Концепция лимитирующих факторов: «закон минимума» Либиха

Бочка Либиха. Чему Вас научит Закон минимума

Концепция лимитирующих факторов: «закон минимума» Либиха

Нужно ли больше? Меньше лучше? Бочка Либиха – это ключевой элемент Закона минимума, в заметке рассмотрим главный экологический закон. Начнем с основ и постепенно добавим детали.

Закон минимума был открыт еще раньше, чем экология была официально признана наукой. В 1840 г. Его сформулировал Юстас фон Либих, талантливый химик и профессор Гессенского университета, в 1913 г. Закон обобщил и дополнил Шелфорд (закон толерантности). К. А Тимирязев (русский естествоиспытатель) назвал данный закон «величайшим приобретением науки»

Закон минимума Либиха, — один из фундаментальных законов в экологии, гласящий, что наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения.

Что увидел Либих при сборе урожая зерна

Сферой исследований Либиха была жизнедеятельность растений и значение химических удобрений в увеличении их выживаемости.

При проведении опытов Юстас фон Либих установил, что урожай зерна часто ограничивается не веществами необходимыми растениям сильнее всего. Важнее оказался уровень менее важных минералов, которые соответственно почти не содержатся в почве.

В процессе работы ученым был открыт закон минимума, действующий во всех системах живых организмов.

Как факторы среды влияют на организм

Факторами среды, оказывающие влияние на организм, в науке делятся на несколько категорий:

  • Физические и химические (абиотические). В данную группу входят температура, влажность, солнечный свет, давление (черты неживой природы).
  • Биотические. В данном случае подразумеваются отношения особей и их воздействие одних организмов на другие. В качестве примеров можно назвать борьбу за пропитание, существование паразитов, борьба за выживание внутри видов.
  • Антропогенные факторы. Они появились благодаря человеку и его хозяйственной деятельности. Данные факторы также могут подразделяться на биотические и абиотические.

Экологический фактор бывает регулярным и нерегулярным. В первом варианте он изменяется в зависимости от смены дня и ночи, сезона и чередования приливов и отливов.

Приспособление организма в подобных ситуациях проходит за достаточно долгий срок времени и часто является наследственным, когда каждое новое поколения приобретает новые черты для выживания в изменяющихся условиях окружающего мира.

В результате влияния нерегулярных факторов среды (бури, наводнения, смерчи и т.д.) появляется неожиданная и резкая трансформация разнообразия видов и мест их постоянного обитания.

⚠️ Понимание Экологического закон Либиха, или Закона ограничивающего фактора полезно дополнить пониманием сути Теории Ограничений Голдратта – тоже самое правило, только в разрезе бизнеса и производства. Но оно экстраполируется на любые системы.

Живой организм переносит стресс до зоны оптимума

Живой организм относительно хорошо переносит воздействие экологических факторов до тех пор, пока результат их влияния не переходит за пределы (критические точки существования), после которых начинается угнетение его жизнедеятельности.

В диапазоне между данными границами находятся зона отпимума (комфорта) и зоны толерантности (терпимости). В этом промежутке воздействие фактора на особь является наиболее оптимальным.

От границ влияния экологического фактора зависят возможные реакции организма при определенных условиях. Выход за «критические точки» приводит к следующим результатам:

  • Исчезновение вида в пределах одного ареала, например, после его миграции на другие территории более пригодные для проживания.
  • Трансформация соотношения рождаемости и смертности особей (при внезапных и сильных изменениях в природе).
  • Адаптация организмов, которая приводит к появлению новых видов с определенными отличиями на генном уровне. В процессе приспособления особи приобретают закалку, повышенную выносливость, новые способы выживания. Именно способность к адаптации зачастую является определяющим свойством самых сильных и жизнеспособных особей и видов.

Суть закона минимума

На жизнь как отдельного вида, так и системы живых организмов в целом, влияет множество экологических факторов. Но в случае, если 1 фактор сильно выходит за привычные пределы, именно он является наиболее важным для системы и самым опасным для её жизнедеятельности в тот момент.

Т.е. выносливость организма связана с характеристиками самого слабого места в её системе. Это краткое описание значения закона минимума. В разное время ограничивающими факторами для особи могут быть абсолютно разные показатели.

Все части живой природы зависимы от целого комплекса реакций окружающей среды. При этом какие-то из факторов становятся ведущими, остальные ‒ второстепенными. Список наиболее важных воздействий определяется особенностями самого живого организма и его зоны оптимума в конкретные временные отрезки существования. В разные моменты главные и менее существенные факторы могут меняться.

Один и тот же фактор может стать жизненно необходим для одних существ и несущественен для других. Например, отсутствие солнечного света может лимитировать важнейшую возможность осуществления процесса фотосинтеза для растений.

При этом, например, для животных, обитающих в глубинах морей и океанов, он не играет такой важной роли. В одном случае наличие кислорода в почве будет играть значительную роль, в другом ‒ лимитирующим фактором станет уже содержание кислорода в водной среде.

Когда закон минимума не работает

Использование закона минимума ограничивают 2 простых принципа. Во-первых, закон минимума работает только для стационарных систем, в которых взаимодействие энергии и веществ зависит от их утечки. Во-вторых, действие закона зависит от компенсаторных способностей системы и её организмов.

Если хотите более прочитать про более прикладное применение “Закона минимума”, вам стоит узнать про принцип Паретто или правило 20/80.

Иногда ограничивающий фактор заменяется другим при условии его повышенного содержания. Такая реакция возможна при изменении потребности организма в недостающем веществе. Она обеспечивает выживание организма в условиях полного или практически полного отсутствия определенных веществ.

Бочка Либиха. Где ниже – там и выливается

Наглядной иллюстрацией закона является бочка, получившая свое название от фамилии ученого. Мы увидим разломанную бочку с вытекающей водой. Ограничивающий фактор в данной ситуации ‒ высота досок.

По закону минимума начинать чинить бочку нужно с наименьшей по высоте доски, потому что она сильнее всего влияет на «выживания». Без ликвидации проблем с ограничивающим фактором в виде самой короткой доски нет смысла в других способах починки и наполнения бочки.

Не имеет значения и длина остальных досок, т.к. вода все равно будет продолжать выливаться.

Где применять закон минимума в реальной жизни

Смысл закона минимума состоит в том, что любая «поломка» происходит в первую очередь в наиболее слабом месте системы, которое может меняться в зависимости от обстоятельств.

При подборе удобрений в сельском хозяйстве ориентируются всегда на вещество, находящееся в почве в минимальном количестве. При отсутствии фосфора следует подкармливать растения добавками с фосфором, при недостатке кальция ‒ с кальцием.

Летом лимитирующий фактор для животного (например, дикого оленя) ‒ количество еды, зимой ‒ высота сугробов и минимальная температура.

Кустарники в густом тенистом лесу сильнее всего зависят от солнечного света, в пустыне ‒ от наличия и доступности воды и т.д.

