Лимитирующие факторы - это условия, которые выходят за рамки выносливости организма. Они ограничивают любое проявление его функций. Рассмотрим далее более подробно лимитирующее действие факторов.
Общая характеристика
Особенности влияния
Рассматривая теорию минимумов, не следует смешивать ведущие и лимитирующие факторы среды, поскольку последние могут быть и главными, и второстепенными. Ограничивающим является обычно то условие, которое отклонилось от нормы наиболее далеко. Если показатели находятся за рамками устойчивости, вне зависимости от того, в сторону минимума они изменились или в сторону максимума, они превращаются в лимитирующие факторы. Это имеет место и в тех случаях, когда все остальные условия благоприятны либо оптимальны.
Лимитирующие факторы Шелфорда
Свое развитие рассмотренная выше теория получила спустя 70 лет. Американский ученый Шелфорд установил, что не только элемент, присутствующий в минимальной концентрации, может оказывать влияние на развитие организма, но и его избыток может вызывать неблагоприятные последствия. К примеру, для растения вредным будет и излишнее и недостаточное количество воды. В последнем случае произойдет закисание почвы, а в первом - будет затруднена ассимиляция питательных соединений. На многие организмы негативно влияет изменение уровня рН и прочие лимитирующие факторы. Толерантность, в рамках которой возможно нормальное существование, ограничивается, собственно, недостатком либо избытком условий, показатели которых могут быть приближены к пределам переносимости.
Диапазон выносливости
Пределы толерантности не являются постоянными. К примеру, диапазон может сужаться, если какое-либо условие приближается к той или иной границе. Такая ситуация также имеет место при размножении организмов, когда многие показатели становятся ограничивающими. Из этого следует, что влияние которым обладают многие лимитирующие экологические факторы, имеет изменчивый характер. Это значит, что одно условие может или не может быть угнетающим или ограничивающим.
Акклиматизация
Вместе с этим следует помнить о том, что организмы сами в состоянии снизить негативное влияние, создав, к примеру, определенный микроклимат. В этом случае появляется в некотором роде компенсация условий. Наиболее эффективно она проявляется на уровне сообществ. При такой компенсации формируются условия для физиологической адаптации вида - эврибиота, который имеет широкое распространение. Акклиматизируясь на определенной территории, он формирует своеобразный экотип, популяцию, границы толерантности которой соответствуют местности. Более глубокие адаптационные процессы могут способствовать образованию генетических рас.
Реализация теории на практике
Чтобы иметь наиболее ясное представление о том, как влияют на организмы лимитирующие факторы среды, в качестве примера можно взять развитие растений под влиянием углекислого газа. Его содержание в воздухе невелико, поэтому даже небольшое колебание его уровня будет иметь большое значение для насаждений. Углекислый газ является продуктом дыхания растения и животных, горения органических веществ, активности вулканов и пр. Его содержание зависит не только от характера размещения его источников и количества потребителей. Оно также изменяется и во времени. Так, зимой и осенью концентрация углекислого газа повышена вследствие различий фотосинтетической активности зеленых насаждений. При этом летом при интенсивной ассимиляции растений его количество существенно уменьшается. Колебания СО 2 в воздухе оказывает существенное влияние на активность фотосинтеза и уровень питания растений. Даже небольшие изменения негативно воздействуют на их развитие и рост, внешний вид, внутренние процессы. Обычное содержание СО 2 в воздухе близкое к 0.03% не считается оптимальным для нормальной жизни растений. В этой связи высокая степень интенсивности фотосинтеза может достигаться или быстрым перемещением различных масс, которые обеспечат его приток к ассимилирующим частям, или за счет деятельности гетеротрофов, размножение которых сопровождается его выделением.
Освещенность и температура
Рассмотрим, как могут влиять лимитирующие факторы на фенотип одуванчика. Из-за значительной изменчивости его экземпляров, которые растут на хорошо освещенных территориях, у растения преобладают черты светолюбивых насаждений. В частности, они отличаются:
- Толстыми, мелкими, мясистыми листовыми пластинками с густым жилкованием.
- Разветвленной корневой системой.
- Расположением листьев под углом относительно солнечных лучей.
- Своеобразным движением, обеспечивающим защиту от чрезмерного освещения.
Вместе с этим, одуванчики, которые растут в тени, обладают соответствующими чертами:
- Слаборазвитой корневой системой.
- Крупными широкими, тонкими с редким жилкованием листьями, расположенными перпендикулярно лучам и пр.
При анализе срезов листовых пластин первого и второго вида одуванчика, можно обнаружить и более глубокие гистологические различия, которые дополняют морфологические признаки, рассмотренные выше. Также достаточно наглядно проявляется влияние температурных колебаний. При этом, если трансформацию при изменении освещенности можно наблюдать, сравнивая разные экземпляры, то в данном случае ее можно увидеть на одном растении. При пониженной температуре весенние от +4 до +6 градусов на растениях формируются ранние сильно изрезанные листья. Если в таком виде перенести одуванчик в оранжерею, где t +15…+18 град., начнут развиваться пластины с цельными краями. При помещении растения в промежуточные условия листья будут иметь незначительную изрезанность.
Цепная реакция
Одним из существенных дополнений к рассмотренной теории выступает положение о том, что изменение любого условия порождает далеко идущие последствия. В настоящее время практически невозможно найти участок на планете, на котором отсутствуют лимитирующие факторы. Во многих случаях активность самого человека формирует ограничивающие или угнетающие условия. В качестве одного из таких ярких примеров можно привести полное истребление огромных популяций морской стеллеровой коровы. Этот процесс занял у человека относительно немного времени - несколько лет - в сравнении с практически вековым периодом естественного восстановления экосистемы.
Действие лимитирующих факторов
Замечание 1
Впервые важность значения лимитирующих факторов было описано немецким агрохимиком Ю.Либихом в середине XIX века. В результате своих исследований он установил некую закономерность, впоследствии именуемую законом минимума. Данный закон отображал зависимость урожая (продукции) от некоторого фактора, находящегося в минимуме.
Позднее было установлено, что один и тот же фактор может быть лимитирующим, находясь как в минимуме, так и в максимуме (избыток и в то же время недостаток минеральных веществ в почве может пагубно отображаться на урожае).
