Закон ограничивающего фактора доклад
Обновлено: 17.05.2024
В этой статье мы кратко разберемся, в чем заключается закон минимума Либиха – один из основополагающих законов в экологии. Другое название этого закона — закон ограничивающего (лимитирующего) фактора. Также в конце статьи приведены несколько наглядных примеров, иллюстрирующих закон минимума.
Закон минимума Либиха. Немного истории
Закон минимума был сформулирован немецким химиком Юстусом фон Либихом в 1840 году.
Ученый занимался в основном изучением условий выживания растений в сельском хозяйстве. Он пытался понять, в какой момент необходимо применять те или иные химические добавления для улучшения выживаемости растений.
В результате своих исследований фон Либих сформулировал закон, который впоследствии оказался верным не только для сельского хозяйства, но и для всех экологических систем и живых организмов.
Закон ограничивающего (лимитирующего) фактора.
Суть закона минимума Либиха
Существуют разные формулировки этого закона. Но суть закона минимума (или закона ограничивающего фактора) можно сформулировать так:
- Жизнь организма зависит от множества факторов. Но, наиболее значимым в каждый момент времени является тот фактор, который наиболее уязвим.
- Иными словами, если в организме какой-то из факторов существенно отклоняется от нормы, то именно этот фактор в данный момент времени является наиболее значимым, наиболее критическим для выживания организма.
Важно понимать, что для одного и того же организма в разное время такими критически важными (или по-другому лимитирующими) факторами могут совершенно разные факторы.
Такие же суждения применимы и для целых экосистем. В данный момент времени ограничивающим фактором может стать, например, недостаток пищи. В другой момент времени – количество пищи будет в норме, но лимитирующим фактором станет температура окружающей среды (слишком высокая или слишком низкая).
Если обобщить вышесказанное, то можно сформулировать закон следующим образом.
Закон минимума Либиха звучит так:
Для выживания организма (или эко-системы) наиболее значимым является тот экологический фактор, который наиболее удаляется (отклоняется) от своего оптимального значения.
Бочка Либиха
Прежде чем переходить к примерам – стоит рассмотреть рисунок, так называемой, бочки Либиха.
В этой полусломанной бочке – лимитирующим фактором является высота доски. Очевидно, что вода будет переливаться через самую маленькую доску в бочке. В этом случае нам уже будет не важной высота остальных досок – все равно бочку наполнить будет нельзя.
Наименьшая доска – это и есть тот самый фактор, который наиболее отклонился от нормального значения.
По закону минимума Либиха – починку бочки нужно начинать именно с этой доски.
Закон минимума Либиха. Примеры
Пример из сельского хозяйства
Есть почвы, где не хватает фосфора – значит подкармливать нужно удобрениями с фосфором. Но, в другое время – нужны удобрения с кальцием. И так далее
Пример из дикой природы
Зимой для зайца лимитирующий фактор – пища. Летом – нужно спасаться от волка, хотя пищи предостаточно.
Спортивный пример закона минимума
В футболе: если левый защитник команды самый слабый, то через его левый фланг наиболее вероятно команда пропустит гол.
Таким образом, закон минимума Либиха является универсальным экологическим и жизненным законом.
20.12.2018
Немецкий ученый-химик, президент Баварской академии наук 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 в 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, то есть, соответственно, ее конечная продуктивность.
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.
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, предложил в 1953 году ограничить концепцию минимума и использовать ее исключительно в применении к макро- и микроэлементам. По его мнению, это должно 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 наибольшее 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 оказываются неодинаковыми ;
· 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.
В среде обитания на организм одновременно влияют разнообразные по составу и разнонаправленные по силе воздействия факторы. В природе постоянное сочетание всех воздействий факторов в их оптимальных, наиболее благоприятных значениях практически невозможно. Даже в местообитаниях, где наиболее благоприятно в данный момент сочетаются все (или наиболее важные для жизни) экологические факторы, каждый из них с течением времени может несколько отклониться от оптимума, что повлияет на жизнедеятельность организма.
В условиях комплексного воздействия факторов среды на организм часто бывает трудно определить, какой из них играет главную роль в жизни организма и определяет уровень его жизнедеятельности в данной среде.
*Лимитирующий фактор
Факторы среды, влияющие на организм, обладают разной силой воздействия. Но организм в один и тот же момент не может проявлять разный уровень жизнедеятельности в ответ на действие каждого из этих факторов. Например, если для растения температура находится в зоне оптимума, освещенность — в зоне нормальной жизнедеятельности, а влажность — в зоне пессимума, приближаясь к экологическому минимуму, то данное растение не будет расти и развиваться, хотя света и тепла достаточно. Его жизнедеятельность будет ограничивать недостаток влаги. Если произвести полив растения при недостатке влаги, то оно вновь начнет расти. В то же время, если после достижения оптимума по влажности температура повысится и окажется в зоне пессимума, приближаясь к экологическому максимуму, то рост растения прекратится из-за избытка тепла. Следовательно, в данной ситуации жизнедеятельность растения угнетается избыточной дозой экологического фактора.