На футбольном поле противники в 8 случаях из 10 забивают голы, прорвав оборону наиболее слабого игрока. А владельцы крупных предприятий часто недооценивают влияние непрофессиональных служащих на незначительных должностях.

Суть закона Либиха очень точно отражена в пословице «Где тонко, там и рвется». Прочность всей цепочки всегда тесно связана с прочностью её самого слабого звена. Поэтому, желая сохранить или усилить свои позиции где-либо, стоит сначала задуматься о наиболее слабых местах проекта либо идеи, чтобы в дальнейшем они не стали основной причиной краха.

Источник: https://1timer.ru/podruchnyj-material/zakon-minimuma/

Реферат: Лимитирующие факторы. Закон минимума Закон Ю. Либиха , определение лимитирующего экологического

Концепция лимитирующих факторов: «закон минимума» Либиха

1. Общие положения. Среда – это все, что окружает организм, т.е. это та часть природы, с которой организм находится в прямых или косвенных взаимодействиях.

Под средой мы понимаем комплекс окружающих условий, влияющих на жизнедеятельность организмов. Комплекс условий складывается из разнообразных элементов – факторов среды . Не все из них с одинаковой силой влияют на организмы.

Так, сильный ветер зимой неблагоприятен для крупных, обитающих открыто животных, но он не действует на более мелких, которые укрываются под снегом или в норах, либо живут в земле.

Те факторы, которые оказывают какое-либо действие на организмы и вызывают у них приспособительные реакции, называются экологическими факторами .

Влияние экологических факторов сказывается на всех процессах жизнедеятельности организмов и, прежде всего, на их обмене вещества. Приспособления организмов к среде носят название адаптаций . Способность к адаптации – одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает самую возможность ее существования, возможность организмов выжить и размножаться.

2.Классификация экологических факторов . Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. По своему характеру они подразделены на две крупные группы: абиотические и биотические.

Если мы будем подразделять факторы по причинам их возникновения, то они могут быть подразделены на природные (естественные) и антропогенные. Антропогенные факторы могут также быть абиотическими и биотическими.

Абиотические факторы (или физико-химические факторы) – температура, свет, рН среды, соленость, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, ветер, течения. Это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

Биотические факторы – это формы воздействия живых существ друг на друга. Окружающий органический мир – составная часть среды каждого живого существа. Взаимные связи организмов – основа существования популяций и биоценозов.

Антропогенные факторы – это формы действия человека, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни.

Действие экологических факторов может приводить:

– к устранению видов с биотопов (смена биотопа, территории, сдвиг ареала популяции; пример: миграции птиц);

– к изменению плодовитости (плотности популяций, репродукционные пики) и смертности (смерть при быстрых и резких изменениях условий окружающей среды);

– к фенотипической изменчивости и адаптации: модификационная изменчивость – адаптивные модификации, зимняя и летняя спячка, фотопериодические реакции и т.п.

3.Лимитирующие факторы . Законы Шелфорда и Либиха

Реакция организма на воздействие фактора обусловлена дозировкой этого фактора. Очень часто фактор среды, особенно абиотический, переносится организмом лишь в определенных пределах. Наиболее эффективно действие фактора при некоторой оптимальной для данного организма величине.

Диапазон действия экологического фактора ограничен соответствующими крайними пороговыми значениями (точками минимума и максимума) данного фактора, при котором возможно существование организма. Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых наступает смерть.

Пределы выносливости между критическими точками называют экологическойвалентностью или толерантностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды. Распределение плотности популяции подчиняется нормальному распределению.

Плотность популяции тем выше, чем ближе значение фактора к среднему значению, которое называется экологическим оптимумом вида по данному параметру. Такой закон распределения плотности популяции, а следовательно, и жизненной активности получил название общего закона биологической стойкости.

Диапазон благоприятного воздействия фактора на организмы данного вида называется зоной оптимума (или зоной комфорта). Точки оптимума, минимума и максимума составляют три кардинальные точки, определяющие возможность реакции организма на данный фактор.

Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организм. Этот диапазон величины фактора называется зоной пессимума (или зоной угнетения).

Рассмотренные закономерности воздействия фактора на организм известно, как правило оптимума .

Установлены и другие закономерности, характеризующие взаимодействия организма и среды. Одна из них была установлена немецким химиком Ю. Либихом в 1840 году и получила название закона минимума Либиха , согласно которому рост растений ограничивается нехваткой единственного биогенного элемента, концентрация которого лежит в минимуме.

Если другие элементы будут содержаться в достаточном количестве, а концентрация этого единственного элемента опустится ниже нормы, растение погибнет. Такие элементы получили название лимитирующих факторов. Итак, существование и выносливость организма определяются самым слабым звеном в комплексе его экологических потребностей.

Или относительное действие фактора на организм тем больше, чем больше этот фактор приближается к минимуму по сравнению с прочими. Величина урожая определяется наличием в почве того из элементов питания, потребность в котором удовлетворена меньше всего, т.е. данный элемент находится в минимальном количестве.

По мере повышения его содержания урожай будет возрастать, пока в минимуме не окажется другой элемент.

Позднее закон минимума стал трактоваться более широко, и в настоящее время говорят о лимитирующих экологических факторах. Экологический фактор играет роль лимитирующего в том случае, когда он отсутствует или находится ниже критического уровня, или превосходит максимально выносимый предел.

Иными словами, этот фактор обусловливает возможности организма в попытке вторгнуться в ту или иную среду. Одни и те же факторы могут быть или лимитирующими или нет. Пример со светом: для большинства растений это необходимый фактор как поставщик энергии для фотосинтеза, тогда как для грибов или глубоководных и почвенных животных этот фактор не обязателен.

Фосфаты в морской воде – лимитирующий фактор развития планктона. Кислород в почве не лимитирующий фактор, а в воде – лимитирующий.

Следствие из закона Либиха: недостаток или чрезмерное обилие какого-либо лимитирующего фактора, может компенсироваться другим фактором, изменяющим отношение организма к лимитирующему фактору.

Однако ограничивающее значение имеют не только те факторы, которые находятся в минимуме. Впервые представление о лимитирующем влиянии максимального значения фактора наравне с минимумом было высказано в 1913 году американским зоологом В. Шелфордом.

Согласно сформулированному закону толерантности Шелфорда существование вида определяется как недостатком, так и избытком любого из факторов, имеющих уровень, близкий к пределу переносимости данным организмом.

В связи с этим все факторы, уровень которых приближается к пределу выносливости организма, называются лимитирующими .

4.Периодичность действия экологических факторов .

Действие фактора может быть: 1) регулярно-периодическим, меняющим силу воздействия в связи со временем суток, сезона года или ритмом приливов и отливов в океане; 2) нерегулярным, без четкой периодичности, например катастрофические явления – бури, ливни, смерчи и т.д.; 3) направленным на протяжении известных отрезков времени, например, глобальные похолодания, или зарастание водоемов.