В. Шелфордом в 1913 году было впервые предложено мнение о лимитирующем воздействии максимального значения фактора наравне с его минимальным значением, в результате чего был сформулирован биологический закон толерантности.Сущность данного закона заключается в наличии у любого живого организма определенных эволюционно унаследованных верхних и нижних пределов устойчивости к действию абсолютно любых экологических факторов.
Также В.Шелфордом была доказана тождественность понятия закона лимитирующего фактора и закона толерантности: даже наличие единственного фактора, находящегося за пределами зоны своего оптимума, способно привести к стрессовому состоянию организма и в пределе - к его гибели.
Наглядное изображение действия лимитирующих факторов или же закона толерантности представлено на рисунке:
Возможно проведение подобных и для проверки воздействия других факторов, причём графическое отображение результатов всегда будет одинаковым.
Определение 1
Таким образом, лимитирующими факторами являются факторы, ограничивающие развитие того или иного организма как из-за их избытка, так и из-за недостатка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием).
Закон минимума и закон компенсации факторов
В то же время, закон минимума, сформулированный Ю.Либихом, стал одним из важнейших законов экологии, являющийся справедливым для любых экологических факторов и организмов.Исходя из данного закона было установлено, что жизненные возможности организма лимитируют тот экологический фактор, количество которого близко к необходимому организму минимуму и снижение которого в дальнейшем ведет к гибели организма.
В 1930 году в развитие закона минимума Э.Рюбелем был предложен закон компенсации факторов, заключающийся в возможности одних факторов усиливать или смягчать действие других факторов.
В 1975 году Ю. Одумом было выдвинуто несколько положений, дополняющих закон толерантности и заключающихся в:
- возможности организмов обладать широким диапазоном толерантности относительно одного экологического фактора и узким - относительно другого;
- наибольшую распространенность получили организмы, обладающие широким диапазоном толерантности относительно всех факторов;
- возможности сужения диапазона толерантности относительно экологических факторов при условии отсутствия оптимальных условий хотя бы по одному из этих факторов;
- способности многих экологических факторов в критические периоды жизни организмов становиться лимитирующими.
Разные экологические факторы имеют для живых организмов неодинаковую значимость.
Для жизни организмов необходимо определенное сочетание условий. Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением одного, то именно это условие становится решающим для жизни рассматриваемого организма.
Лимитирующие (ограничивающие) факторы – это
1)любые факторы, тормозящие рост популяции в экосистеме; 2)факторы среды, значение которых сильно отклоняется от оптимума.
При наличии оптимальных сочетаний множества факторов один лимитирующий фактор может привести к угнетению и гибели организмов. Например, теплолюбивые растения погибают при отрицательной температуре воздуха, несмотря на оптимальное содержание элементов питания в почве, оптимальную влажность, освещенность и так далее. Лимитирующие факторы являются незаменимыми в том случае, если они не взаимодействуют с другими факторами. Например, недостаток минерального азота в почве нельзя скомпенсировать избытком калия или фосфора.
Лимитирующие факторы для наземных экосистем:
Температура;
Питательные вещества в почве.
Лимитирующие факторы для водных экосистем:
Температура;
Солнечный свет;
Соленость.
Обычно эти факторы взаимодействуют таким образом, что один процесс ограничен одновременно несколькими факторами, и изменение любого из них приводит к новому равновесию. Например, увеличение доступности пищи, и уменьшение давления хищников могут привести к возрастанию численности популяции.
Примерами ограничивающих факторов являются: выходы неразмываемых пород, базис эрозии, борта долины и др.
Так, фактором, ограничивающим распространение оленей, является глубина снежного покрова; бабочки озимой совки (вредителя овощных и зерновых культур) — зимняя температура и т. д.
Представление о лимитирующих факторах основывается на двух законах экологии: законе минимума и законе толерантности.
В середине 19 века немецкий ученый химик-органик Либих, изучая влияние различных микроэлементов на рост растений, первый установилследующее: рост растений ограничивается элементом, концентрация и значение которого лежит в минимуме, т. е присутствует в минимальном количестве. Образно закон минимума помогает представить так называемая «бочка Либиха».
Это бочка, деревянные рейки у
которой разной высоты, как показано на рисунке. Понятно, что какой бы высоты ни
были остальные рейки, налить воды в бочку можно ровно столько, какова высота
самой короткой рейки. Так и лимитирующий фактор ограничивает жизнедеятельность
организмов, несмотря на уровень (дозу) остальных факторов. Например, если
дрожжи
поместить в холодную воду, низкая температура станет лимитирующим
фактором их размножения. Это знает каждая хозяйка, а потому оставляет дрожжи «набухать»
(а на самом деле размножаться) в теплой воде с достаточным количеством сахара.
Остается только "подменить" некоторые
термины: высота налитой воды пусть будет какой-либо биологической или
экологической функцией (например, урожайностью), а высота реек будет указывать
на степень отклонения дозы того или иного фактора от оптимума.
В настоящее время закон минимума Либиха трактуется более широко. Лимитирующим фактором может быть фактор, находящийся не только в недостатке, но и в избытке.
Экологический фактор играет роль ЛИМИТИРУЮЩЕГО ФАКТОРА, если данный фактор находится ниже критического уровня или превосходит максимально выносимый уровень.
Лимитирующий фактор обуславливает ареал распространения вида или (при менее суровых условиях) сказывается на общем уровне обмена веществ. Например, содержание фосфатов в морской воде является лимитирующим фактором, определяющим развитие планктона и в целом продуктивность сообществ.
Понятие "лимитирующий фактор" применимо не только к различным элементам, но и ко всем экологическим факторам. Не редко в качестве лимитирующего фактора выступают конкурентные отношения.
У каждого организма в отношении различных экологических факторов существуют пределы выносливости. В зависимости от того, насколько широки или узки эти пределы, различают эврибионтные и стенобионтные организмы. Эврибионты способны выносить широкую амплитуду интенсивности различных экологических факторов. Скажем, ареал обитания лисицы - от лесотундры до степей. Стенобионты , напротив, переносят лишь очень узкие колебания интенсивности экологического фактора. Например, практически все растения влажных тропических лесов - стенобионты.
