Predbežné poznámky.
1. Živé organizmy patria do kategórie superkomplexných systémov, pri štúdiu ktorých sú nevyhnutné určité zjednodušenia.
2. Všetky faktory ovplyvňujúce daný organizmus v danom čase pôsobia súčasne. Zdôvodnenie vplyvu jedného (oddelene braného) faktora prostredia je zjednodušením, ktoré umožňuje lepšie pochopiť jednotlivé zákonitosti. Ideálne by bolo priebežne zaznamenávať hodnoty všetkých faktorov prostredia a odozvy živého systému (organizmu).
3. Najjednoduchšou možnosťou je merať hodnoty určitého známka života(Pg) organizmu v experimentálnych podmienkach s rôznymi hodnotami jedného študovaného faktora prostredia (Fe) a konštantnou (optimálnou) hodnotou všetkých ostatných faktorov prostredia: Pf = f(Fe). Takéto experimenty sa nazývajú jednofaktorové experimenty; musia rešpektovať „pravidlo jedinej diferencie“ medzi variantmi skúsenosti.
Produktivita, rýchlosť rastu biomasy, intenzita dýchania, rýchlosť metabolizmu, fyzická aktivita a mnohé ďalšie môžu slúžiť ako ukazovatele vitálnej aktivity organizmu. Ukazovatele "blahobytu a prosperity" druhu (populácie) - pôrodnosť, produktivita, hojnosť, miera prežitia atď.
Napríklad kvantitatívnu závislosť čistej primárnej produktivity elektrárne (JE) od teploty vzduchu (t in), ako je NPP = f (t in), možno získať v podmienkach aktívneho experimentu. Za týmto účelom sa rastliny pestujú pri rôznych teplotách vzduchu (experimentálne možnosti), pričom sa zabezpečí, aby hodnoty ostatných faktorov prostredia (prísun vlhkosti, živiny atď.) zostali rovnaké a optimálne vo všetkých možnostiach (pravidlo jediného rozdielu).
« Zákon minima „J. Liebig
„Myšlienku, že vytrvalosť organizmu určuje najslabší článok v reťazci jeho ekologických potrieb, prvýkrát jasne ukázal v roku 1840 J. Liebig,“ hovorí J. Odum. Justus Liebig (1803 - 1873), vynikajúci nemecký chemik, jeden zo zakladateľov poľnohospodárskej chémie, autor teórie minerálnej výživy rastlín. Na základe početných experimentov urobil J. Liebig (1840) najdôležitejšie vedecké zovšeobecnenia, v podstate sformuloval prvé ekologické zákony dávno pred objavením sa samotnej ekológie. Zistil, že úroda rastlín závisí od prvku minerálnej výživy, ktorého je v pôde relatívne minimum (vo vzťahu k potrebám rastliny).
« Zákonné minimum(J. Liebig, 1840): "Látka, ktorej je minimum, riadi úrodu a určuje veľkosť a stabilitu úrody v čase."
Napríklad nech pôda obsahuje optimálne množstvo vlahy, fosforu, draslíka a všetkých ostatných prvkov minerálnej výživy rastlín, s výnimkou dusíka, ktorého nestačí. Potom bude obsah dusíka limit produktivita rastlín. Ak sa za týchto podmienok dôsledne zvyšuje množstvo aplikovaných dusíkatých hnojív (na rôznych pokusných pozemkoch), potom sa v rovnakom poradí (až do určitej úrovne) zvýši aj úroda rastlín.
Yu Liebig tiež zistil, že úroda môže byť obmedzená, obmedzená nielen tými živinami, ktoré rastliny vyžadujú vo veľkých množstvách (N, P, K, atď.), ale aj tými, ktoré sú potrebné vo veľmi malých množstvách (mikroprvky ). V modernom znení je toto ustanovenie známe ako „ zákon ekvivalencie hlavných environmentálnych faktorov».
Nemenej a pre ekológiu možno ešte dôležitejšia je teória minerálnej výživy rastlín vypracovaná J. Liebigom, ktorá zohrala obrovskú úlohu pri formovaní predstáv o interakcii živých a neživých vecí na úrovni atómov chemických látok. prvkov. Nebudeme sa špeciálne venovať tým početným vylepšeniam a doplneniam „zákona minima“, ktoré sa objavili za viac ako jeden a pol storočia vývoja vedy – to bude zrejmé z nasledujúcej prezentácie.
W. Shelfordov zákon tolerancie
Početné experimenty ukázali, že vo vzťahu k pôsobeniu mnohých, ale v žiadnom prípade nie všetkých faktorov prostredia na telo, sa pozorujú všeobecné vzorce:
1) životná aktivita organizmu môže byť obmedzená nielen nedostatkom, ale aj „nadbytkom“ vplyvu určitého faktora;
2) vitálna aktivita organizmu (druhu) je možná len v určitom rozsahu hodnôt faktorov (od a do);
3) pri stálosti ostatných faktorov existuje pre organizmus „najlepšia“, optimálna hodnota študovaného faktora;
4) druhy organizmov sú prísne individuálne vo vzťahu k pôsobeniu environmentálnych faktorov - optimum pre jeden druh môže byť pre iný neznesiteľné.
Tieto všeobecné vzory možno kombinovať do „ optimálne pravidlo alebo tzv zákon tolerancie". Zvyčajne sa formulácia zákona tolerancie spája s menom amerického ekológa W. Shelforda, hoci určiť autorstvo je v tomto prípade jednoducho nemožné.
Tolerancia(z lat. tolerancie- trpezlivosť, tolerancia) - odolnosť organizmu (druhu) voči pôsobeniu daného faktora prostredia. Synonymum: ekologická valencia.
Zákon tolerancie(W. Shelford, 1913) – limitujúcim faktorom blahobytu organizmu môže byť minimum (nedostatok) aj maximum (nadmernosť) vplyvu prostredia, rozmedzie medzi ktorým určuje mieru odolnosti (tolerancie) organizmu. na tento faktor.
Ekologická valencia- miera adaptability druhu na zmeny podmienok prostredia - to isté ako tolerancie.
Hranice tolerancie organizmu voči pôsobeniu daného faktora prostredia sú určené v tzv stresujúce experimenty (stresové experimenty sa nazývajú preto, lebo pri nich je potrebné dosiahnuť smrť organizmu). Ak výsledky experimentu uvediete vo forme grafu, dostanete známu krivku tolerancie v tvare zvona (obr. 1.1).
Na tolerančnej krivke (obr. 1.1) priraďte: ekologické minimum("smrť z nedostatku"), ekologické maximum("smrť prebytkom") a optimálne(najlepšie), ako aj zóna (rozsah) normálny život, optimálna zóna a zóny útlaku(stres) .
Rozsah hodnôt faktorov medzi ekologickým minimom a maximom - rozsah tolerancie, (hranice tolerancie druhu, medze odolnosti druhu voči pôsobeniu daného faktora prostredia) sa označujú predponami:
každý deň- široký a steno- úzky.
Napríklad eurytermný druh (toleruje kolísanie teploty prostredia v širokom rozsahu) alebo stenotermický druh (môže existovať len s miernymi teplotnými výkyvmi v blízkosti optima).
Bežné názvy sú:
stenotermický - eurytermický (vo vzťahu k teplote);
stenohydrický - euryhydrický (vo vzťahu k vode);
stenohalín - euryhalín (vo vzťahu k salinite);
stenofág - euryfág (vo vzťahu k potrave);
stenobiont - eurybiont (vo vzťahu k biotopu).
Charakterizovať organizmy, ktoré majú úzky rozsah tolerancie voči určitým environmentálnym faktorom ( steno-), často používajú koncovky: ... Phil- miluje alebo... fob- "nemiluje". Napríklad stenotermné a kryofilné druhy ( kryo- chladný).
Ryža. 1.1. Celkový pohľad (diagram) tolerančnej krivky.
Zákony ekológie— všeobecné vzorce a princípy interakcie medzi ľudskou spoločnosťou a prírodným prostredím.
Význam týchto zákonitostí spočíva v regulácii charakteru a smerovania ľudskej činnosti v rámci ekosystémov rôznych úrovní. Spomedzi zákonov ekológie formulovaných rôznymi autormi sú najznámejšie štyri aforizmy amerického environmentálneho vedca Barryho Commonera (1974):
- "všetko so všetkým súvisí"(zákon univerzálneho spojenia vecí a javov v prírode);
- "všetko musí niekam ísť"(zákon zachovania hmotnosti hmoty);
- "nič nie je zadarmo"(o cene vývoja);
- "príroda vie najlepšie"(o hlavnom kritériu evolučného výberu).
Od zákon univerzálneho spojenia vecí a javov v prírode(„všetko so všetkým súvisí“) z toho vyplýva niekoľko dôsledkov:
- zákon veľkých čísel - kumulatívne pôsobenie veľkého množstva náhodných faktorov vedie k výsledku, ktorý je takmer nezávislý od náhody, t.j. ktoré majú systémový charakter. Tak myriady baktérií v pôde, vode, telách živých organizmov vytvárajú špeciálne, relatívne stabilné mikrobiologické prostredie nevyhnutné pre normálnu existenciu všetkého živého. Alebo iný príklad: náhodné správanie veľkého počtu molekúl v určitom objeme plynu určuje celkom konkrétne hodnoty teploty a tlaku;
- princíp Le Chatelier (hnedý) - keď vonkajšia činnosť vyvedie systém zo stavu stabilnej rovnováhy, táto rovnováha sa posunie v smere, v ktorom sa účinok vonkajšej činnosti zníži. Na biologickej úrovni sa realizuje v podobe schopnosti ekosystémov samoregulácie;
- zákon optimality- každý systém funguje s najväčšou účinnosťou v určitých časopriestorových limitoch, ktoré sú preň typické;
- akékoľvek systémové zmeny v prírode majú priamy alebo nepriamy vplyv na človeka - od stavu jednotlivca až po zložité sociálne vzťahy.
Od zákon zachovania hmotnosti hmoty(„všetko musí niekam ísť“) nasledujú aspoň dva postuláty praktického významu:
Barry Commoner píše „... globálny ekosystém je jedinou entitou, v rámci ktorej nemožno nič získať ani stratiť a ktorú nemožno univerzálne zlepšovať; všetko, čo sa z neho vyťažilo ľudskou prácou, treba nahradiť. Platbe tohto účtu sa nedá vyhnúť; dá sa to len oddialiť. Súčasná environmentálna kríza naznačuje, že oneskorenie bolo veľmi dlhé.“
Princíp "príroda vie najlepšie" v prvom rade určuje, čo sa môže a čo by nemalo prebiehať v biosfére. Všetko v prírode – od jednoduchých molekúl až po ľudí – prešlo najtvrdšou súťažou o právo na existenciu. V súčasnosti planétu obýva len 1/1000 druhov rastlín a živočíchov testovaných evolúciou. Hlavným kritériom tohto evolučného výberu je začlenenie do globálneho biotického cyklu., vyplnenie všetkých ekologických výklenkov. Akákoľvek látka produkovaná organizmami musí mať enzým, ktorý ju rozkladá a všetky produkty rozpadu sa musia opäť zapojiť do cyklu. S každým biologickým druhom, ktorý porušil tento zákon, sa evolúcia skôr či neskôr rozišla. Ľudská priemyselná civilizácia hrubo porušuje izoláciu biotického cyklu v globálnom meradle, čo nemôže zostať nepotrestané. V tejto kritickej situácii treba nájsť kompromis, ktorý dokáže len človek, ktorý na to má rozum a túžbu.