Организмы всегда приспосабливаются ко всему комплексу условий, а не к одному какому-либо фактору. Но в комплексном действии среды значение отдельных факторов неравноценно. Факторы могут быть ведущими (главными) и второстепенными.

Ведущие факторы различаются для разных организмов, даже если они и живут в одном месте. Они различаются и для одного организма в разные периоды его жизни.

Так, для ранневесенних растений ведущим фактором является свет, а после цветения – влага и достаток питательных веществ.

Первичные периодические факторы (дневная, лунная, сезонная, годовая) – происходит адаптация организмов, укоренившаяся в наследственной основе (генофонде), поскольку эта периодичность существовала до появления жизни на Земле. Климатическая зональность, температура, приливы и отливы, освещенность. Именно с первичными периодическими факторами связаны климатические зоны, которые определяют распространение видов на Земле.

Вторичные периодические факторы. Факторы, являющиеся следствием изменений первичных факторов (температура – влажность, температура – соленость, температура – время суток).

5.Абиотические факторы. Универсальные группы: климатические, эдафические, факторы водной среды. В природе существует общее взаимодействие факторов. Принцип обратной связи: выброс токсических веществ уничтожил лес – изменение микроклимата – изменение экосистемы.

1) Климатические факторы . Зависят от главных факторов: широты и положения континентов.

Климатическая зональность привела к формированию биогеографических зон и поясов (зона тундр, зона степей, зона тайги, зона широколиственных лесов, зона пустынь и саванн, зона субтропических лесов, зона тропических лесов).

В океане выделяются арктическо-антарктическая, бореальная, субтропическая и тропическо-экваториальная зоны. Есть множество вторичных факторов. Например, зоны муссонного климата, формирующие уникальный животный и растительный мир. Широта наиболее сильно сказывается на температуре.

Положение континентов – причина сухости или влажности климата. Внутренние области суше периферийных, что сильно влияет на дифференциацию животных и растений на материках. Ветровой режим (составная часть климатического фактора) играет чрезвычайно важную роль в формировании жизненных форм растений.

Важнейшие климатические факторы: температура, влажность, свет.

Температура. Все живое – в температурном диапазоне – от 00 до 500 С. Это летальные температуры. Исключения. Космический холод. Эвритермные1 и стенотермные организмы. Холодолюбивые стенотермные и теплолюбивые стенотермные. Абиссальная среда (0˚) – самая постоянная среда.

Биогеографическая зональность (арктические, бореальные, субтропические и тропические). Пойкилотермные организмы – холодноводные с непостоянной температурой. Температура тела приближается к температуре среды. Гомойотермные – теплокровные организмы с относительно постоянной внутренней температурой.

Эти организмы обладают большими преимуществами в использовании среды.

Влажность. Вода в почве и вода в воздухе – факторы, имеющие огромное значение в жизни органического мира.

Гидробионты (водные) – обитают только в воде. Гидрофилы (гидрофиты) – очень влажные среды (лягушки, дождевые черви). Ксерофилы (ксерофиты) – обитатели засушливого климата.

Свет. Определяет существование автотрофных организмов (синтез хлорофилла), составляющих важнейший уровень в трофических цепях. Но есть растения и без хлорофилла (грибы, бактерии – сапрофиты, некоторые орхидеи).

2) Эдафические факторы . Все физические и химические свойства почв. Главным образом воздействуют на обитателей почв.

3) Факторы водной среды . Температура, давление, химический состав (кислород, соленость). По степени концентрации солей в водной среде организмы бывают: пресноводные, солоноводные, морские эвригалинные и стеногалинные (т.е.

живущие в условиях широкого и узкого диапазона солености соответственно). По температурному фактору организмы подразделяются на холодноводных и тепловодных, а также группу космополитов.

По образу жизни в водной среде (глубина, давление) организмы подразделены на планктонные, бентосные, глубоководные и мелководные.

6.Биотические факторы . Это факторы, контролирующие взаимоотношения организмов в популяциях или сообществах. Выделяют два основных типа таких отношений:

– внутривидовые – популяционные и межпопуляционные (демографические, этологические);

– межвидовые (хищник-жертва, паразитизм, симбиоз, комменсализм и др.).

7.Антропогенные факторы . Хотя человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, деятельность людей на планете выделяют в особую силу.

Основными способами антропогенного влияния являются: завоз растений и животных, сокращение ареалов и уничтожение видов, непосредственное воздействие на растительный покров, распашка земель, вырубка и выжигание лесов, выпас домашних животных, выкашивание, осушение, орошение и обводнение, загрязнение атмосферы, создание рудеральных мест обитания (мусорные свалки, пустыри) и отвалов, создание культурных фитоценозов. К этому следует добавить многообразные формы растениеводческой и животноводческой деятельности, мероприятия по защите растений, охране редких и экзотических видов, промысел животных, их акклиматизацию и т.п. Влияние антропогенного фактора с момента появления человека на Земле постоянно усиливалось. В настоящее время судьба живого покрова нашей планеты и всех видов организмов находится в руках человеческого общества, зависит от антропогенного влияния на природу.

2.Шумовое загрязнение среды. Защита от шумового воздействия.

Шумовое (акустическое) загрязнение (англ. Noise pollution , нем. Lärm ) — раздражающий шум антропогенного происхождения, нарушающий жизнедеятельность живых организмов и человека. Раздражающие шумы существуют и в природе (абиотические и биотические), однако считать загрязнением их неверно, поскольку живые организмы адаптировались к ним в процессе эволюции .

Главным источником шумового загрязнения являются транспортные средства — автомобили, железнодорожные поезда и самолёты.

В городах уровень шумового загрязнения в жилых районах может быть сильно увеличен за счёт неправильного городского планирования (например, расположение аэропорта в черте города).

Помимо транспорта (60÷80 % шумового загрязнения) другими важными источниками шумового загрязнения в городах являются промышленные предприятия, строительные и ремонтные работы, автомобильная сигнализация, собачий лай, шумные люди и т. д.

С наступлением постиндустриальной эпохи всё больше и больше источников шумового загрязнения (а также электромагнитного ) появляется и внутри жилища человека. Источником этого шума является бытовая и офисная техника.

Более половины населения Западной Европы проживает в районах, где уровень шума составляет 55÷70 дБ.

Как и все другие виды антропогенных воздействий, проблема загрязнения среды шумом имеет международный характер. Всемирная организация здравоохранения, учитывая глобальный характер шумового загрязнения окружающей среды, разработала долгосрочную программу по снижению шума в городах и населенных пунктах мира.

В России защита от шумового воздействия регламентируется Законом Российской Федерации «Об охране окружающей среды» (2002) (ст. 55), а также постановлениями правительства о мерах по снижению шума на промышленных предприятиях, в городах и других населенных пунктах.

Защита от шумового воздействия — очень сложная проблема и для ее решения необходим комплекс мер: законодательных, технико-технологических, градостроительных, архитектурно – планировочных, организационных и др.

