6.3.2. Абиотические факторы среды

Определения и обозначения

Абиотические факторы среды — факторы неживой природы, воздействующие на организмы. К ним относятся свет, температура, вода и свойства почвы; они отличаются от биотических факторов, возникающих при взаимодействии живых организмов, и антропогенных, связанных с деятельностью человека. Это различие помогает определить источник воздействия и понять, какие условия среды изменились.

Экологический фактор — любое условие среды, которое прямо или косвенно влияет на организм. Само наличие фактора ещё не показывает, полезен он или вреден: значение имеет его интенсивность, например сила освещения или температура. Поэтому при описании условий важно указывать не только вид фактора, но и его конкретное значение.

Пределы выносливости — диапазон значений фактора, между которыми организм способен существовать. Его нижняя граница соответствует минимальному переносимому значению, а верхняя — максимальному. Понятие позволяет установить, при каких условиях организм может жить, а за какими границами его существование становится невозможным.

Экологический оптимум — значение фактора, при котором жизнедеятельность организма наиболее успешна. Он находится внутри пределов выносливости, но не совпадает с ними: за пределами оптимума организм ещё может существовать, хотя растёт или размножается хуже. Оптимум помогает сравнить условия, в которых вид чувствует себя лучше всего.

Как это устроено

Абиотические факторы возникают из физических и химических свойств неживой среды. Температура может непосредственно менять скорость химических реакций в клетках, а доступность воды — влиять на перенос веществ; так среда воздействует на организм напрямую. Косвенное влияние тоже существенно: облачность уменьшает освещённость, а это меняет интенсивность фотосинтеза у растений и доступность пищи для других организмов.

Свет, температура, вода, воздух и почва воздействуют на разные стороны жизнедеятельности. Свет даёт энергию для фотосинтеза, поэтому его недостаток снижает образование органических веществ и может замедлить рост растений. Температура влияет на скорость обмена веществ, а вода нужна для протекания жизненных процессов и переноса растворённых веществ. Состав почвы определяет доступность минерального питания, а состав воздуха обеспечивает газообмен; изменение этих условий может сказаться и на росте, и на размножении.

Действие фактора зависит от его силы, потому что организм приспособлен к определённому диапазону условий. При отклонении от оптимума процессы жизнедеятельности ухудшаются: слишком мало света ограничивает фотосинтез, а чрезмерная жара усиливает потерю воды. Если значение опускается ниже нижней границы или поднимается выше верхней, организм не может существовать в этих условиях. Следовательно, благоприятность фактора определяется не его максимальной силой, а соответствием потребностям организма.

Приспособленность к одному условию не означает одинаковой выносливости ко всем остальным. Виды, живущие в холодных местах, могут переносить низкие температуры лучше теплолюбивых организмов, но это само по себе не говорит об их устойчивости к засухе. Теневыносливые растения способны развиваться при слабом освещении, тогда как светолюбивым нужно больше света. Сходным образом организмы влажных и сухих местообитаний различаются по переносимости дефицита воды, поскольку их особенности связаны с конкретными условиями среды.

Недостаток или избыток одного фактора может сдерживать развитие даже при благоприятных остальных условиях. Такой фактор называют лимитирующим: например, растения на солнечном участке могут медленно расти, если им не хватает воды. Избыток тоже способен ограничивать жизнь — чрезмерная влажность, к примеру, ухудшает доступ кислорода к корням. Значит, оценивать условия нужно в совокупности, но отдельно выявлять фактор, значение которого сильнее всего мешает жизнедеятельности.

Основные абиотические факторы и их влияние на организмы

Сначала определите, какой именно параметр среды описан в условии, а затем проследите его возможное влияние на организм. Таблица показывает основные направления действия факторов, но конкретный результат зависит от вида и силы воздействия. Один и тот же фактор может быть благоприятным для одного организма и неблагоприятным для другого.

Разбор задач

Задача 1. В водоёме стало меньше света из-за помутнения воды. Назовите абиотический фактор и предположите, как его изменение повлияет на водные растения.