Okrem formulácií Barryho Commonera, moderní ekológovia odvodili ďalší zákon ekológie - „nie je dosť pre každého“ (zákon obmedzených zdrojov). Je zrejmé, že množstvo živín pre všetky formy života na Zemi je obmedzené a obmedzené. Nestačí to pre všetkých predstaviteľov organického sveta objavujúcich sa v biosfére, preto k výraznému zvýšeniu počtu a hmotnosti akýchkoľvek organizmov v globálnom meradle môže dôjsť iba v dôsledku zníženia počtu a hmotnosti ostatných. Anglický ekonóm T.R. Malthus (1798), ktorý sa tým snažil ospravedlniť nevyhnutnosť spoločenskej konkurencie. Charles Darwin si zasa požičal od Malthusa pojem „boj o existenciu“, aby vysvetlil mechanizmus prirodzeného výberu v živej prírode.
Zákon obmedzených zdrojov- zdroj všetkých foriem konkurencie, súperenia a antagonizmu v prírode a, žiaľ, aj v spoločnosti. A akokoľvek považujú triedny boj, rasizmus, medzietnické konflikty za čisto sociálne javy, všetky majú svoje korene vo vnútrodruhovej konkurencii, ktorá má niekedy oveľa krutejšie podoby ako u zvierat.
Podstatný rozdiel je v tom, že v prírode v dôsledku konkurenčného boja prežijú tí najlepší, no v ľudskej spoločnosti to tak v žiadnom prípade nie je.
Zovšeobecnenú klasifikáciu environmentálnych zákonov predstavil slávny sovietsky vedec N.F. Reimers. Poskytujú sa im nasledujúce vyhlásenia:
- zákon sociálnej a ekologickej rovnováhy(potreba udržiavať rovnováhu medzi tlakom na životné prostredie a obnovou tohto prostredia, prirodzeného aj umelého);
- princíp riadenia kultúrneho rozvoja(uloženie obmedzení na extenzívny rozvoj, berúc do úvahy environmentálne obmedzenia);
- pravidlo sociálno-ekologickej substitúcie(potreba identifikovať spôsoby, ako nahradiť ľudské potreby);
- zákon sociálno-ekologickej nezvratnosti(nemožnosť vrátiť evolučný pohyb späť, od zložitých foriem k jednoduchším);
- zákon noosféry Vernadského (nevyhnutnosť premeny biosféry pod vplyvom myslenia a ľudskej práce na noosféru – geosféru, v ktorej sa myseľ stáva dominantnou vo vývoji systému „človek-príroda“).
Dodržiavanie týchto zákonov je možné, ak si ľudstvo uvedomí svoju úlohu v mechanizme udržiavania stability biosféry. Je známe, že v procese evolúcie sa zachovávajú len tie druhy, ktoré sú schopné zabezpečiť stabilitu života a životného prostredia. Len človek, využívajúc silu svojej mysle, môže nasmerovať ďalší vývoj biosféry po ceste zachovania divokej prírody, zachovania civilizácie a ľudstva, vytvorenia spravodlivejšieho sociálneho systému, prechodu od filozofie vojny k filozofii mieru a partnerstva. , lásku a úctu k budúcim generáciám. To všetko sú zložky nového biosférického svetonázoru, ktorý by sa mal stať univerzálnym.
Zákony a princípy ekológie
Zákon minima
V roku 1840 Y. Liebig zistili, že úroda je často obmedzená nie tými živinami, ktoré sú potrebné vo veľkom množstve, ale tými, ktorých treba málo, ale ktorých je v pôde tiež málo. Zákon, ktorý sformuloval, znel: „Úroda je kontrolovaná látkou, ktorej je minimum, určuje sa jej veľkosť a stabilita v čase.“ Následne sa k živinám pridalo množstvo ďalších faktorov, ako napríklad teplota. Pôsobenie tohto zákona je obmedzené dvoma zásadami. Liebigov prvý zákon platí striktne len za stacionárnych podmienok. Presnejšia formulácia: „v stacionárnom stave bude limitnou látkou látka, ktorej dostupné množstvá sú najbližšie k požadovanému minimu.“ Druhý princíp sa týka interakcie faktorov. Vysoká koncentrácia alebo dostupnosť určitej látky môže zmeniť príjem minimálnej živiny. Nasledujúci zákon je formulovaný v samotnej ekológii a zovšeobecňuje zákon minima.
Zákon tolerancie
Tento zákon je formulovaný nasledovne: absencia alebo nemožnosť rozvoja ekosystému je daná nielen nedostatkom, ale aj nadbytkom niektorého z faktorov (teplo, svetlo, voda). V dôsledku toho sa organizmy vyznačujú ekologickým minimom aj maximom. Príliš veľa dobrých vecí je aj zlé. Rozmedzie medzi týmito dvoma hodnotami je hranica tolerancie, v ktorej telo normálne reaguje na vplyv prostredia. Navrhovaný zákon tolerancie W. Shelford v roku 1913. Môžeme sformulovať množstvo návrhov, ktoré ho dopĺňajú.
- Organizmy môžu mať široký rozsah tolerancie pre jeden faktor a úzky rozsah tolerancie pre iný.
- Organizmy so širokým rozsahom tolerancie voči všetkým faktorom sú zvyčajne najrozšírenejšie.
- Ak podmienky pre jeden faktor prostredia nie sú pre daný druh optimálne, potom sa rozsah tolerancie k iným faktorom prostredia môže zúžiť.
- V prírode sa organizmy veľmi často ocitnú v podmienkach, ktoré nezodpovedajú optimálnej hodnote toho či onoho faktora stanoveného v laboratóriu.
- Obdobie rozmnožovania je zvyčajne kritické; v tomto období sa mnohé environmentálne faktory často ukážu ako obmedzujúce.
Živé organizmy menia podmienky prostredia s cieľom oslabiť obmedzujúci vplyv fyzikálnych faktorov. Druhy so širokým geografickým rozšírením tvoria populácie prispôsobené miestnym podmienkam, ktoré sú tzv ekotypy. Ich optimálne a tolerančné limity zodpovedajú miestnym podmienkam.
Všeobecná koncepcia limitujúcich faktorov
Najdôležitejšími faktormi na súši sú svetlo, teplota a voda (zrážky), kým v mori svetlo, teplota a slanosť. Tieto fyzické podmienky existencie smieť obmedzovať a priaznivo ovplyvňovať. Všetky faktory prostredia na sebe navzájom závisia a konajú v zhode. Ďalšími limitujúcimi faktormi sú atmosférické plyny (oxid uhličitý, kyslík) a biogénne soli. Liebig pri formulovaní „zákona minima“ mal na mysli obmedzujúci účinok životne dôležitých chemických prvkov prítomných v životnom prostredí v malých a prerušovaných množstvách. Nazývajú sa stopové prvky a zahŕňajú železo, meď, zinok, bór, kremík, molybdén, chlór, vanád, kobalt, jód, sodík. Mnohé stopové prvky, ako napríklad vitamíny, pôsobia ako katalyzátory. Fosfor, draslík, vápnik, síra, horčík, ktoré organizmy potrebujú vo veľkých množstvách, sa nazývajú makroživiny. Dôležitým limitujúcim faktorom v moderných podmienkach je znečistenie životného prostredia. Hlavným limitujúcim faktorom pre Y. Odumu, - rozmermi a kvalitou oikosa", alebo náš" prírodný domov, a nielen počet kalórií, ktoré sa dajú vytlačiť zo zeme. Krajina nie je len sklad, ale aj dom, v ktorom bývame. „Cieľom by malo byť zachovať aspoň tretinu všetkých pozemkov ako chránený otvorený priestor. To znamená, že tretinu celého nášho biotopu by mali tvoriť národné alebo miestne parky, rezervácie, zelené plochy, oblasti divočiny atď. Územie potrebné na jednu osobu sa podľa rôznych odhadov pohybuje od 1 do 5 hektárov. Druhý z týchto čísel presahuje oblasť, ktorá teraz pripadá na jedného obyvateľa Zeme.
Hustota obyvateľstva sa blíži k jednej osobe na 2 hektáre pôdy. Len 24 % pôdy je vhodných na poľnohospodárstvo. Zatiaľ čo len 0,12 hektára môže poskytnúť dostatok kalórií na udržanie jednej osoby, zdravá strava s množstvom mäsa, ovocia a zeleniny si vyžaduje približne 0,6 hektára na osobu. Okrem toho je potrebných asi 0,4 hektára na výrobu rôznych druhov vlákien (papier, drevo, bavlna) a ďalších 0,2 hektára na cesty, letiská, budovy atď. Odtiaľ pochádza koncept „zlatej miliardy“, podľa ktorého je optimálna populácia 1 miliarda ľudí, a teda už teraz existuje asi 5 miliárd „ľudí navyše“. Človek po prvý raz vo svojej histórii čelil skôr obmedzujúcim ako lokálnym obmedzeniam. Prekonanie limitujúcich faktorov si vyžaduje obrovské výdavky na hmotu a energiu. Zdvojnásobenie úrody si vyžaduje desaťnásobné zvýšenie množstva hnojív, pesticídov a energie (zvieratá alebo stroje). Limitujúcim faktorom je aj veľkosť populácie.
Zákon konkurenčného vylúčenia
Tento zákon je formulovaný takto: dva druhy, ktoré zaberajú tú istú ekologickú niku, nemôžu spolu existovať na jednom mieste donekonečna.
Ktorý druh vyhrá, závisí od vonkajších podmienok. V podobných podmienkach môže vyhrať každý. Dôležitou okolnosťou pre víťazstvo je rýchlosť rastu populácie. Neschopnosť druhu biotickej konkurencie vedie k jeho vytesňovaniu a potrebe prispôsobiť sa zložitejším podmienkam a faktorom.
Zákon konkurenčného vylúčenia môže fungovať aj v ľudskej spoločnosti. Zvláštnosťou jeho pôsobenia v súčasnosti je, že civilizácie sa nemôžu rozptýliť. Nemajú kam opustiť svoje územie, pretože v biosfére nie je voľný priestor na usadzovanie a nie je nadbytok zdrojov, čo vedie k vyostreniu boja so všetkými z toho vyplývajúcimi dôsledkami. Môžeme hovoriť o ekologickej rivalite medzi krajinami a dokonca aj o ekologických vojnách alebo vojnách spôsobených ekologickými dôvodmi. Hitler svojho času ospravedlňoval agresívnu politiku nacistického Nemecka bojom o životný priestor. Zdroje ropy, uhlia atď. a potom boli dôležité. V 21. storočí majú ešte väčšiu váhu. Okrem toho pribudla potreba území na ukladanie rádioaktívneho a iného odpadu. Vojny – horúce a studené – nadobúdajú ekologický rozmer. Mnohé udalosti modernej histórie, ako napríklad rozpad Sovietskeho zväzu, sa vnímajú novým spôsobom, ak sa na ne pozriete z ekologického hľadiska. Jedna civilizácia si môže nielen podmaniť druhú, ale ju využiť na sebecké účely z ekologického hľadiska. Toto bude ekologický kolonializmus. Takto sa prelínajú politické, sociálne a environmentálne problémy.
Základný zákon ekológie
Jedným z hlavných úspechov ekológie bolo zistenie, že nielen organizmy a druhy sa vyvíjajú, ale aj. Postupnosť komunít, ktoré sa v danej oblasti navzájom nahrádzajú, je tzv nástupníctvo. Následnosť nastáva v dôsledku zmeny fyzického prostredia pôsobením komunity, t.j. ním ovládaný.