Для защиты населения от вредного влияния шума нормативно – законодательными актами регламентируется его интенсивноеть, время действия и другие параметры. Госстандартом установлены единые санитарно-гигиенические нормы и правила по ограничению шума на предприятиях, в городах и других населенных пунктах.

В основу норм положены такие уровни шумового воздействия, действие которых в течение длительного времени не вызывает неблагоприятных изменений в организме человека, а именно: 40 дБ днем и 30 — ночью. Допустимые уровни транспортного шума установлены в пределах 84— 92 дБ и со временем будут снижаться.

Технико-технологические меры сводятся к шумозащите, под которой понимают комплексные технические меры по снижению шума на производстве (установка звукоизолирующих кожухов станков, звукопоглощение и др.), на транспорте (глушители выбросов, замена колодочных тормозов на дисковые, шу-мопоглощающий асфальт и др.).

На градостроительном уровне защита от шумового воздействия может быть достигнута следующими мероприятиями (Швецов, 1994): — зонированием с выносом источников шумов за пределы застройки; — организацией транспортной сети, исключающей прохождение шумных магистралей через районы жилой застройки; — удалением источников шума и устройством защитных зон вокруг и вдоль источников шумового воздействия и организация зеленых насаждений; — прокладкой магистралей в туннелях, устройством шу-мозащитных насыпей и других поглощающих шум препятствий на путях распространения шума (экраны, выемки, ковал ьеры); Архитектурно-планировочные меры предусматривают создание шумозащитных зданий, т. е. таких зданий, которые обеспечивают помещениям нормальный акустический режим с помощью конструктивных, инженерных и других мер (герметизация окон, двойные двери с тамбуром, облицовка стен звукопоглощающими материалами и др.). Определенный вклад в защиту среды от шумового воздей-твия вносит запрещение звуковых сигналов автотранспорта, виаполетов над городом, ограничение (или запрещение) взле-ов и посадок самолетов в ночное время и другие организаци-

ннные меры.

Однако указанные меры вряд ли дадут должный экологический эффект, если не будет понято главное: защита от шу-Ыового воздействия — проблема не только техническая, но и Асоциальная. Необходимо воспитывать звуковую культуру (Бон-Едаренко, 1985) и осознанно не допускать действий, которые способствовали бы возрастанию шумового загрязнения среды.

. Закон лимитирующих факторов

В совокупном давлении среды выделяются факторы, которые сильнее всего ограничивают успешность жизни организмов. Такие факторы называют ограничивающими, или лимитирующими. В простейшем виде основной закон минимума, сформулированный Ю.Либихом в 1840 г.

, касается успешности роста и урожайности сельскохозяйственных культур, зависящих от вещества, находящегося в минимуме по сравнению с другими необходимыми агрохимическими веществами. Позднее (в 1909г.) закон минимума был истолкован Ф.

Блекманом боле широко, как действие любого экологического фактора, находящегося в минимуме: факторы среды, имеющие в конкретных условиях наихудшее значение, особенно ограничивают возможность существования вида в данных условиях вопреки и, не смотря на оптимальное сочетание других отельных условий.

Кроме минимума в законе В. Шелфорда учитывается и максимум экологического фактора: лимитирующим фактором может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия.

Ценность концепции лимитирующих факторов заключается в том, что дается отправная точка при исследовании сложных ситуации. Возможно выделение вероятных слабых звеньев среды, которые могут оказаться критическими или лимитирующими. Выявление ограничивающих факторов – ключ к управлению жизнедеятельностью организмов.

Например, в агроэкосистемах на сильно кислых почвах урожайность пшеницы можно увеличить, применяя разные агрономические воздействия, но наилучший эффект получен только в результате известкования, которое снимет ограничивающее влияние кислотности.

Для успешного применения закона лимитирующих факторов на практике необходимо соблюдать два принципа. Первый – ограничительный, то есть закон строго применим лишь в условиях стационарного состояния, когда приток и отток энергии и веществ сбалансированы. Второй – учитывает взаимодействие факторов и приспособляемость организмов.

Например, некоторым растениям нужно меньше цинка, если они растут не на ярком солнечном свету, а в тени.

Экологическое значение отдельных факторов для различных групп и видов организмов крайне разнообразно и требует грамотного учета.

2. Шумовое загрязнение. Основные параметры

Мир звуков – неотъемлемая составляющая среда обитания человека, многих животным и не безразличен для некоторых растений. Шелест листвы, плеск волн, шум дождя, пение птиц- все это привычно для человека.

Между тем разнообразные и многомасштабные процессы техногенеза существенным образом изменили и меняют естественное акустическое поле биосферы, что проявляется в шумовом загрязнении природной среды, ставшим серьезным фактором негативного воздействия.

Согласно сложившимся представлениям шумовое загрязнение – одна из форм физического (волнового) загрязнения окружающей среды, адаптация организмов к которому не возможна. Обусловлено оно превышением естественного уровня шума и не нормальным изменением звуковых характеристик (периодичности, силы звука).

В зависимости от силы и длительности действия шума способен причинить ощутимый вред здоровью. Многолетнее воздействие шума ведет к повреждению органов слуха. Измеряют шум в белах (Б).

Шум как фактор загрязнения селитебной зоны воспринимается людьми довольно-таки индивидуально. Дифференциация восприятия шумовых воздействий меняются по возрастам, а также в зависимости от темперамента и общего состояния здоровья.

Орган слуха человека может приспосабливаться к некоторым постоянным или повторяющимся шумам, но во всех случаях это не защищает от возникновения и развития какой либо патологии. Шумовые раздражения – одна из причин нарушения сна.

Последствия этого хроническая усталость, нервное истощение, сокращение продолжительности жизни, которое, по данным исследований ученых может составлять 8-12 лет. Шкала силы звука представлена на рисунке 2.1. Шумовой стресс характерен для всех высших организмов. Шум, превышающий 80-90дб, влияет на выделение гормонов гипофиза, контролирующих выработку других гормонов.

Например, может возрасти выделение кортизона из коры надпочечников. Кортизон ослабляет борьбу печени с вредными для организма веществами. Под влиянием такого шума происходит перестройка энергетического обмена в мышечной ткани. Чрезмерный шум может послужить причиной язвенной болезни.

По данным Всемирной организации здравоохранения, реакция на шум со стороны нервной системы начинается при 40дб, а при 70бд и более возможны существенные ее нарушения.

Отмечаются также функциональные нарушения в организме, проявляющееся в изменении активности мозга и ЦНС, повышение давления.

Доступным считают такую силу шума, которая не нарушает звуковой комфорт, не вызывает неприятных ощущений и при длительном воздействии не наблюдается изменений в комплексе физиологических показателей. Нормирование шумов приводят в соответствие с Санитарными нормами допустимого шума.

В целом проблема уменьшения шумового загрязнения является достаточно сложной, и решение ее должно основываться на комплексном подходе. Одно из целесообразных, экологически обоснованных направлений борьбы с шумом – максимальное озеленение территории.

