Велика енциклопедія нафти та газу. Екологічна ніша організму

Закон мінімуму Лібіха.

При вивченні екологічних факторів необхідно акцентувати увагу на закономірностях, які є спільними для всіх організмів. До таких закономірностей відносяться правило оптимуму, правило взаємодії факторів, правило лімітуючих факторів, закони К. Лібіха та В. Шелфорда.

Одним із основоположників агрохімії німецьким хіміком Юстасом фон Лібіхом сформульовано закон мінімуму у 1840 р.

Закон мінімуму Лібіха - концепція, згідно з якою існування та витривалість організму визначається найслабшою ланкою в ланцюзі його екологічних потреб. Відповідно до закону мінімуму, життєві можливості організмів лімітують ті екологічні чинники, кількість і якість яких близькі до необхідного для організму мінімуму.

Будь-якому живому організму потрібні не тільки певна температура, наявність кисню, певні мінеральні та органічні речовини або якісь інші фактори, а їх суворо певну кількість(Наприклад, концентрація). Кожен із цих факторів має бути доступний для організмів у кількості, визначеній природою, а його зменшення призводить до того, що саме цей фактор стає лімітуючим. Наприклад, якщо в організму в акваріумі достатньо їжі, але немає кисню у воді, то фактором, що лімітує для його життєдіяльності, буде саме наявність кисню. І навпаки. Реакція організму залежить кількості чинника - що його менше, тим більше реакція. Будь-який вид тварини або рослини має чітку вибірковість до складу їжі: наприклад, рослині необхідні певні мінеральні елементи. Будь-який вид тварини по-своєму вимогливий до якості їжі. Для того, щоб нормально існувати, розвиватися, організм повинен мати весь набір необхідних факторів в оптимальних режимах і достатніх кількостях. Мінімальна кількість або повна відсутність будь-якої з необхідних речовин, що відносяться як до макро, так і до мікроелементів, веде до однакового результату - уповільнення зростання або смерті. При цьому Лібіх малював діжку з дірками, показуючи, що саме нижня дірка в бочці визначає рівень рідини в ній. Закон мінімуму справедливий всім живих організмів (риб, безхребетних, ссавців, рослин та інших.).

Лімітуючі фактори

У природі на будь-який організм діє відразу безліч (десятки та сотні) різних факторів. Є серед них і такі, що обмежують його існування. Це, передусім лімітуючі ресурси, тобто. ті, кого на всіх не вистачає. Так, розвиток рослин обмежується тим елементом, якого у ґрунті найменше (як правило, азот, фосфор, калій). При його дефіциті зростання припиняється, навіть якщо решта елементів є в надлишку. Цей "закон мінімуму". Будь-який фактор, що є в занадто малих кількостях, може виявитися найважливішим. Наприклад, у невеликому лісі чисельність одних видів птахів обмежена кількістю їжі, інших – кількістю місць, придатних для гніздування, третіх – достатком хижаків. Проте закон Лібіха «працює» далеко не завжди. Справа в тому, що різні фактори часто взаємодіють один з одним і буває важко виділити серед них якийсь один лімітуючий. Скажімо, знижена вологість і недолік поживних речовинзнижують стійкість рослин до комах-шкідників та бур'янів. Навпаки, достаток корму в містах дозволяє багатьом птахам не відлітати взимку на південь, всупереч холодам та короткому. світловому дню. Для кожного фактора середовища зазвичай є граничні (мінімальні та максимальні) значення, які здатний винести живий організм. Якщо ж говорити не просто про виживання, а про благополучне існування та розмноження, то допустимий діапазон умов виявиться ще вже. Такий діапазон називається межею толерантності цього виду організмів.

Толерантність (від грецького толерантність - терпіння) - здатність організмів витримувати зміни умов життя (коливання температури, вологості, світла).

Отже, у сукупному тиску середовища виділяються чинники, які найсильніше обмежують успішність життя організмів. Такі фактори називають обмежуючими або лімітуючими. Якщо говорити про здоров'я, то один із низьких ресурсів здоров'я може значно погіршувати все здоров'я загалом. І спроби виправити здоров'я прокачуванням інших факторів не допоможуть. Наприклад, у вас синдром апное (. Так ось, консультації у психолога з приводу втрати насолоди в житті вам не допоможуть. Більше того, вони швидше зашкодять та позбавлятимуть вас грошей. Апное - це обмежує (лімітує) ваше здоров'я фактор.