Vysoká produktivita dáva nízku spoľahlivosť - ďalšia formulácia základného zákona ekológie, z ktorej vyplýva nasledovné pravidlo: "Optimálna účinnosť je vždy menšia ako maximálna." Diverzita v súlade so základným zákonom ekológie priamo súvisí s udržateľnosťou. Zatiaľ však nie je známe, do akej miery je tento vzťah kauzálny.
Niektoré ďalšie zákony a zásady dôležité pre ekológiu.
Zákon vzniku: celok má vždy špeciálne vlastnosti, ktoré jeho časť nemá.
Zákon nevyhnutnej rozmanitosti: systém nemôže pozostávať z absolútne identických prvkov, ale môže mať hierarchickú organizáciu a integračné úrovne.
Zákon nezvratnosti evolúcie: organizmus (populácia, druh) sa nemôže vrátiť do predchádzajúceho stavu, realizovaného v rade svojich predkov.
Zákon o komplikáciách organizácie: historický vývoj živých organizmov vedie ku komplikáciám ich organizácie prostredníctvom diferenciácie orgánov a funkcií.
biogenetický zákon(E. Haeckel): ontogenéza organizmu je krátke zopakovanie fylogenézy daného druhu, t.j. jedinec vo svojom vývoji v skratke opakuje historický vývoj svojho druhu.
Zákon o nerovnomernom vývoji častí systému: systémy jednej úrovne hierarchie sa nevyvíjajú striktne synchrónne, pričom niektoré dosahujú vyšší stupeň vývoja, iné zostávajú v menej rozvinutom stave. Tento zákon priamo súvisí so zákonom nevyhnutnej rozmanitosti.
Zákon zachovania života: život môže existovať len v procese pohybu cez živé telo toku látok, energie, informácií.
Princíp udržiavania poriadku(Y. Prigozhy): v otvorených systémoch sa entropia nezvyšuje, ale klesá, kým sa nedosiahne minimálna konštantná hodnota, ktorá je vždy väčšia ako nula.
Le Chatelier-Brown princíp: pri vonkajšom vplyve, ktorý vyvedie systém zo stavu stabilnej rovnováhy, sa táto rovnováha posunie v smere, v ktorom je účinok vonkajšieho vplyvu oslabený.
Princíp úspory energie(L. Onsager): s pravdepodobnosťou vývoja procesu v určitom súbore smerov, ktoré umožňujú princípy termodynamiky, sa realizuje ten, ktorý poskytuje minimálny rozptyl energie.
Zákon maximalizácie energie a informácií: najväčšiu šancu na sebazáchovu má systém, ktorý najviac napomáha prijímaniu, výrobe a efektívnemu využívaniu energie a informácií; maximálny príjem látky nezaručuje úspechu systému v konkurenčnom boji.
Zákon vývoja systému na úkor životného prostredia: každý systém sa môže rozvíjať len s využitím materiálnych, energetických a informačných schopností svojho prostredia; absolútne izolovaný sebarozvoj je nemožný.
Schrödingerovo pravidlo„o výžive“ organizmu so zápornou entropiou: usporiadanosť organizmu je vyššia ako prostredie a organizmus tomuto prostrediu viac neporiadku dáva, ako dostáva. Toto pravidlo koreluje s Prigoginovým princípom udržiavania poriadku.
Pravidlo zrýchlenia evolúcie: s narastajúcou zložitosťou organizácie biosystémov sa trvanie existencie druhu v priemere skracuje a rýchlosť evolúcie sa zvyšuje. Priemerná dĺžka života vtáčích druhov je 2 milióny rokov a cicavcov 800 000 rokov. Počet vyhynutých druhov vtákov a cicavcov v porovnaní s ich celkovým počtom je veľký.
Zákon relatívnej nezávislosti adaptácie: vysoká adaptabilita na jeden z faktorov prostredia nedáva rovnakú mieru adaptácie na iné životné podmienky (naopak, môže tieto možnosti obmedziť vzhľadom na fyziologické a morfologické vlastnosti organizmov).
Zásada minimálnej veľkosti populácie: existuje minimálna veľkosť populácie, pod ktorú veľkosť populácie nemôže klesnúť.
Pravidlo zastúpenia rodu jedným druhom: v homogénnych podmienkach a na obmedzenom území je taxonomický rod spravidla zastúpený iba jedným druhom. Zrejme je to spôsobené blízkosťou ekologických výklenkov druhov rovnakého rodu.
Zákon vyčerpania živej hmoty v jej ostrovných koncentráciách(G.F. Hilmi): „Individuálny systém fungujúci v prostredí s úrovňou organizácie nižšou, ako je úroveň samotného systému, je odsúdený na zánik: postupne stráca svoju štruktúru, systém sa po chvíli rozpustí v prostredí.“ To vedie k dôležitému záveru pre environmentálne aktivity človeka: umelá ochrana malých ekosystémov (na obmedzenom území, napríklad rezervácia) vedie k ich postupnému ničeniu a nezabezpečuje zachovanie druhov a spoločenstiev.
Zákon energetickej pyramídy(R. Lindeman): z jednej trofickej úrovne ekologickej pyramídy prechádza v priemere asi 10 % energie prijatej na predchádzajúcej úrovni do inej, vyššej úrovne. Spätný tok z vyšších na nižšie úrovne je oveľa slabší – nie viac ako 0,5-0,25 %, a preto nie je potrebné hovoriť o energetickom cykle v biocenóze.
Pravidlo povinnosti vyplniť ekologické niky: prázdna ekologická nika je vždy a nevyhnutne prirodzene vyplnená („príroda netoleruje prázdnotu“).
Princíp tvorby ekosystému: dlhodobá existencia organizmov je možná len v rámci ekologických systémov, kde sa ich zložky a prvky navzájom dopĺňajú a prispôsobujú. Z týchto environmentálnych zákonov a princípov vyplývajú niektoré závery, ktoré sú spravodlivé pre systém „človek-životné prostredie“. Patria k typu zákona obmedzenia diverzity, t.j. zaviesť obmedzenia na ľudské aktivity s cieľom transformovať prírodu.
bumerangový zákon: všetko, čo sa z biosféry vyťaží ľudskou prácou, sa do nej musí vrátiť.
Zákon nenahraditeľnosti biosféry: biosféru nemožno nahradiť umelým prostredím, rovnako ako nemožno vytvárať povedzme nové typy života. Človek nemôže postaviť stroj na večný pohyb, zatiaľ čo biosféra je prakticky stroj na „večný“ pohyb.
Zákon kamienkovej kože: globálny počiatočný potenciál prírodných zdrojov sa v priebehu historického vývoja neustále vyčerpáva. Vyplýva to zo skutočnosti, že v súčasnosti neexistujú zásadne nové zdroje, ktoré by sa mohli objaviť. Pre život každého človeka je ročne potrebných 200 ton pevných látok, ktoré s pomocou 800 ton vody a priemerne 1000 W energie premení na užitočný produkt pre seba. Všetko toto človek berie z toho, čo je už v prírode.
Princíp odľahlosti udalosti: potomkovia niečo vymyslia, aby zabránili možným negatívnym následkom. Otázka, nakoľko je možné preniesť zákony ekológie do vzťahu človeka k životnému prostrediu, zostáva otvorená, keďže človek je iný ako všetky ostatné druhy. Napríklad u väčšiny druhov sa miera rastu populácie znižuje so zvyšujúcou sa hustotou populácie; u ľudí sa naopak rast populácie v tomto prípade zrýchľuje. Niektoré z regulačných mechanizmov prírody u ľudí chýbajú, a to môže u niektorých slúžiť ako ďalší dôvod na technologický optimizmus a pre environmentálnych pesimistov svedčiť o nebezpečenstve takejto katastrofy, ktorá je pre iné druhy nemožná.
TÉMA 2. ZÁKLADNÉ ZÁKONY A PRINCÍPY ŽIVOTNÉHO PROSTREDIA
Úlohou ekológie, ako každej inej vedy, je hľadať zákonitosti fungovania a vývoja danej oblasti reality. Historicky prvým pre ekológiu bol zákon stanovujúci závislosť živých systémov od faktorov obmedzujúcich ich vývoj (tzv. limitujúce faktory).
2.1. Zákon minima
J. Liebig v roku 1840 zistil, že úroda obilia je často obmedzená nie tými živinami, ktoré sú potrebné vo veľkom množstve, ale tými, ktorých je treba málo, ale ktorých je v pôde málo. Ním formulovaný zákon znel: "Látka, ktorej je minimum, kontroluje úrodu a určuje jej veľkosť a stabilitu v čase." Následne sa k živinám pridalo množstvo ďalších faktorov, ako napríklad teplota.
Pôsobenie tohto zákona je obmedzené dvoma zásadami. Po prvé, Liebigov zákon je striktne uplatniteľný iba za podmienok ustáleného stavu. Presnejšia formulácia: „v stacionárnom stave bude limitnou látkou látka, ktorej dostupné množstvá sú najbližšie k požadovanému minimu.“ Druhý princíp sa týka interakcie faktorov. Vysoká koncentrácia alebo dostupnosť určitej látky môže zmeniť príjem minimálnej živiny. Telo niekedy nahrádza jednu, nedostatočnú látku inou, dostupnou v nadbytku.
Nasledujúci zákon je formulovaný v samotnej ekológii a zovšeobecňuje zákon minima.
2.2. Zákon tolerancie
Je formulovaný nasledovne: neprítomnosť alebo nemožnosť rozvoja ekosystému je daná nielen nedostatkom, ale aj nadbytkom niektorého z faktorov (teplo, svetlo, voda). V dôsledku toho sa organizmy vyznačujú ekologickým minimom aj maximom. Príliš veľa dobrých vecí je aj zlé. Rozmedzie medzi týmito dvoma hodnotami je hranica tolerancie, v ktorej telo normálne reaguje na vplyv prostredia. Zákon tolerancie navrhol W. Shelford v roku 1913. Môžeme sformulovať niekoľko návrhov, ktoré ho dopĺňajú:
1. Organizmy môžu mať široký rozsah tolerancie pre jeden faktor a úzky rozsah pre iný.
2. Organizmy so širokým rozsahom tolerancie voči všetkým faktorom sú zvyčajne najrozšírenejšie.
3. Ak podmienky pre jeden ekologický faktor nie sú pre daný druh optimálne, potom sa rozsah tolerancie voči iným faktorom prostredia môže zúžiť.
4. V prírode sa organizmy veľmi často ocitnú v podmienkach, ktoré nezodpovedajú optimálnej hodnote toho či onoho faktora, stanovenej v laboratóriu.
5. Obdobie rozmnožovania je zvyčajne kritické; v tomto období sa mnohé environmentálne faktory často ukážu ako obmedzujúce.
Živé organizmy menia podmienky prostredia s cieľom oslabiť obmedzujúci vplyv fyzikálnych faktorov. Druhy so širokým geografickým rozšírením tvoria populácie prispôsobené miestnym podmienkam, ktoré sa nazývajú ekotypy. Ich optimálne a tolerančné limity zodpovedajú miestnym podmienkam. V závislosti od toho, či sú ekotypy geneticky fixované, možno hovoriť o vytvorení genetických rás alebo o jednoduchej fyziologickej aklimatizácii.
2.3. Všeobecná koncepcia limitujúcich faktorov
Najdôležitejšími faktormi na súši sú svetlo, teplota a voda (zrážky), kým v mori svetlo, teplota a slanosť. Tieto fyzické podmienky existencie môžu byť obmedzujúce a prospešné. Všetky faktory prostredia na sebe navzájom závisia a konajú v zhode.
