питань агроекології, зокрема для боротьби зі шкідниками сільськогосподарських культур. Так, змінюючи вологість ґрунту, можна боротися з жуком-шовкуном. Осушення заболочених пасовищ – надійний метод боротьби з фасціо-льозом – захворюванням сільськогосподарських тварин. Отже, екологічна валентність – це діапазон адаптивності (толерантності, пристосованості) виду до тих чи інших умов середовища, здатність виду заселяти середовище з різними екологічними умовами. Види з низькою екологічною валентністю здатні витримувати обмежені варіації екологічних чинників. Це так звані стенобіонтнії. Види з високою екологічною валентністю займають різні екотипи або місця з дуже мінливими умовами. Це так звані еврибіонтпи, тобто організми, здатні жити в різних умовах навколишнього середовища або при значних ї'х змінах, їм властиві широкі ареали.
продолжение
--PAGE_BREAK--3.1. Світло як екологічний чинник
Серед життєво необхідних екологічних чинників сонячному світлу належить особливе місце. Життя на нашій планеті в усій його різноманітності забезпечується енергією сонячної радіації. Зародження і розвиток живого – немислимі без Сонця. Його енергія приводить у рух складний механізм повітряних і морських течій. Під його впливом випаровується вода і відбувається безперервний її колообіг. Біосферу можна розглядати як продукт сонячної енергії та енергії живої речовини, тобто біомаси всіх організмів, які населяють нашу планету.
Із фізичного погляду сонячна радіація складається з хвиль різної довжини. Променеву енергію рослини використовують вибірково. Для фотосинтезу придатні промені з довжиною хвилі від 380 до 740 нм, які становлять до 50 % усієї енергії інтегральної сонячної радіації. Ділянка сонячного спектра, яка використовується для фотосинтезу, названа фотосинтетичною активною радіацією (ФАР), вона знаходиться між ультрафіолетовим (УФ) та інфрачервоним (14) випромінюванням.
Проходячи відстань від Сонця до Землі, сонячна радіація дуже змінюється. Одна частина променів відбивається і поглинається хмарами й аерозолями, інша розсіюється. На зовнішній межі атмосфери Землі інтенсивність сонячної радіації становить 1,39 кВт/м2 (сонячна константа). Поверхні Землі досягає близько половини (47 %) цієї радіації. Втрачається і фотосинтетичне активна радіація, причому не тільки у верхніх шарах атмосфери, а й безпосередньо в угрупованнях рослин (фітоценозі). Частину радіації рослини відбивають, іншу частину – поглинають, решта її досягає поверхні ґрунту. Так, у посівах кукурудзи 7 % радіації відбивається, 86 – поглинається, 7 % – досягає ґрунту і нагріває його. Коефіцієнт корисної дії (ККД) поглиненої рослинами сонячної енергії невеликий. На фотосинтез використовується всього 1,5 – 4,0 % енергії. Від ефективності використання ФАР залежить урожай культур: чим вона вища, тим більший урожай сільськогосподарських культур.
Одним із перших фітобіологічну продуктивність Землі оцінив професор К.А. Тімірязєв. На основі обліку природних чинників місцевості і кількості сонячної радіації, що надходить, він встановив теоретичну межу використання сонячної енергії – близько 10 %. За сучасними даними, потенційний урожай багатьох культур, у тім числі й зернових, за високого агрофону можна обчислити з урахуванням ККД, що дорівнює 3 — 4 %. За даними М.К. Каюмова, за такого ККД потенційний урожай зернових культур досягає 110 – 115 ц/га. Нині високими вважають урожаї, коли ККД ФАР за весь період вегетації перевищує 2 %.
Роль світла у житті рослин надзвичайно велика. Тільки в дуже небагатьох рослинах із числа автотрофних синтез відбувається за рахунок хімічної енергії неорганічних сполук. Це сіркобактерії, залізобактерії, нітрифікуючі бактерії.
3.2. Тепло як екологічний чинник
Тепло необхідне для існування рослин і тварин. Ріст, розвиток і розмноження різних видів рослин і тварин відбуваються за певних температурних режимів, які відповідають фізіологічним потребам організмів.
Для більшості видів культивованих рослин оптимальна температура коливається від 20 до ЗО °С. Так, для кукурудзи вона становить 25 – ЗО, для томатів – 26, пшениці – 15-20 °С. Різні групи рослин мають свої межі мінімальної і максимальної температур зовнішнього середовища, які вони витримують. Наприклад, мінімальна температура росту огірків – 12 – 15 °С, максимальна – 35 °С, при такій температурі вони перестають рости. Температурний оптимум, найсприятливіший для росту і розвитку огірків, – 27 – 30 °С. Для різних видів сільськогосподарських тварин оптимальна температура повітря коливається від 3 – 5 до 15-20 °С. Слід зазначити, що температурний оптимум залежить не тільки від виду тварини, а й від стадії її онтогенезу. Встановлено, що для дорослих особин великої рогатої худоби температурний оптимум становить 10 — 18 °С, для новонароджених телят – 18 – 20 °С. Дуже високі чи дуже низькі температури навколишнього середовища несприятливо впливають на ріст, розвиток і розмноження рослин і тварин. Під впливом надмірно високих температур у клітинах розкладається білок, змінюється білково-ліпідний комплекс.
