InfoHub Logo

Экожүйенің құрылу заңдылықтары.

 

Мақсаты: Студенттерге экожүйе жайлы түсінік беру. Экожүйедегі энергия ағыны және химиялық элементтердің айналымы,  термодинамиканың бірінші және екінші заңы, 1% ережесі және Линдеманның 10 % ережесі, бірлестіктің трофикалық құрылымы (продуценттер, консументтер, редуценттер), қоректік тізбектер, қоректік деңгейлер, қоректік торлар, экологиялық пирамидалар (сандар, биомасса, энергия), экожүйенің өнімділігі (бірінші реттік және екінші реттік), экожүйелердің тұрақтылығы мен тұтастығы, экожүйе тұрақтылығының механизмі жайлы білім беру.

 

Жоспар:

1.Экожүйе түсінігі

2.Экожүйедегі зат айналым

3.Экожүйенің қоректік құрылымы

4. Экожүйелердің өнімділігі

4.экологиялық пирамидалар

5.Экологиялық сукцессиялар

 

Негізгі түсініктер: энергия ағыны, заттар ағыны, экологиялық пирамида, климаксты бірлестік, сукцессия, гетреотрофтар, автотрофтар, миксотрофтар, некротрофтар, биотрофтар, сапротрофтар, қоректік құрылым,

 

Биоценоздағы тірі организмдер тек бір-бірімен байланысып, ғана қоймай, өлі табиғатпен де байланыста болады. Бұл  байланыстар заттар және энергия арқылы іске асады.

Тірі организмдерге керекті қорек, су, отттегінің келуі –бұл қоршаған ортадан келетін заттар ағыны. Клеткалар мен организмдердің жұмысы үшін қажетті энергия қоректің құрамында болады. Өсімдіктер күн сәулесінің энергиясын тікелей қабылдап, оны органикалық қосылыстарда жинақтайды. Кейін ол энергия  биоценозда қоректік қатынастар арқылы таралады.

Энергия алмасуы мен заттар ағыны – тірі организмдер арқылы зат алмасу процесінде өте жоғары дәрежеде жүреді. Мысалы, адам өзінің өмірінде ондаған тонна қорек пен су пайдаланады, ал өкпе арқылы бірнеше млрд. литр ауа жұтады. Көптеген организмдер ортамен қарқынды қарым-қатынаста болады. Өсімдіктер өздерінің массасының әрбір грамын құрау үшін 200-800 г су жұмсайды. Өсімдіктер фотосинтез үшін қажет заттарды топырақтан, су мен ауадан алады.

Егер біздің планетамызда бүгінгі таңда 7 млрд адам, 800 мың түр өсімдіктердің млрд-ған особьтары мен жануарлардың 1,5 млн түрін құрайтын бірнеше млрд-ған особьтардың әрқайсысының тіршілігіне қажетті қоректік заттар мен су және ауаны есептегенде, өте үлкен сан мөлшері шығады.

Тіршілік үшін қажет тірі денедегі қорлардың бейорганикалық әлемнен келетін заттар ағыны –осындай қарқындылықпен жұмсалса, онда биогенді элементтер Жерде әлдеқашан таусылған болар еді. Бірақ тіршілік тоқталған жоқ және тоқталмайды да, өйткені биогенді элементтер организмдерден қоршаған ортаға үнемі қайта оралып отырады. Өсімдіктер синтездеген органикалық заттардың ыдырауы түрлер арасындағы қоректік қатынастар нәтижесінде биоценозда іске асады. Ақыр соңында осы қосылыстар өсімдіктер қайтадан пайдаланатын элементтер мен заттарға дейін ыдыратылып, нәтижесінде биологиялық зат айналым жүзеге асады.

Сонымен биоценоз-күрделі жүйенің бөлігі болып табылады. Биоценоз қоршаған ортамен заттық-энергетикалық байланыссыз тіршілік ете алмайды.

Зат айналымды қолдайтын, кез келген тірі организмдер мен бейорганикалық компоненттер жиынтығы –экологиялық жүйе немесе экожүйе деп аталады. 

Табиғи экожүйелер әртүрлі көлемде және кеңістікте орналасады: организмдер тіршілік ететін кішкене шалшық, мұхит, шалғын, тоғай, тайга, дала- бұлардың барлығы әртүрлі масштабтағы экожүйенің мысалдары. Кез келген экожүйе тірі бөлігі биоценоздан және оны қоршаған тірі емес табиғаттан тұрады. Ұсақ экожүйелер жалпы Жер экожүйесіне дейінгі ірі экожүйенің құрамына енеді. Біздің планетамыздағы жалпы биологиялық зат айналым көптеген жеке заттардың қарым қатынасынан құралады.

Экожүйе зат айналымды тек төрт құрамды бөлігі болған жағдайда ғана қамтамасыз ете алады. Олар: биогенді элементтер қоры, консументтер, продуценттер және редуценттер.

