Legea factorului limitativ (limitator)., sau Legea lui Liebig a minimului- una dintre legile fundamentale în ecologie, care afirmă că cel mai semnificativ factor pentru organism este acel factor care, cel mai mult, se abate de la valoarea sa optimă. Prin urmare, în timpul prognozării condițiilor de mediu sau al efectuării examinărilor, este foarte important să se determine veriga slabă din viața organismului. Formulat de Justus von Liebig în 1840. Mai târziu, în 1913, legea a fost generalizată și completată de Shelford (Legea Toleranței).

Justus von Liebig

Supraviețuirea organismului depinde de acesta, minim (sau maxim) prezentat la un moment dat, factorul ecologic. În alte perioade de timp, alți factori pot fi limitativi. Pe parcursul vieții, indivizii speciilor se confruntă cu o varietate de restricții asupra activității lor vitale. Deci, factorul care limitează distribuția căprioarelor este adâncimea stratului de zăpadă; fluturii de iarnă (un dăunător al legumelor și culturilor de cereale) - temperatura de iarnă etc.

Această lege este luată în considerare în practica agriculturii. Chimistul german Justus von Liebig (1803-1873) a constatat că productivitatea plantelor cultivate depinde în primul rând de nutrientul (elementul mineral) cel mai puțin reprezentat în sol. De exemplu, dacă fosforul din sol este doar 20% din rata necesară, iar calciul este 50% din rată, atunci factorul limitator va fi lipsa de fosfor; În primul rând, este necesar să se introducă în sol îngrășăminte care conțin fosfor.

O reprezentare figurativă a acestei legi poartă numele omului de știință - așa-numitul „butoiul lui Liebig”. Esența modelului este că la umplerea butoiului, apa începe să se reverse prin cea mai mică scândură din butoi, iar lungimea plăcilor rămase nu mai contează.

Legea întoarcerii lui Liebig

Esența sa este că recolta depinde de revenirea în mediu a factorilor vitali folosiți de organism. Descoperirea acestei legi a contribuit la creșterea progresivă a fertilității solului. K. A. Timiryazev și D. N. Pryanishnikov au numit această lege cea mai mare realizare a științei.

Nutrienții prelevați de plante din sol trebuie returnați acestuia prin fertilizarea sau plantarea de leguminoase. După cum a spus Yu. Liebig la figurat, încălcarea legii întoarcerii duce la îmbogățirea părinților, dar la ruinarea descendenților.

Cultura este creată din substanțe obținute de plante din sol și din energia luminii solare. În plus, solul este un intermediar pentru plante în asigurarea acestora cu factori de viață, mediul pentru creșterea lor. Odată cu înstrăinarea sistematică a culturii fără compensare pentru părțile constitutive ale solului și energia utilizată de aceasta, solul este distrus și își pierde fertilitatea. Atunci când compensează eliminarea substanțelor și energiei din sol, acesta din urmă își păstrează fertilitatea; când substanțele și energia sunt compensate cu un anumit grad de exces, solul este îmbunătățit, iar fertilitatea acestuia este extinsă. Legea întoarcerii este baza științifică pentru reproducerea fertilității solului, un caz special de manifestare a legii universale de conservare a materiei și energiei.

Acum legea întoarcerii este înțeleasă mai larg și nu numai în raport cu nutrienții, ci și cu alte impacturi negative asupra solului. Orice impact negativ asupra solului trebuie compensat (supraconsolidare, stropire, distrugere a structurii, salinizare etc.).

Legea echivalenței și a neînlocuibilității factorilor de viață a plantelor (V. R. Williams)

Condițiile de viață sunt echivalente, niciunul dintre factorii vieții nu poate fi înlocuit cu altul.

Pentru creșterea și dezvoltarea plantelor trebuie asigurat un aflux al tuturor factorilor vieții plantelor - cosmice și terestre. O plantă poate avea nevoie atât de cantități mari, cât și de neglijabile de factori, dar absența oricăruia dintre aceștia duce la o scădere bruscă a randamentului și chiar la moartea plantelor. Aceasta arată natura absolută a legii. Niciun factor nu poate fi înlocuit cu altul. De exemplu, o lipsă de fosfor nu poate fi înlocuită cu un exces de azot, dar un aport limitat de lumină poate fi compensat printr-o mai bună aprovizionare cu apă a plantelor etc.

În practică, se poate obține un randament cât mai mare numai cu o aprovizionare neîntreruptă de plante cu toți factorii în cantitate optimă. Cu toate acestea, în condiții specifice de producție, legea echivalenței și de neînlocuit a factorilor de viață a plantelor capătă o importanță relativă din cauza costurilor inegale de asigurare a plantelor cu diferiți factori. Aceasta este legată atât de nevoia absolută a plantelor pentru factor, cât și de prezența acestuia într-un sol dat, într-o regiune dată, de capacitățile materiale și tehnice de producție etc.

Legea echivalenței și indispensabilității factorilor de viață a plantelor subliniază materialitatea producției agricole, nu permite să sperăm la rețete „miraculoase” pentru obținerea unei culturi fără costuri materiale sau costuri în „doze homeopate”.

Legea factorilor minim, maxim și optim

Se spune că cel mai mare randament este fezabil cu prezența optimă medie a factorului, cu valorile minime și maxime ale factorului, randamentul nu este fezabil. Această lege subliniază importanța deosebită a dozelor optime de îngrășăminte minerale, deoarece excesul lor poate fi dăunător. Aceasta este o propunere importantă, deoarece nu a rezultat din legea lui Liebig.

Legea lui Shelford a toleranței

Legea a fost formulată de Victor Ernest Shelford în 1913, conform căreia existența unei specii este determinată de factori limitatori care nu sunt doar la minim, ci și la maxim. Toleranţă- capacitatea organismului de a tolera efectele adverse ale unui anumit factor de mediu. Legea toleranței extinde legea minimului a lui Liebig.

Factorul limitativ poate fi nu numai o lipsă, după cum a subliniat Liebig, ci și un exces de factori precum, de exemplu, căldura, lumina și apa. Organismele se caracterizează printr-un minim ecologic și un maxim ecologic. Intervalele dintre aceste două valori sunt de obicei numite limite de stabilitate, rezistență sau toleranță. Ideea influenței limitative a maximului la egalitate cu minimul a fost introdusă de W. Shelford (1913), formând legea toleranței. Orice factor în exces sau deficiență limitează creșterea și dezvoltarea organismelor și populațiilor.

Legea actiunii cumulate sau interdependente a factorilor

Formulat de omul de știință german Mitscherlich. Potrivit acestei legi, factorii de creștere nu acționează izolat, ci sunt interconectați și, prin urmare, influențând (creșterea sau scăderea) un factor, influențăm pe altul într-o măsură sau alta. De exemplu, pe un fundal fertilizat, așa cum a stabilit K. A. Timiryazev, plantele consumă umiditatea mai economic și coeficientul lor de transpirație scade. Grafic, esența acestei legi este ilustrată de rezultatele experimentului lui E. Volny (Fig. 2.1.1.4). O prevedere importantă pentru producție rezultă din legea acțiunii interdependente a factorilor de creștere: pentru a obține randamente mari, este necesar să se influențeze nu un singur factor, ci toți factorii de mediu, realizându-se valorile optime ale acestora.

Toți factorii vieții plantelor acționează împreună, adică interacționează în procesul de creștere și dezvoltare a plantelor. Liebscher și Lundegard au arătat că, în legătură cu legea acțiunii cumulative a factorilor, acțiunea unui singur factor, care este la minimum, este cu atât mai intensă, cu atât ceilalți factori sunt la un optim.

Lundegard a stabilit, de asemenea, „interferența” factorilor care sunt la minimum, combinația efectului lor negativ asupra creșterii și dezvoltării plantelor. O serie de cercetători, ghidați de legea acțiunii combinate a factorilor, au încercat să stabilească matematic dependența randamentului de factorii vieții plantelor. E. Mitcherlich a obținut cel mai mare succes în această direcție.

Legea de acțiune a factorilor de viață a plantelor, după E. Mitcherlich, afirmă că creșterea randamentului depinde de fiecare factor de creștere și de intensitatea acestuia, este proporțională cu diferența dintre randamentul maxim posibil și cel real. El a încercat să exprime matematic dependența creșterii randamentului de fertilizarea solului. E. Mitcherlich a derivat experimental următorii coeficienți pentru utilizarea factorilor de viață individuali: N - 0,2, P2O5 - 0,6, K2O - 0,4, Mg - 2,0 per 1 mm de precipitații.Studiile ulterioare au constatat că formula lui E. Mitcherlich nu este universală, deoarece procesele biologice complexe de creare a unei culturi nu sunt descrise prin formule matematice. Trenel a arătat curând că era și incorectă din punct de vedere matematic.

În ciuda dificultăților de exprimare matematică a legii acțiunii combinate a factorilor, această lege este de mare importanță pentru practica agriculturii. În acest sens, V. R. Williams a subliniat că progresul este posibil doar atunci când influența noastră asupra condițiilor în care se desfășoară această producție complexă este direcționată simultan asupra întregului lor complex. Acest complex de condiții reprezintă un întreg organic, ale cărui elemente sunt indisolubil legate. Impactul asupra unuia dintre aceste elemente implică inevitabil nevoia de a influența orice altceva.

Principii de conservare a naturii

Protecția naturii este un ansamblu de măsuri administrative, tehnologice, de planificare, manageriale, economice, politice și sociale internaționale, de stat și locale care vizează utilizarea, reproducerea și conservarea rațională a resurselor naturale ale Pământului și ale spațiului cosmic.

Principalele direcții de protecție a naturii:

Principiile lui B. Commoner

Legile de bază ale ecologiei, formulate de Barry Commoner (1971), pot fi rezumate după cum urmează:

1. Totul este legat de tot (conexiunea universală a proceselor și fenomenelor din natură);
2. Totul trebuie să meargă undeva (orice sistem natural se poate dezvolta doar prin utilizarea capacităților energetice și informaționale ale mediului său);
3. Natura „știe” mai bine (până când nu avem informații absolut sigure despre mecanismele și funcțiile naturii, putem dăuna cu ușurință naturii încercând să o îmbunătățim);
4. Nimic nu este dat gratuit (ecosistemul global este un întreg unic, în cadrul căruia nimic nu poate fi câștigat sau pierdut, nu poate face obiectul unei îmbunătățiri generale; tot ce este extras în procesul muncii umane trebuie compensat).

Axioma și principiul emergenței

Întregul este mai mare decât suma părților sale, are întotdeauna noi proprietăți care nu pot fi reduse la o simplă însumare a proprietăților părților sistemului care nu sunt unite prin legături care formează sistemul. Optimul de fertilitate nu este echivalent cu optimul pentru fiecare dintre proprietățile solului separat.

Când se adaugă un întreg sistem, integrarea rezultată este supusă altor legi (deși posibil similare) de formare, funcționare și evoluție. Figurat vorbind, un copac nu este încă o pădure, ca un grup de copaci, iar concentrația mecanică a elementelor chimice, molecule de substanțe organice, chiar și țesuturi și organe, nu dă un organism. O pădure necesită o combinație a tuturor componentelor sale ecologice care alcătuiesc ecosistemul său, formarea ciclurilor materiei, reglarea fluxului de energie, inclusiv formarea propriului bioclimat etc. Un organism necesită o „entelehie” de integritate sistemică, metabolismul și alte proprietăți ale biosistemului.

Principiul apariției este o consecință a organizării ierarhice a sistemelor naturale, însoțită de apariția de noi proprietăți pe măsură ce componentele sunt combinate în unități funcționale mai mari care sunt absente la nivelul anterior. Apariția de noi proprietăți se datorează interacțiunii componentelor, procesului de integrare și nu unei schimbări a naturii acestor componente. Se face o distincție între proprietățile emergente, descrise mai sus, și proprietățile agregate, care sunt suma proprietăților componentelor. Principiul apariției explică posibilitatea de a studia întregul fără a lua în considerare cu atenție toate componentele. Apariția sau integrarea unui sistem este proprietățile întregului, care nu sunt derivate din proprietățile părților, adică nu sunt inerente unei singure părți. O astfel de proprietate este productivitatea. Apariția este sinonimă cu aditivitatea și supraaditivitatea.