Додатково на тему:

Закон обмежуючого (лімітуючого) фактора, або Закон мінімуму Лібіха - один з фундаментальних законівв екології, що говорить, що найбільш значущим для організму є той фактор, який найбільше відхиляється від оптимального його значення. Тому під час прогнозування екологічних умовабо виконання експертиз дуже важливо визначити слабку ланку в житті організму

Юстус фон Лібіх– дуже талановитий вчений, один із засновників агрохімії. Йому ми завдячуємо багатими врожаями. Так ось, він встановив, що організмам для життя потрібні речовини та елементи у певних співвідношеннях. Цей закон враховується у практиці сільського господарства. Німецький хімік Юстус фон Лібіх (1803—1873) встановив, що продуктивність культурних рослин насамперед залежить від тієї поживної речовини. мінерального елемента), який представлений у ґрунті найбільш слабо.

Наприклад, коли росте картопля, йому потрібні азот, фосфор та калій у співвідношенні 9:4:16. Саме в таких пропорціях (з деякими варіаціями) він і поглинатиме елементи із ґрунту. Якщо, припустимо, співвідношення доступних азоту, фосфору і калію у грунті 20: 4:20, то зайві азот і калій залишаться у землі, а картопля виросте рівно настільки, наскільки йому вистачить фосфору. І навіть якщо залити поле азотними добривами, урожай не підніметься. Щоб урожай збільшився, а азот та калій поглинулися, потрібно внести фосфорні добрива, тобто той елемент, який знаходиться у відносній нестачі. Наприклад, якщо фосфору у ґрунті лише 20 % від необхідної норми, а кальцію - 50% від норми, то обмежуючим фактором буде нестача фосфору; необхідно в першу чергу внести в грунт саме добрива, що містять фосфор.

Бочка Лібіха

У 1840 р. він сформулював наступний принцип: «Зростання організму обмежується тим ресурсом, який знаходиться у відносному нестачі (лімітуючим ресурсом)» Цей принцип отримав назву закону Лібіха, або «бочки Лібіха» (за аналогією з бочкою, рівень води в якій не може бути вищим, ніж висота найнижчої рейки). Бочка зроблена з дощечок (клепок) не однаковою, а різної довжини. Щоб збільшити кількість води у бочці, потрібно збільшити найкоротшу дощечку (клепку) у бочці. Суть моделі полягає в тому, що вода при наповненні бочки починає переливатись через найменшу дошку в бочці і довжина інших дощок вже не має значення.

Якщо в мінімумі буде сонце (освітленість), марно збільшуватиусі інші умови. А на практиці – від такого збільшення буде лише гірше. Якщо полити рослини на сонячному місці, вони починають бурхливо зростати. А якщо поливати рослини в тіні, вони можуть і загнити. Так і в здоров'ї – одна з найпоширеніших помилок людей у ​​тому, що вони не роблять того, що потрібне. Або розбивають собі лоба тим, що в них гаразд.

Серед свого проживання організми одночасно піддаються дії величезної кількостіфакторів. Ступінь їхньої витривалості до різних факторів ніколи не є однаковим: один і той же вид може мати високу толерантність до одного фактора, але низьку – до іншого чи іншого.

У різних людейзалежно від своїх генів, виховання та інших. їх ресурси здоров'я може мати широкий діапазон толерантності щодо одного чинника і вузький діапазон щодо іншого. Хтось стійкіший до стресу, а хтось сильно страждає від недосипання. Одна людина добре встановлює жири, а інша погано – фруктозу.

Є кілька наслідків із цього закону Лібіха:

Висновок.

Закон обмежуючого (лімітуючого) фактора, або Закон мінімуму Лібіха- один з фундаментальних законів в екології, який проголошує, що найбільш значущим для організму є той фактор, який найбільше відхиляється від оптимального його значення. Тому під час прогнозування екологічних умов або виконання експертиз дуже важливо визначити слабку ланку у житті організму. Сформульований Юстусом фон Лібіхом 1840 року. Пізніше, 1913 року, закон узагальнено і доповнено Шелфордом (Закон толерантності).

Юстус фон Лібіх

Саме від цього мінімально (або максимально) представленого в даний конкретний момент екологічного факторазалежить виживання організму. В інші часи обмежують можуть бути інші фактори. Протягом життя особини видів зустрічаються з різними обмеженнями своєї життєдіяльності. Так, фактором, що обмежує поширення оленів, є глибина снігового покриву; метелики озимої совки (шкідника овочевих та зернових культур) – зимова температура тощо.

Цей закон враховується у практиці сільського господарства. Німецький хімік Юстус фон Лібіх (1803-1873) встановив, що продуктивність культурних рослин, у першу чергу, залежить від тієї поживної речовини (мінерального елемента), яка представлена ​​у ґрунті найслабше. Наприклад, якщо фосфору у ґрунті лише 20 % від необхідної норми, а кальцію – 50 % від норми, то обмежуючим фактором буде нестача фосфору; необхідно в першу чергу внести в грунт саме добрива, що містять фосфор.

