Экологический фактор - условие среды, оказывающее воздействие на организм. Среда включает в себя все тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях.
Принято выделять биотические и абиотические экологические факторы. Биотические факторы - это всё множество факторов среды, связанных с деятельностью живых организмов. К ним относятся фитогенные (растения), зоогенные (животные), микробиогенные (микроорганизмы) и антропогенные (человек) факторы.
Абиотические факторы - это всё множество факторов, связанных с процессами в неживой природе. К ним относятся климатические (температурный режим, влажность, давление), эдафогенные (механический состав, воздухопроницаемость, плотность почвы), орографические (рельеф, высота над уровнем моря), химические (газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность).
Искусственный отбор в растениеводстве и животноводстве
Искусственный отбор, выбор наиболее ценных в хозяйственном отношении животных и растений какой-либо породы или сорта и использование их для дальнейшего разведения. Термин ввёл в 1859 Ч. Дарвин, создавший теорию И. о. и показавший, что это основной фактор, обусловивший возникновение и дальнейшую эволюцию культурных растений и домашних животных. Ч. Дарвин доказал происхождение каждой группы сортов или пород и видов культурных растений и домашних животных от одного или немногих видов диких предков. Так, все домашние голуби возникли от дикого скального голубя, все породы кур — от дикого банкивского петуха, все сорта капусты — от 2—3 близких диких форм. Доказательством развития породы или сорта под воздействием человека служит факт наибольшего изменения у них хозяйственно-ценных признаков. Различают И. о. бессознательный и методический. Понятие бессознательного И. о. ввёл Ч. Дарвин: уже первобытные скотоводы и земледельцы стремились сохранить наиболее ценные экземпляры животных и растений и получить от них потомство. Сохранение из поколения в поколение лучших животных обеспечивало воспроизводство стада, высев лучших семян надёжнее обеспечивал урожай. Отбором автоматически подхватывались и распространялись в породе или сорте все мутации, которые усиливали хозяйственно-важные свойства организмов или ослабляли вредные (с точки зрения человека) признаки. В то же время носители вредных для породы или сорта уклонений неизбежно устранялись в процессе элиминации (уничтожения) менее ценных особей.
Отбор в растениеводстве, выделение лучших по заранее определённым хозяйственным признакам растений и лучшего семенного материала для последующего размножения. Отбор — один из основных методов выведения сортов с.-х. растений. Его обычно ведут по комплексу признаков: урожайности, устойчивости к болезням и вредителям и др. В практической селекции растений в СССР применяют 2 основных вида отбора: массовый и индивидуальный.
При массовом отборе выделяют большое число лучших по ряду признаков и однотипных растений. Их обмолачивают вместе, семена высевают на одну делянку. Такой отбор называют однократным массовым; если он повторен в ряде поколений, — многократным массовым. Массовый О. в р. прост и широко применяется в селекционной работе с перекрёстноопыляющимися культурами. Недостатки его — невозможность проверить отбираемые растения по их потомству и выделить из популяции наиболее ценные формы.
При индивидуальном отборе, так же как и при массовом, выделяют лучшие растения по ряду признаков, но обмолачивают их раздельно и семена высевают на отдельные делянки. Т. о., исходные родоначальные растения могут быть проверены по потомству. Потомства худших растений выбраковывают. Количество родоначальных (элитных) растений обычно составляет от нескольких сот до 2—3 тыс. Индивидуальный О. в р., так же как и массовый, может быть однократным и многократным.
Отбор в животноводстве, вид искусственного (методического) отбора; выбор на племя наиболее ценных в хозяйственном отношении животных. Наряду с подбором родительских пар, оцененных по качеству потомства, и правильным выращиванием молодняка, отбор — важнейший приём создания и совершенствования пород с.-х. животных.
В племенной работе наиболее эффективен индивидуальный отбор, основанный на всесторонней (комплексной) оценке животных (Бонитировка сельскохозяйственных животных) по индивидуальным (фенотипу) и наследственным (генотипу) качествам. Основа отбора — наследственная изменчивость, позволяющая получать желательные сочетания признаков и закреплять их в потомстве.
Накопление в процессе целенаправленного отбора полезных качеств приводит к совершенствованию пород и созданию новых форм. Учитывая, что организм животного — единое целое, и принимая во внимание установленный Ч. Дарвином принцип «соотносительной изменчивости и корреляции» в развитии отдельных частей организма, отбор необходимо вести по признакам, которые часто тесно взаимосвязаны. Отбор в ряде поколений по одному признаку (например, только по экстерьеру или продуктивности) приводит, как правило, к ухудшению других или к общему ослаблению конституции сельскохозяйственных животных и различным функциональным расстройствам.