Regula de extincție a procesului

sistemele saturante cu creșterea gradului de echilibru cu mediul lor sau homeostazia internă se caracterizează prin atenuarea proceselor dinamice din ele. De exemplu, rata de reproducere a organismelor aclimatizate scade pe măsură ce comunitatea devine saturată.

Regula de accelerare a evoluției

pe măsură ce complexitatea organizării biosistemelor crește, durata existenței unei specii scade în medie, iar ritmul de evoluție crește.

Regula de echivalență în dezvoltarea biosistemelor

biosistemele sunt capabile să atingă starea (faza) finală (finală) de dezvoltare, indiferent de gradul de încălcare a condițiilor inițiale ale dezvoltării lor.

Principiul preadaptării

organismele ocupă noi nișe ecologice datorită preadaptării genetice.

Legea diversității speciilor a culturilor sau mozaicității agrocenozelor

Cea mai mare și mai stabilă productivitate a agrocenozelor se realizează cu o diversitate suficientă a speciilor. Această lege stă la baza doctrinei rotației culturilor.

Legea diversităţii tehnologice

Folosirea constantă pe termen lung a aceleiași tehnologii pe teren (aceleași pesticide, îngrășăminte, prelucrare a solului și alte metode) crește impactul negativ unilateral asupra fertilității solului și de aceea este necesar să existe o rotație a culturilor cu diferite culturi și tehnologiile lor agricole. .

Note

Ecologie
Concepte	Legi, reguli, principii de mediu Producători Consumatori Descompunetori Ecoton
Ecosistem

legea lui Liebig

Definiția 1

Regulile minimului sunt unul dintre principiile care determină rolul factorului de mediu în distribuția și numărul de organisme.

Efectul relativ al unor factori de mediu este cu atât mai puternic, cu atât deficiența acestuia este resimțită în comparație cu alții. Formulat de G.O. Liebig (1840) legea aplicată culturilor agricole - orice organisme vii nu are nevoie doar de substanțe organice și minerale, umiditate, temperatură sau orice alți factori, ci de regimul lor.

Reacțiile organismelor depind de numărul de factori. În plus, organismele vii în condiții naturale sunt expuse simultan la diverși factori de mediu (atât biotici, cât și abiotici). Planta are nevoie de o cantitate semnificativă de nutrienți și umiditate (potasiu, azot, fosfor) și, în același timp, în cantități relativ „nesemnificative” dintr-un astfel de element precum molibdenul (borul).

Orice specie de animale sau plante au o selectivitate distinctă pentru compoziția alimentelor: fiecare plantă are nevoie de un anumit element mineral. Toate tipurile de animale sunt exigente în felul lor la calitatea hranei. Pentru a exista favorabil și a se dezvolta normal, organismele trebuie să aibă întregul set de factori necesari în modul optim și în cantitate suficientă.

Faptul că limitarea dozelor (sau absenței) oricăreia dintre substanțele necesare plantelor, care aparțin atât micro cât și macro elemente, duce la aceleași rezultate de întârziere a creșterii, a fost descoperit și studiat de chimistul german, fondatorul agriculturii. chimie, Eustace von Liebig. Regulile formulate de el se numesc legea lui Liebig a minimului: marimea culturilor este determinata de numarul in sol a acelor nutrienti, nevoile plantelor in care sunt cel mai putin satisfacute. Pentru a face acest lucru, Liebig a descris un butoi cu scurgeri, arătând că gaura inferioară stabilește cantitatea de lichid din el.

Observație 1

Legea minimului este valabilă atât pentru animale, cât și pentru plante, inclusiv pentru om, care, în anumite condiții, trebuie să folosească vitamine sau apă minerală pentru a compensa lipsa oricărui element din organism.

Clarificări și modificări aduse legii lui Liebig

Ulterior, au fost aduse o serie de rafinamente legii lui Liebig. O corecție și o adăugare semnificativă este legea acțiunii selective a factorilor asupra diferitelor funcții ale corpului: orice factor de mediu afectează funcțiile organismelor în moduri diferite, optimul pentru un proces, cum ar fi respirația, nu va fi optim pentru altul, precum digestia și invers. Acest grup de perfecționări ale legii lui Liebig include o regulă ușor diferită a reacțiilor de fază „beneficiul nociv”: o concentrație mică de toxic afectează organismele în direcția creșterii funcțiilor sale, în timp ce o concentrație mai mare deprimă sau chiar duce la moartea organismului. Aceste modele toxicologice sunt valabile pentru un număr mare (de exemplu, proprietatea de vindecare a concentrațiilor mici de venin de șarpe este renumită), dar nu pentru toate substanțele toxice.

Observația 2

Legea lui Liebig este regula minimului, este unul dintre principiile care determină rolul factorilor de mediu în dezvoltarea și distribuția organismelor. Formulat de G.O. Liebig (1840) pentru culturi.

Conform legii lui Liebig „Substanța care este la minimum este controlată de cultură și se stabilește dimensiunea și stabilitatea acesteia din urmă în timp” Aceasta a însemnat efectul limitativ al substanțelor vitale prezente în sol în cantități mici și instabile. ulterior această generalizare a început să fie interpretată mai larg, ținând cont de alți factori de mediu (de exemplu, temperatura, timpul etc.).

Legile ecologiei— modele generale și principii de interacțiune între societatea umană și mediul natural.

Semnificația acestor legi constă în reglementarea naturii și direcției activității umane în cadrul ecosistemelor de diferite niveluri. Dintre legile ecologiei formulate de diferiți autori, cele mai cunoscute sunt cele patru aforisme ale savantului american de mediu Barry Commoner (1974):

• „totul este legat de tot”(legea conexiunii universale a lucrurilor și fenomenelor din natură);
• „totul trebuie să meargă undeva”(legea conservării masei materiei);
• "Nimic nu vine gratis"(despre prețul dezvoltării);
• „natura știe cel mai bine”(despre principalul criteriu al selecției evolutive).

Din legea legăturii universale a lucrurilor și fenomenelor din natură("totul este conectat cu totul") urmează câteva consecințe:

• legea numerelor mari - actiunea cumulativa a unui numar mare de factori aleatori duce la un rezultat aproape independent de intamplare, i.e. având un caracter sistemic. Astfel, nenumărate bacterii din sol, apă, corpuri de organisme vii creează un mediu microbiologic special, relativ stabil, necesar pentru existența normală a tuturor viețuitoarelor. Sau un alt exemplu: comportamentul aleatoriu al unui număr mare de molecule într-un anumit volum de gaz determină valori destul de definite ale temperaturii și presiunii;
• principiul lui Le Chatelier (maro) - când o acțiune externă scoate sistemul dintr-o stare de echilibru stabil, acest echilibru se deplasează în direcția în care efectul acțiunii externe scade. La nivel biologic, se realizează sub forma capacităţii ecosistemelor de a se autoregla;
• legea optimității- orice sistem functioneaza cu cea mai mare eficienta in unele limite spatio-temporale caracteristice acestuia;
• orice modificări sistemice ale naturii au un impact direct sau indirect asupra unei persoane - de la starea individului la relații sociale complexe.

Din legea conservării masei materiei(„totul trebuie să meargă undeva”) urmează cel puțin două postulate de importanță practică:

Barry Commoner scrie „... ecosistemul global este o singură entitate în cadrul căreia nimic nu poate fi câștigat sau pierdut și care nu poate fi supusă îmbunătățirii universale; tot ceea ce a fost extras din el prin munca umană trebuie înlocuit. Plata acestei facturi nu poate fi evitată; poate fi doar amânată. Actuala criză de mediu sugerează că întârzierea a fost foarte lungă.”

Principiu „natura știe cel mai bine” determină, în primul rând, ce poate și ce nu trebuie să aibă loc în biosferă. Totul în natură – de la simple molecule până la oameni – a trecut de cea mai severă competiție pentru dreptul de a exista. În prezent, planeta este locuită de doar 1/1000 de specii de plante și animale testate de evoluție. Principalul criteriu pentru această selecție evolutivă este încorporarea în ciclul biotic global., umplerea tuturor nișelor ecologice. Orice substanță produsă de organisme trebuie să aibă o enzimă care o descompune și toți produșii de descompunere trebuie din nou implicați în ciclu. Cu fiecare specie biologică care a încălcat această lege, evoluția s-a despărțit mai devreme sau mai târziu. Civilizația industrială umană încalcă grav izolarea ciclului biotic la scară globală, care nu poate rămâne nepedepsit. În această situație critică, trebuie găsit un compromis, care poate fi făcut doar de o persoană care are minte și dorință pentru asta.

Pe lângă formulările lui Barry Commoner, ecologistii moderni au dedus o altă lege a ecologiei - „nu este suficient pentru toată lumea” (legea resurselor limitate). Evident, masa de nutrienți pentru toate formele de viață de pe Pământ este finită și limitată. Nu este suficient pentru toți reprezentanții lumii organice care apar în biosferă, prin urmare, o creștere semnificativă a numărului și masei oricăror organisme la scară globală poate avea loc numai datorită scăderii numărului și masei altora. Economistul englez T.R. Malthus (1798), care a încercat să justifice inevitabilitatea competiției sociale cu aceasta. La rândul său, Charles Darwin a împrumutat de la Malthus conceptul de „luptă pentru existență” pentru a explica mecanismul selecției naturale în natura vie.

Legea resurselor limitate- sursa tuturor formelor de competiție, rivalitate și antagonism în natură și, din păcate, în societate. Și oricât de mult consideră că lupta de clasă, rasismul, conflictele interetnice sunt fenomene pur sociale, toate își au rădăcinile în competiția intraspecifică, care uneori ia forme mult mai crude decât la animale.

Diferența esențială este că în natură, ca rezultat al luptei competitive, cei mai buni supraviețuiesc, dar în societatea umană nu este deloc așa.

O clasificare generalizată a legilor de mediu a fost prezentată de celebrul om de știință sovietic N.F. Reimers. Li se dau următoarele afirmații:

• legea echilibrului social și ecologic(necesitatea de a menține un echilibru între presiunea asupra mediului și refacerea acestui mediu, atât natural, cât și artificial);
• principiul managementului dezvoltării culturale(impunerea de restricții asupra dezvoltării extensive, ținând cont de restricțiile de mediu);
• regula substituţiei socio-ecologice(nevoia de a identifica modalități de înlocuire a nevoilor umane);
• legea ireversibilității socio-ecologice(imposibilitatea întoarcerii mișcării evolutive înapoi, de la forme complexe la forme mai simple);
• legea noosferei Vernadsky (inevitabilitatea transformării biosferei sub influența gândirii și a muncii umane în noosferă - geosfera, în care mintea devine dominantă în dezvoltarea sistemului „om-natura”).

Respectarea acestor legi este posibilă dacă umanitatea își realizează rolul în mecanismul de menținere a stabilității biosferei. Se știe că în procesul de evoluție se păstrează doar acele specii care sunt capabile să asigure stabilitatea vieții și a mediului. Numai omul, folosind puterea minții sale, poate direcționa dezvoltarea ulterioară a biosferei pe calea conservării faunei sălbatice, păstrând civilizația și umanitatea, creând un sistem social mai just, trecând de la filosofia războiului la filosofia păcii și parteneriatului. , dragoste și respect pentru generațiile viitoare. Toate acestea sunt componente ale unei noi viziuni biosferice asupra lumii, care ar trebui să devină universală.

Legile și principiile ecologiei

Legea minimului

În 1840 Y. Liebig a constatat că recolta este adesea limitată nu de acei nutrienți care sunt necesari în cantități mari, ci de cei care sunt necesari puțin, dar care sunt și rare în sol. Legea pe care a formulat-o spunea: „Recolta este controlată de substanța care este la minimum, amploarea și stabilitatea acesteia din urmă în timp este determinată”. Ulterior, la nutrienți au fost adăugați o serie de alți factori, cum ar fi temperatura. Funcționarea acestei legi este limitată de două principii. Prima lege a lui Liebig este strict valabilă doar în condiții staționare. O formulare mai precisă: „în stare staționară, substanța limitatoare va fi substanța ale cărei cantități disponibile se apropie cel mai mult de minimul necesar”. Al doilea principiu se referă la interacțiunea factorilor. O concentrație mare sau disponibilitatea unei anumite substanțe poate modifica aportul unui nutrient minim. Următoarea lege este formulată chiar în ecologie și generalizează legea minimului.