Растения обладают исключительной способностью задерживать и поглощать значительную часть звуковой энергии. Густая живая изгородь способна в 10 раз уменьшить шум, производимый машинами.

Доказано, что наивысшей звукоизолирующей способностью обладают зеленые перегородки из клена (до 15,5 дБ), тополя (до 11дБ), липы (до 9дБ) и ели (до 5дБ). При регламентации физических воздействий существенное значение имеют экологическая грамотность и культура населения.

Зачастую человек сам усугубляет обстановку, направляя на себя или принимая внешние воздействия, связанные с бытом или развлекательными мероприятиями.

Источник: https://www.bestreferat.ru/referat-220461.html

Закон минимума Либиха и закон лимитирующих факторов Шелфорда

Концепция лимитирующих факторов: «закон минимума» Либиха

                                             Кафедра промышленной экологии

контрольная работа на тему:

                                                                     Выполнил студент гр. ЗДО-51

                                                                            Кузнецова М.О.

                                                                            04.04.2012

                                   Москва, 2012 г.

Каждый вид живого организма, будь то растения, животные, грибы или простейшие, нуждается в индивидуальном сочетании количественных показателей факторов среды. Нормальное развитие и размножение этих организмов происходит только в том случае, если все эти факторы находятся в необходимой дозе.

Недостаток любого из данных факторов, вне зависимости от того, необходим он в больших или малых количествах, приводит к одному и тому же результату – замедлению роста и последующей гибели.

Число воздействующих на организм факторов потенциально неограниченно. Но они имеют различную силу влияния.

При этом можно выделить лишь небольшое количество факторов, которые оказывают существенное воздействие на организм.

Впервые данное явление было описано в отношении растений немецким химиком Юстасом Фон Либихом. Этот ученый провел многочисленные эксперименты по влиянию различных концентраций минеральных элементов в почве на рост сельскохозяйственных культур.

Его опыты подтвердили, что именно неорганические вещества, а не гумус, как многие полагали в то время, потребляются растениями. Следовательно, рост растений зависел от наличия этих неорганических веществ в почве. В 1840 году ученым было сформулировано правило, которое в наши дни называется законом минимума Либиха.

В формулировке Ю. Либиха закон минимума звучит следующим образом:

Величина урожая определяется количеством в почве того элемента питания, потребность растения в котором удовлетворена в наименьшей степени.

Первоначальная формулировка закона свидетельствует о том, что он имел самое непосредственное отношение к сельскохозяйственной практике, и определял правила внесения минеральных удобрений.

Более того, в те времена полагали, что азот потребляется растениями из воздуха с помощью листьев, поэтому Ю. Либих вначале не учитывал данный элемент.

Однако очень скоро накопилось достаточно большое количество фактов, свидетельствующих о том, что во многих случаях именно азот является фактором, лимитирующим урожайность. Поэтому позднее Ю. Либих подчеркивал особенную важность азотных удобрений.

Для наглядной демонстрации данного правила Ю. Либих использовал аналогию с бочкой, наполненной водой и имеющей дыры на разной высоте. Уровень воды в бочке при этом не зависит от количества и взаимного расположения всех отверстий, а определяется только самым нижним, которое отождествляется с тем элементом питания, который менее всего доступен для растения.

Хотя закон и был сформулирован в отношении минерального питания растений, дальнейшие исследования показали, что он правомерен практически для всего комплекса экологических факторов, влияющих как на растения, так и на живые организмы, относящиеся к другим царствам (животные, грибы, простейшие). Естественно, что справедлив закон минимума Либиха и в отношении человека, рост и развитие которого может нарушиться в результате нехватки одного из элементов питания (витаминов, минеральных веществ и т.д.).

Закон минимума Либиха получил широкое распространение в экологии и сельскохозяйственной науке вследствие своей кажущейся простоты и понятности. Однако его классическая формулировка не учитывает, что многие факторы могут взаимодействовать друг с другом. И эти взаимодействия усложняются при переходе от искусственных к естественным экосистемам.

С появлением новых научных фактов закон Либиха уточнялся. Например, закон неоднозначного действия фактора на различные функции организма свидетельствует о том, что для различных процессов в живом организме могут потребоваться различные дозы того или иного фактора.

На первый взгляд, противоречит закону минимума Либиха, закон компенсации (взаимозаменяемости) факторов (Э. Рюбель, 1930), который гласит:

Отсутствие одного или недостаток некоторых экологических факторов могут быть компенсированы другими (близкими) аналогичными факторами.

Например, недостаток азота в нитратной форме, растения могут в значительной мере компенсировать аммиачным азотом, а недостаток углекислого газа, используемого для синтеза органических веществ, может компенсироваться внекорневой подкормкой низкомолекулярными органическими веществами.

В некоторых ситуациях эффективность использования ресурсов изменяется в зависимости от воздействия других экологических факторов. Например, эффективность использования почвенного азота растениями тундры зависит от температуры окружающей среды. Чем ниже температура, тем в большем количестве азота они нуждаются для производства единицы массы.

В первые годы существования закона минимума Либиха, ученый опытным путем успешно опровергал утверждения других исследователей, которые пытались доказать, что чаще всего продуктивность растений зависит от количества азота в почве.

Он показывал, что внося в почву известь, фосфаты или соли калия можно добиться повышения урожая, несмотря на малое количество азота.

Однако позднее стало понятно, что недостаток азота в этих экспериментах компенсировался активизацией деятельности клубеньковых азотфиксирующих бактерий, для которых азот, действительно, не являлся ограничивающим фактором, а недостаток других минеральных элементов мог их подавлять.

Но никакого противоречия с законом Либиха в законе компенсации нет, так как комбинации подобных взаимно компенсирующих факторов весьма ограничены. И, в большинстве случаев, даже такие близкие факторы не могут полностью компенсировать друг друга.

Факторы, которые не могут быть скомпенсированы другими (свет, вода, температура, биогенные элементы), В.Р. Вильяме назвал фундаментальными. В отношении них в 1949 году этим экологом был сформулирован закон незаменимости фундаментальных факторов.

Многочисленными экспериментами было показано, что если тот или иной элемент минерального питания, например, фосфор, ограничивает рост растений, то связь между его концентрацией и биомассой линейна.

Линейность связи сохраняется до тех пор, пока рост не начинает ограничивать другой фактор, например азот, который и становится ограничивающим.

Если увеличить концентрацию азота в почве, то фосфор вновь станет ограничивающим фактором и биомасса растений опять станет линейно зависеть от него. Данная закономерность представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – зависимость биомассы растения от концентрации фосфора и азота в почве. А – низкое содержание азота в почве, В – среднее содержание азота в почве, С – высокое содержание азота в почве.

Сходство зависимости уровня жизнедеятельности организма от наличия необходимых ресурсов с зависимостью скорости химической реакции от присутствия исходных веществ и продуктов реакции в среде, привело к появлению направления “экологическая стехиометрия”.

