Observații preliminare.

1. Organismele vii aparțin categoriei sistemelor supercomplexe, în studiul cărora sunt inevitabile anumite simplificări.

2. Toți factorii care influențează un organism dat la un moment dat acționează simultan. Raționamentul despre influența unui factor de mediu (luat separat) este o simplificare care vă permite să înțelegeți mai bine tiparele individuale. Ideal ar fi să se înregistreze continuu valorile tuturor factorilor de mediu și răspunsul unui sistem viu (organism).

3. Cea mai simplă opțiune este măsurarea valorilor unui anumit semn vital(P g) al unui organism în condiții experimentale cu valori diferite ale unui factor de mediu studiat (F e) și o valoare constantă (optimă) a tuturor celorlalți factori de mediu: P f = f(F e). Astfel de experimente se numesc experimente cu un singur factor; ei trebuie să respecte „regula diferenţei unice” dintre variantele experienţei.

Productivitatea, rata de creștere a biomasei, intensitatea respirației, rata metabolică, activitatea fizică și multe altele pot servi ca indicatori ai activității vitale a unui organism. Indicatori ai „bunăstării și prosperității” unei specii (populații) - rata natalității, productivitatea, abundența, rata de supraviețuire etc.

De exemplu, dependența cantitativă a productivității primare nete a unei instalații (NPP) de temperatura aerului (t in), cum ar fi NPP = f (t in), poate fi obținută în condițiile unui experiment activ. Pentru a face acest lucru, plantele sunt cultivate la diferite temperaturi ale aerului (opțiuni experimentale), asigurându-vă că valorile altor factori de mediu (aport de umiditate, nutrienți etc.) rămân aceleași și optime în toate opțiunile (regula diferenței unice).

« Legea minimului „J. Liebig

„Ideea că rezistența unui organism este determinată de cea mai slabă verigă din lanțul nevoilor sale ecologice a fost arătată pentru prima dată clar în 1840 de J. Liebig”, spune J. Odum. Justus Liebig (1803 - 1873), un remarcabil chimist german, unul dintre fondatorii chimiei agricole, autorul teoriei nutriției minerale a plantelor. Pe baza a numeroase experimente, J. Liebig (1840) a făcut cele mai importante generalizări științifice, a formulat în esență primele legi ecologice cu mult înainte de apariția ecologiei în sine. El a descoperit că randamentul plantelor depinde de elementul de nutriție minerală care se află în sol la un minim relativ (în raport cu nevoile plantei).

« Minimul legii(J. Liebig, 1840): „Substanța, care este la minimum, controlează cultura și determină dimensiunea și stabilitatea culturii în timp”.

De exemplu, lăsați solul să conțină cantitatea optimă de umiditate, fosfor, potasiu și toate celelalte elemente ale nutriției minerale a plantelor, cu excepția azotului, care nu este suficient. Apoi conținutul de azot va fi limită productivitatea plantelor. Dacă, în aceste condiții, cantitatea de îngrășăminte cu azot aplicată crește constant (pe diferite parcele experimentale), atunci și randamentul plantelor va crește în aceeași succesiune (până la un anumit nivel).

Yu. Liebig a mai constatat că randamentul poate fi limitat, limitat nu numai de acei nutrienți care sunt necesari plantelor în cantități mari (N, P, K etc.), ci și de cei care sunt necesari în cantități foarte mici (microelemente). ). În formularea modernă, această prevedere este cunoscută sub denumirea de „ legea echivalenței principalelor factori de mediu».

Nu mai puțin, și poate chiar mai importantă pentru ecologie, este teoria nutriției minerale a plantelor dezvoltată de J. Liebig, care a jucat un rol uriaș în modelarea ideilor despre interacțiunea dintre lucrurile vii și nevii la nivelul atomilor de substanțe chimice. elemente. Nu ne vom opri în mod special asupra acelor numeroase rafinamente și completări la „legea minimului”, care au apărut de-a lungul a mai bine de un secol și jumătate din dezvoltarea științei - acest lucru va fi clar din prezentarea următoare.

