Экология негіздері |

Экология — организмдердің қоршаған ортамен қарым-қатынастарын, ұйымдасу деңгейлері әр түрлі экожүйелердің қалыптасуы және даму заңдылықтарын зерттейтін ғылым. Ол қоршаған орта факторларынның организмге әсерін, түрдің тіршілік етуі мен механизмдерін, экологиялық жүйенің қызмет атқаруы мен олардың биологиялық өнімділігін зерттеумен айналысады. Эко­логия биологиялық зерттеудің түрлі әдістерін пайдаланады: тәжірибелік жұмыстар, далалық бақылаулар және түрлі экожүйелерде өтетін процестерді математикалық моделдеу. «Экология» терминін 1869 жылы неміс зоологы Эрнст Геккель ендірген болатын.

Экология туралы білімдер рационалды табиғатты пайдалануға, шаруашылық әрекеттің экологиялық салдарларын болжамдауға, табиғи ортаны қолдануға болатын күйде сақтау үшін қажет.

Ол қазіргі уақытта өте қажет, себебі адам әрекеті салдарынан қоршаған ортаның ластануы мен өзге де негативті құрылыстар глобальді сипатқа ие болып, орын алған экологиялық кризистен «адам — қоғам — табиғат» жүйесін қатынасын ретке келтіру арқылы жолын іздеуге тырысады.

Организм және орта. Экологиялық факторлар

Қоршаған орта немесе мекен ету ортасы бұл дараның өмір сүретін ортасындағы нақты шарттардың жиынтығы, оларға қатынасы.

Тіршілік ету орталарының ауа, ауа-жер, топырақ және организмдік деген түрлерін ажыратамыз. Бұл орталарда организмге тән шарттар жасалады. Тіршілік ету шарттары деп организмнің қалыпты тіршілік етуін қамтамасыз ететін орта элементтерінің жиынтығы, сондай-ақ организм көбейіп, онымен негізгі тіршілік процестерінің жүруін қамтамасыз ететін кешен деп түсінеміз.

Организмге әсер ететін тіршілік ортаның элементтері экологиялық факторлар деп аталады. Олар үш топқа бөлінеді: абиотикалық, биотикалық және антропогендік.

Абиотикалық факторлар — өлі табиғаттың физикалық және химиялық факторларынның жиынтығы, олардың қатарында өте маңызды- температура, ылғалдылық, жарық және өзге де климаттық компоненттер, сондай-ақ судың, ауа және топырақ орталарының химиялық құрамы және т.б.

Биотикалық факторлар — организмдердің оны қоршаған биотамен қарым-қатынастарының барлық формаларын айтады.

Антропогендік факторлар – адамның қоршаған ортаны тірі организмдер тіршілік ететін ортаның өзгерісіне алып келетін немесе олар­дың тіршілігінде көрініс беретін түр­лі әрекеттердің жиынтығы. Биотаға антропогендік факторлардың әсері артып келеді. Салыстырма үшін: қазіргі кезде адам техниканың көмегімен табиғатқа көп әсер ете алады, бұрынғы неандерталдықтарға шаққанда. Экологиялық факторлар­дың осылайша жіктелуі шартты. Кейде берілген факторды бір категорияға орналастыру қиын. Мысалы, балараның ұясының температурасы қоршаған орта температурасымен қатар, ұядағы аралар санына да тәуелді болады. Бір мезгілде абиотикалық та, биотикалық та факторлардың функциясы саналады.

Түрлі физикалық-географиялық аудандарда экологиялық факторлар­дың сәйкестігі құрыла бастады, ол тірі организмдердің планетада таралу заңдылығына негіз болды. Эволюциялық процестер барысында экологиялық фактордың мезгілдік өзгерісі әсерінен кейбір түрлерде бейімдеушілік қасиеттер қалыптасқан: қыстық немесе жаздық ұйқыға кету, диапауза.