Действие фактора, ограничивающего рост и развитие организма, подобно действию химического реагента, находящегося в недостатке. В ставшей классической работе A.C. Redfield, со стехиометрической точки зрения описывается влияние концентрации азота и фосфора на биотическую компоненту океана.

Кроме материальной составляющей, экологическая стехиометрия может также включать рассмотрение потока энергии, что делает ее еще более сходной с описанием химических реакций.

Рост растений часто ограничивается наличием минеральных элементов в почве или воде, животные нуждаются в органических веществах, которые они потребляют с растительной или животной пищей.

То есть организмы для своего роста и развития требуют присутствия определенных химических веществ в среде.

Сходство с химической кинетикой позволяет выразить закон минимума Либиха математическим уравнением, вывод которого основан на предположениях Михаэлиса-Ментен, сделанных в отношении ферментативных реакций:

,

где dP/dT – производство биомассы в единицу времени (или любой другой показатель, отражающий состояние организма или популяции), µ – коэффициент использования ресурса для производства биомассы, Si – значения экологических факторов, kS,i – постоянная Михаэлиса-Ментен для данного фактора (величина фактора, при которой биологическая продуктивность составляет ½ от максимальной).

В настоящее время данная математическая формализация часто используется в экологических моделях, описывающих продуктивность растений в зависимости от концентрации доступных минеральных элементов, а также взаимоотношений между хищниками и жертвами. Аналогичные уравнения используются при описании биохимических реакций в клетке, только в них ресурсы заменяются субстратами, а живые организмы – ферментными системами.

Позднее было показано, что в абсолютном большинстве случаев, фактор не может быть положительным или отрицательным, а эффект зависит от его дозы. На основании этого наблюдения, было сформулировано правило фазовых реакций «польза – вред». Согласно этому правилу:

Малые концентрации токсина действуют на организмы в направлении усиления его функций (стимулирования), а при повышении концентрации приводят к угнетению и смерти.

Данное правило подтверждено для многих токсических веществ, в том числе, и очень ядовитых. Но есть и такие соединения, в отношении которых пока не удалось доказать его справедливость.

Рассматривая минеральное питание растений, Либих видел отрицательное влияние лишь недостатка подобных факторов.

Однако наличие факторов, оказывающих, наоборот, отрицательное влияние при увеличении дозы и возможность отрицательного воздействия избытка удобрений привели к разделению экологических факторов на пороговые и беспороговые. Имелся в виду порог, после которого начиналось отрицательное действие фактора.

Под пороговыми факторами подразумевали те, которые в определенном диапазоне значений стимулируют рост. Беспороговые факторы либо не оказывает никакого эффекта в малой дозе, либо имеют только отрицательное влияние на рост.

Пороговые факторы включали макро- и микроэлементы, для гетеротрофных организмов – это еще и жиры, белки, углеводы, витамины и т.д. Избыток пороговых факторов приводит к ослаблению роста, вследствие нарушения естественного баланса веществ.

Например, для растений избыточный уровень макроэлементов находится на довольно высоком уровне, тогда как микроэлементы могут вызвать токсический эффект уже в концентрации нескольких миллиграмм на килограмм почвы. Как правило, пороговый уровень тесно связан с теми концентрациями элементов, которые встречаются в естественной среде в ареале обитания данного вида.

Характер и степень нарушений, вызываемых пороговыми факторами, зависят от типа организма и конкретного вида фактора. 

К беспороговым факторам обычно относят некоторые тяжелые металлы, пестициды и ряд других токсичных органических веществ. На рисунке 2 графически представлено различие между пороговыми и беспороговыми факторами.

Рисунок 2 – Степень угнетения беспороговым (А) и пороговыми факторами, имеющими линейную (В) и нелинейную (С) зависимость доза-эффект

Следует иметь в виду, что закон минимума Либиха хорошо работает в отношении искусственных экосистем, например посевов культурных растений, где плотность популяции регулируется человеком. В естественных условиях данный закон в исходном виде имеет ограниченную применимость.

Количество доступной пищи не так жестко влияет на жизненный уровень отдельно взятого организма, но изменяет размер популяции. Кроме того, не следует забывать о том, что ни отдельно взятый организм, ни популяция не являются консервативными системами.

Они подстраиваются под изменяющиеся условия среды, как за счет физиологических и биохимических перестроек, так и вследствие эволюционных явлений в популяциях.

Кроме того, в естественных экосистемах ресурсы не теряются безвозвратно, и их запас постоянно обновляется. Например, в результате биологического круговорота минеральные элементы питания возвращаются в почву при разложении органических остатков растений и животных, которые использовали их ранее для построения собственного тела.

Кормовая база хищников восстанавливается в результате размножения их жертв. В подобной ситуации речь должна идти не столько об абсолютной величине ресурса, ограничивающего жизнедеятельность организма или популяции, сколько о скорости его восстановления.

В естественных условиях рост и развитие популяции часто ограничивает тот фактор, который имеет наименьшую скорость восстановления.

Рассматривая применимость закона минимума Либиха к естественным экосистемам, Ю. Одум накладывает на него следующее ограничение: закон Либиха строго применим только в условиях стационарного состояния, т.е. тогда, когда потребление ресурса популяцией полностью восстанавливается его притоком в систему.

Источник: https://www.yaneuch.ru/cat_19/zakon-minimuma-libiha-i-zakon/52639.1316173.page1.html

Бочка Либиха или закон ограничивающего фактора

Концепция лимитирующих факторов: «закон минимума» Либиха
20.12.2018

Немецкий химик Юстус фон Либих (1803-1873) по праву считается одним из основателей современной агрохимии, поскольку именно он впервые разработал теорию минерального питания растений, которая дала толчок для развития производства и применения минеральных удобрений в агрономии.

Занимаясь научными исследованиями в области выживания растений различных условиях, ученый пытался понять, в какой именно момент следует использовать те или иные химические компоненты, чтобы улучшить выживаемость и поднять урожайность культур.

Благодаря проделанной работе ученый в 1840 году сформулировал экологически – экономический закон ограничивающего или лимитирующего фактора, который позже назовут законом минимума Либиха.

Согласно этому закону относительное воздействие отдельного экологического фактора будет тем сильнее, чем больше данный фактор в сравнении с другими, будет приближаться к своему количественному минимуму. При этом наиболее значимым в каждый момент времени является именно тот фактор, который наиболее уязвим.

Другими словами, именно от минимально (или максимально) представленного в данный конкретный момент экологического фактора зависит выживание организма. Например, ограничивающим фактором для конкретного вида может стать недостаток кормовой базы, но уже в другой момент времени, когда еды будет достаточно, лимитирующим может стать слишком высокая или низкая температура воздуха.

Впоследствии обнаружилось, что закон Либиха является верным не только для агрономии в целом, но и вполне применим для абсолютно всех экологических систем и живых организмов.