Legea toleranței a lui W. Shelford

Numeroase experimente au arătat că în legătură cu acțiunea multor, dar în niciun caz a tuturor, factori de mediu asupra corpului, se observă modele generale:

1) activitatea vitală a unui organism poate fi limitată nu numai de o deficiență, ci și de un „exces” al impactului unui anumit factor;

2) activitatea vitală a unui organism (specie) este posibilă numai într-un anumit interval de valori ale factorilor (de la și până la);

3) cu constanța altor factori, există o „cea mai bună”, valoare optimă pentru organismul factorului studiat;

4) speciile de organisme sunt strict individuale în raport cu acțiunea factorilor de mediu - optimul pentru o specie poate fi insuportabil pentru alta.

Aceste modele generale pot fi combinate în „ regula optima sau așa-numitul legea tolerantei". De obicei, formularea legii toleranței este asociată cu numele ecologistului american W. Shelford, deși este pur și simplu imposibil să se stabilească paternitatea în acest caz.

Toleranţă(din lat. toleranţă- rabdare, toleranta) - rezistenta unui organism (specie) la actiunea unui anumit factor de mediu. Sinonim: valență ecologică.

Legea toleranței(W. Shelford, 1913) – factorul limitativ pentru prosperitatea unui organism poate fi atât un minim (deficit), cât și un maxim (exces) de impact asupra mediului, intervalul între care determină cantitatea de rezistență (toleranță) a organismului la acest factor.

Valenta ecologica- gradul de adaptabilitate a speciei la schimbările condiţiilor de mediu - la fel ca toleranţă.

Limitele de toleranță ale unui organism la acțiunea unui anumit factor de mediu sunt determinate în așa-numitul stresant experimente (experimentele de stres se numesc deoarece în ele este necesar să se realizeze moartea organismului). Dacă prezentați rezultatele experimentului sub forma unui grafic, obțineți celebra curbă de toleranță în formă de clopot (Fig. 1.1).

Pe curba de toleranță (Fig. 1.1) alocați: minim ecologic("moarte din lipsă"), maxim ecologic(„moarte prin exces”) și optim(cel mai bun), precum și zonă (gamă) viata normala, zona optima si zone opresiune(stres) .

Gama valorilor factorilor dintre minimul ecologic și maximul - interval de toleranță, (limitele de toleranță ale unei specii, limitele de rezistență ale unei specii la acțiunea unui anumit factor de mediu) se indică prin prefixe:

fiecare- lat şi steno- îngust.

De exemplu, o specie euritermă (tolerează fluctuațiile de temperatură a mediului într-o gamă largă) sau o specie stenotermă (poate exista doar cu ușoare fluctuații de temperatură aproape de optim).

Numele comune sunt:

stenotermic - euritermic (în raport cu temperatura);

stenohidric - eurihidric (în raport cu apa);

stenohalină - eurihalină (în raport cu salinitatea);

stenofag - eurifag (în raport cu alimente);

stenobiont - eurybiont (în raport cu habitatul).

Pentru a caracteriza organismele care au o gamă restrânsă de toleranță la anumiți factori de mediu ( steno-), folosesc adesea terminații: ... Phil- iubește sau... fob- „nu iubește”. De exemplu, speciile stenoterme și criofile ( crio- rece).

Orez. 1.1. Vedere generală (diagrama) a curbei de toleranță.

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 grosolan izolarea circulației biotice la scară globală, care nu poate rămâne nepedepsită. 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 îmbracă 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 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.

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 duce 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 treptată a acestora 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.

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 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 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 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 „oikosului”, 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 o suprafață de doar 0,12 hectare poate furniza suficiente calorii pentru a susține existența unei persoane, este nevoie de aproximativ 0,6 hectare de persoană pentru o dietă hrănitoare, cu multă carne, fructe și verdețuri. 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 se observă 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 efect limitativ. 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 se dezvoltă nu numai organismele și speciile, ci și ecosistemele. Secvența comunităților care se înlocuiesc într-o zonă dată se numește succesiune. Succesiunea apare ca urmare a unei schimbări a mediului fizic sub acțiunea 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

Atenție la relația inversă dintre entropie și informație, precum și la faptul că dezvoltarea ecosistemelor este în direcția creșterii durabilității acestora, realizată prin 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 oameni duce la creșterea 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 cât de mult o creștere a capacității de a gestiona ecosistemele prin reducerea diversității în natură compensează scăderea capacității ecosistemelor de a se auto-reglementa. 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 orientări culturale și sociale generale, pe care le specifică. 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 atinge o valoare minimă constantă, 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 s-a înregistrat 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 biogenice 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 succesivă 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.