На ім'я вченого названо образне уявлення цього закону – так звана «бочка Лібіха». Суть моделі полягає в тому, що вода при наповненні бочки починає переливатись через найменшу дошку в бочці, і довжина інших дощок вже не має значення.

Закон повернення Лібіха

Суть їх у тому, що врожай залежить від повернення середовищу життєво необхідних чинників, використаних організмом. Відкриття цього закону сприяло прогресивному підвищенню родючості ґрунту. К. А. Тимірязєв ​​і Д. Н. Прянишников назвали цей закон найбільшим придбанням науки.

Поживні речовини, взяті рослинами з ґрунту, повинні бути повернені до неї шляхом добрив або посіву бобових культур. Як образно висловився Ю. Лібіх, порушення закону повернення призводить до збагачення батьків, але руйнування нащадків.

Урожай створюється за рахунок речовин, одержуваних рослинами з ґрунту та енергії сонячного світла. Крім того, ґрунт - посередник рослин у забезпеченні їх факторами життя, середовище їхнього зростання. При систематичному відчуженні врожаю без компенсації використаних ним складових частингрунту та енергії грунт руйнується, втрачає родючість. При компенсації виносу речовин та енергії з ґрунту остання зберігає свою родючість; при компенсації речовин та енергії з певним ступенем перевищення відбувається поліпшення ґрунту, розширене відтворення його родючості. Закон повернення - наукова основавідтворення ґрунтової родючості, окремий випадокпрояви загального законузбереження речовин та енергії.

Зараз закон повернення розуміється ширше і щодо поживних речовин, а й інших негативних впливів грунт. Будь-яке негативний впливна ґрунт має бути компенсовано (переущільнення, розпилення, руйнування структури, засолення тощо).

Закон рівнозначності та незамінності факторів життя рослин (В. Р. Вільямса)

Умови життя рівнозначні, жоден із чинників життя може бути замінений іншим.

Для зростання та розвитку рослин має бути забезпечений приплив усіх факторів життя рослин – космічних та земних. Рослина може потребувати як великих, так і мізерно малих кількостях факторів, проте відсутність будь-якого з них веде до різкого зниженняврожаю і навіть загибелі рослин. У цьому вся проявляється абсолютний характер закону. Жоден чинник не можна замінити іншим. Наприклад, недолік фосфору не можна замінити надлишком азоту, а обмежене надходження світла заповнити найкращим забезпеченням рослин водою і т.д.

На практиці отримати максимально високий урожай можна тільки за умови безперебійного постачання рослин усіма факторами в оптимальній кількості. Однак у конкретних умовах виробництва закон рівнозначності та незамінності факторів життя рослин набуває відносне значеннявнаслідок неоднакових витрат на забезпечення рослин різними факторами. Це пов'язано як з абсолютною потребою рослин у факторі, так і з його наявністю в даному ґрунті, даному регіоні, З матеріально-технічними можливостями виробництва тощо.

Закон рівнозначності та незамінності факторів життя рослин підкреслює матеріальність землеробського виробництва, що не дозволяє сподіватися на «чудодійні» рецепти отримання врожаю без матеріальних витрат або витрат у «гомеопатичних дозах».

Закон мінімуму, максимуму та оптимуму факторів

Каже, що найбільший урожай здійснимо за середньої оптимальної наявності фактора, за мінімального і максимальному значенняхфактора врожаю неможливий. Цей закон наголошує особливе значенняоптимальних доз мінеральних добрив, оскільки їх надлишок може бути шкідливим. Це важливе становище, оскільки із закону Лібіха це не випливало.

Закон толерантності Шелфорда

Закон сформульований Віктором Ернестом Шелфордом в 1913 році, згідно з яким існування виду визначається лімітуючими факторами, що знаходяться не тільки в мінімумі, а й у максимумі. Толерантність- Здатність організму переносити несприятливий вплив того чи іншого фактора середовища. Закон толерантності розширює закон мінімуму Лібіха.

Лімітуючим фактором може бути не лише недолік, на що вказував Лібіх, а й надлишок таких факторів, як, наприклад, тепло, світло та вода. Організми характеризуються екологічним мінімумом та екологічним максимумом. Діапазони між цими двома величинами прийнято називати межами стійкості, витривалості чи толерантності. Уявлення про лімітуючий вплив максимуму нарівні з мінімумом і ввів В. Шелфорд (1913), сформувавши закон толерантності. Будь-який фактор, що перебуває в надлишку або нестачі, обмежує зростання та розвиток організмів та популяцій.

