Екологічні закони, правила, принципи. Бочка лібіха та ваше здоров'я

Закони екології- загальні закономірності та принципи взаємодії людського суспільства з природним середовищем.

Значення цих законів полягає у регламентації характеру та спрямованості людської діяльності в межах екосистем різного рівня. Серед законів екології, сформульованих різними авторами, найбільшу популярність здобули чотири закони-афоризми американського вченого-еколога Баррі Коммонера (1974):

• «все пов'язано з усім»(Закон загального зв'язку речей та явищ у природі);
• «все має кудись подітися»(Закон збереження маси речовини);
• «ніщо не дається задарма»(Про ціну розвитку);
• «природа знає краще»(Про головний критерій еволюційного відбору).

З закону загального зв'язку речей та явищ у природі(«все пов'язано з усім») випливає кілька наслідків:

• закон великих чисел - сукупна дія великої кількостівипадкових чинників призводить до результату, майже залежить від випадку, тобто. має системний характер. Так, міріади бактерій у ґрунті, воді, тілах живих організмів створюють особливе, відносно стабільне мікробіологічне середовище, необхідне для нормального існування всього живого. Або інший приклад: випадкова поведінка великої кількості молекул у певному обсязі газу зумовлює цілком певні значеннятемператури та тиску;
• принцип Ле Шательє (Брауна) -при зовнішньому впливі, що виводить систему зі стану стійкої рівноваги, ця рівновага зміщується в напрямку, при якому ефект зовнішнього впливузменшується. Біологічно він реалізується у вигляді здатності екосистем до саморегуляції;
• закон оптимальності- Будь-яка система функціонує з найбільшою ефективністю в деяких характерних для неї просторово-часових межах;
• будь-які системні зміни в природі мають прямий або опосередкований вплив на людину - від стану індивіда до складних суспільних відносин.

З закону збереження маси речовини(«все має кудись подітися») витікають щонайменше два постулати, що мають практичне значення:

Баррі Коммонер писаний «... глобальна екосистемає єдиним цілим, в рамках якого нічого не може бути виграно або втрачено і яке не може бути об'єктом загального поліпшення; все, що було витягнуто з неї людською працею, має бути відшкодовано. Платежу за цим векселем не можна уникнути; він може лише відстрочений. Нинішня криза довкіллякаже про те, що відстрочка дуже затягнулася».

Принцип «природа знає краще»визначає насамперед те, що може і що не повинно мати місця у біосфері. Все в природі - від простих молекулдо людини - пройшло найжорстокіший конкурс на право існування. В даний час планету населяє лише 1/1000 випробуваних еволюцією видів рослин та тварин. Головний критерійцього еволюційного відбору - вписаність у глобальний біотичний кругообіг, Заповненість всіх екологічних ніш. У будь-якої речовини, виробленого організмами, повинен існувати фермент, що його розкладає, і всі продукти розпаду повинні знову залучатися в кругообіг. З кожним біологічним виглядом, який порушував цей закон, еволюція рано чи пізно розлучалася. Людська індустріальна цивілізація грубо порушує замкнутість біотичного круговороту у глобальному масштабі, що може залишитися безкарним. В цій критичної ситуаціїповинен бути знайдений компроміс, що під силу тільки людині, яка має розум і прагнення цього.

Окрім формулювань Баррі Коммонера сучасні екологи вивели ще один закон екології. "на всіх не вистачить" (закон обмеженості ресурсів).Очевидно, що маса поживних речовинвсім форм життя Землі кінцева і обмежена. Її не вистачає на всіх представників біосфери представників органічного світуТому значне збільшення чисельності та маси будь-яких організмів у глобальному масштабі може відбуватися тільки за рахунок зменшення чисельності та маси інших. На суперечність між швидкістю розмноження та обмеженістю ресурсів харчування стосовно народонаселення планети вперше звернув увагу англійський економістТ.Р. Мальтус (1798), який саме цим намагався довести неминучість соціальної конкуренції. У свою чергу Ч. Дарвін запозичив у Мальтуса поняття «боротьба за існування» для пояснення механізму. природного відборуу живій природі.

Закон обмеженості ресурсів— джерело всіх форм конкуренції, суперництва та антагонізму у природі та, на жаль, у суспільстві. І скільки б не рахували класову боротьбу, расизм, міжнаціональні конфлікти чисто соціальними явищами— всі вони своїм корінням йдуть у внутрішньовидову конкуренцію, що набуває іноді набагато жорстокіші форми, ніж у тварин.

Істотна відмінність у цьому, що у природі внаслідок конкурентної боротьби виживають найкращі, а людському суспільстві- Це зовсім не так.

Узагальнену класифікацію екологічних законів надав відомий радянський учений Н.Ф. Реймерс. Їм дано такі формулювання:

• закон соціально-екологічної рівноваги(необхідності збереження рівноваги між тиском на середовище та відновленням цього середовища, як природним, так і штучним);
• принцип культурного управління розвитком(Накладення обмежень на екстенсивний розвиток, облік екологічних обмежень);
• правило соціально-екологічного заміщення(необхідність виявлення шляхів заміщення людських потреб);
• закон соціально-екологічної незворотності(Неможливість повороту еволюційного руху назад, від складних формдо більш простих);
• закон ноосфериВернадського (неминучість трансформації біосфери під впливом думки та людської праці в ноосферу — геосферу, в якій розум стає домінуючим у розвитку системи «людина-природа»).

Дотримання цих законів можливе за умови усвідомлення людством своєї ролі у механізмі підтримки стабільності біосфери. Відомо, що в процесі еволюції зберігаються ті види, які здатні забезпечувати стійкість життя і навколишнього середовища. Тільки людина, використовуючи силу свого розуму, може спрямувати подальший розвиток біосфери шляхом збереження дикої природи, збереження цивілізації та людства, створення більш справедливої соціальної системи, переходу від філософії війни до філософії миру та партнерства, любові та поваги до майбутніх поколінь. Все це складові нового біосферного світогляду, який має стати загальнолюдським.