Экожүйедегі өнімділік пирамидасы және энергия ағыны

Продуценттер - күн энергиясын пайдаланатын жасыл өсімдіктер немесе органикалық заттарды биогенді элементтерден құрайтын жасыл өсімдіктер. Олар (алғашқы өнімді өндірушілер) автотрофты организмдер, яғни біздің планетамыздағы бүкіл тірі әлемді органикалық заттармен қамтамасыз ететін жасыл өсімдіктер әлемі.

Консументтер- өсімдіктер синтездеген органикалық заттарды жаңа формаға айналдыратын тұтынушылар, яғни олар (латынша-«consumo»-тұтынамын) продуцентттер жасаған органикалық заттарды пайдалантын гетеротрофты  организмдер. Бұларға жануарлар, көптеген микроорганизмдер, кейбір насеком қоректі өсімдіктер жатады. 1-ші қатар консументтері-өсімдік қоректі, 2-ші қатар консументтері-жыртқыш жануарлар болып табылады.

Редуценттер- органикалық қосылыстарды минералды қосылыстарға дейін ыдырататын организмдер, яғни олар (латынша «reduceus, reducentis» - қалпына келтірушілер, деструктор) органикалық заттарды ыдырататын және оларды басқа организмдер игеретін бейорганикалық заттарға айналдыратын ағзаар. Редуценттер биологиялық зат айналымның соңғы звенолары. Олардың қатарына саңырауқұлақтар, бактериялар, сонымен қатар өсімдіктер және жануарлардың өлі қалдықтарын өңдейтін кейбір ұсақ түрлер жатады.

Заттар үздіксіз экожүйенің әртүрлі звеноларында айналымға түседі және Жер бетінде 4 млрд жыл тіршіліктің үздіксіз жүру себебі, зат айналым процесінің тұрақты жүзеге асуында. Бұның негізін биоценоздағы органикалық қоректік байланыстары мен өсімдіктердің фотосинтезі құрайды, бірақ биологиялық заттар айналымы тек заттар арқылы ғана емес, ол сонымен қатар организмдердің іс әрекеттерінің нәтижесі болып табылады. Ал кез келген тіршілік тұрақты энергияны қажет етеді. Тірі денені құрауға бірнеше қайта пайдаланылатын химиялық элементтерден ерекшелігі жасыл өсімдіктермен ұсталатын күн сәулесінің энергиясын организмдер шексіз пайдалана алмайды.

 

1 және 1а- жылтыр қоңыз және оның дернәсілі, 2 және 2 а-бүғы-қоңыз және оның дернәсілі, 3 және За- үлкен емен қоңызы және оның дернәсілі, 4 және 4а- иісті ағаш қажаушы және оның дернәсілі, 5- жалпақ қызыл қоңыз, 6-көң құрты, 7- қара құмырсқа, 8-есекқұрт, 9- жауын құрты.

Экологияда энергия мен заттар айналымы автотрофтыларға сырттан энергия мен заттардың берілуі, тасымалдануы ретінде және қоректік тізбек бойынша организмдерден бір қоректік деңгейден екіншісіне өтуі ретіңде қарастырады.

Энергия ағыны - бұл органикалық қосылыстардың химиялық байланыстар түрінде бір деңгейдегі организмнен екіншісіне энергияның ауысуы.

Заттар ағыны - продуценттерден редуценттерге заттардың химиялық элементтер мен олардың қосылыстары түрінде берілуі және әрі қарай химиялық реакциялар арқылы тірі организмдердің қатысуынсыз заттардың процестерге қайта келуі.

Зат ағыны тұйық циклде өтеді, сондықтан ол зат айналым деп аталады. Заттар үздіксіз экожүйенің әртүрлі звеноларында айналымға түседі және барлық уақытта қайтадан зат айналымға түсуі мүмкін, ал энергия бір рет ғана пайдаланылады.

Экожүйедегі  энергия  мен  заттар  тасымалдану сызбанұсқасы

Энергияның   бір   жақты   келуі- табиғаттың   маңызды құбылысы. Бұл процесті физика заңдарымен түсіндіруге болады. Бұл заң бойынша энергия бір түрден басқа түріне (қоректің химиялық энергиясы) ауыса алады, бірақ энергия ешуақытта қайтадан жасалмайды.

Термодинамиканың 2-ші заңы бойынша энергия бір түрден екінші түрге айналғанда, яғни жұмыс кезінде энергия жылулық түріне өтіп, қоршаған ортаға таралады. Клеткалар мен органдардың күрделі жұмысы организмнен энергияның шығындалуы арқылы орындалады. Зат айналымның әрбір циклі тірі организмдердің белсенділігіне байланысты, жаңа энергияның қатадан түсуін барлық уақытта талап етеді.

Күн сәулесінің энергиясы. Күн жердегі барлық энергияның бірден бір табиғи көзі, бірақ күн сәулесінің жер бетіне түскен энергияның барлығын организмдер толық пайдалана алмайды. Жасыл өсімдіктерге түсетін күн сәулесі ағынының жартысына жуығы фотосинтез кезінде сіңіріледі және сіңірген энергияның аз бөлігі (1/100-1/10 дейінгі) биохимиялық энергия түрінде жинақталады. Күн энергиясының көп бөлігі булануға жұмсалып, жылу түрінде жоғалады. Сонымен, планетадағы тіршілік тұрақты зат айналым мен күн энергиясының ағынына байланысты.