Экологиялық факторлардың организмдерге әсері. Шектеуші фактор

Барлық экологиялық факторларды қоса есептегенде, олардың кейбіреулерінің ғана тіршілік етуге маңызы бар. Эволюция барысында организмдер олардың әсеріне қатысты бейімдеушілік жасады. Организмнің қор­шаған орта өзгерістеріне бейімделу дәрежесі экологиялық шыдамдылық немесе толеранттылық деп аталады. Сондықтан түрлерде ол орта өзгерістерінің диапазонында көрініс береді, оның шекарасында берілген түр дараларының тіршілік әрекеті сақталады.

Тіршілікке маңызды функциялардың әсеріне қарай әр биологиялық түрге қатысты өзіндік оптимум мәні болады, қалыпты тіршілік ету аймағы және төзімділік аралықтары.

Дараның тіршілік әрекеті айтарлықтай өте жақсы түрде өтетін экологиялық фактордың көріну дәрежесі, оптимум деп аталады. Оптимумнан ауытқу тіршілік қабаттарын төмендетеді. Түрдің өсуі, көбеюі және ұзақ уақыт тіршілік етуі мүмкін болатын факторлардың мәндер шегі қалыпты

тіршілік зонасы ұғымына сәйкес келеді. Оның шегінде құлдырау аймағы жатыр, ол қалыпты тіршілік етудің бұзылуымен сипатталады. Олар критикалық нүктелермен шектеледі — экологиялық төзімділіктің жоғарғы және төменгі нүктелері, одан ары тіршілік мүмкін емес. Қалыпты және құлдырау аймақтарын қамтитын фак­тор мәнінің диапазоны, түрдің берілген экологиялық факторға төзімділігінің көрсеткіші есептеледі.

Тірі организмдердің алуантүрлері бірдей емес экологиялық төзімділікке ие болмайды. Үлкен экологиялық тө­зімділікке ие топтар, яғни фактордың оптималды мәнінен ауытқуға төзімділер эврибионттар деп аталады, ал төзімділігі аз болса стенобионттар деп аталады. Эврибионтты организмдер мысалы ретінде, актинияны айтуға болады, ол тропиктік те, арктикалық та теңіздерде тіршілік ете алады. Стенобионтты организмдерге мысалы, тек қана жылы теңіздер­де тіршілік ететін коралл полиптері, гренландиялық кит — тек арктикалық теңіздерде тіршілік етеді.

Экологиялық валенттіліктің қанда да бір факторға қатысты шектері түрлі түрлерде графикалық түрде сипаттауға болады.

Стенобионтты организмдер тө­менгі және жоғарғы температураның кең диапазонына төзімді. Эврибионт­ты организмдер температураның кең диапазонында тіршілік етуге қабілетті. Стенобионтты организмдерде төзімділіктің минимум және максимум шекаралары жақын орналасса, сол себептен температураның аз өзгерісі эврибионтты түрлермен оңай қабылданса, стенобионттарға олар қырыпжойғыш әсер етеді.

Экологиялық төзімділік жасы, жынысы, организмдердің жеке дамуының сатысына орай ауытқуы мүмкін. Мысалы, краб дернәсілдері (личинкалары) тұщы суда дами алмайды, ал ересек түрлері өзендерге ағысқа бойлай өте алады.

Ортаның экологиялық факторлары организмге бірігіп әсер етеді, олардың әрқайсысының әсері өзгелердің әрекетін қарқындылығына тәуелді. Мысалы, адам ауаның жоғарғы температурасын оның ылғалдылығы төмен болғанда жақсы көтерсе, суықты жоғары калориялық тағамдарды қолданғанда көтере алады.

Организмдердің бір мезгілде қоршаған ортаның түрлі факторларын қабылдайтындығын ескере келе, сиректеу олардың әсері оптимуммен сәйкес келеді. Кейде бір фактор бұл мәнге ие болады.

