Теория:
Немецкий учёный Юстут Либих установил, что продуктивность культурных растений в первую очередь зависит от того питательного вещества или минерального элемента, который представлен в почве в наименьшем количестве.
Закон минимума Либиха (или Закон лимитирующих факторов):
успешную жизнедеятельность организма ограничивает экологический фактор, количество и качество которого близки к минимуму, необходимому организму.
Образное представление закона минимума — 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.
Пример:
если фосфора в почве лишь \(20\) % от необходимой нормы, а кальция — \(50\) % от нормы, то растение будет развиваться только до тех пор, пока не усвоит весь фосфор. Ограничивающим дальнейший рост фактором станет низкое содержание фосфора. Для увеличения продуктивности необходимо в первую очередь внести в почву именно фосфорсодержащее удобрение.
Но избыток какого-либо экологического фактора может оказывать такое же негативное влияние на развитие организма, как и его недостаток.
Факторы, препятствующие нормальному развитию живого организма из-за их избытка или недостатка по сравнению с потребностями, называются лимитирующими.
Закон толерантности Шелфорда:
лимитирующим фактором, ограничивающим развитие организма, может быть как минимум, так и максимум воздействия экологического фактора.
Толерантность (от лат. tolerantia — «терпение») — способность организмов выдерживать изменения условий жизни (например, колебания температуры, влажности, света). Это свойство живых организмов имеет очень важное значение, оно позволяет приспосабливаться к постоянно изменяющимся условиям. У разных видов толерантность по отношению к тем или иным факторам выражена в разной степени.
Пример:
для растения может оказаться губительным как недостаток, так и избыток влаги в почве.
Закон оптимума:
любой экологический фактор имеет определённые пределы положительного влияния на живые организмы.
Графически закон оптимума выражается симметричной куполообразной кривой (кривая толерантности), показывающей, как изменяется жизнедеятельность вида при постепенном увеличении воздействия фактора.
Пределами выносливости (экологической валентностью) называют минимальное и максимальное значения фактора, при которых возможна жизнедеятельность. Границы, за пределами которых наступает гибель организмов, являются нижними и верхними границами выносливости вида. Их называют критическими точками.
Пример:
животные и растения плохо переносят сильную жару и сильные морозы; оптимальными являются средние температуры. Точно так же и засуха, и постоянные проливные дожди одинаково неблагоприятны для урожая.
Самые высокие показатели жизнедеятельности наблюдаются при оптимальных значениях фактора для организмов исследуемого вида.
У всех организмов в ходе эволюции выработалась способность приспосабливаться к тому или иному диапазону факторов. У некоторых видов пределы выносливости по определённому фактору узкие. Это означает, что они могут существовать только в относительно постоянных условиях среды. В этом случае получаются узкие кривые.
Пологие кривые наблюдаются в том случае, если пределы выносливости вида по данному фактору широкие. У видов с широким диапазоном толерантности больше возможностей для распространение в окружающей среде.
Но по разным факторам пределы выносливости отличаются: по одному фактору вид может иметь широкие пределы, а по другим — узкие.
Закон относительной независимости приспособления организмов:
степень выносливости к какому-нибудь фактору не означает соответствующей экологической валентности вида по отношению к остальным факторам.
Виды, переносящие широкие изменения температуры, совсем не обязательно должны также быть приспособлены к широким колебаниям влажности или солевого режима.
Пример:
многие земноводные могут выдерживать значительные колебания температуры, но не переносят даже кратковременного высыхания кожи.
Закон совместного действия факторов:
результат влияния любого экологического фактора зависит в первую очередь от того, в какой комбинации и с какой силой действуют другие факторы.
Жару организм переносит значительно хуже при высокой влажности.
Закон незаменимости фактора:
нельзя полностью заменить один фактор другим.
Пример:
свет, необходимый растениям для фотосинтеза, не может быть заменён избытком тепла или углекислого газа.