Биоценоздағы организмдердің іс әрекеттерінің бұзылуы экожүйедегі зат айналымның күрделі өзгерістеріне әкеледі. Бұл топырақ құнарлығының кемуі, төмендеуі, өсімдік өнімінің төмендеуі, жануарлардың өсуі мен өнімнің төмендеуі және табиғи ортаның біртіндеп бұзылуы сияқты экологиялық апаттардың негізгі себептері.

Қоректік тізбектер.  Қоректік торлар

Биоценозда қоректік торлар - жасыл өсімдіктер жинақтаған энергия мен заттарды бір-біріне беретін организмдердің көптеген қысқа қатарларынан тұрады. Әрбір алдыңғы түр келесіге қорек болатын мұндай қатарлар - қоректік тізбек, ал қоректік тізбектің бөлек звенолары - қоректік деңгей деп аталады. Қоректік тізбек әрқашан өсімдіктен немесе олардың қалдықтарынан басталады 

. Өсімдік-шегіртке-бақа-жылан-қаршығадан құралған қоректік тізбек пирамадасы

1-ші қоректік деңгей, яғни жасыл өсімдіктер –продуценттер, яғни шөпқоректі жануарлар- І-ші реттік консументтерді    құрайды.     Ал    шөпқоректі    жануарлармен қоректенетін 1-ші реттік жыртқыш 3-ші қоректік деңгейді, яғни 2-ші реттік консументтер деңгейін; сол сияқты 2 реттік жыртқыштар 4-ші қоректік деңгейді, яғни 3-ші реттік консументтер деңгейін түзеді

Қоректік тізбектегі организмдердің қарым қатынасының мысалы ретінде аралас орманды қарастыруға болады.

Орман өсімдіктері жануарлар қорегінің көзі болатын негізгі биомассаны өндіреді (синтездейді). Ағаштардың жас қабықтарымен мен бүршіктерімен қоректенетін бұғы құрамында энергия жинақталған органикалық заттарды алғаш тұтынушылар. Белсенділіктің әртүрлі түрлері энергияның шығындалуына соқтырады, бірақ жануарлар организмінде жұмсалатын энергиямен салыстырғанда оның жинақталған мөлшері анағұрлым артық болады. Өз денесінде осылай энергияны жинақтаған бұғы келесі тұтынушыға энергия мен қоректік заттың көзі болып есептелінеді. Бұғыны жеген қасқыр энергия, қорек затқа ие болады. Қасқыр өлген кезде, энергияның көп мөлшері топыраққа түседі. Топырақтағы бактериялар мен редуцент-саңырауқұлақтар – ыдыратушылар - өсімдіктерге қажетті минералды заттарға айналдыра отырып, өлексені ыдыратады. Жасыл өсімдіктер, бұғы, қасқыр, бактериялар мен саңырауқұлақтар энергия ағыны жүретін қоректік тізбекті құрайды.

Қоректік тізбекті екі типке бөлуге болады: жайылымдық тізбек жасыл өсімдіктен басталып, одан әрі жайылымдағы фитофагтарға, сонан соң жыртқыштарға жалғасады, яғни өсімдіктерден шөпқоректі жануарлар арқылы энергияның ағыны жүзеге асатын тізбек жайылымдық қоректік тізбек деп аталады.

Ал детриттік тізбектер өлі органикалық  заттардан детритофагтарға, одан жыртқыштарға жалғасады. Мысалы, жайылымдық тізбек: жасыл өсімдік→ шөпқоректі жануар →жыртқыш, ал детриттік тізбек: өлі органикалық зат (детрит)→ микроорганизмдер→ (бактериялар, саңырауқұлақтар) немесе детритофагтар (қос жақтаулы ұлулар, құрттар, бунақденелілердің дернәсілдері)→ детритофагтар жыртқыштарынан (құстар, жер қазғыштар және т.б.) құралады.

Энергия ағыны өлі органикалық заттан басталып және ыдыратушылар жүйесі арқылы өтетін қоректік тізбек түрі детриттік қоректік тізбекті құрайды. Өлі ұлпаларды ыдыратын редуценттер жүйесіндегі бактериялар, саңырауқұлақтар мен басқа организмдер өзінің ролі жөнінен шөпқоректі жануарларды еске түсіреді.

Қоректік тізбектер бір бірінен оқшауланбай, қайта керісінше, айқасып жатады. Олар қоректік торлар деп аталатын құрылымдар түзеді. Қоректік торлардың құрылу принципі мынадай: әрбір продуценттің бір емес, бірнеше консументтері болады. Өз кезегінде олардың арасындағы полифагтар, яғни консументтердің қоректің бір емес, бірнеше көзін пайдаланады.