Закон толерантности
Понятие о том, что наравне с минимумом лимитирующим фактором может быть и максимум, ввел спустя 70 лет в 1913 г. после Либиха, американский зоолог В.Шелфорд. Он обратил внимание на то, что ограничивать развитие живых организмов могут не только те экологические факторы, значения которых минимальны, но и те, которые характеризуются экологическим максимумом, и сформулировал закон толерантности: «лимитирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (предел толерантности) или экологическую валентность организма к данному фактору)»
Благоприятный диапазон действия экологического фактора называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этот диапазон называется зоной угнетения или пессимума . Максимально и минимально переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование организма или популяции уже невозможно. Предел толерантности описывает амплитуду колебаний факторов, которая обеспечивает наиболее полноценное существование популяции. Отдельные особи могут иметь несколько иные диапазоны толерантности.
Экологические факторы, их классификация
Экологические факторы – это отдельные свойства или элементы среды, которые оказывают воздействие на организм, его состояние, развитие, продуктивность.
Существующие экологические факторы можно определенным образом классифицировать. Анализ огромного разнообразия факторов позволяет разделить их более или менее четко на три группы: абиотические, биотические, антропогенные.
| АБИОТИЧЕСКИЕ | БИОТИЧЕСКИЕ | АНТРОПОГЕННЫЕ |
| Климатические: свет, температура, влага, движение воздуха, давление | Фитогенные: растительные организмы сосна выделяет фитонциды, которые убивают бактерии; кипарис: корни выделяют в почву вещества, которые угнетают корневую систему растений-соседей. | это совокупность различных воздействий человека, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни. |
| Эдафогенные: (от «эдфос» - почва): механический состав, влагоемкость, воздухопроницаемость, плотность | Зоогенные: животные организмы поедание животных животными, божья коровка, хищники, листогрызущие насекомые, древоточицы | |
| Орографические: рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона | Микробиогенные: вирусы, простейшие бактерии Например, бактерии, почвенные грибы влияют на состав почвы. | |
| Химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность и состав почвенных растений |
Антропогенные факторы среды. Прямое уничтожение человеком различных видов живых организмов. За 8 тыс. лет до н.э. на Земле было не более 5 млн. человек. В Москве сегодня насчитывается около 11 млн. За последние 400 лет по вине человека исчезло 226 видов зверей и птиц. Сильно пострадала флора и фауна островов и маленьких государств во время Великих географических открытий.
· Североамариканские бизоны уничтожены за несколько десятков лет. В 1830 г. насчитывалось около 40 млн. бизонов. Когда проникли европейцы, они уничтожали зверей ради спортивного интереса, иногда брали только язык. Из костей получали черную краску, и фирма процветала. К 1890 г. осталось менее 1 тыс. бизонов. Было решено устроить первый национальный парк на территории Америки – Иеллоустонский национальный парк. За чуть более сто лет удалось восстановить 30 тыс. бизонов.
· Полностью исчез странствующий голубь – его популяция была большой, фермеры убивали и кормили свиней. К 1900 г были полностью уничтожены. Остался один, умер в зоопарке.
· В Китае убивали воробьев. Экологический баланс нарушился, и урожай погиб от насекомых. Они закупали и завозили воробьев из других стран.
3.3. Основные законы экологии: закономерности действия факторов на организм
Особенности влияния экологических факторов на жизнедеятельность организмов имеют определенные закономерности.
Лимитирующие (ограничивающие) факторы - факторы среды, оказывающие кардинальное, наиболее очевидное воздействие на организм. Факторы, присутствующие, как в избытке, так и в недостатке, т.е. их уровень близок к пределам выносливости организма, называется лимитирующими (ограничивающими).
Бочка Либиха. Представьте себе бочку, в которой деревянные рейки по бокам разной высоты. Понятно, какой бы высоты ни были остальные рейки, но налить воды в бочку вы сможете ровно столько, какова длина самой короткой рейки.
Остается только «подменить» некоторые термины: высота налитой воды пусть будет какой-либо биологической или экологической функцией (например, урожайностью), а высота реек будет указывать на степень отклонения дозы того или иного фактора от оптимума.
Примеры ограничивающих (лимитирующих) факторов и их роли в жизни и распространении живых организмов многочисленны. Так, лось в Скандинавии встречается значительно севернее, чем в Сибири. Оказывается в данном случае причиной, препятствующей, расширению ареала на север является низкая зимняя температура (лимитирующий фактор), которая в Сибири ниже. Для кораллов, образующих рифы, лимитирующий фактор - температура воды, которая должна быть не ниже +20 0 С, поэтому коралловые рифы встречаются только в тропиках. Веслоногий рачок Copilla mirabile выдерживает колебания температуры в пределах +23…+ 29ºС.
Закон оптимума-пессимума : результат воздействия экологического фактора зависит от силы его проявления. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Любой экологический фактор для животного организма может иметь параметры комфорта, оптимума. За его пределами – угнетение. Например, температура (рисунок).
Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражается его угнетающее действие фактора на организм – это зона пессимума.
Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки , за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Пример : пища для человека во время блокадного Ленинграда и современный Макдоналдс.
Пределом выносливости между критическими точками интенсивности действия фактора называют экологической пластичностью (иначе - экологической валентностью). Чем шире диапазон колебаний экологического фактора, в пределах которого организм может существовать, тем больше его экологическая валентность и наоборот. Пример: карась и хариус, крыса и приматы.
Организмы, имеющие широкую экологическую валентность (пластичность) по отношению к основным абиотическим факторам среды в общем смысле называют эврибионтными ("эврос" – широкий). Пример: человек, таракан, крыса, горбуша.
Организмы, не способные переносить значительные колебания фактора, т.е. имеющие узкую экологическую пластичность называют стенобионтными ("стенос" – узкий). Примеры: приматы, белый медведь, хариус, колибри и пр.
Отношение организма к действию определенного фактора выражается прибавлением приставки эври – или стено –. Например, к температуре – эври- или стенотермные, к концентрации солей – эври- или стеногалинные, к давлению – эври- или стенобатные.
Так, например, песец в тундре может жить при диапазоне температур от +30 до -55ºС, то есть его диапазон температур составляет около 80ºС, а тепловодные рачки Copilia mirabilis выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6ºС (от 23 до 29ºС). Эту особенность в восприятии экологических факторов разных живых организмов описывает закон оптимума-пессимума.
Закон взаимодействия экологических факторов (Эйльхард Митчерлих, Август Фридрих Тинеман, Б. Бауле, 1911): величина урожая (или благополучие вида, популяции, организма) зависит не от отдельного, пусть даже лимитирующего, фактора, но от всей совокупности экологических факторов одновременно . Благополучие организма по отношению к факторам среды зависит от того, в каком сочетании и силой действуют эти факторы. Все факторы в природе воздействуют на организм одновременно. Причем это не простая их сумма, а сложное взаимодействующее отношение.
Например , при оптимальной температуре вырастает выносливость организма к неблагоприятной влажности, недостатку питания; угроза неблагоприятного действия низких температур зимой (иначе обморожения) выше при повышенной влажности воздуха в сочетании с сильными ветрами, что характерно для приморского климата. Жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду.
Почему так важно знать о взаимодействии экологических факторов? В основе теоретического обоснования величины предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязнителей воздействия загрязняющих агентов (например, шума, радиации) лежит закон лимитирующего фактора. ПДК устанавливается экспериментально на уровне, при котором в организме еще не происходят патологические изменения.
Не редко приходится слышать, как природоохранные органы радостно рапортуют о том, что уровень большинства загрязнителей в атмосфере города находится в пределах ПДК. А органы Госсанэпиднадзора в это же время констатируют повышенный уровень респираторных заболеваний у детей. Объяснение может быть таким. Не секрет, что многие атмосферные загрязнители обладают сходным эффектом: раздражают слизистые оболочки верхних дыхательных путей, провоцируют респираторные заболевания и т.д. И совместное действие этих загрязнителей дает аддитивный (или синергетический) эффект.
Поэтому в идеале при разработке норм ПДК и при оценке существующей экологической ситуации должно учитываться взаимодействие факторов. К сожалению, практически это бывает очень сложно сделать: трудно спланировать такой эксперимент, трудно оценить взаимодействие, плюс ужесточение ПДК имеет отрицательные экономические эффекты.
Закон минимума Юстуса Либиха (1840 г.): выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей .
В 1840 г. химик-органик Либих (1803-1873) выдвинул теорию минерального питания растений и установил, что рост растений в большей степени зависит от элемента, концентрация которого лежит в минимуме. «Закон минимума» справедлив и для других организмов, в том числе для человека.
Например . В течение лета в тундре наблюдается достаточное увлажнение и освещение, а почвы содержат необходимые минеральные вещества в нужных количествах. Однако все эти благоприятные факторы не ослабляют действия одного неблагоприятного - низких температур. Развитие растений зависит преимущественно от него. Таким образом, недостаток какого-либо элемента не может быть восполнен наличием или избытком другого.
Закон толерантности (Виктор Эрнест Шелфорд, 1913): лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум воздействия (диапазон этот определяет величину выносливости, толерантности организма к этому фактору).
Шелфорд показал, что не только вещество, присутствующее в минимуме, может определять жизнеспособность организма, но и избыток какого-либо элемента может приводить к нежелательным отклонениям. Например , недостаток влаги в почве приводит к падению тургора, нарушению минерального питания и в итоге к увяданию растения. С другой стороны, избыток почвенной влаги может привести к задыханию корней, повышению вероятности поражения грибными болезнями.
Другой пример – недостаток витаминов в организме человека является причиной развития такой патологии как авитаминоз, наоборот, избыточное потребление витаминов может привести к витаминозу, проявляющемуся в различных аллергических реакциях.
В различных местностях факторы, ограничивающие развитие организмов, часто неодинаковы: на севере это, как правило, недостаток тепла, а на юге для тех же видов – недостаток влаги, пищи, высокая температура.
Один и тот же фактор на разных стадиях развития может выступать и не выступать в качестве ограничивающего. Почти все растения и животные в период размножения более чувствительны к неблагоприятным условиям. Например , лимитирующее действие климатических факторов при географическом расселении (акклиматизации, реакклиматизации) многих охотничье-промысловых птиц распространяется лишь на яйца и птенцов, но не на взрослых особей.
Ограничивающие факторы среды определяют географическое распространение (географический ареал) вида. Выявление ограничивающих факторов очень важно в практике сельского и лесного хозяйства при расселении растений, при возделывании сельскохозяйственных культур, создании лесных культур и так далее.
Правило Аллена (Дж. Аллен, 1877): выступающие части тела теплокровных животных (конечности, хвост, уши и др.) тем короче, а тело тем массивнее, чем холоднее климат.
Правило Аллена убедительно иллюстрируется размерами ушей и ног зайцев. У среднеазиатских зайцев-песчаников длинные ноги и уши, в то время как европейские русаки и тем более, северные беляки сравнительно коротконоги и короткоухи. Еще более показателен пример с лисицами. В условиях жаркого климата Северной Африки обитает самая мелкая и вместе с тем самая длинноухая лисица-фенек, в наших тундрах живет низкорослый с короткими ушами и мордой полярный песец. Европейская лисица представляет нечто среднее между ними.
Правило Бергмана (К. Бергман, 1847): в пределах вида или достаточно однородной группы близких видов теплокровные животные с более крупными размерами тела встречаются в более холодных областях. (Подтверждается в 50% случаев у млекопитающих и в 75–90% случаев у птиц).
§ Длина черепа у подвидов дикого кабана из Южной Испании около 32 см, из Польши - приблизительно 41 см, из Белоруссии - 46 см, из Сибири - до 56 см.
§ Медведи. Белые медведи достигают длины тела 3 м при массе до 725 и даже 1000 кг. Бурый медведь образует несколько подвидов (географических рас), отличающихся размерами и окраской. Самые мелкие особи водятся в Европе, самые крупные- на Аляске и Камчатке - они весят 500 и более кг; попадались гиганты весом 700–1000 кг. Максимальный зафиксированный вес самца камчатского медведя составлял 600 кг, средний – 350-450 кг. Гималайский белогрудый медведь по величине почти вдвое меньше бурого и отличается от него более стройным телосложением, тонкой остроносой мордой, большими округлыми ушами; передние лапы сильнее задних. Самцы этого вида 150-170 см длиной, высота в холке около 80 см, весят 120-140 кг. Длина тела медведя-губача до 180 см, хвоста - ещё 10-12 см, высота в холке 60-90 см; весит он 54-140 кг (обычно 90-115 кг).
