Закономерности воздействия одного фактора на организм. Закон толерантности Шелфорда.
Любой экологический фактор, воздействующий на живой организм, вызывает несколько типов ответных реакций. Это воздействие можно отобразить графически
Как недостаточное, так и избыточное воздействие отрицательно сказывается на жизнедеятельности живых организмов. Благоприятный уровень воздействия называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности) для организмов данного вида. Она обычно находится в области, близкой к средней силе воздействия факторов. Большие или меньшие дозировки, в пределах которых организм еще может существовать, называются зоной пессиума, или, поскольку организм еще может жить, но находится в угнетенном состоянии, зоной угнетения.
Значения факторов, за границами которых нормальная жизнедеятельность невозможна, называется пределом выносливости. Различают верхний и нижний пределы (лимитирующие факторы). В 1913 г. американским зоологом В. Э. Шелфордом сформулирован был закон толерантности, или лимитирующих факторов: лимитирующим фактором, ограничивающим развитие организма может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору. Можно сделать вывод из этого закона: любое вещество, находящееся в среде в избытке и ограничивающее развитие организмов, является загрязнителем.
Экологическая пластичность организмов. Экологическая валентность организма.
Сочетание диапазонов зон оптимума и пессиума служит критерием для определения пределов выносливости, пластичности организма по отношению к данному экологическому фактору. Это сочетание называют зоной толерантности (от лат. толерантность – выносливость). Ее размер называется экологической валентностью. Экологическая валентность различна для представителей разных видов. Так, северный олень выносит колебания среды в диапазоне до 80 °С, а обитатели коралловых рифов в тропических морях 5–6 °С. Широкую экологическую валентность вида по отношению к определенному абиотическому фактору среды обозначают добавлением к названию фактора приставки «эври» (от греч. eurys – широкий). Так, эвритермный вид – выносящий значительные колебания температуры. Узкая валентность обозначается приставкой «стено» (от греч. stenos – узкий). Организмы с узкой экологической валентностью (стенобионты) используются как экологические индикаторы.
Оптимум для видов необязательно совпадает со средним значением фактора и может быть смещен к максимуму или минимуму. Так, существуют холодостойкие, теплолюбивые виды, хотя диапазон действия температур приблизительно одинаков.
Понятие о загрязнении, как избыточном воздействии экологического фактора.
Можно сделать вывод из этого закона лимитирующих факторов: любое вещество, находящееся в среде в избытке и ограничивающее развитие организмов, является загрязнителем.
Закономерность воздействия нескольких экологических факторов на организм. Закон минимума Либиха.
Экологические факторы обычно действуют на организм комплексно. Оптимальная зона и пределы выносливости организмов могут изменяться в зависимости от совокупности факторов. Однако среди комплекса экологических факторов можно выделить лимитирующие, которые ограничивают существование вида в среде обитания.
Закон лимитирующего фактора, или закон минимума, 1844 г. Либих: при одновременном воздействии нескольких факторов выносливость организма определяется фактором, количество и качество которого близко к необходимому организму минимуму; дальнейшее их снижение ведет к гибели организма или деструкции экосистемы. Проиллюстрировать взаимодействие нескольких факторов на организм можно с помощью бочки Добенека.
Здесь наглядно видно, что поломанную бочку можно наполнить только до уровня минимальной клепки. Также и жизнедеятельность (или продуктивность) любого организма будет определяться количеством того фактора, который находится в минимальном количестве. В качестве хорошего примера можно привести ситуацию ограничения активности растений зимой: при наличии достаточного количества воды (в виде снега), света (ясные дни в феврале), питательных элементов в почве очень низкий уровень температур является лимитирующим фактором для развития.
С учетом закона Шелфорда закон Либиха принимает такую корректировку, что лимитирующим фактором может являться фактор, находящийся как в минимальном, так и в экстремально высоком количестве.
Выявление лимитирующего фактора чрезвычайно важно для сельского, рыбного, лесного хозяйства и в других ключевых объектах взаимодействия человека с окружающей средой, т. к. как устранение этого фактора позволит повысить продуктивность растений и животных, а также выявить ключевые экологические проблемы и впоследствии найти пути их решения.