Факториальная экология – это ключевой раздел экологии, который изучает факторы среды и их действие на организмы.

     Экологические факторы – это внешние и внутренние компоненты среды, воздействующие на живые организмы и их популяции и определяющие скорость и направление процессов, протекающих в природных сообществах организмов.

     Другими словами, экологические факторы – это элементы среды, влияющие на форму и функции организма, без которых они не могут существовать. Экологические факторы могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на организмы; как прямое (непосредственное) воздействие, так и косвенное (опосредованное).

     В природе факторы действуют не изолированно, а комплексно. Они подразделяются по происхождению и характеру воздействия на абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы среды – это компоненты и явления неживой, неорганической природы, например, солнечный свет, температура, влажность, рельеф, свойства почвы, соленость, течения, ветер, радиация и др. Эти факторы могут влиять на организмы прямо, т. е. непосредственно, как свет или тепло, либо косвенно, как, например, рельеф, который обуславливает действие прямых факторов – освещенности, увлажнения, ветра и прочих. Абиотические факторы можно разделить на несколько групп:

- Климатические;

- Эдафические (эдафогенные);

- Гидрографические;

- Орографические;

- Химические.

     Среди них главенствующую роль играют климатические – факторы, которые влияют на формирование климата и погоды (солнечная радиация, температура окружающей среды, освещенность, влажность, ионизирующее излучение, атмосферные осадки, ветер, давление и др.).

Рассмотрим в общих чертах некоторые из наиболее значимых абиотических факторов окружающей среды.

     Температура оказывает регулирующее влияние на многие процессы жизни растений и животных, изменяя интенсивность обмена веществ. Пределами толерантности для организмов любых видов являются максимальная и минимальная летальные (смертельные) температуры.

Подавляющее большинство организмов способны жить в диапазоне температур от 0 до 50°С, что обусловлено свойствами протоплазмы клеток. Активность клеточных ферментов лежит в пределах от 10 до 40 °С; вне этого диапазона реакции в клетке либо сильно замедляются, либо прекращаются вследствие разрушения органических веществ. Тем не менее отдельные виды микроорганизмов способны жить и размножаться при температурах, близких к точке кипения. Верхний предел для бактерий горячих источников составляет 88°С, для сине-зеленых водорослей – 80°С.

Процессы адаптации по отношению к температуре у животных привели к появлению пойкилотермных и гомойотермных организмов.

Пойкилотермные животные – это животные, температура тела которых изменяется при изменении температуры окружающей среды (земноводные, пресмыкающиеся и др.).

Гомойотермные животные имеют относительно постоянную температуру тела, не зависящую от температуры внешней среды.

     Для многих организмов характерно явление, называемое диапаузой, при котором все процессы жизнедеятельности приостанавливаются, что помогает организму пережить неблагоприятные температурные условия.

     Большое значение имеют периодические изменения температуры во времени. Температурные ритмы в значительной степени контролируют сезонную и суточную активность растений и животных. Температура часто создает зональность и стратификацию в водных и наземных местообитаниях.

     Свет – основной источник энергии на Земле. Он участвует в процессе фотосинтеза, в результате которого световая энергия переходит в химическую энергию органических соединений. Свет как экологический фактор существенно влияет на адаптационные процессы и явления в организмах.

     Важное значение имеет интенсивность излучения. По отношению к освещенности растения подразделяются на светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые. Последние имеют широкий диапазон толерантности к свету и могут развиваться как при яркой освещенности, так и в тени. Свет представляет собой мощный сигнальный фактор, вызывающий регуляторные адаптации у организмов. Фотопериодизм – это реакция организма на сезонные изменения длины дня. Фотопериодизм существует как у растений (рост, цветение, опадание листвы), так и у животных (линька, накопление жира, миграции, размножение и др.). Кроме того, свет обусловливает суточные ритмы организмов.

     Вода оказывает огромное влияние на биоту Земли. Вода физиологически необходима клеткам любых организмов, и с экологической точки зрения она часто является лимитирующим фактором. В наземно-воздушных условиях этот экологический фактор характеризуется, в первую очередь, величиной количества осадков и влажностью. В растениях небольшая часть воды (примерно 0,5%) используется на фотосинтез, а 97–99% влаги идет на транспирацию – испарение через листья. Для сохранения оптимального водного баланса в условиях недостатка воды у растений существуют различные адаптации: мощная корневая система, депонирование воды в измененных листьях и стеблях (алоэ, кактус), снижение транспирации. Животные также выработали адаптации, позволяющие пережить недостаток воды: морфологические (раковины, роговые покровы), физиологические (использование метаболической воды), поведенческие (миграция к местам водопоя).

