Ограничивающий фактор — это переменная системы, которая вызывает заметное изменение объема производства или другого показателя типа системы. Ограничивающим фактором является пирамидальная форма организмов, восходящих от производителей к потребителям и так далее. Фактор, не ограничивающий определенную область стартовых условий, может, тем не менее, ограничивать другую область стартовых условий, включая область самого фактора.
Идентификация фактора как лимитирующего возможна только в отличие от одного или нескольких других факторов, которые не являются лимитирующими. Дисциплины различаются в использовании этого термина относительно того, допускают ли они одновременное существование более чем одного ограничивающего фактора, который (тогда можно назвать «соограничивающим»), но все они требуют существования по крайней мере одного неограничивающего фактора, когда используются термины. Существует несколько различных возможных сценариев ограничения, когда присутствует более одного фактора. Первый сценарий, называемый одиночным ограничением, возникает, когда только один фактор, имеющий максимальный спрос, ограничивает Систему. Серийное совместное ограничение — это когда один фактор не оказывает прямого ограничивающего воздействия на систему, но должен присутствовать, чтобы увеличить ограничение второго фактора. Третий сценарий, независимое ограничение, возникает, когда два фактора оказывают ограничивающее воздействие на систему, но действуют посредством разных механизмов. Другой сценарий, синергетическое ограничение, возникает, когда оба фактора способствуют одному и тому же механизму ограничения, но по-разному. [1]
В 1905 году Фредерик Блэкман сформулировал роль ограничивающих факторов следующим образом: «Когда скорость процесса обусловлена несколькими отдельными факторами, скорость процесса ограничивается скоростью самого медленного фактора». Говоря о величине функции, он писал: «Когда величина функции ограничена одним из множества возможных факторов, будет обнаружено, что увеличение этого фактора, и только этого, приведет к увеличению величина функции». [2]
В популяционной экологии регулирующий фактор , также известный как ограничивающий фактор , [3] — это то, что удерживает популяцию в равновесии (не увеличиваясь и не уменьшаясь в размерах с течением времени). [ нужна цитата ] Общие ресурсы ограничивающего фактора — это особенности окружающей среды, которые ограничивают рост, численность или распространение организма или популяции организмов в экосистеме. [4] : G-11 [5] Концепция ограничивающих факторов основана на Законе минимума Либиха , который гласит, что рост контролируется не общим количеством доступных ресурсов, а самым дефицитным ресурсом. Другими словами, фактор является ограничивающим, если изменение фактора приводит к увеличению роста, численности или распределения организма, тогда как другие факторы, необходимые для жизни организма, этого не делают. Ограничивающие факторы могут быть физическими или биологическими. [4] : 417, 8
Лимитирующие факторы не ограничиваются состоянием вида. Некоторые факторы могут быть увеличены или уменьшены в зависимости от обстоятельств. Примером ограничивающего фактора является солнечный свет в тропическом лесу , где рост ограничен всех растений на лесной подстилке , если не станет доступно больше света. Это уменьшает количество потенциальных факторов, которые могут повлиять на биологический процесс, но в любом месте и в любое время действует только один. Признание того, что всегда существует один ограничивающий фактор, жизненно важно для экологии , и эта концепция имеет параллели во многих других процессах. Лимитирующий фактор также вызывает конкуренцию между особями видовой популяции. Например, пространство является ограничивающим фактором. Многим хищникам и добычам для выживания необходимо определенное пространство: еда, вода и другие биологические потребности. Если популяция вида слишком велика, они начинают конкурировать за эти потребности. Таким образом, ограничивающие факторы сдерживают численность населения на определенной территории, заставляя некоторых людей искать лучшие перспективы в других местах, а другие остаются и голодают. Некоторые другие ограничивающие факторы в биологии включают температуру и другие факторы, связанные с погодой . Виды также могут быть ограничены наличием макро- и микроэлементов. Были даже свидетельства совместного ограничения в экосистемах прерий. Исследование, опубликованное в 2017 году, показало, что натрий (микронутриент) сам по себе не оказывает никакого эффекта, но в сочетании с азотом и фосфором (макронутриентами) он действительно оказывает положительный эффект, что является свидетельством серийного совместного ограничения. [1]
В океанографии ярким примером ограничивающего фактора является лимитирующее питательное вещество . Доступность питательных веществ в пресноводной и морской среде играет решающую роль в определении того, какие организмы выживают и процветают. Питательные вещества являются строительными блоками всех живых организмов, поскольку они поддерживают биологическую активность. Они необходимы для создания белков, ДНК, мембран, органелл и экзоскелетов. Основными элементами, составляющими >95% массы органического вещества, являются углерод, водород, азот, кислород, сера и фосфор. Второстепенные элементы — железо, марганец, кобальт, цинк и медь. Эти второстепенные элементы часто присутствуют лишь в следовых количествах, но они являются ключевыми сопутствующими факторами, входящими в состав ферментов, транспортеров, витаминов и аминокислот. В водной среде азот и фосфор являются ведущими претендентами на большинство лимитирующих питательных веществ.
Открытие соотношения Редфилда стало важным открытием, которое помогло понять взаимосвязь между наличием питательных веществ в морской воде и их относительным содержанием в организмах. Редфилд смог заметить соответствие элементов между углеродом, азотом и фосфором, глядя на более крупные организмы, живущие в океане (C:N:P = 106:16:1). [6] Он также наблюдал постоянство питательных веществ в толще воды; Соотношение нитратов и фосфатов составляло 16:1. Основная идея заключалась в том, что окружающая среда фундаментально влияет на организмы, которые в ней растут, а растущие организмы фундаментально влияют на окружающую среду. Во вступительном заявлении Редфилда в своей статье 1934 года говорится: «Сейчас общепризнано, что рост планктона в поверхностных слоях моря частично ограничивается количеством фосфатов и нитратов, доступных для их использования, и что изменения в относительных количествах определенные вещества в морской воде определяются в их относительных пропорциях биологической активностью». [7] Отклонения от Редфилда можно использовать для вывода об элементарных ограничениях. Ограничение питательных веществ можно обсуждать, среди прочего, с точки зрения растворенных питательных веществ, взвешенных частиц и тонущих частиц. При обсуждении стехиометрии растворенных питательных веществ большие отклонения от исходного коэффициента Редфилда могут определить, ограничена ли среда фосфором или азотом. При обсуждении стехиометрии взвешенных частиц более высокие соотношения N:P отмечаются в олиготрофных водах (среда с преобладанием цианобактерий ; низкие широты/экватор) и более низкие отношения N:P отмечаются в богатых питательными веществами экосистемах (среда с преобладанием диатомовых водорослей ; высокие широты/полюса). . [8]
Во многих районах наблюдается серьезное ограничение азота, но также наблюдается ограничение фосфора. Во многих случаях наблюдаются следы металлов или совместное ограничение. Коограничения означают, что два или более питательных вещества одновременно ограничивают процесс. Выявление одного ограничивающего фактора может быть сложной задачей, поскольку потребность в питательных веществах варьируется в зависимости от организмов, жизненных циклов и условий окружающей среды (например, термический стресс может увеличить потребность в питательных веществах для биологического восстановления).
AllBusiness.com определяет ограничивающий (сдерживающий) фактор как «предмет, который ограничивает или ограничивает производство или продажу данного продукта». Приведенные примеры включают: «ограниченное машинное и рабочее время, а также нехватка материалов и квалифицированной рабочей силы. Другими ограничивающими факторами могут быть кубические футы выставочных или складских площадей или оборотный капитал». [9] Этот термин также часто используется в технической литературе. [10] [11]
Анализ ограничивающих бизнес-факторов является частью методики оценки и анализа программ , анализа критического пути и теории ограничений , представленных в романе «Цель» .
В стехиометрии химической реакции с образованием химического продукта можно наблюдать или предсказывать, что при количестве, подаваемом в определенных пропорциях, один из реагентов будет расходоваться в реакции раньше других. Таким образом, количество продукта ограничено подачей этого реагента. Этот лимитирующий реагент определяет теоретический выход реакции. Говорят, что другие реагенты являются неограничивающими или находятся в избытке. Это различие имеет смысл только тогда, когда химическое равновесие настолько благоприятствует продуктам, что вызывает полное расходование одного из реагентов.
При изучении кинетики реакций скорость течения реакции может быть ограничена концентрацией одного из реагентов или катализатора . В многостадийных реакциях стадия может быть лимитирующей с точки зрения производства конечного продукта. In vivo , в организме или в экологической системе такие факторы могут ограничивать скорость, а при общем анализе многоэтапного процесса, включающего биологический , геологический , гидрологический или атмосферный перенос и химические реакции , транспорт реагент может быть лимитирующим.