Тіршілік үшін маңызды факторлар көп жағдайда мәні оптимумнан алшақтап, төзімділік шегіне жақындасады немесе шектеуші фактор де­ген атауға ие болады. Шектеуші фак­тор организмдер тіршілігінде үлкен роль атқарады, оның экологиялық ортасын және географиялық ареалын анықтайды.

Абиотикалық факторлар

Абиотикалық факторлар арасында айтарлықтай мәнге температура, ылғалдылық, күн радиациясы ие, себебі олар климатты анықтайды.

Температура. Температура зат алмасу жылдамдығын анықтай отырып, организмдердің бүкіл тіршілік ету процестеріне әсер етеді. 10 °С-қа температураның артуынан зат алма­су реакциясының жылдамдығы 2-3 есеге артады. Көптеген организм­дердің қалыпты қызмет атқаруының жоғарғы шегі ферменттер денатурациясы деңгейінен төмен және 45- 50 С-тан аспайды. Егер температу­ра мұз қату нүктесінен төмендесе, арнайы қорғаныш механизмдерінің жоқтығынан тірі организмдер өз клеткаларында мұз кристалдарын түзе бастайды, солай тіршілік те тоқтайды. Көптеген организмдер үшін температуралық фактордың оптимумы 10 °С пен 35°С аралықтарында жатыр. Бірақ түрлі бейімдеушіліктер арқасында температуралық факторға төзімділік шекараларының айтарлықтай кеңеюі мүмкін. Түраралық айырмашылықтар бұл қатынаста өте үл­кен болады. Арктикалық ендіктердің 0 С-қа жақын температурасы көпте­ген балдырлар, омыртқасыздар және балықтар түрлерімен мекен етіледі.

Барлық тірі организмдер жылу энергиясының екі негізгі көзін пайдаланады: сыртқы (күн энергиясы және оның туындылары) және ішкі, организмде өтетін жылу бөлумен жүретін алмасу реакциялары. Тіршіліктін эволюциясы барысында энергияның ішкі түрлерінің қарқындылығын арттыру жүреді. Олармен қатар жылу энергиясын жасау және оны жұмсау деңгейін қамтамасыз ететін термореттеушіліктің арнайы механизмдері қалыптасты.

Дене температурасының тұрақтылығына орай жануарлар: пойкилотермді немесе суыққанды, гомойотермді деп жіктеледі.

Пойкилотермді жануарлар дене температурасы тұрақсыз, қоршаған ортаға байланысты өзгеріп отырады. Олар өздерінің тіршілік әрекетін , сақтау үшін ең алдымен сыртқы энергияны пайдаланады. Дене темпера­турасы тұрақсыз және қоршаған орта температурасына тәуелді болады. Бұл жануарларда зат алмасу қарқындылығы төмен және термореттеудің қарапайым механизмдерімен сипатталады. Пойкилотермділерге құстар және сүтқоректілерден басқа барлық омыртқасыз және хордалы жануарлар жатады. Олардың көпшілігінде дене температурасы ортамен бірдей не одан аздап жоғары болады. Қоршаған ортаның температурасы жоғары болуымен, пойкилотермді жануарлар­да зат алмасу қарқындылығына, өсу, даму және өзге де физикалық процестердің жылдамдауына алып келеді. Кейбір пойкилотермді жануарлар дене температурасын реттеу үшін морфофизиологиялық ерекшеліктерді жасап шығарады. Мысалы, шөлді жәндіктер күн сәулесін шағылыстыру үшін ақ қабыршақтармен қапталынған. Пойкилотермді жануарлардың көпшілігі термореттеу үшін тәртіптік реакцияларды қолданады. Мысалы, шөлдің рептилийлері таңғы уақытта ашық, күн көзі жақсы түсетін аймақтарда қыздырынады, тал түсте олар құмның тереңіне немесе бұталардың арасына енеді, ондағы температура ашық аймақтардан әлдеқайда бірнеше градусқа жоғары болады.

