Лімітуюий фактор та закон мінімуму Лібіха.

Екологічні фактори зазвичай діють не поодинці, а цілим комплексом. Дія одного якого-небудь фактора залежить від рівня інших. Поєднання з різними факторами робить помітний вплив на прояв оптимуму у властивостях організму і межах його існування. Дія одного чинника замінюється дією іншого. Однак при комплексному впливі середовища часто можна бачити «ефект заміщення», який проявляється у подібності результатів впливу різних чинників. Так, світло не може бути замінене надлишком тепла або великою кількістю вуглекислого газу, але, впливаючи змінами температури, можна призупинити фотосинтез рослин або активність тварин і тим самим створити ефект діапаузи, як при короткому дні, а подовживши активний період, створити ефект довгого дня. І в той же час це не заміщення одного фактора іншим, а прояв кількісних показників екологічних факторів. Це явище широко використовується в практиці рослинництва і зоотехнії.

У комплексній дії середовища фактори за своїм впливом нерівноцінні для організмів. Їх можна поділити на провідні (головні) і фонові (супутні, другорядні). Провідні фактори є різними для різних організмів, якщо навіть вони живуть в одному місці. У ролі провідного фактора на різних етапах життя організмів можуть виступати різні елементи середовища. Наприклад, в житті багатьох культурних рослин, таких, як злаки, в період проростання провідним фактором є температура, в період колосіння і цвітіння - грунтова волога, в період дозрівання - кількість поживних речовин і вологість повітря. Роль провідного фактора в різний час року може змінюватися. Так, у пробудженні активності у птахів (синиці, горобці) наприкінці зими провідним чинником є світло, і зокрема довжина дня, влітку коли його дія стає рівнозначною, відіграє роль температурний фактор.

Провідний фактор може бути неоднаковий у одних і тих же видів, що живуть у різних фізико-географічних умовах. Наприклад, активність комарів, мошок в теплих районах визначається комплексом світлового режиму, тоді як на півночі - змінами температури.

Фактор, рівень якого в якісному або кількісному відношенні (недостача або надлишок) виявляється близьким до меж витривалості даного організму, називається обмежуючим, або лімітуючим. Обмеження дії фактора буде проявлятися й у тому випадку, коли інші фактори середовища будуть сприятливими чи оптимальними. У ролі обмежуючого фактора можуть виступати як провідні, так і фонові екологічні фактори.

Поняття про лімітуючи фактоpи було введено в 1840 р хіміком Ю. Лібіхом. Вивчаючи вплив на зростання рослин вмісту різних хімічних елементів у ґрунті, він сформулював принцип: «речовини, що знаходяться в мінімальній кількості, відповідають за врожайність і визначають величину і стійкість в часі». Цей принцип відомий під назвою правила, або закону мінімуму, Лібіха. В якості наочної ілюстрації закону мінімуму Лібіха часто зображують бочку, у якій бічна поверхню дошки має різну висоту (рис. 3).

Рис. 3. «Бочка Лібіха»

Довжина найкоротшої дошки визначає рівень, до якого можна наповнити бочку водою. Отже, довжина цієї дошки - лімітуючий фактор для кількості води, яку можна налити в неї налити. Довжина інших дощок уже не матиме значення.

Пояснимо закон мінімуму Лібіха на конкретних прикладах. У грунті містяться всі елементи мінерального живлення, необхідні для даного виду рослин, крім одного з них, наприклад бору або цинку. Ріст рослин на такому грунті буде сильно пригнічений або взагалі неможливий. Якщо ми тепер додамо в грунт потрібну кількість бору (цинку), це призведе до збільшення врожаю. Але якщо ми будемо вносити будь-які інші хімічні сполуки (наприклад, азот, фосфор, калій) і навіть доб'ємося того, що всі вони будуть міститися в оптимальних кількостях, а бор (цинк) буде відсутній, це не дасть ніякого ефекту. Точно так само, якщо кислотність (рН) ґрунту відхиляється від оптимуму, наприклад для озимого жита, ніякі агротехнічні заходи, крім зниження кислотності вапнуванням, не допоможуть суттєво збільшити врожайність цієї культури на даному полі. Закон мінімуму Лібіха відноситься до всіх абіотичних і біотичних факторів, які впливають на організм. Це може бути, наприклад, конкуренція з боку іншого виду, присутність хижака і паразита. Сформульований закон застосуємо як до рослин, так і тваринам.