Legea toleranței

Această lege este formulată astfel: absența sau imposibilitatea dezvoltării unui ecosistem este determinată nu numai de o deficiență, ci și de un exces al oricăruia dintre factori (căldură, lumină, apă). În consecință, organismele se caracterizează atât printr-un minim, cât și printr-un maxim ecologic. Prea mult lucru bun este și rău. Intervalul dintre cele două valori este limitele de toleranță, în care organismul răspunde în mod normal la influența mediului. Legea toleranței propusă W. Shelfordîn 1913. Putem formula o serie de propuneri care îl completează.

• Organismele pot avea o gamă largă de toleranță pentru un factor și una îngustă pentru altul.
• Organismele cu o gamă largă de toleranță la toți factorii sunt de obicei cele mai răspândite.
• Dacă condițiile pentru un factor de mediu nu sunt optime pentru specie, atunci intervalul de toleranță pentru alți factori de mediu se poate restrânge.
• În natură, organismele se găsesc foarte des în condiții care nu corespund valorii optime a unuia sau altuia factor determinat în laborator.
• Sezonul de reproducere este de obicei critic; în această perioadă, mulți factori de mediu se dovedesc adesea limitatori.

Organismele vii modifică condițiile de mediu pentru a slăbi influența limitativă a factorilor fizici. Speciile cu o largă răspândire geografică formează populații adaptate condițiilor locale, care se numesc ecotipuri. Limitele optime și de toleranță ale acestora corespund condițiilor locale.

Conceptul general de factori limitatori

Cei mai importanți factori de pe uscat sunt lumina, temperatura și apa (precipitațiile), în timp ce în mare, lumina, temperatura și salinitatea. Aceste condiții fizice de existență Mai fi limitativ și influențând favorabil. Toți factorii de mediu depind unul de celălalt și acționează în mod concertat. Alți factori limitanți includ gazele atmosferice (dioxid de carbon, oxigen) și sărurile biogene. Formulând „legea minimului”, Liebig a avut în vedere efectul limitativ al elementelor chimice vitale prezente în mediu în cantități mici și intermitente. Ele sunt numite oligoelemente și includ fier, cupru, zinc, bor, siliciu, molibden, clor, vanadiu, cobalt, iod, sodiu. Multe oligoelemente, cum ar fi vitaminele, acționează ca catalizatori. Fosforul, potasiul, calciul, sulful, magneziul, necesar organismelor în cantități mari, se numesc macronutrienți. Un factor limitator important în condițiile moderne este poluarea mediului. Principalul factor limitator pentru Y. Odumu, - dimensiuni si calitate oikosa", sau al nostru" casa naturala,și nu doar numărul de calorii care pot fi stoarse din pământ. Peisajul nu este doar un depozit, ci și casa în care locuim. „Obiectivul ar trebui să fie păstrarea a cel puțin o treime din tot terenul ca spațiu deschis protejat. Aceasta înseamnă că o treime din întregul nostru habitat ar trebui să fie parcuri naționale sau locale, rezervații, zone verzi, zone sălbatice etc. Teritoriul cerut de o persoană, conform diverselor estimări, variază de la 1 la 5 hectare. Al doilea dintre aceste cifre depășește suprafața care cade acum asupra unui locuitor al Pământului.

Densitatea populației se apropie de o persoană la 2 hectare de teren. Doar 24% din teren este potrivit pentru agricultură. În timp ce doar 0,12 hectare pot furniza suficiente calorii pentru a susține o persoană, o dietă sănătoasă cu multă carne, fructe și verdeață necesită aproximativ 0,6 hectare de persoană. În plus, sunt necesare circa 0,4 hectare pentru producerea diferitelor tipuri de fibre (hârtie, lemn, bumbac) și alte 0,2 hectare pentru drumuri, aeroporturi, clădiri etc. De aici și conceptul de „miliard de aur”, conform căruia populația optimă este de 1 miliard de oameni și, prin urmare, există deja aproximativ 5 miliarde de „oameni în plus”. Omul, pentru prima dată în istoria sa, s-a confruntat mai degrabă cu limitări decât cu limitări locale. Depășirea factorilor limitanți necesită cheltuieli uriașe de materie și energie. Dublarea randamentului necesită o creștere de zece ori a cantității de îngrășăminte, pesticide și energie (animale sau mașini). Mărimea populației este, de asemenea, un factor limitativ.

Legea excluderii competitive

Această lege este formulată astfel: două specii care ocupă aceeași nișă ecologică nu pot coexista într-un loc la infinit.

Ce specie câștigă depinde de condițiile externe. În condiții similare, toată lumea poate câștiga. O circumstanță importantă pentru victorie este rata de creștere a populației. Incapacitatea unei specii de a face competiție biotică duce la deplasarea acesteia și la necesitatea de a se adapta la condiții și factori mai dificili.

Legea excluderii competitive poate funcționa și în societatea umană. Particularitatea acțiunii sale în prezent este că civilizațiile nu se pot dispersa. Nu au de unde să-și părăsească teritoriul, deoarece în biosferă nu există spațiu liber pentru așezare și nu există exces de resurse, ceea ce duce la o agravare a luptei cu toate consecințele care decurg. Putem vorbi despre rivalitatea ecologică între țări și chiar despre războaie ecologice sau războaie cauzate de motive ecologice. La un moment dat, Hitler a justificat politica agresivă a Germaniei naziste prin lupta pentru spațiul de locuit. Resurse de petrol, cărbune etc. și atunci au fost importanți. Au o greutate și mai mare în secolul XXI. În plus, a fost adăugată necesitatea unor teritorii pentru eliminarea deșeurilor radioactive și a altor deșeuri. Războaiele – calde și reci – capătă o dimensiune ecologică. Multe evenimente din istoria modernă, precum prăbușirea Uniunii Sovietice, sunt percepute într-un mod nou, dacă le priviți dintr-o perspectivă ecologică. O civilizație nu numai că o poate cuceri pe alta, dar o poate folosi în scopuri egoiste din punct de vedere ecologic. Acesta va fi colonialismul ecologic. Așa se împletesc problemele politice, sociale și de mediu.

Legea fundamentală a ecologiei

Una dintre principalele realizări ale ecologiei a fost descoperirea că nu numai organismele și speciile se dezvoltă, ci și. Se numește succesiunea comunităților care se înlocuiesc într-o zonă dată serie. Succesiunea are loc ca urmare a unei schimbări a mediului fizic sub acțiunea comunității, adică. controlat de el.

Productivitatea ridicată oferă o fiabilitate scăzută - o altă formulare a legii de bază a ecologiei, din care rezultă următoarea regulă: „Eficiența optimă este întotdeauna mai mică decât maximă”. Diversitatea, în conformitate cu legea de bază a ecologiei, este direct legată de durabilitate. Cu toate acestea, nu se știe încă în ce măsură această relație este cauzală.

Câteva alte legi și principii importante pentru ecologie.

Legea apariției: întregul are întotdeauna proprietăți speciale pe care partea sa nu le are.

Legea Varietății Necesare: sistemul nu poate consta din elemente absolut identice, ci poate avea o organizare ierarhica si niveluri integratoare.

Legea ireversibilității evoluției: un organism (populație, specie) nu se poate întoarce la starea anterioară, realizată în seria strămoșilor săi.

Legea Complicației Organizației: dezvoltarea istorică a organismelor vii duce la complicarea organizării lor prin diferenţierea organelor şi funcţiilor.

legea biogenetică(E. Haeckel): ontogeneza unui organism este o scurtă repetare a filogenezei unei specii date, i.e. individul în dezvoltarea sa repetă pe scurt dezvoltarea istorică a speciei sale.

Legea dezvoltării neuniforme a părților sistemului: sistemele unui nivel al ierarhiei nu se dezvoltă strict sincron, în timp ce unele ajung la un stadiu superior de dezvoltare, altele rămân într-o stare mai puțin dezvoltată. Această lege este direct legată de legea varietății necesare.

Legea conservării vieții: viata poate exista numai in procesul de miscare prin corpul viu al fluxului de substante, energie, informatii.

Principiul menținerii ordinii(Y. Prigozhy): în sistemele deschise, entropia nu crește, ci scade până când se atinge valoarea constantă minimă, care este întotdeauna mai mare decât zero.

Principiul Le Chatelier-Brown: cu o influență externă care scoate sistemul dintr-o stare de echilibru stabil, acest echilibru este deplasat în direcția în care efectul influenței externe este slăbit.

Principiul economisirii energiei(L. Onsager): cu probabilitatea desfăşurării procesului într-un anumit set de direcţii permise de principiile termodinamicii se realizează cea care asigură un minim de disipare a energiei.

Legea maximizării energiei și informației: cea mai bună șansă de autoconservare are un sistem care este cel mai propice pentru primirea, producerea și utilizarea eficientă a energiei și informațiilor; aportul maxim al unei substanţe nu garantează succesul sistemului în lupta competitivă.

Legea dezvoltării sistemului în detrimentul mediului: orice sistem se poate dezvolta numai prin utilizarea capacităților materiale, energetice și informaționale ale mediului său; autodezvoltarea absolut izolată este imposibilă.

regula lui Schrödinger„despre nutriția” organismului cu entropie negativă: ordinea organismului este mai mare decât mediul, iar organismul dă mai multă dezordine acestui mediu decât primește. Această regulă se corelează cu principiul lui Prigogine de a menține ordinea.

Regula de accelerare a evoluției: odată cu creșterea complexității organizării biosistemelor, durata de existență a unei specii se reduce în medie, iar ritmul de evoluție crește. Durata medie de viață a unei specii de păsări este de 2 milioane de ani, iar cea a unei specii de mamifere este de 800.000 de ani. Numărul speciilor dispărute de păsări și mamifere în comparație cu numărul lor total este mare.

Legea independenței relative a adaptării: adaptabilitatea ridicată la unul dintre factorii de mediu nu oferă același grad de adaptare la alte condiții de viață (dimpotrivă, poate limita aceste posibilități datorită caracteristicilor fiziologice și morfologice ale organismelor).

Principiul dimensiunii minime a populației: există o dimensiune minimă a populației sub care dimensiunea populației nu poate scădea.

Regula reprezentării genului de către o singură specie: în condiţii omogene şi într-o zonă restrânsă, un gen taxonom, de regulă, este reprezentat de o singură specie. Aparent, acest lucru se datorează proximității nișelor ecologice ale speciilor din același gen.

Legea epuizării materiei vii în concentrațiile sale insulare(G.F. Hilmi): „Un sistem individual care funcționează într-un mediu cu un nivel de organizare mai mic decât nivelul sistemului în sine este condamnat: pierzându-și treptat structura, sistemul se va dizolva în mediu după un timp.” Aceasta conduce la o concluzie importantă pentru activitățile de mediu umane: conservarea artificială a ecosistemelor de dimensiuni reduse (într-o zonă limitată, de exemplu, o rezervație) duce la distrugerea lor treptată și nu asigură conservarea speciilor și comunităților.

Legea piramidei energetice(R. Lindeman): de la un nivel trofic al piramidei ecologice, în medie, aproximativ 10% din energia primită la nivelul anterior trece la un alt nivel, superior. Fluxul invers de la nivelurile superioare la cele inferioare este mult mai slab - nu mai mult de 0,5-0,25% și, prin urmare, nu este necesar să vorbim despre ciclul energetic în biocenoză.

Regula obligației de a umple nișele ecologice: o nișă ecologică goală este întotdeauna și în mod necesar umplută în mod natural („natura nu tolerează golul”).

