Экологические факторы среды и их классификация. Организмы, как правило, приспосабливаются

Экологические факторы — это комплекс окружающих условий, воздействующих на живые организмы. Различают факторы неживой природы — абиотические (климатические, эдафические, орографические, гидрографические, химические, пирогенные), факторы живой природы — биотические (фитогенные и зоогенные) и факторы антропогенные (воздействие человеческой деятельности). К лимитирующим относятся любые факторы, ограничивающие рост и развитие организмов. Приспособление организма к среде обитания называется адаптацией. Внешний облик организма, отражающий его приспособленность к условиям среды, называется жизненной формой.

Понятие об экологических факторах среды, их классификация

Отдельные компоненты среды обитания, воздействующие на живые организмы, на которые они реагируют приспособительными реакциями (адаптациями), называются факторами среды, или экологическими факторами. Иначе говоря, комплекс окружающих условий, влияющих на жизнедеятельность организмов, носит название экологические факторы среды.

Все экологические факторы делят на группы:

1. включают компоненты и явления неживой природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы. Среди множества абиотических факторов главную роль играют:

• климатические (солнечная радиация, свет и световой режим, температура, влажность, атмосферные осадки, ветер, атмосферное давление и др.);
• эдафические (механическая структура и химический состав почвы, влагоемкость, водный, воздушный и тепловой режим почвы, кислотность, влажность, газовый состав, уровень грунтовых вод и др.);
• орографические (рельеф, экспозиция склона, крутизна склона, перепад высот, высота над уровнем моря);
• гидрографические (прозрачность воды, текучесть, проточность, температура, кислотность, газовый состав, содержание минеральных и органических веществ и др.);
• химические (газовый состав атмосферы, солевой состав воды);
• пирогенные (воздействие огня).

2. — совокупность взаимоотношений живых организмов, а также их взаимовлияний на среду обитания. Действие биотических факторов может быть не только непосредственным, но и косвенным, выражаясь в корректировке абиотических факторов (например, изменение состава почвы, микроклимата под пологом леса и т.д.). К биотическим факторам относятся:

• фитогенные (влияние растений друг на друга и на окружающую среду);
• зоогенные (влияние животных друг на друга и на окружающую среду).

3. отражают интенсивное влияние человека (непосредственно) или человеческой деятельности (опосредованно) на окружающую среду и живые организмы. К таким факторам относятся все формы деятельности человека и человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно сказываются на их жизни. Каждый живой организм испытывает влияние неживой природы, организмов других видов, в том числе человека, и в свою очередь оказывает воздействие на каждую из этих составляющих.

Влияние антропогенных факторов в природе может быть как сознательным, так и случайным, или неосознанным. Человек, распахивая целинные и залежные земли, создает сельскохозяйственные угодья, выводит высокопродуктивные и устойчивые к заболеваниям формы, расселяет одни виды и уничтожает другие. Эти воздействия (сознательные) часто носят отрицательный характер, например необдуманное расселение многих животных, растений, микроорганизмов, хищническое уничтожение целого ряда видов, загрязнение среды и др.

Биотические факторы среды проявляются через взаимоотношения организмов, входящих в одно сообщество. В природе многие виды тесно взаимосвязаны, их отношения друг с другом как компонентами окружающей среды могут носить чрезвычайно сложный характер. Что касается связей между сообществом и окружающей неорганической средой, то они всегда являются двусторонними, обоюдными. Так, характер леса зависит от соответствующего типа почв, но сама почва в значительной мере формируется под влиянием леса. Подобно этому температура, влажность и освещенность в лесу определяются растительностью, но сформировавшиеся климатические условия в свою очередь влияют на сообщество обитающих в лесу организмов.

Воздействие экологических факторов на организм

Воздействие среды обитания воспринимается организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими. Следует отметить, что экологическим фактором является только изменяющийся элемент окружающей среды , вызывающий у организмов при своем повторном изменении ответные приспособительные эколого-физиологические реакции, наследственно закрепляющиеся в процессе эволюции. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные (рис. 1).

Называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают: физические, химические и эдафические.

Физические факторы - те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.). Например, температура.

Химические факторы — те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды, содержание кислорода и т.п.

Эдафические (или почвенные) факторы представляют собой совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений. Например, влияние биогенных элементов, влажности, структуры почвы, содержание гумуса и т.п. на рост и развитие растений.

Рис. 1. Схема воздействия среды обитания (окружающей среды) на организм

— факторы деятельности человека, воздействующие на окружающую природную среду ( и гидросферы, эрозия почв, уничтожение лесов и т.п.).

Лимитирующими (ограничивающими) экологическими факторами называют такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или избытка питательных веществ по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием).

Так, при выращивании растений при различных температурах точка, при которой наблюдается максимальный рост, и будет оптимумом. Весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которых еще возможен рост, называют диапазоном устойчивости (выносливости), или толерантности. Ограничивающие его точки, т.е. максимальная и минимальная пригодные для жизни температуры, — пределы устойчивости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости по мере приближения к последним растение испытывает все нарастающий стресс, т.е. речь идет о стрессовых зонах, или зонах угнетения, в рамках диапазона устойчивости (рис. 2). По мере удаления от оптимума вниз и вверх по шкале не только усиливается стресс, но по достижении пределов устойчивости организма происходит его гибель.

Рис. 2. Зависимость действия экологического фактора от его интенсивности

Таким образом, для каждого вида растений или животных существуют оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости (или выносливости) в отношении каждого фактора среды обитания. При значении фактора, близкого к пределам выносливости, организм обычно может существовать лишь непродолжительное время. В более узком интервале условий возможно длительное существование и рост особей. Еще в более узком диапазоне происходит размножение, и вид может существовать неограниченно долго. Обычно где-то в средней части диапазона устойчивости имеются условия, наиболее благоприятные для жизнедеятельности, роста и размножения. Эти условия называют оптимальными, в которых особи данного вида оказываются наиболее приспособленными, т.е. оставляют наибольшее число потомков. На практике выявить такие условия сложно, поэтому оптимум обычно определяют отдельные показатели жизнедеятельности (скорость роста, выживаемость и т.п.).