3.1. „Legea minimului” de J. Liebig

limitare Legea lui Liebig a minimului.

Limitele de toleranță. Alături de concluzia că „creșterea plantelor depinde de elementul nutritiv care este prezent în cantitatea minimă”, care a devenit baza „legii minimului” a lui Liebig, J. Liebig a subliniat intervalul. indicatori limitatori. S-a constatat că nu doar lipsa, ci și excesul de factori precum lumina, căldura și apa pot fi un factor limitativ. Conceptul de influență limitativă a maximului ecologic, alături de minim, a fost introdus de W. Shelford (1913), care a formulat „legea toleranței”. Intervalul dintre două valori, minimul ecologic și maximul ecologic, care este caracterizat într-un fel sau altul de toate organismele vii a fost numit limita de toleranta(din lat. toleratia - rabdare, toleranta). Dacă un anumit organism are o gamă mică de toleranță la unul dintre factorii variabili, atunci acest factor merită o atenție deosebită, deoarece poate fi limitativ. De exemplu, oxigenul, care este destul de disponibil pentru organismele care trăiesc în părțile terestre ale ecosistemelor, poate fi rareori limitativ. În timp ce pentru organismele care trăiesc sub apă, oxigenul poate deveni un factor limitator important. În cazul unei îngustări extreme a intervalului de toleranță, un organism viu își poate cheltui toată energia metabolică pentru a depăși stresul asociat cu o scădere a limitelor factorului limitator și poate muri din cauza lipsei de energie pentru activitatea normală a vieții. Dacă un urs polar, din anumite circumstanțe, este mutat în clime mai calde, atunci va trebui să-și cheltuiască toată energia metabolică pentru a depăși stresul termic, iar animalul nu va avea suficientă energie pentru a obține hrană și a-și păstra specia în natură.

Conceptul de factori limitatori, în general, se extinde pe scară largă atât la factorii biologici, cât și la cei fizici, iar pentru a prezenta tot ceea ce se știe pe acest subiect ar necesita o cantitate mare de lucrări tipărite, ceea ce depășește scopul acestei cărți. Cu toate acestea, având în vedere că inginerul de mediu trebuie să se ocupe mai des de factorii fizici, vom enumera pe scurt principalii factori fizici și climatici.

„Legea minimului” de J. Liebig

Fiecare individ, populație, comunitate este afectată simultan de diverși factori, dar doar unii dintre ei sunt vitali. Acești factori vitali sunt numiți limitare. Cel mai adesea, cel puțin un factor se află în afara optimului. Iar de acest factor depinde posibilitatea existenței unei specii într-un loc dat. În 1840, J. Liebig a stabilit că rezistența unui organism este determinată de cea mai slabă verigă din lanțul nevoilor sale de mediu. Este prioritatea lui să studieze diferiții factori ai creșterii plantelor și să constate că randamentele plantelor pot fi crescute cel mai eficient prin îmbunătățirea factorului minim (de obicei prin creșterea cantității de N și P), mai degrabă decât a acelor nutrienți care sunt necesari în cantități mari. , cum ar fi, cum ar fi dioxidul de carbon sau apa. Substante care sunt necesare in cele mai mici cantitati, dar care sunt foarte putine in sol, precum zincul, aceste substante devin limitante. Conceptul lui Liebig conform căruia „creșterea unei plante depinde de acel element nutritiv prezent în cea mai mică cantitate” a devenit cunoscut sub numele de Legea lui Liebig a minimului.