Медведь-губач, подобно муравьеду, в ходе эволюции адаптировался к питанию колониальными насекомыми (муравьями и термитами). Когти у него огромные, серповидные, приспособленные для лазания по деревьям, рытья и разрушения термитников. Губы и морда почти голые и очень подвижные, а ноздри могут произвольно смыкаться. Зубы мелкие, причем два центральных верхних резца отсутствуют, создавая проход, продолжающий «трубку» из вытянутых подвижных губ. Нёбо полое; язык очень длинный. Эти морфологические особенности позволяют губачу, добывая насекомых, сперва с силой выдувать из их разрушенного жилища пыль и грязь, потом всасывать добычу сквозь вытянутые губы. Возникающий при этом шум порой слышен за 150 м и часто привлекает внимание охотников.
Губач распространён в лесах Индии, Шри-Ланки, Бангладеша, Непала и Бутана.
Самые мелкие малайские медведи при длине тела в 1-1,5 м весят до 70 кг.
Бируанг распространён от северо-востока Индии (Ассам) и, возможно, южной части Китая (Сычуань) через Мьянму, Таиланд, полуострова Индокитай и Малакка до Индонезии (Суматра и Калимантан). Этот медведь обитает в тропических и субтропических лесах предгорий и гор Юго-Восточной Азии. Он хорошо приспособлен к лазанью по деревьям и, будучи ночным животным, часто целыми днями спит или принимает солнечные ванны в ветвях деревьев, где строит себе подобие гнезда. Здесь же он кормится листьями и плодами, заламывая ветки так, как это делает гималайский медведь. В зимнюю спячку не впадает.
Правило Глогера (К. Глогер, 1833): виды животных, обитающих в холодных и влажных зонах, имеют более интенсивную пигментацию тела (чаще черную или темно-коричневую), чем обитатели теплых и сухих областей. (Это позволяет им аккумулировать достаточное количество тепла.)
Иначе говоря, позвоночные животные, населяющие области с континентальным климатом, окрашены бледнее, чем родственные им формы в областях с морским климатом. Так, дальневосточный тигр заметно бледнее индийского; кавказского леопарда можно отличить от индо-африканского по более светлой окраске и т.д. Особого внимания заслуживает желтовато-серая, так называемая пустынная, окраска, характерная для пустынно-степных животных, т.е. обитателей областей с резко выраженным континентальным климатом. Приспособительное значение подобной окраски очевидно, так как делает ее обладателей незаметными на фоне песка (криптический эффект). Однако далеко не всем животным окраска с криптическим эффектом приносит пользу. Для летучих мышей, например, она не имеет большого значения, поскольку они днем прячутся в убежищах, кроме того, летящее животное обнаруживает себя уже благодаря резким движениям. Между тем у летучих мышей пустынных областей, в частности Средней Азии, мех, перепонки и даже когти имеют бледную серовато-желтую окраску. Возможно, такая окраска связана с какими-то физиологическими особенностями, определяющими возможность существования животных в области с пустынным климатом.
Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, на что указывал Либих, но и избыток таких факторов, как, например, тепло, свет и вода. Как уже было отмечено ранее, организмы характеризуются экологическим минимумом и экологическим максимумом. Диапазоны между этими двумя величинами принято называть пределами устойчивости, выносливости или толерантности. Представление о лимитирующем влиянии максимума наравне с минимумом ввел В. Шелфорд (1913), сформулировавший «закон толерантности». После 1910 г. по «экологии толерантности» были проведены многочисленные исследования, благодаря которым стали известны пределы существования для многих растений и животных. Таким примером является влияние загрязняющего атмосферный воздух вещества на организм человека (рис. 3.5).[ ...]
Лимитирующим фактором может быть не только недостаток,»« что укаэывязт Либих, но и избыток таких, наганер» актор-в,как тепло, свет, вода.[ ...]
Лимитирующим фактором называется фактор, находящийся за пределами своего оптимума, приводящий к стрессовому состоянию организма, а в пределе - к его гибели.[ ...]
Лимитирующим фактором является не только излишне высокая, но и излишне низкая температура окружающей среды.[ ...]
Лимитирующим фактором является начало химической реакции между оболочкой планеты и атмосферными газами. В результате температура поверхности Венеры достигает 700 °К. Это явление самоусиливающегося парникового эффекта изображено на рис. Таким образом, существует опасность, что антропогенное повышение концентрации СО2 может вызвать непрерывное возрастание температуры Земли.[ ...]
ЛИМИТИРУЮЩИЙ ФАКТОР - это экологический фактор (свет, температура, почва, биогенные вещества и др.), который при определенном наборе условий окружающей среды ограничивает какое-либо проявление жизнедеятельности организмов. Это понятие ведет-начало от “закона минимума” Б.Либиха (1840). Так, рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве. К этому закону Ю.Одум (1986) добавляет вспомогательных принципа.[ ...]
Если лимитирующими факторами биосферы являются жидкая вода и солнечный свет, то оптимум жизни приходится на поверхность раздела сред. Исследования фотосинтеза показали, что часто наибольший выход органических веществ дают растения, способные использовать все три фазы: твердую, жидкую и газообразную. Примером может служить тростник обыкновенный, Phragmites communia. Всасывание воды для него облегчается постоянным давлением жидкости на донные осадки. Необходимый для существования углекислый газ тростник получает из газообразной среды, в которой скорость проникновения газа через поглощающие поверхности наиболее высока; кислород тоже легче получать из воздуха, чем из воды; наконец, все остальные элементы легче извлекать из раствора в капиллярной воде осадка.[ ...]