Principiul formării ecosistemelor: existența pe termen lung a organismelor este posibilă numai în cadrul sistemelor ecologice, în care componentele și elementele lor se completează reciproc și se adaptează reciproc. Din aceste legi și principii de mediu rezultă câteva concluzii care sunt corecte pentru sistemul „om-mediu”. Ele aparțin tipului de lege de restricție a diversității, adică. impun restricții asupra activităților umane pentru a transforma natura.

legea bumerangului: tot ceea ce este extras din biosferă prin munca umană trebuie returnat acesteia.

Legea de neînlocuit a biosferei: biosfera nu poate fi înlocuită cu un mediu artificial, așa cum, să zicem, nu se pot crea noi tipuri de viață. O persoană nu poate construi o mașină cu mișcare perpetuă, în timp ce biosfera este practic o mașină cu mișcare „perpetuă”.

Legea pielii pietricele: potențialul global inițial al resurselor naturale este epuizat continuu pe parcursul dezvoltării istorice. Acest lucru rezultă din faptul că în prezent nu există resurse fundamental noi care ar putea apărea. Pentru viața fiecărei persoane sunt necesare 200 de tone de substanțe solide pe an, pe care acesta, cu ajutorul a 800 de tone de apă și o medie de 1000 W de energie, le transformă într-un produs util pentru sine. Tot acest om ia din ceea ce este deja în natură.

Principiul depărtării evenimentului: descendenții vor veni cu ceva pentru a preveni posibilele consecințe negative. Întrebarea cât de mult pot fi transferate legile ecologiei în relația omului cu mediul rămâne deschisă, deoarece omul diferă de toate celelalte specii. De exemplu, la majoritatea speciilor, rata de creștere a populației scade odată cu creșterea densității populației; la om, dimpotrivă, creșterea populației în acest caz se accelerează. Unele dintre mecanismele de reglementare ale naturii sunt absente la oameni, iar acest lucru poate servi drept motiv suplimentar pentru optimismul tehnologic la unii și pentru pesimiștii de mediu să depună mărturie despre pericolul unei astfel de catastrofe, ceea ce este imposibil pentru orice altă specie.

Legile și principiile de bază ale ecologiei

Sarcina ecologiei este să caute legi care explică interacțiunea organismelor și a mediului.

(Ce este un factor de mediu? Ce grupuri de factori de mediu cunoașteți?)

Un organism viu în condiții naturale este expus simultan nu unuia, ci multor factori de mediu, atât biotici, cât și abiotici. Orice factor de mediu este dinamic, schimbător în timp și spațiu. Cu toate acestea, fiecare organism viu necesită niveluri strict definite, cantități (doze) de factori de mediu, precum și anumite limite ale fluctuațiilor acestora. Dacă regimurile tuturor factorilor de mediu corespund cerințelor stabilite ereditar ale organismului (adică genotipul său), atunci acesta este capabil să supraviețuiască și să producă descendenți viabili.

Deci plantele au nevoie de cantități semnificative de umiditate, nutrienți (azot, fosfor, potasiu), dar cerințele pentru alte substanțe, precum bor sau molibden, sunt determinate de cantități neglijabile. Cu toate acestea, lipsa sau absența oricărei substanțe (atât macro, cât și microelemente) afectează negativ starea organismului, chiar dacă toate celelalte sunt prezente în cantitățile necesare.

Legea minimului

Din punct de vedere istoric, prima pentru ecologie a fost legea care stabilește dependența sistemelor vii de factorii care limitează dezvoltarea lor (așa-numiții factori limitatori).

Conceptul de factori limitatori a fost introdus în 1840 de către chimistul și fiziologul german Justus Liebig (1803-1873). Studiind influența conținutului diferitelor elemente chimice din sol asupra creșterii plantelor, el a formulat regula: „Recolta (producția) depinde de factorul care este la minimum”. Această regulă este cunoscută ca Legea minimului a lui Liebig.

Ca o ilustrare vizuală a legii lui Liebig a minimului, este adesea descris un butoi, în care scândurile care formează suprafața laterală au înălțimi diferite. Lungimea celei mai scurte plăci determină nivelul până la care butoiul poate fi umplut cu apă. Prin urmare, lungimea acestei plăci este factorul limitator pentru cantitatea de apă care poate fi turnată într-un butoi. Lungimea celorlalte plăci nu mai contează.

Să analizăm legea minimului pe exemple specifice. Solul conține toate elementele de nutriție minerală necesare acestui tip de plante, cu excepția uneia dintre ele, precum zincul. Creșterea plantelor pe un astfel de sol va fi sever inhibată sau chiar imposibilă. Dacă în sol se adaugă cantitatea potrivită de zinc, aceasta va duce la creșterea îmbunătățită a plantelor. Dar dacă introducem orice altă substanță chimică (ex. potasiu, azot, fosfor) și încă lipsește zincul, nu va avea niciun efect.

În 1908, climatologul Voeikov a folosit legea minimului în raport cu factorii climatici, iar în 1936 zoogeograful Gepner în zoogeografie. Legea lui Liebig a minimului se aplică tuturor factorilor abiotici și biotici care afectează organismul.

Astfel, legea minimului este valabilă nu numai pentru plante, ci și pentru toate organismele vii, inclusiv pentru oameni. Se știe că, în unele cazuri, lipsa oricăror elemente din organism trebuie compensată prin utilizarea apei minerale sau a vitaminelor.

(Exemplu. Necesarul minim zilnic de iod pentru un adult, conform OMS, este de 150–200 mcg. Iodul face parte din hormonii tiroidieni și este esențial pentru organismul nostru pentru multe procese fiziologice:

Formarea și funcționarea normală a creierului,

Dezvoltarea inteligenței înalte,

funcția normală a tiroidei,

Creșterea și dezvoltarea normală a copilului,

O viață plină de adult și procreare,

Cursul normal al sarcinii și al nașterii, dezvoltarea normală a fătului și a nou-născutului,

Încetinirea dezvoltării aterosclerozei și a îmbătrânirii corpului, pentru a prelungi tinerețea și a preveni îmbătrânirea prematură, pentru a menține o minte limpede și o memorie bună pentru mulți ani.)

În viziunea modernă, legea minimului spune: „Apropiindu-se de valoarea sa minimă necesară menținerii vieții organismului, factorul de mediu devine limitativ, adică. limitează capacitatea organismului de a supraviețui.

Pe deplin și în cea mai generală formă, complexitatea influenței factorilor de mediu asupra organismului reflectă legea toleranței a lui W. Shelford.

Legea toleranței

Conceptul de influență limitativă a maximului împreună cu minimul a fost introdus de omul de știință american Shelford în 1913, care a formulat legea toleranței. Toleranță (din latinescul tolerantia) - înseamnă stabilitate, răbdare.

Legea toleranței - factorul limitator pentru prosperitatea unui organism (specie) poate fi atât un minim, cât și un maxim al unui factor de mediu, intervalul între care determină cantitatea de rezistență - toleranța organismului la acest factor.

În ceea ce privește acțiunea unui factor, această lege poate fi ilustrată astfel: un anumit organism este capabil să existe la temperaturi de la -5 la +25 grade Celsius, adică. intervalul său de toleranță se află în aceste temperaturi. Precum temperatura, există și alți factori limitatori.

Prin urmare, factori limitativi de mediu ar trebui numiți astfel de factori care limitează dezvoltarea organismelor din cauza lipsei sau excesului față de necesitate (valoare optimă). Optimul este cantitatea de factor de mediu la care intensitatea activității vitale a organismului este maximă.

În consecință, organismele se caracterizează atât printr-un minim, cât și printr-un maxim ecologic. Prea mult lucru bun este și rău. Intervalul dintre cele două valori este limitele de toleranță, în care organismul răspunde în mod normal la influența mediului. Cu cât este mai mare amplitudinea fluctuațiilor factorului, la care organismul poate rămâne viabil, cu atât este mai mare stabilitatea acestuia, adică toleranța la unul sau altul.

Organismul are anumite limite de toleranță moștenite de la strămoși și transmise descendenților, iar dacă factorul depășește limitele (superioare sau inferioare), atunci nivelul factorului este incompatibil cu viața.

Acest lucru poate fi demonstrat pe un model grafic simplu. Valorile factorului sunt reprezentate pe axa orizontală, în timp ce caracteristicile stării de viață sunt reprezentate pe axa verticală.

La un anumit nivel, factorul nu afectează negativ starea de sănătate a organismului, adică. nivelul este optim (UFopt), iar pe axa verticală acest nivel va corespunde condiției optime de viață (LSopt). Este clar că dacă factorul începe să devieze într-o direcție sau alta de la UVopt, atunci starea corpului se va deteriora. Aceasta se arată sub forma unei curbe de stare vitală, care scade treptat și ajunge în cele din urmă pe axa orizontală, ceea ce înseamnă că nivelul factorului este incompatibil cu viața (punctele UVlet), ceea ce înseamnă nivelul letal.

Pentru organism, nu numai amplitudinea reală a fluctuațiilor factorilor de mediu este importantă, ci și viteza cu care se schimbă factorul. Experimentele sunt cunoscute când, cu o scădere bruscă a temperaturii aerului de la +15 la -20 ° C, omizile unor fluturi au murit și, cu o răcire lentă, treptată, au reușit să revină la viață după temperaturi mult mai scăzute.

Trebuie avut în vedere faptul că organismele individuale și populațiile lor sunt afectate simultan de mulți factori care creează un set de condiții în care anumite organisme pot trăi. Unii factori pot spori sau slăbi efectul altor factori. De exemplu, la o temperatură optimă, rezistența organismelor la lipsa de umiditate și hrană crește. La rândul său, abundența alimentelor crește rezistența organismelor la condițiile climatice nefavorabile. Adică gama de toleranță a organismului nu rămâne constantă, natura acțiunii factorilor de mediu în anumite condiții se poate modifica, adică. poate fi sau nu limitativ.

euribionti(din greacăευρί - „larg” și greacăβίον - „viu”) - organisme care pot exista într-o gamă largă de condiții naturale de mediu și pot rezista la schimbările lor semnificative.

De exemplu, animalele care trăiesc în zone cu climat continental capabil să tolereze fluctuații sezoniere semnificative de temperatură, umiditate și alți factori naturali. Locuitori regiunile litorale sunt expuși în mod regulat la fluctuațiile de temperatură și salinitatea apei din jur, precum și la drenaj.

Organismele euribionte, de regulă, au mecanisme morfofiziologice care le permit să mențină constanța mediului lor intern chiar și cu fluctuații bruște ale condițiilor de mediu.

Din legea toleranței decurg mai multe concluzii, care sunt importante pentru explicarea motivelor răspândirii și supraviețuirii organismelor (Odum, 1986):

Organismele pot avea o gamă largă de toleranță pentru un factor și o gamă îngustă pentru altul;

Organismele cu o gamă largă de toleranță pentru toți factorii sunt cele mai răspândite;

Dacă nivelul unui factor de mediu se află în afara intervalului de toleranță, atunci se poate modifica și intervalul de toleranță pentru alți factori de mediu (de exemplu, cu o concentrație scăzută de azot în sol, plantele consumă mai multă apă pentru a preveni ofilirea);

Nișa ecologică a unui organism

Pentru a defini acest concept important de ecologie, este necesar să luăm în considerare câteva exemple specifice. Multe specii de mamifere și păsări, chiar apropiate ca origine în clasificarea sistematică, trăiesc în locuri diferite. De exemplu, potârnichia albă trăiește în tundra, iar „ruda” sa apropiată - potârnichea de munte - este un locuitor al stepelor și dealurilor Asiei Centrale. Pentru ursul brun, habitatul obișnuit este taiga, iar ursul polar trăiește pe insulele Oceanului Arctic.

Să ne amintim ce păsări de pădure știe toată lumea, ciocănitoarea, cucul, cocoșul negru, asoriul. Fiecare dintre ele are cerințe diferite pentru resursele alimentare (factori) și, în plus, fiecare are propriul loc de cuibărit specific în aceeași pădure, în funcție de cerințele pentru factorii abiotici. Deci cocoșul negru își construiește cuiburile direct pe pământ, ciocănitoarea cuibărește în scobiturile copacilor, cuibul răpitorului este situat în părțile superioare ale coroanelor celor mai înalți copaci, iar cucul nu construiește deloc cuiburi și nu face. cloci pui, folosind cuiburile altora.