Адаптация состоит в приспособлении организма к условиям среды обитания.

Способность к адаптациям — одно из основных свойств жизни вообще, обеспечивающее возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях — от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Все приспособления организмов к существованию в различных условиях выработались исторически. В результате сформировались специфические для каждой географической зоны группировки растений и животных.

Адаптации могут быть морфологическими, когда меняется строение организма вплоть до образования нового вида, и физиологическими, когда происходят изменения в функционировании организма. К морфологическим адаптациям близко примыкает приспособительная окраска животных, способность менять ее в зависимости от освещенности (камбала, хамелеон и др.).

Широко известны примеры физиологической адаптации — зимняя спячка животных, сезонные перелеты птиц.

Весьма важными для организмов являются поведенческие адаптации. Например, инстинктивное поведение определяет действие насекомых и низших позвоночных: рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и др. Такое поведение генетически запрограммировано и передается по наследству (врожденное поведение). Сюда относится: способ построения гнезда у птиц, спаривание, выращивание потомства и др.

Существует также и приобретенное повеление, полученное индивидом в процессе его жизни. Обучение (или научение) - главный способ передачи приобретенного поведения от одного поколения к другому.

Способность индивида управлять своими познавательными способностями, чтобы выжить при неожиданных изменениях среды обитания, является интеллектом. Роль научения и интеллекта в поведении возрастает с совершенствованием нервной системы — увеличением коры головного мозга. Для человека — это определяющий механизм эволюции. Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием экологическая мистичность вида.

Совместное действие экологических факторов на организм

Экологические факторы обычно действуют не по одному, а комплексно. Действие одного какого-либо фактора зависит от силы воздействия других. Сочетание разных факторов оказывает заметное влияние на оптимальные условия жизни организма (см. рис. 2). Действие одного фактора не заменяет действие другого. Однако при комплексном воздействии среды часто можно наблюдать «эффект замещения», который проявляется в сходстве результатов воздействия разных факторов. Так, свет не может быть заменен избытком тепла или обилием углекислого газа, но, воздействуя изменениями температуры, можно приостановить, например фотосинтез растений.

В комплексном влиянии среды воздействие различных факторов для организмов неравноценно. Их можно подразделить на главные, сопутствующие и второстепенные. Ведущие факторы различны для разных организмов, если даже они живут в одном месте. В роли ведущего фактора на разных этапах жизни организма могут выступать то одни, то другие элементы среды. Например, в жизни многих культурных растений, таких, как злаки, в период прорастания ведущим фактором является температура, в период колошения и цветения — почвенная влага, в период созревания — количество питательных веществ и влажность воздуха. Роль ведущего фактора в разное время года может меняться.

Ведущий фактор может быть неодинаков у одних и тех же видов, живущих в разных физико-географических условиях.

Понятие о ведущих факторах нельзя смешивать с понятием о . Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма, называется лимитирующим. Действие лимитирующего фактора будет проявляться и в том случае, когда другие факторы среды благоприятны или даже оптимальны. Лимитирующими могут выступать как ведущие, так и второстепенные экологические факторы.

Понятие лимитирующих факторов было введено в 1840 г. химиком 10. Либихом. Изучая влияние на рост растений содержания различных химических элементов в почве, он сформулировал принцип: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени». Этот принцип известен под названием закона минимума Либиха.

Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, на что указывал Либих, но и избыток таких факторов, как, например, тепло, свет и вода. Как отмечалось ранее, организмы характеризуются экологическим минимумом и максимумом. Диапазон между этими двумя величинами принято называть пределами устойчивости, или толерантности.

В общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В. Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам, переносимым данным организмом (1913 г.). Эти два предела называют пределами толерантности.

По «экологии толерантности» были проведены многочисленные исследования, благодаря которым стали известны пределы существования многих растений и животных. Таким примером является влияние загрязняющего атмосферный воздух вещества на организм человека (рис. 3).

Рис. 3. Влияние загрязняющего атмосферный воздух вещества на организм человека. Макс — максимальная жизненная активность; Доп — допустимая жизненная активность; Опт — оптимальная (не влияющая на жизненную активность) концентрация вредного вещества; ПДК — предельно допустимая концентрация вещества, существенно не изменяющая жизненную активность; Лет — летальная концентрация

Концентрация влияющего фактора (вредного вещества) на рис. 5.2 обозначена символом С. При значениях концентрации С = С лет человек погибнет, но необратимые изменения в его организме произойдут при значительно меньших значениях С = С пдк. Следовательно, диапазон толерантности ограничивается именно значением С пдк = С лим. Отсюда, С пдк необходимо определить экспериментально для каждого загрязняющего или любого вредного химического соединения и не допускать превышения его С плк в конкретной среде обитания (жизненной среде).

В охране окружающей среды важны именно верхние пределы устойчивости организма к вредным веществам.

Таким образом, фактическая концентрация загрязняющего вещества С факт не должна превышать С пдк (С факт ≤ С пдк = С лим).

Ценность концепции лимитирующих факторов (С лим) состоит в том, что она дает экологу отправную точку при исследовании сложных ситуаций. Если для организма характерен широкий диапазон толерантности к фактору, отличающемуся относительным постоянством, и он присутствует в среде в умеренных количествах, то такой фактор вряд ли является лимитирующим. Наоборот, если известно, что тот или иной организм обладает узким диапазоном толерантности к какому-то изменчивому фактору, то именно этот фактор и заслуживает внимательного изучения, так как он может быть лимитирующим.

Множество отдельных элементов среды обитания, влияющих на организмы хотя бы на одной из стадий индивидуального развития, называются экологическими факторами.