Экожүйе  өнімділігі

   Бірлестіктің маңызды қасиеті-олардың жаңа биомассаны құрауға қабілеттілігі. Бұл қасиет жүйенің өнімділігі түсінігінің негізінде жатыр.

Экожүйелерде органикалық заттардың құралу жылдамдығы- биологиялық өнімділік, ал тірі организмдердің дене массасы- биомасса деп аталады. Сонымен, биологиялық өнімділік олардың биомассасын құру жылдамдығы. Өнім мөлшері көбіне энергетикалық эквиваленттермен (мысалы, бір тәулікте 1 м² –ге келетін калория немесе джоуль) немесе құрғақ органикалық заттың массасының мөлшерімен (мысалы, 1 жылдағы 1 гектардағы килограмм) сипатталады.

Экожүйенің биотикалық құрамына энергия продуценттер арқылы келеді.

Бастапқы немесе алғашқы өнімділік (БӨ). Ол продуценттердің биомассасын түзу жылдамдығы. Күн энергиясының 100 %-тінің 1-5 %-і ғана хлорофилмен сіңіріліп, органикалық молекуланың синтезі үшін жұмсалады (сәуленің қалған 95-99%-і шағылысып жылуға айналуына байланысты сіңіріледі және судың булануына жұмсалады).

Химиялық байланыстардың энергиясы түрінде өсімдіктердің энергия жинақтайтын жылдамдығы жалпы бастапқы өнімділік деп аталады (ЖБӨ). Бұл энергияның шамамен 20%-і өсімдіктердің тыныс алуына және тіршілігінің басқа да процестеріне жұмсалады. Оларды Р  процестеріне жұмсалатын бөлігін есептеп алып тастағаннан кейінгі, органикалық заттардың жинақталу жылдамдығы таза бастапқы өнімділік деп аталады (ТБӨ).

ТБӨ =  ЖБӨ - Р

Бір организмнің қоректенуі үшін қорек (зат пен энерия) бір қоректік деңгейден екіншісіне көшеді. Қоректің қорытылмаған бөлігі жануарлардың экскременттерімен сыртқа шығарылады (олардың құрамында энергияның белгілі бір мөлшері болады). Жануарлар да, өсімдіктер сияқты, өзінің тыныс алуында және басқа да тіршілік процестерінде энергияның бір бөлігін жоғалтады. Тыныс алу, ас қорыту және экскрециямен байланысты жоғалғаннан кейінгі энергия өсуге, іс әрекетін қолдауға және көбеюге пайдаланылады.

Гетеротрофты организмдерде органикалық заттардың жиналу жылдамдығы екінші реттік өнімділік (ЕӨ) деп аталады. Екінші реттік өнімділік барлық қоректік деңгейде кездеседі. Өсімдіктер өнімділігі алғашқы, ал жануарлардың немесе басқа консументтер өнімділігі  екінші реттік өнімділік деп аталады. Екінші реттік өнімділік біріншіден көп болуы мүмкін.

Консументтердің энергетикалық тепе теңдігі былай жинақталады: пайдаланылған қорек = өсу + тыныс алу + экскремент немесе  Р=П+ R +H, мұнда

Р- консумент рационы, яғни белгілі бір уақыт аралығындағы олардың жеген тағамдарының саны.

П- организмнің өсуіне жұмсалған энергия

R-тыныс алуға және басқа да процестерге жұмсалған энергия.

Н -экскремент түрінде бөліп шығарылған қоректің энергиясы.

Қорыта айтқанда, нақты бір қоректік тізбектерде өсімдіктер қорегінде жинақталған энергияның мөлшерін және берілуін есептеуге болады. Өсімдік фотосинтез кезінде шамамен 1% күн энергиясын байланыстырады. Осы өсімдікпен қоректенген жануарлар, онда жинақталған энергияны толығымен пайдалана алмайды. Қоректің бір бөлігі қорытылмайды және экскременттер түрінде бөлінеді. Әдетте өсімдіктер жемінің 20-60%-ке дейінгі мөлшері меңгеріледі. Меңгерілген энергия жануарлардың өсу, көбею т.б. тіршіліктеріне жұмсалады. Мүшелер мен клеткалардың жұмысы кезінде жылу бөлінеді, өйткені қоректің энергиясының біразы қоршаған ортаға таралады. Қорытылған қоректің тек шамалысы ғана жаңа ұлпаның түілуіне, майдың қорға жинақталуына жұмсалады. Жас организмдерге бұл үлес ересектерімен салыстырғанда бірнеше есе көп. Сондықтан алғашқы кезеңнен бастап қоректік тізбектен энергияның көп жоғалуы байқалады.

Заттар мен энергия тасымалдануының әрбір кезеңінде шамамен 90 %- і жоғалады және олардың 1/10 бөлігі ғана келесі тұтынушыға көшеді. Организмдердің қоректік тізбегіндегі энергияның берілу заңы «10 % ереже» деп аталады. Бұл заңды 1942 жылы Р.Линдеман ашқандықтан, кейде оны «Линдеман заңы» деп те атайды.