Экологический фактор, который ограничивает развитие организмов из-за недостатка или избытка данного фактора по сравнению с потребностью (оптимальным значением), называется лимитирующим (ограничивающим) фактором.
*Закон минимума Либиха
Впервые изучением лимитирующих факторов занялся ученый-химик Ю. Либих, один из основоположников агрохимии, который выдвинул теорию минерального питания растений. В середине XIX в., изучая влияние различных химических элементов на рост растений, он установил, что лимитирующим фактором развития растений является элемент, который присутствует в почве в минимальном количестве. Когда его запасы исчерпываются в результате возделывания данной культуры, то рост растений прекращается, если даже другие элементы находятся в изобилии. Эта закономерность получила название закона минимума (1840 г.). Образно представить его помогает так называемая бочка Либиха, отражающая действие абиотических факторов (химических элементов) на жизнедеятельность растений.
Если высоту налитой жидкости ассоциировать с жизнедеятельностью растения (организма), а высота реек будет отражать содержание того или иного химического элемента в почве (фактора), то легко понять, что ограничивать жизнедеятельность будет самый минимальный по содержанию элемент (фактор). При этом более высокое содержание других элементов (факторов) не имеет значения.
Закон минимума Либиха строго применим только в условиях стационарного состояния (соотношение силы воздействия факторов на организм не изменяется) и только на уровне химических элементов минерального питания.
*Закон толерантности Шелфорда
Общая формулировка закона минимума Либиха вызвала много споров среди ученых. Уже в XIX в. из жизненного опыта было известно, что рост растений заметно угнетается как при малых значениях, так и при чрезмерном воздействии такого абиотического фактора, как температура. Значит, лимитирующим фактором может быть и избыточная доза воздействия фактора.
Впервые предположение о лимитирующем (ограничивающем) влиянии максимального значения фактора наравне с минимальным было высказано американским зоологом В. Шелфордом. В 1913 г. он сформулировал закон толерантности: любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы толерантности (выносливости) к любому экологическому фактору. Следовательно, экологический фактор за пределами зоны своего оптимума приводит к стрессовому состоянию организма, а при выходе за пределы толерантности — к его гибели. Поэтому экологический фактор, значение которого приближается к любому пределу выносливости организма или выходит за этот предел, будет ограничивать его жизнедеятельность и может считаться лимитирующим фактором.
Для теплолюбивых растений (персик, лимон, апельсин) лимитирующим фактором является низкая температура, и они погибают при отрицательной температуре воздуха, несмотря на оптимальное содержание элементов питания в почве, оптимальную влажность, освещенность и так далее. Фактором, ограничивающим распространение оленей, является глубина снежного покрова, определяющая доступность пищи. Каждая хозяйка знает, что дрожжи надо активировать (на самом деле размножать), оставляя в теплой воде с достаточным количеством сахара, потому что холодная вода и недостаток углеводов для них являются лимитирующими факторами.
При определении лимитирующего фактора следует также учитывать, что по отношению к одним факторам организмы обладают широкими пределами толерантности и выдерживают значительные отклонения их интенсивности от оптимальной величины, но они могут быть очень чувствительны к небольшому изменению силы воздействия других факторов, так как являются стенобионтами по отношению к этим факторам. Кроме того, известно, что разные возрастные и половые группы организмов неодинаково реагируют на одну и ту же силу воздействия экологического фактора.
Выявление лимитирующих факторов очень важно в практическом плане. Оно дает человеку отправную точку при исследовании сложных ситуаций в хозяйственной деятельности. А также помогает понять многие явления и принципы распределения организмов в природе. Основное внимание следует уделять тем факторам, которые наиболее важны для организма на данном этапе его жизненного цикла. Тогда удастся довольно точно предсказать результат влияния изменений условий среды на существование организма.
Многие факторы становятся ограничивающими в период размножения. Пределы выносливости для семян, проростков, яиц, эмбрионов, детенышей, личинок обычно ýже, чем для взрослых растений и животных. Например, многие крабы могут заходить в реки далеко вверх по течению, но их личинки в речной воде развиваться не могут. Ареал птиц часто определяется влиянием климата на яйца или птенцов, а не на взрослых особей.
Поэтому, для того чтобы сохранить исчезающий вид в определенном регионе, нужно выяснить, не выходят ли лимитирующие факторы среды за пределы выносливости организмов данного вида. Особенно это важно в период размножения и развития. Изменяя силу воздействия факторов, ограничивающих размножение особей и выживание потомства, можно добиться повышения их численности. Таким способом удастся сохранить исчезающий вид. Выявление лимитирующих факторов очень важно и в практике сельского хозяйства. Например, известно, что пшеница плохо растет на кислых почвах, а внесение в почву извести позволяет значительно повысить ее урожайность. Таким образом, направив основные усилия на устранение лимитирующих факторов, можно быстро и эффективно повысить урожайность культурных растений или продуктивность домашних животных.