По природе происхождения выделяют абиотические, биотические и антропогенные факторы. (Слайд 1)

Абиотические факторы - это свойства неживой природы (температура, свет, влажность, состав воздуха, воды, почвы, естественный радиационный фон Земли, рельеф местности) и др., которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

Биотические факторы - это все формы воздействия живых организмов друг на друга. Действие биотических факторов может быть как прямым, так и косвенным, выражаясь в изменении условий окружающей среды, например, изменение состава почвы под влиянием бактерий или изменение микроклимата в лесу.

Взаимные связи между отдельными видами организмов лежат в основе существования популяций, биоценозов и биосферы в целом.

Раньше к биотическим факторам относили и воздействие человека на живые организмы, однако в настоящее время выделяют особую категорию факторов, порождаемых человеком.

Антропогенные факторы - это все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно сказываются на их жизни.

Деятельность человека на планете следует выделять в особую силу, оказывающую на природу как прямое, так и косвенное воздействие. К прямому воздействию относят потребление, размножение и расселение человеком как отдельных видов животных и растений, так и создание целых биоценозов. Косвенное воздействие осуществляется путем изменения среды обитания организмов: климата, режима рек, состояния земель и др. По мере роста народонаселения и технической вооруженности человечества удельный вес антропогенных экологических факторов неуклонно возрастает.

Экологические факторы изменчивы во времени и пространстве. Некоторые факторы среды считаются относительно постоянными на протяжении длительных периодов времени в эволюции видов. Например, сила тяготения, солнечная радиация, солевой состав океана. Большинство экологических факторов - температура воздуха, влажность, скорость движения воздуха - очень изменчивы в пространстве и во времени.

В соответствии с этим, в зависимости от регулярности воздействия, экологические факторы делят на (Слайд 2):

· регулярно-периодические , меняющие силу воздействия в связи со временем суток, сезоном года или ритмом приливов и отливов в океане. Например: понижение температуры в умеренном климатическом поясе северной широты с наступлением зимы года и т.д.

· нерегулярно-периодические , явления катастрофического характера: бури, ливни, наводнения и т.д.

· непериодические, возникающие спонтанно, без четкой закономерности, разово. Например, возникновение нового вулкана, пожары, деятельность человека.

Таким образом, каждый живой организм испытывает влияние неживой природы, организмов других видов, в том числе и человека, и, в свою очередь, оказывает воздействие на каждую из этих составляющих.

По очередности факторы делятся на первичные и вторичные .

Первичные экологические факторы существовали на планете всегда, еще до появления живых существ, и все живое к этим факторам приспособилось (температура, давление, приливы, сезонная и суточная периодичность).

Вторичные экологические факторы возникают и изменяются благодаря изменчивости первичных экологических факторов (мутность воды, влажность воздуха и др.).

По действию на организм все факторы подразделяются на факторы прямого действия и косвенные .

По степени воздействия их подразделяют на летальный (приводящий к гибели), экстремальный, лимитирующий, беспокоящий, мутагенный, тератогенный, приводящий к уродствам в ходе индивидуального развития).

Каждый экологический фактор характеризуется определенными количественными показателями: силой, давлением, частотой, интенсивностью и др.

1) к нескольким, наиболее существенным экологическим факторам

2) к одному, важнейшему для организма фактору

3) ко всему комплексу экологических факторов

Ограничивающим называется фактор

1) снижающий выживаемость вида

2) наиболее приближенный к оптимальному

3) с широким диапазоном значений

Ограничивающим фактором для ручьевой форели может стать

1) скорость течения воды

2) повышение температуры воды

3) пороги в ручье

Биологическим оптимумом называется положительное действие

1) биотических факторов

2) абиотических факторов

3) всех видов факторов

Наиболее важным приспособлением млекопитающих к жизни в непостоянных условиях среды можно считать способность к

1) саморегуляции

2) анабиозу

3) охране потомства

Фактор, вызывающий сезонные изменения в живой природе, – это

1) атмосферное давление

2) долгота дня

3) температура воздуха

К антропогенному фактору относится

1) конкуренция двух видов за территорию

3) сбор ягод

Воздействию факторов с относительно постоянными значениями подвергается

1) домашняя лошадь

3) бычий цепень

Более широкой нормой реакции по отношению к сезонным колебаниям температуры обладает

1) прудовая лягушка

3) пшеница

К биотическим факторам относят

1) органические остатки растений и животных в почве

2) количество кислорода в атмосфере

3) симбиоз, квартиранство, хищничество

К редуцентам относятся

2) лишайники

13. В экосистеме в результате жизнедеятельности организмов осуществляется непрерывный поток атомов из неживой природы в живую и обратно, который называют:

1) обменом веществ;

2) цепями питания;

3) круговоротом веществ.

14. При каждом очередном переносе энергии в пищевой цепа рассеивается:
1) 10-20% потенциальной энергии;

2) 40-50% потенциальной энергии;

3 80-90% потенциальной энергии.

15. Пастбищная цепь начинается:

1) от зеленых растений;

2 от консументов;

16. Детритная цепь начинаетеся:

1) от зеленых растений;

2) от консументов;

3) от мертвого органического вещества.

17. Элементы среды, оказывающие существенное влияние на живые организмы, называются:

1) антропогенными факторами;

2) лимитирующими факторами;

3) экологическими факторами.

18. К эдафическим факторам относятся:

1) продолжительность дня и ночи, рельеф местности;

2) солнечный свет, температура, влажность;

3) состав и свойства почв.

19. Органическими веществами мертвых остатков питаются:
1) редуценты;

3) фаготрофы.

20. Минерализация органических остатков в биосфере происходит благодаря:

1) редуцентам;

2) фаготрофам;

3) фотоавтотрофам.

21. Агроценозы это экосистемы:

1) природные, движимые Солнцем;

2) природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими природными источниками;

3) движимые Солнцем, субсидируемые человеком.

22. Воздушная, водная и твердая среда обитания входят в группу:

1) абиотических компонентов экосистемы;

2) биотических компонентов экосистемы;

3) антропогенных компонентов экосистемы.

23. Продуценты, консументы и редуценты входят в группу:

1) абиотических компонентов;

2) биотических компонентов;

3) антропогенных компонентов.

24. Организмы, использующие в качестве источника энергии солнечный свет, называются:
1) редуцентами;

2) фотоавтотрофами;

3) хемоавтотрофами.

25. Организмы, использующие энергию, выделяющуюся при химических реакциях, называются:

1) редуцентами;

2) фотоавтотрофами;

3) хемоавтотрофами.

26. Растительными или животными организмами питаются:

1) редуценты;

3) фаготрофы.

27. Урбоценозы это экосистемы

1) природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими природными источниками.

2) природные, движимые Солнцем и человеком.

3) индустриально-городские, движимые топливом.

Похожая информация:

1. А точнее сказать - из-за невозможности ее поменять, ведь старому руководству доступны только старые ресурсы, раздобыть новые оно, как правило, не в состоянии.

Понятия факторов воздействия

Прежде чем начать обсуждение понятий факторов внешнего и внутреннего воздействия выясним, что понимается под внешним и, соответственно, внутренним. Советский энциклопедический словарь утверждает, что «Внешнее и внутреннее это – философские категории. Внешнее выражает свойства объекта как целого и характеризует его взаимодействие с окружающей средой, внутреннее – выражает структуру, сущность объекта». Таким образом, можно считать, что в динамике внешнее характеризует процессы взаимодействие объекта со средой, а внутреннее – характеризует процессы внутри самого объекта.

Как известно, любой материальный объект вселенной, в которой мы существуем, после его синтеза (т.е. создания или возникновения) находится во взаимодействии с окружающей его средой. Это взаимодействие продолжается в течение всего жизненного цикла и оканчивается вместе с распадом объекта. Здесь необходимо отметить, что термин «жизненный цикл» является вполне техническим и применяется в технике для обозначения периода существования любого технического изделия или системы.

Агенты, через которые объект взаимодействует со средой, совпадают с формами существования материи. В известной нам вселенной это различного вида поля и потоки частиц вещества. Все виды воздействия одного объекта на другой как раз и сводятся к этим двум разновидностям.

В зависимости от своих (т. е. присущих именно ему) особенностей, объект воздействует на окружающую его среду. Особенности объекта, о которых мы говорим, в основном определяются его организацией, т.е. материалами из которых состоит объект, его структурой, взаимодействием его составных частей, видами преобразования энергии в его пределах, способом выведения за пределы объекта продуктов его жизнедеятельности либо просто потерями вещества и энергии при взаимодействии объекта с внешней средой. Известно, что воздействие объекта на окружающую его среду неизбежно, в большей или меньшей степени, изменяет ее, а, следовательно, и характер и степень ее воздействия на объект, т.е. этот процесс является, как говорят, самосогласованным. В технике для обозначения подобных процессов применяется термин «обратная связь».

Люди так устроены, что любое явление окружающего мира пытаются упростить, чаще всего за счет разбиения сложного на более простое, т. е. на составляющие элементы. Так процесс взаимодействия со средой разбивается на отдельно рассматриваемые процессы воздействия среды на объект и объекта на среду. Далее в процессе воздействия среды на объект выделяются его (процесса) отдельные стороны или факторы. Процесс разбиения на этом не заканчивается, но об этом мы поговорим далее.

Из вышеизложенного понятно как возникают понятия «Факторов внешнего воздействия» или, как их иногда называют, «Внешних воздействующих факторов». (Нужно заметить, что эти понятия абсолютно идентичны). Таким образом, под факторами внешнего воздействия понимают выделенную из совокупности сторону, процесс, механизм и т. п. воздействия среды на рассматриваемый объект.

Но функционирование объекта не ограничивается только его взаимодействием с внешней средой, очень часто более важными представляются взаимодействия его составных частей с точки зрения их влияния на функционирование объекта и изменение параметров во времени. Здесь мы приходим к возникновению понятия «Факторов внутреннего воздействия». К ним следует относить изменения во времени свойств материалов слагающих объект, видов его организации и т. п.

Классификация факторов воздействия

Известно, что качество изделий, а под термином «изделие» будем понимать технические системы самого различного назначения, закладывается на стадии разработки, обеспечивается в процессе производства и поддерживается на стадии эксплуатации. Разрабатывая изделия, необходимо учитывать условия их эксплуатации, хранения и транспортирования, характеризующиеся воздействием внешних и внутренних факторов.

К внешним факторам в технике относят действие окружающей среды и особенности эксплуатации, связанные с местом установки изделия и (или) условиями его транспортирования. Указанные внешние воздействия могут вызвать ограничение или потерю работоспособности изделия или его составных частей в процессе эксплуатации.

Внутренними факторами для объектов техники являются процессы старения и изнашивания. Процессы старения происходят непрерывно, причем они совершаются как во время работы, так и во время хранения и транспортирования изделий. Изнашивание проявляется в основном в процессе эксплуатации и зависит от воздействия внешних факторов, от режимов эксплуатации и работы изделий. Вероятность влияния внутренних факторов возрастает по мере увеличения длительности эксплуатации и при нарушении режимов работы, которые могут характеризоваться: частотой включений и переключений, вызывающей в изделиях переходные процессы; перенапряжениями; толчками и т. д. Частые включения и переключения некоторых изделий могут также влиять на механическое изнашивание их конструктивных элементов. В изделиях, предназначенных для циклических режимов работы, существенное влияние на тепловые режимы оказывают соотношения продолжительности работы и перерывов. Действие внутренних факторов во многих случаях зависит от схем и конструкций изделий.

По времени и характеру воздействия, режимы эксплуатации и работы изделий могут быть:

непрерывными,

периодическими (циклическими),

апериодическими (одноразовыми),

повторно – прерывными,

случайными.

В классификациях факторы обычно группируют по какому-то признаку, поэтому выделяют факторы механические, климатические и т. д.

Соответствующий ГОСТ делит все внешние воздействующие факторы (ВВФ) на следующие классы: механические, климатические, биологические, радиационные, электромагнитные, специальных сред и термические.

В свою очередь каждый класс подразделяется на группы, а каждая группа на виды, которым, кстати, соответствуют определенные виды испытаний. Например, класс климатических воздействий делится на группы:

атмосферное давление,

температура среды.

влажность воздуха или других газов и т. д.

Группы в свою очередь подразделяются на следующие виды:

атмосферное повышенное или пониженное давление,

изменение атмосферного давления или его перепад,

повышенная и, соответственно, пониженная температура среды

изменение температуры среды и т. д.

Таким образом, классификации факторов вешнего воздействия чаще всего строятся по схеме

Правда иногда от этой схемы бывают отступления – вводится еще одна градация или уровень – подгруппа. Пример такого исключения имеет место в приведенной классификации применительно к механическим ФВВ.

Некоторые виды, группы и классы воздействий определяются назначением изделий и их взаимодействием со средами, создаваемыми человеком в процессе его деятельности. К таким классам относятся классы ВВФ:

специальных сред,

радиационные,

электромагнитные,

термические.

Освоение космоса привело к необходимости выделения еще одного класса (не предусмотренного стандартами), в который вошли все виды так называемых космических воздействий.

Одна из возможных классификаций ФВВ приведена на рисунке 1.

Как видим из классификации, к механическим факторам относят две их группы: факторы статического воздействия и факторы динамического воздействия. К факторам статического воздействия относятся такие их виды как:

растяжение,

кручение,

вдавливание.

Очевидно, что здесь классификация ФВВ повторяет виды деформации материалов.

К механическим факторам динамического воздействия относятся такие их виды как воздействие:

ускорения – линейного или углового, что вызывает перегрузки либо состояние полной или частичной невесомости,

вибрационное,

акустического шума,

Среди климатических факторов обычно выделяют воздействия:

солнечного излучения (в приповерхностных слоях атмосферы);

влаги содержащейся в воздухе или любой другой смеси газов (под влагой не обязательно понимать только пары воды – это могут быть и пары любой другой жидкости так, например, в атмосфере Юпитера роль воды, по-видимому, играет метан, во внутренней атмосфере КА эту роль может выполнять жидкое рабочее тело какой-то из его систем попавшее внутрь аппарата в результате протекания магистралей);

выпадающих осадков, к которым обычно относят – дождь, изморозь, снег, лед и т. п.

атмосферы (газовый состав, наличие примесей в виде жидких и твердых аэрозолей, частиц пыли, песка.),

давления аэростатического либо гидростатического (нормального, повышенного, пониженного), его изменений или перепадов.

К климатическим факторам можно отнести и такой, в общем-то, механический по своей природе, фактор, как воздействие движения среды, т. е. ветер, волновое движение жидкости и т. п.

В биологических факторах обычно выделяют воздействие на технические системы:

плесневых грибов и других микроорганизмов,

насекомых,

грызунов.

Иногда в виде биологического фактора воздействия внешней среды могут выступать и пресмыкающиеся или животные, но вероятность такой ситуации гораздо ниже, чем для грызунов.

Представляется целесообразным включение в этот класс ФВВ и воздействие человека, которое по своей разрушительности и масштабам может превзойти воздействие других биологических факторов.

К радиационным факторам относят совокупность ионизирующих излучений с которыми техническая система может столкнуться при своей нормальной эксплуатации. Это потоки α- и β- частиц, протонов и нейтронов; γ- Re- и УФ- излучения. Необходимо отметить, что факторы этого класса по большей части имеют техногенное происхождение.

Это же, в основном, можно сказать и о таком классе факторов, как воздействие специальных сред. Имеется в виду воздействие в основном химическое, т. е. кислот, щелочей, растворителей и растворов химически активных веществ.

Термические воздействия в некоторых случая рассматриваются как часть климатических воздействий, а, в иных случаях, выделяют в отдельный класс. К ним относят воздействие повышенной, пониженной температуры, ее периодические (т. н. термоциклирование) и непериодические изменения.

К факторам внешнего воздействия космического пространства в районе Земли или аналогичного космического тела можно отнести воздействие:

собственной внешней атмосферы космического аппарата;

атмосферы планеты (состав и температура атмосферы);

потоков нейтральных частиц в зависимости от их состава и скорости;

потоков заряженных частиц, генерируемых в атмосфере планеты;

«солнечного ветра»;

солнечного космического излучения;

электромагнитного излучение Солнца (обычно весь спектр его электромагнитных излучений излучений разбивают на ряд участков);

отраженного планетой Солнечного излучения;

собственного теплового излучения планеты (косвенно этот фактор характеризует температуру грунта планеты и степень его черноты);

Галактических космических излучений;

потоков межпланетной пыли и метеорных частиц;

магнитного поля планеты;

вмороженного магнитного поля «Солнечного ветра»;

Необходимо заметить, что иногда одновременное действие нескольких факторов классифицируется как независимый фактор, так одновременное воздействие вибрации и ударного нагружения классифицируется как тряска – еще один вид механического нагружения технических объектов.

Классификация, приведенная выше, не претендует ни на полноту, ни на универсальность. Это, в общем-то, и не нужно т. к. для различных технических объектов и систем набор ФВВ будет свой, специфический, отражающий как особенности объекта, так и условия его эксплуатации.

Воздействия внешних и внутренних факторов на материалы изделий проявляются в основном путем:

адсорбционного,

диффузионного,

химического,

коррозионного и

радиационного механизмов воздействия.

