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制限要因とは、システム内のプロセスの成長や継続を制限するシステムの変数であり、通常はその変数の枯渇によって制限される。
制限要因の特定は、制限要因ではない他の1つ以上の要因との区別によってのみ可能になります。複数の制限要因が同時に存在すること（これを「共制限」と呼ぶこともあります）を許容するかどうかは、学問分野によって異なりますが、いずれの分野においても、これらの用語を使用する際には、少なくとも1つの非制限要因の存在が必須となります。複数の要因が存在する場合、制限にはいくつかの異なるシナリオが考えられます。最初のシナリオは、単一制限と呼ばれ、最大需要を持つ1つの要因のみがシステムを制限している場合に発生します。直列共制限は、1つの要因がシステムに直接的な制限効果を持たないものの、2番目の要因の制限を増大させるために存在する必要がある場合に発生します。3番目のシナリオである独立制限は、 2つの要因が両方ともシステムに制限効果を持つが、異なるメカニズムで作用する場合に発生します。もう1つのシナリオである相乗的制限は、両方の要因が同じ制限メカニズムに寄与するが、異なる方法で寄与する場合に発生します。[ 1 ]
1905年、フレデリック・ブラックマンは制限要因の役割を次のように明確に述べた。「ある過程の速度が複数の別々の要因によって左右される場合、その過程の速度は最も遅い要因の速度によって制限される。」関数の大きさに関して、彼は次のように書いている。「関数の大きさが複数の要因のうちの1つによって制限される場合、その要因、そしてその要因のみを増加させると、関数の大きさが増加することがわかる。」[ 2 ]
個体群生態学において、調節因子（制限因子とも呼ばれる）[ 3 ]とは、個体群を平衡状態（時間の経過とともに増加も減少もしない状態）に保つ要因のことである。一般的な制限因子となる資源は、生態系における生物または生物群の成長、個体数、分布を制限する環境要因である。[ 4 ]： G-11 [ 5 ]制限因子の概念は、リービッヒの最小律に基づいている。この法則は、成長は利用可能な資源の総量ではなく、最も希少な資源によって制御されると述べている。言い換えれば、生物の生命に必要な他の要因が成長、個体数、分布に影響を与えないにもかかわらず、ある要因の変化によって生物の成長、個体数、分布が増加する場合、その要因は制限因子である。制限因子は、物理的要因または生物学的要因である可能性がある。[ 4 ]： 417、8
制限要因は種の状態だけに限られません。状況によっては、要因が増減することもあります。制限要因の一例として、熱帯雨林における日光が挙げられます。より多くの光が利用できない限り、林床のすべての植物の成長は制限されます。これは、生物学的プロセスに影響を与える可能性のある要因の数を減らしますが、ある場所と時間に実際に作用するのは1つだけです。常に1つの制限要因が存在するという認識は生態学において非常に重要であり、この概念は他の多くのプロセスにも類似しています。制限要因は、種の個体群の個体間の競争も引き起こします。例えば、空間は制限要因です。多くの捕食者と被食者は、生存のために一定の空間（食料、水、その他の生物学的ニーズ）を必要とします。種の個体数が多すぎると、それらのニーズをめぐって競争が始まります。このように、制限要因は、一部の個体がより良い機会を求めて他の場所へ移動し、他の個体がそこに留まって飢餓に苦しむことで、その地域の個体数を抑制します。生物学におけるその他の制限要因には、気温やその他の気象関連要因などがあります。種は、マクロ栄養素とミクロ栄養素の利用可能性によっても制限されることがあります。草原生態系では共制限の証拠さえある。2017年に発表された研究では、ナトリウム（微量栄養素）は単独では効果がないが、窒素とリン（多量栄養素）と組み合わせると正の効果を示し、これは連続共制限の証拠である。[ 1 ]
