Экологические факторы и условия

Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия, они делятся на абиотические (факторы неорганической, или неживой природы), биотические (разные формы воздействия живых организмов друг на друга) и антропогенные (факторы, связанные с деятельностью человека). Совокупность абиотических факторов в пределах однородного участка называется экотопом, вся совокупность факторов, включая биотические, – биотопом.

Абиотические экологические факторы – свойства неживой природы, влияющие на живые организмы. К первичным абиотическим экологическим факторам относят тепло, воду, свет, химические и физические факторы, которые можно непосредственно измерить. К комплексным абиотическим факторам относят: климатические (солнечная радиация, свет, температура, химический состав воздуха, осадки в различных формах, влажность воздуха, атмосферное давление и др.), эдафические (гранулометрический и химический состав почвы, ее водный и температурный режим); орографические, или топографические факторы (рельеф, экспозиция склона). Климатические и эдафические экологические факторы во многом определяются географическим положением экологической системы – ее удаленностью от экватора и океана и высотой над уровнем моря. Воздействие абиотических экологические факторы может быть прямым или косвенным.

Например, к экологическим факторам, непосредственно воздействующим на растения, можно отнести: температуру, воду, содержание элементов минерального питания в почве и др.; экологические факторы, оказывающие косвенное воздействие: географическая широта и удаленность от океана, рельеф (высота над уровнем моря и экспозиция склона), гранулометрический состав почвы. С подъемом в горы изменяется климат (количество осадков и температурный режим); экспозиция и крутизна склона влияют на интенсивность прогревания поверхности почвы и режим ее увлажнения. Гранулометрический состав почвы воздействует на растения через режим увлажнения и динамику элементов минерального питания и т. д.

Биотические экологические факторы являются следствием взаимоотношений организмов друг с другом. К биотическим факторам относят различные виды консортивных связей, включающих конкурентные взаимоотношения, отношения «хищник – жертва», симбиоз и др. В частности, для растений – это конкуренция, влияние животных (фитофаги, паразиты, опылители, распространители плодов и семян), грибов (микоризные, паразитические) и микроорганизмов (азотфиксирующие и болезнетворные бактерии, вирусы). Эдификаторы, отличающиеся выраженной средообразующей или средопреобразующей способностью, оказывают сильное влияние на подчиненные виды.

Антропогенные экологические факторы – это формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания др. видов или непосредственно сказываются на их жизни. В настоящее время состояние живого покрова Земли зависит от антропогенных факторов, к их числу относят промышленное загрязнение воздуха, рубки, лесные пожары, лесовосстановление, выпас, рекреацию и др. Роль антропогенных факторов резко возросла, поэтому изучение последствий их влияния, а также разработка способов регулирования отношений человека и природы относятся к важнейшим проблемам экологии [1].

Рассмотрим более подробно климатические условия в горных местностях. Главной причиной климатических отличий гор от соседних равнин является увеличение высоты над уровнем моря. Кроме того, важные особенности горного климата создаются рельефом местности (степенью расчленения, относительной высотой и направлением горных хребтов, экспозицией склонов, шириной и ориентировкой долин и др.), а также ледниками и фирновыми полями.

Можно различать собственно горный климат на высотах менее 3000 –4000 м и высокогорный климат на более высоких уровнях. Горный климат существенно отличается от климатических условий в свободной атмосфере над равниной на тех же высотах; климатические условия на обширных высоких плато также отличаются от условий в долинах, на горных склонах или на отдельных пиках. Вследствие того что атмосферное давление, температура и влажность воздуха и др. его свойства меняются с высотой очень сильно, в горах наблюдаются лежащие один над другим климатические пояса. Это влечёт за собой и высотную поясность ландшафтов в целом.