Происходящие при этом физико-химические процессы приводят к изменениям значений параметров и характеристик материалов и изделий, в ряде случаев вызывающим отказы. Возможны изменения необратимые и обратимые. Примерами необратимых изменений являются коррозия металлов, изменение структуры материалов при интенсивном радиоактивном облучении и т. д. К обратимым изменениям относятся такие, как восстановление свойств материала, адсорбировавшего газы или влагу своей поверхностью; восстановление свойств, значений параметров и характеристик изделий после прекращения температурных воздействий и т. п.

Таким образом, возникновение отказов можно представить как временной кинетический процесс, зависящий от изменений структуры и свойств материалов, из которых изготовлено изделие.

Физико-химические процессы, возникающие в материалах, могут происходить в объеме и на поверхности изделий, в электрических цепях, в подвижных и неподвижных соединениях. Причиной, приводящей к появлению указанных процессов, является воздействие внешней энергии, превращающейся при этом из одного вида в другой.

Наиболее часто на изделия воздействуют следующие виды энергии:

тепловая,

электрическая,

электромагнитная,

механическая и

химическая.

Каждому виду энергии соответствует определенный характер взаимодействия между частицами в соответствующих энергетических полях. Под действием энергии одного или нескольких видов в изделиях возникают физико-химические процессы, которые могут приводить к отказам. Наиболее распространены следующие причины возникновения отказов:

тепловое разрушение (потеря тепловой устойчивости, перегорание, расплавление и т. д.),

деформация и механическое разрушение, включая нарушение контактов, обрывы и короткие замыкания, нарушение механических фиксаций и т. д.,

электрическое разрушение (пробой, нарушение электрической прочности и т. д.),

электрохимическая коррозия,

радиационное разрушение,

изнашивание изделий,

загрязнение поверхностей деталей и изделий (нарушение контактов, изменение фотометрических характеристик, ухудшение зрительного восприятия информации и т. д.)

Одним из путей повышения качества изделий можно считать изучение физико-химических процессов в материалах, элементах и готовых изделиях, происходящих на стадии эксплуатации, с целью их учета на стадиях разработки и производства.

Особое значение приобретают знания указанных процессов для правильной организации испытаний и анализа их результатов, что мы будем осуждать на пятом курсе.

Для того чтобы подчеркнуть важность рассматриваемых нами процессов и явлений приведем данные о воздействии некоторых ФВВ на аппаратуру и материалы при различных условиях (см. таблицу 1.).

Таблица 1. Отказы аппаратуры военного назначения и материалов при различных условиях.

Краткому рассмотрению воздействия механических климатических, биологических, коррозионных, радиационных и космических факторов на объекты ракетно-космической техники как наземного, так и космического базирования и посвящен этот курс лекций.

Совокупности факторов внешнего воздействия

Не сложно понять, что в природе практически ни один фактор не действует обособленно. Объект всегда находится под воздействием некоторой совокупности факторов, причем суммарное воздействие этой совокупности, как правило, не просто сумма воздействия отдельно взятых факторов. Суммарное воздействие факторов внешней среды на конкретную техническую систему непросто описать и математической моделью и очень часто данный вопрос может быть разрешен (с большей или меньшей точностью) только путем проведения т. н. комбинированных испытаний.

Примеры этого можно найти как на Земле, так и в космосе.

Так в результате суммарного воздействия ионизирующих излучений и вакуума космического пространства скорость разрушения пластических масс заметно выше, чем при отдельном воздействии каждого из указанных факторов.

Необходимо отметить и еще один момент - для каждого района космического пространства набор действующих факторов и величины их воздействия, в общем-то, индивидуален. Эти отличия зависят от расстояния до Солнца, от расстояния до других небесных тел солнечной системы, и от положения рассматриваемой точки относительно плоскости эклиптики и т. д. В любом случае действие отдельных ФВВ и их совокупности, характерной для данной точки пространства индивидуально.

Точно так же для каждой данной местности на Земле существует не просто произвольный набор факторов, а их совокупность. В общем случае эта совокупность ФВВ зависит от географических координат данной местности, от рельефа, причем не только самой местности, но и от окружающих ее местностей, от других характеристик т. н. подстилающей поверхности таких, например, как устойчивость почвы к воздействию ветровой эрозии, наличию больших объемов воды и т. п.

Так в пустыне не следует ожидать высокой влажности воздуха, но наоборот следует ожидать заметных изменений температуры в течение суток. Если рассматриваемая нами местность находится недалеко от экватора, и где-то рядом имеются большие массы воды (допустим, недалеко расположено море), то априори можно сказать, что господствующим направлением ветра летом будет от моря, а зимой наоборот. Понятно, что влажность в такой местности будет выше летом. Не следует, разумеется, считать, что, зная какой-то один «самый главный» параметр мы уже знаем весь набор факторов. Но разумные предположения о том на какие факторы необходимо обратить внимание, применительно к данной местности, сделать возможно. Таким образом, существует возможность, зная параметры местности, где предполагается использовать разрабатываемую техническую систему, сделать разумные предположения об условиях, в которых этой системе придется работать, т. е. о наборе факторов внешнего воздействия среды. Далее, разумеется, необходимо выяснить реальные значения параметров каждого фактора и провести детальный анализ их воздействия на разрабатываемую систему по одному и в тех сочетаниях, которые могут реализоваться в данной местности.

Выше шла речь о взаимной связи между климатическими факторами среды. Однако существуют связи климатических факторов с другими характерными для данной местности. Так, землетрясения и вызванные ими воздействия на систему механических факторов, скорее всего, следует ожидать на границах т. н. «платформ» или «щитов». Внешне эти границы достаточно часто привязаны к определенным видам рельефа, прежде всего к горам. Но горный климат достаточно специфичен и определить, априори, набор основных факторов внешнего воздействия для него не так уж и сложно.