Orice gazdă știe bine că diferitele plante de interior necesită regimuri diferite de udare, sol, iluminare diferită. Unele plante tolerează fluctuații mari ale factorilor, în timp ce altele nu.

Dacă rezumăm toate exemplele de mai sus, devine clar că fiecare plantă sau organism animal are propriile cerințe specifice pentru factorii de mediu moșteniți de la strămoși, de exemplu. limitele de toleranță. Organismele pot supraviețui, dezvolta, reproduce doar acolo unde mulți factori de mediu nu sunt limitativi pentru ele.

Prin urmare, O nișă ecologică este o combinație a tuturor factorilor de mediu în care o specie poate exista în natură și activitatea sa de formare a mediului.

Adică nu este doar spațiul fizic ocupat de organism, ci și rolul său funcțional în comunitate (poziția în lanțul trofic) și locul său în raport cu factorii externi.

Se asociază conceptul de nișă ecologică Principiul excluderii gause(principiul Voltaire-Gause) sau legea excluderii competitive care sună așa, două specii nu pot exista în aceeași localitate dacă nevoile lor ecologice sunt identice, adică. dacă ocupă aceeaşi nişă ecologică. In legatura cu acest principiu, oricare doua specii cu nevoi ecologice identice sunt separate in spatiu si/sau timp (traiesc in biotopi diferite, straturi forestiere, unele sunt nocturne, altele diurne). Cu oportunități foarte limitate de separare spațiu-timp, una dintre specii dezvoltă o nouă nișă ecologică sau dispare. Principiul a fost formulat în 1926 de W. Volterra și demonstrat experimental în 1931-1935. om de știință G.Gause.

Caracteristicile unei nișe ecologice:

2. Suprapunerea acestei nise cu cele vecine

Lățimea nișei ecologice- parametru relativ, care este estimat prin comparație cu lățimea nișei ecologice a altor specii.

Eurybionts au, în general, nișe ecologice mai largi decât stenobionts. Totuși, aceeași nișă ecologică poate avea o lățime diferită în direcții diferite: de exemplu, în ceea ce privește distribuția spațială, conexiunile alimentare etc.

Acoperirea nișei ecologice apare atunci când specii diferite cohabitează folosind aceleași resurse. Suprapunerea poate fi totală sau parțială, în funcție de unul sau mai mulți parametri ai nișei ecologice.

Dacă nișa ecologică a unei specii include nișa ecologică a alteia (Fig. 1), atunci apare o concurență intensă, concurentul dominant își va împinge rivalul la periferia zonei de fitness.

Dacă nișele ecologice se suprapun parțial (Fig. 2), atunci coexistența lor va fi posibilă datorită prezenței unor adaptări specifice fiecărei specii.

Dacă nișele ecologice ale organismelor a două specii sunt foarte diferite unele de altele, atunci aceste specii care au același habitat nu concurează între ele (Fig. 3).

Concurența are consecințe importante asupra mediului. În natură, indivizii fiecărei specii sunt supuși simultan competiției interspecifice și intraspecifice. Interspecific în consecințele sale este opus intraspecific, deoarece îngustează suprafața habitatelor și cantitatea și calitatea resurselor de mediu necesare.

Competiția intraspecifică promovează distribuția teritorială a speciilor, adică extinderea nișei ecologice spațiale. Rezultatul final este raportul dintre competiția interspecifică și cea intraspecifică. Daca competitia interspecifica este mai mare, atunci raza unei specii date scade la un teritoriu cu conditii optime si, in acelasi timp, creste specializarea speciei.

O serie de alte legi importante pentru ecologie.

Principiul Ollie (formulat de omul de știință american W. Ollie în 1931) - principiul agregării indivizilor, generalizează valoarea limită a mărimii populaţiei. Agregarea (acumularea) indivizilor, de regulă, intensifică competiția dintre ei pentru resursele alimentare și spațiul de locuit, dar duce la o capacitate crescută de supraviețuire a grupului în ansamblu. Astfel, densitatea globală la care se observă creșterea și supraviețuirea optimă a populației variază în funcție de specie și condiții, astfel încât atât „subpopulația” cât și „suprapopularea” pot servi ca factori limitatori de mediu. Principiul Ollie dictează, de exemplu, necesitatea densității de plantare, mai ales în câmpurile pline de buruieni.

Legea ireversibilității evoluției. Paleontologul belgian Louis Dollot a formulat în 1893 poziția generală conform căreia evoluția este un proces ireversibil. Această poziție a fost apoi confirmată în mod repetat și a primit numele legea lui Dollo.

Un organism (populație, specie) nu se poate întoarce, măcar parțial, la starea anterioară deja realizată în seria strămoșilor săi, chiar și după revenirea în habitatul lor. Astfel, cetaceele care s-au adaptat secundar la viața în apă și-au păstrat toate trăsăturile mamiferelor, dobândind doar o asemănare externă, și nu funcțională, cu strămoșii lor pești.

Plănuit legitim.

Proeminentul om de știință american Barry Commoner a generalizat în 1974 natura sistemică în ecologie sub forma a patru legi numite „commoner”, care sunt prezentate în prezent în aproape orice manual despre ecologie și pot fi numite legile ecologiei. Respectarea lor este o condiție prealabilă pentru orice activitate umană în natură. Aceste legi sunt o consecință a principiilor de bază ale teoriei generale a vieții

Prima lege « Totul este legat de tot". De aici rezultă că influența asupra oricărui sistem natural de pe Pământ provoacă o serie de efecte, a căror dezvoltare optimă este greu de prevăzut. Acesta avertizează o persoană împotriva impactului erupție cutanată asupra anumitor părți ale ecosistemelor, care poate duce la consecințe neprevăzute. Biosfera este casa noastră comună. Nu poate exista fericire ecologică într-o singură țară, cu poluarea oceanelor, efectul de seră, „găuri” de ozon etc. întreaga comunitate trebuie să lupte.

A doua lege « Totul trebuie să meargă undeva.” rezultă din legea fundamentală a conservării materiei. O persoană trăiește într-un spațiu închis, prin urmare, tot ceea ce este creat și tot ceea ce este luat din natură îi este înapoiat într-un anumit fel. Cantități enorme de substanțe sunt extrase din Pământ, transformate în noi compuși și dispersate în mediu fără a ține cont de faptul că „totul merge undeva”. Și, ca urmare, se acumulează cantități uriașe de substanțe acolo unde, prin natura lor, nu ar trebui să fie.

a treia lege « Natura știe cel mai bine" pornește din faptul că „structura organismului ființelor vii actuale sau al organismelor unui ecosistem natural modern este cea mai bună, în sensul că au fost selectate cu grijă dintre opțiunile nereușite în procesul evoluției și că orice opțiune nouă este probabil să fie mai rău decât cel actual.” Omul trebuie să mențină echilibrul ecologic al biosferei fără a încerca să fie mai inteligent decât natura. Fără o cunoaștere exactă a consecințelor transformării mediului natural, nu sunt permise „îmbunătățiri”.

A patra lege „Nimic nu vine gratis” după Commoner, ea combină cele trei legi anterioare, deoarece biosfera ca ecosistem global este un întreg unic, în cadrul căruia nimic nu poate fi câștigat sau pierdut și care nu poate face obiectul unei îmbunătățiri generale; tot ceea ce a fost extras din el prin munca umană trebuie înlocuit. Plata acestei facturi nu poate fi evitată; poate fi doar amânată.

Regula naturii. Am spus deja că toate legile ecologiei sunt valabile pentru o persoană în aceeași măsură ca și pentru orice alt organism. Și omul (un mamifer din ordinul primatelor) în procesul de evoluție și-a dobândit propriile sale, doar cerințele sale inerente pentru factorii de mediu, adică. are propria sa nișă ecologică. Toate reprezintă multe dintre aceste cerințe: toleranță la temperatură, presiune, ingrediente alimentare. Aceste cerințe sunt relativ înguste: în realitate, o persoană poate supraviețui numai în interiorul pământului și în centura ecuatorială, la o înălțime relativ scăzută (până la 4 km) deasupra nivelului mării.

Cerințele noastre pentru factorii de mediu sunt aceleași în toate condițiile: sub apă, în spațiul cosmic, într-o unitate de producție. Cu toate acestea, omul a stăpânit orice condiții. Pentru a face acest lucru, i s-a permis mintea, datorită căreia își poate imita nișa ecologică. Într-o navă spațială sau submarin, numeroase echipamente mențin condiții potrivite pentru om, la latitudini mari și mijlocii cerințele de temperatură sunt asigurate prin încălzire și îmbrăcăminte, iar curățenia aerului din ateliere este asigurată de sisteme de curățare.

Astfel, în ciuda faptului că omul a stăpânit aproape întreg teritoriul planetei și spațiului din apropierea Pământului, nișa sa ecologică rămâne neschimbată și vom transmite descendenților noștri cerințele pentru factorii de mediu.

Din aceasta putem formula regula managementului naturii: a păstra viața și prosperitatea omului și a tuturor celorlalte organisme vii care locuiesc pe planetă înseamnă a-și păstra nișele ecologice și complexele (sistemele) naturale acolo unde sunt localizate.

Alte legi ale ecologiei

REGULA LUI ALLEN, regula (stabilită de J. Allen, 1877), după Krom, părțile proeminente ale corpului animalelor cu sânge cald (membre, coadă, urechi etc.) cresc relativ pe măsură ce te deplasezi de la nord la sud în intervalul de o specie. Fenomenul decurge din principiul scăderii transferului de căldură cu o reducere a raportului dintre suprafața corpului și volum. Potrivit P.A., un animal cu sânge cald care trăiește în regiuni cu climă rece are nevoie de părți puternic proeminente pentru a fi scurte, în timp ce animalele care trăiesc în regiuni cu climă caldă, dimpotrivă, părțile puternic proeminente ale corpului creează un anumit beneficiu. De exemplu, vulpea arctică are botul, picioarele și coada mai scurte decât vulpea temperată. P.A. este un caz special al domniei lui Bergmann

REGULA LUI BERGMAN Regula lui Bergman- regula ecogeografică, formulată în 1847 de biologul german Carl Bergmann. Regula spune că dintre formele similare de animale homoioterme (cu sânge cald), cele mai mari sunt cele care trăiesc într-un climat mai rece - la latitudini mari sau la munte. Dacă există specii strâns înrudite (de exemplu, specii din același gen) care nu diferă semnificativ în dieta și stilul lor de viață, atunci specii mai mari apar și în climatele mai severe (reci). .

Regula se bazează pe presupunerea că producția totală de căldură la speciile endoterme depinde de volumul corpului, iar rata transferului de căldură depinde de suprafața acestuia. Odată cu creșterea dimensiunii organismelor, volumul corpului crește mai repede decât suprafața sa.

De exemplu, Forma tigrului Amur cu Orientul îndepărtat mai mare Sumatran din Indonezia. Subspecia nordică lupîn medie mai mari decât cele sudice. Printre speciile strâns înrudite ale genului urs cei mai mari trăiesc în latitudinile nordice (urs polar, urși bruni de pe insula Kodiak), iar cele mai mici specii (de exemplu, ursul cu ochelari) în regiunile cu climă caldă.

Strategii de supraviețuire ecologică.

Strategia de supraviețuire ecologică- dorinta organismelor de a supravietui. Strategiile ecologice de coping sunt multe. De exemplu, în anii 1930 A. G. Romensky (1938) a distins între plante trei tipuri principale de strategii de supraviețuire care vizează creșterea probabilității de a supraviețui și de a lăsa în urmă urmași: violenți, pacienți și explerenți.

Violenti(siloviki) - suprimă toți concurenții, de exemplu, copacii care formează pădurile primare.

Pacienții- specii care pot supraviețui în condiții nefavorabile („iubitoare de umbră”, „iubitoare de sare”, etc.)

