Энергия ағыны және қоректік тізбектерге мысал келтіріңіз.

Экожүйенің ең маңызды теромдинамикалық көрсеткіші – оның іштей реттелгендік түзуге және реттелудің жоғары деңгейін, яғни энтропиясы (реттелмегендік өлшемі немесе пайдалануға жарамсыз энергия көлемінің өлшемі) төмен күйін сақтап тұруға қабілеттілігі. Егер де, жүйенің ішінде оңай пайдаланылатын энергия (мысалы, сәуле немесе азық энергиясы) шашыратылып, пайдаланылуы қиын энергияға (мысалы, жылу энергиясына) үздіксіз айналып жатса, онда оның энтропиясы төмен болғаны – экожүйенің реттелгендігі, яғни биомассаның күрделі құрылымы бүкіл қауымдастықтың тыныс алуы нәтижесінде сақталады, тыныс алу кезінде реттелмегендік қауымдастықтан үнемі ығыстырылып шығарылып тұрған сияқты болады. Қауымдастықтың тыныс алуын фотосинтезге қарама-қарсы процесс ретінде сипаттауға болады:(СН₂О) + О₂ = СО₂ + Н₂О + Q.

       Экожүйедегі тыныс алуға, яғни оның тіршілігін сақтауға жұмсалатын энергияның (R) биомасса құрылымында жинақталған энергияға (В) қатынасын термодинамикалық реттелгендік өлшемі (R/B) деп атайды.

       Экожүйе қоршаған ортадан тек энергия емес, зат та келіп тұратын жағдайда ғана сақтала алады, яғни, нақтылы экожйүелер – энергетикасы және құрылымы бойынша ашық жүйелер болып табылады. 

       Термодинамиканың екінші заңы орнықтылық принципімен сабақтас. Осы концепцияға сәйкес, бойымен энергия ағыны өтіп жатқан кез-келген табиғи жүйе (мысалы, Жер немесе көл) орнықтылық күйіне қарай дамуға бейім болады және оның өздігінен реттелу механизмдері қалыптасады. Жүйеге сырттан қысқа мерзімдік ықпал жасалғанда бұл механизмдер жүйенің орнықты күйіне қайтып оралуын қамтамасыз етеді. Орнықтылық қалыптасқаннан кейін орынқтылық принципіне сәйкес энергия әдетте бір бағытта және тұрақты жылдамдықпен тасымалданады.

       Экожүйені сипаттайтын энергияның жалпы ағыны күн сәулесінен және жақын орналасқан денелерден таралатын ұзын толқынды жылу сәулесінен құралады. Сәулелердің екі түрі қосылып ортаның климаттық жағдайын (температураны, судың булануы мен ауаның қозғалу жылдамдығын т.б.) анықтайды, бірақ экожйүенің тірі компоненттерін энергиямен қамтамасыз ететін фотосинтезге тек күн сәулесі энергиясының шағын бөлігі ғана пайдаланылады. Осы энергияның есебінен негізгі немесе бастапқы өнім түзіледі. Демек, экожүйенің бастапқы өнімділігі фотосиентез процессінде продуценттердің сәулелі энергияны пайдаланып, оны органикалық заттардың химиялық байланыстары түрінде жинақтау жылдамдығы ретінде анықталады. Бастапқы өнімділікті (Р) масса және және энергия бірліктері арқылы немесе уақыт бірлігі аралығындағы эквивалентті бірліктер арқылы өрнектейді.

       Әдетте, экожйүенің бастапқы өнімділігін қолда бар ағзаларды сану мен таразыға тарту сияқты әдістер арқылы анықтау мүмкін емес, дегенмен уақыттың t₁, t₂ және т.б. сәттеріндегі өнім жайлы мәліметтер бойынша, бастапқы өнімділіктің нақты көрсеткіштерін табуға болады. Уақыттың жекелеген кезеңдерінде түзілген өнім мөлшері анықталған соң, қандай да бір уақыт аралығында түзілген өнімді қарапайым сагндық интегралдау әдістерімен анықтауға болады; солардың ішінде көбірек қолданылатыны трапеция әдісі. Бақылаудың әрбір t кезеңіндегі өнім мәндері (Р _t^/) графикке түсіріліп, аралары сынық сызықпен жалғастырылады (3-сурет). Содан соң абсциссалар өсімен және осы сынық сызықпен шектелген фигураның ауданы жекелеген трапециялардың ауданының қосындысы түрінде шығарылады:Р (t₁, t_n) = ұ[P^/(t₁)+ P^/(t₂)] (t₂- t₁)+ ..... +1/2[P^/(t_n-1)+ P^/(t_n)]x (t₂- t_n-1)7

       Алынған шама t₁ -t₂ уақыт аралығында автотрофтар түзген органикалық заттың мөлшері немесе берілген экожүйенің сол уақыт аралығындағы бастапқы өнімі болып табылады.