Розлад обмінних процесів супроводжується утворенням токсичних продуктів метаболізму. Структура і функції органів і тканин рослин порушуються, розвиваються ознаки захворювань: на листках пшениці з'являються жовті плями, на листках вівса – червоні («запал»). Сильне сонячне проміння може спричинити опіки покривних тканин рослин. Кора плодових дерев, уражена опіками, підсихає, розтріскується, відстає від деревини. Опіки листків можуть виникнути на місці крапель води, що залишилися після дощу або поливання, оскільки вони виконують роль лінзи, яка фокусує сонячні промені в одну точку. Реакція рослин на перегрівання значною мірою залежить від і'х віку. Особливо чутливі до високих температур паростки. Молоді рослини знаходяться близько від поверхні ґрунту і нічим не захищені, а в спекотні сонячні дні ґрунт може нагріватися до високих температур.
Під впливом високих температур у тварин знижується апетит. Наприклад, корови втрачають апетит за температури повітря 41 °С. Перегрівання організму супроводжується гальмуванням його росту і розвитку, зниженням продуктивності. Так, маса тіла телиць, вирощених за температури 27 °С, була на 12 % меншою, ніж вирощених за температури 10 °С. У самок і самців у результаті впливу високих температур може розвинутись безпліддя. Висока температура повітря може спричинити захворювання тварин. Тепловий удар – тяжке захворювання, зареєстроване у коней, великої рогатої худоби, свиней, інших видів тварин. Лімітуючим чинником є не тільки надмірно висока, а й надмірно низька температура навколишнього середовища.
За характером реакції на низькі температури рослини поділяють на холодо- і морозостійкі. Холодостійкими вважають рослини, стійкі до низьких температур до О °С. Рослини, здатні без особливих пошкоджень переносити мінусові температури, належать до морозостійких. Холодо- і морозостійкими є багато видів багаторічних рослин. Так, деревні породи різняться вищою морозостійкістю, ніж озимі злаки. Проте багаторічні деревні рослини можуть пошкоджуватися (морозобоїни) і навіть гинути від морозів. Холодо- і морозостійкість – це властивості рослин, які можуть різко змінюватися залежно від багатьох зовнішніх і внутрішніх чинників. Наприклад, стійкість деревних рослин до холоду різко підвищується у період їх спокою. Ростові процеси значно знижують стійкість рослин, що перезимували, до весняних заморозків. Чутливі до заморозків генеративні органи. Підвищення холодо- і морозостійкості культурних рослин – одна з актуальних проблем агроекології. Для підвищення стійкості рослин до низьких температур вживають різних заходів. Морозостійкість плодових дерев і озимих культур зростає при опти-мізації водного режиму ґрунту.
Одним із дієвих методів є загартування проростаючого насіння і розсади при низькій температурі, що не викликає пошкодження живих тканин. У молодому віці рослини пластичніші і краще пристосовуються до перепадів температури зовнішнього середовища.
Велику увагу приділяють селекції холодостійких сортів. Виведено сорти винограду, які плодоносять у Підмосков'ї, а тим більше у північних областях України (Чернігівській, Сумській). Створюються холодостійкі ранні і дуже ранні сорти кукурудзи, сої.
Серед тварин, як і серед рослин, е тепло- і холодолюбні види. Теплолюбними е верблюди, лами, холодолюбними – одомашнені північні олені. У тварин, підданих впливу холоду, виникають захисні реакції щодо збереження температури тіла зменшенням віддачі тепла крізь шкіру. Тварини згинаються, собаки і кішки згортаються у клубок і тим самим зменшується площа відкритої поверхні тіла. Виділення тепла організмом посилюється при скороченні м'язів.
Фізіологічні можливості терморегулювання в організмі тварин не безмежні. Тривала дія низьких температур призводить до порушення функціонування органів, зниження продуктивності і відтво-рювальної здатності тварин. Зменшується природна резистентність організму, виникають різні захворювання. Особливо часто хворіють новонароджені телята, поросята і ягнята на бронхіт, бронхопневмонію та інші простудні хвороби. За тривалої дії низьких температур порушується терморегуляція, розвивається гіпертонія, виникають паралічі. Можливі обмороження. Насамперед обморожуються вуха, хвіст, соски свині, мошонка, нижні частини кінцівок тварин.