Қоршаған ортаның температурасының оптимум аймақтарынан айтарлықтай ауытқығанда пойкило­термді жануарлар үнсіздікке көшеді. Олар, қозғалыссыз, қоректенуі тоқтатылып, газ алмасу және өзге де физиологиялық процестері баяулайды. Осындай белсенсіз күйде жануарлар ұзақ уақыт бола алады.

Бұндай жануарлардың көпші­лігі үсік шалдығуға қабілетті, демек олардың дене температурасы °С-тан төмен түсіп, ұлпаларда мұздар түзбейді. Бірқатар бейімделуге байланысты кейбір пойкилотермді жануарлар -7 °С температураға төзе алады.

Гомойотермді жануарлар денесінің ішкі температурасын ұзақ уақытқа дейін тұрақты сақтай алады, қоршаған ортаға тәуелсіз, осы кезде олар көптеген энергия жұмсайды. Бірдей мөлшердегі алмасу процесте­рі гомойотермді жануарларда пойкилотермділермен салыстырғанда 20-30 есеге артық. Дене температу­расы тұрақты 35-40 °С аралықтарында болады, термореттеушілік механизмдері арқылы өтетін зат алмасудың интенсивті жүруі арқылы орын алады.

Биотикалық факторлар

Бір организмге өзгелеріне әсер етулерінің жиынтығынан құралып және екі топка жіктеледі: түрішілік және тұраралық қатынастар.

Түрішілік қарым-қатынастар. Түрішілік қарым-қатынастарға бәсекелестік жатады. Олар екі тәсіл арқылы іске асады: даралардың бір — біріне тікелей әсер етуі, мысалы, жа­нуарлардың бір-біріне агрессиясы, микроорганизмдермен токсиндердің бөлінуі және т.б. жатады. Бәсекелесуші даралардың қажеттіліктері неғұрлым сәйкес болған сайын, бәсекелестік қарқынды болады. Мысал ретінде кейбір жануарлармен өз территориясын қорғауы, оның бос еместігі туралы түрлі сигналдармен сипатталады: шегірткелердің шырылдауы, құстардың ән салуы және т.б. Түрішілік қатынастар попу­ляция санын реттеуде роль атқарады. Мысалы, кеміргіштерде популяция саны артуымен көбеюі төмендейді. Кейбір жыртқыштар қорек ретінде өз түрінің дараларын, әсіресе жастарын пайдаланады. Бұл құбылыс канни­бализм деген атқа ие болды. Канни­бализм жабайы балықтарда, өрмекшілерде байқалады, бұл құбылысты жыртқыштық деп қарастыру дұрыс емес. Бәсекелестікке алып келетін негізгі нәтиже жаңа популяциялар түзумен аяқталатын бәсекелесуші дараларда белгілердің тарқалуы.

Түрішілік қарым-қатынастар бә­секелесуші ғана емес, сонымен қатар нейтралды немесе түрішілік күресте даралардың бір-біріне көмек беруге негізделген қатынастар түрінде сипатталады. Мысалы, аз санды популяциялар бәсекелесу барысында өздеріне қажетті қорек үшін күреске түспейді және олардың қарым-қатынастарын нейтралды деп қарауға болады. Өзара көмек мысалы ретінде даралардың топ болып тіршілік етуі барысында көруге болады.

Түраралық қарым-қатынастар қауіпті, пайдалы және ешқандай әсерсіз болуы мүмкін. Осыған орай түраралық қатынастардың келесі типтерін бөлуге болады: антибиоз, нейтра­лизм және түрлі симбиоздар.

Антибиоз түраралық қатынастар, мұнда екі түр немесе екеуінің бірі екіншісіне кері әсерін тигізеді. Ан­тибиоз түраралық бәсекелесік, пара­зитизм және жыртқыштық түрінде көрініс береді.

Түраралық бәсекелестік екі ұқсас түрдің тіршілікке қажетті ресурстар үшін күрес формасы. Бәсекелестіктің соңғы сатысы түрлер бір бірлеріне кері әсер етуімен сипатталады. Қажеттіліктері бар екі түрлер бір территорияда кездесіп қалса, ерте не кеш оның біреуі екіншісін шеттетіп тастайды.