Experenți(umplutură) - specii care pot apărea rapid acolo unde comunitățile indigene sunt deranjate - pe butași și zone arse (aspens), pe adâncimi etc.

Este evident că fiecare organism experimentează o combinație de selecție r și K, dar selecția r predomină într-un stadiu incipient al dezvoltării populației, iar selecția K este deja caracteristică sistemelor stabilizate. Dar totuși, indivizii lăsați de selecție ar trebui să aibă o fecunditate suficient de mare și o capacitate suficient de dezvoltată de a supraviețui în prezența concurenței și a „presei” prădătorilor. Competiția selecției r și K face posibilă evidențierea diferitelor tipuri de strategii și clasificarea speciilor în funcție de valorile lor și K în orice grup de organisme.

TEMA 2. LEGILE DE BAZĂ ŞI PRINCIPII ALE MEDIULUI

Sarcina ecologiei, ca orice altă știință, este să caute legile de funcționare și dezvoltare a unei anumite zone a realității. Din punct de vedere istoric, prima pentru ecologie a fost legea care stabilește dependența sistemelor vii de factorii care limitează dezvoltarea lor (așa-numiții factori limitatori).

2.1. Legea minimului

J. Liebig în 1840 a descoperit că randamentul cerealelor este adesea limitat nu de acei nutrienți care sunt necesari în cantități mari, ci de cei care sunt necesari în cantități mici, dar care sunt rare în sol. Legea formulată de acesta spunea: „Substanța, care este la minimum, controlează recolta și determină amploarea și stabilitatea acesteia din urmă în timp”. Ulterior, la nutrienți au fost adăugați o serie de alți factori, cum ar fi temperatura.

Funcționarea acestei legi este limitată de două principii. În primul rând, legea lui Liebig este strict aplicabilă numai în condiții de echilibru. O formulare mai precisă: „în stare staționară, substanța limitatoare va fi substanța ale cărei cantități disponibile se apropie cel mai mult de minimul necesar”. Al doilea principiu se referă la interacțiunea factorilor. O concentrație mare sau disponibilitatea unei anumite substanțe poate modifica aportul unui nutrient minim. Organismul înlocuiește uneori o substanță, deficitară, cu alta, disponibilă în exces.

Următoarea lege este formulată chiar în ecologie și generalizează legea minimului.

2.2. Legea toleranței

Se formulează astfel: absența sau imposibilitatea dezvoltării ecosistemului este determinată nu numai de o deficiență, ci și de un exces al oricăruia dintre factori (căldură, lumină, apă). În consecință, organismele se caracterizează atât printr-un minim, cât și printr-un maxim ecologic. Prea mult lucru bun este și rău. Intervalul dintre cele două valori este limitele de toleranță, în care organismul răspunde în mod normal la influența mediului. Legea toleranței a fost propusă de W. Shelford în 1913. Putem formula o serie de propuneri care îl completează:

1. Organismele pot avea o gamă largă de toleranță pentru un factor și o gamă îngustă pentru altul.

2. Organismele cu o gamă largă de toleranță la toți factorii sunt de obicei cele mai răspândite.

3. Dacă condițiile pentru un factor ecologic nu sunt optime pentru specie, atunci intervalul de toleranță la alți factori de mediu se poate restrânge.

4. În natură, organismele se găsesc foarte des în condiții care nu corespund valorii optime a unuia sau altuia factor, determinată în laborator.

5. Sezonul de reproducere este de obicei critic; în această perioadă, mulți factori de mediu se dovedesc adesea limitatori.

Organismele vii modifică condițiile de mediu pentru a slăbi influența limitativă a factorilor fizici. Speciile cu o largă răspândire geografică formează populații adaptate condițiilor locale, care se numesc ecotipuri. Limitele optime și de toleranță ale acestora corespund condițiilor locale. În funcție de faptul că ecotipurile sunt fixate genetic, se poate vorbi de formarea raselor genetice sau de simplă aclimatizare fiziologică.

2.3. Conceptul general de factori limitatori

Cei mai importanți factori de pe uscat sunt lumina, temperatura și apa (precipitațiile), în timp ce în mare, lumina, temperatura și salinitatea. Aceste condiții fizice de existență pot fi limitative și benefice. Toți factorii de mediu depind unul de celălalt și acționează în mod concertat.

Alți factori limitanți includ gazele atmosferice (dioxid de carbon, oxigen) și sărurile biogene. Formulând „legea minimului”, Liebig a avut în vedere efectul limitativ al elementelor chimice vitale prezente în mediu în cantități mici și intermitente. Ele sunt numite oligoelemente și includ fier, cupru, zinc, bor, siliciu, molibden, clor, vanadiu, cobalt, iod, sodiu. Multe oligoelemente, cum ar fi vitaminele, acționează ca catalizatori. Fosforul, potasiul, calciul, sulful, magneziul, necesar organismelor în cantități mari, se numesc macronutrienți.

Un factor limitator important în condițiile moderne este poluarea mediului. Apare ca urmare a introducerii în mediu a unor substanțe care fie nu au existat în el (metale, substanțe chimice noi sintetizate) și care nu se descompun deloc, fie care există în biosferă (de exemplu, dioxidul de carbon), dar sunt introduse în cantităţi excesiv de mari care nu permit prelucrarea lor în mod natural. Figurat vorbind, poluanții sunt resurse în locul greșit. Poluarea duce la o modificare nedorită a caracteristicilor fizice, chimice și biologice ale mediului, care are un efect negativ asupra ecosistemelor și oamenilor. Prețul poluării este sănătatea, prețul, în sens literal, al costului refacerii acesteia. Poluarea este în creștere atât ca urmare a creșterii populației și a nevoilor acesteia, cât și ca urmare a utilizării noilor tehnologii care servesc acestor nevoi. Este chimic, termic, zgomot.

Principalul factor limitator, potrivit lui J. Odum, este dimensiunea și calitatea „oikos”, sau „locuința noastră naturală”, și nu doar numărul de calorii care pot fi stoarse din pământ. Peisajul nu este doar un depozit, ci și casa în care locuim. „Scopul ar trebui să fie păstrarea a cel puțin o treime din întregul teren ca spațiu deschis protejat. Aceasta înseamnă că o treime din întregul nostru habitat ar trebui să fie parcuri naționale sau locale, rezervații, zone verzi, zone sălbatice etc. (Yu. Odum. Bazele ... p. 541). Restricționarea utilizării terenurilor este analogă cu un mecanism natural de reglementare numit comportament teritorial. Multe specii de animale folosesc acest mecanism pentru a evita aglomerația și stresul pe care îl provoacă.

Teritoriul cerut de o persoană, conform diverselor estimări, variază de la 1 la 5 hectare. Al doilea dintre aceste cifre depășește suprafața care cade acum asupra unui locuitor al Pământului. Densitatea populației se apropie de o persoană la 2 hectare de teren. Doar 24% din teren este potrivit pentru agricultură. „În timp ce doar 0,12 hectare pot furniza suficiente calorii pentru a susține o persoană, o dietă sănătoasă cu multă carne, fructe și verdeață necesită aproximativ 0,6 hectare de persoană. În plus, sunt necesare circa 0,4 hectare pentru producerea diferitelor tipuri de fibre (hârtie, lemn, bumbac) și încă 0,2 hectare pentru drumuri, aeroporturi, clădiri etc.” (Yu. Odum. Bazele ... p. 539). De aici și conceptul de „miliard de aur”, conform căruia populația optimă este de 1 miliard de oameni și, prin urmare, există deja aproximativ 5 miliarde de „oameni în plus”. Omul, pentru prima dată în istoria sa, s-a confruntat mai degrabă cu limitări decât cu limitări locale.

Depășirea factorilor limitanți necesită cheltuieli uriașe de materie și energie. Dublarea randamentului necesită o creștere de zece ori a cantității de îngrășăminte, pesticide și energie (animale sau mașini).

Mărimea populației este, de asemenea, un factor limitativ. Acest lucru este rezumat în principiul lui Ollie: „Gradul de agregare (precum și densitatea generală) la care are loc creșterea și supraviețuirea optimă a populației variază în funcție de specie și condiții, astfel încât atât „subpopulația” (sau lipsa de agregare) cât și suprapopularea pot avea o limitare. efect. Unii ecologisti cred că principiul lui Ollie se aplică și oamenilor. Dacă da, atunci este necesar să se determine dimensiunea maximă a orașelor care cresc rapid în prezent.

2.4. Legea excluderii competitive

Această lege este formulată astfel: două specii care ocupă aceeași nișă ecologică nu pot coexista într-un loc la infinit. Ce specie câștigă depinde de condițiile externe. În condiții similare, toată lumea poate câștiga. O circumstanță importantă pentru victorie este rata de creștere a populației. Incapacitatea unei specii de a face competiție biotică duce la deplasarea acesteia și la necesitatea de a se adapta la condiții și factori mai dificili.

Legea excluderii competitive poate funcționa și în societatea umană. Particularitatea acțiunii sale în prezent este că civilizațiile nu se pot dispersa. Nu au de unde să-și părăsească teritoriul, deoarece în biosferă nu există spațiu liber pentru așezare și nu există exces de resurse, ceea ce duce la o agravare a luptei cu toate consecințele care decurg. Putem vorbi despre rivalitatea ecologică între țări și chiar despre războaie ecologice sau războaie cauzate de motive ecologice. La un moment dat, Hitler a justificat politica agresivă a Germaniei naziste prin lupta pentru spațiul de locuit. Resursele de petrol, cărbune etc. erau importante și atunci. Vor avea o greutate și mai mare în secolul XXI. În plus, a fost adăugată necesitatea unor teritorii pentru eliminarea deșeurilor radioactive și a altor deșeuri. Războaiele – calde și reci – capătă o dimensiune ecologică. Multe evenimente din istoria modernă, precum prăbușirea Uniunii Sovietice, sunt percepute într-un mod nou, dacă le priviți dintr-o perspectivă ecologică. O civilizație nu numai că o poate cuceri pe alta, dar o poate folosi în scopuri egoiste din punct de vedere ecologic. Acesta va fi colonialismul ecologic. Așa se împletesc problemele politice, sociale și de mediu.

2.5. Legea fundamentală a ecologiei

Una dintre principalele realizări ale ecologiei a fost descoperirea că nu se dezvoltă doar organismele și speciile, ci și ecosistemele. Secvența comunităților care se înlocuiesc într-o zonă dată se numește succesiune. Succesiunea are loc ca urmare a unei schimbări a mediului fizic sub influența comunității, adică este controlată de aceasta. Înlocuirea speciilor în ecosisteme este cauzată de faptul că populațiile, urmărind modificarea mediului, creează condiții favorabile altor populații; aceasta continuă până când se ajunge la un echilibru între componentele biotice și abiotice. Dezvoltarea ecosistemelor este în multe privințe similară cu dezvoltarea unui organism individual și, în același timp, similară cu dezvoltarea biosferei în ansamblu.

Succesiunea în sens energetic este asociată cu o schimbare fundamentală a fluxului de energie către o creștere a cantității de energie care vizează menținerea sistemului. Succesiunea constă în etape de creștere, stabilizare și menopauză. Ele pot fi distinse pe baza criteriului de productivitate: în prima etapă, producția crește la maxim, în a doua rămâne constantă, în a treia scade la zero pe măsură ce sistemul se degradează.

Cea mai interesantă este diferența dintre sistemele în creștere și cele mature, care poate fi rezumată în tabelul următor.

tabelul 1Diferențele între etapele succesiunii

De remarcat relația inversă dintre entropie și informație, precum și faptul că ecosistemele se dezvoltă în direcția creșterii rezistenței lor, realizată printr-o diversitate sporită. Extinzând această concluzie la întreaga biosferă, obținem răspunsul la întrebarea de ce sunt necesare 2 milioane de specii. Se poate crede (așa cum se credea înainte de apariția ecologiei) că evoluția duce la înlocuirea unor specii mai puțin complexe cu altele, până la omul ca coroană a naturii. Tipurile mai puțin complexe, după ce au făcut loc celor mai complexe, devin inutile. Ecologia a distrus acest mit convenabil pentru oameni. Acum este clar de ce este periculos, așa cum face omul modern, să reducă diversitatea naturii.