За сильного розладу нервової регуляції і порушення діяльності внутрішніх органів тварини гинуть.
Загартування організму тварин (утримання новонароджених телят у холоді) на фоні належних умов годівлі і догляду за молодняком великої рогатої худоби дає добрі результати.
продолжение
--PAGE_BREAK--3.3. Вода як екологічний чинник
Вода дуже поширена на планеті Земля. Дві третини її поверхні займає Світовий океан, в якому зародилося життя. Вода необхідна для підтримання життя. Вона добрий розчинник; до її складу входять мінеральні солі, що містять близько 60 хімічних елементів, без яких життєдіяльність організмів неможлива. У воді розчиняються кисень і вуглекислий газ повітря, що має важливе значення для функціонування біоти. Вода має аномальні фізичні властивості, тому її називають найдивовижнішою рідиною в світі. Зокрема, густина води, як і інших рідин, при охолодженні до певної межі (до 4 °С) спочатку збільшується, а з 4 °С до О °С – зменшується. Якби вода не мала цієї надзвичайної властивості, то крига, щойно з'явившись на поверхні водойми, відразу ж опускалася б на дно і не тільки болота, озера і ріки, а й полярні океани промерзали б наскрізь і населяючі їх організми гинули. Оскільки крига легша за воду, за температури води нижче від О °С водойми вкриваються шаром криги, який захищає водну товщу від подальшого охолодження і тим самим забезпечує умови життя водяних організмів.
Вода – необхідний компонент організмів рослин і тварин. На її частку в середньому припадає 60 – 90 % маси живої речовини. В різних органах І тканинах живих організмів міститься різна кількість води, особливо в органах і тканинах тварин. Так, у кістках її близько 22%, у м'язах – 70 — 80, у крові – близько 90, в емалі зубів – менше за 0,2, а в слині – майже 100 %. Разом із різними хімічними сполуками вода утворює основу цитоплазми клітин рослинних і тваринних організмів. Вона бере активну участь в обміні речовин між організмом і навколишнім середовищем. У процесі життєдіяльності рослини і тварини споживають велику кількість води. Частково вони використовують її для синтезу живої речовини, а більшу частину виділяють у навколишнє середовище. Наприклад, підраховано, що одна корова протягом п'яти років споживає приблизно 90 000 – 100 000 лводи; для рослин кукурудзи на площі в один гектар за вегетаційний період потрібно порядку 3 млн 600 тис. л води. Для отримання одного грама сухої рослинної маси використовується від 250 до 400 гводи і більше.
3.4. Склад повітря як екологічний чинник
Атмосферне повітря – один з основних життєво важливих елементів природного навколишнього середовища. Воно надійно захищає нашу планету від шкідливих космічних променів, виконує тер-морегулювальні, енергоресурсні та господарські функції. Під дією атмосфери на Землі відбуваються складні геологічні процеси. Вона складається з механічної суміші газів, що хімічно не взаємодіють один з одним. Сукупність метеорологічних процесів в атмосфері називають кліматом. У сухому повітрі об'ємні частки компонентів такі, %: азоту – 78,08; кисню – 20,96; аргону – 0,93; вуглекислого газу – 0,03; інших газів (водню, неону, криптону, радону та ін.) у повітрі дуже мало. У незаповнених водою порах ґрунту міститься повітря, воно також адсорбується поверхнею ґрунтових часточок і розчиняється у ґрунтових водах. Кількість повітря в ґрунті залежить від його типу, структури, будови генетичних горизонтів, пористості, ступеня окультуреності тощо. Склад ґрунтового повітря змінний. Ґрунтове й атмосферне повітря різниться хімічним складом. Об'ємні частки компонентів у ґрунтовому повітрі такі, %: азоту – 78,8; кисню – 5,2; вуглекислого газу – 0,1-1,5, містяться також інертні гази, водяна пара, аміак, а в анаеробних умовах – ще й метан, сірководень та ін. Це пояснюється тим, що в ґрунті відбуваються біологічні та окисно-відновні процеси. Під час розкладання мікроорганізмами органічної маси і дихання корені рослин інтенсивно поглинають кисень і виділяють вуглекислий газ. Вміст кисню і вуглекислого газу в ґрунтовому повітрі залежить від стану ґрунту, його аерації, складу рослинності, коливання температури, тиску повітря, дії вітру, рівня залягання ґрунтових і підґрунтових вод, внесення добрив і певною мірою визначається інтенсивністю газообміну між ґрунтом і атмосферою. На газообмін найбільше впливає дифузія газів. Складом і вмістом повітря в їрунті так само, як вмістом вологи і поживних речовин, визначається врожайність сільськогосподарських культур. Отже, в період вегетації рослин слід дбати про достатню забезпеченість ґрунту повітрям (правильно обробляти ґрунт, поліпшувати структуру орного шару тощо). З усіх газів, які входять до складу атмосферного і ґрунтового повітря, екологічно найцікавішими є кисень і вуглекислий газ. Концентрація цих газів в атмосферному і ґрунтовому повітрі різна і стабільна, що пов'язано з особливостями функціонування біосфери. У процесі синтезу і розпаду органічної речовини біосфера виробляє таку саму кількість кисню і вуглекислого газу, як і витрачає.