Правило лимитирующих факторов: фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек), отрицательно влияет на организмы и, кроме того, ограничивает возможность проявления сипы действия других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме. Например, если в почве имеются в достатке все, кроме одного, необходимые для растения химические элементы, то рост и развитие растения будут обусловливаться тем из них, который находится в недостатке. Все другие элементы при этом не проявляют своего действия. Лимитирующие факторы обычно обусловливают границы распространения видов (популяций), их ареалы. От них зависит продуктивность организмов и сообществ. Поэтому крайне важно ‘своевременно выявлять факторы минимального и избыточного значения, исключать возможности их проявления (например, для растений - сбалансированным внесением удобрений).[ ...]
Важнейшим лимитирующим фактором в водных экосистемах является концентрация кислорода. Концентрация диоксида углерода часто бывает даже в избытке за счет антропогенного влияния, лимитируя в «максимуме». Лимитирующими из биогенных солей обычно бывают нитраты и фосфаты.[ ...]
В комплексе лимитирующих факторов существенное значение имеют освоение и антропогенная трансформация местообитаний сапсана, рост фактора беспокойства, а также прямое преследование (например, голубеводами), изъятие кладок коллекционерами и птенцов - сокольниками-браконьерами, незаконный отстрел для изготовления чучел.[ ...]
Уточним, что лимитирующими факторами называются все факторы, уровень которых приближается к пределам выносливости организма или превышает их.[ ...]
При отсутствии лимитирующих факторов среды удельная скорость роста равна величине г, которая характеризует свойства самой популяции и называется удельной (врожденной) скоростью роста популяции или биотическим потенциалом вида.[ ...]
Любой экологический фактор, приближающийся к верхней или нижней границе диаграммы выживания, называется лимитирующим. Лимитирующие факторы (например, количество пищи) контролируют условия существования экологических систем. Основное свойство организма - приспособляемость к изменению окружающей среды. В живой природе существует и действует система компенсации экологических факторов - стремление организмов ослабить лимитирующее действие физических, биотических и антропогенных влияний (например, самоочищение водоема, приспособление растений и животных к температурным воздействиям и пр.). Основное воздействие человека на живую природу - воздействие на компенсационные механизмы (ядовитые отходы, глобальное уничтожение лесов, тотальное загрязнение воды и пр.), что приводит к вредным последствиям для природы.[ ...]
Как правило, только один из факторов оказывается главным ограничителем численности интересующего нас вида. Такой фактор называется лимитирующим. Например, для большинства лососевых лимитирующим фактором оказывается содержание кислорода в воде, в которой развивается их крупная икра. Это определяет характер нерестовых рек лососевых - низкая температура и быстрое течение, насыщающие воду кислородом, низкое содержание органических веществ, окисление которых снижает содержание в воде кислорода, низкая минерализация воды. Загрязнение нерестовых рек быстро ведет к снижению численности лососевых. Для белки в зоне тайги лимитирующий фактор- урожай семян ели, для водяной крысы в поймах рек - уровень весеннего половодья. Надо иметь в виду, что выделить из множества биотических и абиотических факторов единственный лимитирующий не всегда просто, а иногда лимитирующим оказывается взаимодействие двух или более факторов. Например, для многих водных беспозвоночных температурный оптимум оказывается разным при различной солености, и их численность лимитируется взаимодействием этих факторов.[ ...]
Биогенные элементы - важный лимитирующий фактор в морской среде, где их содержится несколько частей на миллиард частей воды. Но эти элементы быстро перехватываются организмами, попадая в их трофические цепи, практически не достигнув гетеротрофной зоны (биологический круговорот). Значит, низкая концентрация биогенов еще не говорит об их всеобщем дефиците.[ ...]
ЗАКОН БЛЕКМАНА - общее влияние лимитирующих факторов может превысить суммарный дополнительный эффект от влияния других факторов.[ ...]
Закон относительности действия лимитирующих факторов (закон Лундегарда - Полетаева). Форма кривой роста численности популяции (ее биомассы) зависит не только от одного вещества с минимальной концентрацией, но и от концентрации и свойств других ионов, имеющихся в среде.[ ...]
Представления о ведущих, главнейших факторах среды не надо смешивать с широко признававшимся в конце прошлого и начале настоящего столетия так называемым законом минимума, сформулиро- ‘ ванным Либихом (1840, 1847). Либих утверждал, что рост и размер урожая растений определяются тем из необходимых для растения питательных веществ в почве, которое находится в минимальном количестве для удовлетворения потребностей растения. Этот «закон» рекомендовался вскоре после его опубликования и для определения экологических потребностей животных, причем Блэкман (1905) предлагал переименовать его в «закон лимитирующих факторов», а Шелфорд (1911) подчеркивал, что существование организмов следует связывать не только с минимальными, но и с максимально переносимыми избыточными дозами каких-либо внешних воздействий. Шелфорд называл это «законом выносливости» организмов. Тиннеман (1926) видоизменил содержание «закона минимума», сделав упор не на общую возможность существования вида, а на численность его популяций. Согласно этому исправленному закону густоту населения определяет тот фактор внешней среды, который находится в количестве или интенсивности, наиболее далеких от оптимума, и действует на стадию развития, обладающую наименьшей экологической валентностью. В 1934 г. Тэйлор восстановил «закон» Либиха в такой формулировке: «Рост и функционирование организма зависит от количественной стороны существенного внешнего фактора, предоставляемого ему в минимальном количестве в течение наиболее критического периода».[ ...]
В разных участках биосферы развитие жизни лимитируется разными веществами. Можно сказать, что в пустыне жизнь ограничена недостаточным количеством водорода и кислорода в форме воды. В открытом океане лимитирующим фактором часто служит железо, обычно присутствующее в форме труднодоступной для организмов гидроокиси. В иных средах, например в почвах влажных районов, в озерах, окраинных морях, лимитирующим фактором чаще всего является фосфор.[ ...]
Общая скорость роста популяции в отсутствие лимитирующего влияния среды (г) зависит от возрастного состава и вклада в репродукцию различных возрастных групп. Таким образом, вид может характеризоваться несколькими величинами г в зависимости от структуры популяции. Когда устанавливается стационарное и стабильное распределение возрастов, специфическую скорость роста называют показателем потенциального роста популяции или Гтах- Часто эту максимальную величину г называют иначе - биотический или репродуктивный потенциал. Разность между гтах, или биотическим потенциалом, и фактической скоростью роста в данных лабораторных или полевых условиях используют как меру сопротивления среды, которая характеризует сумму всех лимитирующих факторов среды, препятствующих реализации биотического потенциала.[ ...]