Comunitățile cu una și chiar două specii sunt foarte instabile. Instabilitatea înseamnă că pot apărea fluctuații mari ale densității populației. Această împrejurare determină evoluția ecosistemului către o stare matură. În stadiul de maturitate, reglarea feedback-ului crește, care vizează menținerea stabilității sistemului.

Productivitatea ridicată oferă o fiabilitate scăzută - aceasta este o altă formulare a legii de bază a ecologiei, din care urmează următoarea regulă: „eficiența optimă este întotdeauna mai mică decât maximă”. Diversitatea, în conformitate cu legea de bază a ecologiei, este direct legată de durabilitate. Cu toate acestea, nu se știe încă în ce măsură această relație este cauzală.

Direcția de evoluție a comunității duce la creșterea simbiozei, conservarea substanțelor biogene, precum și la creșterea stabilității și conținutului informației. Strategia de ansamblu „vizează realizarea unei structuri organice cât mai extinse și diversificate în limitele stabilite de fluxul de energie disponibil și de condițiile fizice predominante de existență (sol, apă, climă etc.)” (Yu. Odum. Fundamentele) ... p. 332).

Strategia ecosistemului este „cea mai mare protecție”, strategia umană este „producția maximă”. Societatea caută să obțină randamentul maxim din teritoriul dezvoltat și, pentru a-și atinge scopul, creează ecosisteme artificiale și, de asemenea, încetinește dezvoltarea ecosistemelor în stadiile incipiente ale succesiunii, unde se poate recolta randamentul maxim. Ecosistemele însele tind să se dezvolte în direcția atingerii stabilității maxime. Sistemele naturale necesită eficiență scăzută pentru a menține producția maximă de energie, creștere rapidă și stabilitate ridicată. Prin inversarea dezvoltării ecosistemelor și prin aceasta aducerea lor într-o stare instabilă, o persoană este forțată să mențină „ordinea” în sistem, iar costurile acestui lucru pot depăși beneficiile obținute prin transferarea ecosistemului într-o stare instabilă. Orice creștere a eficienței unui ecosistem de către o persoană duce la o creștere a costului de întreținere a acestuia, până la o anumită limită, atunci când creșterea în continuare a eficienței este neprofitabilă din cauza creșterii prea mari a costurilor. Astfel, este necesar să se obțină nu maximul, ci eficiența optimă a ecosistemelor, astfel încât o creștere a productivității acestora să nu conducă la o pierdere a stabilității, iar rezultatul să fie justificat economic.

În ecosistemele stabile, pierderile de energie care trece prin ele sunt mari. Și ecosistemele care pierd mai puțină energie (sisteme cu mai puține niveluri trofice) sunt mai puțin rezistente. Ce sisteme ar trebui dezvoltate? Este necesar să se determine o astfel de variantă optimă în care ecosistemul să fie suficient de stabil și, în același timp, pierderea de energie în el să nu fie prea mare.

După cum arată istoria activității de transformare a omului și știința ecologiei, toate opțiunile extreme, de regulă, nu sunt cele mai bune. În ceea ce privește pășunile, atât „pășunatul excesiv” (care duc, conform oamenilor de știință, la moartea civilizațiilor), cât și „pășunatul” a animalelor sunt rele. Acesta din urmă apare deoarece, în absența consumului direct al plantelor vii, detritusurile se pot acumula mai repede decât sunt descompuse de microorganisme, iar acest lucru încetinește circulația mineralelor.

Acest exemplu se pretează la considerații mai generale. Impactul uman asupra mediului natural este adesea însoțit de o scădere a diversității în natură. Prin aceasta se realizează maximizarea recoltei și creșterea posibilităților de gestionare a acestei părți a naturii. În conformitate cu legea diversității necesare formulată în cibernetică, umanitatea are două opțiuni pentru creșterea capacității de a gestiona mediul natural: fie reducerea diversității din acesta, fie creșterea diversității sale interne (prin dezvoltarea culturii, îmbunătățirea calităților mentale și psihosomatice ale persoana însăși). A doua cale este, desigur, de preferat. Diversitatea în natură este o necesitate, nu doar un condiment pentru viață. Ușurința primului mod este înșelătoare, deși este folosită pe scară largă. Întrebarea este în ce măsură creșterea capacității de a gestiona ecosistemele prin reducerea diversității naturii compensează scăderea capacității ecosistemelor de a se autoregla. Din nou, trebuie găsit un optim între nevoile de management în acest moment și nevoile de menținere a diversității în mediul natural.

Problema optimizării relației dintre om și mediul natural are un alt aspect important. Practicarea activității de transformare a naturii umane confirmă poziția conform căreia există o relație strânsă între schimbările din mediul natural și uman. Așadar, problema gospodăririi mediului natural poate fi considerată într-un anumit sens ca problema gestionării evoluției biologice a omului prin modificări ale mediului natural. Omul modern își poate influența biologia atât genetic (ingineria genetică), cât și ecologic (prin schimbări în mediul natural). Prezența unei legături între procesele ecologice și procesele de evoluție biologică umană impune ca problema ecologică să fie luată în considerare și din punctul de vedere al modului în care dorim să-l vedem pe omul viitorului. Această zonă este foarte interesantă atât pentru oamenii de știință, cât și pentru scriitorii de science fiction, dar aici apar nu numai probleme tehnice, ci și sociale și morale.

Optimizarea este un termen științific și tehnic. Dar este posibil să găsim o soluție la problemele discutate mai sus în cadrul exclusiv științei și tehnologiei? Nu, știința și tehnologia în sine ar trebui să aibă linii directoare culturale și sociale generale, care sunt concretizate de ele. În rezolvarea problemelor de optimizare, știința și tehnologia sunt un fel de instrument și, înainte de a le folosi, trebuie să decideți cum și în ce scopuri să le utilizați.

Chiar și cazurile aparent simple de calculare a opțiunilor optime pentru utilizarea, de exemplu, a unei resurse depind de criteriul de optimizare utilizat. K. Watt descrie un exemplu de optimizare a unui sistem bazin de apă, în conformitate cu care are loc o epuizare completă a resurselor în cel mai scurt timp posibil (K. Watt. Ecologie și management al resurselor naturale. M., 1971, p. 412) . Exemplul arată importanța criteriului de optimizare. Dar acestea din urmă depind de priorități și sunt diferite pentru diferite grupuri sociale. Este destul de înțeles că criteriile sunt mai ales diferite când vine vorba de optimizarea evoluției biologice a omului însuși (mai mult sau mai puțin ferm se poate numi un criteriu destul de vag de optimizare - conservarea și dezvoltarea biosferei și a rasei umane).

În natură, există, parcă, forțe naturale de stratificare care duc la complexitatea ecosistemelor și la crearea unei diversități tot mai mari. Acționarea împotriva acestor forțe împinge ecosistemele înapoi. Diversitatea crește în mod natural, dar nu oricare, ci integrată. Dacă o specie intră într-un ecosistem, atunci își poate distruge stabilitatea (cum face o persoană acum), dacă nu este integrată în acesta. Există aici o analogie interesantă între dezvoltarea unui ecosistem și dezvoltarea unui organism și a societății umane.

2.6. Câteva alte legi și principii importante pentru ecologie

Printre legile naturii, există legi de tip determinist comune în știință, care reglementează strict relația dintre componentele unui ecosistem, dar cele mai multe sunt legi ca tendințe care nu funcționează în toate cazurile. Ele seamănă, într-un fel, cu legile legale, care nu împiedică dezvoltarea societății dacă sunt încălcate ocazional de un anumit număr de oameni, ci împiedică dezvoltarea normală dacă încălcările devin masive. Există, de asemenea, legi-aforisme care pot fi atribuite tipului de legi ca o restricție a diversității:

1. Legea apariției: întregul are întotdeauna proprietăți speciale pe care părțile sale nu le au.

2. Legea diversităţii necesare: un sistem nu poate consta din elemente absolut identice, ci poate avea o organizare ierarhică şi niveluri integratoare.

3. Legea ireversibilității evoluției: un organism (populație, specie) nu se poate întoarce la starea anterioară, realizată în seria strămoșilor săi.

4. Legea organizării complicaţiei: dezvoltarea istorică a organismelor vii duce la complicarea organizării lor prin diferenţierea organelor şi funcţiilor.

5. Legea biogenetică (E. Haeckel): ontogenia unui organism este o scurtă repetare a filogenezei unei specii date, adică un individ în dezvoltarea sa repetă în formă prescurtată dezvoltarea istorică a speciei sale.

6. Legea dezvoltării neuniforme a părților sistemului: sistemele de același nivel de ierarhie nu se dezvoltă strict sincron – în timp ce unele ajung la un stadiu superior de dezvoltare, altele rămân într-o stare mai puțin dezvoltată. Această lege este direct legată de legea varietății necesare.

7. Legea conservării vieții: viața nu poate exista decât în ​​procesul de mișcare prin corpul viu a fluxului de substanțe, energie, informații.

8. Principiul menținerii ordinii (I. Prigogine): în sistemele deschise, entropia nu crește, ci scade până se ajunge la o valoare constantă minimă, care este întotdeauna mai mare decât zero.

9. Principiul Le Chatelier-Brown: atunci când o influență externă scoate sistemul dintr-o stare de echilibru stabil, acest echilibru se deplasează în direcția în care efectul influenței externe este slăbit. Acest principiu în interiorul biosferei este încălcat de omul modern. „Dacă la sfârșitul secolului trecut a existat încă o creștere a productivității biologice și a biomasei ca răspuns la creșterea concentrației de dioxid de carbon în atmosferă, atunci de la începutul secolului nostru acest fenomen nu a fost detectat. Dimpotrivă, biota emite dioxid de carbon, iar biomasa ei scade automat” (N.F. Reimers. Nadezhdy... p. 55).

10. Principiul economisirii energiei (L. Onsager): cu probabilitatea desfăşurării procesului într-un anumit set de direcţii permise de principiile termodinamicii se realizează cel care asigură un minim de disipare a energiei.

11. Legea maximizării energiei și informațiilor: sistemul care este cel mai propice pentru primirea, producerea și utilizarea eficientă a energiei și informațiilor are cele mai bune șanse de autoconservare; aportul maxim al unei substanţe nu garantează succesul sistemului în lupta competitivă.

12. Legea periodică a zonei geografice a lui A. A. Grigorieva - N. N. Budyko: odată cu schimbarea zonelor fizice și geografice ale Pământului, zone de peisaj similare și unele proprietăți comune se repetă periodic, adică în fiecare zonă - subarctic, temperat, subtropical, tropical și ecuatorială - are loc schimbarea zonelor conform schemei: păduri? stepă? deşert.

13. Legea dezvoltării sistemului în detrimentul mediului: orice sistem se poate dezvolta numai prin utilizarea capacităților materiale, energetice și informaționale ale mediului său; autodezvoltarea absolut izolată este imposibilă.

14. Principiul refracției factorului care acționează în ierarhia sistemelor: factorul care acționează asupra sistemului este refractat prin întreaga ierarhie a subsistemelor sale. Datorită prezenței „filtrelor” în sistem, acest factor este fie slăbit, fie îmbunătățit.

15. Regula de atenuare a proceselor: odată cu creșterea gradului de echilibru cu mediul sau homeostaziei interne (în cazul izolării sistemului), procesele dinamice din sistem se degradează.

16. Legea unității fizice și chimice a materiei vii de V. I. Vernadsky: toată materia vie a Pământului este una din punct de vedere fizic și chimic, ceea ce nu exclude diferențele biogeochimice.

17. Regula termodinamică a lui van't Hoff - Arrhenius: creșterea temperaturii cu 10°C duce la o accelerare de două trei ori a proceselor chimice. De aici pericolul creșterii temperaturii din cauza activității economice a omului modern.

18. Regula lui Schrödinger „despre nutriția” organismului cu entropie negativă: ordinea organismului este mai mare decât mediul, iar organismul dă mai multă dezordine acestui mediu decât primește. Această regulă se corelează cu principiul lui Prigogine de a menține ordinea.

