51. Интенсивность действия факторов среды

Определения и обозначения

Интенсивность экологического фактора — степень его выраженности, от которой зависит жизнедеятельность организма. Фактором может быть температура, освещённость, влажность или солёность. Это понятие помогает оценить не только наличие условия, но и то, насколько сильно оно действует: например, важно не просто наличие света, а его количество.

Оптимум — значение интенсивности фактора, при котором условия для жизнедеятельности организма наиболее благоприятны. Вблизи него организм обычно нормально растёт, развивается и размножается. Понятие оптимума нужно, чтобы отличать просто переносимые условия от тех, в которых вид чувствует себя лучше всего.

Зона пессимума — область значений фактора около пределов выносливости, где организм испытывает угнетение. Жизненные процессы в ней идут хуже, чем при оптимуме, хотя организм ещё может существовать. Это понятие показывает, что неблагоприятные условия не всегда сразу приводят к гибели.

Пределы выносливости — минимальное и максимальное значения фактора, за которыми существование организма невозможно. Между этими границами вид способен жить, хотя не каждое значение одинаково благоприятно. Знание пределов помогает определить, подходит ли организму конкретная среда.

Как это устроено

Действие фактора зависит от его интенсивности, потому что организму нужны условия в определённом диапазоне. Например, свет необходим растениям для фотосинтеза, но при слишком слабом освещении образование органических веществ ограничено. Чрезмерное воздействие тоже может нарушать работу клеток и повреждать ткани. Поэтому для многих факторов неблагоприятны оба отклонения — и недостаток, и избыток.

На графике по горизонтали откладывают интенсивность фактора, а по вертикали — жизнедеятельность организма. По мере приближения к оптимуму жизнедеятельность возрастает, а в самой благоприятной области достигает максимума. Если интенсивность продолжает удаляться от оптимума, организм испытывает всё большее угнетение. Крайние участки внутри диапазона соответствуют зонам пессимума, а за его границами кривая показывает невозможность существования.

Закон толерантности описывает зависимость существования вида от диапазона значений факторов, которые он способен переносить. Если условия выходят за этот диапазон, организм не может жить в данной среде, даже если некоторые другие условия подходят. Причина в том, что каждый фактор влияет на необходимые процессы жизнедеятельности. Таким образом, границы переносимости ограничивают распространение вида.

Экологическая валентность — ширина диапазона значений конкретного фактора, переносимого видом. При узкой валентности даже небольшое изменение условия может стать неблагоприятным; при широкой вид переносит более сильные колебания. Например, сравнивая рыб по устойчивости к солёности, нужно сопоставлять именно диапазоны солёности. Этот показатель относится к определённому фактору, а не к устойчивости вида вообще.

У разных видов оптимумы и пределы выносливости различаются, потому что их строение и жизненные процессы приспособлены к разным условиям. Кроме того, действие одного фактора может зависеть от других: например, при высокой температуре организму может требоваться больше воды. Поэтому измеренные границы и наиболее благоприятное значение следует рассматривать с учётом сочетания условий среды. Подходящая температура сама по себе не гарантирует существования, если другой необходимый фактор выходит за пределы переносимости.

Зоны действия экологического фактора

Чтобы пользоваться таблицей, сначала сравните значение фактора с минимальным и максимальным пределами. Затем определите, близко ли оно к оптимуму или находится в области пессимума. Помните: пессимум означает угнетение, а выход за пределы — невозможность существования.

Разбор задач

Задача 1. Для растения оптимальная температура составляет 20 °C, а пределы выносливости — от 5 до 35 °C. Определите, в какой зоне находится растение при 20 °C и при 3 °C.

1. Сопоставим температуру 20 °C с оптимумом: это одно и то же значение.
2. Значит, при 20 °C растение находится в зоне оптимума, где условия наиболее благоприятны.
3. Сравним 3 °C с нижним пределом 5 °C. Температура ниже минимума, следовательно, она находится за пределами выносливости.

Ответ: при 20 °C растение находится в зоне оптимума, а при 3 °C существование растения невозможно.

Задача 2. Два вида рыб живут при разных значениях солёности: первый переносит узкий диапазон, второй — широкий. Определите, у какого вида экологическая валентность по солёности выше и какой вид вероятнее сохранится при изменении солёности.

1. Экологическая валентность по фактору определяется шириной его переносимого диапазона.
2. У второго вида диапазон солёности шире, поэтому его валентность по солёности выше.
3. При изменении солёности условия с большей вероятностью останутся внутри диапазона второго вида. Это делает его устойчивее именно к колебаниям солёности, но не обязательно к другим изменениям.

Ответ: выше валентность у второго вида; он вероятнее сохранится при изменении солёности.

Задача 3. На участке измерили освещённость, влажность и температуру. Для вида известны диапазоны переносимых значений каждого фактора. Два фактора находятся вблизи оптимума, а третий выходит за пределы выносливости. Могут ли условия участка обеспечить существование вида?

1. Проверим каждый фактор отдельно и выясним, входит ли его значение в переносимый диапазон.
2. Два условия близки к оптимуму, но третий фактор выходит за пределы выносливости.
3. Благоприятные значения двух условий не компенсируют третий фактор, несовместимый с существованием вида.

Ответ: нет, условия участка не обеспечат существование вида, поскольку один фактор выходит за пределы выносливости.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что чем выше интенсивность фактора, тем лучше организму. Такое рассуждение не учитывает, что недостаток и избыток могут нарушать жизненные процессы. Ошибку допускают, когда воспринимают фактор как простую шкалу «меньше — хуже, больше — лучше». Проверьте себя: спросите, есть ли у организма оптимум и верхний предел.

Ошибка — путать оптимум с пределом выносливости. Оптимум означает наиболее благоприятное значение, а предел — крайнюю границу возможного существования. Путаница возникает, потому что оба понятия связаны с диапазоном действия фактора. Чтобы проверить себя, уточните: речь идёт о лучшем условии или о границе, за которой организм уже не живёт.

Ошибка — считать зону пессимума областью, где жизнь полностью невозможна. В ней организм угнетён, но ещё может существовать; невозможность наступает за пределами выносливости. Эти зоны путают, потому что обе неблагоприятны. Проверьте себя по положению значения: внутри диапазона — пессимум, снаружи — невозможность существования.

Ошибка — заключать, что широкий диапазон по одному фактору означает устойчивость ко всем факторам. Экологическую валентность определяют отдельно для каждого условия, поэтому вид может хорошо переносить колебания температуры, но быть чувствительным к влажности. Обобщение кажется удобным, но не следует из определения. Проверяйте, к какому именно фактору относится указанная ширина диапазона.

Связь с другими темами

Для понимания действия факторов среды нужно знать, что такое среда обитания и какие условия называют экологическими факторами. Также важно различать сами условия и организмы, на которые они воздействуют. Эта тема помогает объяснить распространение видов: организмы встречаются там, где факторы находятся в переносимых для них пределах. Она связана и с приспособленностью, и с изменениями сообществ и экосистем, поскольку перемены условий могут ограничивать существование одних видов и создавать возможности для других.

Что запомнить

• Действие фактора зависит от его интенсивности.
• Для каждого вида существуют пределы выносливости по каждому фактору.
• Наиболее благоприятное значение фактора называют оптимумом.
• Около пределов выносливости располагаются зоны пессимума.
• За пределами выносливости существование организма невозможно.
• Ширина переносимого диапазона фактора характеризует экологическую валентность вида.