Егер өсімдіктердің органикалық алғашқы өнімділігі 1000 Дж болса, онымен қоректенетін шөп қоректі жануарлардың денесінде бұл мөлшерден 100 Дж қалады. Ал осы шөп қоректі жануарлармен қоректенген жыртқыш денесіне барлығы 10 Дж өтеді, кейін бұл жыртқышпен басқасы қоректенсе, оның үлесіне тек ғана 1 Дж тиеді. Сонымен жасыл өсімдіктен жинақталған энергия қоры қоректік тізбектерде тез таусылады. Сондықтан қоректік тізбек әдетте, барлығы 4-5 звенодан аспайды.

Бастапқы өнімілік және биомассаның әлемдік таралуы

Тірі заттың жалпы биомассасы әртүрлі есептеулер бойынша, 1800- 2500 млрд тоннаны құрайды. 90 %–тен астамы жерүсті өсімдіктер биомассасына, қалғаны су өсімдіктері мен гетеротрофты организмдердің биомассасын құрайды. Сондықтан жердің тірі затында негізгі орынды құрлық өсімдіктері алады. Автотрофты организмдердің географиялық таралуы жылу мен ылғалдылыққа байланысты біркелкі емес. 650 т/га жететін фитомассасының негізгі қоры  (53%) тропикалық аймақтарға келеді. Полярлы және шөлді жерлерде фитомасса қоры 12% құрайды, әдетте оның өнімділігі 12 г/га аспайды.

Құрлықтың гетеротрофты организмдерінің биомассасын негізінен жануарлар биомассасын (зоомасса) құрайды. Олар өсімдіктер биомассасынан бірнеше есе аз. Әртүрлі биогеоценозда барлық биомассаның 0,05-5% дейін зоомасса құрайды. Бұл жағдайда топырақ микроорганизмдері мен омыртқасыздардың биомассасы жоғары, ал жалпы зоомассада жерүсті омыртқалылардың үлесі 0,2-4%.

Толығымен биосферада өтетін процестерді реттеуде биомассасы аз болса да, құрлық жануарлары маңызды роль атқарады. Мысалы, шегіртке тобыры немесе киік үйірі үлкен аудандағы өсімдіктер әлемін жояды. Топырақтың құнарлығын жоғарылататын жауын құртының топырақ түзуде маңызы зор.

Құрлық биомассасына қарағанда, әлемдік мұхиттың биомассасы анағұрлым аз. Бұл жерде өсімдіктер мен жануарлар биомассасы қорының қатынасы басқаша. Фитомасса (балдыр және фитопланктон) барлығы небәрі 0,2-0,3 млрд т құрайды, ал бұл уақытта зоомасса 5-6 млрд т-ға жетеді.

Мұхит фитомассасының мөлшері қоректік немесе биогенді заттар мөлшерімен шектеледі.

Биологиялық өнімділік биомассамен қатар, тірі заттардың маңызды сипаттамасы болып саналады. Жерүсті өсімдіктерінің жалпы жылдық өнімділігі шамамен 180-200 млрд т-ға бағаланады. Оның негізгі бөлігі тропикалық белдеуге келеді. Мұхиттың биомассасының жылдық өнімділігі 50-100 млрд т-ны құрайды. Сонымен мұхит Жер шарының 2/3 бөлігін алса да, ол барлық биосфера өнімділігінің 1/3-ін ғана береді.

Кез келген биоценозда қоректік тізбектің  реттілігі мен өнімділігін бағаласақ, біз алдыңғылармен салыстырғанда, әрқайсысы 10 есе кем болатын кемитін сандардан тұратын қатар шығады. Бұл қатарды үшкір төбесі бар кең негізді пирамида түрінде графикпен көрсетуге болады.

Биологиялық өнімділік заңдарының маңызы

Өнімділік экожүйелердің құнарлылығын сипаттайды. Сондықтан оны зерттеу- экологиялық зерттеулердің өте маңызды бағыты. 10 жыл көлемінде (1964 жылдың 1974 жылдар бойы) дүние жүзінде келісілген түрде экожүйенің өнімділігі және оған әсер ететін факторлар жөніндегі мәліметтерді жинау жүргізілді. Бұл зерттеу Халықаралық биологиялық бағдарлама жүйесінде өткізілді.

Құрлықтың, тұщы және тұзды сулардың өнімділіктері жөніндегі мәліметтер халықтардың өте тез өсуіне және табиғи биологиялық қорларды тиімді басқару жүйелерін жасау проблемаларын тез шешу қажеттілігінен туған.

Экожүйедегі табиғи зоналармен салыстырғанда ауылшаруашылық егістіктерінің өнімділігі көп төмен. Егістік жерлер жыл сайын бос қалады және ол жерлерде барлық қорларды толығымен пайдалана алмайтын қандай да бір түр өсіп шығады. Қарқынды жер өңдеудің нәтижесінде егістік максимальды жағдайларға жақындауы мүмкін.

