Закон ограничивающего фактора гласит, что наиболее значим тот фмктор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений

Именно от него и зависит в данный конкретный период выживание особей. В другие отрезки времени ограничивающими могут стать другие факторы, и в течение жизни организмы встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности (рис. 8).

 

Рис.8

Глубина снежного покрова - ограничивающий фактор в распространении оленей

С законами оптимума и ограничивающего фактора постоянно сталкивается практика сельского хозяйства. Например, рост и развитие пшеницы, а следовательно, и получение урожая постоянно ограничиваются то критическими температурами, то недостатком или избытком влаги, то нехваткой минеральных удобрений, а иногда и такими катастрофическими воздействиями, как град и бури. Требуется много сил и средств, чтобы поддерживать оптимальные условия для посевов, и при этом в первую очередь компенсировать или смягчать действие именно ограничивающих факторов.

 

Экологические факторы. Абиотические факторы. Биотические факторы. Закон оптимума. Пессимум. Критические точки. Экстремальные условия. Ограничивающий фактор.

Любой фактор, влияющий на живые организмы, может стать либо оптимальным, либо ограничивающим в зависимости от силы своего воздействия.

• Примеры и дополнительная информация *

1. Оптимум и границы выносливости не являются абсолютно постоянными в течение всей жизни организмов. Чаще наоборот, для разных этапов жизненного цикла характерен свой оптимум. Икра лососей может развиваться только в интервале температур от О °С до +12 °О, а взрослые особи легко переносят колебания от -2 °С до +20 °С.

Как оптимум, так и границы устойчивости организмов можно в определенных пределах сдвинуть направленным влиянием внешних условий. Если, например, на цветковые растения кратковременно действовать высокими температурами, то их устойчивость повышается, возникает так называемая «тепловая закалка». Так и происходит в природе, когда наступлению сильной устойчивой жары предшествуют кратковременные подъемы температур в отдельные дни. Таким же образом аквариумных рыб можно постепенно приучить к жизни в более холодной или теплой воде.

2. Среди факторов среды, от которых зависят организмы, различают ресурсы и условия. Ресурсы организмы используют, потребляют и тем самым уменьшают их количество для других. К ресурсам относят пищу, убежища, удобные места для размножения и т. п. Условия — это такие факторы, к которым организмы вынуждены приспосабливаться, но повлиять на них, обычно, не могут. Один и тот же фактор среды может быть ресурсом для одних и условием для других видов. Например, свет — жизненно необходимый энергетический ресурс для фотосинтезирующих растений, а для обладающих зрением животных — условие, при котором они могут видеть окружающие предметы и ориентироваться в пространстве. Вода для многих организмов может быть и условием жизни, и ресурсом.

3. Чем больше значения факторов удаляются от оптимальных, тем меньше видов может приспособиться к жизни в таких условиях. Например, на дне самых глубоководных океанических впадин, где давление достигает более 1000 атмосфер и мало пищи, обнаружено всего около 20 видов многоклеточных животных, на глубинах вбкм — 140, ав поверхностных слоях океанов — многие тысячи видов. В ряду соленых озер Западной Европы гидробиологи обнаружили при концентрации солей 30 г/л 64 вида, при 100 г/л — 38 видов, при 160 г/л — 12 видов, а при 200 г/л — всего 1 вид.

4. Некоторые организмы живут при температурах тела ниже 0 С, но только в том случае, если вода внутри клеток не замерзает, а находится в переохлажденном состоянии. Например, ряд рыб, обитающих у берегов Антарктиды или в морях Северного Ледовитого океана, имеет нормальную температуру тела до -1, 7 °С (рис. 7). Обнаружены также бактерии, размножающиеся при температурах выше +100 ° С. Это происходит при строго определенных условиях, возле горячих источников на дне океана. Из-за высокого давления вода при такой температуре не кипит.

5. Озимая совка — вредитель зерновых и овощных культур, встречается в таежной, лесостепной и степной зонах. Зимуют в почве взрослые гусеницы, накопившие жировое тело, они могут переносить морозы до -11 °С, а гусеницы младших возрастов не выдерживают охлаждения ниже -5 °С. Восточная граница распространения озимой совки совпадает с январской изотермой -20 °С, и в Сибири этот вид отсутствует. Зимняя температура — фактор, ограничивающий распространение вида.

6. Правило ограничивающих факторов очень важно в агрономии. Немецкий химик Ю. Либих установил, что растения не могут дать урожай больше того, который позволяет главный ограничивающий фактор. Если все другие условия благоприятны, но среди минеральных солей, необходимых растению, фосфора содержится только 50% от требуемого, а кальция — 20%, значит, урожай будет в 5 раз меньше возможного. Главный ограничитель в этих условиях — кальций. Внесем его в почву до нормы. Урожай поднимется, но все равно будет вдвое ниже ожидаемого. Теперь главный ограничитель — фосфор. Так как Ю. Либих изучал только влияние недостаточных доз удобрений, его выводы получили название «правило минимума». Позднее выяснилось, что и избыток минеральных солей тоже тормозит урожай, так как при этом нарушается всасывание растворов корнями. При идеальной агротехнике все элементы питания даются растениям в строго оптимальной дозировке.

• Вопросы.
1. Какие факторы наиболее часто ограничивают рост и развитие таких ценных видов рыб, как осетровые или лососевые?

2. Нагрузка веса тела на опорную поверхность ног свыше 30 г на 1 см² сильно затрудняет передвижение животного по рыхлому снегу. У рыси она равна 422 г, а у лося — около 500 г на 1 см². Но для рыси полуметровый слой снега — фактор, ограничивающий активность, а для лося — нет. Как вы думаете, почему?

3. В тропических районах океана, где много тепла и света, жизнь очень бедна. Эти районы называют океаническими пустынями. Как вы думаете, что ограничивает здесь размножение одноклеточных водорослей, от которых, в свою очередь, зависят животные?

4. В теплице, где выращивалась рассада и поддерживались оптимальная температура и влажность, прекратилась подача воды. Ремонт должен занять два дня. Агроном распорядился ограничить подачу тепла в теплицу. Правильно ли он сделал и почему?

Задания.

1. Начертите график областей выживания и оптимума бабочки яблонной плодожорки, которая является опасным вредителем садов. На горизонтальной оси отложите значения влажности воздуха в процентах, на вертикальной — температуры в градусах. Используйте приведенные ниже показатели. Полная гибель куколок яблонной плодожорки наступает при сочетаниях: 10 °С и 100%, 4 °С и 80%, 15 °С и 40%, 28 °С и 15%, 36 °С и 55%, 37 °С и 100% (первая цифра — температура, вторая — влажность воздуха). Гибель менее 10% при сочетаниях: 20 °С и 85%, 22 °С и 95%, 27 °С и 55%, 26 °С и 55%, 22 °С и 70%. Соедините замкнутой кривой точки для каждого уровня выживания. Рассмотрите полученный график. Подумайте, велика ли опасность размножения этого вредителя в районах с летними температурами 18—25 °С и влажностью воздуха 70—90%, в районах с летними температурами 20—35 °С и влажностью воздуха 20—35%.

2. Микроскопические мучные клещи могут в огромных количествах размножаться в зернохранилищах и приводить зерно в полную негодность. При оптимальной температуре +20—22 °С развитие яйца длится 3—4 дня, при +10 °С — растягивается до полугора месяцев Температур выше +45—50 °С клещи не переносят Они погибают при влажности зерна 10—12% из-за сухости и выше 70% — из-за развития плесневых грибков Предложите способ, как избавиться от клещей и сохранить зерно, не прибегая к ядохимикатам

• Темы для дискуссий.

1. Обсудите, почему чувство меры так ценится у всех народов мира и входит в нормы морали.

2. В каких проявлениях сельскохозяйственной деятельности часто нарушается закон оптимума?

3. Существует русская поговорка «Кашу маслом не испортишь», которую применяют и к некоторым хозяйственным делам. Противоречит ли это закону оптимума?

4. Применим ли закон оптимума к сильно действующим на человека ядам?

5. Благодаря созданию искусственного микроклимата люди могут жить и работать в разных температурных условиях, вплоть до антарктической зимы или космической стужи. Значит ли это, что температура не является фактором, ограничивающим деятельность человека?