Лекция № 3 3 страница

Бұл принцип бойынша тұрақты жасанды экожүйелер, өндірістік технологиялар ұйымдастырылауы мүмкін. Биоценоздағы ғзалардың үйлескен қызметінің бұзылуы, әдетте, экожүйедегі зат алмасуыдың өзгеруіне әкеліп соқтырады. Бұл топырақ құнарлылығының, өсімдіктердің өнімділігінің, жануарлардың өсуі мен өнімділігінің төмендеуіне, табиғи ортаның біртіндеп бұзылуының негізгі себебі болып абылады.

Экожүйенің трофтық құрылымы. Энергия тасымалдау кезінде қоректік тізбектердегі қатынастар нәтижесінде әрбір бірлестік белгілі бір трофтық құрылымға ие болады.

Жалпы жағдайда трофтық құрылымды кезекті трофтық деңгейлердегі уақыт бірлігіндегі аудан бірлігіне шаққан энергия шамасымен анықтауға болады. Оларды экологиялық пирамида түрінде кескіндеуге болады. Бұл құбылысты зерттеген Ч. Элтон (1927ж.) экологиялық пирамиданың үш негізгі типін бөліп көрсететді (12-сурет).

Сандар пирамидасы Биомасса пирамидасы Энергия пирамидасы

(аудан бірлігіндегі (биомассаның құрғақ (Дж/ м², жыл)

даралар саны) салмағы г/м²)

12-сурет. Экологиялық пирамданың типтері

1. Сандар пирамидасы (м²/даралар саны) әр түрлі трофтық деңгейдегі ағзалардың санын көрсетеді. Орманның жайылымдық қоректік тізбегінде, продуцент – ағаш, ал бірінші ретті консумент – бунақ денелілер болғанда, бірінші реттік консументтердің деңгейі саны жағынан өндірушілер деңгейімен салыстырғанға байланысты. Бұл кезде сандар пиамидасы кері болады.

2. Биомассалар пирамидасы әр түрлі торфтық деңгейдегі тірі заттың жалпы құрғақ массасын сипаттайды (органикалық заттардың құрғақ массасы г/ м²). Өндірушілері өте ұсақ және консументтері ірі болған экожүйелерде соңғысының жалпы массасы барлық кезде продуценттердің жалпы массасынан жоғары болады, яғни биомасса пирамидасы да кері болады.

3. Энергия пирамидасы (Дж/ м² жыл) кезекті трофтық деңгейлердегі энергия ағынының шамасын немесе «өнімділігін» көрсетеді. Энергетикалық пирамида барлық кезде жоғары қарай сүйірленеді. Бірақ тамақпен бірге жұйеге түсетін барлық энергия көздері есепке алынуы керек.

Қоректік тізбектер мен қоректік торлардың түзілуі. Биоценоздардағы қоректік торлар көптеген қысқа қатарлардан түзіледі. Бұл қатарларда ағзалар бір-біріне заттар мен жасыл өсімдіктер жинаған энергияны беріп отырады. Алдыңғы түр келесі түр үшін азық болып табылатын мұндай қатарларды қоректену тізбегі деп атайды. Қоректену тізбегінің жеке звенолары трофтқ деңгейлер деп аталады.

Күннен энергияны бірдей сатылар арқылы алатын ағзалар бір трофтық деңгейге жатады. Жасыл өсімдіктер (автотрофтар) бірінші трофтық, екінші – бірінші ретті консументтер, биоқоректілермен қоректенетін бірінші реттік жыртқыштар-үшінші (екінші реттік консументтер), екінші ретті жыртқыштар – төртінші (3-ші ретті консументтер) деңгейді құайды (13-сурет).

13-сурет. Трофтық деңгейлер және қоректену пирамидасының сызбанұсқасы.

Қоректік тізбектердің екі түрін: жайылымдық және детритті бөліп көрсетуге болады:

Жайылымдық тізбек

Жасыл өсімдік шөпқоректі жануарлар жыртқыш

(қоян) (түлкі)

Детритті тізбек

Өлген органикалық микроорганизмдер

(бактериялар, саңырауқұлақтар)

зат (детрит) детритофагтар детритофагтардың

(қосжақтаулы моллюскалар,жауынқұрттар жыртқыштары

бунақденелілердің дернәсілдері) (құстар,жертесерлер

және т.б.)