Дело в том, что на протяжении жизненного цикла каждое живое существо на планете время от времени ощущает различные ограничения. Например, распространению северных оленей может препятствовать значительная глубина снежного покрова, развитию рыб – недостаток в водоеме кислорода, а ограничивающим фактором для многих культурных растений является отсутствие влаги.

Действие закона, по Либиху, распространяется в основном на аспекты земледелия. Ученый определил, что урожайность большинства растений в значительной степени зависит от наличия или недостатка в почве отдельных минеральных питательных компонентов. Например, ограничивающим фактором для нормального роста растений может выступать недостаток фосфора, кальция и других элементов.

Согласно его закону, от элемента, концентрация которого является в почве минимальной, в целом может зависеть полноценный рост и развитие культуры, и соответственно ее конечная продуктивность.

Данный закон назвали «Бочкой Либиха».

Для наглядности давайте возьмем деревянную бочку, имеющую изъян в виде одной укороченной доски.

Суть модели заключается в том, что если жидкость при заполнении бочки начнет переливаться через наиболее короткую доску, то длина остальных уже не играет никакой роли.

В данном примере самая короткая доска и является тем самым фактором, который в настоящее время наиболее отклонен от нормального значения. Следовательно, ремонт бочки необходимо начинать, прежде всего, с замены короткой доски.

То есть можно сказать, что закон минимума Либиха полностью соответствует русской пословице: «Где тонко, там и рвется».

При этом действие закона абсолютно не распространяется на нестабильные системы, поскольку поступление отдельных элементов происходит неравномерно и зависит от многих факторов, действующих как поочередно, так и одновременно с другими.

Модель Либиха впоследствии была дополнена и расширена другими учеными умами, например, Эрнестом Шелфордом, который в 1913 году на основе этого закона вывел теорию толерантности.

Согласно его теории лимитирующим фактором процветания организма может выступать не только минимум, но и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет степень стойкости (толерантности) организма к данному фактору.

К примеру, серьезным препятствием для нормального существования живых существ и ограничением развития популяций организмов может выступать не только недостаток (по Либиху), но и переизбыток различных негативных факторов (например, излишнее тепло, вода или солнечный свет).

Поэтому Шелфорд в перечень факторов, помимо питательной среды ввел также такие как: температура окружающей среды, количество влаги, морозоустойчивость и многие другие.

Еще один последователь Либиха, американский биолог Юджин Одум, чтобы избежать различных неоднозначных трактовок в определении закона в 1953 году предложил ограничить концепцию минимума, и использовать ее исключительно применительно к макро и микроэлементам. По его мнению, это должно было нивелировать существующую путаницу в определениях и акцентировать внимание исключительно на веществах, необходимых организмам для продуктивного роста и размножения.

Таким образом, на сегодня трактовка закона Либиха звучит так:

· Живые организмы могут иметь широкий диапазон толерантности при одном факторе и ограничивающий при другом

· Обычно наиболее распространение имеют организмы с обширным диапазоном толерантности в одном факторе

· Если условия по одному экологическому фактору являются не оптимальными для конкретного вида, то может суживаться и диапазон толерантности по отношению к прочим экологическим факторам

· Оптимальные значения экологических факторов для организмов в естественной среде и в лабораторных условиях (в силу изоляции последних) чаще всего оказывается неодинаковым

· Период размножения является критическим и множество экологических факторов в течение этого периода становятся лимитирующими при общем сужении диапазона толерантности

В настоящее время понимание лимитирующих факторов позволяет экологам регулировать состояние живых организмов и экосистемы в целом.

Источник: https://agrostory.com/info-centre/knowledge-lab/bochka-libikha-ili-zakon-ogranichivayushchego-faktora-/

Обобщающая концепция лимитирующих факторов

Концепция лимитирующих факторов: «закон минимума» Либиха

Если значение хотя бы одного из известных факторов приближается к минимуму или максимуму, существование и процветание организма, популяции или сообщества становится зависимым именно от этого лимитирующего жизнедеятельность фактора.

Закон минимума. В середине прошлого века немецкий химик Ю.

Либих (1840), изучая влияние разнообразных питательных веществ на рост растений, обнаружил, что урожай зависит не от тех элементов питания, которые требуются в больших количествах и присутствуют в изобилии (например, СО2), а от тех, которые, хотя и нужны растению в меньших количествах, но практически отсутствуют в почве или недоступны (например, фосфор, цинк, бор). Эту закономерность Либих сформулировал так: «Рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве».

Лимитирующие факторы.

Представление о лимитирующих факторах основывается на двух законах экологии: законе минимума и законе толерантности.

Позднее этот вывод стал известен как закон минимума Либиха и был распространен на другие экологические факторы. Ограничивать, или лимитировать развитие организмов могут тепло, свет, вода, кислород, и другие факторы, если их значение соответствует экологическому минимуму.

Таким образом, закон минимума Либиха можно сформулировать в общем виде так: рост и развитие организмов зависят в первую очередь от тех факторов природной среды, значение которых приближается к экологическому минимуму.

Дальнейшие исследования показали, что закон минимума имеет два ограничения, которые следует у при практическом применении.

Первое ограничение состоит в том, что закон Либиха строго применим лишь в условиях стационарного состояния системы. Второе ограничение связано с взаимодействием нескольких факторов.

Иногда организм способен заменить (хотя бы частично) дефицитный элемент другим, химически близким.

Закон толерантности (ерпения) был открыт английским биологом В.

Шелфордом (1913), который обратил внимание на то, что ограничивать развитие живых организмов могут не только те экологические факторы, значения которых минимальны, но и те, которые характеризуются экологическим максимумом.

Избыток тепла, света, воды и даже питательных веществ может оказаться столь же губительным, как и их недостаток. Диапазон экологического фактора между минимумом и максимумом В. Шелфорд назвал пределом толерантности.

Позднее были проведены многочисленные исследования, которые позволили установить пределы толерантности, т. е. возможного существования, для многих растений и животных. Законы Ю. Либиха и В. Шелфорда помогли понять многие явления и распределение организмов в природе.

Закон толерантности Шелфордаможно сформулировать в общем виде так: рост и развитие организма зависят в первую очередь от тех факторов среды, значения которых приближаются к экологическому минимуму или экологическому максимуму.

Было установлено следующее:

– организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам широко распространены в природе и часто бывают космополитами. Например, многие патогенные бактерии;

– организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий диапазон относительно другого. Например, люди более выносливы к отсутствию пищи, чем к отсутствию воды, т. е предел толерантности относительно воды более узкий, чем относительно пищи;

– если условия по одному из экологических факторов становятся неоптимальными, то может измениться и предел толерантности по другим факторам. Например, при недостатке азота в почве злакам требуется гораздо больше воды;

– наблюдаемые в природе реальные пределы толерантности меньше, чем потенциальные возможности организма адаптированного к данному фактору.

Это объясняется тем, что в природе пользоваться оптимальными физическими условиями среды часто мешают биотические отношения (конкуренция, отсутствие опылителей, хищники) и другие взаимодействия факторов.

