Законы экологии

1 Закон, закон минимума или закон Либиха.

В 1840 году химик-органик Ю.Либих установил, что развитие растений зависит не только от тех веществ или факторов, которые присутствуют в достаточном для организма количестве, но и от тех, которых не хватает. Например, достаточное для растений содержание в почве азота не может компенсировать недостаток магния или других элементов. Согласно закону минимума, выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Экологические факторы, находящиеся в недостатке, т.е. близкие к необходимому минимуму, ограничивают жизнедеятельность организмов. Дальнейшее уменьшение фактора ведет к гибели организма или разрушению экосистемы.

ПРИМЕР Выявление наиболее слабого звена чрезвычайно важно в экологическом прогнозировании, планировании и экспертизе предпроектных решений (проекты инвестиций). Из этой концепции следует, что организм в определенной мере способен заменить дефицитное вещество или другой действующий фактор иным функционально близким веществом или фактором (пример: радионуклиды типа Cs-137, Sr-90 и др., способные заменять Na и Ca).

2 Закон, закон Шелфорда, закон экологической толерантности.

В 1913 г. В. Шелфорд доказал, что на жизнедеятельность организмов оказывают влияние не только недостаток какого-либо фактора, но и его избыток. Например, недостаток влаги задерживает рост растений, но избыток воды ведет к аналогичным последствиям. Факторы, которые ограничивают развитие организма из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью называются лимитирующими экологическими факторами.

Закон лимитирующих факторов справедлив для всех живых организмов: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном и количественном смысле) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимости данным организмом. Эти два предела называются пределами толерантности. Строят графические зависимости уровня жизнедеятельности организма от экологического фактора, которая называется кривой толерантности. (Толерантность – способность организма выдерживать отклонения экологических факторов от оптимальных для его жизнедеятельности)

ПРИМЕР. На рисунке 2.1 приведены относительные пределы толерантности организмов к экологическим факторам на примере температуры.

I II II P A Рис. 2.1. Относительные пределы толерантности организмов.

Пусть один из видов приспособлен к широкой амплитуде изменения температуры (эвритермный вид, эври — широкий), второй имеет достаточно узкие пределы толерантности в области низких, а третий — в диапазоне высоких температур (стенотермные виды, стенос — узкий). Колебания температуры не вызывают резких изменений в состоянии эвритермного вида (плотности популяции, активности роста, ...). Для стенотермных видов даже незначительное отклонение экологических факторов от оптимума вызывает резкое снижение жизненной активности.

Чем шире амплитуда колебаний фактора, при которой организм может сохранять жизнеспособность, тем выше его устойчивость, т.е. толерантность к тому или иному воздействию.

ПРИМЕР Существование и процветание любого организма или их группы зависит от комплекса определенных условий. Любое условие приближающееся к пределу толерантности или превышающее его называется лимитирующим условием или лимитирующим фактором. Другими словами, любой фактор, тормозящий рост популяции видов в экосистеме, называется лимитирующим фактором. Примерами лимитирующих факторов для наземных экосистем являются температура, поток солнечного излучения, содержание элементов питания в почве, включая микроэлементы, количество осадков и т.д. В водных системах лимитирующими факторами является минерализация (суммарное содержание катионов и анионов) и величина показателя рН. Существуют 3 главных лимитирующих фактора, определяющих число и разновидность организмов в зависимости от глубины для морских экосистем, а именно: поток солнечного излучения; содержание растворенного кислорода и температура. Напротив, любое условие не выходящее за пределы толерантности —есть экологический фактор. При стационарном состоянии лимитирующим будет то жизненно важное вещество, доступные количества которого наиболее близки к необходимому минимуму (закон минимума Либиха). Эта концепция мало применима к «переходным состояниям», когда количества, а следовательно и эффект многих составляющих быстро изменяются.

Законы экологии Коммонера

Эти законы сформулированы в начале 70-х годов ХХ в., американским ученым Коммонером:

1. Все связано со всем. Это закон об экосистемах и биосфере, обращающий внимание на всеобщую связь процессов и явлений в природе. Он призван предостеречь человека от необдуманного воздействия на отдельные части экосистем, что может привести к непредвиденным последствиям (например, осушение болот приводит к обмелению рек). Это закон внутреннего динамического равновесия.

Рассмотрим простейшую экосистему (пресноводное озеро) и вероятные колебания численности организмов в ней (рис. 2.2).

ООС редуценты отходы жизнедеятельности карась зоопланктон фитопланктон (высшая водная растительность) биогенные элементы h Рис. 2.2. Схема прямых и обратных связей в простейшей экосистеме (ООС –отрицательная обратная связь, механизмы действия которой возвращают систему в исходное состояние).

Предположим, что в результате флуктуации абиотических факторов (например, повышение температуры и освещенности) произошло быстрое размножение фитопланктона и бурный рост высшей водной растительности (водорослей). Это вызывает уменьшение содержания биогенных элементов и условия развития фитопланктона и водорослей могут измениться. Одновременно подключаются консументы, так как водоросли и питающиеся ими моллюски, ракообразные и личинки насекомых создают обильную кормовую базу для рыб. Усиление питания и роста последних сопровождается уменьшением биомассы водорослей и увеличением биомассы органических отбросов (отходов жизнедеятельности). Это способствует размножению (увеличению численности) деструкторов органики (редуцентов) и нарастанию количества биогенных элементов в придонных слоях воды. Наступает новая вспышка роста фитопланктона и водорослей, и равновесие в цикле восстанавливается или переходит на новый уровень. Таким образом, происходит регуляция численности во многих экосистемах (регуляторами выступают биогенные элементы и консументы, включая редуцентов).

2. Все должно куда-то деваться. Это закон о хозяйственной деятельности человека, отходы от которой неизбежны, и потому необходимо думать как об уменьшении их количества, так и о последующем их использовании.

3. Природа «знает» лучше. Это закон разумного, сознательного природопользования. Нельзя забывать, что человек - тоже биологический вид, что он - часть природы, а не ее властелин. Это означает, что нельзя пытаться покорить природу, а нужно сотрудничать с ней. Пока мы не имеем полной информации о механизмах и функциях природы, а без точного знания последствий преобразования природы, недопустимы никакие ее "улучшения".

4. Ничего не дается даром.   Это закон рационального природопользования. "... Глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения". Платить нужно энергией за дополнительную очистку отходов, удобрением - за повышение урожая, санаториями и лекарствами - за ухудшение здоровья человека