Қоректік тізбектер бір-бірімен тығыз байланысты. Олар қоректену торын түзеді. Әр өндірушіден (продуцент) бірнеше консумент болады. Ал консументтердің көпшілігі полифагтар (грек тілінен аударғанда – көп), яғни бір емес, бірнеше қоректену көзін пайдаланады.

Көптеген түрлер әр түрлі қоректік тізбектерге кіруі және әр түрлі орында болуы мүмкін. Мысалы, аюлар өсімдіктермен де, жануарлармен де, өлекселермен де қоректенеді. Олар трофтық қатынастармен, көптеген жануарлар мен өсімдіктердің түрлерімен байланысқан. Қоректік тізбектер табиғатта күрделі шиеленісіп кеткен.

Нақты қоректік тізбектерде өсімдік текті тамақтағы энергияның берілетін мөлшерін есептеуге және тасымалдауын бақылауға болады.

Экожүйелердің өнімділігінің заңдары

Бірлестіктерге тән қасиет – олардың жаңа биомасса жасауға қабілеті болып табылады. Бұл қасиет жүйенің өнімділігі ұғымының негізінде жатыр.

Экожүйелердегі органикалық заттың жасалу жылдамдығын – биологиялық өнімділік деп атайды. Тірі ағзалардың денесінің массасы биомасса деп атайды. Экожүйенің биологиялық өнімділігі – бұл олардағы биомассаның жасалу жылдамдығы.

Бірінші реттік өнімділік деп, бірінші реттік өндірушілердің биомассасының түзілу жылдамдығын айтады. Бұл маңызды көрсеткіш. Себебі ол экожүйенің биотикалық компоненті арқылы өтетін жалпы энергия ағынын, яғни экожүйеде мүмкін болатын тірі ағзалардың санын анықтайды.

100% күн энергиясының шамамен 1% - ы ғана хлорофилл сіңіреді де, органикалық молекулалардың синтезіне пайдаланады (қалған 99%-ы күн энергиясы шағылысады, жылуға айналып сіңіріледі немес суды буландыруға жұмсалады).

Өсімдіктердің энергияны жинау (химиялық байланыстар энергиясы түрінде) жылдамдығын жалпы бірінші реттік өнім деп атайды (ЖБӨ). Шамамен бұл энергияның 20% өсімдіктер тыныс алуға және басқа тіршілік қызметіне жұмсайды. (R)

Тыныс алу мен басқа да тіршілік процестеріне жұмсалатын энергияны алып тастағандағы органикалық заттың жиналу жылдамдығын таза бірінші реттік өнім (ТБӨ) деп атайды:

ТБӨ= ЖБӨ - R

Қоректену кезінде тамақ (зат пен энергия) бір трофтық деңгейден екіншісіне өтеді. Қорытылмаған тамақты жануарлар экперименттерімен сыртқа шығарады (мұнда да органикалық затқа жиналған энергияның белгілі бір мөлшері болады).

Жануарлар да өсімдікер тәрізді энергияның бір бөлігін тыныс алу мен басқа да тіршілік процестеріне жұмсайды. Тыныс алу, ас қорыту және экскрецияға кеткен шығыннан басқа қалған энергия өсуге, тіршілігін ұстап тұруға және көбеюге жұмсалады.

Гетеротрофты ағзалардың органикалық заттарды жинау жылдамдығын екінші ретті өнім (ЕӨ) деп атайды. Екінші ретті өнім барлық трофтық деңгейлерде болады.

Консументтердің энергетикалық байланысы төмендегі сызба бойынша түзіледі:

Пайдаланған тамақ = өсу + тыныс лау + және басқа тіршілік процестері + экскременттер

Немесе

Р = П + R + Н.