Проте в останні роки картина істотно змінюється. Під впливом господарської діяльності людини вміст вуглекислого газу збільшується, що пов'язано насамперед зі згорянням палива, зменшенням площі фотосинтетичної поверхні зелених рослин. Окиснення вуглецю супроводжується споживанням вільного кисню. Витрати кисню з кожним роком зростають. Загроза зменшення вмісту кисню в атмосфері, як вважають науковці, може стати реальною. Як дуже низькі, так і занадто високі концентрації кисню і вуглекислого газу негативно впливають на організми рослин і тварин. Проте зазвичай у природному середовищі зміни концентрації кисню і вуглекислого газу не є згубними для організмів. Це можна спостерігати лише у штучних екологічних системах, наприклад на тваринницьких фермах і комплексах.
Висока концентрація СС>2 у повітрі тваринницьких приміщень призводить до отруєння тварин, особливо молодняку.
У багатьох регіонах земної кулі газовий склад атмосферного повітря змінився в результаті його забруднення хімічними речовинами – викидами промислових підприємств. Таких речовин понад три тисячі. Найбільше і найсильніше атмосфера забруднюється сірчаним ангідридом, оксидами азоту, вуглецю, золою, аерозолями тощо.
У повітря індустріальних районів планети щорічно викидається близько 200 млн т оксиду вуглецю, 150 – сірчаного ангідриду, 120 – золи; 300 — 500 – пилу, 1 млрд т аерозолів та ін.
Під впливом отруйних хімічних сполук пошкоджуються органи і тканини рослин і тварин, виникають хвороби. У рослин гальмується фотосинтез, жовкнуть і обпадають листки, порушується газообмін, затримуються ріст, цвітіння і плодоношення. Зареєстровано випадки сильного ураження картоплі, кукурудзи, томатів, сої, квасолі, люцерни, винограду та інших видів культурних рослин. Крім того, можуть поширюватись грибкові та інші хвороби рослин. Інфекційні хвороби можуть спричинювати і пестициди, особливо в разі перевищення доз і строків їх внесення. Забруднене атмосферне повітря подразнює слизові оболонки очей, губ, дихальних шляхів тварин, спричинює запалення носа, бронхів, легенів тощо. Пестициди призводять до порушення обміну речовин, інтоксикації організму тварин. Зареєстровано випадки отруєння чадним газом собак і кішок, які утримуються в квартирах.
Захист рослин, тварин і людей від шкідливого впливу забрудненого хімічними речовинами атмосферного повітря – складна екологічна проблема, її намагаються вирішити фахівці різних професій. Проводяться заходи щодо захисту атмосферного повітря й очищення його від викидів промислових підприємств. Велику увагу приділяють удосконаленню очисних споруд, створюють підприємства, які працюють за безвідходними технологіями.
продолжение
--PAGE_BREAK--3.5. Рух повітря як екологічний чинник
Умови життя наземних рослин і тварин значною мірою можуть залежати від характеру циркулювання атмосферного повітря (вітру). Причиною вітру є нерівномірний атмосферний тиск біля земної поверхні. Повітря може переміщуватися горизонтально, вертикально, в різних напрямках залежно від рельєфу місцевості, наявності лісових масивів, населених пунктів тощо. Повітряні течії бувають збіжними і розбіжними, коловими, вихровими.
У багатьох регіонах земної кулі формуються характерні місцеві вітри, серед яких поширені мусони. Влітку вони дмуть з океану на суходіл, а взимку, навпаки, із суходолу в бік океану, що пов'язано з різницею атмосферного тиску через нерівномірне нагрівання суходолу і водної поверхні в літній і зимовий період.
Вітер може бути шквальним і характеризуватися сильними поривами, частими змінами напрямку руху повітряних мас. Іноді виникають смерчі – локальні висхідні вихори; бувають інші форми вітрів.
Рухоме повітря – важливий екологічний чинник, що активно впливає на життєдіяльність, біологічну продуктивність і відтворю-вальну здатність рослин і тварин. На рослинні і тваринні організми вітер може діяти як позитивно, так і негативно.