Ďalšími limitujúcimi faktormi sú atmosférické plyny (oxid uhličitý, kyslík) a biogénne soli. Liebig pri formulovaní „zákona minima“ mal na mysli obmedzujúci účinok životne dôležitých chemických prvkov prítomných v životnom prostredí v malých a prerušovaných množstvách. Nazývajú sa stopové prvky a zahŕňajú železo, meď, zinok, bór, kremík, molybdén, chlór, vanád, kobalt, jód, sodík. Mnohé stopové prvky, ako napríklad vitamíny, pôsobia ako katalyzátory. Fosfor, draslík, vápnik, síra, horčík, ktoré organizmy potrebujú vo veľkých množstvách, sa nazývajú makroživiny.
Dôležitým limitujúcim faktorom v moderných podmienkach je znečistenie životného prostredia. Dochádza k nemu v dôsledku vnášania látok do prostredia, ktoré v ňom buď neexistovali (kovy, nové syntetizované chemikálie) a ktoré sa vôbec nerozkladajú, alebo v biosfére existujú (napríklad oxid uhličitý), ale sa zavádzajú v nadmerne veľkých množstvách, ktoré neumožňujú ich prirodzené spracovanie. Obrazne povedané, znečisťujúce látky sú zdroje na nesprávnom mieste. Znečistenie vedie k nežiaducej zmene fyzikálnych, chemických a biologických charakteristík prostredia, čo má nepriaznivý vplyv na ekosystémy a človeka. Cena znečistenia je zdravie, cena v doslovnom zmysle cena nákladov na jeho obnovu. Znečistenie sa zvyšuje tak v dôsledku rastu populácie a jej potrieb, ako aj v dôsledku používania nových technológií, ktoré slúžia týmto potrebám. Je chemický, tepelný, hlukový.
Hlavným limitujúcim faktorom je podľa J. Oduma veľkosť a kvalita „oikos“, čiže nášho „prirodzeného príbytku“, a nielen počet kalórií, ktoré sa dajú zo zeme vyžmýkať. Krajina nie je len sklad, ale aj dom, v ktorom bývame. „Cieľom by malo byť zachovať aspoň tretinu všetkých pozemkov ako chránený otvorený priestor. To znamená, že tretinu celého nášho biotopu by mali tvoriť národné alebo miestne parky, rezervácie, zelené plochy, oblasti divočiny atď. (Yu. Odum. Základy ... s. 541). Obmedzenie využívania pôdy je analogické s prirodzeným regulačným mechanizmom nazývaným územné správanie. Mnoho živočíšnych druhov používa tento mechanizmus, aby sa vyhli zhlukovaniu a stresu, ktorý spôsobuje.
Územie potrebné na jednu osobu sa podľa rôznych odhadov pohybuje od 1 do 5 hektárov. Druhý z týchto čísel presahuje oblasť, ktorá teraz pripadá na jedného obyvateľa Zeme. Hustota obyvateľstva sa blíži k jednej osobe na 2 hektáre pôdy. Len 24 % pôdy je vhodných na poľnohospodárstvo. „Zatiaľ čo plocha len 0,12 hektára môže poskytnúť dostatok kalórií na podporu existencie jednej osoby, na výživnú stravu s množstvom mäsa, ovocia a zeleniny je potrebných asi 0,6 hektára na osobu. Okrem toho je potrebných asi 0,4 hektára na výrobu rôznych druhov vlákien (papier, drevo, bavlna) a ďalších 0,2 hektára na cesty, letiská, budovy atď. (Yu. Odum. Základy ... s. 539). Odtiaľ pochádza koncept „zlatej miliardy“, podľa ktorého je optimálna populácia 1 miliarda ľudí, a teda už teraz existuje asi 5 miliárd „ľudí navyše“. Človek po prvý raz vo svojej histórii čelil skôr obmedzujúcim ako lokálnym obmedzeniam.
Prekonanie limitujúcich faktorov si vyžaduje obrovské výdavky na hmotu a energiu. Zdvojnásobenie úrody si vyžaduje desaťnásobné zvýšenie množstva hnojív, pesticídov a energie (zvieratá alebo stroje).
Limitujúcim faktorom je aj veľkosť populácie. Toto je zhrnuté v Ollieho princípe: „Stupeň agregácie (ako aj celková hustota), pri ktorej dochádza k optimálnemu rastu a prežitiu populácie, sa líši v závislosti od druhu a podmienok, takže „nedostatočná populácia“ (alebo nedostatok agregácie), ako aj premnoženie môžu byť limitujúce. účinok. Niektorí ekológovia sa domnievajú, že Ollieho princíp platí aj pre ľudí. Ak áno, potom je potrebné určiť maximálnu veľkosť miest, ktoré v súčasnosti rýchlo rastú.
2.4. Zákon konkurenčného vylúčenia
Tento zákon je formulovaný takto: dva druhy, ktoré zaberajú tú istú ekologickú niku, nemôžu spolu existovať na jednom mieste donekonečna. Ktorý druh vyhrá, závisí od vonkajších podmienok. V podobných podmienkach môže vyhrať každý. Dôležitou okolnosťou pre víťazstvo je rýchlosť rastu populácie. Neschopnosť druhu biotickej konkurencie vedie k jeho vytesňovaniu a potrebe prispôsobiť sa zložitejším podmienkam a faktorom.
Zákon konkurenčného vylúčenia môže fungovať aj v ľudskej spoločnosti. Zvláštnosťou jeho pôsobenia v súčasnosti je, že civilizácie sa nemôžu rozptýliť. Nemajú kam opustiť svoje územie, pretože v biosfére nie je voľný priestor na usadzovanie a nie je nadbytok zdrojov, čo vedie k vyostreniu boja so všetkými z toho vyplývajúcimi dôsledkami. Môžeme hovoriť o ekologickej rivalite medzi krajinami a dokonca aj o ekologických vojnách alebo vojnách spôsobených ekologickými dôvodmi. Hitler svojho času ospravedlňoval agresívnu politiku nacistického Nemecka bojom o životný priestor. Už vtedy boli dôležité zdroje ropy, uhlia atď. V 21. storočí budú mať ešte väčšiu váhu. Okrem toho pribudla potreba území na ukladanie rádioaktívneho a iného odpadu. Vojny – horúce aj studené – naberajú ekologický rozmer. Mnohé udalosti modernej histórie, ako napríklad rozpad Sovietskeho zväzu, sa vnímajú novým spôsobom, ak sa na ne pozriete z ekologického hľadiska. Jedna civilizácia si môže nielen podmaniť druhú, ale ju využiť na sebecké účely z ekologického hľadiska. Toto bude ekologický kolonializmus. Takto sa prelínajú politické, sociálne a environmentálne problémy.
2.5. Základný zákon ekológie
Jedným z hlavných úspechov ekológie bolo zistenie, že sa nevyvíjajú len organizmy a druhy, ale aj ekosystémy. Postupnosť spoločenstiev, ktoré sa v danej oblasti navzájom nahrádzajú, sa nazýva sukcesia. Následnosť nastáva v dôsledku zmeny fyzického prostredia pod vplyvom komunity, t.j. je ňou riadená. Substitúcia druhov v ekosystémoch je spôsobená tým, že populácie, ktoré sa snažia o úpravu prostredia, vytvárajú priaznivé podmienky pre iné populácie; toto pokračuje, kým sa nedosiahne rovnováha medzi biotickou a abiotickou zložkou. Vývoj ekosystémov je v mnohých ohľadoch podobný vývoju jednotlivého organizmu a zároveň vývoju biosféry ako celku.
Následnosť v energetickom zmysle je spojená so zásadným posunom toku energie smerom k zvýšeniu množstva energie zameranej na udržanie systému. Sukcesia pozostáva z fáz rastu, stabilizácie a menopauzy. Možno ich rozlíšiť na základe kritéria produktivity: v prvej fáze produkcia rastie na maximum, v druhej zostáva konštantná, v tretej klesá na nulu, keď sa systém degraduje.
Najzaujímavejší je rozdiel medzi pestovateľskými a zrelými systémami, ktorý možno zhrnúť do nasledujúcej tabuľky.
stôl 1Rozdiely medzi štádiami nástupníctvaVšimnite si inverzný vzťah medzi entropiou a informáciami a skutočnosť, že ekosystémy sa vyvíjajú smerom k zvyšovaniu ich odolnosti, dosahovanej zvýšenou diverzitou. Rozšírením tohto záveru na celú biosféru dostaneme odpoveď na otázku, prečo sú potrebné 2 milióny druhov. Možno si myslieť (ako sa verilo pred vznikom ekológie), že evolúcia vedie k nahradeniu niektorých menej zložitých druhov inými, až po človeka ako korunu prírody. Menej zložité typy, ktoré ustúpili zložitejším, sa stávajú nepotrebnými. Ekológia tento mýtus vhodný pre ľudí zničila. Teraz je jasné, prečo je nebezpečné, ako to robí moderný človek, znižovať rozmanitosť prírody.
Jedno- a dokonca aj dvojdruhové spoločenstvá sú veľmi nestabilné. Nestabilita znamená, že môže dochádzať k veľkým výkyvom hustoty obyvateľstva. Táto okolnosť určuje vývoj ekosystému do zrelého stavu. V zrelom štádiu sa zvyšuje spätná regulácia, ktorá je zameraná na udržanie stability systému.
Vysoká produktivita dáva nízku spoľahlivosť - to je ďalšia formulácia základného zákona ekológie, z ktorej vyplýva nasledovné pravidlo: "optimálna účinnosť je vždy menšia ako maximálna." Diverzita v súlade so základným zákonom ekológie priamo súvisí s udržateľnosťou. Zatiaľ však nie je známe, do akej miery je tento vzťah kauzálny.
Smer evolúcie spoločenstva vedie k zvýšeniu symbiózy, zachovaniu biogénnych látok, zvýšeniu stability a obsahu informácií. Celková stratégia „je zameraná na dosiahnutie čo najrozsiahlejšej a najrozmanitejšej organickej štruktúry v rámci hraníc stanovených dostupným prílevom energie a prevládajúcimi fyzickými podmienkami existencie (pôda, voda, klíma atď.)“ (Yu. Odum. Fundamentals ... s. 332).
Ekosystémová stratégia je „najväčšia ochrana“, ľudská stratégia je „maximálna produkcia“. Spoločnosť sa snaží získať maximálny výnos z rozvinutého územia a na dosiahnutie svojho cieľa vytvára umelé ekosystémy a tiež spomaľuje vývoj ekosystémov v skorých štádiách sukcesie, kde je možné zozbierať maximálny výnos. Samotné ekosystémy majú tendenciu sa rozvíjať smerom k dosiahnutiu maximálnej stability. Prírodné systémy vyžadujú nízku účinnosť na udržanie maximálneho energetického výkonu, rýchleho rastu a vysokej stability. Zvrátením vývoja ekosystémov a tým ich uvedením do nestabilného stavu je človek nútený udržiavať „poriadok“ v systéme, pričom náklady na to môžu prevýšiť prínosy dosiahnuté prevedením ekosystému do nestabilného stavu. Akékoľvek zvýšenie efektívnosti ekosystému človekom vedie k zvýšeniu nákladov na jeho údržbu až do určitej hranice, kedy je ďalšie zvyšovanie efektívnosti nerentabilné z dôvodu príliš veľkého nárastu nákladov. Je teda potrebné dosiahnuť nie maximálnu, ale optimálnu efektívnosť ekosystémov, aby zvýšenie ich produktivity neviedlo k strate stability a výsledok bol ekonomicky opodstatnený.
V stabilných ekosystémoch sú straty energie, ktorá nimi prechádza, veľké. A ekosystémy, ktoré strácajú menej energie (systémy s menším počtom trofických úrovní), sú menej odolné. Aké systémy by sa mali rozvíjať? Je potrebné určiť taký optimálny variant, v ktorom je ekosystém dostatočne stabilný a zároveň energetické straty v ňom nie sú príliš veľké.
