Закон ограничивающего фактора: ключ к пониманию

Закон ограничивающего фактора - один из основополагающих законов экологии. От того, насколько мы понимаем его действие, зависит решение многих практических задач в сельском хозяйстве, охране окружающей среды, прогнозировании изменений в экосистемах. Давайте разберемся в сути этого важнейшего закона и рассмотрим конкретные примеры его проявления.

История открытия закона ограничивающего фактора

Закон ограничивающего фактора был сформулирован в 1840 году немецким химиком Юстусом фон Либихом на основе его исследований в области минерального питания растений.

Ученый пытался понять, от каких именно факторов зависит урожайность сельскохозяйственных культур и когда нужно применять удобрения, чтобы улучшить всхожесть, рост растений и повысить урожай.

Наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения.

В этом заключается основная суть закона ограничивающего фактора в первоначальной формулировке Либиха. Он обратил внимание на то, что рост и развитие растений в каждый конкретный момент в большей степени зависит от того элемента питания, которого недостаточно в почве относительно потребности растения. Этот недостающий элемент ограничивает рост.

Суть закона ограничивающего фактора

Итак, ограничивающим или лимитирующим называют такой экологический фактор, значение которого выходит за пределы благоприятного диапазона для конкретного организма. Это может быть как недостаток, так и избыток фактора.

Закон ограничивающего фактора гласит: наибольшее значение для выживания и размножения организмов имеет тот экологический фактор, который на данный момент наиболее отклонен от оптимума по сравнению с другими факторами.

К лимитирующим факторам относят:

• температуру
• влажность
• освещенность
• наличие питательных веществ
• кислотность среды и др.

Лимитирующий фактор может со временем меняться. Например, зимой им может быть низкая температура воздуха, весной - недостаток влаги в почве, летом - яркое солнце.

Несколько лимитирующих факторов могут взаимодействовать между собой, то усугубляя действие друг друга, то ослабляя.

Закон минимума Либиха

Частным случаем закона ограничивающего фактора является закон минимума, сформулированный Либихом применительно к минеральному питанию растений.

Рост растений зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве.

Этот закон помогает определить, какие именно удобрения вносить в почву, чтобы добиться максимальной эффективности. Например, если в почве мало азота, а фосфора достаточно, то в первую очередь нужно компенсировать недостаток азота.

Наглядной иллюстрацией закона минимума Либиха служит модель "бочки Либиха": представим себе бочку, в одной из досок которой имеется щель. При наполнении бочки вода начнет вытекать именно через эту доску, независимо от размеров остальных досок. То есть лимитирующим фактором оказывается эта конкретная доска.

Закон толерантности и оптимума

Позднее закон ограничивающего фактора был дополнен теорией толерантности Эрнеста Шелфорда и законом оптимума.

Согласно теории Шелфорда, лимитирующим может быть не только недостаточное, но и чрезмерное действие фактора. То есть существует определенный диапазон значений, в пределах которого организм может нормально функционировать.

Закон оптимума

Закон оптимума дополняет теорию Шелфорда. Он гласит, что для каждого организма существует оптимальное значение лимитирующего фактора, при котором организм функционирует наилучшим образом.

Чем больше значения других факторов приближаются к оптимуму, тем сильнее сказывается влияние фактора, находящегося в минимуме. И наоборот, если какой-то один фактор сильно отклонен от оптимума, то остальные факторы имеют меньшее значение.

Сравнение теории Шелфорда и закона Либиха

В отличие от закона минимума Либиха, теория толерантности Шелфорда учитывает не только недостаток, но и избыток фактора. Кроме того, она вводит понятие оптимального диапазона, в пределах которого организм нормально функционирует.

Примеры закона ограниченного фактора

Рассмотрим несколько конкретных примеров действия закона ограничивающего фактора:

• Для северных оленей лимитирующим фактором является глубина снежного покрова: если снега слишком много, олени не могут добраться до корма.

• Для бабочек озимой совки, которые зимуют в почве на стадии куколки, лимитирующим фактором является температура почвы зимой. При сильных морозах значительная часть куколок погибает.

Сравните действие законов ограничивающего фактора и незаменимости

В то время как закон ограничивающего фактора описывает влияние недостатка (избытка) какого-либо одного фактора, закон незаменимости показывает, что определенные вещества организм не может синтезировать сам, а может получать только извне.

Например, для роста растений незаменимы некоторые элементы, такие как азот, калий, магний. Закон ограничивающего фактора в данном случае покажет, какой именно из этих элементов присутствует в недостаточном количестве и сдерживает рост.

Применение закона ограниченного фактора на практике

Понимание закономерностей действия ограничивающих факторов имеет большое практическое значение в сельском хозяйстве, регулировании популяций животных, охране природы. Например...

Применение в сельском хозяйстве

Знание закономерностей действия лимитирующих факторов позволяет агрономам правильно планировать удобрение почвы. Например, по результатам агрохимического анализа можно определить, каких элементов не хватает для полноценного питания растений, и внести недостающие удобрения.

Регулирование популяций вредителей

Понимание ограничивающих факторов для вредных насекомых помогает разработать эффективные методы регуляции их численности. Можно либо усилить действие лимитирующих факторов, либо, наоборот, смягчить их в периоды, неопасные для урожая.

Сохранение редких видов

Для охраны и восстановления популяций редких видов животных и растений важно выявить лимитирующие факторы и устранить их действие. Например, разместить кормушки, восстановить места обитания, соорудить переходы через дороги в миграционных путях животных.

Прогнозирование изменений экосистем

Моделирование динамики экосистем с учетом ограничивающих факторов дает возможность спрогнозировать, как те или иные изменения повлияют на сообщества живых организмов. Это важно при планировании хозяйственной деятельности и минимизации негативных экологических последствий.

Регулирование продуктивности в аквакультуре

Важнейшими ограничивающими факторами в аквакультуре являются температура, содержание растворенного кислорода, плотность посадки. Их оптимизация позволяет максимизировать выход продукции при выращивании ценных пород рыб, моллюсков, ракообразных.