Основные законы организации экосистем как научное обобщение знаний о природе

(с привлечением материалов:

- https://studopedia.ru/19_219503_osnovnie-zakoni-i-printsipi-ekologii.html)

Количество законов в экологии весьма велико. Н.Ф. Реймерс в словаре-справочнике [Природопользование] приводит формулировки 67  таких законов. Безусловно законы экологии не являются такими же строгими и математически точными как скажем законы физики, химии и других научных дисциплин, поэтому в целях смягчения их категоричности достаточно часто они именуются как закономерности или принципы. Тем не менее утверждающиеся в экологических законах положения верны, по крайней мере качественно. Далее излагаются формулировки и пояснения содержания некоторых основных экологических законов, наиболее значимых для понимания состояния экологических систем и динамики их изменения и развития. Многие законы носят имена тех ученых, кто впервые  открыли, обосновали, сформулировали эти законы.

1. Закон минимума Либиха./Закон лимитирующего фактора

Исторически первым для экологии был закон, устанавливающий зависимость живых систем от факторов, ограничивающих их развитие (так называемых лимитирующих факторов).

Живой организм в природных условиях одновременно подвергается воздействию со стороны не одного, а многих экологических факторов – как биотических, так и абиотических. Любой экологический фактор динамичен, изменчив во времени и пространстве. Однако каждому живому организму требуются строго определенные уровни, количества (дозы) экологических факторов, а также определенные пределы их колебаний. Если режимы всех экологических факторов соответствуют наследственно закрепленным требованиям организма (т. е. его генотипу), то он способен выживать и давать жизнеспособное потомство.

Так растения нуждаются в значительных количествах влаги, питательных веществ (азот, фосфор, калий), но требования к другим веществам, например бору или молибдену, определяются ничтожными количествами. Тем не менее, недостаток или отсутствие любого вещества (как макро-, так и микроэлемента) отрицательно сказывается на состоянии организма, даже если все остальные присутствуют в требуемых количествах.

Понятие о лимитирующих факторах было введено в 1840 г. немецким агрохимиком и физиологом Юстусом Либихом (1803-1873). Изучая влияние на рост растений содержания различных химических элементов в почве, он сформулировал правило: «Урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме». Это правило известно под названием закона минимума Либиха.

В качестве наглядной иллюстрации закона минимума Либиха часто изображают бочку, у которой образующие боковую поверхность дощечки имеют разную высоту. Длина самой короткой доски определяет уровень, до которого можно наполнить бочку водой. Следовательно, длина этой доски – лимитирующий фактор для количества воды, которую можно налить в бочку. Длина других досок уже не имеет значения.

Необходимо заметить что данный пример действительно наглядно иллюстрирует лишь существование самого лимитирующего фактора, но никак не является иллюстрацией самого закона минимума Либиха.

Действительно, обратимся к современной формулировке этого закона.

«Экологический фактор, изменяясь от большего к меньшему, при приближении к своему минимальному значению, необходимому для поддержания жизнедеятельности организма, становится лимитирующим, т.е. ограничивает возможности выживания организма».

Что следует из этой формулировки?

Из нее следует, что абсолютное значение самого фактора, для того чтобы он стал лимитирующим, не имеет значения. Лимитирующим фактором становится тот фактор, фактическое значение которого становится меньше, чем некоторое его минимальное значение, необходимое для нормального существования рассматриваемого живого организма в конкретных условиях Среди других факторов, также определяющих условия благополучного существования организма, могут быть факторы, фактические значения которых (сопоставимые по размерности с лимитирующим фактором) могут быть даже меньше по абсолютной величине, чем лимитирующий фактор, но это не будет иметь значения для растения до тех пор, пока каждый из них по величине превышает некоторый минимально-необходимый порог/уровень благополучного существования организма..

Пример. 

Минимально необходимые количества минеральных элементов в почве для растения составляют:

цинка – 0,030, калия – 0,025, фосфора - 0,042 [мг/л].

Фактическое содержание этих элементов в почве:

цинка – 0,028, калия – 0,026, фосфора - 0,045 [мг/л].

Лимитирующим фактором будет недостаточное фактическое содержание цинка – 0,028 [мг/л] против необходимых 0,030[мг/л]. А вот содержание калия в почве (0,026 [мг/л]) не будет вызывать проблем для растения, несмотря на то, что его в почве меньше чем содержание цинка (0,028 [мг/л]), поскольку при этом фактическое содержание калия (0,026  [мг/л]) больше минимально-необхолимого для растения (0,025[мг/л]).

Закон минимума Либиха относится ко всем влияющим на организм абиотическим и биотическим факторам.

Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В. Шелфорда.