Мұндағы: Р – консументтің рационы, яғни белгілі бір уақытта жейтін тамақ мөлшері, энергия бірлігіне берілген;

П – ағзаның өсуіне жұмсалатын энергия;

R – тыныс алу және басқа тіршілік процестеріне жұмсалатын энергия;

Н – экскременттер түрінде шығарылған, қорытылмаған тамақтың энергиясы.

Қоректік тізбектің әр звеносында энергияның бір бөлігі басқа түрге өтеді.

Шамамен бұл шығын қоректену тізбегі арқылы энергияның әрбір беріліуі кезінде 90% - ға жуық болады. Егер өсімдік ағзасының бірінші реттік өнімі 1000Дж.болса, оны шөпқоректі жануарлар толық пайдаланса, жануардың денесінде оның бар болғаны 100 Дж.,жыртқыштың денесінде бар болғаны 10Дж.,егер жыртқышты басқа жыртқыш жесе, онда оның үлесіне тек 1Дж тиеді.

Жасыл өсімдіктер жинағы энергия тізбек бойымен біртіндеп кемиді. Сондықтан қоректік тізбек те әдетте 4-5 звенодан ғана тұрады.

Тыныс алу мен басқа да тіршілік процестеріне жұмсалған энергия басқа ағзаларға берілмейдіАл эсперименттердегі энергия детритофагтар мен редуценттерге беріледі де, экожүйеден тыс шығарылмайды. Детриттік тізбектер өлі ағзалар мен өсімдіктердің өлген бөліктерінен басталады. Тікелей детритке және редуценттердің қоректік тізбегіне өтетін таза бірінші реттік өнімнің үлесі әр түрлі экожүйелерде әр түрлі болады. Орман экожүйесінде бірінші реттік өнімнің басымдылығы да жайылымдық емес, детриттік тізбекте өтеді.

Теңіз экожүйелері мен интенсивті пайдаланатын жайылымдарда бірінші реттік өнімнің жартысынан астамы жайылымдық қоректік тізбекке беріледі.

Детриттік тізбектер күрделірек және нашар зерттелген. Бірақ энергия ағыны жөнінен олардың маңызы жайылымдық тізбектерден де жоғары.

Қоректік тізбектің әр түрлі нүктесіндегі энергетикалық ағыстың (тасымалданатын энергия) шаманың қатынасын экологиялық тиімділік деп атайды.

Экожүйелердің динамикасы мен дамуы

Кез келген экожүйе динамикалық болып табылады. Онда үнемі оның негізгі компонеттерінің тіршілік әрекеттері мен күйі, популяциялардың арақатынасы өзгеріске ұшырап отырады. Экожүйелерге тән ерекшелік олардың тәуліктік, маусымдық және көпжылдық динамикасының болуы.

Тәуліктік динамика. Әрбір биогеоценозда тіршілігінің белсенділігі тәуліктің әр түрлі уақытына сәйкес келетін ағзалар тобы болады. Біреулер түнгі уақытта белсенді, ал күндіз тығылып жатады. Басқалары түнде пассивті. Олай болса, экожүйенің жеке популяциялық арақатынасы мен құрамында периодты өзгерістер болып тұрады. Тәулік динамиканы тек жануарлар ғана емес, өсімдіктер де қамтамасыз етеді. Тәуліктік ырғақтар барлық бедеулердің, тропиктерден тундраға дейінгі бірлестіктерінде байқалады.

Экожүйелердегі тәуліктік өзгерістерде неғұрлым күн мен түн кезіндегі температура, ылғалдылық және басқа факторлардың айырмашылығы көп болса,соғұрлым күштірек көрінеді.

Мысалы, тәуліктік миграциялар, әсіресе теңіз планктонына тән. Каспий теңізінің зоо және фитопланктонының өкілдері күндіз 100-350 м тереңдікте болса, түнде беткі қабаттарға қарай көтеріледі.