Қоректік тізбектегі энергияның жоғалуы және биологиялық өнімділік зандарын білудің үлкен практикалық маңызы бар. Осылардың негізінде- үлкен мөлшерде бастапқы және екінші реттік өнімділік алуға болатын және антропогендік және табиғи жүйенің қайта өндеуге қабілеттілігін жоғарлататын саналы және үздік шаруашылық іс -әрекетін құрастыруға болады.

Адамдар үшін энергетикалық тиімділік өсімдік тәрізді қоректену, ал қымбаттылығы - жыртқыш түрлердің тағамды пайдалануы. Сонымен өсуге жұмсалатын энергия жағынан 1 кг сиыр етіне қарағанда 1 кг алабұға немесе шортан табиғатта 7 есе қымбат. Сондықтан жануар қоректі жануарларды адамдар, сирек жағдайда, мысалы, аң шаруашылығында жүргізіледі. Шошқа және тауықтар сияқты, кейбір түрлерді біздің ата-тектеріміздің кең түрде үй жануарларына айналдыруы кездейсоқ емес. Олар өсуге пайдаланылатын энергияның жоғары коэффициентімен сипатталады.

Адамдар үшін бір ғана өсімдік қоректері жеткіліксіз, өйткені өсімдіктердің көпшілігі адамдарды жануар белогының құрамына кіретін кейбір алмастырылмайтын амин қышқылдарымен қамтамасыз ете алмайды.

Екінші реттік өнімділікті жануарларды өсіру арқылы өндіру, сонымен қатар, жабайы түрлердің өнімдері- қоғам жетістіктерінің өте маңызды жағдайлары.  Қазіргі адамзат үшін ең маңызды мәселелердің бірі- әлемнің көптеген аудандарындағы адамдардың тағамдық рационына «белоктық ашығу» деп аталатын жануарлардың қорегінің жетіспеушілігі.

Экожүйенің қоректік құрылымы

Қоректік тізбектегі қарым-қатынастың нәтижесінде энергияның тасымалдануы арқылы әрбір бірлестіктің белгілі қоректік құрылымы болады. Қоректік құрылымды аудан бірлестігінде жиналған энергия мөлшерін анықтап, экологиялық пирамида түрінде көрсетуге болады.

Пирамида негізін 1-ші деңгей (продуценттер деңгейі) құрайды, ал келесі деңгейлері пирамиданың қатар және төбесін түзеді. Бұл құбылысты 1927 жылы Ч.Элтон зерттеді. Экологиялық пирамиданың негізгі үш түрі болады.

Сандар пирамидасы (м²/даралар саны) - әртүрлі қоректік деңгейдегі организмдердің санын көрсетеді. Орманның жайылымдық қоректік тізбегінің басы продуценттер- ағаш болса, ал 1 реттік консументтер - бунақденелілер болғанда, 1 реттік консументтер деңгейінің санынан продуценттер деңгейі особьтар санынан көбірек. Бұл жағдайда сандар пирамидасы- төңкерілген күйде болады.

Биомасса пирамидасы-(г/м²)әрбір қоректік деңгейдегі тірі заттардың жалпы құрғақ салмағын сипаттайды.

Экожүйеде өте ұсақ продуценттер мен ірі консументтердің жалпы салмағынан кез келген уақытта продуценттердің жалпы салмағы жоғары, яғни биомасса пирамидасы да төнкерілген болуы мүмкін.

Энергия пирамидасы- (Дж/м² жыл)-қоректік деңгейдегі энергия ағынының немесе "өнімділігінің" шамасын көрсетеді. Жүйеге қорекпен келетін энергияның барлық көзі ескерілген жағдайда, энергия пирамидасы жоғары қарай үшкірленеді.

Экологиялық пирамидаларының үш түрінің ішінен энергия пирамидасы ғана бірлестіктің қызметтік ұйымдасуы туралы толық мәлімет береді. Қандай да бір қоректік деңгейді бір жағдайларда қолдауы мүмкін организмдер саны мен массасы керек уақытта ілгері тұрған деңгейдегі жинақталған энергияның санына емес, оның қоректі өндіру жылдамдығына байланысты. Жүйенің есебін бейнелейтін сандар мен биомасса пирамидалары емес, энергия пирамидасы  қоректік тізбек  арқылы  қорек массасының  өту жылдамдығын көрсетеді.

Энергия пирамидаларынсыз биомасса және сан пирамидаларын құрастыру популяцияның қызметтік ролін, күшті ажыратылатын метаболизм қарқынын, яғни особьтардың мөлшерін сенімсіз бағалауға әкелуі мүмкін. Саны жағынан көрсеткіштер - ұсақ организмдердің белгілерін қайта санауға, ал биомасса жағынан көрсеткіштер - ірі организмдердің ролін қайта бағалауға әкеледі. Жүйенің мөлшері мен күрделілігін өзін-өзі қолдайтын энергия шығыны тежейді. Егер өзін-өзі қолдауға кеткен энергия оның түсуімен тең болса, жүйе өсуі тоқталады. Осындай тепе-теңдік жағдайда  қолдауы мүмкін биомасса саны орта қолдаушы максимальды сыйымдылығы деп аталады.

Қоршаған ортаның өзгерістеріне қабілетті қарсы тұратын оптимальды қолдаушы сыйымдылық максимальды сыйымдылықтан теориялық жағынан екі есе төмен деп еспетелінеді. Сонымен, мысалы, мамандардың есептеулері бойынша, жердің оптимальды қолдаушы сыйымдылығында 8,5-13,5 млрд адам бар. Қазіргі кезде біздің планетамыздың халықтарының орналасу саны шамамен 6,0 млрд адамды құрайды, ал 2010 жылы БҰҰ-ның есебі бойынша ол шамамен 6,3-6,5 млрд адамды құрауы мүмкін.

Экологиялық сукцессиялар. Экожүйенің өзіндік дамуы және оның тұрақтылығы

Бірлестік құрылымы белгілі бір уақыт бойында біртіндеп құрылады. Ағаштар мен бұталар оларға қажетті топырақ болмағандықтан, жалаң тау жыныстарында өсе алмайды. Бірақ, осы жерлерге түскен балдырлар өсіп-өніп, «балдырлар бірлестігін» құрайды.

 

Экологиялық сукцессия мысалы

Өлген, ыдыраған организмдердің біртіндеп жинақталуы және тау жыныстарының эрозиясы желдену нәтижесінде папоротниктер мен мүктер сияқты ірі өсімдіктер өсе алатын қажетті мөлшердегі топырақ қабатын қалыптастыруға әкеледі. Бұл өсімдіктерден кейін ірі және қоректік заттарды көп талап ететін шөптесін бұталар мен ағаштары болатын тұқымды өсімдіктер өсе бастайды. Мұндай уақыт кезеңдерінде жер бетінің белгілі бір участогінде бір биоценоздың басқалармен аусуын- сукцессия деп атайды (succesio- ауысу, бірізді). Сукцессия терминін 1898 жылы Г.Каулсон  ұсынды.

Топырақтары жоқ, жалаң тау жыныстарынан немесе тіршілігі жоқ жерлерден (мысалы, топырақтың шағыл немесе бұрынғы мұздық болған жер) басталатын сукцессияның типін- алғашқы сукцессия деп атайды.

Бастапқы немесе алғашқы сукцессияның мысалы ретінде Мичиган көлінің төңірегіндегі дюналарды (құм шағылдарды) шөп басуын алуға болады. Дюналардың алғашқы қоныстанушылар қауымдастығы астық тұқымдастардан, талдардан, шиеден, мақта ағашынан және жүйрік қоңыздар, ін қазғыш өрмекшілер мен секіртпелер тәрізді жануарлардан тұрады.

Алғашқы қоныстанушылар қауымдастығының соңынан орман қауымдастығы келеді, бұлардың әрқайсысының өзіне тән жануарлар әлемі бар. Дамудың құрғақ, құнарсыз жерде басталғанына қарамастан, ақыр соңында бұл жерде жалаңаш құм шағылдарға қарағанда ылғалды және салқын букты-шағанды орман өсіп шықты. Орманның қалың, гумусқа бай, жауын құрттары мен моллюскалары бар топырақтағы өзі дамыған құрғақ құмға мүлде ұқсамайды.

Алғашқы экологиялық сукцессия

Ал екінші немесе қайталанған сукцессия- бұрын тірі организмдердің әсеріңде болған және органикалық заттары бар толығынан немесе белгілі бір дәрежеде өсімдіктерден айрылған беткейден басталады. Мысалы, өртенген жерлер немесе кесілген ормандар. Топырақта бұл жерлерде сукцессияға әсер ететін түқымдар, споралар және вегатативті көбеюдің мүшелері сақталуы мүмкін.

Қайталанған сукцессияның мысалы ретінде шыршалы орманның қайта қалпына келуін алайық. Ағаш дайындаудан соң немесе   өртенгеннен   кейін   шыршалы   орман   өскен   жердегі жағдайлардың өзгеретіндігі соншалық, босаған алаңға шырша қайта қоныстана алмайды. Өніп шыққан жас шырша өскіндері ашық  жерлерде көктемгі үсіктерден зақымдалып, жазғы ыстықтардан зардап шегеді, сөйтіп жарық сүйгіш өсімдіктермен бәсекелесе алмайды. Алғашқы екі жыл бойы ағашы шабылған жерлер мен өртеңдерде шөптеген өсімдіктер-айрауық, күреңот және т.б. қаулап өседі. Көп кешікпей тұқымдары желмен таралатын қайыңның, көк теректің, кейде қарағайдың толып жатқан жас өскіндері пайда болады. Ағаштар шөптесін өсімдіктерді ығыстырып, бірте - бірте ұсақ жапырақты немесе қарағайлы орман түзеді. Сонда ғана шыршаның қайта өсе бастауы үшін қолайлы жағдайлар туады. Көлеңкелеуге төзімді шырша өскіндері жарық сүйгіш жапырақты ағаш түрлерінің жас шыбықтарымен тайталаса өседі. Шыршаның бойы жоғарғы қабатқа жеткенде, ол жапырақты ағаштарды толық ығыстырып шығарады. Негізінде май қарағайлы, самырсынды, Солтүстік қылқанды орманның сукцессиясы да осылайша жүреді.