Pentru aplicarea cu succes în practică a conceptului lui Liebig, trebuie adăugate două principii auxiliare: primul este restrictiv („Legea lui Liebig este strict aplicabilă numai în stare staționară, adică atunci când fluxul și fluxul de energie și materie sunt echilibrate”); al doilea este principiul interacțiunii factorilor, care afirmă că „o concentrație mare sau disponibilitate a unei substanțe sau acțiunea altui factor (nu minim) poate modifica rata de consum a unui nutrient conținut într-o cantitate minimă”.

Pentru un inginer de mediu, conceptul de factori limitatori este valoros prin faptul că oferă un punct de plecare în studiul situațiilor complexe din sistemul „om – tehnologie – natură”. Relațiile dintre elementele unui astfel de sistem pot fi destul de complexe. În procesul de rezolvare a problemelor noilor echipamente și tehnologii, un specialist poate evidenția punctele slabe probabile și se poate concentra, cel puțin la început, pe acele caracteristici ale mediului care se pot dovedi a fi critice sau limitative.

Legea lui Liebig a minimului în ecologie (cu exemple)

În acest articol, vom înțelege pe scurt care este legea minimului a lui Liebig, una dintre legile fundamentale în ecologie. Un alt nume pentru această lege este legea factorului limitator (limitator). Tot la sfârșitul articolului sunt câteva exemple ilustrative care ilustrează legea minimului.

Legea minimului a lui Liebig. Un pic de istorie

Legea minimului a fost formulată de chimistul german Justus von Liebig. în 1840.

Omul de știință a fost implicat în principal în studiul condițiilor de supraviețuire a plantelor în agricultură. El a încercat să înțeleagă în ce moment este necesar să se aplice anumite adaosuri chimice pentru a îmbunătăți supraviețuirea plantelor.

Ca rezultat al cercetărilor sale, von Liebig a formulat o lege care s-a dovedit mai târziu a fi adevărată nu numai pentru agricultură, ci și pentru toate sistemele ecologice și organismele vii.

Legea factorului limitativ (limitator).

Esența legii minimului a lui Liebig

Există diferite formulări ale acestei legi. Dar esența legii minimului (sau a legii factorului limitator) poate fi formulată după cum urmează:

• Viața unui organism depinde de mulți factori. Dar, cel mai semnificativ la un moment dat este factorul care este cel mai vulnerabil.

• Cu alte cuvinte, dacă oricare dintre factorii din organism se abate semnificativ de la normă, atunci acest factor este cel mai semnificativ, cel mai critic pentru supraviețuirea organismului la un moment dat în timp.

Este important de înțeles că pentru același organism în momente diferite, astfel de factori critici (sau limitativi) pot fi factori complet diferiți.

Același raționament se aplică ecosistemelor întregi. În acest moment, de exemplu, lipsa alimentelor poate deveni un factor limitativ. La un alt moment în timp - cantitatea de mâncare va fi normală, dar factorul limitativ va fi temperatura ambiantă (prea mare sau prea scăzută).

Rezumând cele de mai sus, putem formula legea astfel.

Legea minimului a lui Liebig este:

Pentru supraviețuirea unui organism (sau a unui ecosistem), cel mai important este factorul de mediu,

care este cel mai îndepărtat (se abate) de la valoarea sa optimă.

Butoiul Liebig

Înainte de a trece la exemple, merită să luați în considerare desenul așa-numitului butoi Liebig.

În acest butoi pe jumătate spart - înălțimea plăcii este factorul limitativ. Evident, apa se va revarsa peste cea mai mica scandura din butoi. În acest caz, înălțimea plăcilor rămase nu va mai fi importantă pentru noi - va fi tot imposibil să umplem butoiul.

Cea mai mică placă este chiar factorul care a deviat cel mai mult de la valoarea normală.

Conform legii lui Liebig a minimului, reparația țevii trebuie începută de la această placă.

Legea minimului a lui Liebig. Exemple

Există un proverb: „Unde este subțire, acolo se rupe” - în general, transmite esența principală a legii lui Liebig. Dar, să dăm câteva exemple din domenii complet diferite.

Un exemplu din agricultură

Există soluri în care nu există suficient fosfor - așa că trebuie să hrăniți îngrășămintele cu fosfor. Dar, alteori, sunt necesare îngrășăminte cu calciu. Si asa mai departe

Un exemplu din sălbăticie

Iarna, factorul limitativ pentru un iepure este hrana. Vara - trebuie să scapi de lup, deși există o mulțime de mâncare.

