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.
Өлі сүрек ыдыратушылары:
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.
Толығырақ: https://bilim-all.kz/article/2294-Ekozhuienin-qurylu-zandylyqtary
