Экологиялық жүйелер

                                     Экологиялық жүйелер  

           Экологияның ең негізгі объектісі   экологиялық жүйе, немесе  эко  жүйе -  тірі организмдер жиынтығының   қоректену ,  өсу және   ұрпақ  беру мақсатында белгілі бір   тіршілік  ету кеңестігін бірлесе  пайдалануын  тарихи қалыптасқан жүйесі.  Функциялық   тұрақтылығы аз уақытқа созылса-да қарым -қатынаста  болатын құраыштары бар кез келген  бірлікті  экожүйе деп атауға болады. Экожүйе деген терминді 1935 жылы  бірінші рет  ұсынған ағылшын экологі А. Тенсили . А Тенсили  эко жүйенің құрамына организмдерде обиотикалық  орта да  керетін  жер бетіндегі тірі табиғатынтың  негізгі функциясының  бірлігі деп есептеуі және  оның әр бөлігінің  екіншіне әсер ететіндігіне назар аударады.  Былайша айтқанда экожүйе – заттектердің айналымы мен  энергия тасмалдануы жүретін  табиғи бірлік . Экожүйеде заттектер  айналымының  жүруіне  органикалық малекулалардың сінімділік  түрде белгілі қоры және  орагнизмнің  үш функцияоналды әр түрлі  экологиялық топтары ,   продуценттер, консументтер, редуценттер болуы керек.                                                                                          

                             Экожүйе концепциясы.

    Жердегі алғаш организмдер гетеретрофты  болған. Автротрофтар органикалық заттарды синтездесе , гетеретрофтар олармен қоректенелі. Соның нәтижесінде органикалық заттар ыдырайды.

Энергиясы бар экожүйенің ішінде органикалық  заттар автотрофты ағзалармен түзіліп, гетеретрофтар үшін қорек көзі болып  табылады. Қарапайым мысал: жануар өсімдікті жейді. Бұл жануарды кезегінде басқа жануар жеуі мүмкін, осындай жолмен бірқатар ағзалар арқылы энергия тасымалдау жүреді-әрбір келесісі оған шикізат пен энергия беретін алдыңғысымен қоректенеді. Мұндай бірізділік қоректік тізбек деп, ал оның әрбір түйіні – нәрлену деңгейі деп аталады. Бірінші нәрлену деңгейін автотрофтар немесе бірінші реттік продуценттер деп аталына алады. Екінші нәрлену деңгейіндегі ағзалар – бірінші реттік консументтер, үшіншідегілер – екінші ретті консументтер т.б деп аталады. Әдетте төрт немесе бес нәрлену деңгейлері болады, алтыдан асатындары сирек.

  Продуценттерге (бірінші ретті өнімді өндірушілер) өздерінің денелерін бейорганикалық қосылыстар есебінен құратын автоторлық организм жатады. Олар өздеріне қажетті органикалық  заттектерді Күн энергиясын  пайдаланып,  бейорганикалық заттектерден өздігінен  өндіре алатын тірі оргнизм .  Автотрофты  организмдерге жасыл өсімдіктер,  балдырлар мен фототрофты  бактериялар жатады. Су экожүйелерінде басты продуценттер мұхиттар мен көлдердің үстіңгі қабатының фитопланктонын құрайтындар көбінесе ұсақ болып келетін бір жасушалы ағзалар – балдырлар болып табылады. Құрлықта өнімнің басым бөлігін жалаңаш тұқымдастар мен жабық тұқымдыларға жататын дене құрылысы жоғарырақ түрлер құрайды. Олар ормандар мен далаларда ұшырасады.  
 

                              
 

Консументтер (латын тілінен аударғанда consumo-пайдалану) -  бұлар гетеретрофты организмдер,  продуценттер немесе  басқа консументтер өндірген заттектерді азық ретінде пайдаланады немесе  жаңа түрге  трансформалайтын  организмдер.  Бұларға жануарлар,  саңырауқұлақтар мен микроорганизмдердің көбі,  паразиттік  және  коректі өсімдіктер жатады. Консументтер 1) және 2  реттік болып бөлінеді: 

1. бірінші реттік консументтерге  (  фитофактар -) тек қана  өсімдіктекті  қорекпен тіршілік  жасайтын жануарлар ,  көптеген жәндіктер.
2. Екінші реттік консументтерге ( зоофагтар ) – жануарлармен коректінетін организмдер,  жыртқыштар

Консументтің  тағы  бір маңызды тобына детритофагтар  немесе сапрофактар -өлі органикалық заттектерден өсімдіктер жануарлардың тіршілігінен пайда болған қалдықтармен қоректенетін жануар                ( құрттар, бунақ аяқтылар) жатады.Олар экожүйені тазалау функциясын атқарады және  топырақтың, жертезектің қоймаларының түбіндегі   шөгінділерді түзуге қатысады.

     Жалпы консументтер экожүйенінің  қоректі тізбектерінде  тұтынушылар  тобын құрайды. 
 

 
 

      Редуценттер ( латын тілінен аударғанда reduceus, reducentis-қалпына келтіруші,деструкторлар) - өлі  органикалық заттармен қоректенеді, оларды ыдыратып қайтадан биорганикалық қосылыстарға айналдырады. Редуценттер арқылы экожүйе ортасына азот,  минаралды элементтер және көмірқышқыл газы қайтарылып отырады.

    Редуценттерге  негізінде   өліктер мен  экскременттерде   мекендеп оларды ыдырататын  микроорганизмдер  ( бактериялар , ашытқы микроорганизмдер , саңырауқұлақтар –сапрофиттер) жатады. Саңырауқұлақтар негізінде өсімдіктердің клеткалардың ,  ал бактериялар  жануалар  өлімдіктерінің ыдыратуға қатысады.

    Экожүйенің қасиеттері оның құрамына кіретін өсімдіктер мен жануарлардың әрекетіне байланысты .

     Биомасса мен экожүйенің ауысып,өзгеріп  отыратын кездерінде тіршілік  қорлары барынша толық пайдаланылатын  экожүйелерді қаныққан деп, ал  осы қорды толық пайдаланбайтын экожүйелер  қанықпаған деп аталады.

       Экожүйе бір-бірінен қарым-қатынастағы  екі негізгі құрауыштан экотоптан  (жансыз бөлігі) және биоценоздан(жанды  бөлігі) тұрады.

    Экотопқа биотикалық құрылымдар: литосфера,гидросфера ,атмосфера кіреді.Биоциноз  – биотопта мекендейтін продуценттердің ,консументтердің және редуцентттің қауымдастығы ,яғни осы тірі экологиялық құрауыштардың нақты тепе-теңдігімен сипатталатын жиынтық.

       Биоциноз     өсімдік, жануарлар  мен микроорганиздер өкілдерінен  тұрады.Олар  мекендейтін ортамен тығыз  байланысты болады,сондықтан биоцинозді эко топтан бөліп қарастыру қиын, сондықтан эко топпен биоционезді біріктіріп биогеоценоз  деп атаймыз. Биоценоз терминнің  ғылымға неміс биолігі К.  Мебнус 1877 жыл енгізген болса,  В.С.Сукачев  биоценоз туралы түсінікті 1942 жылы енгізді.

     Экотоппен биоценоз  арасындағы  тығыз байланыстар: 

А) Экотоп шаптары саналы  болған сайын  биоценоздағы түрлерде  соншалықты көп болады; 

ә) экотоп жағдайының  қалыптан ауытқуы жоғары болған сайын биоценоз соғұрлым түрге  жұтан  және ерекше болады,  ал керісінше  оның кейбір түрлерінің құрамындағы  дарақтардың саны жоғары болады.

Б) экотоптағы ортаның жағдайы неғұрлым  бір  қалыпты өзгеретін бюолса және ол ұзағырақ өзгеріссіз тұрса ,  биоценоз  соғұрлым түрге бай болады және  қалыпты  әрі тұрақты сақталады.

В) Бір- біріне жақын  екі топтың ,  өзі  бір- екі топта  экологиялық қуыста жата алмайтын  болғандықтан, түрге  бай тектер, әдетте биоценозда өзінің жалғыз өкілі қатысады.

       Биоценозды биосфеаның элеметарлық  биохорлық  бір өлшем дейді.

              Экожүйенің дамуымен тұрақтылығы  .

       Табиғи экожүйелерде организм  популяцияның жағдайлары тұрақты  түрде өзгеріп отырады. Оған  түрлі себеп бар. Қысқа мерзімде  себепке ауа райының жағдайлары  маусымды температураның  жыл бойына өзгеруі, жылдан жылға абиотикалықжәне биотикалық фактордың әр түрлі кездейсоқ қосылуы жатады. Осы барлық тұрақсыздануы дағдайыдағыдай ,азды-көпті жүйелік және экожүйелің тұрақтылық шегінен , яғни жердің географиялық және ауа- райының жағдайларына сәйкес ,оның әдеттегі көлеміне, түр құрамына , биомассанынан , өсімділігінен ауытқымайды.Экожүйенің осындай жағдайын климакс деп атайды. Климакс (ғылымға бұл терминді Ф.Клемантс  1916 жылы енгізді) экожүйеннің тұрақты, соңғы сатысы.

      Экожүйенің экологиялық көрсеткіштері  тұрақты болады, себебі оның өзін-өзі  сүйемелдеуге және өздігінен  реттелуге қабілеттілігі бар.Осы  қабілеттілікті экожүйе гомеостазы деп атайды .Гомеостаз кері байланыс принципіне негізделген.Мысалы: популяцияның тығыздығының  оптимуннан ауытқу нәтижесінде не туылым не өлім-жетім артады.

      Экожүйенің сыртқы әсерден туған   өзгерістерге төтеп беріп қайтадан  бұрынғы қалпына келе алатынын  сипаттайтын қабілеттілік оның  орнықтылығы деп аталады.Экожүйенің орнықтылық принципі термодинамиканың екінші заңымен сабақтас.Осы концепцияға сәйкес энергия бойымен ағып жатқан кез-келген табиғи жүйе орнықтылық күйіне қарай  бейімделеді.Экожүйенің орнықтылығы оның көлемі неғұрлым  үлкен және түрлік популяциялық құрамы бай және әр алуан түрлі болса, соғұрлым жоғары.

        Бір биогеоциноздың басқа биогеоцинозбен  ауысып отыруы экожүйелік сукцессия деп аталады.Экожүйелік сукцессия бірнеше кезеңдерден өтеді, солардың барыснда биотикалық қауымдастықтар бірінен соң бірі алысып жүреді.

      Сукцессия өту, тұрақтану климакс  сатыларынан тұрады.Экожүйелік сукцессияның  автотрофты, гетеретрофты, аутогенді,  амогенді, фитогенді, зоогенді , ландшафты  , алапатты, антропогенді түрі бар.

       Биомдар. Бір нақты географиялық аймақты мекендейтін тірі организмдердің (өсімдіктердің,жануарлардың) жиынтығы биота (терминді Э.Раковице 1907 жылы ұсынды.) деп аталады, ал табиғи климаттың зона шегіндегі біріккен экожүйндегі (тундра,тайга , дала, шөл дала тропиктік ылғал орман)—биом (терминді Клемантс және Шелфорд 1939 жылы ұсынды) дейді.

     Биом былайша айтқанда өсімдіктердің  қандайда бір негізгі типімен және ландшафтағы басқа ерекшеліктерін сипаттайтын ірі аумақтық және субконтиненттік , биожүйе.Биом құрамына кіретін биоциноздар заттектер мен энергия ағынымен өзара тығыз байланысты.

Экожүйенің  трофтық құрылымы.   

Энергия тасымалдау кезінде қоректік тізбектегі қатынастар нәтижесінде деңгейлердегі  уақыт бірлігіндегі аудан бірлігіне  шыққан энергия шамасымен анықтауға болады. Оларды экологиялық пирамида  түрінде кескіндеуге болады. Бұл құбылысты зерттеген  Ч.Элтон (1927) экологиялық пирамиданың үш негізгі типін бөліп көрсетеді. 
 
 

   Сандар пирамидасы (аудан бірлігіндегі  даралар саны)

       
 
 
 
 

   Биомасса  пирамидасы ( биомассаның құрғақ массасы г/м)

 
 
 

   Энергия пирамидасы  ( Дж/м жыл) 
 

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

2. Биомассалар  пирамидасы әр түрлі трофтық  деңгейдегі тірі заттың жалпы  құрғақ массасын сипаттайды (органикалық   заттардың құрғақ массасы г/м). 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/м жыл) гетеретрофтық  деңгейлердегі энергия ағымының  шамасын немесе «өнімділігін» көрсетеді. Энергиялық пирамида барлық кезде жоғары қарай сүйірленеді. Бірақ тамақпен бірге жүйеге түсетін барлық энергия өнімдері есепке алынуы керек. 

Қоректік  тізбектер бір-бірімен тығызбайланысты. Олар қоректену торынтүзеді. Әр өндірушіде  (продуцент) бірнеше консумент болады. Ал консументтердің көпшілігі полифактар ( грек тілінен аударғанда роly – 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, жануарларменде , өлекселермен де қоректенеді. Олар трофтық қатынастармен, көптеген жануарлар мен өсімдіктердің түрлерімен байланысқан. Қоректік тізбектер табиғатта күрделі шиелісінен кеткен

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