Закон сукупної чи взаємозумовленої дії факторів

Сформульований німецьким вченим Мітчерліх. Відповідно до цього закону, фактори зростання діють не ізольовано, а взаємопов'язано, і тому, впливаючи (збільшуючи чи зменшуючи) на один фактор, ми тією чи іншою мірою впливаємо на інший. Наприклад, на добривому тлі, як встановив, К. А. Тімірязєв, рослини більш економно витрачають вологу та їхній транспіраційний коефіцієнт знижується. Графічно сутність цього закону ілюструється результатами досвіду Е. Вольні (рис. 2.1.1.4). З закону взаємозумовленої дії факторів зростання випливає важливе становище для виробництва: щоб отримувати високі врожаї, необхідно впливати не на один фактор, а всі фактори зовнішнього середовищадомагаючись їх оптимальних значень.

Усі чинники життя рослин діють сукупно, т. е. взаємодіють у процесі зростання та розвитку рослин. Лібшер і Люндегорд показали, що у зв'язку із законом сукупної дії факторів дія окремого фактора, що перебуває в мінімумі, тим інтенсивніша, чим більше інших факторів знаходиться в оптимумі.

Люндегорд встановив також «інтерференцію» факторів, що перебувають у мінімумі, поєднання їх негативної діїна зростання та розвиток рослин. Ряд дослідників, керуючись законом сукупної дії факторів, намагалися в математичної формивстановити залежність урожаю від факторів життя рослин. Найбільших успіхів у цьому напрямі досяг Е. Мітчерліх.

Закон дії факторів життя рослин, за Е. Мітчерліхом, говорить, що збільшення врожаю залежить від кожного фактора росту та його інтенсивності, вона пропорційна різниці між можливим максимальним і дійсно отриманим урожаєм. Він спробував математично висловити залежність збільшення врожаю від добрива грунту. Е. Мітчерліх експериментально вивів такі коефіцієнти використання окремих факторів життя: N – 0,2, Р2О5 – 0,6, К2О – 0,4, Mg – 2,0 на 1 мм опадів, Наступними дослідженнями було встановлено, що формула Е. Мітчерліха неуніверсальна, тому що складні біологічні процесистворення врожаю не описуються математичними формулами. Тренель невдовзі показав, що вона, крім того, неправильна і математична.

Незважаючи на труднощі математичного вираження закону сукупної дії факторів, цей закон має величезне значеннядля практики землеробства У зв'язку з цим В. Р. Вільямс вказував, що прогрес можливий лише коли наш вплив на умови, в яких відбувається це складне виробництво, Спрямовано одночасно на весь їх комплекс. Цей комплекс умов представляє одне органічне ціле, всі елементи якого пов'язані нерозривно. Вплив на один із цих елементів неминуче тягне за собою необхідність впливу і на інше.

Принципи охорони навколишнього середовища

Охорона природи - це сукупність міжнародних, державних та локальних адміністративних, технологічних, планових, управлінських, економічних, політичних та громадських заходів, спрямованих на раціональне використання, відтворення та збереження природних ресурсівЗемлі та космічного простору.

Основні напрямки охорони навколишнього середовища:

Принципи Б. Коммонера

Основні закони екології, сформульовані Баррі Коммонером (1971), коротко можна так:

1. Все пов'язано з усім (загальний зв'язок процесів та явищ у природі);
2. Все має кудись подітися (будь-яка природна система може розвиватися тільки за рахунок використання енергетичних та інформаційних можливостей навколишнього її середовища);
3. Природа «знає» краще (поки ми не маємо абсолютно достовірної інформації про механізми та функції природи, ми легко можемо нашкодити природі, намагаючись її покращити);
4. Ніщо не дається задарма ( глобальна екосистемає єдиним цілим, в рамках якого ніщо не може бути виграно або втрачено, не може бути об'єктом загального поліпшення; все витягнуте у процесі людської праці має бути відшкодовано).

Аксіома та принцип емерджентності

Ціле більше суми її частин, завжди має нові властивості, що не зводяться до простого підсумовування властивостей частин системи, не об'єднаних системоутворюючими зв'язками. Оптимум родючості не еквівалентний оптимуму по кожній із властивостей ґрунтів окремо.

При складанні системного цілого інтеграція, що утворюється, підпорядковується іншим (хоча можливо, і подібним) законам формування, функціонування та еволюції. Образно кажучи, одне дерево ще не ліс, як група дерев, а механічне зосередження хімічних елементів, молекул органічних речовиннавіть тканин і органів, не дає організму. Для лісу необхідне поєднання всіх його екологічних компонентів, що становлять саме його екосистему, утворення кругообігів речовин, регуляція потоку енергії, у тому числі утворення власного біоклімату, і т. д. Для організму потрібна «ентелехія» системної цілісності, обміну речовин та інших властивостей біосистеми.