Эффективность О. в ж. зависит от численности популяции и её ареала (они должны быть достаточными), плодовитости и скороспелости животных (быстрота смены поколений), характера наследования признаков, их изменчивости, наличия коррелятивных связей между признаками, интенсивности и направления отбора (чем выше процент выбракованных животных в стаде, тем лучше оставшаяся его часть, т. е. тем быстрее совершенствуется стадо).
Общим показателем эффективности отбора служит отношение показателя превосходства потомков отобранных на племя родителей над средней популяции или стада к показателю превосходства этих родителей над той же средней.
Биологическая изоляция и ее роль в преобразовании популяций
Изоляция (от франц. isolation — отделение, разобщение) (биологическая), ограничение или нарушение свободного скрещивания индивидов и перемешивания разных форм организмов; один из элементарных факторов эволюции. Ч. Дарвин на примере островных фаун и флор показал роль И. в возникновении, расширении и углублении различий между близкими формами живых организмов. Если какая-либо, чаще периферическая, часть исходной популяции изолируется какими-либо географическими преградами, то со временем эта часть популяции может превратиться в самостоятельный вид. Такой географический способ видообразования, по мнению многих биологов, — единственный или, во всяком случае, главный путь видообразования.
В макроэволюционном плане И. обусловливается нескрещиваемостью разных видов, т. е. преимущественно носит характер репродуктивной И. В микроэволюционном плане, т. е. на внутривидовом уровне, различают 2 основные группы И.: территориально-механическую, к которой относятся все случаи возникновения преград между разными частями населения или разными популяциями (например, водные барьеры для сухопутных и суша для водных организмов, горы для долинных и долины для горных видов и др.), и биологическую, которая подразделяется на 3 подгруппы:
а) экологическая И. — индивиды двух или большего числа биотипов редко или совсем не встречаются в течение репродукционного периода:
б) морфо-физиологическая И. — копуляция затруднена или невозможна по морфологическим или этологическим (поведенческим) причинам;
в) собственно генетическая И., обусловленная неполноценностью (снижение жизнеспособности, плодовитости или полная стерильность) гибридов, полученных в результате соответствующих скрещиваний.
Все виды И. могут оказывать на популяции различное давление, так как любая форма И. может быть количественно выражена в разной степени. Территориально-механическая И. (на больших территориях — географическая) приводит к аллопатрическому формообразованию и при достаточно длительном действии обычно вызывает появление какой-либо формы биологической И. Случаи первичного возникновения биологической И. могут повести к симпатрическому формообразованию.
Биологическую изоляцию обеспечивают две группы механизмов: устраняющие скрещивание (докопуляционные) и изоляция при скрещивании (послекопуляционные).
Спариванию близких форм препятствуют различия во время половой активности и созревания половых продуктов. В природе обычна биотопическая изоляция, при которой потенциальные партнеры по спариванию не встречаются, так как они чаще обитают в разных местах. Так, часть зябликов (Fringillacoelebs) гнездится в Московской области в лесах таежного типа, а другая — в невысоких и редких насаждениях с большим числом полян. Потенциальная возможность перекрестного спаривания особей этих групп несколько ограничена. Интересный пример биотопической изоляции – симпатрические внутривидовые формы у обыкновенной кукушки (Cuculuscanorus). В Европе обитает несколько «биологических рас» кукушек, различающихся генетически закрепленной окраской яиц. В Восточной Европе одни откладывают голубые яйца в гнезда обыкновенной горихвостки и лугового чекана, другие — светлые в крапинку яйца в гнезда мелких воробьиных птиц, имеющих яйца сходной окраски. Изоляция между этими формами кукушек поддерживается за счет уничтожения видами-хозяевами недостаточно замаскированных яиц. У многих видов предпочтение биотопа — эффективный изоляционный механизм.
Большое значение в возникновении и поддержании биологической изоляции у близких форм имеет этологическая изоляция — осложнения спаривания, обусловленные особенностями поведения. Ничтожные на первый взгляд отличия в ритуале ухаживания и обмене зрительными, звуковыми, химическими раздражителями будут препятствовать продолжению ухаживания.
Важным изолирующим механизмом, затрудняющим скрещивание близких видов, оказывается возникновение морфофизиологических различий в органах размножения (морфофизиологическая изоляция).