Exemplu sportiv al legii minimului

În fotbal: dacă spatele stâng al echipei este cel mai slab, atunci prin flancul stâng este cel mai probabil ca echipa să primească un gol.

Astfel, legea minimului a lui Liebig este o lege universală ecologică și de viață.

Informații suplimentare:

• Legile ecologiei lui Commoner - Citiți despre cele patru legi de bază ale ecologiei lui Commoner.

Unde să predai pentru reciclare deșeurile, echipamentele și alte lucruri din orașul tău

www.kudagradusnik.ru

1. Legea minimului Yu. Liebig.

În 1840, chimistul german Justus Liebig, în timp ce cultiva plante pe medii sintetice, a descoperit că un anumit număr și cantitate de elemente și compuși chimici este necesar pentru creșterea normală a unei plante. Unele dintre ele ar trebui să fie în mediu în cantități foarte mari, altele în cantități mici, iar altele, în general, sub formă de urme. Și, ceea ce este deosebit de important: unele elemente nu pot fi înlocuite cu altele. Un mediu care contine toate elementele din abundenta, cu exceptia unuia, asigura cresterea plantei doar pana in momentul in care cantitatea acesteia din urma este epuizata. Creșterea este astfel limitată de lipsa unui singur element, a cărui cantitate era sub minimul necesar. Această lege, formulată de J. Liebig în raport cu rolul factorilor edafici chimici în viața plantelor și numită de el legea minimului, are, după cum s-a dovedit mai târziu, un caracter ecologic universal și joacă un rol important în ecologie.

Legea minimului: Dacă toate condițiile de mediu se dovedesc a fi favorabile organismului în cauză, cu excepția uneia care este insuficient manifestată (a cărei valoare se apropie de minimul ecologic), atunci în acest caz această ultimă condiție, numită factor limitator, devine decisivă. pentru viața sau moartea organismului în cauză și, prin urmare, prezența sau absența acestuia într-un ecosistem dat”.

2. Legea lui Shelford a toleranței.

În 1913, ecologistul american W. Shelford a generalizat legea minimului a lui Liebig, descoperind că, pe lângă limita inferioară de intensitate, există și o limită superioară a intensității factorilor de mediu, care determină limita superioară a intervalului de intensități. corespunzatoare conditiilor de viata normala a organismelor. În această formulare, legea, numită legea ecologică a toleranței, a început să aibă un caracter universal mai general.

Legea toleranței (lat. toleranţă- rabdare): „Fiecare organism se caracterizează printr-un minim ecologic și un maxim ecologic al intensității fiecărui factor de mediu, în care activitatea vieții este posibilă.”

Intervalul factorului de mediu între minim și maxim se numește interval sau zonă de toleranță.

În ciuda varietății mari de factori de mediu, o serie de modele generale pot fi identificate în natura impactului lor și în răspunsurile organismelor vii.

Se numește intervalul cantitativ al factorului care este cel mai favorabil vieții optim ecologic (lat. optimus -

Se numesc valorile factorului care se află în zona de opresiune pesimism ecologic (lat. pessimum- cel mai rău).

Se numesc valorile minime și maxime ale factorului la care are loc moartea minim ecologic și maxim ecologic .

Grafic, acest lucru este ilustrat în fig.3-1. Curba din Figura 3-1 nu este, în general, simetrică.

De exemplu, în funcție de un astfel de factor precum temperatura, maximul ecologic corespunde temperaturilor la care enzimele și proteinele sunt distruse (+50 ¸ +60 °С). Cu toate acestea, organismele individuale pot exista la temperaturi mai ridicate. Deci, în izvoarele termale din Komchatka și America, algele au fost găsite la t > +80 °C. Limita inferioară de temperatură la care este posibilă viața este de aproximativ -70 °C, deși arbuștii din Yakutia nu îngheață nici măcar la această temperatură. În animație suspendată (gr. anabioza- supraviețuire), adică în stare inactivă, unele organisme persistă la zero absolut (-273 °C).