Принцип емерджентності – наслідок ієрархічної організації природних систем, що супроводжується виникненням нових властивостей у міру об'єднання компонентів більші функціональні одиниці, відсутні на попередньому рівні. Виникнення нових властивостей має взаємодію компонентів, процесу інтегрування, а чи не зміни природи цих компонентів. Розрізняють емерджентні властивості, описані вище, і сукупні властивості, що є сумою властивостей компонентів. Принцип емерджентності пояснює можливість вивчення цілого без уважного розгляду всіх компонентів. Емерджентність або інтегрованість системи - це властивості цілого, які не виводяться з властивостей частин, тобто не притаманні жодній окремо взятій частині. Такою властивістю, наприклад, є продуктивність. Синонімом емерджентності є адитивність та нададитивність

Правило згасання процесів

насичені системи зі збільшенням ступеня рівноважності з навколишнім середовищем або внутрішнього гомеостазу характеризуються згасанням у них динамічних процесів. Наприклад, темпи розмноження акліматизованих організмів у міру насиченості спільноти згасають.

Правило прискорення еволюції

зі зростанням складності організації біосистем тривалість існування виду середньому скорочується, а темпи еволюції зростають.

Правило еквівалентності у розвитку біосистем

біосистеми здатні досягти кінцевого (фінального) стану (фази) розвитку незалежно від рівня порушення початкових умов свого розвитку.

Принцип преадаптації

організми займають дедалі нові екологічні ніші завдяки генетичній преадаптації.

Закон видового розмаїття культур чи мозаїчності агроценозів

Найбільш висока та стійка продуктивність агроценозів досягається при їх достатньому видовому розмаїтті. Цей закон також є основою вчення про сівозміни.

Закон технологічного розмаїття

Постійне тривале застосування на полі однієї і тієї ж технології (одних і тих же пестицидів, добрив, обробітку ґрунту та інших прийомів) посилює однобічний негативний вплив на ґрунтову родючість і тому необхідно мати сівозміну з різними культурамита їх агротехнологіями.

Примітки

нього ресурсів. У наведеному прикладі (у початкових умовах) навіть невелика зміна доступності азоту викличе сильну реакціюрослини. Навпаки, зміна концентрації калію або бору вплине на організм, що страждає від нестачі азоту. Ми можемо переконатися, що межа розвитку організму визначає найбільш недостатній ресурс.
Фактор, невеликі зміни якого мають найбільші впливу на розглянуті організми і який в силу цього визначає межу їх розвитку або поширення, називається лімітуючим (обмежуючим).
Розглянувши цей приклад, можна висловити закон мінімуму Лібіха зрозумілішим чином. Далі наведено два формулювання: відносно коротке і розгорнуте.
Лімітуючим є той ресурс, якого найбільше бракує.
На зростання та розвиток організму найбільший впливнадає той ресурс, частка забезпеченості яким мінімальна.
Як ви розумієте, визначення того, який саме з факторів є лімітуючим, є надзвичайно важливим. Щоб вплинути на організм, необхідно забезпечувати його саме лімітуючим ресурсом, а не іншим.
На рис. 5.6.2 показано типова формазалежності реакції організму (наприклад, його зростання, біомаси, врожаю тощо) на забезпеченість ресурсом. У лівій частині графіка ресурс може бути лімітуючим. Невеликі змінийого доступності надають сильний впливна організм. У правій частині даного графікаресурсу вже достатньо, і настає насичення.
Існують ситуації, коли закон мінімуму не працює. Це стосується випадків можливої ​​взаємозамінності деяких ресурсів (для рослин солі амонію та нітрати в великого ступенявзаємозамінні; комахоїдні рослини взагалі можуть отримувати азот з «їдять» тварин), а також в умовах середовища, що змінюється. Так, у струмку, навіть за умови нестачі одного з біогенів, водна рослина може забезпечити свої потреби в ньому (вода, з якої вилучено якийсь елемент живлення, витікає, замість неї притікає інша; забезпеченість даним елементом втрачає найважливіша властивістьресурсу – вичерпність).

Ще за темою Закон мінімуму Лібіха:

1. Перша партида Титул перший Закон I ПРО ТЕ, ЯКІ ЦІ ЗАКОНИ
2. Розділ другий Про порядок видання Зводу законів та місцевих узаконень та Повних зборів законів Російської імперії