Паразитизм бір организм екін­шісін қорек және мекен ету ортасы ретінде пайдаланатын қарым-қатынастардың бір түрі, оны бірден қырып- жоймайды, бірақ зақым келтіреді.

Паразиттер облигатты, өз тірші­лік процесін егесінің денесінен тыс өткізе алушылар және факультативті, белгілі бір мекен ортасында тір­шілік етуге қабілетті организмдер (19.1-кесте).

19.1—кесте

Түрлі түрлер организмдері арасындағы қарым-қатынастың типтері

Популяция санының динамикасы және олардың өзін-өзі реттеуі

Табиғи экожүйелерде популяция саны мен тығыздығының қатынасы туылу мен өлімнің қатынасымен анықталады, оларға биотикалық, абиотикалық факторлар әсер етеді. Миграциялық процестер де белгілі әсер етеді. Оптимум шарттарында популяция ресурстарының өсуі үшін оның өсу жылдамдығы әр уақытта оң мәнге ие, себебі ұрпақтар саны әдетте ата-аналар санынан артық болады. Бұл шарттарда популяция саны орта қайшылығы болмағанда, популяцияның өзінде тұрақты жастық құрылымы байқалады.

Ортаның оптимум шарттарында популяция санының экспоненциалды өсуі барлық тірі организмдерде кездеседі. Популяция жылдамдығының орта қайшылығы болмаған жағдайда өсуінің көрсеткіші биотикалық факторлар деп аталады, бір жұп даралардан алуға болатын ұрпақтардың теориялық мүмкіндігі. Басқаша айтқанда, биотикалық потенциал популяциялардың оптималды орта шарттарында көбеюдің потенциалды күшін сипаттайды. Әдетте ол организмдердің ұйымдасу деңгейі жоғары болады. Мысалы, ашытқы клеткалары өзіне тән биотикалық потенциалдың толық іске асырылуы барысында, бірнеше сағаттар ішінде жер бетінің барлық ауданын игеруге қабілетті болар еді. Ірі организмдерге бұл үшін бірнеше онжылдықтар немесе жүз жылдықтар қажет болар еді. Бірақ биотикалық потенциал организмдермен арнайы жағдайда және тек қысқа уақыт ішінде жүреді. Әдет­те, табиғи шарттарда популяцияның экспоненциалды өсуі орта күресі нәтижесінде тежеліп қалады: тіршілік ресурстарының таусылуы, тіршілік әрекеті өнімдерінің жынақталуы. Егер саны белгілі мөлшерге жеткенде, популяцияның өсуі мүлдем тоқтап қалады.

Орта күресі күшейген сайын, по­пуляция санының динамикалық графигі S-тәрізді қисықпен сипатталады. Популяция даралар құруының саны орта тұрақтылығының бірқалыпта ұстап тұруының шеңберіне ауытқиды, демек белгісіз ұзақ уақыт ішінде даралар максимум сандық мөлшерін ұстап тұру. Популяция санының мүндай ауытқу себебі биотикалық және абиотикалық факторлардың реттелушілік әсері есептеледі.

Абиотикалык факторларың әсе­рі популяция тығыздығына тәуелсіз. Мысалы, суықтың түсуі бір типтегі суқоймаларда маса дернәсілдері (личинкалары) санының төмендеп кетуіне әсер етеді. Ал популяциялар санының ауытқуы айтарлықтай амплитудамен сипатталады. Ол ортамен баланс жоқ популяцияларға тән болады, жеке даму кезеңі кішкентай,тез көбейетін, организмдерге тән болып келеді. Қолайлы ортада мысалы, уақытша су қоймаларда мұндай популяциялар үлкен санға ие болады, соңында бәсекеге қабілетті түрлермен шеттетіледі немесе абиотикалық факторлардың өзгерісі нәтижесінде тіршілігін жояды.