Различают потенциальную и реализованную экологические ниши.

– пределы толерантности у размножающихся особей и потомства меньше, чем у взрослых особей, т. е. самки в период размножения и их потомство менее вы к условиям жизни, чем взрослые организмы. Забота о потомстве и бережное отношение к материнству продиктованы законами природы. К сожалению, иногда социальные достижения противоречат этим законам;

– экстремальные (стрессовые) значения одного из факторов ведут к снижению предела толерантности по другим факторам.

Лимитирующим фактором называется любой экологический фактор, приближающийся к крайним значениям пределов толерантности или превышающий их. Такие сильно отклоняющиеся от оптимума факторы приобретают первостепенное значение в жизни организмов и биологических систем, т.к. контролируют условия существования.

Наиболее важными лимитирующими факторами на суше являются свет, температура и вода, а море – свет, температура и соленость. Все факторы среды зависят друг от друга и действуют согласованно.

Например, содержание кислорода в наземных местообитаниях велико, и он настолько доступен, что практически никогда не служит лимитирующим фактором, следовательно, он мало интересует экологов, занимающихся наземными экосистемами. Напротив, в воде кислород является фактором, лимитирующим развитие живых организмов (рыб).

Лимитирующие факторы определяют и географический ареал вида. Так, продвижение организмов на север лимитируется недостатком тепла. Биотические факторы также часто ограничивают распространение тех или иных организмов.

Например, завезенный из Средиземноморья в Калифорнию инжир не плодоносил до тех пор, пока не завезли туда определенный вид осы – единственного опылителя этого растения. Выявление лимитирующих факторов очень важно во многих видах деятельности, особенно в сельском хозяйстве.

Если целенаправленно влиять на лимитирующие условия, можно быстро и эффективно повышать урожайность растений и производительность животных. Так, при разведении пшеницы на кислых почвах никакие агрономические мероприятия не дадут эффекта, если не применять известкование, которое снизит ограничивающее действие кислот. Умелое регулирование условиями существования может дать эффективные результаты управления.

Ценность концепции лимитирующих факторов состоит в том, что она позволяет разобраться в сложных взаимосвязях в экосистемах. Приоритетными в тот или иной отрезок времени оказываются различные лимитирующие факторы, которые являются основой при изучении экосистем и управлении ими.

Важным лимитирующим фактором в современных условиях является загрязнение природной среды.

Оно происходит в результате внесения в среду веществ, которых в ней не было (металлы, новые синтезированные химические вещества) и которые не разлагаются вовсе, либо существующих в биосфере (например, углекислый газ), но вносимый в чрезмерно больших количествах, не дающих возможности переработать их естественным способом. Образно говоря, загрязняющие вещества — это ресурсы не на своем месте.

Отсюда следует, что загрязнение приводит к нежелательному изменению физических, химических и биологических характеристик среды, которое оказывает неблагоприятное влияние на экосистемы и человека.

Загрязнение увеличивается как в результате роста населения и его потребностей, так и в результате использования новых технологий, обслуживающих эти потребности. Оно бывает химическим, тепловым, шумовым.

Главный лимитирующий фактор, по Ю. Одуму, — это размеры и качество ойкоса, а не просто число калорий, которые можно выжать из земли. Ландшафт не только склад запасов, но и дом, в котором мы живем. Следует стремиться сохранить по меньшей мере треть всей суши в качестве охраняемого открытого пространства.

Это означает, что треть всей нашей среды обитания должны составлять национальные парки, заповедники, зеленые зоны, участки дикой природы. Ограничение использования земли является аналогом природного регулирующего механизма, называемого территориальным поведением.

При помощи этого механизма многие виды животных избегают скученности и вызываемого ею стресса.

Взаимодействие и компенсация факторов. В природе экологические факторы действуют не независимо друг от друга. Анализ влияния одного фактора на организм или сообщество не самоцель, а способ оценки сравнительной значимости различных условий, действующих совместно в реальных экосистемах. Температура и влажность – самые важные климатические факторы в наземных местообитаниях.

Взаимодействие этих двух факторов формирует два основных типа климата: морской и континентальный. Водоемы смягчают климат суши, так как вода обладает высокой удельной теплотой плавления и теплоемкостью. Поэтому морскому климату, который формируется вблизи больших озер и морей, свойственны менее резкие колебания и температуры, и влажности, чем континентальному.

Воздействие температуры и влажности на организмы также зависит от соотношения их абсолютных значений. Так, температура оказывает более выраженное лимитирующее влияние, если влажность очень велика или очень мала. Высокие и низкие температуры переносятся хуже при высокой влажности, чем при умеренной. Организмы приспосабливаются к условиям существования и изменяют их, т. е.

компенсируют отрицательное воздействие экологических факторов.

Компенсация экологических факторов – это стремление организмов ослабить лимитирующее действие физических, биотических и антропогенных влияний. Компенсация факторов возможна на уровне организма, и наиболее эффективна на уровне сообщества.

Один и тот же вид, имеющий широкое географическое распространение, может приобретать физиологические и морфологические (гр, форма, очертание) особенности, адаптированные к местным условиям. Например, у животных уши, хвосты, лапы тем короче, а тело тем массивнее, чем холоднее климат.

У животных с хорошо развитой моторной активностью компенсация факторов возможна благодаря адаптивному поведению. Возникающие в процессе адаптации изменения часто генетически закрепляются.

Естественную периодичность изменений экологических факторов организмы используют для распределения своих функций во времени. На уровне сообщества компенсация факторов может осуществляться сменой видов по градиенту условий среды. Например, поведение организмов во времени в зависимости от длины дня.

Амплитуда длины дня возрастает с географической широтой, что позволяет организмам учитывать не только время года, но и широту местности. Фотопериод – это пусковой механизм последовательности физиологических процессов. Он определяет рост и цветение растений, линьку, миграции и размножение у птиц и млекопитающих и т. д.

Фотопериод связан с 6иологическими часами и служит универсальным механизмом регулирования функций во времени. Биологические часы связывают ритмы экологических факторов с физиологическими ритмами, позволяют организмам приспосабливаться к суточной, сезонной, приливно- отливной и другой динамике факторов. Изменяя фотопериод, можно вызывать и желаемые изменения функций организма..

У многих высших организмов адаптация к фотопериоду закрепляется генетически, т. е биологические часы могут работать и при отсутствии закономерной суточной или сезонной динамики.

Таким образом, смысл анализа условий среды не в том, чтобы составить перечень экологических факторов, а в том, чтобы обнаружить функционально важные лимитирующие факторы и оценить в какой степени состав и структура экосистем зависит от взаимодействия этих факторов. Только в этом случае удается достоверно прогнозировать результаты изменений и нарушений и управлять экосистемами.

Источник: https://studopedia.su/7_49968_obobshchayushchaya-kontseptsiya-limitiruyushchih-faktorov.html

Book for ucheba
Добавить комментарий