     Водные условия создают своеобразную среду обитания организмов, отличающуюся от наземной, прежде всего, плотностью и вязкостью. Важнейшими физико-химическими свойствами водной среды являются: температурная стратификация, то есть изменение температуры по глубине водного объекта и периодические изменения температуры во времени, а также прозрачность воды, определяющая световой режим под ее поверхность. Важную роль играет газовый состав водной среды. Кроме того, существенное влияние на биоту оказывают кислотность, соленость, гидростатическое давление и перемещение водных масс (течения).

     Газовый состав атмосферы относится к одному из важных экологических факторов. Химический состав атмосферы довольно однороден: азот – 78,8%, кислород – 21%, аргон – 0,9%; углекислый газ –0,03% по объему. Для большинства организмов, живущих в естественных наземно-воздушных условиях, газовый состав атмосферы, как правило, не является лимитирующим фактором, т.к. вследствие динамичности атмосферы происходит постоянный приток воздуха к организмам. Однако резкое изменение концентрации кислорода или загрязнение атмосферы может привести к подавлению жизнедеятельности или гибели живых существ.

     Эдафические факторы – это почвенные условия произрастания растений и жизни почвенных организмов. Эти факторы делятся на химические (кислотность, солевой режим, элементарный химический состав и т.д.); физические (водный, воздушный и тепловой режимы, плотность почвы, гранулометрический состав, структура и др.); биологические (растительные и животные организмы, населяющие почву). Затем идут гидрологические факторы (водной среды), важные для организмов, обитающих в воде (температура, химический состав, количество растворенного кислорода, течения и др.).

     Несколько меньшее влияние оказывают орографические факторы – факторы рельефа.

     Химические факторы (химический состав атмосферы, химический состав воды (особенно ее соленость), почвы, естественные загрязнения (лесные пожары, извержения вулканов и др.) также оказывают влияние на все живые организмы.

     Среди абиотических факторов особого внимания заслуживает огонь или пожар. В настоящее время экологи пришли к однозначному мнению, что пожар надо рассматривать как один из естественных абиотических факторов наряду с климатическими, эдафическими и другими факторами.

Биотические факторы – это всевозможные формы влияния живых организмов друг на друга (например, опыление насекомыми растений, конкуренция, поедание одних организмов другими, паразитизм) и на среду. Они подразделяются на:

- внутривидовые факторы (демографические, этологические (поведенческие), конкуренция и др.);

- межвидовые факторы весьма разнообразны на популяционном уровне.

Биотические взаимоотношения имеют чрезвычайно сложный и своеобразный характер и также могут быть прямыми и косвенными. Так, например, внесение гербицидов на поля влечет за собой химическое воздействие на организмы (абиотический фактор), а также изменение видового состава населяющих поле организмов и, как следствие, изменение межвидовых отношений (биотический фактор).

Антропические (антропогенные) факторы – это все те формы деятельности человека, которые воздействуют на естественную природную среду, изменяя условия обитания живых организмов, или непосредственно влияют на отдельные виды растений и животных.

Антропогенные факторы могут быть связаны с влиянием человека на среду, как биологического вида, либо его воздействием на организмы вследствие социокультурной и промышленной деятельности, – это так называемое плановое влияние человека и общества.

Огромное влияние на изменение экосистем оказывает интродукционная деятельность человека. Биологические инвазии, также спровоцированные человеком, сегодня приняли катастрофические масштабы.

Основные способы влияния хозяйственной деятельности человека на фитоценозы (по А.Г. Воронову, 1973):

· завоз растений;

· сокращение ареалов дикорастущих видов и уничтожение растений;

· непосредственное воздействие на растительный покров во время строительных работ;

· распашка земель;

· вырубка лесов;

· выжигание;

· выпас домашних животных;

· выкашивание;

· осушение;

· орошение и обводнение;

· действие дымов, газов, и других вредных примесей в воздухе;

· создание рудеральных местообитаний и отвалов (золо-, гидро-);

· создание культурных фитоценозов;

· Охрана растительного покрова (заповедники, заказники и прочие ООПТ);

· промысел животных; сбор ягод и лекарственных растений и т.д.

Особенно сильно подобное влияние на среду проявляется в урбоэкосистемах. Влияние человека на среду может быть непредвиденным. Как правило, такое влияние обуславливается авариями на производстве или на транспорте.

С хозяйственной деятельностью человека сильно связано содержание загрязняющих веществ в воде, атмосфере и почве. Характер загрязнения зависит от типа производства.

Основными источниками, загрязняющими среду, считаются предприятия и объекты топливно-энергетического комплекса. Воду, главным образом, загрязняют предприятия химической, горно-добывающей и металлургической промышленности. Они сбрасывают в водоемы соединения меди, цинка, свинца. В атмосферу, и затем в водные и наземные экосистемы загрязнения могут попадать с кислотными дождями. Загрязнение почв тяжелыми металлами происходит благодаря использованию на транспорте этиолированного бензина.