Висхідний потік повітря, як правило, відіграє позитивну роль у житті рослин. Наприклад, у лісових ценозах він переносить не тільки пилок і спори, а й дрібне насіння. З перенесенням вітром пилку пов'язаний глобальний за своїми масштабами процес перехресного запилення – анемофілія, а також природна гібридизація рослин – Джерело видоутворення і прискорення темпів еволюції, особливо у покритонасінних. Анемофільні рослини продукують величезну кількість дрібного сухого пилку. Інколи пилок має повітряні мішки, які збільшують парусність (наприклад, у сосни звичайної). До перехреснозапильних рослин належать усі голонасінні й майже 10 % покритонасінних.
Негативне значення вітру полягає у створенні лісових вітровалів, буреломів, виляганні хлібів, значному посиленні транспірації рослин. Так, навіть за сили вітру 0,2 — 0,3 м/с випаровування збільшується в 2,5 – 3 рази порівняно з повним штилем. Сильний вітер негативно впливає на зрошувані поля: зносить вологу штучного дощу, посилює випаровування. За швидкості вітру 9,7 – 10,0 м/с втрати вологи від випаровування можуть досягати 40 %. Особливо великої шкоди посівам завдають суховії. Під впливом сильного вітру рослини засихають, пригнічується формування колосків зернових, зменшується кількість зерен у колосках, зерно в них дрібне і щупле. Вітер є причиною вітрової ерозії ґрунтів. Видуваючи ґрунт, він оголює коріння, посіви гинуть від висихання або від дії приморозків.
Посіви, а інколи й полезахисні лісові насадження, можуть бути засипані ґрунтом і піском під час пилових чорних бур, які виникають за великої швидкості вітру при високій температурі і низькій вологості повітря. Чорні бурі спостерігаються на значній території України, їх причинами є розорювання полів, зменшення кількості органічної речовини, надмірне випасання худоби. Вітер по-різному впливає і на організми тварин. Він може сприяти розселенню сарани, павуків, багатьох інших видів. Вітер переносить запахи і тим самим відіграє певну роль у передачі екологічної інформації: тварини отримують інформацію про місцезнаходження джерел корму, статевих партнерів, природних ворогів тощо. Навіть дуже слабкий вітер допомагає комарам швидко визначити місцезнаходження великої рогатої худоби, коней та інших видів тварин – об'єктів свого паразитування. Сильні вітри, наприклад бурі, негативно впливають як на тварин, так й на місця їх проживання. Відомі випадки масової загибелі сільськогосподарських тварин під час бур, смерчів. Крім того, викликане ними значне забруднення пасовищного корму може спричинити порушення кормоперетравлення, зниження продуктивності і відтворювальної здатності тварин. За низьких температур і високої вологості рух повітря посилює тепловіддачу, може призвести до переохолодження тварин, обморожень, простудних захворювань, ревматизму. Простудні хвороби загрожують тваринам, коли в тваринницьких приміщеннях є дефекти у стінах і перекриттях, не зачиняються двері, не засклені вікна.
Регулюванню й оптимізації руху повітря в тваринницьких приміщеннях зоогігіеністи приділяють велику увагу, оскільки це має важливе значення для підвищення продуктивності тварин і запобігання їх захворюванням.
3.6. Геохімія ґрунтів як екологічний чинник
Під ґрунтом розуміють пухкий поверхневий шар суходолу, здатний давати врожай рослин. Ґрунт – природне тіло, яке сформувалось у процесі взаємодії живої і неживої природи. Ґрунтовий покрив розглядають як головний компонент біосфери, що відіграє складну, загальнопланетарну роль у накопиченні і перерозподілі енергії, підтриманні колообігу хімічних елементів, життєво необхідних для організмів. Ґрунт – дуже важливий природний ресурс, основний засіб сільськогосподарського виробництва, головною якістю якого є родючість. Під родючістю розуміють здатність ґрунту задовольняти потреби рослин у поживних речовинах, забезпечувати їх кореневу систему водою, мікро- і макроелементами, повітрям, теплом, тобто це здатність формувати урожай сільськогосподарських культур.
Рівень родючості визначається сумою едафічних умов як фізичних, так і елементів живлення. Запас органічних і мінеральних речовин у поєднанні з ґрунтовою водою, повітрям і теплом створює режим живлення рослин. Будь-який ґрунт як природне тіло завжди має певну родючість, яка може бути порівняно високою і дуже низькою, але завжди визначається поєднанням і спільним впливом природних чинників і процесів ґрунтоутворення (материнська порода, рослинний і тваринний світ, клімат, рельєф місцевості, вік ґрунту), тому природна родючість збереглася на цілинних незайманих людиною землях.
У результаті різних агротехнічних впливів на ґрунт людини, пов'язаних з його обробітком, удобренням, меліорацією, створюється штучна родючість. Із моменту, коли ту чи іншу цілинну ділянку починають обробляти, ґрунт стає засобом виробництва і продуктом праці людини. Він дедалі більше втрачає свої первинні ознаки природно-історичного тіла і крім природної набуває штучної родючості, які практично невіддільні одна від одної. За використання природної і штучної родючості ґрунту культурними рослинами вона стає справжньою (ефективною) і вимірюється величиною врожаю.