Лімітуючим фактором може бути не тільки нестача, на що вказував Лібіх, але і надлишок таких факторів, як, наприклад, тепло, світло і вода. Як вже було зазначено раніше, організми характеризуються екологічним мінімумом і екологічним максимумом. Діапазони між цими двома величинами прийнято називати межами стійкості, витривалості або толерантності. Твердження про лімітуючий вплив максимуму нарівні з мінімумом ввів В. Шелфорд (1913), який сформулював закон толерантності. Після 1910 по «екології толерантності» були проведені численні дослідження, завдяки яким стали відомі межі існування для багатьох рослин і тварин. Таким прикладом за Г.В. Стадницьким, А.І. Родіоновою (1966) є вплив забрудненого атмосферного повітря речовинами на організм людини.

Рис. 4. Вплив забрудненого атмосферного повітря на організм людини

Вплив фактора позначений символом С (перша буква латинського слова «концентрація»). В інших же випадках при надходженні речовини в організм можна говорити не про концентрацію, а про дозу речовини (фактора). При значеннях концентрації Слім і С'лет людина загине, незворотні зміни в її організмі відбудуться при значно менших значеннях: Слім і С'лім. Отже, істинний діапазон толерантності визначається саме останніми значеннями. Звідси, їх необхідно експериментально, в дослідах на тваринах, визначити для кожної забруднюючої або будь-якого шкідливого хімічної сполуки і не допускати перевищення його вмісту в конкретному середовищі. В санітарних нормах охорони навколишнього середовища важливі не нижні межі стійкості до шкідливих речовин, а верхні межі, так як забруднення навколишнього середовища - це і є перевищення стійкості організму. Ставиться завдання або умову: фактична концентрація забруднюючої речовини Сфакт не повинна перевищувати Слім або:

С_факт £ С_лім

Таким чином, Слім є одночасно і пороговою концентрацією Спор і максимально допустимою Смах для організму людини. В санітарних умовах охорони навколишнього середовища Слім маєзначення гранично допустимої концентрації - ГДК.

Цінність концепції лімітуючих факторів полягає в тому, що вона дає екологом відправну точку при дослідженні складних ситуацій. Вивчаючи конкретну ситуацію, еколог може виділити слабкі ланки і сфокусувати увагу на тих умовах середовища, які з найбільшою ймовірністю можуть виявитися критичними або лімітуючими. Якщо для організму характерний широкий діапазон витривалості (стійкості, толерантності) до фактору, що відрізняється відносною сталістю, і присутній у середовищі в помірних кількостях, навряд чи такий фактор буде лімітуючим. Навпаки, якщо відомо, що той чи інший організм має вузьким діапазоном толерантності до якогось мінливого фактору, то саме цей фактор і заслуговує першочергового вивчення, так як він може бути лімітуючим. Так, вміст кисню знаходиться у достатній кількості і доступності, що рідко виступатиме лімітуючим фактором для наземних організмів, за винятком паразитів, мешканців грунтів або на значних висотах. Тоді як у воді кисню порівняно мало, його вміст там нерідко значно варіює, і внаслідок цього для водних організмів, у першу чергу тварин, він часто служить важливим лімітуючим фактором. Тому еколог-гідробіолог завжди має напоготові прилад для визначення кількості кисню і вимірює вміст цього газу в процесі вивчення будь-яких незвичних ситуації. Екологові ж, що вивчає наземні екосистеми, рідше доводиться вимірювати вміст кисню.

В цілому зміст аналізу умов середовища, наприклад при оцінці впливу людини на природне середовище, полягає в наступному:

-шляхом спостереження, аналізу та експерименту виявити «функціонально важливі» чинники (фактори);

- визначити, як ці фактори впливають на особин, популяцію, угруповання, що дозволить передбачити результат порушень середовища або планованих його змін.

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: