Закон лимитирующегj фактора

1.Закон лимитирующегj фактора, или Закон минимума Либиха — один из фундаментальных законов в экологии, гласящий, что наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения. Поэтому во время прогнозирования экологических условий или выполнения экспертиз очень важно определить слабое звено в жизни организмов^[1].

Именно от этого, минимально (или максимально) представленного  в данный конкретный момент экологического фактора зависит выживание организма. В другие отрезки времени ограничивающим могут быть другие факторы. В течение жизни особи видов встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности. Так, фактором, ограничивающим распространение оленей, является глубина снежного покрова^[1]; бабочки озимой совки (вредителя овощных и зерновых культур) — зимняя температура^[1] и т. д.

Этот закон учитывается  в практике сельского хозяйства. Немецкий химик Юстус фон Либих (1803—1873) установил, что продуктивность культурных растений, в первую очередь, зависит от того питательного вещества (минерального элемента), который представлен в почве наиболее слабо. Например, если фосфора в почве лишь 20 % от необходимой нормы, а кальция — 50 % от нормы, то ограничивающим фактором будет недостаток фосфора; необходимо в первую очередь внести в почву именно фосфорсодержащие удобрения.

По имени учёного названо  образное представление этого закона — так называемая «бочка Либиха». Суть модели состоит в том, что вода при наполнении бочки начинает переливаться через наименьшую доску в бочке и длина остальных досок уже не имеет значения.

2.Гомеостаз и открытость экосистем

 
Естественные экосистемы, например леса, степи, водоемы, существуют в течение  длительного времени – десятков и даже сотен лет, то есть обладают определенной стабильностью во времени и пространстве. Для поддержания стабильности системы необходима сбалансированность потоков веществ и энергии, процессов обмена веществ между организмами и окружающей их средой. Конечно, ни одна экосистема не бывает абсолютно стабильной, неподвижной: численность одних видов может увеличиваться, а других уменьшаться. Подобные процессы имеют более или менее правильную периодичность и в целом не выводят систему из равновесия.  
 
Состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы носит название гомеостаза. Гомеостатичность – важнейшее условие существования любой экосистемы.  
 
В естественном биогеоценозе гомеостаз поддерживается тем, что такая система открыта, то есть непрерывно получает энергию и вещество из окружающей среды. Поток энергии направлен во внутрь системы. Часть поступающей солнечной энергии преобразуется сообществом живых организмов экосистемы и переходит на качественно более высокую ступень, трансформируясь в органическое вещество, представляющее собой более концентрированную форму энергии, чем солнечный свет; но большая часть энергии деградирует, проходит через систему и покидает ее в виде низкокачественной тепловой энергии (тепловой сток).  
 
Итак, все экосистемы, даже самая крупная – биосфера, являются открытыми системами: они должны получать и отдавать энергию, быть открытыми для потоков веществ, для иммиграции и эмиграции организмов. Поэтому концепция экосистемы должна учитывать существование связанных между собой и необходимых для функционирования и самоподдержания экосистемы среды на входе и среды на выходе. 
 
 
Т. о., экосистема = среда на входе + собственно система + среда на выходе. 
 
Данная схема решает проблему, связанную с проведением границ рассматриваемой единицы, поскольку в этом случае не имеет значения, как мы вычленяем исследуемую часть экосистемы. Часто удобным оказываются естественные границы, например, берег озера или опушка леса, или административные границы, например, границы города, в любом случае мы может ограничиться условными границами.  
 
Масштабы изменений среды на входе и на выходе чрезвычайно сильно варьируют и зависят от нескольких переменных, например от:

1.  
   размеров системы (чем она больше, тем меньше зависит от внешних частей);
2.  
   интенсивности обмена (чем он интенсивней, тем больше приток и отток);
3.  
   сбалансированности между производством и потреблением пищи (чем сильнее нарушено это равновесие, тем больше должен быть приток извне для его восстановления);
4.  
   стадии и степени развития системы.

 
Следовательно, для обширной, поросшей лесом горной местности перепад  между средой на входе и средой на выходе значительно меньше, чем у небольшого ручья или у города.

3 Природная среда и природные ресурсы  
 
Окружающая природная среда – это природные условия, которые окружают живые организмы, способствуя или препятствуя их развитию. Среда обитания может прямо или косвенно влиять на них, от нее же они получают все необходимое для поддержания жизни. В окружающую среду организмы выделяют продукты обмена веществ, которые затем, в свою очередь, принимают участие в природных процессах. Она состоит из различных элементов живой и неживой природы, а также тех, которые созданы человеком в процессе его деятельности. Эти элементы по-разному оказывают воздействие на организмы, могут вредить либо оказывать нейтральное воздействие, некоторые же им необходимы.

Природные ресурсы — это  естественные ресурсы, необходимые  для существования человеческого  общества и используемые в хозяйстве. Есть несколько классификаций природных  ресурсов. По применению в различных  отраслях хозяйства природные ресурсы  группируют в энергетические, металлургические, химические природные ресурсы и др. По возможной длительности и интенсивности использования их разделяют на исчерпаемые и практически неисчерпаемые природные ресурсы, возобновляемые и невозобновляемые природные ресурсы. 
 
Практически неисчерпаемые природные ресурсы - это ресурсы, уменьшение которых не ощутимо даже в процессе очень длительного использования: энергия солнечного излучения, ветра, морских приливов, климатические ресурсы и др.  
 
Исчерпаемые природные ресурсы - ресурсы, сокращающиеся по мере их использования; большинство видов природных ресурсов относится к исчерпаемым природным ресурсам, которые делятся на возобновляемые и невозобновляемые природные ресурсы. Возобновляемые природные ресурсы — это ресурсы, скорость восстановления которых сравнима со скоростью их расходования. К возобновляемым природным ресурсам относятся водные, воздушные и земельные ресурсы. Невозобновляемые природные ресурсы — это ресурсы, не восстанавливающиеся самостоятельно и не восстанавливаемые искусственно. К ним относятся главным образом полезные ископаемые. Процесс рудообразования и формирования горных пород идет непрерывно, но его скорость намного меньше скорости использования полезных ископаемых. 
 
Ресурсообеспеченность 
 
Географическая оболочка Земли обладает огромными и разнообразными природными ресурсами. Однако запасы разных их видов неодинаковы, и распределены они неравномерно. В результате, отдельные районы, страны, регионы, даже материки имеют различную ресурсообеспеченность. Ресурсообеспеченность - это соотношение между величиной природных ресурсов и размерами их использования. Она выражается либо количеством лет, на которые должно хватить данного ресурса, либо его запасами из расчета на душу населения. Например, по расчетам ученых, мировые запасы минерального топлива прев3ышают 12,5 триллионов тонн. Это значит, что при современном уровне добычи их может хватить более чем на 1000 лет. Однако, если учитывать запасы, доступные для извлечения, а также постоянный рост потребления, обеспеченность сократится в несколько раз.  
 
Существуют различия в уровне и характере обеспеченности природными ресурсами различных стран. Так, Ближний Восток обладает крупными ресурсами нефти и газа. Государства, которые имеют большие массивы тропических лесов, обладают ресурсами ценной древесины. В мире есть несколько государств, имеющих практически все известные виды природных ресурсов. Это Россия, США и Китай. Высокообепеченными, с точки зрения природных ресурсов, являются Индия, Бразилия, Австралия и некоторые другие страны. Многие государства обладают крупными запасами одного или нескольких ресурсов. Так, Габон обеспечен запасами марганца, Кувейт — нефти, Марокко — фосфоритов. 
 
Большое значение для каждой страны имеет комплексность имеющихся природных ресурсов. Например, для организации черной металлургии в стране нужно располагать ресурсами не только железной руды, но и марганца, хромитов и коксующегося угля. 
 
Однако встречаются государства с очень небольшим количеством полезных ископаемых. Например, Япония, являясь высокоразвитой страной, имеет ограниченное количество минеральных ресурсов. В противоположность Японии можно привести примеры многих государств, обладающих богатейшими ресурсами, но не достигших больших успехов в социально-экономическом развитии. 
ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ - совокупность объектов живой и неживой природы, используемых или потенциально пригодных для использования человеком. К числу П. р. относятся земля, недра, леса, воды, воздушное простронство.

4.Численность и плотность популяций 
 
Основными показателями структуры популяций является численность и распределение организмов в пространстве и соотношение разнокачественных особей. В связи с размерами ареала популяций может значительно изменяться и численность особей в популяциях. 
Численность популяции — это общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. В период размножения происходит рост популяции. Смертность же, наоборот, приводит к сокращению ее численности. 
Плотность популяции определяется количеством особей или биомассой на единицу площади либо объема, например: 400 деревьев на 1 га, 0,5 г циклопов в 1 м3 воды. Нередко важно различать среднюю плотность, т. е. численность или биомассу на единицу всего пространства, кудельную или экологическую плотность — численность или биомассу на единицу обитаемого пространства, доступной площади объема, которые фактически могут быть заняты популяцией. 
Плотность популяции отличается изменчивостью и зависит от ее численности. При возрастании численности не наблюдается увеличение плотности лишь в том случае, когда возможно распределение популяции, расширение ее ареала. Особи, составляющие популяции, имеют различные типы пространственного распределения, выражающие их реакции на различные влияния, например, добычу и благоприятные физические условия или конкурентные реакции. Различают три типа распределения или расселения особей внутри популяции: равномерное, случайное и групповое 

. Основные типы распределения  особей в популяции: 
А — равномерное распределение; Б – случайное распределение; В - групповое распределение (по Одуму, 1986) 
 
Равномерное распределение в природе чаще связано с острой конкуренцией между разными особями. Такой тип распределения отмечают у хищных рыб и у колюшек с их территориальным инстинктом и сугубо индивидуальным характером. 
Случайное распределение имеет место только в однородной среде. Так на первых порах распределяется тля на поле. По мере ее размножения распределение приобретает групповой или пятнистый (конгрегационный) характер. 
Групповое распределение встречается наиболее часто. Так, в сосновом лесу деревья вначале расселяются группами, а в дальнейшем их размещение становится равномерным. Популяции групповое распределение обеспечивает (по Ю. Одуму, 1986) более высокую устойчивость по отношению к неблагоприятным условиям по сравнению с отдельной особью. Животные, ведущие подвижный образ жизни, как правило, распределяются активно, что приводит к интенсивному перемешиванию популяций и стиранию границ между ними. Например, очень подвижные и активно перемещающиеся песцы, другие животные, птицы имеют огромные ареалы без резких границ между популяциями. 
У пассивно передвигающихся и малоподвижных организмов, наоборот, популяции четко разграничены даже на относительно небольшой территории. Таковы популяции наземных моллюсков, многих земноводных. Размеры ареала популяции зависят от величины особей, составляющей ее. Мелкие особи занимают сравнительно небольшие ареалы, тогда как у видов с крупными особями они обширны. Вместе с тем это правило имеет много исключений. Так, территория, занимаемая популяцией прыткой ящерицы Lacerta agilis, может колебаться от 0,1 до нескольких гектаров. 
Знание типа распределения организмов имеет большое значение при оценке плотности популяции методом выборки (в случае группового размещения площадь выборки должна быть большая). Возьмем n выборок. Среднее число особей в каждой выборке обозначим через m и получим рассеяние или дисперсию S2 по формуле 
 

При равномерном распределении  дисперсия S2 равна нулю, так как  число особей в каждой выборке постоянно и равно среднему. В случае случайного распределения среднее m и дисперсия S2 равны. При групповом распределении рассеяние S2 выше среднего и разница между ними тем больше, чем сильнее тенденция животных к образованию скоплений