В совокупности условий существования почти всегда можно выделить фактор, который сильнее других влияет на состояние организма или популяции. Дефицит какого-нибудь одного важного ресурса (воды, света, тепла или элемента пищи) ограничивает жизнедеятельность даже тогда, когда все остальные условия оптимальны. Такие факторы называют ограничивающими, или лимитирующими. Их действие обозначают как закон лимитирующих факторов: факторы среды, имеющие в конкретных условиях пессимальные (т.е. наихудшие) значения, ограничивают возможность существования популяции, вида в данных условиях, вопреки и несмотря на оптимальное сочетание других факторов.[ ...]
Ясно, что для развития живых организмов важны и другие экологические факторы. Закон лимитирующих факторов рассматривает влияние всех факторов на биоценоз экосистемы, согласно ему любой экологический фактор, находящийся в минимуме, определяет состояние биоценоза.[ ...]
Биогенные соли и элементы, как это показал еще Ю. Либих в XIX в., являются лимитирующими факторами и ресурсами среды для организмов. Одни из элементов требуются организмам в относительно больших количествах, поэтому их называют макроэлементами, другие тоже жизненно необходимы организмам, но в очень малых, как говорят, следовых количествах - их называют биогенными микроэлементами. Растения получают их, как правило, из почвы, реже - из воды, а животные и человек - с пищей.[ ...]
Лимитирование является несогласованным к-то порядка, если лимитирующий фактор влияет только на первые / компонент системы, а величина лимитирующего фактора формируется компонентами системы, имеющими номера с (/ + к)-то по т-й т.е.[ ...]
Как уже неоднократно подчеркивалось, в своем широком варианте концепция лимитирующих факторов не ограничивается физическими факторами, поскольку биологические взаимоотношения («взаимодействия», или «биологические факторы», среды) не менее важны как регуляторы распределения и численности организмов в природе. Однако биологические факторы удобнее будет рассмотреть в последующих главах, трактующих о популяциях и сообществах; здесь же мы рассмотрим физические и химические аспекты среды. Чтобы изложить все известное по этому вопросу, потребовалась бы целая книга, а это не входит в задачу нашего обзора экологических принципов. Кроме того, рассмотрение подробностей отвлекло бы нас от основной цели - получить общую картину предмета экологии. Поэтому мы лишь кратко перечислим основные моменты, заслуживающие изучения с точки зрения экологов.[ ...]
Лесопокрытые территории занимают 54 % площади России. В северных природных зонах лимитирующими факторами плодородия лесных почв являются недостаток тепла, заболоченность, вечная мерзлота, малая мощность почвенного профиля, кислотность, бедность питательными веществами.[ ...]
Современная недостаточность биологических данных является, по-видимому, главным лимитирующим фактором при разработке прогностических моделей регулирования качества воды водоемов. Проведение количественных исследований больших водных пространств связано с большими затратами средств и времени, в связи с чем лабораторные модели приобретают все большее значение .[ ...]
Однако, как показывают наши исследования, это важный, но “второй” по силе воздействия фактор, определяющий половую структуру соснового насаждения в степи. В частности, для большей части насаждений, в том числе Р1 и Р2, основной вклад в половую изменчивость вносят другие характеристики местообитания. И это понятно, так как в степи основным лимитирующим фактором является влага, а не свет. Поэтому решающее воздействие здесь оказывают различия в сумме выпадающих осадков и параметры древостоя (густота и продуваемость насаждения), во многом определяющие его водный режим.[ ...]
Человек своей деятельностью часто нарушает практически все из перечисленных закономерностей действия факторов. Особенно это относится к лимитирующим факторам (разрушение местообитаний, нарушение режима водного и минерального питания растений и т. п.).[ ...]
Количество атмосферных осадков обусловлено физико-географическими условиями, но для организмов важнейшим лимитирующим фактором является распределение осадков по сезонам года. В умеренных широтах их неравномерность может привести к засухе или переувлажнению, в тропиках - к чередованию влажных и сухих сезонов при постоянной почти круглый год температуре.[ ...]
Численность населения не может увеличиваться беспредельно, поскольку ресурсы природной среды ограниченны. Ведущим лимитирующим фактором являются продукты питания. Еще около 200 лет назад (1798 г.), когда людей на планете было менее одного миллиарда, английский экономист Томас Мальтус сделал вывод, что народонаселение увеличивается в геометрической прогрессии, тогда как объем сельскохозяйственного производства, зависящий от площади пахотных земель, ограничен. Он же предсказал ожидающий человечество катастрофический голод, так как прирост народонаселения опережает прирост сельскохозяйственной продукции.[ ...]
Видовая структура биоценоза характеризуется видовым разнообразием и количественным соотношением видов, зависящих от ряда факторов. Главными лимитирующими факторами являются температура, влажность и недостаток пищевых ресурсов. Поэтому биоценозы (сообщества) экосистем высоких широт, пустынь и высокогорий наиболее бедны видами. Здесь могут выжить организмы, жизненные формы которых приспособлены к таким условиям. Богатые видами биоценозы - тропические леса, с разнообразным животным миром и где трудно найти даже два рядом стоящих дерева одного вида.[ ...]
Случай отсутствия лимитирования является вырожденным и представляет собой лишьпервыйшаг в изучении сложных экологических систем. Влияние лимитирующих факторов состоит в том, что скорости преобразования вещества или энергии могут зависеть от количества этих субстанций как в некоторой части системы, так и во всей системе. Например, естественно считать, что скорость воспроизводства популяций или сообщества определяется обилием источников питания, обеспеченностью жизненным пространством и другими ограничивающими размножение факторами. Обычно среди них удается выделить главный или ведущий фактор, который отличается от остальных тем, что его изменение около некоторой средней величины приводит к значительно большим откликам в поведении экологической системы, чем малые вариации остальных факторов . В зависимости от условий существования самые разные причины могут оказывать лимитирующий эффект, и поэтому главный лимитирующий фактор меняется при изменении состояния системы. Однако во всех случаях степень лимитирования задается скалярной величиной, являющейся функцией этого состояния.[ ...]