海洋学において、制限要因の代表的な例は制限栄養素です。淡水および海洋環境における栄養素の利用可能性は、どの生物が生存し繁栄するかを決定する上で重要な役割を果たします。栄養素は生物活動を支えるため、すべての生物の構成要素です。タンパク質、DNA、膜、細胞小器官、外骨格を作るために必要です。有機物の質量の95%以上を占める主要元素は、炭素、水素、窒素、酸素、硫黄、リンです。微量元素は、鉄、マンガン、コバルト、亜鉛、銅です。これらの微量元素は、多くの場合微量しか存在しませんが、酵素、輸送体、ビタミン、アミノ酸の構成要素として、共制限要因として重要です。水生環境においては、窒素とリンがほとんどの制限栄養素の有力候補です。
レッドフィールド比の発見は、海水中の栄養素の利用可能性と生物中のそれらの相対的な存在量との関係を理解する上で重要な洞察でした。レッドフィールドは、海洋に生息する大型生物を観察することで、炭素、窒素、リンの元素的な一貫性（C:N:P = 106:16:1）に気づくことができました。[ 6 ]彼はまた、水柱内の栄養素の一貫性も観察しました。硝酸塩とリン酸塩の比率は16:1でした。全体的な考え方は、環境がそこで成長する生物に根本的に影響を与え、成長する生物が環境に根本的に影響を与えるということです。レッドフィールドは、1934年の論文の冒頭で、「現在では、海の表層におけるプランクトンの成長は、プランクトンが利用できるリン酸塩と硝酸塩の量によって部分的に制限され、海水中の特定の物質の相対的な量の変化は、生物活動によって相対的な割合で決定されることがよく知られています」と述べています。[ 7 ]レッドフィールド比からの逸脱は、元素の制限を推測するために使用できます。制限栄養素については、溶存栄養素、懸濁粒子、沈降粒子などの観点から議論することができます。溶存栄養素の化学量論について議論する場合、元のレッドフィールド比からの大きなずれによって、環境がリン制限か窒素制限かを判断できます。懸濁粒子の化学量論について議論する場合、貧栄養水域（シアノバクテリアが優占する環境、低緯度/赤道）ではN:P比が高く、栄養豊富な生態系（珪藻が優占する環境、高緯度/極地）ではN:P比が低いことが観察されます。[ 8 ]
多くの地域では窒素が深刻な制限要因となっているが、リンの制限も観察されている。多くの場合、微量金属や共制限が生じる。共制限とは、2つ以上の栄養素が同時にあるプロセスを制限する状態を指す。栄養素の需要は生物、ライフサイクル、環境条件によって異なるため（例えば、熱ストレスは生物学的修復のための栄養素需要を増加させる）、単一の制限要因を特定することは困難である。
AllBusiness.com では、制限要因 (制約要因) を「特定の製品の生産または販売を制限する項目」と定義しています。例として、「機械稼働時間と労働時間の制限、材料と熟練労働者の不足」が挙げられています。その他の制限要因としては、展示スペースや倉庫スペースの立方フィート、運転資金などが挙げられます。[ 9 ]この用語は、技術文献でも頻繁に使用されています。[ 10 ] [ 11 ]
ビジネス上の制約要因の分析は、 『目標』で提示されているプログラム評価およびレビュー手法、クリティカルパス分析、および制約理論の一部です。
化学反応によって化学生成物を生成する際の化学量論において、特定の比率で供給された反応物のうち、いずれか一方が他の反応物よりも先に反応によって消費されることが観察または予測される。この制限反応物の供給量が生成物の量を制限する。この制限反応物が反応の理論収量を決定する。他の反応物は非制限反応物、あるいは過剰反応物と呼ばれる。この区別は、化学平衡が生成物側に大きく傾き、いずれかの反応物が完全に消費される場合にのみ意味を持つ。
反応速度論の研究では、反応の進行速度は、反応物または触媒の濃度によって制限される場合があります。多段階反応では、最終生成物の生成に関して、ある段階が律速段階となる場合があります。 生体内、すなわち生物または生態系においては、これらの要因が律速段階となる場合があり、また、生物学的、地質学的、水文学的、または大気輸送および化学反応を含む多段階プロセスの全体的な分析においては、反応物の輸送が律速段階となる場合があります。