Ограничивающий фактор — это переменная системы, которая вызывает заметное изменение в выходе или другой мере типа системы. Ограничивающий фактор находится в форме пирамиды организмов, восходящей от производителей к потребителям и т. д. Фактор, не ограничивающий в определенной области начальных условий, может все же ограничивать в другой области начальных условий, включая область фактора.
Определение фактора как ограничивающего возможно только в отличие от одного или нескольких других факторов, которые не являются ограничивающими. Дисциплины различаются в своем использовании термина относительно того, допускают ли они одновременное существование более одного ограничивающего фактора, который (тогда может быть назван «со-ограничением»), но все они требуют существования по крайней мере одного не-ограничительного фактора, когда используются термины. Существует несколько различных возможных сценариев ограничения, когда присутствует более одного фактора. Первый сценарий, называемый единичным ограничением, происходит, когда только один фактор, тот, который имеет максимальный спрос, ограничивает Систему. Последовательное со-ограничение происходит, когда один фактор не имеет прямого ограничивающего воздействия на систему, но должен присутствовать, чтобы увеличить ограничение второго фактора. Третий сценарий, независимое ограничение, происходит, когда два фактора оба имеют ограничивающее воздействие на систему, но работают через разные механизмы. Другой сценарий, синергическое ограничение, происходит, когда оба фактора вносят вклад в один и тот же механизм ограничения, но разными способами. [1]
В 1905 году Фредерик Блэкман сформулировал роль ограничивающих факторов следующим образом: «Когда скорость процесса обусловлена несколькими отдельными факторами, скорость процесса ограничивается темпом самого медленного фактора». Говоря о величине функции, он писал: «Когда величина функции ограничена одним из множества возможных факторов, то увеличение этого фактора, и только его одного, приведет к увеличению величины функции». [2]
В популяционной экологии регулирующий фактор , также известный как ограничивающий фактор , [3] - это то, что поддерживает популяцию в равновесии (не увеличиваясь и не уменьшаясь в размерах с течением времени). [ требуется ссылка ] Общие ограничивающие факторы ресурсов - это экологические особенности, 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 распространения организма, когда другие факторы, необходимые для жизни организма, этого не делают. Ограничивающие факторы могут быть физическими или биологическими. [4] : 417, 8
Ограничивающие 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 всеми растениями на лесной подстилке , если только не станет доступно больше света. Это уменьшает количество потенциальных факторов, которые могут повлиять на биологический процесс, но только один действует в любом месте и времени. Это признание того, что всегда есть один ограничивающий фактор, жизненно важно в экологии , и эта концепция имеет параллели во многих других процессах. Ограничивающий фактор также вызывает конкуренцию между особями популяции вида. Например, пространство является ограничивающим фактором. Многим хищникам и добыче необходимо определенное количество пространства для выживания: еда, вода и другие биологические потребности. Если популяция вида слишком высока, они начинают конкурировать за эти потребности. Таким образом, ограничивающие факторы сдерживают популяцию в определенной области, заставляя некоторых особей искать лучшие перспективы в другом месте, а других оставаться и голодать. Некоторые другие ограничивающие факторы в биологии включают температуру и другие факторы, связанные с погодой . Виды также могут быть ограничены доступностью макро- и микроэлементов. Были даже доказательства совместного ограничения в экосистемах прерий. Исследование, опубликованное в 2017 году, показало, что натрий (микроэлемент) сам по себе не оказывал никакого эффекта, но в сочетании с азотом и фосфором (макроэлементами) он оказывал положительное влияние, что является свидетельством последовательного совместного ограничения. [1]
В океанографии ярким примером ограничивающего фактора является ограничивающее 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. Второстепенными элементами являются железо, марганец, кобальт, цинк и медь. Эти второстепенные элементы часто присутствуют только в следовых количествах, но они являются ключевыми в качестве сопутствующих ограничивающих факторов, поскольку являются частями ферментов, транспортеров, витаминов и аминокислот. В водной среде азот и фосфор являются основными претендентами на большинство ограничивающих питательных веществ.
Открытие соотношения Редфилда стало важным открытием, которое помогло понять связь между доступностью питательных веществ в морской воде и их относительным обилием в организмах. Редфилд смог заметить элементарные соответствия между углеродом, азотом и фосфором при рассмотрении более крупных организмов, живущих в океане (C:N:P = 106:16:1). [6] Он также наблюдал постоянство питательных веществ в толще воды; соотношение нитратов к фосфатам 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. Вступительное заявление Редфилда в его статье 1934 года объясняет: «В настоящее время общепризнанно, что рост планктона в поверхностных слоях моря частично ограничен количеством фосфата и нитрата, доступным для их использования, и что изменения в относительных количествах определенных веществ в морской воде определяются в их относительных пропорциях биологической активностью». [7] Отклонения от Редфилда можно использовать для вывода элементарных ограничений. Лимитирующие питательные вещества можно обсуждать с точки зрения растворенных питательных веществ, взвешенных частиц и тонущих частиц, среди прочего. При обсуждении стехиометрии растворенных питательных веществ большие отклонения от исходного соотношения Редфилда могут определить, является ли среда ограниченной по фосфору или азоту. При обсуждении стехиометрии взвешенных частиц более высокие соотношения N:P отмечаются в олиготрофных водах (среды, в которых доминируют цианобактерии ; низкие широты/экватор), а более низкие соотношения N:P отмечаются в богатых питательными веществами экосистемах (среды, в которых доминируют диатомовые водоросли ; высокие широты/полюса). [8]
Во многих областях наблюдается сильное ограничение азота, но также наблюдается ограничение фосфора. Во многих случаях наблюдаются следовые металлы или совместное ограничение. Совместные ограничения относятся к случаям, когда два или более питательных веществ одновременно ограничивают процесс. Определение одного ограничивающего фактора может быть сложной задачей, поскольку потребность в питательных веществах различается в зависимости от организмов, жизненных циклов и условий окружающей среды (например, тепловой стресс может увеличить потребность в питательных веществах для биологического восстановления).
AllBusiness.com определяет ограничивающий (сдерживающий) фактор как «элемент, который ограничивает или ограничивает производство или продажу данного продукта». Приведенные примеры включают: «ограниченные машинные часы и рабочие часы, а также нехватка материалов и квалифицированной рабочей силы. Другими ограничивающими факторами могут быть кубические футы выставочного или складского пространства или оборотный капитал». [9] Этот термин также часто используется в технологической литературе. [10] [11]
Анализ ограничивающих бизнес-факторов является частью методики оценки и обзора программы , анализа критического пути и теории ограничений, представленных в «Цели» .
В стехиометрии химической реакции для получения химического продукта можно наблюдать или предсказывать, что при поставляемых количествах в определенных пропорциях один из реагентов будет израсходован реакцией раньше других. Подача этого реагента, таким образом, ограничивает количество продукта. Этот ограничивающий реагент определяет теоретический выход реакции. Другие реагенты называются неограничивающими или избыточными. Это различие имеет смысл только тогда, когда химическое равновесие настолько благоприятствует продуктам, что вызывает полное потребление одного из реагентов.
В исследованиях кинетики реакции скорость протекания реакции может быть ограничена концентрацией одного из реагентов или катализатора . В многоступенчатых реакциях шаг может быть лимитирующим по скорости с точки зрения производства конечного продукта. In vivo , в организме или экологической системе , такие факторы, как эти, могут быть лимитирующими по скорости, или в общем анализе многоступенчатого процесса, включая биологический , геологический , гидрологический или атмосферный перенос и химические реакции , перенос реагента может быть лимитирующим.