Родючість ґрунту значною мірою залежить від його хімічного складу. Родючі ґрунти багаті на гумус, макро- і мікроелементи, необхідні для розвитку фітоценозів. Із ґрунту рослини споживають азот, фосфор, калій, кальцій, магній, бор, кобальт, мідь, цинк, залізо та інші елементи мінерального живлення.
Серед хімічних елементів, які рослини використовують для живлення, особливе місце посідає азот – компонент білка. В рослинних білках його міститься в середньому 16 %.
Джерело азоту для рослин – нітрати і солі амонію. В ґрунтовому покриві вони утворюються в результаті перебігу процесів нітрифікації та амоніфікації. Азот атмосфери безпосередньо для рослин недоступний, вони використовують його після переробки азотофік-сувальними мікроорганізмами, що живуть у ґрунті. Для підживлення культурних рослин широко застосовують азот органічних і мінеральних добрив (гній, торфогнойові компости, аміачну селітру, карбамід та ін.). Ґрунтовий азот за занадто низької або високої концентрації може бути для рослин лімітувальним чинником. За дефіциту азоту в рослин, особливо у хлібних злаків, розвиваються ознаки азотного голодування (листки стають дрібними, стебла – тонкими). За надмірного вмісту азоту в ґрунті затягуються строки цвітіння і дозрівання зерна пшениці, жита та інших культур. Посилене азотне живлення призводить до зростання у тканинах рослин вмісту нітратів, які разом із продуктами їх відновлення (нітритами) є отруйними для тварин і людини.
Ріст і розвиток рослин порушуються за нестачі чи надлишку не тільки ґрунтового азоту, а й інших макро- і мікроелементів. Через це змінюється хімічний склад рослин, знижується їх кормова цінність для великої рогатої худоби, свиней, птиці. В організмах тварин і рослин порушується обмін речовин, знижується їх продуктивність, виникають ендемічні хвороби, пов'язані з дефіцитом або надлишком макро- і мікроелементів. Наприклад, за нестачі в ґрунті кальцію у рослин відмічають ознаки кальцієвого голодування: листки жовкнуть, передчасно відмирають, корені ослизають, загнивають. У цих самих біогеохімічних зонах поширені захворювання тварин, пов'язані з порушенням кальцієвого обміну і пошкодженням кісткової тканини, кістки розм'якшуються, стають ламкими.
За надлишку в ґрунті кальцію в рослин можуть розвиватися хлорози і некрози, а в тварин – пошкоджуватись кістки (остеодистрофія). За надмірної концентрації нікелю у тварин реєструють захворювання шкіри (нікелевий дерматит). За нестачі цинку у кукурудзи біліють верхівки, у цитрусових з'являється мозаїчність, у плодових рослин – розетковість. У цих самих регіонах велика рогата худоба і свині хворіють на паракератоз, що супроводжується патологічними змінами епітеліальної тканини шкіри і слизових оболонок.
Інша причина зміни геохімії ґрунтів – забруднення агроекосис-тем хімічними речовинами. Наприклад, при забрудненні середовища фтором у яблунь, груш та інших видів рослин відмирають листки, у тварин пошкоджуються зуби.
Значна частина макро- і мікроелементів вимивається внаслідок ерозії ґрунтів. З метою оптимізації біохімії ґрунтів вносять органічні і мінеральні добрива, вживають протиерозійних заходів, захищають ґрунти від забруднення.
--PAGE_BREAK--4. Біогенні чинники4.1. Живі організми як екологічний чинник.
Сукупність живих компонентів середовища взаємовпливають одні на одних і є потужним екологічним чинником, зазвичай біогенним. Організм, що зазнає впливу довколишніх рослин і тварин, є об'єктом екосистеми, а рослини і тварини, що діють на цей об'єкт, – біотичними екологічними чинниками.
Взаємозв'язки між організмами можуть складатися по-різному. Характер взаємозв'язків визначає ефект впливу біотичного чинника на той чи інший живий об'єкт екосистеми (рослини або тварини).
У життєдіяльності рослин і тварин велику роль відіграють внутрішньо- і міжпопуляційні (внутрішньовидові) взаємозв'язки.