       Органикалық зат өндіру процессінің кезектесіп келетін төрт деңгейін немесе сатысын ажыратады:

       1.Жалпы бастапқы өнімділік дегеніміз – фотосинтез процесінде органикалық заттардың жинақталу жылдамдығы. Органикалық заттардың өлшеу жүргізілген уақыт аралығында тыныс алуға жұмсалған бөлігі де соның ішіне кіреді. Оны P_g деп белгілеп, аудан бірлігіне келетін масса немесе энергия бірліктері арқылы немесе уақыт бірлігіне шаққан көлем бірлігі түрінде өрнектейді.

Таза бастапқы өнімділік – зерттеу жүргізілген кезеңде өсімдіктердің өзінің тыныс алуына жұмсалған бөлігін (R) есептеп шығарып тастағаннан кейінгі органикалық заттардың өсімдік ұлпаларында жинақталу жылдамдығы: P_n = P_g – R.

Туындаушы өнімділік - органикалық заттардың консументтік деңгейіндегі жинақталу жылдамдығы. Трофикалық деңгейіне қарай ол Р₂, Р₃ және т.с.с. арқылы белгіленеді.

Қауымдастықтың таза өнімділігі – гетеротрофтар пайдаланбаған органикалық заттардың жинақталу жылдамдығы, яғни зерттеу жүргізілген аралықта (әдетте вегетациялық кезең немесе 1 жыл ішінде) гетеротрофтар пайдаланған бөлігі шығарылып тасталған таза бастапқы өнім: P_n (Р₂+ Р₃ +P₄ + ...).

Қауымдастықтың әрбір уақыт кезеңіндегі таза өнімі нақтылы биомасса (қолда бар биомасса) арқылы көрінеді. Оны басқаша орылмаған өнім деп атайды. Орылмаған өнім үнемі өзгеріп отырады: көктемде өте аз, ал күзде максимумға жетеді. Орылмаған өнімді, яғни берілген сәттегі өнімді жылдық цикл ішіндегі өнімнен ажырату қажет. Нақтылы биомассаны немесе орылмаған өнімді өнімділікпен шатастыруға болмайды. Мысалы, мал күнделікті өрістеп жүрген бай жайылымдағы шөптердің орылмаған өнімі шөп шығымы нашар, бірақ өлшенер кезде мал түспеген жайылымдықпен салыстырғанда әлдеқайда төмен болады. Сонымен бірге, күнделікті өнім мен жалпы өнімді ажырату қажет. Егер 1 га жерді алып жатқан қарағайлы орман қандай да бір нақтылы жағдайда өзі өскен уақыт ішінде 200м² ағаш массасын өндіруге қабілетті болса, , бұл оның жалпы өнімі болады. Бірақ, сол орман бір жыл ішінде небәрі 1,7-2,5м² ағаш өндіреді. Міне, осы шама күнделікті өнім немесе жылдық өсім, сондай-ақ жылдық цикл ішіндегі түсім болып табылады.

Қоректік тізбек дегеніміз тірі ағзалардың біреуімен екіншісі қоректеніп, үшіншісі екіншісімен қоректеніп, осындай ұзын тізбек құруын айтамыз.

Әртүрлі трофикалық деңгейлердің өкілдері бір бағытта жүретін биомасса тасымалы арқылы бір-бірімен байланысып, қоректікт тізбектер түзеді. Әрбір келесі трофикалық деңгейге өткен сайын жарамды энергияның бір бөлігі игерілмей қалады, бір бөлігі жылу түрінде жоғалады, ал бір бөлігі тыныс алуға жұмсалады. Сөйтіп, әр жолы жалпы энергия бірнеше есеге кеміп отырады. Қоректік тізбектердің ұзындығының шектеулі болуы – осының салдары. Қоректік тізбек неғұрлым қысқа болса немесе ағза тізбектің басына неғұрлым жақын тұрса, игерілетін энергия мөлшері соғұрлым көбірек болады.

       Қоректік тізбектерді негізгі екі түрге бөлуге болады: жайылымдық тізбектер – жасыл өсімдіктерден басталып, одан әрі жайылымдағы фитофагтарға, содан соң жыртқыштарға жалғасады; детриттік тізбектер - өлі (қураған) органикалық заттардан детриотофагтарға, одан жыртқыштарға жалғасады. Жайылымдық тізбектердің құрамына өз кезегінде жыртқыштардың қоректік тізбектері және паразиттердің қоректікт тізбектері кіреді.

       Жыртқыштардың қоректік тізбектері продуценттерден шығып, шөпқоректілерге келеді, оларды етқоректі ұсақ жануарлар жейді, бұлар өз кезегінде ірілеу жыртқыштарға азық болады және т.с.с. Жыртқыштар тізбегінің бойымен жылжыған сайын жануарлар көлемі жағынан ұлғая түседі де, саны кемиді. Біршама қарапайым да қысқа жыртқыштық тізбектің құрамына екінші кезектегі консументтер кіреді:

Шөп ------------------         Көжек       ------------------        Түлкі

Продуцент                       І кезектегі консумент                 І кезектегі консумент

 

       Бұдан гөрі ұзақтау және күрделі тізбектің құрамына бесінші кезектегі консументтер кіреді:

Кәдімгі ------Шөпбүрге------- Қан қызы------Өрмекшілер----- Жәндікқоректі------Жыртқыш

қарағай                          қоңыздары                                 құстар                   құстар

 

       Тізбек жыртқыштардың қатысуының арқасында ұзарады. Керісінше, паразиттердің қоректік тізбектері барған сайын көлемі жағынан ұсақталып, ал саны көбейе түсетін ағзаларға алып келеді. Мысалы:

 

Шөп ----------------- Шөпқоректі аңдар ----------------- Бүргелер ----------------- Талшықтылар

 

       Детриттік тізбектегі консументтер әртүрлі систематикалық топтарға жататын детритофагтар болып табылады: топырақта тіршілігінде омыртқасыз жануарлар немесе органикалық заттарды төмендегідей схема бойынша ыдырататын саңырауқұлақтар мен бактериялар:

                                                      Бактериялар, саңырауқұлақтар

Детрит

                                                      Ұсақ жануарлар, жыртқыштар

 

       Көп жағдайларда детритофагтардың бұл екі тобының әрекеті өзара қатаң үйлестірілгендігімен сипатталады: жәндіктер жануарлар өлектеселері мен құрғақ шөпті ұсақ бөлшектерге майдалап, микроағзалардың қызметі үшін қолайлы жағдай туғызады.

       Жасыл өсімдіктердің және органикалық өлі заттардан басталатын қоректік тізбектер экожүйелерде көпшілігіне қатар жүреді, бірақ барлық жағдайларда дерлік олардың бірі екіншісінен басым болады. Дегенмен, жарық болмағандықтан, хлорофильді ағзалар тіршілік ете алмайтын кейбір айрықша орталарда тек детриттік типтегі қоректік тізбектер ғана сақталады.

       Қоректік тізбектер бір-бірінен оқшауланбай, қайта керісінше, тығыз айқасып жатады. Олар қоректік торлар деп аталатын құрылымдар түзіледі. Қоректік торлардың құрылу принципі мынадай. Әр продуценттің бір емес, бірнеше консументі болады. Өз кезегінде, арасында полифагтар басым болатын консументтер азықтың бір емес, бірнеше көзін пайдаланады.

Күрделі табиғи қауымдастықта азығын бірінші трофикалық деңгейде орналасқан өсімдіктерден алатын ағзалар бірдей кезеңдерден өткен соң, бір трофикалық деңгейге жататын болып есептеледі. Осылайша, шөпқоректілер екінші трофикалық деңгейді (бастапқы консументтер деңгейін), шөпқоректілерді жейтін жыртқыштар – үшінші деңгейді (екінші консументтер деңгейін), екінші кезектегі жыртқыштар – төртінші деңгейді ( үшінші консументтер деңгейін) иеленеді. Трофикалық классификация топтарға түрлердің өздерін емес, олардың тіршілік ету типтерін бөледі. Бір түр популяциясы сол түр энергиянң қандай көздерін пайдаланатындығына байланысты бір немесе бірнеше трофикалық деңгейлерді алып жатуы мүмкін. Сондай-ақ трофикалық деңгейге бір емес, бірнеше түр кіреді, осының нәтижесінде қоректік тізбектер шытырман байланыстарға айналады.