Далее, если мы рассматриваем местность достаточно плоскую и окруженную столь же невыраженным рельефом, то можно предполагать, что воздух в такой местности может разгоняться до больших скоростей. Если при этом на пути его движения имеются почвы подверженные ветровой эрозии, то следует предполагать возможность пылевых или песчаных бурь. Какими они могут – быть зависит от вида почв. В любом случае может иметь место механическое воздействие воздушного потока с пылью на элементы технической системы. Вблизи от крупных промышленных центров следует ожидать присутствие в воздухе коррозионно-активных агентов, их же присутствие может обнаруживаться и на достаточно больших удалениях от их источника, но в направлении преимущественного движения воздушных масс. Примеры такого рода можно продолжать и далее, но и так понятно о чем идет речь.

В то же время необходимо обратить ваше внимание на еще один аспект проблемы - на связь других не климатических факторов внешнего воздействия с климатическими. Имеется в виду связь, например, биологических и климатических факторов. Как и выше эта связь не жесткая, не однозначная, но и здесь можно априори сделать разумные предположения.

Известно, что биологические организмы, в том числе и те которые мы вынуждены рассматривать как факторы внешнего воздействия на наши системы, не могут обитать в среде с произвольными параметрами. Для их существования необходим определенный диапазон температур, влажности и других параметров внешней среды. Если мы знаем этот набор для какого-то организма, который может выступить в роли вредного фактора для нашей техники, то мы можем оценить, есть ли необходимость рассматривать в данном конкретном случае воздействие именно этого организма или ее нет.

Понятно, что для технических систем, которые будут использоваться в тундре вряд ли необходимо к биологическим факторам внешней среды относить термитов (ну не живут они в тундре). В то же время если вы проектируете техническую систему для какой-нибудь африканской или латиноамериканской страны, то необходимо выяснить, не живут ли они на территории этой страны. Аналогично можно решить вопрос и относительно других биологических или небиологических факторов.

Из вышеизложенного следует, что набор факторов внешнего воздействия, который необходимо учитывать при разработке технической системы, например наземного базирования, не является произвольным и во многом зависит от климата местности, где предполагается использовать разрабатываемую систему. Уже во время предварительного анализа можно приблизительно оценить возможный набор этих факторов и отранжировать их по степени важности для разрабатываемой системы. Но далее обязательно должен следовать этап уточнения данных об этих факторах и, соответственно, новый этап анализа, но на этом этапе уже нет необходимости снова рассматривать все факторы, достаточно проанализировать только существенные. Это же справедливо и в отношении систем космического базирования.

по разработке и экспертизе тестовых материалов для подготовки обучающихся к ЕГЭ

Составитель:

Ковалева Галина Евгеньевна,

Учитель биологии I категории

МБОУ СОШ №7

Мичуринск, 2012

Материалы для подготовки по теме «Основы экологии».

Основные термины и понятия, проверяемые в экзаменационной работе:

абиотические факторы, антропогенные факторы, биогеоценоз,

биологические ритмы, биомасса, биотические факторы, зона оптимума,

консументы, ограничивающий фактор, пищевые цепи, пищевые сети,

плотность популяций, пределы выносливости, продуктивность,

продуценты, репродуктивный потенциал, сезонные ритмы, суточные

ритмы, фотопериодизм, экологические факторы, экология.

Экология – наука о взаимоотношениях организмов между собой и окружающей средой.

Экологический фактор – компонент внешней среды, влияющий на организм.

Фактор, значение которого в данный момент находится на пределах выносливости, или выходит за них называется ограничивающим .

Фотопериодизм – фактор, определяющий длину светового дня и в свою очередь влияющий на проявление других факторов среды.

Основные экологические структуры

Основные показатели биоценоза:

1. Способность к саморегуляции

2. Плотность популяций конкретных видов

3..Продуктивность

4. Биомасса

5. Устойчивость

6. Видовое разнообразие

Биомасса – это величина, показывающая массу органического вещества, заключенного в телах организмов, населяющих единицу площади.

Функциональные группы сообщества

Пищевая цепь – механизм передачи вещества и энергии от источника через ряд организмов.

Пищевые цепи обычно состоят из 3-5 звеньев, например:

1) растения – корова – человек;

2) растения – божья коровка – синица – ястреб;

3) растения - муха – лягушка – змея – орел.

Пищевые цепи:

1.Пастбищная (цепь выедания)

2. Детритная (цепь разложения)

Экологическая пирамида – расположение звеньев пищевой цепи в определённой последовательностью.

Сукцессия - смена биоценозов

Сравнительная характеристика естественного

Биогеоценоза и агроценоза

Работа рассчитана на 30 минут.

Вариант 1

Часть А.

Выберите правильный ответ.

А1. Организмы, как правило, приспосабливаются

1) к нескольким, наиболее существенным экологическим факторам

2) к одному, важнейшему для организма фактору

3) ко всему комплексу экологических факторов

4) в основном, к биотическим факторам

А2. Ограничивающим фактором для ручьевой форели может стать

1) скорость течения воды

2) повышение температуры воды

3) пороги в ручье

4) длительные дожди

А3. Биологическим оптимумом называется положительное действие

1) биотических факторов

2) абиотических факторов

3) всех видов факторов

4) антропогенных факторов

А4. Фактор, вызывающий сезонные изменения в живой

природе, – это

1) атмосферное давление

2) долгота дня

3) влажность воздуха

4) температура воздуха

А5. Воздействию факторов с относительно постоянными значениями подвергается

1) домашняя лошадь

3) бычий цепень

4) человек

А6. Биогеоценоз образован

1) растениями и животными

2) животными и бактериями

3) растениями, животными, бактериями

4) территорией и организмами

А7. Продуцентами в озере являются

1) лилии

2) головастики

3) раки

4) рыбы

А8. Одним из условий устойчивости экосистемы может служить

1) ее способность к изменениям

2) разнообразие видов

3) колебания численности видов

4) стабильность генофонда в популяциях

А9. Если общая масса полученной потребителем 2-го порядка равна 10 кг, то какова была совокупная масса продуцентов, ставших источником пищи для данного потребителя?