Планируя развитие информационных ресурсов, необходимо рассмотреть вопрос о том, какой круг ссылок и документов целесообразно отбирать для каждой из перечисленных категорий. Лимитирующими факторами являются, с одной стороны, доступные ресурсы центра, а с другой стороны - степень потребности в тех или иных материалах. Как правило, документация старше 5-10 лет является менее ценной; материалы ОВОС и экологической экспертизы конкретных проектов могут быть представлены отдельными, тщательно отобранными образцами; необходимыми могут быть лишь отдельные исследования зарубежной и отечественной практики, также специально отобранные. В любом случае, необходимо тщательно сформулировать принципы отбора материалов. Было бы ошибкой формировать информационные ресурсы, исходя из того, какие материалы легче всего получить, без оценки их содержания и определения потребности в них.[ ...]
К обеднению кислородом приводит также и тепловое загрязнение, поскольку растворимость 02 сильно зависит от температуры воды. Между тем концентрация кислорода - один из основных лимитирующих факторов развития большинства водных организмов. Поэтому уменьшение парциального давления 02 нарушает нормальное функционирование одновременно многих компонентов морских экосистем. К этому можно также добавить, что почти все морские организмы стенотермны, т. е. могут существовать лишь в довольно узком интервале температур. П этому выходящее за пределы естественных колебаний темпе] тур воды потепление, особенно часто наблюдаемое в прибрежных районах вблизи крупных городов, чревато катастрофическими последствиями для водных биоценозов.[ ...]
Гидросфера в отличие от атмосферы и литосферы заполнена жизнью по всей своей толще. Повсюду, куда проникали орудия сбора, исследователи находили живые организмы. Из этого мы можем заключить, что жидкая вода является более важным лимитирующим фактором в расселении организмов, чем свет. Так, самые жаркие пустыни формально находятся вне биосферы. Однако фактически они могут считаться парабиосферными (околобиосферными), так как живые организмы там все же есть. Например, в пустынях Намиб и Калахари под слоем сухого песка встречаются насекомые (жуки-чернотелки), существующие за счет приносимых ветром сухих пылевидных остатков растений; питаясь ими, насекомые получают метаболическую воду.[ ...]
Применение экстрагирования для удаления загрязнителей наиболее эффективно в дисперсных обломочных грунтах (гравийных, песчаных, пылеватых), а также в скальных трещиноватых и крупнопористых грунтах (органогенных известняках, песчаниках, алевролитах, туфах, выветрелых скальных грунтах и т.п.). При этом основным лимитирующим фактором является коэффициент проницаемости грунта для данного экстрагента. Грунты с низкими коэффициентами проницаемости (глины, аргиллиты, сланцы, невыветрелые магматические и метаморфические породы и т.п.) наименее подвержены удалению из них загрязнителей путем экстрагирования.[ ...]
Таким образом, для сохранения редких видов часто не обязательно применение жестких форм охраны, достаточно сохранение видов-строителей сообществ через регулирование предельно допустимых нагрузок для сохранения типичных условий местообитания вида. Для успешного решения задачи сохранения биоразнообразия необходимы паспортизация сообществ, включающих редкие виды, определение лимитирующего фактора и предельно допустимой величины его влияния.[ ...]
Неменьшую опасность для водоема представляет вторичное его загрязнение, обусловленное разложением отмирающих водных организмов. Сезонность в развитии - фитопланктона и последующее его отмирание приводит к обогащению воды органическими веществами, на минерализацию которых требуется значительный расход кислорода. Будучи автотрофами, водоросли практически в любом водоеме находят источник углеродного питания, и лимитирующим фактором их развития является наличие в воде биогенных элементов (М и Р). Таким образом, ограничить избыточное развитие водорослей можно лишь предотвратив попадание в водоем биогенов.[ ...]
Ко второй группе (условно пригодные) отнесены породы различного гранулометрического состава с кислой или щелочной реакцией среды и с содержанием легкорастворимых солей до одного процента. Эти породы содержат мало (или не содержат) органического вещества. Содержание органического вещества во вскрышных породах может быть высоким (например, в глинах келловея до 3 %), однако степень их пригодности определяется более значимыми лимитирующими факторами (засоление, кислотность и т. д.), имеют неблагоприятные физические свойства, бедны азотом, фосфором, калием. К ним относятся пески, засоленные суглинки и глины, меловые породы.[ ...]
Капельные биофильтры и системы с активным илом (см. главу 1) также используются для очистки вод, образующихся на свалках, иногда в смеси со сточными водами. При проведении этих процессов часто возникает необходимость в добавлении питательных веществ, кроме того, добавление, например, фосфата способствует осаждению тяжелых металлов в составе фосфорорганических соединений. Такая очистка приводит к удалению 99 % БПК и 95 % ХПК одновременно со значительным снижением концентрации ионов аммония (благодаря сочетанию процессов бактериальной нитрификации и клеточной ассимиляции ), железа (на 98%), марганца (на 92%) и цинка (на 94%) , однако наиболее устойчивые органические молекулы нуждаются в дальнейшей деградации. Главным лимитирующим фактором процесса может быть температура, так как из-за сезонных колебаний самые низкие температуры в году совпадают с образованием самых больших объемов фильтрующихся в почву вод. Часто встречающаяся низкая концентрация фосфатов может усиливать процесс вспучивания ила . Наконец, серьезные трудности вызывает накопление металлов в бактериальных флокулах.[ ...]
При выборе расположения станций учитывалось, что на ст. 5 оказывает влияние сток двух рек. Ст. 1 наименее подвержена эвтрофированию, так как расположена на значительном удалении от впадающих рек, прилегающих сельскохозяйственных угодий восточного побережья и мелководного эвтрофного Большого залива. Хотя условия для прикрепления личинок дрейссены на ст. 1 и 5 совершенно одинаковые, плотность дрейссены на ст. 5 во много раз превышает таковую на ст. 1. Следовательно, в оз. Виштынецком можно выделить как лимитирующий фактор - ‘трофический, который в данном случае играет главенствующую роль.