Биотикалық факторлардың популяциялар динамикасына әсері оның тығыздығына байланысты болады. Популяция құраушы даралар саны көп болған сайын, оның санының азаюына әсер ететін механизмдер күшті әсер етеді. Осындай реттеушілік фак­торлардың тұраралық деңгейде әсер етуінің мысалы, популяция санынның өсуіне орай оның жыртқыштарының да артуы саналады. Түрішілік меха­низмдер, популяция санын шектеуші оның дараларының жартысының сандық азаюы салдарынан және көбеюдің өшіп қалуынан шығуы мүмкін. Бұл құбылыс құстар, кеміргіштер, жәндіктер және т.б. популяцияларда байқалады. Тірішілік бәсекелестік кейде қаталдық танытады, мысалы, орманды өз қолымен құрту барысында 1 га шаққанда бірнеше мың жас өсімдіктерден 50-100 жыл шамасында бірнеше жүзі ғана қалады. Биотикалық әсерлерге негізделген популя­ция санының ауытқуы тұрақты популяцияларға тән болып табылады. Бұндай жануарлар популяциясы тепе-теңдік деп аталады. Олардың саны орта тұрақтылығының сақталуына тәуелді, уақытқа сай онша өзгере қоймайды.

Кез келген организмдердің попу­ляция динамикасының саны әр күн сайын онын биотикалық потенциал күйі мен ортаның қайшылықтарымен анықталады, ол түрліше болып түрлене де алады.

Экологиялык жүйелер

Экологиялық жүйе және биегеоценоз түсініктері

«Экологиялык жүйе» терминін 1935 жылы ағылшын ғалымы А. Тэнсли ұсынған болатын. Экологиялык жүйе немесе экожүйе бірге тіршілік ететін организмдер мен олардың тір­шілік ету шарттарының жиынтығы. Экожүйенің негізгі қасиеттері зат айналым немесе энергия айналымдарын іске асырып, қоршаған орта әсерінен өз құрамының тұрақытылығын сақтау. Экожүйе түсінігі түрлі көлемдегі және күрделіліктегі объектілерге тән. Су тамшысы, орман, мұхит, биосфера бұл құрылыстағы белгілі бір мөлшерде зат айналымын жүргізе алатын тірі организмдері бар бел­гілі бір рангтегі экожүйелер. Олардан ірі экожүйелер төменгі рангтегі экожүйелерді қамтиды.

Экожүйеге жақын мағынаны орыс ғалымы В.Н. Сукачевпен ұсынылған «биогеоценоз» терминін айтуға болады. Биогеоценоз — ежелгі қалыптасқан белгілі бір территорияда мекен ететін өзара байланыста түрлі түрлердің кешені. Биогеоценоз кез келген экожүйе сияқты екі өзара байланысты басты компоненттерді қамтиды: биоценоз және биотоп.

Биоценоз — барлық тірі организмдердің жиынтығы: өсімдіктер (фитоценоз), жануарлар (зооценоз), бактериялар (микробоценоз). Биоценоздың түрлік құрамы бірінші кезекте өсімдіктер жамылғысының ерекшеліктеріне байланысты болады. Өсімдіктер әдетте бірінен кейін бірі ярус түрінде орналасады.  Әр ярусқа жануарлардың белгілі түрлері тән. Әдетте топырақта және төменгі яруста гетеротрофтар кездеседі. Өсімдік­тер мен жануарлардың яруста орналасуы биоценоз тұрғындары үшін түрлі экологиялық деңгейлерді құра алады. Фитоценоздардың түрлі ярустарда көрінуін өсімдіктер түрлерінің доминанттылығы деп аталады. Шыршалы орманда доминантты болатын арша, шырша, жасыл мох. Шыршалы ормандарда биоценоз түзу ең бірінші кезекте шыршаға байланысты. Сол себептен шыршаны берілген биоценоздың эдификаторы деп атайды.