Закони та принципи екології

Закон мінімуму

У 1840 р. Ю. Лібіхвстановив, що врожай часто обмежується не тими поживними речовинами, які потрібні в великих кількостях, а тими, яких потрібно небагато, але яких мало й у ґрунті. Сформульований їм закон говорив: «Речовою, що у мінімумі, управляється врожай, визначається величина і стійкість останнього у часі». Згодом до поживних речовин додали низку інших факторів, наприклад, температуру. Дія цього закону обмежують два принципи. Перший закон Лібіха суворо діє лише за умов стаціонарного стану. Точніше формулювання: «при стаціонарному стані лімітуючим буде та речовина, доступні кількостіякого найбільш близькі до необхідного мінімуму». Другий принцип стосується взаємодії факторів. Висока концентрація або доступність певної речовини може змінювати споживання мінімальної поживної речовини. Наступний законсформульований у самій екології та узагальнює закон мінімуму.

Закон толерантності

Цей закон формулюється в такий спосіб: відсутність чи неможливість розвитку екосистеми визначається як недоліком, а й надлишком будь-якого з чинників (тепло, світло, вода). Отже, організми характеризуються як екологічним мінімумом, і максимумом. Занадто багато хорошого теж погано. Діапазон між двома величинами становить межі толерантності, у яких організм нормально реагує вплив середовища. Закон толерантності запропонував В. Шелфордв 1913 р. можна сформулювати ряд доповнюючих його пропозицій.

• Організми можуть мати широкий діапазон толерантності щодо одного фактора та вузький щодо іншого.
• Організми з широким діапазоном толерантності до всіх факторів зазвичай найпоширеніші.
• Якщо умови по одному екологічному фактору не є оптимальними для виду, то може звузитися діапазон толерантності до інших екологічних факторів.
• У природі організми дуже часто опиняються в умовах, які не відповідають оптимальному значенню того чи іншого фактора, визначеному в лабораторії.
• Період розмноження зазвичай є критичним; у цей період багато факторів середовища часто виявляються лімітуючими.

Живі організми змінюють умови середовища, щоб послабити лімітуючий вплив фізичних факторів. Види з широким географічним поширенням утворюють адаптовані до місцевих умов популяції, які називаються екотипами.Їхні оптимуми та межі толерантності відповідають місцевим умовам.

Узагальнююча концепція лімітуючих факторів

Найбільш важливими факторами на суші є світло, температура та вода (опади), а в морі – світло, температура та солоність. Ці фізичні умови існування можутьбути лімітуючими та впливаючими сприятливо. Усі чинники середовища залежить один від одного і діють узгоджено. З інших факторів, що лімітують, можна відзначити атмосферні гази (вуглекислий газ, кисень) та біогенні солі. Формулюючи «закон мінімуму», Лібіх і мав на увазі лімітуючий вплив життєво важливих хімічних елементів, присутніх у середовищі у невеликих та непостійних кількостях. Вони називаються мікроелементами і до них належать залізо, мідь, цинк, бор, кремній, молібден, хлор, ванадій, кобальт, йод, натрій. Багато мікроелементів подібно до вітамінів діють як каталізатори. Фосфор, калій, кальцій, сірка, магній, які потрібні організмам у великих кількостях, називаються макроелементами. Важливим лімітуючим фактором у сучасних умовахє забруднення природного довкілля. Головний лімітуючий фактор, Ю. Одуму, -розміри та якість « ойкоса», або нашої « природної обителі»,а не просто кількість калорій, які можна вичавити із землі. Ландшафт не лише склад запасів, а й будинок, у якому ми живемо. «Слід прагнути до того, щоб зберегти, щонайменше, третину всієї суші як охоронюваного відкритого простору. Це означає, що третина всього нашого довкілля мають становити національні або місцеві парки, заповідники, зелені зони, ділянки дикої природи тощо». Територія, необхідна одній людині, за різними оцінками коливається від 1 до 5 га. Друга з цих цифр перевершує площу, яка припадає нині на одного жителя Землі.

Щільність населення наближається до людини на 2 га суші. Придатні ж для сільського господарствалише 24% суші. Хоча з площі лише 0,12 га можна отримати достатньо калорій, щоб підтримати існування однієї людини, для повноцінного харчування з великою кількістю м'яса, фруктів і зелені необхідно близько 0,6 га на людину. Крім того, потрібно ще близько 0,4 га різного родуволокна (папери, деревини, бавовни) та ще 0,2 га для доріг, аеропортів, будівель тощо. Звідси концепція «золотого мільярда», відповідно до якої оптимальною кількістю населення є 1 млрд осіб, і, отже, вже зараз близько 5 млрд «зайвих людей». Людина вперше за свою історію зіткнулася із граничними, а не локальними обмеженнями. Подолання лімітуючих факторів потребує величезних витрат речовини та енергії. Для подвоєння врожаю необхідно десятикратне збільшення кількості добрив, отрутохімікатів та потужності (тварини або машини). До лімітуючих чинників і чисельність популяції.

Закон конкурентного виключення

Цей закон формулюється так: два види, що займають одну екологічну нішу, не можуть співіснувати в одному місці необмежено довго.

Те, який вигляд перемагає залежить від зовнішніх умов. У подібних умовах перемогти може кожен. Важливою для перемоги обставиною є швидкість зростання популяції. Нездатність виду до біотичної конкуренції веде для його відтіснення та необхідності пристосування до більш важких умов та факторів.