С высотой атмосферное давление и плотность воздуха убывают; ещё быстрее уменьшается содержание водяного пара и пыли. Это увеличивает прозрачность воздуха для солнечной радиации в горных местностях. Интенсивность прямой солнечной радиации в горах по сравнению с равнинами повышается (а рассеянной радиации, наоборот, понижается). Вследствие этого освещённость увеличивается, особенно на снежных полях, а небо получает более густую синюю окраску. Эффективное излучение земной поверхности в горах также возрастает.

Температура воздуха в тропосфере падает с высотой. В горах она также зависит от высоты местности и ниже, чем на низменностях. Кроме того, она зависит и от экспозиции склонов: на южных склонах, где приток радиации больше, температура выше, чем на северных. Горные хребты, особенно расположенные в широтном направлении, являются поэтому важными климатическими границами (Гималаи, Кавказ). На больших высотах в горах на температурный режим влияет также наличие ледников и фирновых полей.

Во внутренних частях горных массивов ночью и зимой может происходить застой выхоложенного воздуха, что приводит к частому образованию в горах температурных инверсий (повышений температуры с высотой). Суточный ход температуры воздуха на отдельных вершинах уменьшен, приближаясь к условиям в свободной атмосфере; но в долинах и на плато он может быть весьма значительным (например, в Тибете и на Памире). Годовой ход температуры соответствует условиям на равнине в данной широтной зоне. Его амплитуда велика в средних и высоких, но мала в низких широтах.

Осадки в горах увеличиваются с высотой, однако лишь до некоторого уровня, в разных случаях различного. Это увеличение меняется в зависимости от экспозиции склонов. Наибольшие осадки наблюдаются на склонах, обращенных к преобладающим ветрам, особенно если воздушные массы, переносимые последними, обладают большим влагосодержанием (например, на западе Тянь-Шаня и Памира). На подветренных склонах, наоборот, наблюдаются Фёны, а также Бора. В горах создаются местные циркуляции воздуха, так называемые горно-долинные ветры; над ледниками – также ледниковые ветры.

Горный климат во многих случаях обладают благотворным физиологическим действием (горные курорты). Особое значение имеют умеренная разрежённость и чистота горного воздуха, увеличенная солнечная, в том числе ультрафиолетовая, радиация, прохлада. Наряду с этим фёны, увеличение осадков и др. особенности горного климата могут иметь и отрицательное значение для организма человека. Выше 3000 м обычно начинаются проявления высотной болезни, интенсивность солнечной радиации здесь слишком велика, температура и давление воздуха низки, а осадки малы. Поэтому жизнь в условиях высокогорного климата часто требует длительной акклиматизации. Интересно, однако, отметить, что многие города Боливии и Перу расположены на высоте до 3800 м. Поселения и земледелие распространяются в горах до высоты 4000 – 5000 м [2].

Для гор характерна изменчивость природной среды от подножия горных хребтов к их вершинам. Закономерности распространения растений и животных здесь связаны прежде всего с изменениями обеспеченности теплом и влагой и соотношением этих показателей при возрастании высоты. Каждой горной системе соответствует свой высотно-поясной биоклиматический потенциал.

Специфика экологической среды в горах, особенно высокогорий, определяется снижением с высотой атмосферного давления приблизительно на 10 мб на каждые 100 м подъема. На высоте 6000 м оно составляет всего 52 % его величины на уровне моря. Соответственно возрастают разреженность воздуха и дефицит кислорода. Именно поэтому очень затруднена, а порой и невозможна интродукция некоторых альпийских растений, адаптированных к этим условиям, в низкогорные и равнинные районы.