Ako ukazuje história ľudskej transformačnej činnosti a veda o ekológii, všetky extrémne možnosti spravidla nie sú najlepšie. Vo vzťahu k pastvinám je zlé tak „nadmerné spásanie“ (vedúce podľa vedcov k smrti civilizácií), ako aj „nedostatočné spásanie“ dobytka. K poslednému uvedenému dochádza preto, že pri absencii priamej konzumácie živých rastlín sa detritus môže hromadiť rýchlejšie, ako ho rozkladajú mikroorganizmy, a to spomaľuje cirkuláciu minerálov.
Tento príklad sa hodí na všeobecnejšie úvahy. Vplyv človeka na prírodné prostredie je často sprevádzaný poklesom diverzity v prírode. Prostredníctvom toho sa dosahuje maximalizácia úrody a zvýšenie možností obhospodarovania tejto časti prírody. V súlade so zákonom nevyhnutnej diverzity formulovaným v kybernetike má ľudstvo dve možnosti, ako zvýšiť schopnosť hospodárenia s prírodným prostredím: buď zmenšiť diverzitu v ňom, alebo zvýšiť jeho vnútornú diverzitu (rozvojom kultúry, zlepšovaním mentálnych a psychosomatických kvalít samotná osoba). Druhý spôsob je, samozrejme, vhodnejší. Rozmanitosť v prírode je nevyhnutnosťou, nielen korením do života. Ľahkosť prvého spôsobu je klamlivá, hoci je široko používaná. Otázkou je, do akej miery kompenzuje zvýšenie schopnosti riadiť ekosystémy znižovaním diverzity v prírode pokles schopnosti ekosystémov samoregulácie. Opäť treba nájsť optimum medzi súčasnými potrebami manažmentu a potrebami zachovania diverzity v prírodnom prostredí.
Problém optimalizácie vzťahu medzi človekom a prírodným prostredím má ešte jeden dôležitý aspekt. Prax ľudskej prírodno-transformačnej činnosti potvrdzuje stanovisko, že medzi zmenami prírodného prostredia a človeka existuje úzky vzťah. Preto problém riadenia prírodného prostredia možno v istom zmysle považovať za problém riadenia biologickej evolúcie človeka prostredníctvom zmien prírodného prostredia. Moderný človek môže ovplyvňovať svoju biológiu geneticky (genetické inžinierstvo) aj ekologicky (prostredníctvom zmien v prírodnom prostredí). Prítomnosť spojenia medzi ekologickými procesmi a procesmi biologickej evolúcie človeka si vyžaduje, aby sa ekologický problém posudzoval aj z hľadiska toho, ako chceme vidieť človeka budúcnosti. Táto oblasť je veľmi vzrušujúca pre vedcov aj autorov sci-fi, no vznikajú tu nielen technické, ale aj sociálne a morálne problémy.
Optimalizácia je vedecký a technický pojem. Je však možné nájsť riešenie vyššie uvedených problémov výlučne v rámci vedy a techniky? Nie, samotná veda a technika by mali mať všeobecné kultúrne a spoločenské usmernenia, ktoré sú nimi konkretizované. Pri riešení optimalizačných problémov sú veda a technika akýmsi nástrojom a pred jeho použitím sa musíte rozhodnúť, ako a na aké účely ho použijete.
Dokonca aj zdanlivo jednoduché prípady výpočtu optimálnych možností použitia, povedzme, zdroja závisia od toho, ktoré optimalizačné kritérium sa použije. K. Watt popisuje príklad optimalizácie systému povodí, v súlade s ktorým dochádza k úplnému vyčerpaniu zdrojov v čo najkratšom čase (K. Watt. Ekológia a manažment prírodných zdrojov. M., 1971, s. 412) . Príklad ukazuje dôležitosť optimalizačného kritéria. To však závisí od priorít a tie sú rôzne pre rôzne sociálne skupiny. Je celkom pochopiteľné, že kritériá sú odlišné najmä pri optimalizácii biologickej evolúcie človeka samotného (viac-menej pevne možno pomenovať jedno dosť vágne kritérium optimalizácie - zachovanie a rozvoj biosféry a ľudskej rasy).
V prírode existujú akoby prírodné sily stratifikácie, ktoré vedú ku komplexnosti ekosystémov a vytváraniu stále väčšej diverzity. Pôsobenie proti týmto silám tlačí ekosystémy späť. Rozmanitosť prirodzene rastie, ale nie hocijaká, ale integrovaná. Ak nejaký druh vstúpi do ekosystému, potom môže zničiť jeho stabilitu (ako to robí teraz človek), ak do neho nie je integrovaný. Je tu zaujímavá analógia medzi vývojom ekosystému a vývojom organizmu a ľudskej spoločnosti.
2.6. Niektoré ďalšie zákony a zásady dôležité pre ekológiu
Medzi prírodnými zákonmi sú vo vede bežné zákony deterministického typu, ktoré prísne regulujú vzťah medzi zložkami ekosystému, no väčšinou ide o zákony ako tendencie, ktoré nefungujú vo všetkých prípadoch. V istom zmysle pripomínajú právne zákony, ktoré nebránia rozvoju spoločnosti, ak ich občas poruší určitý počet ľudí, ale bránia normálnemu rozvoju, ak sa porušovanie stane masívnym. Existujú aj zákony-aforizmy, ktoré možno pripísať typu zákonov ako obmedzenie rozmanitosti:
1. Zákon vzniku: celok má vždy špeciálne vlastnosti, ktoré jeho časti nemajú.
2. Zákon nevyhnutnej rozmanitosti: systém nemôže pozostávať z absolútne identických prvkov, ale môže mať hierarchickú organizáciu a integračné úrovne.
3. Zákon nezvratnosti evolúcie: organizmus (populácia, druh) sa nemôže vrátiť do predchádzajúceho stavu, realizovaného v rade svojich predkov.
4. Komplikácia zákona organizácie: Historický vývoj živých organizmov vedie ku komplikáciám ich organizácie prostredníctvom diferenciácie orgánov a funkcií.
5. Biogenetický zákon (E. Haeckel): ontogenéza organizmu je stručné opakovanie fylogenézy daného druhu, teda jedinec vo svojom vývoji opakuje skrátka historický vývoj svojho druhu.
6. Zákon o nerovnomernom vývoji častí systému: systémy rovnakého stupňa hierarchie sa nevyvíjajú striktne synchrónne – kým niektoré dosiahnu vyšší stupeň vývoja, iné zostávajú v menej rozvinutom stave. Tento zákon priamo súvisí so zákonom nevyhnutnej rozmanitosti.
7. Zákon zachovania života: život môže existovať iba v procese pohybu cez živé telo toku látok, energie, informácií.
8. Princíp udržiavania poriadku (I. Prigogine): v otvorených systémoch entropia nerastie, ale klesá, až kým sa nedosiahne minimálna konštantná hodnota, ktorá je vždy väčšia ako nula.
9. Le Chatelier-Brown princíp: keď vonkajší vplyv vyvedie systém zo stavu stabilnej rovnováhy, táto rovnováha sa posunie v smere, v ktorom je účinok vonkajšieho vplyvu oslabený. Tento princíp v rámci biosféry moderný človek porušuje. „Ak na konci minulého storočia stále dochádzalo k zvýšeniu biologickej produktivity a biomasy v reakcii na zvýšenie koncentrácie oxidu uhličitého v atmosfére, potom od začiatku nášho storočia nebol tento jav zistený. Naopak, biota uvoľňuje oxid uhličitý a jej biomasa automaticky klesá“ (N. F. Reimers. Nadeždy... s. 55).
10. Princíp úspory energie (L. Onsager): s pravdepodobnosťou vývoja procesu v určitom súbore smerov, ktoré umožňujú princípy termodynamiky, sa realizuje ten, ktorý poskytuje minimálny rozptyl energie.
11. Zákon maximalizácie energie a informácií: systém, ktorý najviac napomáha príjmu, výrobe a efektívnemu využívaniu energie a informácií, má najväčšiu šancu na sebazáchovu; maximálny príjem látky nezaručuje úspechu systému v konkurenčnom boji.
12. Periodický zákon geografického členenia A. A. Grigorieva - N. N. Budyko: so zmenou fyzických a geografických pásiem Zeme sa periodicky opakujú podobné krajinné pásma a niektoré spoločné vlastnosti, t.j. v každom pásme - subarktická, mierna, subtropická, tropická a rovníková - dochádza k zmene zón podľa schémy: lesy? stepa? púšť.
13. Zákon vývoja systému na úkor životného prostredia: každý systém sa môže rozvíjať len s využitím materiálnych, energetických a informačných možností svojho prostredia; absolútne izolovaný sebarozvoj je nemožný.
14. Princíp lomu pôsobiaceho činiteľa v hierarchii systémov: činiteľ pôsobiaci na systém sa láme cez celú hierarchiu jeho podsystémov. V dôsledku prítomnosti „filtrov“ v systéme je tento faktor buď oslabený, alebo posilnený.
15. Pravidlo útlmu procesov: so zvýšením stupňa rovnováhy s prostredím alebo vnútornou homeostázou (v prípade izolácie systému) dynamické procesy v systéme zanikajú.
16. Zákon fyzikálnej a chemickej jednoty živej hmoty od V. I. Vernadského: všetka živá hmota Zeme je fyzikálne a chemicky jedno, čo nevylučuje biogeochemické rozdiely.
17. Termodynamické pravidlo van't Hoff - Arrhenius: zvýšenie teploty o 10 °C vedie k dvojnásobnému trojnásobnému zrýchleniu chemických procesov. Z toho vyplýva nebezpečenstvo zvýšenia teploty v dôsledku ekonomickej aktivity moderného človeka.
18. Schrödingerovo pravidlo „o výžive“ organizmu so zápornou entropiou: usporiadanosť organizmu je vyššia ako prostredie a organizmus dáva tomuto prostrediu viac neporiadku, ako dostáva. Toto pravidlo koreluje s Prigoginovým princípom udržiavania poriadku.
19. Pravidlo zrýchlenia evolúcie: s rastom zložitosti organizácie biosystémov sa v priemere znižuje dĺžka existencie druhu a zvyšuje sa rýchlosť evolúcie. Priemerná dĺžka života vtáčích druhov je 2 milióny rokov a cicavcov 800 tisíc rokov. Počet vyhynutých druhov vtákov a cicavcov v porovnaní s ich celkovým počtom je veľký.
20. Princíp genetickej predadaptácie: schopnosť prispôsobiť sa organizmom je prirodzená a je daná praktickou nevyčerpateľnosťou genetického kódu. Varianty potrebné na adaptáciu sa vždy nachádzajú v genetickej diverzite.
21. Pravidlo pôvodu nových druhov od nešpecializovaných predkov: nové veľké skupiny organizmov nevznikajú od špecializovaných zástupcov predkov, ale od ich relatívne nešpecializovaných skupín.
22. Darwinov princíp divergencie: fylogenézu ktorejkoľvek skupiny sprevádza jej rozdelenie na množstvo fylogenetických kmeňov, ktoré sa rozchádzajú v rôznych adaptačných smeroch od priemerného počiatočného stavu.
23. Princíp progresívnej špecializácie: skupina nastupujúca na cestu špecializácie spravidla vo svojom ďalšom vývoji pôjde cestou stále hlbšej špecializácie.
24. Pravidlo vyšších šancí na vyhynutie hlboko špecializovaných foriem (O. Marsh): rýchlejšie odumierajú špecializovanejšie formy, ktorých genetické rezervy na ďalšiu adaptáciu sa znižujú.