Взаємовідносини організмів одного виду викликають у них гомо-типні реакції у формі позитивних і негативних взаємодій. Позитивні взаємодії виявляються як груповий ефект, негативні – як конкуренція. Терміном «груповий ефект» позначають дві форми популяційних змін: поліпшення умов росту і розвитку тварин при об'єднанні їх у групи; принцип мінімального розміру популяцій. Груповий ефект чітко виявляється у популяціях багатьох диких і свійських тварин. Так, соболята, відняті від матері і розміщенні в окремих клітках по одному, часто захворюють (хвороба самопогри-зання). Цьому можна запобігти, розмістивши їх парами або групами. Принцип мінімального розміру популяції відбиває біоекологіч-ну роль чисельності особин, які утворюють групу. Популяція нездатна вижити, коли її чисельність нижча від критичного рівня. Так, у стаді північних оленів має бути не менш як 300 — 400 особин.
Терміном «конкуренція» позначають антагоністичні взаємовідносини між особинами в їх боротьбі за життєво необхідні ресурси (світло, поживу, простір та ін.). Конкурентні взаємовідносини можуть різко загостритися в разі збільшення щільності популяцій. Внаслідок конкуренції гальмуються ріст і розвиток рослин, деякі з них вимирають. Підвищену загибель, пов'язану зі збільшенням щільності популяцій, помічено у моркви, буряків, інших видів культурних рослин. Збільшення щільності популяцій тварин супроводжується стресом – напруженим станом організму, популяції, угруповання, екосистеми, що виникає під впливом будь-яких сильних подразників і супроводжується перебудовою захисних систем. Знижується відтворювальна здатність тварин. Масове безпліддя відмічається при значному концентруванні великої рогатої худоби, свиней і овець у тваринницьких комплексах промислового типу.
При взаємодії організмів різних видів проявляються гетеротипні реакції у формі конкуренції, коменсалізму, мутуалізму, аменсалізму, хижацтва, паразитизму.
Міжвидову конкуренцію рослин і тварин давно вивчають науковці і практики, і їй присвячено багато праць. Наприклад, Н.Є. Во-робйов виявив, що в конкурентній боротьбі за вологу переможцем часто є не кукурудза, а гірчиця польова. Міжвидову конкурентну боротьбу спостерігають і серед сільськогосподарських тварин, зокрема за ресурси пасовищного корму при випасанні стад великої рогатої худоби, овець, кіз та інших видів тварин.
Коменсалізм – існування організмів різних видів в умовах тісного просторового контакту, коли один із видів (коменсал) постійно або тимчасово існує чи користується перевагами за рахунок іншого без шкоди для останнього. Наприклад, молоко корови використовують для підгодівлі поросят, ягнят тощо. Отже, коменсалізм – це особлива форма взаємовідносин між двома видами тварин. Коменсал може використовувати хазяїна як місце оселення, засіб пересування або живитися рештками його їжі. Коменсалізм дуже поширений у природі. Взаємодоповнення екологічних ніш також слід розглядати як форму коменсалізму. При цьому зміна середовища, спричинена одним організмом, може бути корисною для розвитку іншого.
Мутуалізм – форма симбіозу між організмами, коли співжиття однаково вигідне для обох видів. Наприклад, бобові рослини і бульбочкові бактерії на їхніх коренях, мікориза на багатьох рослинах. При взаємодії з живими тканинами кореневої системи гриби формують «органи», які підвищують здатність рослин вбирати з ґрунту елементи мінерального живлення. В свою чергу, гриби використовують продукти фотосинтезу рослин.
Інший приклад мутуалізму – взаємодія квіткових рослин із тва-ринами-запилювачами (комахами, птахами та ін.), що вигідно не тільки рослинам, а й тваринам-запилювачам, які отримують поживу (нектар, пергу тощо). Симбіотичні взаємовідносини встановлюються між тваринами і багатьма видами мікрофлори і мікрофауни, яка населяє їх травний канал. У рубці великої рогатої худоби, овець, кіз живе велика кількість мікробів, грибів, інфузорій та інших мікроорганізмів, які знаходять там поживу та інші ресурси для свого росту, розвитку і розмноження. В свою чергу, вони відіграють важливу роль у процесах перетравлення кормів і обміну речовин в організмі тварин.
Мутаместом усіх видів впливу рослин і тварин є людина.
Мутуалізм як форма міжвидових взаємовідносин людини, з одного боку, і культивованих нею рослин і сільськогосподарських (свійських) тварин – з іншого, має величезні масштаби. Завдяки йому значно поширені окультурені рослини (пшениця, ячмінь, жито, овес, кукурудза та ін.), одомашнені тварини (велика рогата худоба, коні, вівці, свині, кури, гуси, качки тощо). Людина створює для рослин і тварин необхідні умови життєзабезпечення. Водночас рослини і тварини є для неї основними джерелами харчових та інших продуктів, які використовуються в народному господарстві.
Аменсалізм – форма взаємовідносин організмів, коли один вид пригнічує інший, але сам не зазнає його негативного впливу. Широко відомі приклади аменсалізму між різними представниками органічного світу – рослинами і тваринами, рослинами і мікроорганізмами, тваринами і мікроорганізмами. Наприклад, малина звичайна пригнічує ріст обліпихи звичайної, волоський горіх – яблуні звичайної, картоплю не рекомендується садити між яблунями.
