169860 (Сучасне поняття про агроекосистему), страница 3

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.

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.