Тақырып: 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 жайлы білім беру.

Жоспар:

1.Экожүйе түсінігі

2.Экожүйедегі зат айналым

3.Экожүйенің қоректік құрылымы

4. Экожүйелердің өнімділігі

5.Экологиялық пирамидалар

6.Экологиялық сукцессиялар

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

Экологияның негізгі ұғымына «экожүйе» жатады. Бұл терминді енгізген 1935 ж. А.Тенсли. Экожүйе дегеніміз тірі тіршілік иелері мен олардың мекен ету орталарынан тұратын, біртұтас функционалды біріккен табиғи жүйе. Экожүйенің құрылымы: Экожүйе = биоценоз + биотоп

Биоценоз– табиғи жағдайлары бірегей жерлерде тіршілік ететін өсімдік, жануар және микроорганизмдер жиынтығы. Биотоп – белгілі биоценоз алып жатқан абиотикалық факторлары салыстырмалы біртекті кеңістік.

Биогеоценоз- тірі ағзалар мен олардың мекен ететін физикалық ортасымен бірге қауымдасқан жүйе.

Экожүйе мен биогеоценоз- тірі ағзалардың және ортаның жиынтығы. Биогеоценоз- тірі ағзалар мен ортаның кездейсоқ жиынтығы емес, ерекше келісілген, динамикалық, өзарабайланысы, тұрақты, теңестірілген жүйе. Биогеоценозда барлық тірі иелер қоректену тізбегіне біріктірілген.

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

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

Консументтер- өсімдіктер синтездеген органикалық заттарды жаңа формаға айналдыратын тұтынушылар, яғни олар (латынша-«consumo»-тұтынамын) продуцентттер жасаған органикалық заттарды пайдалантын гетеротрофты организмдер.

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.

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.

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.

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 қайтадан түсуін барлық уақытта талап етеді.

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.

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 тізбекті екі типке бөлуге болады: жайылымдық тізбек жасыл өсімдіктен басталып, одан әрі жайылымдағы фитофагтарға, сонан соң жыртқыштарға жалғасады.

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.

Қоректік тізбектер бір бірінен оқшауланбай, қайта керісінше, айқасып жатады. Олар қоректік торлар деп аталатын құрылымдар түзеді.

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.

Бастапқы немесе алғашқы өнімділік (БӨ). Ол продуценттердің биомассасын түзу жылдамдығы.

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..

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.

Сандар пирамидасы (м²/даралар саны) - әртүрлі қоректік деңгейдегі организмдердің санын көрсетеді.

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

Энергия пирамидасы- (Дж/м² жыл)-қоректік деңгейдегі энергия ағынының немесе "өнімділігінің" шамасын көрсетеді

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.

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.

Ал екінші немесе қайталанған сукцессия- бұрын тірі организмдердің әсеріңде болған және органикалық заттары бар толығынан немесе белгілі бір дәрежеде өсімдіктерден айрылған беткейден басталады.

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.

Экожүйенің тұрақтылық мәселесін талдауды аяқтай келе, өте маңызды экологиялық « 1 % - тік ережені» құрастыруға болады.

Табиғи жүйеде энергияның шамамен 1% өзгеруі жүйені тепе-теңдік жағдайдан шығарады.

1% - тік экологиялық ережені көрсететін қарапайым мысал. Адам организмі - тірі жүйе. Мысалы, адамның қалыпты дене температурасы 36,6С. Осы көрсеткіштің тіпті 1% ғана өзгеруі, яғни 0,4С өзгеруі (37С) ауру жағдайға әкеледі. Планетаның еркін атмосферасындағы оттегінің құрамының 1% оттегінің тыныс алуға негізделеген энергетикалық процестердің және организмдердің пайда болу мүмкіндігін тудырады.

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.

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.

Бақылау сұрақтары:

1.Биоценоз, биогеоценоз, экожүйе терминдеріне анықтама беріңіз.

2.Биоценоздың трофикалық құрылымына сипаттама беріңіз.

3.Қоректік тізбек, трофикалық деңгей, қоректік торларды сипаттап беріңіз.

4.10% заңдылығын түсіндіріңіз.

5.Экологиялық пирамида (сандық, биомассалар, энергия пирамидасы) дегеніміз не?

6.Экологиялық сукцессия дегеніміз не?

Пайдаланылған әдебиеттер

1.Бродский А.К. Жалпы экологияның қысқаша курсы. Оқу құралы. Алматы,«Ғылым», 1997, қаз.ауд. Көшкімбаев Қ.С.

2.Ақбасова А.Ж., Саинова Г.Ә. Экология. Алматы:Бастау,2003

3.Бейсенова Р.Р. экология және тұрақты даму пәнінен дәрістер жинағы Оқу құралы. Астана 2010 жыл.

ДӘРІС № 7