Закон конкурентного виключенняможе працювати й у людському суспільстві. Особливість його дії нині у тому, що цивілізації що неспроможні розійтися. Їм нема куди піти зі своєї території, тому що в біосфері немає вільного місця для розселення і немає надлишку ресурсів, що призводить до загострення боротьби з усіма наслідками, що звідси випливають. Можна говорити про екологічне суперництво між країнами і навіть екологічні війни або війни, зумовлені екологічними причинами. Свого часу Гітлер виправдовував агресивну політику нацистської Німеччиниборотьбою за життєвий простір. Ресурси нафти, вугілля тощо. і тоді були важливими. Ще більшу вагу вони мають у ХХІ ст. До того ж додалася потреба територій для поховання радіоактивних та інших відходів. Війни — гарячі та холодні — набувають екологічного забарвлення. Багато подій у сучасної історіїНаприклад, розпад СРСР сприймаються по-новому, якщо на них подивитися з екологічних позицій. Одна цивілізація може не тільки завоювати іншу, але використовувати її для корисливих з екологічного погляду цілей. Це буде екологічний колоніалізм. Так переплітаються політичні, соціальні та екологічні проблеми.

Основний закон екології

Одним з головних досягнень екології стало відкриття, що розвиваються не тільки організми та види, а й. Послідовність спільнот, які змінюють одна одну в даному районі, називається сукцесією.Сукцесія відбувається внаслідок зміни фізичного середовищапід впливом співтовариства, тобто. контролюється ним.

Висока продуктивність дає низьку надійність — ще одне формулювання основного закону екології, з якого випливає наступне правило: «Оптимальна ефективність завжди менша за максимальну». Різноманітність відповідно до основного закону екології безпосередньо пов'язана зі стійкістю. Однак поки невідомо, наскільки цей зв'язок є причинно-наслідковим.

Деякі інші важливі для екології закони та принципи.

Закон емерджентності: ціле завжди має особливі властивості, відсутні у його частини.

Закон необхідної різноманітності: система не може складатися з абсолютно ідентичних елементів, але може мати ієрархічну організацію та інтеграційні рівні.

Закон незворотності еволюції: організм (популяція, вид) неспроможна повернутися до колишнього стану, здійсненому серед його предков.

Закон ускладнення організації: історичний розвиток живих організмів призводить до ускладнення їхньої організації шляхом диференціації органів та функцій.

Біогенетичний закон(Е. Геккель): онтогенез організму є коротке повторення філогенезу цього виду, тобто. індивід у своєму розвитку повторює скорочено історичний розвиток свого роду.

Закон нерівномірності розвитку елементів системи: системи одного рівня ієрархії розвиваються не суворо синхронно, в той час як одні досягають вищої стадії розвитку, інші залишаються менш розвиненому стані. Цей закон безпосередньо пов'язаний із законом необхідного розмаїття.

Закон збереження життя: життя може існувати тільки в процесі руху через живе тілопотоку речовин, енергії, інформації.

Принцип збереження впорядкованості(Я. Пригожий): відкритих системахентропія не зростає, а зменшується доти, доки досягається мінімальна постійна величина, завжди більше нуля.

Принцип Ле Шательє-Брауна: при зовнішньому впливі, що виводить систему зі стану стійкої рівноваги, ця рівновага зміщується в тому напрямку, при якому ефект зовнішнього впливу послаблюється.

Принцип економії енергії(Л. Онсагер): при ймовірності розвитку процесу в деякій кількості напрямків, що допускаються початками термодинаміки, реалізується те, що забезпечує мінімум розсіювання енергії.

Закон максимізації енергії та інформації: найкращими шансами на самозбереження має система, що найбільше сприяє надходженню, виробленню та ефективному використаннюенергії та інформації; максимальне надходженняречовини не гарантує системі успіху у конкурентній боротьбі.

Закон розвитку системи за рахунок довкілля: будь-яка система може розвиватися тільки за рахунок використання матеріально-енергетичних та інформаційних можливостей навколишнього середовища; абсолютно ізольований саморозвиток неможливий.

Правило Шредінгера«про харчування» організму негативною ентропією: упорядкованість організму вище навколишнього середовища, і організм віддає цього середовища більше невпорядкованості, ніж отримує. Це правило співвідноситься із принципом збереження упорядкованості Пригожина.

Правило прискорення еволюції: із зростанням складності організації біосистем тривалість існування виду в середньому скорочується, а темпи еволюції зростають. Середня тривалістьіснування виду птахів – 2 млн років, виду ссавців – 800 тис. років. Число вимерлих видів птахів та ссавців у порівнянні з усім їх числом велике.

Закон відносної незалежності адаптаціїВисока адаптивність до одного з екологічних факторів не дає такого ж ступеня пристосування до інших умов життя (навпаки, вона може обмежувати ці можливості через фізіолого-морфологічні особливості організмів).

Принцип мінімального розміру популяцій: існує мінімальний розмір популяції, нижче за яку її чисельність не може опускатися.

Правило представництва роду одним видом: в однорідних умовах та на обмеженій території таксономічний рід, як правило, представлений лише одним видом. Очевидно, це з близькістю екологічних ніш видів одного роду.

Закон збіднення живої речовини в острівних його згущення(Г.Ф. Хільмі): « Індивідуальна система, що працює серед з рівнем організації нижчим, ніж рівень самої системи, приречена: поступово втрачаючи структуру, система через деякий час розчиниться у навколишньому середовищі». З цього випливає важливий висновок для людської природоохоронної діяльності: штучне збереження екосистем малого розміру (на обмеженій території, наприклад, заповідника) веде до їхньої поступової деструкції і не забезпечує збереження видів та угруповань.

Закон піраміди енергій(Р. Ліндеман): з одного трофічного рівня екологічної пірамідипереходить на інший, більше високий рівеньв середньому близько 10% енергії, що надійшла на попередній рівень. Зворотний потік з більш високих на більш низькі рівнінабагато слабше - не більше 0,5-0,25%, і тому говорити про кругообіг енергії в біоценозі не доводиться.

