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.

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.

За сильного розладу нервової регуляції і порушення діяльності внутрішніх органів тварини гинуть.

Загартування організму тварин (утримання новонароджених телят у холоді) на фоні належних умов годівлі і догляду за молодняком великої рогатої худоби дає добрі результати.

Вода як екологічний чинник

Вода дуже поширена на планеті Земля. Дві третини її поверхні займає Світовий океан, в якому зародилося життя. Вода необхідна для підтримання життя. Вона добрий розчинник; до її складу входять мінеральні солі, що містять близько 60 хімічних елементів, без яких життєдіяльність організмів неможлива. У воді розчиняються кисень і вуглекислий газ повітря, що має важливе значення для функціонування біоти. Вода має аномальні фізичні властивості, тому її називають найдивовижнішою рідиною в світі. Зокрема, густина води, як і інших рідин, при охолодженні до певної межі (до 4 °С) спочатку збільшується, а з 4 °С до О °С – зменшується. Якби вода не мала цієї надзвичайної властивості, то крига, щойно з'явившись на поверхні водойми, відразу ж опускалася б на дно і не тільки болота, озера і ріки, а й полярні океани промерзали б наскрізь і населяючі їх організми гинули. Оскільки крига легша за воду, за температури води нижче від О °С водойми вкриваються шаром криги, який захищає водну товщу від подальшого охолодження і тим самим забезпечує умови життя водяних організмів.

Вода – необхідний компонент організмів рослин і тварин. На її частку в середньому припадає 60 – 90 % маси живої речовини. В різних органах І тканинах живих організмів міститься різна кількість води, особливо в органах і тканинах тварин. Так, у кістках її близько 22%, у м'язах – 70 - 80, у крові – близько 90, в емалі зубів – менше за 0,2, а в слині – майже 100 %. Разом із різними хімічними сполуками вода утворює основу цитоплазми клітин рослинних і тваринних організмів. Вона бере активну участь в обміні речовин між організмом і навколишнім середовищем. У процесі життєдіяльності рослини і тварини споживають велику кількість води. Частково вони використовують її для синтезу живої речовини, а більшу частину виділяють у навколишнє середовище. Наприклад, підраховано, що одна корова протягом п'яти років споживає приблизно 90 000 – 100 000 л води; для рослин кукурудзи на площі в один гектар за вегетаційний період потрібно порядку 3 млн 600 тис. л води. Для отримання одного грама сухої рослинної маси використовується від 250 до 400 г води і більше.