Закономерности действия экологических факторов, изложенные в законе экологической толерантности Шелфорда и законе ограничивающего экологического факторы Либиха.

В 1913 г. американский эколог Виктор Шелфорд выдвинул принцип экологической толерантности (выносливости). Согласно этому правилу, для каждого фактора существует диапазон экологической толерантности, ограниченный нижней и верхней кардинальными (критическими) точками, внутри которого можно выделить зоны угнетения и благополучия. Неблагоприятными (и лимитирующими) могут быть как высокие, так и низкие значения условий. Поэтому реакция организма оказывается нулевой и при чрезмерно низких, и при запредельно высоких значениях важного для него условия.

Принцип Шелфорда можно выразить так. Среди значений любого условия есть определенный диапазон толерантности — тот промежуток, в котором может существовать рассматриваемый организм. Оптимальное значение условия находится внутри этого диапазона. Чем дальше значение условия отклоняется от оптимума, тем сильнее его неблагоприятное действие на организм. Лимитирующим оказывается то из существенных для организма условий, значение которого сильнее всего отклоняется от оптимального.

Закон Либиха и принцип Шелфорда могут рассматриваться как части правила лимитирующего фактора. Ф. Клементс и В. Шелфорд выдвинули в 1939 г. концепцию первичного цикла (происходит столько базовых циклов, например, делений клеток, на сколько хватит полного комплекса ресурсов и сколько позволят другие факторы). А. Тиннеманн предложил в 1942 г. правило слабейшего звена в цепи («организм не сильнее самого слабого звена в цепи своих жизненных запросов»). Не следует забывать, что в этих обобщениях не учитываются многие явления, оказывающие влияние на то, какой фактор окажется лимитирующим. В их числе вероятностный характер многих взаимодействий, явление биологической компенсации, сложный характер взаимосвязей между факторами, проявление действия популяционных и экосистемных механизмов регуляции.

Закон ограничивающего (лимитирующего) 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 выполнение 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.