Правило обов'язковості заповнення екологічних ніш: порожня екологічна нішазавжди обов'язково буває природно заповнена («природа не терпить порожнечі»).

Принцип формування екосистеми: тривале існування організмів можливе лише в рамках екологічних систем, де їх компоненти та елементи доповнюють один одного та взаємно пристосовані. З цих екологічних законів і принципів випливають деякі висновки, справедливі для системи природне середовище». Вони належать до типу закону обмеження різноманітності, тобто. накладають обмеження на діяльність людини із перетворення природи.

Закон бумерангу: все, що витягнуто з біосфери людською працею, має бути повернено їй

Закон незамінності біосфери: біосферу не можна замінити штучним середовищемяк, скажімо, не можна створити нові види життя. Людина неспроможна побудувати вічний двигун, тоді як біосфера і є практично «вічний» двигун.

Закон крокреневої шкіри : глобальний вихідний природно-ресурсний потенціалв ході історичного розвитку безперервно виснажується. Це випливає з того, що жодних принципово нових ресурсів, які могли б з'явитися, нині немає. Для життя кожної людини на рік потрібно 200 т твердих речовин, які він за допомогою 800 т води та в середньому 1000 Вт енергії перетворює на корисний для себе продукт. Все це людина бере з вже наявного в природі.

Принцип віддаленості події: нащадки що-небудь придумають для запобігання можливим негативних наслідків. Питання, наскільки закони екології можна переносити на взаємини людини з довкіллям, залишається відкритим, оскільки людина відрізняється від інших видів. Наприклад, більшість видів швидкість зростання популяції зменшується зі збільшенням її щільності; у людини, навпаки, зростання населення цьому випадку прискорюється. Деякі регулюючі механізми природи відсутні в людини, і це може бути додатковим приводом для технологічного оптимізму в одних, а для екологічних песимістів свідчити про небезпеку такої катастрофи, яка неможлива для жодного іншого виду.

нього ресурсів. У наведеному прикладі (у початкових умовах) навіть невелика зміна доступності азоту викликає 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 і нітрати великою мірою взаємозамінні; 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

Закон Лібіха

Визначення 1

Правила мінімуму - це один із принципів, які визначають роль екологічного фактора у поширенні та кількості організмів.

Відносні дії деяких екологічних факторів тим сильніше, чим значною мірою в порівнянні з іншими відчувається його дефіцит. Сформульований Г.О. Лібіхом (1840) закон у використанні до сільськогосподарських культур - будь-яким живим організмам потрібні не просто органічні та мінеральні речовини, вологість, температура або будь-які інші фактори, а їх режим.

Реакції організмів залежить від кількостей чинників. Крім цього, живі організми при природних умовпіддаються впливам різних екологічних чинників (як біотичних, і абіотичних) одночасно. Рослина потребує значної кількості поживних речовин та вологи (калій, азот, фосфор) і в той же час порівняно "незначних" кількостях такого елемента, як молібден (бор).

Будь-які види тварин або рослин мають чітку вибірковість до складу їжі: кожній рослині потрібен певний мінеральний елемент. Будь-які види тварин по-своєму вимогливі до якості їжі. Для того щоб сприятливо існувати і нормально розвиватися, організми повинні володіти всім набором потрібних факторів в оптимальному режимі та достатній кількості.

Той факт, що обмеження доз (або відсутності) будь-яких з необхідних рослин речовин, що відносяться як до мікро, так і до макроелементів, веде до однакових результатів уповільнення зростання, відкрито та вивчено німецьким хіміком, основоположником агрохімії Юстасом фон Лібіхом. Сформульовані ним правила називаються законом мінімуму Лібіха: розміри врожаїв визначаються числом у ґрунтах тих з елементів живлення, потреби рослин у якому задоволено найнижче. Для цього Лібіх зображував дірку, виявляючи те, що нижня дірка встановлює величину рідини в ній.

Зауваження 1

Закон мінімуму вірний як для тварин, так і для рослин, охоплюючи і людину, якій у деяких умовах доводиться застосовувати вітаміни або мінеральну воду для відшкодування нестачі будь-якого елемента в організмі.

Уточнення та зміни, внесені до закону Лібіха

Надалі до закону Лібіха було внесено кілька уточнень. Значна поправка та доповнення - закон селективних процесів факторів на різні функції організму: будь-які екологічні факторипо-різному впливають на функції організмів, оптимум для одного процесу, наприклад, дихання, не буде оптимумом для іншого, наприклад травлення, і навпаки. До цієї групи уточнень закону Лібіха відносять трохи несхоже інші правила фазових реакцій " шкода користь " : невелика концентрація токсиканту впливає на організми у спрямованості збільшення його функцій, тоді як більша концентрація пригнічує і навіть призводить до загибелі організму. Дані токсикологічні закономірності справедливі для великої кількості(Так, відоме лікувальне властивість невеликих концентрацій зміїної отрути), але не для всіх отруйних речовин.

Зауваження 2

Закон Лібіха – це правило мінімуму, є одним із принципів, який визначає роль екологічних факторів у розвитку та розповсюдженні організмів. Сформульовано Г.О. Лібіх (1840) для сільськогосподарських культур.

Відповідно до закону Лібіха «Речовою, яка перебуває в мінімумі, управляє врожай і встановлюється розмір і стабільність останнього у часі». надалі це узагальнення стало тлумачитися ширше з урахуванням інших чинників середовища (наприклад, температури, часу та інших.).

Попередні зауваження.

1. Живі організми ставляться до категорії надскладних систем, щодо яких неминучі певні спрощення.

2. Усі чинники, які впливають даний організм у час, діють одночасно. Міркування вплив одного (окремо взятого) екологічного чинника – це спрощення, що дозволяє краще зрозуміти окремі закономірності. Ідеально було б безперервно реєструвати значення всіх екологічних факторів і відповідну реакцію живої системи (організму).