Orez. 3-1. Dependența activității vitale de intensitate

Putem formula o serie de prevederi care completează legea toleranței:

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

2. Organismele cu o gamă largă de toleranță pentru majoritatea factorilor sunt de obicei cele mai răspândite.

3. Dacă condițiile pentru un factor ecologic nu sunt optime pentru o anumită specie, atunci și intervalul de toleranță pentru alți factori ecologici se poate restrânge. De exemplu, atunci când conținutul de azot din sol este aproape de minim, rezistența la secetă a cerealelor scade.

4. În timpul sezonului de reproducere, intervalul de toleranță tinde să se îngusteze.

Organismele cu o gamă îngustă de toleranță sau specii foarte adaptate care pot exista doar cu mici abateri ale factorului de la valoarea optimă sunt numite stenobiont, sau stenoeks (gr. stenos- îngustă, înghesuită).

Organismele cu o gamă largă de toleranță sau specii larg adaptate care pot rezista la o amplitudine mare de fluctuații ale factorului de mediu sunt numite eurybiont sau euryek (gr. euro- lat).

Proprietatea organismelor de a se adapta la existența într-o anumită gamă de factori de mediu se numește plasticitate ecologică .

Aproape de plasticitatea ecologică este conceptul valență ecologică , care este definită ca capacitatea unui organism de a popula o varietate de medii.

Astfel, stenobiontii sunt ecologic non-plastici; nu rezistent, au o valență ecologică scăzută; eurybionts, dimpotrivă, sunt plastici ecologic; mai rezistente și au o valență ecologică ridicată.

Pentru a indica relația dintre organismele și un anumit factor, la numele acestuia se adaugă prefixe: perete-și fiecare-. Deci, în ceea ce privește temperatura, există stenotermic (mesteacăn pitic, bananier) și euritermală (plante temperate) specii; în raport cu salinitatea - stenohalină (crap, lipa) și eurihalină (ghipină); în raport cu lumea stenofonic (molid) și euryfont (măceș), etc.

Steno- și eurybiontness se manifestă, de regulă, în raport cu unul sau câțiva factori. Eurybionts sunt de obicei răspândiți. Mulți euribioți protozoare (bacterii, ciuperci, alge) sunt cosmopoliți. Stenobionții, dimpotrivă, au o zonă de distribuție limitată. Plasticitatea ecologică și valența ecologică a organismelor se schimbă adesea în timpul tranziției de la o etapă de dezvoltare la alta; minorii, de regulă, sunt mai vulnerabili și mai pretențioși față de condițiile de mediu decât adulții.

În același timp, organismele nu sunt sclave ale condițiilor fizice ale mediului; se adaptează şi modifică condiţiile de mediu în aşa fel încât să slăbească influenţa factorului limitator. O astfel de compensare a factorilor limitatori este eficientă mai ales la nivel de comunitate, dar este posibilă și la nivel de populație.

Speciile cu o largă răspândire geografică formează aproape întotdeauna populații adaptate condițiilor locale, numite ecotipuri . Limitele optime și de toleranță ale acestora corespund condițiilor locale. Apariția ecotipurilor este uneori însoțită de fixarea genetică a proprietăților și trăsăturilor dobândite, adică. la apariţia raselor.

Organismele care trăiesc mult timp în condiții relativ stabile își pierd plasticitatea ecologică, iar cele care au fost supuse unor fluctuații semnificative ale factorului devin mai tolerante la acesta, adică. crește plasticitatea ecologică. La animale, compensarea factorilor limitanți este posibilă datorită comportamentului adaptativ - evită valorile extreme ale factorilor limitatori.

Când se apropie de condiții extreme, prețul energiei de adaptare crește. Dacă apa supraîncălzită este aruncată într-un râu, atunci peștii și alte organisme își cheltuiesc aproape toată energia pentru a depăși acest stres. Nu au suficientă energie pentru a obține hrană, protecție împotriva prădătorilor, reproducere, ceea ce duce la dispariție.