Алғашқы сукцессия, сол сияқты қайталанған сукцессияда да қоршаған ортаның флорасы мен фаунасы- кездейсоқ таралу және миграция нәтижесінде сукцессияға енетін өсімдіктер мен жануарлардың типін анықтайтын негізгі фактор болып саналады.

Қоршаған ортамен тепе-теңдікте болатын, өздігінен қалпына келетін тұрақты, шегіне жеткен бірлестік-климаксты деп аталады. Климакс (грекше - саты) – осы орта жағдайларында экожүйе дамуының соңғы тұрақты жағдайы. «Климакс» терминін ғылымға 1916 жылы Ф.Клементс енгізген.

Тіршілік орнында түрлердің әртүрлі популяцияларының пайда болуы мен жойылуының белгілі бір реттілікпен жүретін маусымдық емес және заңды процесі- экологиялық сукцессия деп аталады.

Сукцессиялық өзгерістер

Сукцессия барысында бірлестіктің пішіні үнемі ауысып отырады. Сонымен қатар экожүйенің қызметі де өзгеріп отырады. Сукцессия өзгерісінің негізгі төрт түрі болады:

1. Сукцессия барысында өсімдіктер мен жануарлар түрлері үздіксіз ауысады. Мұндай мысалдар автотрофтыларда,  гетеротрофты организмдерде, құстар мен шөп қоректі аңдарда кездеседі.

2. Түрлік құрамының өзгеруі- көбіне бәсекелестікпен анықталады. Сукцессия барысында экожүйеде өтетін өзгерістер жаңа түрлерінің бірлестікте орнықталуына қолайлы жағдай жасайды. Осы себепте сукцессиялық өзгерістер әрдайым организмдердің түрлік алуан түрлілігінің жоғарылауына әкеледі.

3. Су және жер үсті тіршілік ортасында органикалық заттар биомассасының ұлғаюы. Детрит және микроорганизмдер қалдықтарынан тұратын ыдырайтын гумус немесе органикалық заттар сукцессия барысында жинақталады.

4. Өзгеріс бірлестіктің таза өнімділігінің төмендеуінен және жалпы тыныс алудың жоғарылауынан болады. Экологияда энергия шығынының жиынтығы –«жалпы тыныс алу» деп аталады. Бұл сукцессияның маңызды құбылысы. Бастапқы сукцессияның ерте кезеңдерінде жалпы бастапқы өнімі жоғары, бірақ келесі кезеңдерде автотрофтылардың өлімі төмен болады.

Сукцессияның ұзақтығы- көбіне бірлестік құрылымымен анықталады. Құм шағылдағы бастапқы сукцессияны зерттеу осындай жағдайда төзімді бірлестіктің дамуы үшін көптеген жүздеген жылдар кететінін көрсетеді. Қайталанған сукцессиялар, мысалы, орман кесуде олар тез өтеді. Ылғалды климат жағдайларында орманды қайта қалпына келтіру үшін 200 жылдан аз емес уақыт керек. Егер климакс қатаң болса (мысалы, шөл, дала) сукцессия ұзақтығы қысқа болады, өйткені бірлестік қоршаған ортаның қолайсыз жағдайларын айтарлықтай өзгерте алмайды. Мысалы, далада алғашқы сукцессия 50 жылға созылады.

1. кезең- шөптесін өсімдіктер кезеңі (10 жылға созылады)
2. кезең бұталар кезеңі (10-25 жыл)
3. кезең- жапырақты ағаштар кезеңі (25-100 жыл)
4. кезең- қылқан жапырақты ағаштар кезеңі (100 жыл)

Сукцессияның кеш кезеңі ерте кезеңімен салыстырғаңда, неғұрлым төзімдірек. Сукцессияның ерте кезеңіне қуаңшылық өте күшті әсер етуі мүмкін. Егер бидай мен қара бидай егістігіне қуаңшылық жыл сайын қайталанбаса, дамудың жоғары кезеңдеріңдегі жағдайдағы орманға қуаңшылықтың әсері айтарлықтай болмайды.

Бірлестіктің тепе-теңдік жағдайдағы төзімділігі абсолютті емес. Организмдердегі сияқты бірлестіктің дамуының бұл кезеңін «қартаюдың басы» деп атауға болады. Аурулар мен апаттар жас немесе тіпті басқа бірлестіктің ауысуына соқтыратын бірлестіктің қартаюын тездетуі мүмкін.

Сукцессияның қарапайым моделі

суретте лабораторияда көрсетуге болатын қарапайым экологиялық сукцессияны зерттейтін тәжірибе көрсетілген. Мұнда жүретін өзгерістер жалпы алғанда, табиғи сукцессияда кездесетін өзгерістермен сәйкес келеді.

---