25. Zákon zväčšovania veľkosti (výšky) a hmotnosti (hmotnosti) organizmov vo fylogenetickej vetve. "AT. I. Vernadsky formuloval tento zákon takto: „Ako postupuje geologický čas, prežívajúce formy zväčšujú svoju veľkosť (a následne aj hmotnosť) a potom odumierajú.“ Stáva sa to preto, že čím sú jednotlivci menší, tým je pre nich ťažšie odolávať procesom entropie (vedúcim k rovnomernej distribúcii energie), pravidelne organizovať energetické toky na realizáciu životných funkcií. Evolučne sa teda veľkosť jedincov zvyšuje (hoci ide o veľmi perzistentný morfofyziologický jav v krátkom časovom intervale) “ (N. F. Reimers. Hope ... s. 69).
26. Axióma prispôsobivosti Ch.Darwina: každý druh je prispôsobený presne definovanému, špecifickému súboru podmienok jeho existencie.
27. Ekologické pravidlo S. S. Schwartza: každá zmena podmienok existencie priamo alebo nepriamo spôsobuje zodpovedajúce zmeny v spôsoboch realizácie energetickej bilancie organizmu.
28. Zákon relatívnej nezávislosti adaptácie: vysoká adaptabilita na jeden z faktorov prostredia nedáva rovnakú mieru adaptácie na iné životné podmienky (naopak, môže tieto možnosti obmedziť vzhľadom na fyziologické a morfologické vlastnosti organizmov) .
29. Zákon jednoty „organizmus – prostredie“: život sa vyvíja ako výsledok neustálej výmeny hmoty a informácií na základe toku energie v celkovej jednote prostredia a organizmov, ktoré ho obývajú.
30. Pravidlo súladu podmienok prostredia s genetickou predurčenosťou organizmu: druh môže existovať, pokiaľ a pokiaľ jeho prostredie zodpovedá genetickým možnostiam adaptácie tohto druhu na jeho výkyvy a zmeny.
31. Zákon maximálnej biogénnej energie (entropie) od V. I. Vernadského - E. S. Bauera: každý biologický alebo bio-inertný systém, ktorý je v dynamickej rovnováhe s prostredím a evolučne sa vyvíja, zvyšuje svoj vplyv na životné prostredie, ak tomu nezabráni tzv. vonkajšie faktory.
32. Zákon tlaku životného prostredia alebo obmedzeného rastu (C. Darwin): existujú obmedzenia, ktoré bránia potomstvu jedného páru jedincov, množiacich sa exponenciálne, zaujať celú zemeguľu.
33. Princíp minimálnej veľkosti populácie: existuje minimálna veľkosť populácie, pod ktorú jej populácia nemôže klesnúť.
34. Pravidlo zastúpenia rodu jedným druhom: v homogénnych podmienkach a na obmedzenom území je taxonomický rod spravidla zastúpený iba jedným druhom. Zrejme je to spôsobené blízkosťou ekologických výklenkov druhov rovnakého rodu.
35. Pravidlo A. Wallacea: ako sa pohybujete zo severu na juh, druhová diverzita sa zvyšuje. Dôvodom je, že severné biocenózy sú historicky mladšie a sú v podmienkach menšej energie zo Slnka.
36. Zákon vyčerpania živej hmoty v jej ostrovných koncentráciách (G. F. Khilmi): „individuálny systém fungujúci v prostredí s úrovňou organizácie nižšou, ako je úroveň samotného systému, je odsúdený na zánik: postupne stráca štruktúru, systém sa rozpustí v prostredí po určitom čase“ (G.F. Khilmi. Fundamentals of Biosphere Physics. L., 1966, s. 272). To vedie k dôležitému záveru pre environmentálne aktivity človeka: umelá ochrana malých ekosystémov (na obmedzenom území, ako je prírodná rezervácia) vedie k ich postupnému ničeniu a nezabezpečuje zachovanie druhov a spoločenstiev.
37. Zákon pyramídy energií (R. Lindemann): z jednej trofickej úrovne ekologickej pyramídy prechádza do ďalšej, vyššej úrovne v priemere asi 10 % energie prijatej na predchádzajúcej úrovni. Spätný tok z vyšších na nižšie úrovne je oveľa slabší – nie viac ako 0,5–0,25 %, a preto nie je potrebné hovoriť o energetickom cykle v biocenóze.
38. Pravidlo biologického zosilnenia: pri prechode na vyššiu úroveň ekologickej pyramídy sa približne v rovnakom pomere zvyšuje akumulácia množstva látok vrátane toxických a rádioaktívnych.
39. Pravidlo ekologickej duplikácie: vyhynutý alebo zničený druh v rámci jednej úrovne ekologickej pyramídy nahrádza iný, podobný podľa schémy: malý nahrádza veľký, nižšie organizovaný - viac organizovaný, geneticky viac. labilné a premenlivé – menej geneticky variabilné. Jednotlivci sú rozdrvení, ale celkové množstvo biomasy sa zvyšuje, pretože slony nikdy neposkytnú rovnakú biomasu a produkciu na jednotku plochy, akú môžu poskytnúť kobylky a ešte menšie bezstavovce.
40. Pravidlo biocenotickej spoľahlivosti: spoľahlivosť biocenózy závisí od jej energetickej efektívnosti v daných podmienkach prostredia a od možnosti štrukturálnej a funkčnej reštrukturalizácie v reakcii na zmeny vonkajších vplyvov.
41. Pravidlo povinného vypĺňania ekologických ník: prázdna ekologická nika je vždy a nevyhnutne prirodzene vyplnená („príroda netoleruje prázdnotu“).
42. Pravidlo ekotónu, alebo okrajového efektu: na križovatkách biocenóz narastá počet druhov a jedincov v nich, keďže narastá počet ekologických ník v dôsledku vzniku nových systémových vlastností na spojoch.
43. Pravidlo vzájomného prispôsobovania sa organizmov v biocenóze K. Möbius - G. F. Morozov: druhy v biocenóze sú navzájom prispôsobené tak, že ich spoločenstvo je vnútorne rozporuplným, ale jednotným a prepojeným celkom.
44. Princíp tvorby ekosystému: dlhodobá existencia organizmov je možná len v rámci ekologických systémov, kde sa ich zložky a prvky navzájom dopĺňajú a prispôsobujú.
45. Zákon postupného spomalenia: procesy prebiehajúce v zrelých rovnovážnych ekosystémoch, ktoré sú v stabilnom stave, majú spravidla tendenciu spomaľovať.
46. Pravidlo maximálnej energie na udržanie zrelého systému: postupnosť ide v smere zásadného posunu toku energie v smere zvyšovania jej množstva, zameraného na udržanie systému.
47. Zákon historického sebavývoja biosystémov (E. Bauer): vývoj biologických systémov je výsledkom nárastu ich vonkajšej práce – vplyvu týchto systémov na životné prostredie.
48. Pravidlo nemennosti počtu druhov v biosfére: počet vznikajúcich druhov sa v priemere rovná počtu vyhynutých a celková druhová diverzita v biosfére je konštantná. Toto pravidlo platí pre vytvorenú biosféru.
49. Pravidlo plurality ekosystémov: pluralita konkurenčne interagujúcich ekosystémov je nevyhnutná pre zachovanie spoľahlivosti biosféry.
Z týchto environmentálnych zákonov vyplývajú závery, ktoré sú spravodlivé pre systém „človek – prírodné prostredie“. Typ zákona označujú ako obmedzenie diverzity, to znamená, že ukladajú obmedzenia na prírodu transformujúcu činnosť človeka.
1. Pravidlo historického rastu produkcie v dôsledku postupného omladzovania ekosystémov. Toto pravidlo v podstate vyplýva zo základného zákona ekológie a teraz prestáva fungovať, keďže človek si tak z prírody zobral všetko, čo mohol.
2. Zákon bumerangu: všetko, čo sa z biosféry vyťaží ľudskou prácou, sa do nej musí vrátiť.
3. Zákon o nenahraditeľnosti biosféry: biosféru nemožno nahradiť umelým prostredím, rovnako ako nemožno vytvárať povedzme nové typy života. Človek nemôže postaviť stroj na večný pohyb, zatiaľ čo biosféra je prakticky stroj na „večný“ pohyb.
4. Zákon klesajúcej prirodzenej úrodnosti: „v dôsledku neustáleho sťahovania plodín, a teda organických látok a chemických prvkov z pôdy, porušovania prirodzených procesov tvorby pôdy, ako aj dlhodobej monokultúry v dôsledku tzv. hromadenie toxických látok uvoľňovaných rastlinami (samootrávenie pôdy), na kultivovaných pozemkoch dochádza k znižovaniu prirodzenej úrodnosti pôd ... k dnešnému dňu asi polovica ornej pôdy na svete v rôznej miere stratila úrodnosť, resp. z intenzívneho poľnohospodárskeho obehu úplne zmizlo rovnaké množstvo pôdy, ako sa teraz obrába (v 80. rokoch sa ročne stratilo asi 7 miliónov hektárov)“ (N. F. Reimers. Hopes... s. 160–161). Druhý výklad zákona o znižovaní prirodzenej plodnosti je uvedený v kapitole 1: každé nasledujúce pridanie akéhokoľvek faktora prospešného pre telo má menší účinok ako výsledok získaný z predchádzajúcej dávky toho istého faktora.
5. Zákon šagreenovej kože: globálny počiatočný potenciál prírodných zdrojov sa v priebehu historického vývoja neustále vyčerpáva. Vyplýva to zo skutočnosti, že v súčasnosti neexistujú zásadne nové zdroje, ktoré by sa mohli objaviť. „Na život každého človeka je ročne potrebných 200 ton pevných látok, ktoré s pomocou 800 ton vody a priemerne 1000 W energie premení na produkt užitočný pre seba“ (Ibid. s. 163). Všetko toto človek berie z toho, čo je už v prírode.
6. Princíp neúplnosti informácií: „informácie pri vykonávaní akcií na transformáciu a vo všeobecnosti každá zmena povahy sú vždy nedostatočné na apriórne posúdenie všetkých možných výsledkov takýchto akcií, najmä z dlhodobého hľadiska, keď vyvíjajú sa všetky prirodzené reťazové reakcie“ (Tamže, s. 168) .
7. Princíp klamlivého blahobytu: prvý úspech pri dosiahnutí cieľa, pre ktorý bol projekt koncipovaný, vytvára atmosféru sebauspokojenia a dáva zabudnúť na možné negatívne dôsledky, ktoré nikto neočakáva.
8. Princíp odľahlosti udalosti: potomkovia niečo vymyslia, aby zabránili možným negatívnym následkom.
Otázka, nakoľko je možné preniesť zákony ekológie do vzťahu človeka k životnému prostrediu, zostáva otvorená, keďže človek je iný ako všetky ostatné druhy. Napríklad u väčšiny druhov sa miera rastu populácie znižuje so zvyšujúcou sa hustotou populácie; u ľudí sa naopak rast populácie v tomto prípade zrýchľuje. Preto u ľudí chýbajú niektoré regulačné mechanizmy prírody, čo môže u niektorých poslúžiť ako ďalší dôvod na technologický optimizmus a pre environmentálnych pesimistov svedčí o nebezpečenstve takejto katastrofy, ktorá je pre iné druhy nemožná.
3.1. „Zákon minima“ od J. Liebiga
obmedzujúce Liebigov zákon minima.