*Повторим главное. В природной среде обитания наблюдается большое разнообразие факторов по составу и направленности воздействия на организм. При этом жизнедеятельность организма определяет лимитирующий (ограничивающий) фактор. Согласно правилу минимума Либиха им является фактор с наименьшей силой воздействия. По закону толерантности Шелфорда лимитирующий фактор — это фактор, который наиболее отклонился от своего оптимального значения и приблизился к одному из пределов толерантности по сравнению с другими факторами среды. Изменяя силу воздействия этого фактора, можно управлять жизнедеятельностью организмов в природе и хозяйстве.
Проверим знания
Ключевые вопросы
*1. Дайте определение лимитирующего фактора.
2. Как определить лимитирующий фактор? Какое это имеет значение в природе и хозяйстве?
*3. Чем отличается трактовка лимитирующего фактора согласно правилу минимума Либиха и закону толерантности Шелфорда?
Сложные вопросы
*1. Какое из указанных значений температуры ( 25 °C; 18 °С; 12 °C; 14 °C; 33 °C) будет ограничивать рост растения, если его пределы выносливости к температуре составляют 12—55 °С? До какого из указанных значений нужно повысить температуру, чтобы наблюдался максимальный рост данного растения?
2. Какие из экологических факторов, по вашему мнению, с наибольшей вероятностью могут стать лимитирующими для урожайности картофеля и почему? Как эти знания можно использовать в сельскохозяйственной деятельности человека?
3. Определите, какой фактор будет лимитирующим для комнатных растений (например, орхидеи)? Как можно уменьшить его действие, чтобы сохранить комнатные растения, если вашей семье необходимо уехать в отпуск на 10 дней?
*Индивидуальное домашнее задание. Проведите наблюдение за растениями одного и того же вида, произрастающими в разных экологических условиях. Сравните их состояние и попробуйте установить для них лимитирующие факторы.
Закон ограничивающего (лимитирующего) фактора, или 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. Поэтому во время прогнозирования экологических условий или выполнения экспертиз очень важно определить слабое звено в жизни организмов [1] .
Именно от этого, минимально (или максимально) представленного в данный конкретный момент экологического фактора зависит выживание организма. В другие отрезки времени ограничивающим могут быть другие факторы. В течение жизни особи видов встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности. Так, фактором, ограничивающим распространение оленей, является глубина снежного покрова [1] ; бабочки озимой совки (вредителя овощных и зерновых культур) — зимняя температура [1] и т. д.
Этот закон учитывается в практике сельского хозяйства. Немецкий химик Юстус фон Либих (1803—1873) установил, что продуктивность культурных растений, в первую очередь, зависит от того питательного вещества (минерального элемента), который представлен в почве наиболее слабо. Например, если фосфора в почве лишь 20 % от необходимой нормы, а кальция — 50 % от нормы, то ограничивающим фактором будет недостаток фосфора; необходимо в первую очередь внести в почву именно фосфорсодержащие удобрения.
См. также
Примечания
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое "Закон ограничивающего фактора" в других словарях:
Закон оптимума — (в экологии) любой экологический фактор имеет определённые пределы положительного влияния на живые организмы. Результаты действия переменного фактора зависят прежде всего от силы его проявления, или дозировки. Факторы положительно влияют на … Википедия
Закон минимума Либиха — Закон ограничивающего фактора или 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. Поэтому во время… … Википедия
Закон толерантности Шелфорда — Закон максима Шелфорда закон, согласно которому существование вида определяется лимитирующими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме. Закон толерантности расширяет закон минимума Либиха. Формулировка «Лимитирующим… … Википедия
Биоклиматический закон Хопкинса — Биоклиматический закон Хопкинса закон, согласно которому в условиях умеренной климатической зоны Северной Америки по мере движения на север, восток и вверх в горы время наступления периодических явлений в жизнедеятельности организмов… … Википедия
Бочка Либиха — Закон ограничивающего фактора или 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. Поэтому во время… … Википедия
Глобальное потепление — Глобальное потепление процесс постепенного увеличения среднегодовой температуры атмосферы Земли и Мирового океана в XX и XXI веках. Позиция Межгосударственной группы экспертов по изменению климата … Википедия
Озоновая дыра — Изображение антарктической озоновой дыры, сентябрь 2000 … Википедия
Возобновляемая энергия — Ветряная мельница Возобновляемая или регенеративная энергия ( Зеленая энергия ) энергия из источников, которые по человеческим масштабам являются неисчерпаемыми. Основной принц … Википедия
Медицинская экология — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия
Экологические преступления — Эта статья или раздел описывает ситуацию применительно лишь к одному региону. Вы можете помочь Википедии, добавив информацию для других стран и регионов. Экологические преступления преступные посягательства на … Википедия
Читайте также: