Какво е ограничаващ фактор в биологията. Основни ограничаващи фактори
Въведение
В тази статия ще разгледам подробно темата "Ограничаващи фактори". Ще разгледам тяхното определение, видове, закони и примери.
Различните фактори на околната среда имат различно значение за живите организми.
За живота на организмите е необходима определена комбинация от условия. Ако всички условия на средата са благоприятни, с изключение на едно, то именно това състояние става решаващо за живота на съответния организъм.
От цялото разнообразие от ограничаващи фактори на околната среда вниманието на изследователите е привлечено преди всичко от тези, които инхибират жизнената активност на организмите, ограничават техния растеж и развитие.
Главна част
В общия натиск на околната среда се разграничават факторите, които най-силно ограничават успеха на живота на организмите. Такива фактори се наричат ограничаващи или ограничаващи.
Ограничаващи (лимитиращи) фактори - Това
1) всякакви фактори, които възпрепятстват растежа на популацията в екосистемата; 2) фактори на околната среда, чиято стойност силно се отклонява от оптималната.
При наличие на оптимални комбинации от много фактори, един ограничаващ фактор може да доведе до инхибиране и смърт на организмите. Например, топлолюбивите растения умират при отрицателни температури на въздуха, въпреки оптималното съдържание на хранителни вещества в почвата, оптималната влажност, осветеност и т.н. Ограничаващите фактори са незаменими, ако не взаимодействат с други фактори. Например, липсата на минерален азот в почвата не може да бъде компенсирана от излишък на калий или фосфор.
Ограничаващи фактори за сухоземните екосистеми:
температура;
Хранителни вещества в почвата.
Ограничаващи фактори за водните екосистеми:
температура;
Слънчева светлина;
Соленост.
Обикновено тези фактори си взаимодействат по такъв начин, че един процес се ограничава едновременно от няколко фактора и промяната на някой от тях води до ново равновесие. Например, увеличаването на наличността на храна и намаляването на натиска от хищничество може да доведе до увеличаване на размера на популацията.
Примери за ограничаващи фактори са: разкрития на неерозирани скали, ерозионна основа, страни на долини и др.
И така, факторът, ограничаващ разпространението на елените, е дълбочината на снежната покривка; пеперуди на зимната лъжичка (вредител на зеленчуци и зърнени култури) - зимна температура и др.
Концепцията за ограничаващите фактори се основава на два закона на екологията: закона за минимума и закона за толерантността.
Закон за минимума
В средата на 19 век немският органичен химик Либих, изучавайки ефекта на различни микроелементи върху растежа на растенията, пръв установява следното: растежът на растенията е ограничен до елемент, чиято концентрация и стойност е минимална, т.е. е, присъства в минимално количество. Образно, законът за минимума помага да се представи т. нар. варел на Либих. Това е варел, дървените летви са с различна височина, както е показано на снимката
. Ясно е, че колкото и да са високи другите летви, можете да налеете вода в бурето точно толкова, колкото е височината на най-късата летва. Така ограничаващият фактор ограничава жизнената активност на организмите, независимо от нивото (дозата) на други фактори. Например, ако маята се постави в студена вода, ниската температура ще се превърне в ограничаващ фактор за нейното размножаване. Това го знае всяка домакиня и затова оставя маята да "набъбне" (и реално да се размножи) в топла вода с достатъчно количество захар.Топлината, светлината, водата и кислородът и други фактори могат да ограничат или ограничат развитието на организмите, ако тяхното търкаляне съответства на екологичния минимум. Например тропическите риби ангели умират, ако температурата на водата падне под 16 °C. А развитието на водораслите в дълбоководните екосистеми е ограничено от дълбочината на проникване на слънчевата светлина: в дънните слоеве няма водорасли.
По-късно (през 1909 г.) законът на минимума се тълкува от Ф. Блекман по-широко, като действието на всеки екологичен фактор, който е на минимум: фактори на околната среда, които имат най-лоша стойност при определени условия, особено ограничават възможността за съществуване на вид в тези условия, въпреки и въпреки оптималната комбинация от други хотелски условия.
В съвременната си формулировка законът за минимума гласи следното: издръжливостта на един организъм се определя от най-слабото звено във веригата на неговите екологични потребности .
За успешното прилагане на закона за ограничаващите фактори на практика трябва да се спазват два принципа:
Първият е ограничителен, т.е. законът е строго приложим само при стационарно състояние, когато притокът и изходът на енергия и вещества са балансирани. Например, в определено водно тяло растежът на водораслите е естествено ограничен от липсата на фосфат. Азотните съединения се съдържат във водата в излишък. Ако в този резервоар се изхвърлят отпадъчни води с високо съдържание на минерален фосфор, тогава резервоарът може да "цъфти". Този процес ще продължи, докато един от елементите се използва до ограничаващия минимум. Сега може да е азот, ако фосфорът продължи да тече. В преходния момент (когато все още има достатъчно азот и вече има достатъчно фосфор), минималният ефект не се наблюдава, т.е. нито един от тези елементи не влияе върху растежа на водораслите.
Вторият отчита взаимодействието на факторите и адаптивността на организмите. Понякога тялото е в състояние да замени дефицитния елемент с друг близък по химичен състав. Така че на места, където има много стронций, в черупките на мекотели, той може да замени калция с липсата на последния. Или, например, необходимостта от цинк при някои растения намалява, ако растат на сянка. Следователно ниската концентрация на цинк ще ограничи растежа на растенията по-малко на сянка, отколкото на ярка светлина. В тези случаи ограничаващият ефект дори на недостатъчното количество от един или друг елемент може да не се прояви.
Закон за толерантността
Концепцията, че наред с минимума, максимумът може да бъде и ограничаващ фактор, е въведена 70 години по-късно през 1913 г. след Либих от американския зоолог У. Шелфорд. Той обърна внимание на факта, че не само онези фактори на околната среда, чиито стойности са минимални, но и тези, които се характеризират с екологичен максимум, могат да ограничат развитието на живите организми и формулира закона за толерантност: ограничаващият фактор за просперитета на една популация (организъм) може да бъде както минимално, така и максимално въздействие върху околната среда, а диапазонът между тях определя размера на издръжливостта (граница на толерантност) или екологичната валентност на организма към този фактор)" (фиг. 2).
Фигура 2 - Зависимост на резултата от фактора на околната среда от неговата интензивност
Благоприятният диапазон на фактора на околната среда се нарича оптимална зона (нормална активност). Колкото по-голямо е отклонението на фактора от оптимума, толкова повече този фактор потиска жизнената активност на населението. Този диапазон се нарича зона на потисничество или песимизъм . Максималните и минималните допустими стойности на фактора са критични точки, отвъд които съществуването на организъм или популация вече не е възможно. Границата на толерантност описва амплитудата на факторните колебания, което осигурява най-пълното съществуване на популацията. Индивидите може да имат леко различни диапазони на толерантност.
По-късно бяха установени граници на толерантност към различни фактори на околната среда за много растения и животни. Законите на J. Liebig и W. Shelford помогнаха да се разберат много явления и разпространението на организмите в природата. Организмите не могат да бъдат разпространени навсякъде, тъй като популациите имат определена граница на толерантност по отношение на колебанията във факторите на околната среда.
Много организми са в състояние да променят толерантността към отделните фактори, ако условията се променят постепенно. Можете например да свикнете с високата температура на водата във ваната, ако се качите в топла вода и след това постепенно добавяте гореща вода. Тази адаптация към бавната промяна на фактора е полезно защитно свойство. Но може да бъде и опасно. Неочаквано, без предупредителни сигнали, дори малка промяна може да бъде критична. Идва прагов ефект: последната капка "може да бъде фатална. Например, една тънка клонка може да счупи вече преразтегнатия гръб на камилата.
Принципът на лимитиращите фактори е валиден за всички видове живи организми – растения, животни, микроорганизми и важи както за абиотичните, така и за биотичните фактори. Например конкуренцията от друг вид може да се превърне в ограничаващ фактор за развитието на организмите от даден вид. В селското стопанство вредителите, плевелите често се превръщат в ограничаващ фактор, а за някои растения липсата (или отсъствието) на представители на друг вид се превръща в ограничаващ фактор в развитието. В съответствие със закона за толерантността всеки излишък на материя или енергия се оказва източник на замърсяване. По този начин излишната вода дори в сухите райони е вредна и водата може да се счита за общ замърсител, въпреки че е просто необходима в оптимални количества. По-специално, излишната вода предотвратява нормалното образуване на почвата в черноземната зона.
Със сигурност всеки от нас е забелязал как растенията от един и същи вид се развиват добре в гората, но се чувстват зле на открити пространства. Или, например, някои видове бозайници имат големи популации, докато други са по-ограничени при привидно същите условия. Всички живи същества на Земята по един или друг начин се подчиняват на собствените си закони и правила. Екологията се занимава с тяхното изучаване. Едно от основните твърдения е законът на Либих за минимума
Ограничаване какво е това?
Германският химик и основател на селскостопанската химия, професор Юстус фон Либих, направи много открития. Едно от най-известните и признати е откриването на основния ограничаващ фактор. Той е формулиран през 1840 г. и по-късно допълнен и обобщен от Шелфорд. Законът казва, че за всеки жив организъм най-значимият фактор е този, който се отклонява в по-голяма степен от оптималната си стойност. С други думи, съществуването на животно или растение зависи от степента на изразеност (минимална или максимална) на определено състояние. Индивидите се сблъскват с различни ограничаващи фактори през целия си живот.
"Бъчвата на Либих"
Факторът, ограничаващ жизнената дейност на организмите, може да бъде различен. Формулираният закон все още се използва активно в селското стопанство. J. Liebig установи, че продуктивността на растенията зависи преди всичко от минералното (хранителното) вещество, което е най-слабо изразено в почвата. Например, ако азотът в почвата е само 10% от необходимата норма, а фосфорът - 20%, тогава факторът, ограничаващ нормалното развитие, е липсата на първия елемент. Ето защо първоначално в почвата трябва да се внесат торове, съдържащи азот. Значението на закона беше изложено възможно най-ясно и ясно в така наречената „цев на Либих“ (на снимката по-горе). Същността му е, че когато съдът се напълни, водата започва да прелива през ръба, където е най-късата дъска, а дължината на останалата вече няма голямо значение.
вода
Този фактор е най-тежкият и значим в сравнение с останалите. Водата е в основата на живота, тъй като играе важна роля в живота на отделната клетка и на целия организъм като цяло. Поддържането на количеството му на правилното ниво е една от основните физиологични функции на всяко растение или животно. Водата като фактор, ограничаващ жизнената активност, се дължи на неравномерното разпределение на влагата върху земната повърхност през цялата година. В процеса на еволюция много организми са се адаптирали към икономично използване на влагата, преживявайки сух период в състояние на хибернация или почивка. Този фактор е най-силно изразен в пустините и полупустините, където има много оскъдна и своеобразна флора и фауна.
Светлина
Светлината, идваща под формата на слънчева радиация, осигурява всички жизнени процеси на планетата. За организмите са важни дължината на вълната, продължителността на облъчване и интензивността на радиацията. В зависимост от тези показатели организмът се адаптира към условията на околната среда. Като фактор, ограничаващ съществуването, той е особено силно изразен при големи морски дълбочини. Например растения на дълбочина 200 м вече не се срещат. Във връзка с осветлението тук „работят“ поне още два ограничаващи фактора: налягане и концентрация на кислород. Това може да се противопостави на тропическите гори на Южна Америка, като най-благоприятната територия за живот.
Температура на околната среда
Не е тайна, че всички физиологични процеси, протичащи в тялото, зависят от външната и вътрешната температура. Освен това повечето видове са адаптирани към доста тесен диапазон (15-30 °C). Зависимостта е особено изразена при организми, които не са в състояние самостоятелно да поддържат постоянна телесна температура, например влечуги (влечуги). В процеса на еволюция са се формирали много адаптации за преодоляване на този ограничен фактор. Така че, при горещо време, за да се избегне прегряване при растенията, тя се увеличава чрез устицата, при животните - чрез кожата и дихателната система, както и поведенчески характеристики (скриване на сянка, дупки и др.).
Замърсители
Стойността не може да бъде подценена. Последните няколко века за човека бяха белязани от бърз технически прогрес, бързо развитие на индустрията. Това доведе до факта, че вредните емисии във водните тела, почвата и атмосферата се увеличиха няколко пъти. Възможно е да се разбере какъв фактор ограничава този или онзи вид само след проучване. Това състояние на нещата обяснява факта, че видовото разнообразие на отделни региони или области се е променило до неузнаваемост. Организмите се променят и адаптират, единият замества другия.
Всичко това са основните фактори, ограничаващи живота. В допълнение към тях има много други, които е просто невъзможно да се изброят. Всеки вид и дори индивид е индивидуален, следователно ограничаващите фактори ще бъдат много разнообразни. Например за пъстървата е важен процентът на разтворения във вода кислород, за растенията - количественият и качествен състав на опрашващите насекоми и т.н.
Всички живи организми имат определени граници на издръжливост на един или друг ограничаващ фактор. Някои са достатъчно широки, други са тесни. В зависимост от този показател се разграничават еврибионти и стенобионти. Първите са в състояние да понасят голяма амплитуда на колебания на различни ограничаващи фактори. Например живеещи навсякъде от степите до горската тундра, вълци и др. Стенобионтите, напротив, са в състояние да издържат на много тесни колебания и включват почти всички растения от тропическите гори.
В тази статия ще разгледам подробно темата "Ограничаващи фактори". Ще разгледам тяхното определение, видове, закони и примери.
Различните фактори на околната среда имат различно значение за живите организми.
За живота на организмите е необходима определена комбинация от условия. Ако всички условия на средата са благоприятни, с изключение на едно, то именно това състояние става решаващо за живота на съответния организъм.
От цялото разнообразие от ограничаващи фактори на околната среда вниманието на изследователите е привлечено преди всичко от тези, които инхибират жизнената активност на организмите, ограничават техния растеж и развитие.
Главна част
В общия натиск на околната среда се разграничават факторите, които най-силно ограничават успеха на живота на организмите. Такива фактори се наричат ограничаващи или ограничаващи.
Ограничаващи (лимитиращи) фактори - Това
1) всякакви фактори, които възпрепятстват растежа на популацията в екосистемата; 2) фактори на околната среда, чиято стойност силно се отклонява от оптималната.
При наличие на оптимални комбинации от много фактори, един ограничаващ фактор може да доведе до инхибиране и смърт на организмите. Например, топлолюбивите растения умират при отрицателни температури на въздуха, въпреки оптималното съдържание на хранителни вещества в почвата, оптималната влажност, осветеност и т.н. Ограничаващите фактори са незаменими, ако не взаимодействат с други фактори. Например, липсата на минерален азот в почвата не може да бъде компенсирана от излишък на калий или фосфор.
Ограничаващи фактори за сухоземните екосистеми:
температура;
Хранителни вещества в почвата.
Ограничаващи фактори за водните екосистеми:
температура;
Слънчева светлина;
Соленост.
Обикновено тези фактори си взаимодействат по такъв начин, че един процес се ограничава едновременно от няколко фактора и промяната на някой от тях води до ново равновесие. Например, увеличаването на наличността на храна и намаляването на натиска от хищничество може да доведе до увеличаване на размера на популацията.
Примери за ограничаващи фактори са: разкрития на неерозирани скали, ерозионна основа, страни на долини и др.
И така, факторът, ограничаващ разпространението на елените, е дълбочината на снежната покривка; пеперуди на зимната лъжичка (вредител на зеленчуци и зърнени култури) - зимна температура и др.
Концепцията за ограничаващите фактори се основава на два закона на екологията: закона за минимума и закона за толерантността.
Закон за минимума
В средата на 19 век немският органичен химик Либих, изучавайки ефекта на различни микроелементи върху растежа на растенията, пръв установява следното: растежът на растенията е ограничен до елемент, чиято концентрация и стойност е минимална, т.е. е, присъства в минимално количество. Образно, законът за минимума помага да се представи т. нар. варел на Либих. Това е варел с дървени летви с различна височина, както е показано на снимката. Ясно е, че колкото и да са високи другите летви, можете да налеете вода в бурето точно толкова, колкото е височината на най-късата летва. Така ограничаващият фактор ограничава жизнената активност на организмите, независимо от нивото (дозата) на други фактори. Например, ако маята се постави в студена вода, ниската температура ще се превърне в ограничаващ фактор за нейното размножаване. Това го знае всяка домакиня и затова оставя маята да "набъбне" (и реално да се размножи) в топла вода с достатъчно количество захар.
Топлината, светлината, водата и кислородът и други фактори могат да ограничат или ограничат развитието на организмите, ако тяхното търкаляне съответства на екологичния минимум. Например тропическите риби ангели умират, ако температурата на водата падне под 16 °C. А развитието на водораслите в дълбоководните екосистеми е ограничено от дълбочината на проникване на слънчевата светлина: в дънните слоеве няма водорасли.
По-късно (през 1909 г.) законът на минимума се тълкува от Ф. Блекман по-широко, като действието на всеки екологичен фактор, който е на минимум: фактори на околната среда, които имат най-лоша стойност при определени условия, особено ограничават възможността за съществуване на вид в тези условия, въпреки и въпреки оптималната комбинация от други хотелски условия.
В съвременната си формулировка законът за минимума гласи следното: издръжливостта на един организъм се определя от най-слабото звено във веригата на неговите екологични потребности .
За успешното прилагане на закона за ограничаващите фактори на практика трябва да се спазват два принципа:
Първият е ограничителен, т.е. законът е строго приложим само при стационарно състояние, когато притокът и изходът на енергия и вещества са балансирани. Например, в определено водно тяло растежът на водораслите е естествено ограничен от липсата на фосфат. Азотните съединения се съдържат във водата в излишък. Ако в този резервоар се изхвърлят отпадъчни води с високо съдържание на минерален фосфор, тогава резервоарът може да "цъфти". Този процес ще продължи, докато един от елементите се използва до ограничаващия минимум. Сега може да е азот, ако фосфорът продължи да тече. В преходния момент (когато все още има достатъчно азот и вече има достатъчно фосфор), минималният ефект не се наблюдава, т.е. нито един от тези елементи не влияе върху растежа на водораслите.
Вторият отчита взаимодействието на факторите и адаптивността на организмите. Понякога тялото е в състояние да замени дефицитния елемент с друг близък по химичен състав. Така че на места, където има много стронций, в черупките на мекотели, той може да замени калция с липсата на последния. Или, например, необходимостта от цинк при някои растения намалява, ако растат на сянка. Следователно ниската концентрация на цинк ще ограничи растежа на растенията по-малко на сянка, отколкото на ярка светлина. В тези случаи ограничаващият ефект дори на недостатъчното количество от един или друг елемент може да не се прояви.
Закон за толерантността
Концепцията, че наред с минимума ограничаващ фактор може да бъде и максимумът, е въведена 70 години по-късно през 1913 г. след Либих от американския зоолог У. Шелфорд. Той обърна внимание на факта, че не само онези екологични фактори, чиито стойности са минимални, но и тези, които се характеризират с екологичен максимум, могат да ограничат развитието на живите организми и формулира закона на толерантността: ограничаващият фактор за просперитета на една популация (организъм) може да бъде както минимално, така и максимално въздействие върху околната среда, а диапазонът между тях определя размера на издръжливостта (граница на толерантност) или екологичната валентност на организма към този фактор)" (фиг. 2).
Фигура 2 - Зависимост на резултата от фактора на околната среда от неговата интензивност
Благоприятният диапазон на фактора на околната среда се нарича оптимална зона (нормална активност). Колкото по-голямо е отклонението на фактора от оптимума, толкова повече този фактор потиска жизнената активност на населението. Този диапазон се нарича зона на потисничество или песимизъм . Максималните и минималните допустими стойности на фактора са критични точки, отвъд които съществуването на организъм или популация вече не е възможно. Границата на толерантност описва амплитудата на факторните колебания, което осигурява най-пълното съществуване на популацията. Индивидите може да имат леко различни диапазони на толерантност.
По-късно бяха установени граници на толерантност към различни фактори на околната среда за много растения и животни. Законите на J. Liebig и W. Shelford помогнаха да се разберат много явления и разпространението на организмите в природата. Организмите не могат да бъдат разпространени навсякъде, тъй като популациите имат определена граница на толерантност по отношение на колебанията във факторите на околната среда.
Много организми са в състояние да променят толерантността към отделните фактори, ако условията се променят постепенно. Можете например да свикнете с високата температура на водата във ваната, ако се качите в топла вода и след това постепенно добавяте гореща вода. Тази адаптация към бавната промяна на фактора е полезно защитно свойство. Но може да бъде и опасно. Неочаквано, без предупредителни сигнали, дори малка промяна може да бъде критична. Идва прагов ефект: последната капка "може да бъде фатална. Например, една тънка клонка може да счупи вече преразтегнатия гръб на камилата.
Принципът на лимитиращите фактори е валиден за всички видове живи организми – растения, животни, микроорганизми и важи както за абиотичните, така и за биотичните фактори. Например конкуренцията от друг вид може да се превърне в ограничаващ фактор за развитието на организмите от даден вид. В селското стопанство вредителите, плевелите често се превръщат в ограничаващ фактор, а за някои растения липсата (или отсъствието) на представители на друг вид се превръща в ограничаващ фактор в развитието. В съответствие със закона за толерантността всеки излишък на материя или енергия се оказва източник на замърсяване. По този начин излишната вода дори в сухите райони е вредна и водата може да се счита за общ замърсител, въпреки че е просто необходима в оптимални количества. По-специално, излишната вода предотвратява нормалното образуване на почвата в черноземната зона.
Установено е следното:
· организми с широк диапазон на толерантност към всички фактори са широко разпространени в природата и често са космополитни, например много патогенни бактерии;
· Организмите могат да имат широк диапазон на толерантност към един фактор и тесен диапазон към друг. Например, хората са по-толерантни към липсата на храна, отколкото към липсата на вода, т.е. границата на толерантност към водата е по-тясна, отколкото към храната;
Ако условията за един от факторите на околната среда станат неоптимални, тогава границата на толерантност за други фактори също може да се промени. Например, при липса на азот в почвата, зърнените култури изискват много повече вода;
· границите на толерантност при разплодните индивиди и потомството са по-малки, отколкото при възрастните, т.е. женските по време на размножителния период и тяхното потомство са по-малко издръжливи от възрастните организми. Така географското разпределение на дивечовите птици по-често се определя от влиянието на климата върху яйцата и пилетата, а не върху възрастните птици. Грижата за потомството и уважението към майчинството са продиктувани от законите на природата. За съжаление, понякога социалните "постижения" противоречат на тези закони;
• екстремни (стресови) стойности на един от факторите водят до намаляване на границата на толерантност за други фактори. Ако нагрятата вода се изхвърли в реката, тогава рибите и другите организми изразходват почти цялата си енергия, за да се справят със стреса. Те нямат достатъчно енергия за получаване на храна, защита от хищници, размножаване, което води до постепенно изчезване. Психологическият стрес може също да причини много соматични (гр. сома-телесни) заболявания не само при хората, но и при някои животни (например при кучета). При стресови стойности на фактора, адаптирането към него става все по-скъпо.
Възможно е да се идентифицират вероятни слаби връзки в средата, които могат да се окажат критични или ограничаващи. С целенасочено въздействие върху ограничаващите условия е възможно бързо и ефективно да се увеличи добивът на растенията и продуктивността на животните. Така че при отглеждане на пшеница на кисели почви никакви агротехнически мерки няма да имат ефект, ако не се използва варуване, което ще намали ограничаващия ефект на киселините. Или, ако отглеждате царевица в почви с много ниско съдържание на фосфор, тогава дори и с достатъчно вода, азот, калий и други хранителни вещества, тя спира да расте. Фосфорът е ограничаващият фактор в този случай. И само фосфатните торове могат да спасят реколтата. Растенията също могат да умрат от твърде много вода или твърде много тор, които в този случай също са ограничаващи фактори.
Ако промяната в стойността на ограничаващия коефициент води до много по-голяма (в сравними единици) промяна в изходните характеристики на системата или други елементи, тогава ограничаващият коефициент се нарича контролен елементпо отношение на тези последни управлявани характеристики или елементи.
Често добър начин за идентифициране на ограничаващи фактори е да се изследва разпространението и поведението на организмите в периферията на техния ареал. Ако някой се съгласи с твърдението на Андреварта и Бърч (1954), че разпространението и изобилието се контролират от едни и същи фактори, тогава изследването на периферията на ареала трябва да бъде двойно полезно. Въпреки това, много еколози смятат, че изобилието в центъра на ареала и разпространението в неговата периферия може да се контролира от напълно различни фактори, особено след като, както установиха генетиците, индивидите от периферните популации могат да се различават от индивидите от централните популации по генотип. ниво.
Заключение
В тази работа разгледах подробно определението, видовете, законите и примерите за ограничаващи фактори.
След като анализирах работата, направих изводи.
Идентифицирането на ограничаващите фактори е апроксимационна техника, която разкрива най-грубите, съществени характеристики на системата.
Идентифицирането на ограничаващите връзки позволява значително да се опрости описанието и в някои случаи качествено да се преценят динамичните състояния на системата.
Познаването на ограничаващите фактори дава ключ към управлението на екосистемите, така че само умелото регулиране на условията на съществуване може да даде ефективни резултати от управлението.
Идеята за ограничаващите фактори, произхождаща от класическите произведения на Либих, се използва активно в биохимията, физиологията, агрономията, а също и в количествената генетика.
Ключова роля в еволюцията играят ограничаващите фактори на организацията, които ограничават възможностите на определени посоки на еволюцията.
Стойността на концепцията за ограничаващи фактори се крие във факта, че тя предоставя отправна точка при изследването на сложни ситуации.
Идентифицирането на ограничаващите фактори е ключът към управлението на жизнената дейност на организмите.
Идентифицирането на ограничаващите фактори е много важно за много дейности, особено за селското стопанство.
Библиография
1. Екология. Учебник за ВУЗ
2. Екология. Учебник за средните училища. Автор: Korobkin V.I., Peredelsky L.V. Издателство: Феникс, 2010 г
3. Марков М. В. Агрофитоценология. Изд. Казански университет, 1972 г.
4. Небел Б. Наука за околната среда. М.: Мир, 1993.
5. Риклефс Р. Основи на общата екология. М.: Мир. 1979 г.
6. Съветски енциклопедичен речник. М.: Съветска енциклопедия, 1988.
7. Енциклопедичен речник на екологичните термини. Казан, 2001.
Ограничаващите фактори могат да включват всякакви фактори на околната среда: осветление, температура, влажност, микросреда, състав на почвата и др. Доктрината за ограничаващите фактори се основава на два основни постулата: законът на Либих (1840) и законът на Шелфорд (1913).
Всеки вид растения, микроорганизми и животни съществуват в условия, при които животът им е най-комфортен. За да могат представителите на всяка популация да се хранят, развиват и възпроизвеждат пълноценно, е необходимо всеки фактор на околната среда да отговаря на определени стойности, които се вписват в повече или по-малко широк диапазон. Това се отнася за насекомите в същата степен, както и за други живи организми, така че в бъдеще ще разгледаме влиянието на ограничаващите фактори, като използваме този клас като пример.
За жизнеспособността на организмите е опасно както намаляването, така и превишаването на оптималните стойности на температурата, влажността и др. Извеждането на техните стойности извън границите на издръжливост води до смъртта на организма, популацията или дори екосистемата.
Например, ако даден микроелемент липсва в почвата, това води до намаляване на продуктивността на растенията. Поради липсата на храна насекомите, които се хранят с тези растения, умират. Последното от своя страна се отразява в степента на оцеляване на хищници ентомофаги: други насекоми, птици, някои земноводни и др.
Всеки организъм се характеризира с определен екологичен минимум и максимум, между които има зона на нормален живот (или оптимум). Колкото повече един или друг фактор се отклонява от стойността на оптимума, толкова по-забележимо е неговото отрицателно въздействие. Извън критичните точки (крайни стойности на ограничаващия фактор) съществуването на организъм е невъзможно.
За да се посочи степента на толерантност (стабилност) на видовете към различни стойности на ограничаващи фактори, те обикновено се разделят на ниско издръжливи - стенобионти- и издръжлив, или еврибионти. Стенобионтите включват по-ниски насекоми, които живеят в пещери (Bessiazhkovye и други), както и повечето тропически разреди, които съществуват само при условия на висока температура и влажност. Например Lepidoptera от разред Morpho (снимка)живеят само в гъстите тропически гори на Централна и Южна Америка и са много слабо развъждани в изкуствени условия. По-специално, те са много взискателни към светлинния режим: всеки вид от тези пеперуди лети само в определени часове на деня.
Ограничаващи фактори на неживата природа
Сред всички абиотични фактори насекомите са най-чувствителни към температура, светлина и влажност.
Що се отнася до първото, на територията на нашата страна повечето видове могат да живеят в температурния диапазон от 3 до 40 градуса, въпреки че някои имат механизми за адаптация, които им позволяват да съществуват извън зоната на нормален живот. И така, редица високоразвити насекоми показват устойчивост на замръзване, тъй като течността в тялото им не се превръща в кристали, а се остъклява - става като стъкло. Среща се често сред някои бръмбари, Lepidoptera и Diptera. Например, пеперуди лястовича опашка (снимка) може да понася дълбоко замразяване до почти -200 градуса.
Осветлението също е важно. Под въздействието на оптимални дози ултравиолетово лъчение в тялото на насекомите протичат важни биохимични процеси: освобождаване на хормони, образуване на пигмент и дори усвояване на определени минерали. Спазването на определен светлинен режим определя начина им на живот (ден, нощ), както и предпочитаното местообитание. И така, бръмбарите, които живеят в почвата, не понасят ярка светлина и умират под въздействието на интензивно ултравиолетово лъчение.
Такъв ограничаващ фактор като влажността действа много различно върху насекомите. Някои от тях, например комари, мушици или примитивни отряди като майски мухи, живеят главно в близост до водни тела, които са свързани не само с най-удобните условия за техния живот, но и с процеса. Поради тази причина пресушаването на блатата е един от най-ефективните методи за борба с комарите. Сред насекомите има и ксерофити, които предпочитат сухи райони, например мравки, обитаващи полупустини.
Лимитиращи фактори на дивата природа
Не само явленията на неживата природа, но и фактори от биологичен произход могат да ограничат жизнената активност на насекомите. Биологичните ограничаващи фактори под формата на хищници застрашават всички растителноядни видове: например за пеперудите, дори в рамките на един клас, десетки хищници могат да създадат заплаха, от богомолки и мравки до дантелени крила и някои скакалци.
При нормални условия всеки вид и популация се стремят да заемат своя собствена екологична ниша, но понякога има такива условия, че два или повече вида се конкурират помежду си. В този случай те се превръщат в ограничаващи фактори един за друг. Най-често конкуренцията се развива поради липса на хранителни ресурси; често това се случва между летящи насекоми, опрашващи едни и същи растения.
При социалните форми - мравки и термити - конкуренцията се забелязва не само извън вида, но и вътре в него. Тези насекоми живеят в автономни колонии и всяко семейство представлява потенциална заплаха за всяко друго, като унищожава наличната храна и заема своя потенциален „дом“.
Ограничаващите фактори са състояния, които надхвърлят издръжливостта на организма. Те ограничават всяка проява на неговите функции. Нека разгледаме по-подробно ограничаващия ефект на факторите.
основни характеристики
Характеристики на влияние
Като се има предвид теорията на минимумите, не трябва да се бъркат водещите и ограничаващите фактори на околната среда, тъй като последните могат да бъдат както основни, така и вторични. Ограничаващото състояние обикновено е състоянието, което се е отклонило най-много от нормата. Ако показателите са извън границите на стабилност, независимо дали са се променили към минимум или към максимум, те се превръщат в ограничаващи фактори. Това се случва и когато всички други условия са благоприятни или оптимални.
Ограничаващи фактори на Шелфорд
Обсъдената по-горе теория е разработена след 70 години. Американският учен Шелфорд установи, че не само елемент, присъстващ в минимална концентрация, може да повлияе на развитието на организма, но неговият излишък може да причини и неблагоприятни последици. Например, както прекомерната, така и недостатъчната вода ще бъдат вредни за растението. В последния случай ще настъпи подкисляване на почвата, а в първия случай усвояването на хранителните съединения ще бъде трудно. Много организми са неблагоприятно повлияни от промени в pH и други ограничаващи фактори. Толерантността, в рамките на която е възможно нормално съществуване, всъщност е ограничена от липса или излишък на условия, чиито показатели могат да бъдат близки до границите на толерантност.
Обхват на издръжливост
Границите на толерантност не са постоянни. Например диапазонът може да се стесни, ако някое условие се доближи до една или друга граница. Тази ситуация възниква и по време на размножаването на организмите, когато много показатели стават ограничаващи. От това следва, че влиянието на много ограничаващи фактори на околната среда е променливо. Това означава, че едно условие може или не може да бъде потискащо или ограничаващо.
Аклиматизация
В същото време трябва да се помни, че самите организми са в състояние да намалят отрицателното въздействие, като създават например определен микроклимат. В този случай се появява някаква компенсация на условията. Най-ефективно се проявява на ниво общност. При такава компенсация се създават условия за физиологична адаптация на вида - еврибиотът, който е широко разпространен. Аклиматизирайки се на определена територия, той образува вид екотип, популация, чиито граници на толерантност съответстват на местността. По-дълбоките адаптационни процеси могат да допринесат за формирането на генетични раси.
Прилагане на теорията в практиката
За да имаме най-ясна представа как ограничаващите фактори на околната среда влияят на организмите, можем да вземем за пример развитието на растенията под въздействието на въглероден диоксид. Съдържанието му във въздуха е малко, така че дори лекото колебание в нивото му ще бъде от голямо значение за насажденията. Въглеродният диоксид е продукт на дишането на растенията и животните, изгарянето на органични вещества, дейността на вулканите и др. Съдържанието му зависи не само от естеството на местоположението на неговите източници и броя на потребителите. Той също се променя във времето. Така през зимата и есента концентрацията на въглероден диоксид се увеличава поради разликите във фотосинтетичната активност на зелените площи. В същото време през лятото, с интензивно усвояване на растенията, количеството му намалява значително. Колебанията на CO 2 във въздуха оказват значително влияние върху активността на фотосинтезата и нивото на хранене на растенията. Дори малки промени влияят негативно на тяхното развитие и растеж, външен вид, вътрешни процеси. Типично съдържание на CO2 във въздуха, близко до 0,03%, не се счита за оптимално за нормален живот на растенията. В тази връзка висока степен на интензивност на фотосинтезата може да се постигне или чрез бързото движение на различни маси, което ще осигури притока му към асимилиращите части, или поради активността на хетеротрофите, чието възпроизвеждане е придружено от освобождаването му .
Осветеност и температура
Нека разгледаме как ограничаващите фактори могат да повлияят на фенотипа на глухарчето. Поради значителната променливост на неговите екземпляри, които растат на добре осветени места, в растението преобладават характеристиките на светлолюбивите насаждения. По-специално те се различават:
- Дебели, малки, месести листни плочи с гъста жилка.
- Разклонена коренова система.
- Разположението на листата под ъгъл спрямо слънчевите лъчи.
- Особено движение, което осигурява защита от прекомерно осветление.
Наред с това глухарчетата, които растат на сянка, имат следните характеристики:
- Недоразвита коренова система.
- Големи, широки, тънки листа с рядко жилкуване, разположени перпендикулярно на лъчите и др.
Когато се анализират участъци от листни плочи на първия и втория вид глухарче, могат да се намерят и по-дълбоки хистологични разлики, които допълват морфологичните характеристики, обсъдени по-горе. Влиянието на температурните колебания също се проявява доста ясно. В същото време, ако трансформацията с промяна в осветеността може да се наблюдава чрез сравняване на различни екземпляри, тогава в този случай тя може да се види на едно растение. При ниски пролетни температури от +4 до +6 градуса по растенията се образуват ранни силно назъбени листа. Ако в тази форма глухарчето се прехвърли в оранжерия, където t е +15 ... + 18 градуса, ще започнат да се развиват плочи с твърди ръбове. Когато растението се постави в междинни условия, листата ще имат лека вдлъбнатина.
Верижна реакция
Едно от съществените допълнения към разглежданата теория е твърдението, че промяната на което и да е състояние води до далечни последици. В момента е почти невъзможно да се намери място на планетата, където да няма ограничаващи фактори. В много случаи дейността на самия човек създава ограничаващи или потискащи условия. Като един от такива поразителни примери може да се цитира пълното унищожаване на огромни популации на морската крава на Steller. Този процес отне сравнително кратко време за човек - няколко години - в сравнение с почти вековния период на естествено възстановяване на екосистемата.