Вторая большая группа изолирующих механизмов в природе связана с возникновением изоляции после оплодотворения (собственно-генетическая изоляция), включающей гибель зигот после оплодотворения, развитие полностью или частично стерильных гибридов, а также пониженную жизнеспособность гибридов.
Хищничество и его роль в регуляции численности
Хищничество — это поедание одного организма (жертвы) другим организмом (хозяином). О думу ( 1986 ), «хищничество является примером таких взаимодействий между популяциями, результаты которых отрицательно сказываются на росте и выживании одной популяции и положительно или благоприятно — на другой». Однако, когда взаимодействующие популяции эволюционируют синхронно в относительно стабильной экосистеме, отрицательные эффекты проявляют тенденцию становиться слабее. Известно достаточно примеров взаимосвязи между колебаниями численности хищников и жертвы (полярная сова и лемминги, американский заяц-беляк и рысь). Так, в бореальных ландшафтах Канады установлена цикличность в системе «хищник — жертва»: после массовых размножений леммингов (1929, 1933, 1936, 1940 гг). Популяции организмов с небольшой продолжительностью жизни и высокой скоростью размножения часто регулируются хищниками. Как правило, хищники нападают на наиболее слабые жертвы, в частности американская норка уничтожает больные и старые особи ондатры (жертвы). Взаимодействия между популяциями хищника и жертвы весьма разнообразны и сложны. Так, если хищники достаточно эффективны, они могут регулировать плотность популяции жертвы, удерживая ее на уровне ниже емкости среды.
Хищничество воздействует на динамику и пространственное распределение популяции жертвы, что в свою очередь влияет на структуру и функции сообщества (биоценоза) вплоть до катастрофического их изменения. При этом в наземных системах полное уничтожение растений происходит редко и в основном бывает не избирательным (например, налет саранчи).
Хищничество встречается и у растений, особенно произрастающих на бедных питательными веществами почвах. Хищничество встречается практически среди всех типов животных, а также среди грибов и насекомоядных растений.
Шум, вибрации и защита от них
Шум — совокупность звуков различной частоты и интенсивности, беспорядочно изменяющихся во времени. Для нормального существования, чтобы не ощущать себя изолированным от мира, человеку нужен шум в 10—20 дБ. Развитие техники и промышленного производства сопровождалось повышением уровня шума, воздействующего на человека. По частотному диапазону шумы подразделяются на низкочастотный — до 350 Гц среднечастотный 350—800 Гц и высокочастотный — выше 800 Гц.
По характеру спектра шумы бывают широкополосные, с непрерывным спектром и тональные, в спектре которых имеются слышимые тона.
По временным характеристикам шумы бывают постоянными, прерывистыми, импульсными, колеблющими во времени. Звуковое давление - это среднее по времени избыточное давление на препятствие, помещённое на пути волны. Для практических целей удобной является характеристика звука, измеряемая в децибелах. Для оценки различных шумов измеряются уровни звука с помощью шумомеров. Для оценки физиологического воздействия шума на человека используется громкость и уровень громкости. Шум оказывает вредное воздействие на организм человека, особенно на ЦНС, вызывая переутомление и истощение клеток головного мозга. Под влиянием шума возникает бессонница, быстро развивается утомляемость, понижается внимание, снижается общая работоспособность и производительность труда. Длительное воздействие на организм шума и связанные с этим нарушения со стороны центральной нервной системы рассматриваются как один из факторов, способствующих возникновению гипертонической болезни. Под влиянием шума возникают явления утомления слуха и ослабления слуха. Эти явления с прекращением шума быстро проходят. Если же переутомление слуха повторяется систематически в течение длит. срока, то развивается тугоухость. Уровень шума нормируется санитарными нормами и государственными стандартами и не должен превышать допустимых значений.
Вибрация — это малые механические колебания, возникающие в упругих телах под воздействием переменных сил. Так, электродвигатель передает на фундамент вибрацию, вызываемую неуравновешенным ротором. Идеально уравновесить элементы механизмов практически невозможно, поэтому в механизмах с вращающимися частями почти всегда возникает вибрация. Резонансная вибрация вагона возникает в результате близости частоты силы воздействия на стыках рельсов к собственной частоте вагона. Вибрация по земле распространяется в виде упругих волн и вызывает колебания зданий и сооружений.