Deci, organismele din natură depind de:

Legea minimului a lui Liebig

Un organism viu în condiții naturale este expus simultan influenței nu a unuia, ci a multor factori de mediu. Mai mult, orice factor este cerut de organism in anumite cantitati/doze. Liebig a stabilit că dezvoltarea unei plante sau starea acesteia nu depinde de acele elemente chimice care sunt prezente în sol în cantități suficiente, ci de cele care nu sunt suficiente. În cazul în care un

dintre oricare, cel puțin unul dintre nutrienții din sol este mai mic decât este necesar de aceste plante, atunci se va dezvolta anormal, lent, sau va avea abateri patologice.

Legea minimului a lui J. LIBICH- conceptul conform căruia existența și rezistența unui organism este determinată de cea mai slabă verigă din lanțul nevoilor sale ecologice.
Potrivit legii minimului, posibilitățile vitale ale organismelor sunt limitate de acei factori de mediu, a căror cantitate și calitate sunt apropiate de organismul necesar sau ecosistem.

legea lui Liebig:

Substanța prezentă în minim controlează randamentul, îi determină dimensiunea și stabilitatea în timp. La începutul secolului al XX-lea, un om de știință american Shelford a arătat că un lucru sau oricare altul factor, care este prezent nu doar la minim, ci si in exces fata de nivelul cerut de organism, poate duce la consecinte nedorite pentru organism. Exemplu: dacă plasați o plantă/animal într-o cameră experimentală și măsurați temperatura aerului din ea, atunci starea organismului se va schimba.

În același timp, se dezvăluie cel mai bun nivel optim al acestui factor pentru organism, la care activitatea (starea fiziologică) va fi maximă. Dacă diferiți factori se abat de la optimul sus/jos, atunci activitatea va scădea. La atingerea unei anumite valori max/min, factorul va deveni incompatibil cu procesele vieții, vor avea loc schimbări în organism, ducând la moarte. Rezultate similare pot fi obținute în experimente cu modificări ale umidității, conținutului de diferite săruri din apă, acidității, concentrației diferitelor substanțe etc.

Cu cât este mai mare amplitudinea fluctuației factorului la care organismul poate reduce viabilitatea, cu atât stabilitatea acestuia este mai mare ( toleranţă) la un factor sau altul. Din toate cele de mai sus rezultă:

ecologie-portal.ru

Cao această regulă este una Orice sistem eterogen este format din părți separate omogene, diferite fizic sau chimic, separabile mecanic, numite faze. De exemplu, o soluție saturată de clorură de sodiu […]

Dacă ați fost concediat Atenția cetățenilor concediați din organizații din cauza lichidării unei organizații sau a reducerii numărului sau personalului de angajați! Forme documente solicitate: Certificat de salariu mediu. Memo „Despre […]

ACTE JURIDICE DE REGLEMENTARE ACTE JURIDICE DE REGLEMENTARE UTILIZATE DE FKU „CENTRUL GIMS MCH AL RUSIA PENTRU REGIUNEA ZABAIKALSKY” ÎN LUCRĂRILE DE ÎNREGISTRARE, ÎNREGISTRARE ȘI SUPRAVEGHERE PRIVIND UTILIZAREA NAVELOR MICI ȘI A OBIECTELOR DE APĂ SUBSUPRAVEGHEZATE […]

Curs 1. Dreptul internațional privat în sistemul dreptului rus 1.3. Sistemul dreptului internațional privat Dreptul internațional privat, ca multe ramuri de drept, este împărțit în două părți: general și special. Partea generală discută […]

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 deficitul acestuia se simte mai mult 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 și 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: mărimea culturilor este determinată de numărul din sol al acelor nutrienți, nevoile plantelor în care sunt cel mai puțin satisfăcute. 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 și se referă și la o persoană 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 modificare și o completare 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 otrăvitoare.

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, „O substanță care se află la minim este controlată de cultură și se stabilește dimensiunea și stabilitatea acesteia din urmă în timp.” Aceasta însemna efectul limitativ al substanțelor vitale prezente în sol în cantități mici și intermitente. ulterior această generalizare a început să fie interpretată mai larg, ținând cont de alți factori de mediu (de exemplu, temperatura, timpul etc.).