Маусымдық динамика. Тек белсенділік күйінің өзгеруі ғана емес, көбею циклы, маусымдық миграциялар және т.б.байланысты жеке түрлердің сандық арақатынасын өзгеруі арқылы көрінеді. Жыл мезгілінің ауысуы өсімдіктер мен жануарлардың тіршілік қызметіне әсер етеді (гүлдеу кезеңі, жеміс беру, белсенді өсу, жапырақ түсіру, өсімдіктердің қыстық тыныштық күйі, жануарлардың қысқы және жазғы ұйқыға кету,миграция) маусымдық динамикаға экожүйенің белдеулік құрылымыгна ұшырайды; жылдың белгілі бір маусымында өсімдіктердің жекеленген белдеулері толық жойылып кетуі мүмкін. Мысалы, бір жылдық өсімдіктерден тұартын шөптесін белдеу. Маусымдық өзгерістерді 4-кестедегі үлгімен бақылауға болады.

Табиғаттың маусымдық өзгерістерін бақылау кестесі

(Э. Шульц бойынша,өзгерістермен)

Маусым	Маусым тармағы	Басталуының финалогиялық индификаторлары
	Қар еруі	ұзақтардың ұшып келуі
Көктем	Тірілуі	бүршік жару
	Көктемнің гүлденуі Жаз алды	өсімдіктердің гүлдеуі
Жаз	Жаздың басталуы	жеміс түйіндерінің пайда болуы
	Толық жаз Жаздың аяғы	жемістердің пісіп-жетіле бастауы
Күз	Күздің басталуы Күздің соңы (күрең күз)	жапырақтардың сарғаюы, түсуі
Қыс		Тыныштық күйі

Көпжылдық динамика. Кез келген экожүйенің өміріндегі қалыпты құбылыс. Ол жылдар бойынша бірлестікке әсер ететін климаттық және басқа да сыртқы факторлардың өзгеруіне байланысты болады. Сонымен қатар, көржылдық, периодтылық эдификатор (латын тілінен аударғанда – құрылысшы) - өсімдіктердің тіршілік циклінің көпжылдық периодтылығына, жануарлар мен өсімдіктер үшін патогенді микроорганизмдердің жаппай көбеюінің қайталануына және т.б. байланысты болуы мүмкін.

Экологиялық сукцессиялар. Бірлестіктердің құрылымы белгілі бір уақыт барысында, біртіндеп қалыптасады. Мысалы, вулканнан кейінгі аралдағы бірлестіктің даму моделін қарастырайық. Ағаштар мен бұталар жалаңаш, жартасты жыныста өсе алмайды. Себебі, оларға қажет топырақ жоқ. Ал балдырлар мұндай территорияларға қоныстанып, пионерлік бірлестік түзуге қабілетті. Ағзалардың біртіндеп жиналуы мен тау жыныстарының эрозияға ұшырауының топырақ қабаты түзіледі.

Мұндай топырақ қабаты мүктер мен папоротниктердің өсуіне мүмкіндік береді. Кейін аталған өсімдіктерден соң қоректік заттарға сұранысы жоғары өсімдіктер- тұқымды өсімдіктер, соның ішінде шөптер, бұталар, ағаштар қоныстанады. Белгілі бір уақытта жердегі бір биоценоздың екіншісімен алмасуын сукцессиялар деп атайды (латын тілінен аударғанда – бір ізділік, тұқым қуалау, кезектесу, ауысу). «Сукцессия» ұғымын 1898 жылы Г. Каулсон енгізген. Қоршаған ортамен тепе-теңдікте болатын, тұрақты соңғы бірлестік-климаксты бірлестік деп аталады.

Климакс (грек тілінен аударғанда –баспалдақ) – берілген орта жағдайындағы экожүйенің дамуының соңғы тұрақты күйі. «Климакс» ұғымын 1916 жылы Ф. Климентс ұсынған.

Жалаңаш тау жынысы немесе топырағы жоқ беттің (мысалы, құм, бұрынғы мұздықтың орны) қоныстануынан басталатын сукцессия типін-бірінші реттік деп атайды. Екінші реттік сукцессия өсімдіктері аз, бірақ бұрын тірі ағзалардың әсеріне ұшыраған және органикалық заты бар жерде басталады. Мысалы, кесілген орман, күйген жер, тастап кеткен егіс танабы. Бұл жердегі топырақта тұқымдар, споралар, вегетативтік көбею мүшелері сақталу мүмкін. Олар сукцессияға әсер етеді (14-сурет).