3. Найбільш простий варіант - це вимір значень певного показника життєдіяльності(П ж) організму в експериментальних умовах при різних значенняходного досліджуваного екологічного фактора (Ф е) та постійному (оптимальному) значенні всіх інших екологічних факторів: П ж = f(Ф е). Подібні експерименти називаються однофакторними дослідами; у них має дотримуватися «правило єдиної різниці» між варіантами досвіду.

Показниками життєдіяльності організму можуть бути продуктивність, швидкість приросту біомаси, інтенсивність дихання, інтенсивність обміну речовин, рухова активністьі багато іншого. Показники «благополуччя та процвітання» виду (популяції) – народжуваність, продуктивність, чисельність, виживання тощо.

Наприклад, кількісну залежність чистої первинної продуктивності рослини (ЧПП) від температури повітря (t в), типу ППП = f(t в), можна отримати в умовах активного експерименту. Для цього рослини вирощують при різної температуриповітря (варіанти досвіду), спостерігаючи за тим, щоб значення інших екологічних чинників (забезпеченість вологою, елементами живлення тощо. буд.) залишалися однаковими і оптимальними завжди (правило єдиного відмінності).

« Закон мінімуму» Ю. Лібіха

"Ідея про те, що витривалість організму визначається найслабшою ланкою в ланцюзі його екологічних потреб, вперше була ясно показана в 1840 р. Ю. Лібіхом", - стверджує Ю. Одум. Юстус Лібіх (1803 – 1873), видатний німецький хімік, один із засновників агрохімії, автор теорії мінерального харчування рослин. З численних експериментів Ю. Лібіх (1840) зробив найважливіші наукові узагальнення, сутнісно сформулював перші екологічні закони задовго до появи самої екології. Він встановив, що врожай рослин залежить від того елемента мінерального харчування, який знаходиться у ґрунті у відносному мінімумі (стосовно потреби рослини).

« Закон» мінімуму(Ю. Лібіх, 1840 р.): «Речовою, яка перебуває в мінімумі, управляється врожай і визначається величина і стійкість урожаю в часі».

Наприклад, нехай у ґрунті міститься оптимальна кількість вологи, фосфору, калію, всіх інших елементів мінерального живлення рослин, за винятком азоту, якого не вистачає. Тоді саме вміст азоту буде лімітуватиурожайність рослин. Якщо в цих умовах послідовно збільшувати кількість азотних добрив, що вносяться (на різних дослідних ділянках), то в тій же послідовності зростатиме і врожайність рослин (до певного рівня).

Ю. Лібіх встановив також, що врожайність може обмежуватися, лімітуватися не лише тими елементами живлення, які потрібні рослинам у великих кількостях (N, P, K та ін.), а й тими, які необхідні дуже малих кількостях (мікроелементами). У сучасного формулюванняце положення відоме як « закон рівнозначності основних екологічних факторів».

Не менше, а може бути і більше значеннядля екології, має і розроблена Ю. Лібіхом теорія мінерального харчування рослин, яка відіграла величезну роль у формуванні уявлень про взаємодію живого та неживого на рівні атомів хімічних елементів. Ми не станемо спеціально зупинятися на тих численних уточненнях і доповненнях до «закону мінімуму», які з'явилися за півтора століття розвитку науки – це буде ясно з наступного викладу.

Закон толерантності В. Шелфорда

Численні експериментипоказали, що щодо дії багатьох, але далеко не всіх екологічних факторів на організм спостерігаються загальні закономірності:

1) життєдіяльність організму може лімітуватися як недоліком, а й «надлишком» впливу певного чинника;

2) життєдіяльність організму (виду) можлива лише у певному діапазоні значень фактора (від і до);

3) за сталості інших чинників існує «найкраще», оптимальне для організму значення досліджуваного фактора;

4) види організмів суворо індивідуальні стосовно дії чинників середовища – оптимум одного виду то, можливо непереносимим іншому.

Ці загальні закономірності можна об'єднати в правило оптимуму» або так званий « закон толерантності». Зазвичай формулювання закону толерантності пов'язують з ім'ям американського еколога В. Шелфорда, хоча встановити авторство в даному випадкупросто неможливо.

Толерантність(Від лат. tolerantia– терпіння, терпимість) – витривалість організму (виду) до дії цього екологічного чинника. Синонім: екологічна валентність.

Закон толерантності(В. Шелфорд, 1913) - лімітуючим фактором процвітання організму може бути як мінімум (недолік), так і максимум (надлишок) екологічного впливудіапазон між якими визначає величину витривалості (толерантності) організму до даного фактору.

Екологічна валентність– ступінь пристосовуваності виду до змін умов середовища – те саме, що й толерантність.

Межі толерантності організму до дії даного екологічного фактора визначаються у так званих стресовихекспериментах (стресовими експерименти називаються тому, що в них необхідно досягти загибелі організму). Якщо уявити результати експерименту як графіка, вийде знаменита дзвоноподібна крива толерантності (рис. 1.1).

На кривій толерантності (рис. 1.1) виділяють: екологічниймінімум(«Загибель від нестачі»), екологічний максимум(«загибель від надлишку») та оптимум(найкраще), а також зону (діапазон) нормальної життєдіяльності, зонуоптимумута зони пригнічення(стреса) .

Діапазон значень фактора між екологічним мінімумом та максимумом – діапазон толерантності, (Межі толерантності виду, межі витривалості виду до дії даного екологічного фактора) позначається приставками:

Еврі– широкий та стіна- Вузький.

Наприклад, евритермний вид (переносить коливання температури середовища в широкому діапазоні) або стенотермний вид (може існувати тільки при незначному коливаннітемператур поблизу оптимуму).

Часто зустрічаються назви:

стенотермний – евритермний (щодо температури);

стеногидрический – евригидрический (щодо води);

стеногалінний – евригалінний (щодо солоності);

стенофаг – еврифаг (щодо їжі);

стенобіонт – еврібіонт (щодо місця проживання).

Для характеристики організмів, що мають вузький діапазон толерантності до певних екологічних факторів ( стіна-), часто використовують закінчення: ... філ– «любить» чи... фоб- "не любить". Наприклад, стенотермний та кріофільний вигляд ( кріо- Холод).

Мал. 1.1. Загальний вигляд(схема) кривої толерантності.

3.1. «Закон мінімуму» Ю. Лібіха

лімітуючими «закон мінімуму» Лібіха.

Межі толерантності. Поряд з висновком про те, що «зростання рослин залежить від того елемента живлення, який присутній у мінімальній кількості», який став основою лібіхівського «закону мінімуму», Ю. Лібіх вказував на діапазон лімітуючих показників. Було з'ясовано, що лімітуючим фактором може бути не лише недолік, а й надлишок таких факторів, як світло, тепло та вода. Поняття про лімітуючий вплив екологічного максимуму нарівні з мінімумом запровадив В. Шелфорд (1913), який сформулював «закон толерантності». Діапазон між двома величинами, екологічним мінімумом та екологічним максимумом, яким характеризуються так чи інакше всі живі організми було прийнято називати межею толерантності(Від латів. toleratia - терпіння, терпимість). Якщо певний організм має невеликий діапазон толерантності до одного з мінливих факторів, то цей фактор заслуговує пильної увагиБо він може виявитися лімітуючим. Наприклад, кисень, цілком доступний для організмів, що мешкають у наземних частинах екосистем, рідко може виявитися лімітуючим. Тоді як для організмів, що мешкають під водою, кисень може стати важливим фактором, що лімітує. У разі екстремального звуження діапазону толерантності живий організм може всю метаболічну енергію витратити на подолання стресу, пов'язаного із зменшенням меж лімітуючого фактора, а через нестачу енергії на нормальну життєдіяльність – загинути. Якщо білий ведмідь через будь-які обставини буде переміщений у теплі краї, то йому доведеться витрачати всю метаболічну енергію на подолання теплового стресу, і тварині не вистачить енергії на добування їжі та збереження свого виду в природі.

Концепція лімітуючих факторів у загальному випадку широко поширюється як на біологічні, так і на фізичні фактори, і на виклад всього, що відомо з цього питання, знадобилося б друкована працявеликого обсягу, що не входить у завдання цієї книги. Однак, враховуючи, що інженеру-екологу доводиться частіше мати справу з фізичними факторами, коротко перерахуємо основні фізичні та кліматичні фактори.

«Закон мінімуму» Ю. Лібіха

Кожна особина, населення, співтовариство відчувають одночасно вплив різних чинників, але частина їх є життєво важливими. Такі життєво важливі факториназиваються лімітуючими. Найчастіше хоча б один фактор лежить поза оптимом. І від цього чинника залежить можливість існування виду у цьому місці. Ще в 1840 році Ю. Лібіх встановив, що витривалість організму визначається найслабшою ланкою в ланцюзі його екологічних потреб. Йому належить пріоритет вивчення різних факторів на зростання рослин і виявлення того, що врожай рослин можна найефективніше підвищити, покращивши мінімальний фактор (зазвичай - збільшивши кількість N і P), а не ті елементи живлення, які потрібні у великих кількостях, такі, як, наприклад, двоокис вуглецю або вода. Речовини, які потрібні в найменших кількостях, але яких дуже мало і в ґрунті, наприклад цинк, ці речовини стають лімітуючими. Концепція Лібіха про те, що «зростання рослини залежить від того елемента живлення, який є у мінімальній кількості» стала відома як «закон мінімуму» Лібіха.

Для успішного застосуванняна практиці концепції Лібіха до неї необхідно додати два допоміжні принципи: перший - обмежувальний («закон Лібіха суворо застосовується тільки в умовах стаціонарного стану, тобто коли приплив і відтік енергії та речовини збалансований»); другий — принцип взаємодії факторів, який стверджує, що «висока концентрація чи доступність однієї речовини чи дія іншого (не мінімального) фактора можуть змінювати швидкість споживання елемента живлення, що міститься у мінімальній кількості».

Для інженера-еколога концепція лімітуючих факторів цінна тим, що вона дає відправну позицію при дослідженні складних ситуаційу системі «людина – техніка – природа». Взаємини елементів такої системи можуть бути складними. У процесі вирішення завдань нової технікиі технології фахівець може виділити ймовірні слабкі сторони та загострити увагу, хоча б на початку, тих характеристиках середовища, які можуть виявитися критичними або лімітуючими.

Закон мінімуму Лібіха в екології (з прикладами)

У цій статті ми коротко розберемося, в чому полягає закон мінімуму Лібіха – один із основоположних законів в екології. Інша назва цього закону закон обмежує (лімітує) чинника.Також наприкінці статті наведено декілька наочних прикладів, що ілюструють закон мінімуму.

Закон мінімуму Лібіха. Трохи історії

Закон мінімуму було сформульовано німецьким хіміком Юстусом фон Лібіхом 1840 року.

Вчений займався переважно вивченням умов виживання рослин у сільському господарстві. Він намагався зрозуміти, в який момент необхідно застосовувати ті чи інші хімічні додавання для покращення виживання рослин.

В результаті своїх досліджень фон Лібіх сформулював закон, який згодом виявився вірним не тільки для сільського господарства, але й для всіх екологічних систем та живих організмів.

Закон обмежує (лімітує) чинника.

Суть закону мінімуму Лібіха

Існують різні формулюванняцього закону. Але суть закону мінімуму (чи закону обмежуючого чинника) можна сформулювати так:

• Життя організму залежить від багатьох факторів. Але, найбільш значущим у кожен час є той чинник, який найбільш вразливий.

• Іншими словами, якщо в організмі якийсь із факторів суттєво відхиляється від норми, то саме цей фактор в даний момент часу є найбільш значущим, найбільш критичним для виживання організму.

Важливо розуміти, що для одного і того ж організму в різний частакими критично важливими (або по-іншому лімітуючими) факторами можуть бути абсолютно різні фактори.

Такі самі міркування застосовні й у цілих екосистем. На даний час обмежуючим фактором може стати, наприклад, нестача їжі. В інший момент часу кількість їжі буде в нормі, але лімітуючим фактором стане температура навколишнього середовища (занадто висока або занадто низька).

Якщо узагальнити сказане вище, можна сформулювати закон так.

Закон мінімуму Лібіха звучить так:

Для виживання організму (або еко-системи) найбільш значущим є той екологічний фактор,

який найбільш віддаляється (відхиляється) від свого оптимального значення.

Бочка Лібіха

Перш ніж переходити до прикладів – варто розглянути малюнок так званої бочки Лібіха.

У цій напівзламаній бочці – лімітуючим фактором є висота дошки. Очевидно, що вода переливатиметься через найменшу дошку в бочці. В цьому випадку нам вже буде не важливою висота решти дощок – все одно бочку наповнити не можна буде.

Найменша дошка - це і є той самий фактор, який найбільше відхилився від нормального значення.

За законом мінімуму Лібіха - ремонт бочки потрібно починати саме з цієї дошки.

Закон мінімуму Лібіха. Приклади

Є прислів'я: «Де тонко, там і рветься» — за великим рахунком, вона передає головну суть закону Лібіха. Але, давайте наведемо кілька прикладів з різних областей.

Приклад із сільського господарства

Є ґрунти, де не вистачає фосфору – отже, підгодовувати потрібно добривами з фосфором. Але, в інший час – потрібні добрива із кальцієм. І так далі

Приклад із дикої природи

Взимку для зайця лімітуючий фактор – їжа. Влітку – потрібно рятуватися від вовка, хоча їжі достатньо.

Спортивний приклад закону мінімуму

У футболі: якщо лівий захисник команди найслабший, то через його лівий фланг найімовірніше команда пропустить гол.

Таким чином, закон мінімуму Лібіха є універсальним екологічним та життєвим законом.

Додаткова інформація:

• Закони екології Коммонера – прочитайте про чотири основні закони екології, сформульовані Коммонером.

Куди здати на утилізацію відходи, техніку та інші речі у Вашому місті

www.kudagradusnik.ru

1. Закон мінімуму пд. Лібіха.

В 1840 німецький хімік Юстус Лібіх, вирощуючи рослини на синтетичних середовищах, виявив, що для нормального росту рослини необхідно певна кількістьта кількість хімічних елементів та сполук. Одні з них повинні перебувати у середовищі у дуже великих кількостях, інші у малих, а треті взагалі у вигляді слідів. І що особливо важливо: одні елементи не можуть бути замінені іншими. Середовище, що містить всі елементи удосталь, крім одного, забезпечує зростання рослини до того моменту, поки кількість останнього не буде вичерпано. Зростання обмежується, таким чином, нестачею єдиного елемента, кількість якого була нижчою необхідного мінімуму. Цей закон, сформульований Ю. Лібіхом стосовно ролі хімічних едафічних факторів у житті рослин і названий ним законом мінімуму, має, як з'ясувалося пізніше, універсальний екологічний характері грає важливу рольв екології.

Закон мінімуму: “ Якщо всі умови навколишнього середовища виявляються сприятливими для організму, що розглядається, за винятком одного, виявленого недостатньо (значення якого наближається до екологічного мінімуму), то в цьому випадку ця остання умова, звана лімітуючим фактором, набуває вирішального значення для життя або смерті розглянутого організму, а отже, його присутності чи відсутності у цій екосистемі”.

2. Закон толерантності Шелфорд.

У 1913 році американський еколог В. Шелфорд узагальнив закон мінімуму Лібіха, відкривши, що крім нижньої межі інтенсивності існує також і верхня межаінтенсивності факторів зовнішнього середовища, визначальний верхній кордондіапазону інтенсивностей, що відповідає умовам нормальної життєдіяльності організмів У цьому формулюванні закон, названий екологічним закономтолерантності став мати більш загальний універсальний характер.

Закон толерантності (Лат. tolerantia- терпіння): "Кожен організм характеризується екологічним мінімумом та екологічним максимумом інтенсивності кожного фактора зовнішнього середовища, в межах яких можлива життєдіяльність".

Діапазон екологічного фактора між мінімумом та максимумом називається діапазоном або областю толерантності.

Незважаючи на велику різноманітність екологічних факторів, в характері їх впливу і в реакціях у відповідь живих організмів можна виявити ряд загальних закономірностей.

Кількісний діапазон фактора, найбільш сприятливий для життєдіяльності, називається екологічним оптимумом (Лат. ортимус -

Значення фактора, що лежать у зоні пригнічення, називаються екологічним песимумом (Лат. pessimum- Найгірший).

Мінімальні та максимальні значенняфактори, за яких настає загибель, називаються відповідно екологічним мінімумом та екологічним максимумом .

Графічно це ілюструється на рис.3-1. Крива на рис.3-1, як правило, не є симетричною.

Наприклад, за таким фактором, як температура, екологічний максимум відповідає температурам, при яких руйнуються ферменти та білки (+50 ? +60 °С). Однак, окремі організмиможуть існувати і при більш високих температурах. Так, у гарячих джерелах Комчатки та Америки виявлено водорості при t> +80 °С. Нижня межа температури, за якої можливе життя, близько -70 °С, хоча чагарники в Якутії не вимерзають навіть за такої температури. В анабіозі (гр. anabiosis- Виживання), тобто. в неактивному стані, деякі організми зберігаються при абсолютному нулі(-273 ° С).