Хижацтво – форма міжвидових взаємовідносин, коли одна тварина (агресор) поїдає іншу (жертву). Прикладом хижацтва у тваринництві є поїдання вовками овець та інших видів тварин, кури нерідко стають жертвами лисиць, шулік. Екологічні зв'язки хижаків і жертв спрямовують хід еволюції відповідних видів.
Паразитизм – одна із форм взаємовідносин організмів різних видів, з яких один (паразит) використовує іншого (хазяїна) як джерело живлення або середовище проживання. Паразитизм має багато спільного з хижацтвом, оскільки в обох випадках міжвидові взаємовідносини носять антагоністичний характер – один організм живиться за рахунок іншого. Проте між ними є й істотні відміни. В першому випадку споживач їжі (корму) більший за харчовий об'єкт, у другому, навпаки, паразит менший за хазяїна. Паразитичний спосіб життя ведуть бактерії, віруси, гриби, гельмінти, кліщі, комахи та ін. Паразити нерідко патогенні і можуть спричинювати масові хвороби рослин і тварин.
• Біологічна рівновага системи паразит – хазяїн є необхідною умовою тривалого, теоретично нескінченного існування біоценозів і Збереження їх видової різноманітності. Коли б паразити знищили сцоїх хазяїнів, вони втратили б місце свого проживання і джерело їжі. Загибель хазяїна неминуче призвела б до вимирання паразитів. Інша картина спостерігається в агроекосистемах. Екологічна рівновага в них часто порушується, і паразитизм як біотичний чинник може згубно впливати на рослинництво і тваринництво. Людина, сама того не усвідомлюючи, створила сприятливі умови для росту, розвитку і розмноження багатьох видів паразитів, порушила екологічну рівновагу в системі паразит – хазяїн, що призвело до виникнення масових хвороб рослин і тварин. Перетворюючи природні ландшафти на аграрні, людина знищує природні флору і фауну, створює місця проживання і вільні екологічні ніші для культивованих рослин та їхніх симбіонтів. У цьому ж біоценозі нерідко формуються сприятливі умови для розвитку збудників хвороб (патогенів) сільськогосподарських культур і їх конкурентів – бур'янів. Так, кореневі гнилі – грибкове захворювання рослин – у природних біоценозах трапляється рідко, а в аграрних – значно поширене. На цілинних землях зернова совка не завдає великої шкоди диким злаковим травам, але після посіву пшениці її чисельність значно зростає і вона стає небезпечним шкідником. Іншими причинами негативних змін у системі паразит – хазяїн є сортова уніфікація насіння культурних рослин, призначених для посіву, і підвищена цінність культурних рослин як ланки трофічного ланцюга. Стійкість будь-якого сорту до збудників хвороб відносна, оскільки збудник рано чи пізно подолає стійкість рослини. Крім того, за допомогою агротехнічних прийомів, селекції і насінництва, інших методів поліпшують харчові якості рослин. Однак усе, що корисне для людини і тварин, не менш корисне і для збудників хвороб та шкідників рослин.
В агроценозах вони знаходяться в умовах достатнього забезпечення високоякісною їжею. Умови для росту, розвитку і розмноження паразитів поліпшуються, біологічна рівновага в системі паразит – хазяїн зміщується в бік патогену, що спричинює виникнення епіфітотій (масове поширення хвороб рослин) та епізоотій (поширення інфекційних хвороб тварин) на значній території.
Прикладами паразитів сільськогосподарських культур є повитиця польова – Cuscutacampestris, яка паразитує на люцерні, конюшині, горосі, виці, сої; льонова – Cuscutaepilinum. На тютюні, томатах, коноплях паразитує вовчок гіллястий – Orobancheratoza; на соняшнику – вовчок соняшниковий (Orobanchecumana). Серед вищих рослин відома також група напівпаразитів, найтиповішим із яких є омела біла – Viscumalbum.
Багато представників ґрунтової фауни відіграє негативну роль у житті як рослинних ценозів, так і видів рослин. В одних випадках (найчастіше безхребетні або комахи-гризуни) вони безпосередньо пошкоджують рослини, знижуючи їх життєздатність, а в інших – знищують окремі органи рослин, переважно генеративні і вегетативні органи розмноження: насіння, плоди, бульби, кореневища, цибулини та ін. Великих втрат урожаю полів можуть завдавати птахи й особливо гризуни. Птахи здатні знищити велику кількість насіння і плодів сільськогосподарських і лісових рослин.
Проте не слід забувати про позитивну роль птахів у життєдіяльності лісу: одні з них знищують комах і гризунів, інші – поширюють насіння та плоди.
--PAGE_BREAK--