Hranice tolerancie. Spolu so záverom, že „rast rastlín závisí od živného prvku, ktorý je prítomný v minimálnom množstve“, ktorý sa stal základom Liebigovho „zákona minima“, poukázal J. Liebig na rozsah obmedzujúce ukazovatele. Zistilo sa, že limitujúcim faktorom môže byť nielen nedostatok, ale aj nadbytok faktorov ako svetlo, teplo a voda. Koncept obmedzujúceho vplyvu ekologického maxima spolu s minimom zaviedol W. Shelford (1913), ktorý sformuloval „zákon tolerancie“. Rozpätie medzi dvoma hodnotami, ekologickým minimom a ekologickým maximom, ktoré tak či onak charakterizujú všetky živé organizmy, bolo tzv. hranica tolerancie(z lat. toleratia - trpezlivosť, tolerancia). Ak má určitý organizmus malý rozsah tolerancie na niektorý z variabilných faktorov, potom si tento faktor zaslúži zvýšenú pozornosť, pretože môže byť limitujúci. Napríklad kyslík, ktorý je celkom dostupný pre organizmy žijúce v suchozemských častiach ekosystémov, môže byť zriedkavo obmedzujúci. Zatiaľ čo pre organizmy žijúce pod vodou sa kyslík môže stať dôležitým limitujúcim faktorom. V prípade extrémneho zúženia tolerančného pásma môže živý organizmus vynaložiť všetku svoju metabolickú energiu na prekonávanie stresu spojeného s poklesom limitov limitujúceho faktora a zomrieť na nedostatok energie pre normálnu životnú aktivitu. Ak sa ľadový medveď v dôsledku určitých okolností presunie do teplejších oblastí, bude musieť vynaložiť všetku svoju metabolickú energiu na prekonanie tepelného stresu a zviera nebude mať dostatok energie na získanie potravy a zachovanie svojho druhu v prírode.
Koncepcia obmedzujúcich faktorov sa vo všeobecnosti rozširuje na biologické aj fyzikálne faktory a predstaviť všetko, čo je o tejto téme známe, by si vyžadovalo veľké množstvo tlačenej práce, ktorá presahuje rámec tejto knihy. Avšak vzhľadom na to, že environmentálny inžinier sa musí častejšie zaoberať fyzikálnymi faktormi, v krátkosti uvedieme hlavné fyzikálne a klimatické faktory.
„Zákon minima“ od J. Liebiga
Na každého jednotlivca, populáciu, komunitu súčasne vplývajú rôzne faktory, no len niektoré z nich sú životne dôležité. Tieto životne dôležité faktory sa nazývajú obmedzujúce. Najčastejšie aspoň jeden faktor leží mimo optima. A od tohto faktora závisí aj možnosť existencie druhu na danom mieste. Už v roku 1840 J. Liebig zistil, že vytrvalosť organizmu je určená najslabším článkom v reťazci jeho environmentálnych potrieb. Jeho prioritou je študovať rôzne faktory v raste rastlín a zistiť, že výnosy rastlín možno najefektívnejšie zvýšiť zlepšením minimálneho faktora (zvyčajne zvýšením množstva N a P), a nie živín, ktoré sú potrebné vo veľkých množstvách. ako je oxid uhličitý alebo voda. Látky, ktoré sú potrebné v najmenšom množstve, ale ktorých je v pôde veľmi málo, ako napríklad zinok, sa stávajú obmedzujúcimi. Liebigov koncept, že „rast rastliny závisí od toho živného prvku prítomného v najmenšom množstve“, sa stal známym ako Liebigov zákon minima.
Pre úspešnú aplikáciu Liebigovho konceptu v praxi k nemu treba pridať dva pomocné princípy: prvý je reštriktívny („Liebigov zákon je striktne použiteľný len v stacionárnom stave, t.j. keď je prítok a odtok energie a hmoty vyvážený“); druhým je princíp interakcie faktorov, ktorý hovorí, že „vysoká koncentrácia alebo dostupnosť jednej látky alebo pôsobenie iného (nie minimálneho) faktora môže zmeniť rýchlosť spotreby živiny obsiahnutej v minimálnom množstve“.
Pre environmentálneho inžiniera je koncept limitujúcich faktorov cenný v tom, že poskytuje východisko pri štúdiu zložitých situácií v systéme „človek – technika – príroda“. Vzťahy medzi prvkami takéhoto systému môžu byť dosť zložité. V procese riešenia problémov nových zariadení a technológií môže odborník upozorniť na pravdepodobné slabé stránky a zamerať sa aspoň na začiatku na tie charakteristiky prostredia, ktoré sa môžu ukázať ako kritické alebo limitujúce.
Liebigov zákon minima v ekológii (s príkladmi)
V tomto článku stručne pochopíme, čo je Liebigov zákon minima, jeden zo základných zákonov v ekológii. Iný názov pre tento zákon je zákon limitujúceho (obmedzujúceho) faktora. Na konci článku je tiež niekoľko názorných príkladov ilustrujúcich zákon minima.
Liebigov zákon minima. Trochu histórie
Zákon minima sformuloval nemecký chemik Justus von Liebig. v roku 1840.
Vedec sa zaoberal najmä štúdiom podmienok prežitia rastlín v poľnohospodárstve. Snažil sa pochopiť, v akom bode je potrebné aplikovať určité chemické prísady na zlepšenie prežitia rastlín.
Vo výsledku svojho výskumu von Liebig sformuloval zákon, ktorý sa neskôr ukázal ako platný nielen pre poľnohospodárstvo, ale pre všetky ekologické systémy a živé organizmy.
Zákon limitujúceho (obmedzujúceho) faktora.
Podstata Liebigovho zákona minima
Existujú rôzne formulácie tohto zákona. Podstatu zákona minima (alebo zákona limitujúceho faktora) však možno formulovať takto:
- Životnosť organizmu závisí od mnohých faktorov. Najdôležitejší v danom čase je však faktor, ktorý je najzraniteľnejší.
- Inými slovami, ak sa niektorý z faktorov v tele výrazne odchyľuje od normy, potom je tento faktor najvýznamnejší, najkritickejší pre prežitie organizmu v danom okamihu.
Je dôležité pochopiť, že pre ten istý organizmus v rôznych časoch môžu byť takými kriticky dôležitými (alebo inak obmedzujúcimi) faktormi úplne odlišné faktory.
Rovnaká úvaha platí pre celé ekosystémy. Limitujúcim faktorom sa v tomto čase môže stať napríklad nedostatok jedla. V inom okamihu - množstvo jedla bude normálne, ale limitujúcim faktorom bude teplota okolia (príliš vysoká alebo príliš nízka).
Zhrnutím vyššie uvedeného môžeme zákon sformulovať nasledovne.
Liebigov zákon minima je:
Pre prežitie organizmu (alebo ekosystému) je najdôležitejší faktor prostredia,
ktorá sa najviac vzďaľuje (odchyľuje) od svojej optimálnej hodnoty.
Liebigov sud
Pred prechodom na príklady stojí za zváženie kresba takzvaného Liebigovho suda.
V tomto polorozbitom sude - výška dosky je limitujúcim faktorom. Je zrejmé, že voda pretečie cez najmenšiu dosku v sude. V tomto prípade už pre nás nebude dôležitá výška zostávajúcich dosiek - sud bude stále nemožné naplniť.
Najmenšia doska je práve ten faktor, ktorý sa najviac odchyľoval od bežnej hodnoty.
Podľa Liebigovho zákona o minime treba začať s opravou hlavne z tejto dosky.
Liebigov zákon minima. Príklady
Existuje príslovie: „Kde je tenké, tam sa láme“ - vo všeobecnosti vyjadruje hlavnú podstatu Liebigovho zákona. Uveďme však niekoľko príkladov z úplne iných oblastí.
Príklad z poľnohospodárstva
Existujú pôdy, kde nie je dostatok fosforu - preto musíte hnojivá kŕmiť fosforom. Ale inokedy sú potrebné hnojivá s vápnikom. Atď
Príklad z divočiny
V zime je pre zajaca limitujúcim faktorom potrava. V lete - musíte uniknúť z vlka, aj keď je veľa jedla.
Športový príklad zákona minima
Vo futbale: ak je ľavý obranca tímu najslabší, potom cez jeho ľavé krídlo mužstvo s najväčšou pravdepodobnosťou inkasuje gól.
Liebigov zákon minima je teda univerzálnym ekologickým a životným zákonom.
Ďalšie informácie:
- Commoner's Laws of Ecology – Prečítajte si o štyroch základných ekologických zákonoch Commoner.
Kde odovzdať na recykláciu odpad, vybavenie a iné veci vo vašom meste
www.kudagradusnik.ru
1. Zákon minimálnej Yu. Liebig.
V roku 1840 nemecký chemik Justus Liebig pri pestovaní rastlín na syntetickom médiu zistil, že pre normálny rast rastliny je potrebný určitý počet a množstvo chemických prvkov a zlúčenín. Niektoré z nich by mali byť v životnom prostredí vo veľmi veľkých množstvách, iné v malých množstvách a ďalšie vo všeobecnosti vo forme stôp. A čo je obzvlášť dôležité: niektoré prvky nemožno nahradiť inými. Médium obsahujúce všetky prvky v hojnosti, okrem jedného, zabezpečuje rast rastliny len do momentu, keď sa ich množstvo vyčerpá. Rast je tak limitovaný nedostatkom jediného prvku, ktorého množstvo bolo pod požadovaným minimom. Tento zákon, ktorý J. Liebig sformuloval vo vzťahu k úlohe chemických edafických faktorov v živote rastlín a nazval ním zákon minima, má, ako sa neskôr ukázalo, univerzálny ekologický charakter a zohráva významnú úlohu v ekológii.
Zákon minima: Ak sa ukážu všetky podmienky prostredia priaznivé pre daný organizmus, s výnimkou nedostatočne prejaveného (ktorého hodnota sa blíži k ekologickému minimu), tak v tomto prípade je rozhodujúca posledná podmienka, nazývaná limitujúcim faktorom. za život alebo smrť daného organizmu, a teda jeho prítomnosť alebo neprítomnosť v danom ekosystéme“.
2. Shelfordov zákon tolerancie.
V roku 1913 americký ekológ W. Shelford zovšeobecnil Liebigov zákon minima, keď zistil, že okrem spodnej hranice intenzity existuje aj horná hranica intenzity faktorov prostredia, ktorá určuje hornú hranicu rozsahu intenzít. zodpovedajúce podmienkam normálneho života organizmov. V tejto formulácii začal mať zákon, nazývaný ekologický zákon tolerancie, všeobecnejší univerzálny charakter.
Zákon tolerancie (lat. tolerancie- trpezlivosť): "Každý organizmus sa vyznačuje ekologickým minimom a ekologickým maximom intenzity každého environmentálneho faktora, v rámci ktorého je možná životná aktivita."
Rozsah faktora prostredia medzi minimom a maximom sa nazýva tolerančný rozsah alebo oblasť.
Napriek širokej škále environmentálnych faktorov možno identifikovať množstvo všeobecných vzorcov v povahe ich vplyvu a v reakciách živých organizmov.
Kvantitatívne rozpätie faktora, ktorý je pre život najpriaznivejší, sa nazýva ekologické optimum (lat. optimálny -
Hodnoty faktora ležiaceho v zóne útlaku sa nazývajú ekologický pesimizmus (lat. pesimum- najhoršie).
Minimálne a maximálne hodnoty faktora, pri ktorom nastane smrť, sa nazývajú ekologické minimum a ekologické maximum .
Graficky je to znázornené v obr.3-1. Krivka na obrázku 3-1 vo všeobecnosti nie je symetrická.
