Закон минимума
Задачей экологии является поиск законов функционирования и развития данной области реальности. Исторически первым для экологии был закон, устанавливающий зависимость живых систем от факторов, ограничивающих их развитие (так называемых лимитирующих факторов).
В 1840 г. Ю. Либих установил, что урожай зерна часто лимитируется не теми питательными веществами, которые требуются в больших количествах, а теми, которых нужно немного, но которых мало и в почве. Сформулированный им закон гласил: “Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени”. Впоследствии к питательным веществам добавили ряд других факторов, например температуру.
Действие данного закона ограничивают два принципа. Первый: закон Либиха строго применим только в условиях стационарного состояния. Более точная формулировка: “при стационарном состоянии лимитирующим будет то вещество, доступные количества которого наиболее близки к необходимому минимуму”. Второй принцип касается взаимодействия факторов. Высокая концентрация или доступность некоторого вещества может изменять потребления минимального питательного вещества. Организм иногда заменяет одно, дефицитное, вещество другим, имеющимся в избытке.
Наиболее важными факторами на суше являются свет, температура и вода (осадки), а в море – свет, температура и соленость. Эти физические условия существования могут быть лимитирующими и влияющими благоприятно. Все факторы среды зависят друг от друга и действуют согласовано.
Из других лимитирующих факторов можно отметить атмосферные газы (углекислый газ, кислород) и биогенные соли. Формулируя “закон минимума”, Либих имел в виду лимитирующее воздействие жизненно важных химических элементов, присутствующих в среде в небольших и непостоянных количествах. Они называются микроэлементами к ним относятся железо, медь, цинк, бор, кремний, молибден, хлор, ванадий, кобальт, йод, натрий. Многие микроэлементы, подобно витаминам, действуют как катализаторы.
Важным лимитирующим фактором в современных условиях является загрязнение природной среды. Оно происходит в результате внесения в среду веществ, которых в ней не было (металлы, новые синтезированные химические вещества) и которые не разлагаются вовсе, либо существующих в биосфере (углекислый газ), но вносимых в чрезмерно больших количествах, не дающих возможности переработать их естественным способом. Образно говоря, загрязняющие вещества – это ресурсы не на своем месте.
Главным лимитирующим фактором, по Ю. Одуму, – размеры и качество “ойкоса”, или нашей “природной обители”, а не просто число калорий, которые можно выжать из земли. Ландшафт не только склад запасов, но и дом, в котором мы живем. Следует стремиться к тому, чтобы сохранить, по меньшей мере, треть всей суши в качестве охраняемого открытого пространства. Это означает, что треть всей нашей среды обитания должны составлять национальные или местные парки, заповедники, зеленые зоны, участки дикой природы и т. п. Ограничение использования земли является аналогом природного регулирующего механизма, называемого “территориальным поведением”. При помощи этого механизма многие виды животных избегают скученности и вызываемого ею стресса.
Территория необходимая одному человеку, по разным оценкам колеблется от 1 до 5 га. Вторая из этих превосходит площадь, которая приходится ныне на одного жителя Земли. Плотность населения приближается к одному человеку на 2 га суши. Пригодны же для сельского хозяйства только 24% суши. Хотя с площади всего лишь 0,12 га можно получить достаточно калорий, чтобы поддержать существование одного человека, для полноценного питания с большим количеством мяса, фруктов и зелени необходимо около 0,6 га на человека. Кроме того, нужно еще около 0,4 га для производства разного рода волокна (бумага, древесина, хлопок) и еще 0,2 га для дорог, аэропортов, зданий и т. п. Отсюда концепция “золотого миллиарда”, в соответствии с которой оптимальным количеством населения является 1 млрд. человек и стало быть уже сейчас около 6 млрд. “лишние люди”. Человек впервые за свою историю столкнулся с предельными, а не локальными ограничениями.
Преодоление лимитирующих факторов требует огромных затрат вещества и энергии. Для удвоения урожая необходимо десятикратное увеличение количества удобрений, ядохимикатов и мощности (животных или машин).