Вибрация машин может приводить к нарушению функционирования техники и вызвать серьезные аварии. Установлено, что вибрация является причиной 80% аварий в машинах, в частности, она приводит к накоплению усталостных эффектов в металлах, появлению трещин. При воздействии вибрации на человека наиболее существенно то, что тело человека можно представить в виде сложной динамической системы. Многочисленные исследования показали, что эта динамическая система меняется в зависимости от позы человека, его состояния — расслабленности или напряженности — и других факторов. Для такой системы существуют опасные, резонансные частоты, и если внешние силы воздействуют на человека с частотами, близкими или равными резонансным, то резко возрастает амплитуда колебаний, как всего тела, так и отдельных его органов. Для тела человека в положении сидя резонанс наступает при частоте 4-6 Гц, для головы 20-30 Гц, для глазных яблок 60-90 Гц. При этих частотах интенсивная вибрация может привести к травматизации позвоночника и костной ткани, расстройству зрения, у женщин вызвать преждевременные роды. Колебания вызывают в тканях организма переменные механические напряжения. Изменения напряжения улавливаются множеством рецепторов и трансформируются в энергию биоэлектрических и биохимических процессов. Информация о действующей на человека вибрации воспринимается особым органом чувств — вестибулярным аппаратом. Вестибулярный аппарат располагается в височной кости черепа и состоит из преддверия и полукружных каналов, расположенных во взаимоперпендикулярных плоскостях.
Вестибулярный аппарат обеспечивает анализ положений и перемещений головы в пространстве, активизацию тонуса мышц и поддержание равновесия тела. В преддверии и полукружных каналах имеются рецепторы и эндолимфа (жидкость, заполняющая каналы и преддверие). При перемещении тела и движениях головы эндолимфа оказывает неодинаковое давление на чувствительность клетки. Поскольку полукружные каналы располагаются в трех взаимоперпендикулярных плоскостях, то при любом перемещении тела и головы возбуждаются нервные клетки разных отделов вестибулярного аппарата. Нервн. волокна, идущие от рецепторов вестибулярного аппарата, образуют вестибулярный нерв, который присоединяется к слуховому нерву и направляется в головной мозг. В соответствующем участке коры головного мозга в височной доле анализируются сигналы от рецепторов вестибулярного аппарата.
Уровни звука на рабочих местах в помещениях и на территории предприятия не должны превышать предельно допустимых значений, установленных действующими санитарными правилами и другими нормативными документами.
При эксплуатации машин и механизмов, технологического оборудования, производственных зданий и сооружений, а также при организации рабочих мест для снижения и устранения вредного воздействия на работающих повышенного уровня шума применяются:
- технические средства (уменьшение шума машин в источнике его образования; применение технологических процессов, характеризующихся более низкими уровнями генерируемых шумов;
- строительно-акустические мероприятия;
- дистанционное управление машинами - источниками высоких уровней звука;
- организационные мероприятия (рациональные режимы труда и отдыха, сокращение времени пребывания работников в условиях воздействия шума, лечебно-профилактические и другие мероприятия).
Зоны с уровнями звука выше 80 дБА обозначаются знаками опасности. Работа в этих зонах без использования средств индивидуальной защиты слуха не допускается. Не допускается пребывание в зонах с уровнями звука 135 дБА.
Уровни вибрации, генерируемые производственным оборудованием, на рабочих местах должны соответствовать требованиям санитарных норм по производственной вибрации, вибрации в помещениях жилых и общественных зданий. Для устранения вредного воздействия вибрации на работающих применяются следующие мероприятия:
- снижение вибрации в источнике ее образования конструктивными или технологическими мерами;
- уменьшение вибрации на пути ее распространения средствами виброизоляции и вибропоглощения;
- дистанционное управление;
- средства индивидуальной защиты;
- организационные мероприятия (рациональные режимы труда и отдыха, лечебно-профилактические и другие мероприятия).
Мероприятия по оздоровлению условий труда работников с ручным инструментом должны соответствовать гигиеническим требованиям к ручным инструментам и организации работ.
Растения и фитотоксиканты
Фитотоксиканты (от греч. phyton – растение и toxi-kon – яд) – токсичные химические вещества (рецептуры), предназначенные для поражения различных видов растительности.
В мирных целях применяются в соответствующих дозах главным образом в сельском хозяйстве для борьбы с сорняками, для удаления листьев растительности в целях ускорения созревания плодов и облегчения сбора урожая (например, хлопка). В зависимости от характера физиологического действия и целевого назначения подразделяются на гербициды, арборициды, альгициды, дефолианты и десиканты.
