Введение
Ограничивающий фактор – это переменная системы, которая вызывает существенное изменение в результатах или другом показателе функционирования системы. Ограничивающий фактор проявляется в виде пирамиды организмов, восходящей от продуцентов к консументам и так далее. Фактор, который не является ограничивающим в определенном диапазоне исходных условий, может стать ограничивающим в другом диапазоне исходных условий, включая диапазон самого этого фактора.
A limiting factor is a variable of a system that causes a noticeable change in output or another measure of a type of system. The limiting factor is in a pyramid shape of organisms going up from the producers to consumers and so on. A factor not limiting over a certain domain of starting conditions may yet be limiting over another domain of starting conditions, including that of the factor.
Обзор
Определение фактора как ограничивающего возможно только в противопоставлении одному или нескольким другим факторам, которые не являются ограничивающими. Разные дисциплины по-разному используют этот термин, в зависимости от того, допускают ли они одновременное существование более одного ограничивающего фактора (который может называться "соограничивающим"), но все они требуют наличия как минимум одного неограничивающего фактора при использовании этих терминов. Существует несколько различных возможных сценариев ограничения, когда присутствует более одного фактора. Первый сценарий, называемый единственным ограничением, возникает, когда только один фактор, испытывающий максимальную нагрузку, ограничивает систему. Последовательное соограничение – это когда один фактор не оказывает прямого ограничивающего воздействия на систему, но должен присутствовать для усиления ограничения, создаваемого другим фактором. Третий сценарий, независимое ограничение, возникает, когда два фактора оказывают ограничивающее воздействие на систему, но через разные механизмы. Другой сценарий, синергетическое ограничение, возникает, когда оба фактора вносят вклад в один и тот же механизм ограничения, но разными способами.
Экология
В экологии популяций регулирующий фактор, также известный как лимитирующий фактор, – это то, что поддерживает популяцию в состоянии равновесия (не увеличиваясь и не уменьшаясь в численности с течением времени). Распространенные лимитирующие факторы – это характеристики окружающей среды, которые ограничивают рост, численность или распространение организма или популяции организмов в экосистеме. Концепция лимитирующих факторов основана на законе минимума Либиха, который утверждает, что рост контролируется не общим количеством доступных ресурсов, а самым дефицитным ресурсом. Иными словами, фактор является лимитирующим, если изменение этого фактора приводит к увеличению роста, численности или распространения организма, при условии, что другие факторы, необходимые для жизни организма, не являются ограничивающими. Лимитирующие факторы могут быть физическими или биологическими.
Океанография
В океанографии, ярким примером ограничивающего фактора является лимитирующее питательное вещество. Доступность питательных веществ в пресноводных и морских средах играет критическую роль в определении того, какие организмы выживают и процветают. Питательные вещества – это строительные блоки всех живых организмов, поскольку они поддерживают биологическую активность. Они необходимы для синтеза белков, ДНК, мембран, органелл и экзоскелетов. Основные элементы, составляющие более 95% массы органического вещества, – это углерод, водород, азот, кислород, сера и фосфор. Микроэлементы – железо, марганец, кобальт, цинк и медь. Эти микроэлементы часто присутствуют лишь в следовых количествах, но они ключевы как со-лимитирующие факторы, входящие в состав ферментов, транспортеров, витаминов и аминокислот. В водных средах азот и фосфор являются основными претендентами на роль наиболее лимитирующих питательных веществ. Открытие соотношения Редфилда стало важным прозрением, которое помогло понять взаимосвязь между доступностью питательных веществ в морской воде и их относительным содержанием в организмах. Редфилд заметил элементарную согласованность между углеродом, азотом и фосфором при изучении крупных организмов, обитающих в океане (C:N:P = 106:16:1). Он также выявил согласованность в содержании питательных веществ в водной толще: 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, в свою очередь, фундаментально влияют на окружающую среду. В вводной части своей статьи 1934 года Редфилд объяснил: «В настоящее время хорошо известно, что рост планктона в поверхностных слоях моря частично ограничен количеством доступных для их использования фосфатов и нитратов, и что изменения в относительных количествах определенных веществ в морской воде определяются их относительными пропорциями биологической активностью». Отклонения от соотношения Редфилда могут использоваться для определения элементарных ограничений. Лимитирующие питательные вещества можно рассматривать с точки зрения растворенных питательных веществ, взвешенных частиц и оседающих частиц, среди прочего. При обсуждении стехиометрии растворенных питательных веществ значительные отклонения от исходного соотношения Редфилда могут указывать на то, является ли среда ограниченной фосфором или азотом. При обсуждении стехиометрии взвешенных частиц более высокие соотношения N:P отмечаются в олиготрофных водах (среды, доминируемые цианобактериями; низкие широты/экватор), а более низкие соотношения N:P – в богатых питательными веществами экосистемах (среды, доминируемые диатомовыми водорослями; высокие широты/полюса). Многие районы испытывают серьезный дефицит азота, но также наблюдается дефицит фосфора. Во многих случаях наблюдается дефицит микроэлементов или со-лимитация. Со-лимитация относится к ситуациям, когда два или более питательных вещества одновременно ограничивают процесс. Выявление единственного лимитирующего фактора может быть сложным, поскольку потребность в питательных веществах варьируется в зависимости от организмов, жизненных циклов и условий окружающей среды (например, тепловой стресс может увеличить потребность в питательных веществах для биологического восстановления).
Бизнес и технологии
AllBusiness.com определяет ограничивающий фактор как "элемент, который ограничивает или сдерживает производство или продажу определенного продукта". Приведенные примеры включают: "ограниченное количество машино-часов и рабочих часов, а также нехватку материалов и квалифицированной рабочей силы. Другими ограничивающими факторами могут быть кубические футы выставочной или складской площади, или оборотный капитал". Этот термин также часто встречается в технической литературе. Анализ ограничивающих бизнес-факторов является частью метода оценки и обзора программ, анализа критического пути и теории ограничений, изложенной в романе "Цель".
Химия
В стехиометрии химической реакции для получения химического продукта может быть установлено или предсказано, что при заданных пропорциях один из реагентов будет израсходован в реакции раньше других. Таким образом, количество образующегося продукта ограничено количеством этого реагента. Этот лимитирующий реагент определяет теоретический выход реакции. Остальные реагенты называют нелимитирующими или избыточными. Это различие имеет смысл только в том случае, когда химическое равновесие настолько смещено в сторону продуктов, что приводит к полному израсходованию одного из реагентов. При изучении кинетики реакции скорость протекания реакции может быть ограничена концентрацией одного из реагентов или катализатора. В многостадийных реакциях отдельная стадия может быть лимитирующей по скорости образования конечного продукта. In vivo, в организме или в экологической системе, подобные факторы могут быть лимитирующими, или, при комплексном анализе многостадийного процесса, включающего биологический, геологический, гидрологический или атмосферный транспорт и химические реакции, лимитирующим фактором может стать транспорт реагента.