Napríklad podľa faktora, akým je teplota, zodpovedá ekologické maximum teplotám, pri ktorých sa ničia enzýmy a bielkoviny (+50 ¸ + 60 °С). Jednotlivé organizmy však môžu existovať pri vyšších teplotách. Takže v horúcich prameňoch Komčatky a Ameriky boli riasy nájdené pri t > +80 °C. Spodná teplotná hranica, pri ktorej je možný život, je asi -70 °C, hoci kríky v Jakutsku nezamŕzajú ani pri tejto teplote. V pozastavenej animácii (gr. anabióza- prežitie), t.j. v neaktívnom stave niektoré organizmy pretrvávajú pri absolútnej nule (-273 °C).
Ryža. 3-1. Závislosť vitálnej činnosti od intenzity
Môžeme sformulovať niekoľko ustanovení, ktoré dopĺňajú zákon tolerancie:
1. Organizmy môžu mať široký rozsah tolerancie pre jeden faktor prostredia a úzky rozsah pre iný.
2. Organizmy so širokým rozsahom tolerancie pre väčšinu faktorov sú zvyčajne najrozšírenejšie.
3. Ak podmienky pre jeden ekologický faktor nie sú pre daný druh optimálne, potom sa môže zúžiť aj rozsah tolerancie pre ostatné ekologické faktory. Napríklad, keď sa obsah dusíka v pôde blíži k minimu, odolnosť obilnín voči suchu klesá.
4. Počas obdobia rozmnožovania sa rozsah tolerancie zvykne zužovať.
Organizmy s úzkym rozsahom tolerancie, alebo vysoko adaptované druhy, ktoré môžu existovať len s malými odchýlkami faktora od optimálnej hodnoty, sú tzv. stenobiont, alebo stenoeks (gr. stenos- úzky, stiesnený).
Organizmy so širokým rozsahom tolerancie alebo široko adaptované druhy, ktoré znesú veľkú amplitúdu výkyvov faktora prostredia, sú tzv. eurybiont, alebo euryek (gr. eur- široký).
Vlastnosť organizmov prispôsobiť sa existencii v určitom rozsahu environmentálnych faktorov sa nazýva ekologická plasticita .
Blízko ekologickej plasticite je koncept ekologická valencia , ktorá je definovaná ako schopnosť organizmu obývať rôzne prostredia.
Stenobionty sú teda ekologicky neplastové; nie sú odolné, majú nízku ekologickú valenciu; eurybionty sú naopak ekologicky plastové; odolnejšie a majú vysokú ekologickú valenciu.
Na označenie vzťahu organizmov ku konkrétnemu faktoru sa k jeho názvu pridávajú predpony: stena- a každý-. Takže, pokiaľ ide o teplotu, existujú stenotermický (breza trpasličia, banánovník) a eurytermálne (rastliny mierneho pásma) druhy; vo vzťahu k slanosti - stenohalín (kapor, platesa) a euryhalín (lipkavec); vo vzťahu k svetu stenofónny (smrek) a euryfont (ruža šípová) atď.
Steno- a eurybiontnosť sa spravidla prejavuje vo vzťahu k jednému alebo niekoľkým faktorom. Eurybionty sú zvyčajne rozšírené. Mnohé eurybionty prvokov (baktérie, huby, riasy) sú kozmopolity. Naopak, stenobionty majú obmedzenú distribučnú oblasť. Ekologická plasticita a ekologická valencia organizmov sa pri prechode z jedného vývojového štádia do druhého často mení; Mláďatá sú spravidla zraniteľnejšie a náročnejšie na podmienky prostredia ako dospelí.
Organizmy zároveň nie sú otrokmi fyzikálnych podmienok prostredia; prispôsobujú sa a menia podmienky prostredia tak, aby oslabili vplyv limitujúceho faktora. Takáto kompenzácia obmedzujúcich faktorov je účinná najmä na úrovni komunity, ale je možná aj na úrovni populácie.
Druhy so širokým geografickým rozšírením tvoria takmer vždy populácie prispôsobené miestnym podmienkam, tzv ekotypy . Ich optimálne a tolerančné limity zodpovedajú miestnym podmienkam. Vznik ekotypov je niekedy sprevádzaný genetickou fixáciou získaných vlastností a znakov, t.j. k vzniku rás.
Organizmy žijúce dlhodobo v relatívne stabilných podmienkach strácajú svoju ekologickú plasticitu a tie, ktoré podliehali výrazným výkyvom faktora, sa k nemu stávajú tolerantnejšími, t. zvýšiť ekologickú plasticitu. U zvierat je možná kompenzácia limitujúcich faktorov vďaka adaptívnemu správaniu - vyhýbajú sa extrémnym hodnotám limitujúcich faktorov.
Pri približovaní sa k extrémnym podmienkam sa zvyšuje cena energie na adaptáciu. Ak sa prehriata voda vypustí do rieky, ryby a iné organizmy vynaložia takmer všetku svoju energiu na prekonanie tohto stresu. Nemajú dostatok energie na získavanie potravy, ochranu pred predátormi, rozmnožovanie, čo vedie k vyhynutiu.
Takže organizmy v prírode závisia od:
Liebigov zákon minima
Živý organizmus v prírodných podmienkach je súčasne vystavený vplyvu nie jedného, ale mnohých environmentálnych faktorov. Okrem toho telo vyžaduje akýkoľvek faktor v určitých množstvách / dávkach. Liebig zistil, že vývoj rastliny alebo jej stav nezávisí od tých chemických prvkov, ktoré sú v pôde prítomné v dostatočnom množstve, ale od tých, ktorých nestačí. Ak
z ktorejkoľvek, aspoň jedna zo živín v pôde je menej, ako tieto rastliny vyžadujú, potom sa bude vyvíjať abnormálne, pomaly alebo má patologické odchýlky.
Zákon minima J. LIBICHA- koncept, že existenciu a výdrž organizmu určuje najslabší článok v reťazci jeho ekologických potrieb.
Životné možnosti organizmov sú podľa zákona minima limitované tými faktormi prostredia, ktorých množstvo a kvalita sú blízke potrebnému organizmu resp. ekosystému.
Liebigov zákon:
Látka prítomná v minime riadi výťažnosť, určuje jej veľkosť a stabilitu v čase. Začiatkom 20. storočia americký vedec Shelford ukázal, že vec alebo čokoľvek iné faktor, ktorý je prítomný nielen v minime, ale aj v nadbytku v porovnaní s hladinou požadovanou organizmom, môže viesť k nežiaducim následkom pre organizmus. Príklad: ak umiestnite rastlinu/zviera do experimentálnej komory a zmeriate v nej teplotu vzduchu, tak sa zmení stav organizmu.
Zároveň sa odhalí nejaká najlepšia, pre organizmus optimálna úroveň tohto faktora, pri ktorej bude aktivita (fyziologický stav) maximálna. Ak sa rôzne faktory odchyľujú od optimálneho nahor/nadol, potom sa aktivita zníži. Pri dosiahnutí určitej max/min hodnoty sa faktor stane nezlučiteľným so životnými procesmi, v organizme nastanú zmeny vedúce k smrti. Podobné výsledky možno získať aj pri pokusoch so zmenami vlhkosti, obsahu rôznych solí vo vode, kyslosti, koncentrácie rôznych látok atď.
Čím väčšia je amplitúda fluktuácie faktora, pri ktorom môže organizmus znižovať životaschopnosť, tým vyššia je jeho stabilita ( tolerancie) na jeden alebo druhý faktor. Zo všetkého vyššie uvedeného vyplýva:
ekológia-portal.ru
Cao toto pravidlo je jedno Akýkoľvek heterogénny systém pozostáva zo samostatných homogénnych, fyzikálne alebo chemicky odlišných, mechanicky oddeliteľných častí, nazývaných fázy. Napríklad nasýtený roztok chloridu sodného […]
Liebigov zákon
Definícia 1
Pravidlá minima sú jedným z princípov, ktoré určujú úlohu faktora prostredia v rozšírení a počte organizmov.
Relatívny vplyv niektorých environmentálnych faktorov je tým silnejší, čím viac sa prejavuje jeho nedostatok v porovnaní s inými. Formuloval G.O. Liebig (1840) zákon aplikovaný na poľnohospodárske plodiny - akékoľvek živé organizmy nepotrebujú len organické a minerálne látky, vlhkosť, teplotu alebo iné faktory, ale aj ich režim.
Reakcie organizmov závisia od množstva faktorov. Okrem toho sú živé organizmy v prírodných podmienkach súčasne vystavené rôznym faktorom prostredia (biotickým aj abiotickým). Rastlina potrebuje značné množstvo živín a vlahy (draslík, dusík, fosfor) a zároveň v relatívne „nevýznamných“ množstvách takého prvku, akým je molybdén (bór).
Všetky druhy zvierat alebo rastlín majú výraznú selektivitu pre zloženie potravy: každá rastlina potrebuje určitý minerálny prvok. Všetky druhy zvierat sú svojím spôsobom náročné na kvalitu potravy. Aby organizmy mohli priaznivo existovať a normálne sa vyvíjať, musia mať celý súbor nevyhnutných faktorov v optimálnom režime a v dostatočnom množstve.
Skutočnosť, že obmedzenie dávok (alebo neprítomnosti) niektorej z látok potrebných pre rastliny, ktoré patria medzi mikro a makro prvky, vedie k rovnakým výsledkom spomalenia rastu, objavil a študoval nemecký chemik, zakladateľ poľnohospodárstva. chémia, Eustace von Liebig. Ním formulované pravidlá sa nazývajú Liebigov zákon minima: veľkosť plodín je určená počtom tých živín v pôdach, ktorých potreby rastlín sú uspokojované najmenej. Liebig na tento účel zobrazil deravý sud, ktorý ukazuje, že spodný otvor nastavuje množstvo kvapaliny v ňom.
Poznámka 1
Zákon minima platí pre zvieratá aj pre rastliny a vzťahuje sa aj na človeka, ktorý za určitých podmienok musí užívať vitamíny alebo minerálne vody, aby kompenzoval nedostatok niektorého prvku v tele.
Objasnenia a zmeny vykonané v Liebigovom zákone
Následne došlo k niekoľkým vylepšeniam Liebigovho zákona. Významnou korekciou a doplnením je zákon selektívneho pôsobenia faktorov na rôzne funkcie organizmu: akékoľvek faktory prostredia ovplyvňujú funkcie organizmov rôznym spôsobom, optimum pre jeden proces, akým je dýchanie, nebude optimum pre iný, ako je trávenie a naopak. Do tejto skupiny spresnení Liebigovho zákona patrí trochu iné pravidlo fázových reakcií „škodlivý benefit“: malá koncentrácia toxikantu pôsobí na organizmy v smere zvyšovania jeho funkcií, zatiaľ čo vyššia koncentrácia organizmus deprimuje alebo dokonca vedie k smrti. Tieto toxikologické vzorce platia pre veľké množstvo (napríklad liečivá schopnosť malých koncentrácií hadieho jedu je známa), ale nie pre všetky toxické látky.
Poznámka 2
Liebigov zákon je pravidlom minima, je jedným z princípov, ktorý určuje úlohu environmentálnych faktorov pri vývoji a distribúcii organizmov. Formuloval G.O. Liebig (1840) pre plodiny.
Podľa Liebigovho zákona "Látka, ktorej je minimum, je kontrolovaná plodinou a jej veľkosť a stabilita v čase je stanovená" To znamenalo obmedzujúci účinok životne dôležitých látok prítomných v pôde v malých a nestabilných množstvách. neskôr sa toto zovšeobecnenie začalo interpretovať širšie, berúc do úvahy ďalšie faktory prostredia (napríklad teplotu, čas atď.).