Гербициды предназначаются для поражения травяной растительности, злаковых и овощных культур; Арборициды – для поражения древесно-кустарниковой растительности; Альгициды – для поражения водной растительности; Дефолианты приводят к опаданию листьев растительности; Десиканты поражают растительность путем ее высушивания.
По своим поражающим возможностям различают гербициды универсального (сплошного) действия, уничтожающие все виды растений, и гербициды избирательного действия, уничтожающие только определенные виды растений. По признакам действия на растения различают гербициды контактные, системные и корневые. Контактные гербициды поражают растительную ткань только в местах непосредственного контакта с ней; системные – перемещаются по сосудистой системе растений вместе с питательными веществами и вызывают общее отравление всего растения. Корневые гербициды вносятся через почву для уничтожения семян, ростков и корней растений.
В качестве табельных фитотоксикантов на вооружении армии США состоят три основные рецептуры: «оранжевая» («orange»), «белая» («white») и «синяя» («blue»).
«Оранжевая» рецептура представляет собой маслянистую жидкость темно-бурого цвета. С водой не смешивается. Полностью уничтожает посевы овощных культур и повреждает деревья и кустарники. Во Вьетнаме применялась американскими войсками для уничтожения больших лесных массивов. Норма расхода 15–50 кг/га. Для уничтожения травяной растительности норма увеличивается.
«Белая» рецептура – порошкообразная смесь белого цвета, не горит и не растворяется в маслах. Летучесть крайне низкая. Применяется в виде водных растворов с добавкой поверхностно-активных веществ. Содержание действующего начала достигает 25%. Является гербицидом универсального действия. Для уничтожения лесов достаточно однократной обработки. Норма расхода в расчете на действующее начало составляет 8–15 кг/га.
«Синяя» рецептура – 40% водный раствор натриевой соли какодиловой кислоты, содержащий некоторые инертные технологические примеси, поверхностно-активные вещества и ингибиторы коррозии.
Обладает ярко выраженными прижигательными свойствами – вызывает высушивание и свертывание листьев. Растения погибают в течение 2–4 сут. Норма расхода для уничтожения сельскохозяйственных культур составляет 3–8 кг/га. Для полного уничтожения растения требуется повторная его обработка.
Перечисленные рецептуры широко применялись американскими войсками в военных действиях в Юго-Восточной Азии, в частности во Вьетнаме, для уничтожения посевов риса и других продовольственных культур в густонаселенных районах. Кроме того, они использовались для уничтожения растительности вдоль дорог, каналов, линий электропередач с целью затруднить их использование вооруженными силами Вьетнама и облегчить своей авиации ведение воздушной разведки, фотографирование местности, поражение различных объектов, расположенных в лесу. Было поражено около 43% всей посевной площади Южного Вьетнама и 44% площади лесов.
Применение фитотоксикантов во Вьетнаме осуществлялось с помощью самолетов и вертолетов. Часто для этих целей привлекались военно-транспортные самолеты с большой грузоподъемностью (типа С-130 и С-123)– Для разбрызгивания рецептур применялись авиационные распыливающие устройства с баком вместимостью 1250 л, снабженные насосом, воздушной турбиной и распылительным соплом. Для вертолетов использовался бак вместимостью 890 л. Высота полета самолетов и вертолетов составляла десятки метров над зараженными поверхностями. Скорость полета не превышала 100–200 км/ч.
Все применявшиеся фитотоксиканты оказались токсичными для человека и теплокровных животных. Особую опасность для человека и животных представляет диоксин – технологическая примесь «оранжевой» рецептуры. Это высокотоксичное вещество (для теплокровных животных LD(50) = 10 (-4) – 10(-3) мг/кг) с многосторонним замедленным действием на организм, приводящим к его гибели через несколько недель после поражения. Обладает выраженным кумулятивным действием. Дегазация его затруднена.
Закрепление и освоение песков
В задачу рационального использования литосферы входят закрепление и освоение песков. Песками называют рыхлые малосвязанные отложения, состоящие из зерен минералов (преимущественно кварца). Закрепление песков производится способом механических защит, битумизацией (покрытие песков эмульсией битума, цементирующим поверхностный слой на глубину 0,8 – 1 см).
Сплошная корка успешно противостоит ветрам два года. Закрепленные пески можно использовать для лесоразведения, садоводства, виноградарства, бахчеводства и животноводства.