Қоршаған ортадағы

ірі бұзылулар

Жалаңаш Қыналар Панорот Шөп Бұта Ағаштар

Жер Пионерлік + Балдырлар Мүктер+ никтер тер лар Орман

бірлестік Климакстық

бірлестік

14-сурет. Құрлыққа тән сукцессия

Алғаш рет сукцессия ілімін жасаған 1916 жылы Клеманс болды.Ол Молтүстік Америка бірлестіктерін зерттей отырып, климакстық бірлестіктің құрамын анықтайтын негізгі фактор, климат екендігі туралы қорытындыға келді. Клементс бойынша берілген климаттық жағдай тек бір климакстық бірлестік тіршілік ете алады (момнклимакс концепциясы). Қазіргі кезде поликлимакс концепциясы ұсынылған. Бұл концепция бойынша климакс барлық физикалық факторлардың әсерінен қалыптасады. Ал ол факторлардың біреуі немес бірнешеуі басым болуы мүмкін (дренаж, топырақ, өрт және т.б.).

Нағыз құрлықтың климакстық бірлестігіне жапырақ түсіретін ормандар жатады. Бірінші ретті өнімнің ыдырауы топырақ деңгейінде жүреді. Орман бірлестігінің негізгі ерекшелігі оның белдеулерге бөлінуі болып табылады.

Бір биоценоздың екіншісіне өтуі бірден болмауы да мүмкін. Барлық уақытта экотон деп аталатын аралық белдеу болады (мысалы, тоған мен құрлық экожүйесінің арасында батпақты кеңістік,ғ бұталар орман мен даланы бөліп тұрады жән т.б.). Шекаралық белдеу үлкен болуы мүмкін, бірақ ол шектесіпжатқан экожүйелерден жіңішке болады. Әдетте экотонды бірлестіктердің едәуір түрлері, кейде тек экотонға тән түрлер кіруі мүмкін. Олардың кейбіреулерінің популяцияларының тығыздығы және түрлердің саны шекаралас жатқан экожүйелерден де артық болады. Бірлестіктер шекарасындағы тірі ағзалардың тығыздығы мен алуантүрлілігінің арту тенденциясын шекаралық эффект деп атайды.

Экожүйелердің гомеостазы. Экожүйелер тек энергия ағыны мен зат айналымының ғана емес, сонымен қатар дамыған ақпараттық байланыстармен сипатталады. Олар жүйенің барлық бөліктерін байланыстырады да оны біртұтас бүтін ретінде басқарады. Олай болса экожүйелердің кибернетикалық (грек тілінен аударғанда – басқару мәдениет) табиғаты бар.

Экожүйенің тұрақтылық дәрежесі қоршаған ортаның әсер ету дәрежесіне және ішкі басқару механизмдерінің тиімділігіне байланысты болады.

Сыртқы ортаның әсері тоқтағанна соң жүйенің өзінің қалыпты күйін жылдам қалпына келуі кері теріс байланыстың әсерімен анықталады. Егер оң кері байланыс жүйенің тепе-теңдіктен ауытқуын күшейтетін болса, ал теріс кері байланыс – оны кемітеді.

Бұл тәуелділік Ле Шателье-Браун принципінен көрінеді: жүйені тұрақты теп-теңдік күйінен шығаратын сыртқы әсерден тепе-теңдік сыртқы әсердіі эффекті әлсірейтін бағытқа қарай ығысады.

Экожүйенің өзінің тепе-теңдігін ұстауға қабілеті мен өздігінен реттеуін гомеостаз деп атайды. Гомеостаздың негізінде теріс кері байланыс принципі жатыр. Осы байланыстың әсерінен қоректік заттардың қорға жиналуы мен бөлініп шығуы, органикалық қосылыстардың өндірілуі мен ыдырау процестері реттеледі.

Экожүйенің гомеостазын ұстап тұруының белгілі бір шегі болады.