19. Regula accelerării evoluției: odată cu creșterea complexității organizării biosistemelor, durata de existență a unei specii scade în medie, iar ritmul de evoluție crește. Durata medie de viață a unei specii de păsări este de 2 milioane de ani, iar cea a unei specii de mamifere este de 800 de mii de ani. Numărul speciilor dispărute de păsări și mamifere în comparație cu numărul lor total este mare.

20. Principiul preadaptării genetice: capacitatea de adaptare a organismelor este inerentă și datorită inepuizabilității practice a codului genetic. Variantele necesare adaptării se găsesc întotdeauna în diversitatea genetică.

21. Regula originii noilor specii din strămoși nespecializați: noile grupuri mari de organisme nu provin din reprezentanții specializați ai strămoșilor, ci din grupurile lor relativ nespecializate.

22. Principiul divergenței lui Darwin: filogenia oricărui grup este însoțită de împărțirea acestuia într-un număr de trunchiuri filogenetice, care diverg în diferite direcții adaptative față de starea inițială medie.

23. Principiul specializării progresive: un grup care se angajează pe calea specializării, de regulă, în dezvoltarea sa ulterioară va urma calea specializării tot mai profunde.

24. Regula șanselor mai mari de dispariție a formelor profund specializate (O. Marsh): formele mai specializate se sting mai repede, ale căror rezerve genetice pentru adaptare ulterioară sunt reduse.

25. Legea creșterii dimensiunii (înălțimii) și greutății (masei) organismelor din ramura filogenetică. "LA. I. Vernadsky a formulat această lege în felul următor: „Pe măsură ce timpul geologic progresează, formele supraviețuitoare își măresc dimensiunea (și, în consecință, greutatea lor) și apoi se sting.” Acest lucru se întâmplă pentru că, cu cât indivizii sunt mai mici, cu atât le este mai dificil să reziste proceselor de entropie (care duc la o distribuție uniformă a energiei), să organizeze în mod regulat fluxurile de energie pentru implementarea funcțiilor vitale. Evolutiv, mărimea indivizilor crește așadar (deși este un fenomen morfofiziologic foarte persistent într-un interval scurt de timp) ”(N. F. Reimers. Hope ... p. 69).

26. Axioma de adaptabilitate a lui Ch. Darwin: fiecare specie este adaptată la un set strict definit, specific de condiții de existență pentru ea.

27. Regula ecologică a lui S. S. Schwartz: fiecare modificare a condiţiilor de existenţă determină direct sau indirect modificări corespunzătoare în modalităţile de implementare a echilibrului energetic al organismului.

28. Legea independenței relative de adaptare: adaptabilitatea ridicată la unul dintre factorii de mediu nu dă același grad de adaptare la alte condiții de viață (dimpotrivă, poate limita aceste posibilități datorită caracteristicilor fiziologice și morfologice ale organismelor) .

29. Legea unității „organism – mediu”: viața se dezvoltă ca urmare a schimbului constant de materie și informații bazat pe fluxul de energie în unitatea totală a mediului și a organismelor care îl locuiesc.

30. Regula conformării condiţiilor de mediu cu predestinarea genetică a organismului: o specie poate exista atât timp cât şi în măsura în care mediul ei corespunde posibilităţilor genetice de adaptare a acestei specii la fluctuaţiile şi schimbările ei.

31. Legea energiei (entropiei) maxime biogene de V. I. Vernadsky - E. S. Bauer: orice sistem biologic sau bioinert, aflat în echilibru dinamic cu mediul și dezvoltându-se evolutiv, își mărește impactul asupra mediului, dacă acesta nu este împiedicat de factori externi.

32. Legea presiunii mediului de viață, sau creștere limitată (C. Darwin): există restricții care împiedică descendenții unei perechi de indivizi, înmulțindu-se exponențial, să cucerească întregul glob.

33. Principiul dimensiunii minime a populației: există o dimensiune minimă a populației sub care populația sa nu poate cădea.

34. Regula reprezentării unui gen de către o singură specie: în condiții omogene și într-o zonă restrânsă, un gen taxonom, de regulă, este reprezentat de o singură specie. Aparent, acest lucru se datorează proximității nișelor ecologice ale speciilor din același gen.

35. Regula lui A. Wallace: pe măsură ce te deplasezi de la nord la sud, diversitatea speciilor crește. Motivul este că biocenozele nordice sunt mai tinere din punct de vedere istoric și se află în condiții de mai puțină energie de la Soare.

36. Legea epuizării materiei vii în concentrațiile sale insulare (G. F. Khilmi): „un sistem individual care funcționează într-un mediu cu un nivel de organizare mai mic decât nivelul sistemului în sine este condamnat: pierzând treptat structura, sistemul se va dizolva. în mediu după ceva timp „(G.F. Khilmi. Fundamentals of Biosphere Physics. L., 1966, p. 272). Aceasta conduce la o concluzie importantă pentru activitățile de mediu umane: conservarea artificială a ecosistemelor mici (într-o zonă limitată, cum ar fi o rezervație naturală) duce la distrugerea treptată a acestora și nu asigură conservarea speciilor și comunităților.

37. Legea piramidei energiilor (R. Lindemann): de la un nivel trofic al piramidei ecologice trece la altul, nivel superior, in medie, aproximativ 10% din energia primita la nivelul anterior. Fluxul invers de la niveluri mai mari la niveluri inferioare este mult mai slab - nu mai mult de 0,5–0,25% și, prin urmare, nu este necesar să vorbim despre ciclul energetic în biocenoză.

38. Regula amplificarii biologice: la trecerea la un nivel superior al piramidei ecologice, acumularea unui numar de substante, inclusiv a celor toxice si radioactive, creste in aproximativ aceeasi proportie.

39. Regula duplicării ecologice: o specie dispărută sau distrusă în cadrul unui nivel al piramidei ecologice înlocuiește alta, asemănătoare schemei: una mică o înlocuiește pe una mare, una mai slab organizată - una mai înalt organizată, mai genetic. labil și mutabil - mai puțin variabil genetic. Indivizii sunt zdrobiți, dar cantitatea totală de biomasă crește, deoarece elefanții nu vor da niciodată aceeași biomasă și producție pe unitatea de suprafață pe care o pot oferi lăcustele și chiar nevertebratele mai mici.

40. Regula fiabilității biocenotice: fiabilitatea unei biocenoze depinde de eficiența sa energetică în condițiile de mediu date și de posibilitatea de restructurare structurală și funcțională ca răspuns la modificările influențelor externe.

41. Regula umplerii obligatorii a nișelor ecologice: o nișă ecologică goală este întotdeauna și în mod necesar umplută în mod natural („natura nu tolerează golul”).

42. Regula ecotonului, sau efectul de margine: la joncțiunile biocenozelor, numărul de specii și indivizi din ele crește, pe măsură ce numărul de nișe ecologice crește datorită apariției de noi proprietăți sistemice la joncțiuni.

43. Regula de adaptare reciprocă a organismelor în biocenoza lui K. Möbius - G. F. Morozov: speciile din biocenoză sunt adaptate între ele, astfel încât comunitatea lor este un întreg contradictoriu, dar un întreg și interconectat.

44. Principiul formării ecosistemelor: existența pe termen lung a organismelor este posibilă numai în cadrul sistemelor ecologice, în care componentele și elementele lor se completează reciproc și se adaptează reciproc.

45. Legea decelerării succesorale: procesele care au loc în ecosistemele mature de echilibru care se află într-o stare stabilă, de regulă, tind să încetinească.

46. ​​​​Regula energiei maxime pentru a menține un sistem matur: succesiunea merge în direcția unei schimbări fundamentale a fluxului de energie în direcția creșterii cantității sale, care vizează menținerea sistemului.

47. Legea autodezvoltării istorice a biosistemelor (E. Bauer): dezvoltarea sistemelor biologice este rezultatul unei creșteri a muncii lor externe - impactul acestor sisteme asupra mediului.

48. Regula constanței numărului de specii din biosferă: numărul speciilor emergente este în medie egal cu numărul celor dispărute, iar diversitatea totală a speciilor din biosferă este o constantă. Această regulă este valabilă pentru biosfera formată.

49. Regula pluralității ecosistemelor: pluralitatea ecosistemelor care interacționează competitiv este indispensabilă pentru menținerea fiabilității biosferei.

Din aceste legi de mediu rezultă concluzii care sunt corecte pentru sistemul „om – mediu natural”. Ei se referă la tipul de lege ca o restricție a diversității, adică impun restricții asupra activității de transformare a naturii a omului.

1. Regula creșterii istorice a producției ca urmare a întineririi succesive a ecosistemelor. Această regulă, în esență, decurge din legea de bază a ecologiei și acum încetează să funcționeze, deoarece omul a luat astfel tot ce a putut de la natură.

2. Legea bumerangului: tot ceea ce este extras din biosferă prin munca umană trebuie returnat acesteia.

3. Legea indispensabilității biosferei: biosfera nu poate fi înlocuită cu un mediu artificial, așa cum, să zicem, nu se pot crea noi tipuri de viață. O persoană nu poate construi o mașină cu mișcare perpetuă, în timp ce biosfera este practic o mașină cu mișcare „perpetuă”.

4. Legea diminuării fertilității naturale: „datorită retragerii constante a culturilor, și deci a materiei organice și a elementelor chimice din sol, încălcarea proceselor naturale de formare a solului, precum și monoculturii pe termen lung ca urmare a acumularea de substanțe toxice eliberate de plante (autointoxicarea solului), pe terenurile cultivate se constată o scădere a fertilității naturale a solurilor... până în prezent, aproximativ jumătate din terenul arabil din lume și-a pierdut fertilitatea în grade diferite, și aceeași cantitate de pământ a dispărut complet din circulația agricolă intensivă ca și acum cultivată (în anii 80 se pierdeau circa 7 milioane de hectare pe an)” (N.F. Reimers. Speranțe... p. 160–161). A doua interpretare a legii diminuării fertilităţii naturale este dată în capitolul 1: fiecare adăugare ulterioară a oricărui factor benefic organismului dă un efect mai mic decât rezultatul obţinut din doza anterioară a aceluiaşi factor.

5. Legea pieii de sagre: potențialul global inițial al resurselor naturale este epuizat continuu pe parcursul dezvoltării istorice. Acest lucru rezultă din faptul că în prezent nu există resurse fundamental noi care ar putea apărea. „Pentru viața fiecărei persoane pe an sunt necesare 200 de tone de substanțe solide, pe care el, cu ajutorul a 800 de tone de apă și o medie de 1000 W de energie, le transformă într-un produs util pentru sine” (Ibid., p. 163). Tot acest om ia din ceea ce este deja în natură.

6. Principiul incompletității informației: „informația la realizarea acțiunilor de transformare și, în general, orice schimbare a naturii este întotdeauna insuficientă pentru o judecată a priori asupra tuturor rezultatelor posibile ale unor astfel de acțiuni, mai ales pe termen lung, când toate reacțiile naturale în lanț se dezvoltă” (Ibid., p. 168) .

7. Principiul bunăstării înșelătoare: primele succese în atingerea scopului pentru care a fost conceput proiectul creează o atmosferă de complezență și te fac să uiți de posibile consecințe negative la care nimeni nu se așteaptă.

8. Principiul depărtării evenimentului: descendenții vor veni cu ceva pentru a preveni eventualele consecințe negative.

Întrebarea cât de mult pot fi transferate legile ecologiei în relația omului cu mediul rămâne deschisă, deoarece omul diferă de toate celelalte specii. De exemplu, la majoritatea speciilor, rata de creștere a populației scade odată cu creșterea densității populației; la om, dimpotrivă, creșterea populației în acest caz se accelerează. Prin urmare, unele dintre mecanismele de reglementare ale naturii sunt absente la oameni, iar acest lucru poate servi drept motiv suplimentar pentru optimismul tehnologic la unii, iar pentru pesimiștii de mediu, mărturisesc pericolul unei astfel de catastrofe, ceea ce este imposibil pentru orice altă specie.