1. Помутнение уменьшает проникновение света, значит, изменился фактор свет.
2. Водные растения используют свет для фотосинтеза, при котором образуются органические вещества.
3. Если освещённость стала недостаточной, интенсивность фотосинтеза снизится, и растения могут медленнее расти.

Ответ: изменился абиотический фактор света; его снижение может ослабить фотосинтез и замедлить рост водных растений.

Задача 2. Растение нормально растёт при температуре от 10 до 30 °C, а лучше всего — при 20 °C. Определите пределы выносливости и оптимум.

1. В условии указан весь диапазон температур, при которых растение способно нормально расти: от 10 до 30 °C.
2. Крайние значения диапазона обозначают границы выносливости: нижнюю и верхнюю.
3. Отдельно сказано, что лучше всего растение растёт при 20 °C; это наиболее благоприятное значение, то есть оптимум.

Ответ: пределы выносливости по условию — 10 и 30 °C, оптимум — 20 °C. Оптимум расположен внутри диапазона, а не является одной из его границ.

Задача 3. На участке достаточно света и тепла, но растения испытывают недостаток воды. Объясните, какой фактор ограничивает их рост и почему.

1. Сопоставим известные условия: света и тепла достаточно, но доступность воды снижена.
2. Вода необходима для процессов в клетках и переноса веществ, поэтому её дефицит мешает нормальной жизнедеятельности.
3. Именно недостаток воды сдерживает рост, хотя другие условия благоприятны; такой фактор называют лимитирующим.

Ответ: рост ограничивает вода. Достаток света и тепла не устраняет её дефицит, поэтому растения всё равно не могут развиваться наиболее успешно.

Типичные ошибки

Ошибка — считать абиотическими только неблагоприятные условия. Так думают, потому что чаще замечают вред жары, холода или засухи, но фактором является любое воздействие неживой среды, в том числе благоприятное. Проверьте себя: если условие физическое или химическое и влияет на организм, оно может быть абиотическим независимо от результата.

Ошибка — путать оптимум с пределом выносливости. Это происходит, когда оба понятия связывают с диапазоном температур или влажности, хотя оптимум — одно наиболее благоприятное значение, а пределы — границы возможного существования. Чтобы проверить ответ, найдите в условии отдельно наилучшее значение и крайние значения диапазона.

Ошибка — считать, что чем сильнее фактор, тем лучше для организма. Обычно замечают пользу фактора, например света для фотосинтеза, и забывают, что избыток тоже вреден. Самопроверка проста: спросите, может ли чрезмерная жара, влажность или освещённость нарушить жизненные процессы; если может, важна не только нехватка, но и избыток.

Ошибка — полагать, что благоприятные значения нескольких факторов компенсируют любой недостаток одного из них. Такое представление игнорирует действие лимитирующего фактора: дефицит воды способен сдерживать рост даже при достатке света и тепла. Проверьте себя, выявив, какое условие непосредственно мешает организму; улучшение остальных условий не обязательно снимает это ограничение.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно различать живую и неживую природу и знать, какие условия необходимы организмам для существования. Это помогает отделять абиотические воздействия от отношений между живыми существами. Понятия пределов выносливости и оптимума связывают описание среды с особенностями самого организма.

Тема связана с приспособлениями организмов и их распространением по местообитаниям. Условия среды объясняют, почему разные виды занимают разные территории и какие особенности помогают им выживать. Позже эти знания пригодятся при изучении экосистем, экологических ниш и влияния человека на среду.

Что запомнить

• Абиотические факторы — воздействия неживой природы на организмы.
• Действие фактора зависит от его интенсивности.
• У каждого организма есть пределы выносливости к условиям среды.
• Оптимум — наиболее благоприятное значение фактора.
• За пределами выносливости организм не может нормально существовать.
• Лимитирующим может стать фактор, которого недостаточно или который действует чрезмерно.