Годовая величина суммарной радиации и ее интенсивность возрастают с высотой местности. В среднем интенсивность солнечной радиации возрастает приблизительно на 10 % на каждый километр высоты. Например, средняя продолжительность солнечного сияния за год в сыртах Тянь-Шаня составляет 2600 ч. Для сравнения: в тундровой зоне она составляет всего 1000 – 1200 ч, в тайге – 1400 ч, в северных пустынях – 2800 ч. В высокогорьях существенно возрастают потоки прямой солнечной радиации, длинноволнового инфакрасного и коротковолнового ультрафиолетового излучений. Они определяют существенные перепады между температурами воздуха и поверхности почвы, между радиационными условиями дня и ночи. На горе Килиманджаро на высоте 3600 м эти температурные контрасты в дневные часы достигают 60 – 80 °С. Ультрафиолетовая радиация оказывает большое влияние на биотические компоненты экосистем на физиологическом и биохимическом уровнях, определяя адаптационные реакции живых организмов и возможность их существования в высокогорных районах. Так, многие звери и птицы имеют либо белую, либо черную окраску меха и оперения, что защищает их от интенсивной ультрафиолетовой радиации.

Термический градиент (адиабатический градиент температуры) существует благодаря падению температуры с высотой и составляет в умеренном поясе в среднем 0,6 °С при подъеме на каждые 100 м высоты. Летом он увеличивается, а зимой - понижается. Поэтому при подъеме на каждые 1000 м температура понижается приблизительно на 5 – 7 °С. В экваториальных Андах средняя температура воздуха понижается с высотой на 1 °С каждые 200 м.

Температура воздуха в горах зависит не только от высоты, но также и от широты местности, что хорошо видно по нижней границе ледников, подверженной значительным колебаниям на разных широтах. В холодных и влажных полярных районах Арктики и Антарктики она находится на уровне моря, в Альпах проходит на высоте 2500 м, на Кавказе, Алтае – 3000 м, достигая в Гималаях высоты 5000 м и выше, в засушливых высокогорных районах Тибета и Анд поднимается до 6500 м над уровнем моря.

В общем виде параллельно снеговой линии в горах следует граница верхнего предела распространения лесной растительности и сосудистых растений. Верхняя граница леса поднимается выше на массивных хребтах, в центральных частях горных систем – на подветренных склонах. Феномены верхней границы леса и снеговой линии на земном шаре наилучшим образом описываются как непрерывные линии, объединяющие точки с большими высотами в низких широтах и с малыми высотами в высоких широтах (рисунок 1).

С возрастанием высоты становятся обильнее осадки. Изменение годового хода осадков на разных высотах связано во многом с местными особенностями циркуляции воздуха. С высотой изменяются абсолютная влажность, ее годовой и суточный ход. На склонах и вершинах гор максимум абсолютной влажности наблюдается в дневные часы. Относительная влажность мало изменяется с высотой. В среднем за год облачность и туманы в горах наблюдаются чаще, чем на равнинах. Изолированные вершины, горные цепи, экспонированные к океаническим ветрам, обычно окутаны облаками. Напротив, высокие нагорья и плато, как Тибет, Центральные Анды, аридны.

Рисунок 1 – Ветровая форма кедра сибирского у верхней границы леса в горах Алтая [7]

Важным фактором в горах является снег. На каждые 100 м подъема снегозапасы возрастают на 200 – 500 мм, продолжительность залегания устойчивого снежного покрова увеличивается на 15 – 25 дней. Характерно также неравномерное распределение снега по элементам рельефа. С этим явлением связана топография многих фитоценозов. Так, нивальные лужайки размещаются вблизи больших скоплений снега, питающих влагой почву в течение длительного времени вегетации. Также важен и ветровой режим. Сила ветра увеличивается у горных вершин, и от ветра во многом зависит нижний рубеж высокогорных поясов. Для деревьев, растущих на пределе распространения, особенно характерны ветровые формы крон и следы ветровой коррозии на стволах. В укрытиях от ветра, в нижней части горнотундрового пояса, порой создаются благоприятные местообитания для стланиковых форм деревьев. Сильный ветер является серьезным препятствием для распространения многих птиц, которые способны летать только в безветренную погоду или в укрытых от ветра местах; напротив, для распространения семян у многих растений имеются специальные приспособления для распространения ветром, с помощью которых они переносятся на значительные расстояния.

Дата добавления: 2015-10-16