Мал. 3-1. Залежність життєдіяльності від інтенсивності

Можна сформулювати низку положень, що доповнюють закон толерантності:

1. Організми можуть мати широкий діапазон толерантності щодо одного фактора зовнішнього середовища та вузький діапазон щодо іншого.

2. Організми з широким діапазоном толерантності з більшості факторів зазвичай найбільш поширені.

3. Якщо умови щодо одного екологічного фактора не оптимальні для цього виду, то може звузитися і діапазон толерантності щодо інших екологічних факторів. Наприклад, при близькому до мінімального вмісту азоту у ґрунті знижується посухостійкість злаків.

4. У період розмноження діапазон толерантності зазвичай звужується.

Організми з вузьким діапазоном толерантності, або вузькопристосовані види, здатні існувати лише при невеликих відхиленнях фактора від оптимального значення, мають назву стенобіонтних, або стеноеків (Гр. stenos- Вузький, тісний).

Організми з широким діапазоном толерантності, або широкопристосовані види, здатні витримувати велику амплітуду коливань екологічного фактора, мають назву еврібіонтних, або евріеків (Гр. eurys- Широкий).

Властивість організмів адаптуватися до існування в тому чи іншому діапазоні екологічного фактора називається екологічною пластичністю .

Близьким до екологічної пластичності є поняття екологічної валентності що визначається як здатність організму заселяти різноманітні середовища.

Отже, стенобионты екологічно непластичні, тобто. маловитривалі, мають низьку екологічну валентність; еврибионты навпаки - екологічно пластичні, тобто. більш витривалі, та мають високу екологічну валентність.

Для позначення ставлення організмів до конкретного чинника до назви додають приставки: стіно-і еврі-. Так, по відношенню до температури бувають стенотермні (карликова береза, бананове дерево) та евритермні (Рослини помірного поясу) види; по відношенню до солоності - стеногалинні (карась, камбала) та евригалінні (Колюшка); по відношенню до світла - стінофонні (ялина) та еврифонтні (Шипшина) і т.д.

Стіно- та еврибіонтність проявляється, як правило, по відношенню до одного або небагатьох факторів. Еврібіонти зазвичай поширені. Багато найпростіших еврибіонтів (бактерії, гриби, водорості) є космополітами. Стенобіонти, навпаки, мають обмежений ареал розповсюдження. Екологічна пластичність та екологічна валентність організмів часто змінюється під час переходу від однієї стадії розвитку до іншої; молоді особини, як правило, більш вразливі та вимогливіші до умов середовища, ніж дорослі.

Водночас організми не є рабами фізичних умовсередовища; вони пристосовуються самі й змінюють умови середовища те щоб послабити вплив лімітуючого чинника. Така компенсація факторів, що лімітують, особливо ефективна на рівні співтовариства, але можлива і на рівні популяції.

Види з широким географічним поширенням майже завжди утворюють адаптовані до місцевих умов популяції, які називаються екотипами . Їхні оптимуми та межі толерантності відповідають місцевим умовам. Поява екотипів іноді супроводжується генетичним закріпленням набутих властивостей та ознак, тобто. до появи рас.

Організми, що живуть тривалий час у відносно стабільних умовах, втрачають екологічну пластичність, а ті, які були схильні до значних коливань фактора, стають витривалішими до нього, тобто. збільшують екологічну пластичність. У тварин компенсація лімітуючих факторів можлива завдяки адаптивній поведінці - вони уникають крайніх значень факторів, що лімітують.

При наближенні до екстремальним умовамзростає енергетична вартість адаптації. Якщо річку скидається перегріта вода, то риби та інші організми витрачають майже всю енергію на подолання цього стресу. Їм не вистачає енергії на добування їжі, захист від хижаків, розмноження, що призводить до вимирання.

Отже, організми у природі залежить від:

закон мінімуму лібіха

Живий організм у природних умоводночасно піддається впливу не одного, а багатьох екологічних факторів. Причому будь-який фактор потрібний організму в певних кількостях/дозах. Лібіх встановив, що розвиток рослини або її стан залежить немає від тих хімічних ел-в, які у грунті в достатніх кіл-вах, як від, яких бракує. Якщо

будь-якого, хоча б одного з елементів живлення в ґрунті менше, ніж потрібно даним рослинам, воно буде розвиватися ненормально, уповільнено, або мати патологічні відхилення.

закон мінімуму Ю. 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 організму або екосистемі мінімуму.

Закон Лібіха:

Речовиною, присутньою в мінімумі, керується врожай, визначається його величина та стабільність у часі. На початку 20 століття американський вчений Шелфордпоказав, що річ чи будь-який інший фактор, присутній у мінімумі, а й у надлишку проти необхідним організму рівнем, може призводити до небажаним наслідки для організму. Приклад: якщо помістити будь-яку рослину/тварину в експериментальну камеру і вимірювати в ній температуру повітря, то стан організму буде змінюватися.

При цьому виявляється деякий найкращий, оптимальний для організму рівень даного фактора, при якому активність (фізіологічний стан) буде максимальною. Якщо різні фактори будуть відхилятися від оптимального у більшу/меншу сторону, активність буде знижуватися. При досягненні деякого max/min значення фактор стане несумісним із життєвими процесами, в організмі відбудуться зміни, що ведуть до смерті. Аналогічні результати можна отримати в експериментах зі зміною вологості, вмісту різних солейу воді, кислотності, концентрації різних речей та ін.

Чим ширша амплітуда коливання фактора, при якій організм може скорочувати життєздатність, тим вища його стійкість ( толерантність) до того чи іншого фактора. З усього вищесказаного випливає:

ecology-portal.ru

Цао це правило одне Будь-яка гетерогенна система складається з окремих гомогенних, фізично або хімічно різних, механічно відокремлених один від одного частин, званих фазами. Наприклад, насичений розчин хлориду натрію з […]