Мысалы, ауыл шаруашылығында өнімділіктің артуын көбіне енгізілген тыңайтқыштардың мөлшерімен байланыстырады. Бірақ, кейде тыңайтқыштардың мөлшері кері байланыс әсерінің жоғары шегінен шығып кетеді. Осының нәтижесінде агроценозда егістіктің деграциясына әкелетін қайтымсыз өзгерістер болуы мүмкін. Тыңайтқыштарды шектен тыс пайдалану топырақтың эрозиясы мен сортаңдауына әкеліп соқтырады.

Биологиялық алуантүрлілік – популяциялар, биоценоздар мен экожүйлердің тұрақтылығының шарты

Табиғатта абсолютті түрде ұқсас даралар, популяциялар, түрлер мен экожүйелер болмайды. Тіпті бір жұмыртқадан дамыған егіздердің өзі бір-бірінен ерекшеленеді. Сондықтан жер бетінде трүлердің саны өте көп, бұл алуантүрлілік адамзат ақылына сыйлайтын жұмбақ және еш уақытта таусылмайтындай көрінеді.

Жеке түрлер адамның кінәсінен жойыла бастағанда, алғашқыда оған көңіл аударылмады. Себебі палеонтология көрсеткендей, табиғаттағы көптеген түрлердің жойылып біту процестері байқалып отырған.

Бірақ қазіргі уақытта тіршіліктің алуантүрлілігінің кедейленуі адамзаттың іс-әрекеті нәтижесінде үлкен жылдамдықпен жүріп отыр. Орасан зор территорияларды таза тұқымды, тұқым қуалау қасиеттері біртекті аздаған мәдени өсімдіктер алып жатыр. Табиғи экожүйелер бұзылып, мәдени ландшафтпен ауыстырылуда, практикалық жағынан да биологиялық алуантүрліліктің биологиялық маңызын түсіндірудің маңызы зор.

Табиғи бірлестіктер бактериялардан бастап ғасылар бойы өмір сүріп келе жатқан ағаштар мен ірі жануарларға дейін жүздеген және мыңдаған түрлерден құралуы мүмкін. Түрлік алуантүрліліктің жоғары болуы осы күрделі жүйелердің төмендегі қасиеттерн қамтамасыз етеді:

1. Бөліктерінің өзара бір-бірін толықтыруы. Бірлестіктерде қоршаған орта ресурстарын пайдалануда бір-бірін толықтыратын түрлер бірігіп тіршілік етеді. Мысалы, жалпақ жапырақты орманда бірінші белдеудің өсімдіктері жарық ағының 70-80%-ын сіңіріп алады. Екінші белдеуде толық жарықтың ағынының бар болғаны жүзден 1-2 үлесінің өзінде фотосинтез жүргізуге қабілетті. Бір-бірін толықтыра отырып, өсімдікте күн энергиясын толық пайдаланады.

Осындай толықтырудан әр түрдің өсімдіктерінің топырақ бетінде таралуы, олардың тамыр жүйелерінің орналасуы, минералдық заттарды толық пайдалануы және т.б. көрінеді.

Жануарлардағы «еңбек бөлінісін» әр түрлердің тамақты, тәуліктік және маусымдық белсенділікті, кеңістікте орналасуды пайдалануынан көруге болады.

Түрлердің өзара бірі-бірін толықтыруы, яғни органикалқы затты жасаушылар мен ыдыратушылар, биологиялық зат алмасулардың негізінде жатыр.

2.Түрлердің бір-бірін ауыстыруы. Биоценоздың кез келген түрін басқа экологиялық талаптары мен функциялары ұқсас түрлермен алмастыруға болады.Мысалы, қылқан жапырақты ормандағы шыршаның және самырсының әр түрлі түрлері немес әр түрлі шалғандықтағы тозаңдырушы – бунақденелілер.

Көптеген түрлердің экологиялық орны ұқсас болғандықтан қандай да бір түрдің кемуі немесе жойылуы экожүйе үшін қауіпті емес.

Түрлердің бір-бірін ауыстыруы табиғат жағдайларының үнемі өзгеріп отыруынан болады. Мысалы, шалғындықтарда ылғалды жылдары қысқа, ал құрғақшылық жылы- ұзын тамырлы өсімдіктер басым болады.

Дата добавления: 2014-11-07