1) 1000 кг

2) 500 кг

3) 10000 кг

4) 100 кг

А10. Исходным источником энергии в биоценозе является энергия

1) органических соединений

2) неорганических соединений

3) Солнца

4) хемосинтеза

А11. В одной экосистеме можно встретить дуб и

1) суслика

2) кабана

3) жаворонка

4) синий василек

А 12. Экологическая пирамида чисел отражает:

1) соотношение биомасс на каждом трофическом уровне

2) соотношение масс отдельного организма на разных трофических уровнях

3) структуру пищевой цепи

4) разнообразие видов на разных трофических уровнях

А1 3. Быстрее всего к сукцессии биогеоценоза может привести

1) распространение в нем инфекций

2) повышенное количество осадков

3) распространение инфекционных заболеваний

4) хозяйственная деятельность человека

А14. Планктон – это сообщество организмов:

1) сидячих

2) парящих в толще воды

3) малоподвижных донных

4) быстроплавающих

А15. Свойство экосистемы сохраняться при внешних воздействиях, называют:

1) самовоспроизводством

2) саморегуляцией

3) устойчивостью

4) целостностью

Часть В.

В1. К биотическим факторам относят

1) органические остатки растений и животных в почве

2) количество кислорода в атмосфере

3) симбиоз, квартиранство, хищничество

4) фотопериодизм

5) смена времен года

6) численность популяции

В - 4. Установите соответствие между факторами среды и их характеристиками.

Характеристики: Факторы среды:

1) Отлов рыбы; А – биотические

2) Изменение толщины озонового слоя; Б – абиотические

3) Гибель растений от засухи;

4) Питание птиц плодами растений;

5) Изменение влажности воздуха;

В -5. Установите, в какой последовательности

А) полевой жаворонок;

Б) орёл;

В) трава;

Г) змея;

Д) кузнечик.

Часть С.

С – 2. Что служит основой формирования разнообразных сетей питания в экосистемах?

С – 4. Какие факторы (условия) оказывают влияние на изменение площади ареала, занимаемыми разными популяциями животных?

Тест по теме: «Основы экологии»

Вариант 2

Часть А.

Выберите правильный ответ.

А1. Ограничивающим называется фактор

1) снижающий выживаемость вида

2) наиболее приближенный к оптимальному

3) с широким диапазоном значений

4) любой антропогенный

А2. Актиния и рак-отшельник находятся в отношениях

1) хищнических

3) нейтральных

4) симбиотических

А3. Наиболее важным приспособлением млекопитающих к жизни в непостоянных условиях среды можно считать способность к

1) саморегуляции

3) охране потомства

2) анабиозу

4) высокой плодовитости

А4. К антропогенному фактору относится

1) конкуренция двух видов за территорию

2) ураган

4) сбор ягод

А5. Более широкой нормой реакции по отношению к сезонным колебаниям температуры обладает

1) прудовая лягушка

2) ручейник

3) песец

4) пшеница

А6. Потребителями органического вещества в лесном биогеоценозе являются

1) ели и березы

2) грибы и черви

3) зайцы и белки

4) бактерии и вирусы

А7. Процесс саморегуляции в биогеоценозе влияет на

1) соотношение полов в популяциях разных видов

2) численность мутаций, возникающих в популяциях

3) соотношение хищник – жертва

4) внутривидовую конкуренцию

А8. К редуцентам относятся

1) грибы

2) лишайники

3) мхи

4) папоротники

А9. Укажите детритную пищевую цепь

1) муха – паук – воробей – бактерии

2) клевер – ястреб – шмель – мышь

3) рожь – синица – кошка – бактерии

4) комар – воробей – ястреб – черви

1) зайцами

2) пчелами

3) дроздами-рябинниками

4) волками

А11. Сети питания – это:

1) связи между родителями и потомством

2) родственные (генетические) связи

3) обмен веществ в клетках организма

4) пути передачи веществ и энергии в экосистеме

А12. Доля энергии, передаваемая на следующий трофический уровень, составляет приблизительно:

1) 10%

2) 30%

3) 50%

4) 100%

А13. Обычно первыми поселяются на скалах

1) грибы

2) лишайники

3) травы

4) кустарнички

А14. Найдите неверное утверждение.

Условие длительного существования экосистемы:

1) способность организмов к размножению

2) приток энергии извне

3) наличие более чем одного вида

4) постоянная регуляция численности видов человеком

А15. Стабильность экосистемы повышается, если в ней:

2) уменьшается число видов редуцентов

3) увеличивается число видов растений, животных, грибов и бактерий

4) исчезают все растения

Часть В.

Выберите три верных ответа из шести.

В1. Выберите признаки агроценоза

1) не поддерживают свое существование

2) состоят из малого числа видов

3) повышают плодородие почвы

4) получают дополнительную энергию

5) саморегулируемые системы

6) отсутствует естественный отбор

В - 4. Установите соответствие между особенностями обитателей биогеоценоза и их принадлежностью к функциональной группе.

Особенности группы: Функциональная группа:

1) включает растения, некоторые бактерии; А – продуценты

2) поглощает готовые органические вещества; Б – консументы

3) поглощает неорганические вещества;

4) включает животных;

5) аккумулирует солнечную энергию;

6) источник энергии – животная и растительная пища.

В -5 . Установите, в какой последовательности надо расположить звенья в пищевой цепи.

А) рачок дафния;

Б) фитопланктон;

В) выдра;

Г) уклея;

Д) щука.

Часть С.

Дайте краткий свободный ответ на вопрос в заданиях С – 1,

Полный развёрнутый - в заданиях С – 2 .

С – 2. Каковы причины «цветения» воды в водоёмах?

С – 4. Интенсивный выпас скота изменяет луговые и степные экосистемы, превращая их в бедные пустоши. Объясните, как это происходит?

Ответы к тестовым заданиям.

Вариант 1