Биотоп жер шарының біртипті рельефі, климаты және берілген биоценозбен алынған өзге де абиотикалық факторлардың бірдей учаскесі.

Биогеоценоз — жербетілік экожүйе. Өзге экожүйеден айырмашылығы биогеоценозда негізгі буын ретінде өсімдік қауымдастығы енеді. Осыдан, әр биоценоз бұл экожүйе, бірақ әр экожүйе бұл биогеоценоз емес.

Биогеоценоз бүтіндігі оның құрамына енетін организмдер құрамы мен абиотикалық факторлардың көптеген байланыстарымен құрылады. Қоректік заттарды алу мен оларды қолдану тәсілдеріне көпшілік биогеоценоздарда көзге бірден түсетін тірі организмдер топтарын көруге болады: автотрофты және гетеротрофты. Автотрофтар жай бейорганикалық заттардан органикалық заттарды синтездейді. Гетеротрофтар түзілген органикалық затты пайдалана отырып, бастапқы бейорганикалық күйге айналдырады. Осылайша, биогеоценоздарда заттардың үзіліссіз айналымы жүреді. Бұл принципті іске асыру үшін күн сәулесі энергиясы қолданылады.

Қоректік тізбектер және қоректік (трофикалық) торлар

Зат айналымының жалпы сызбасы карапайым болғанымен, бірақ табиғи жағдайда бұл процесс өте күрделі формаларға ие болады. Гетеротрофты организмдердің бірде-бір түрі өсімдіктердің қолданатын барлық органикалық заттарын ақырғы өнімге дейін қолдана алмайды. Әр түр органикалық заттарының энергиясының тек бір бөлігін ғана қолданылады. Берілген түрге жарамсыз, бірақ энергияға бейорганикалық заттардың қалдықтары өзге организмдермен қолданылады.

Осылайша, биогеоценозда зат айналымы эволюциялық процесс барысында қалыптасқан қоректік немесе трофикалық тізбектер бойынша іске асады, олар өзара байланысты түрлерден тұрады. Трофикалық тізбектердің әр буыны бірдей қоректену типтегі организмдерден кұралады, олар белгілі трофикалық деңгейді құрайды.

Бірінші қоректік тізбекті жай бей­органикалык заттардан органикалық заттар түзуші продуценттер деп аталады. Оларға цианобактериялар және жасыл өсімдіктер жатады, бұл өнімге аз үлесін хемосинтездеуші бактериялар да қосады. Екінші трофикалық тізбекте өсімдікқоректі жануарлар орналасады: бірінші реттегі консументтер. Құрлықта оларға жәндіктер, қосмекенді рептилийлер, құстар жэне сүтқоректілер жатады. Үшінші деңгейді етқоректі жануарлар алады — екінші реттегі консументтер, некрофагтар және паразиттер. Көптеген қоректік тізбектерде төртінші және бесінші буындар да кездеседі, ірі жыртқыштармен сипатталады, олар сәйкес үшінші және төртінші тізбектегі жануарларды қорек ете алады. Мысалы, өсімдік — кеміргіш — түлкі — бүркіт, гүл шырыны — ара — ара жегіш қасқыр — үкі. Қоректік тізбектегі ерекше орынды редуценттер немесе деструкторлар алады, өліп біткен биомассамен немесе қолданылған организмдермен қоректенеді, нәтижесінде оларды минерализациялайды. Негізгі редуценттер болып бактериялар, саңырауқұлақтар саналады. Олар барлық трофикалық деңгейлерден зат және энергияны ассимиляциялайды.

Қоректік тізбектердің негізгі екі түрі бар: жайылымдық және детритті.

Жайылымдық қоректік тізбек­те автотрофтар құрылады, олардың өнімдерінің негізгі бөлігі түрлі рет­тегі консументтермен қолданылады, қоректік тізбектің ары қарай реттілігін түзушілер.

Детритті қоректік тізбектерде, ормандар мен кейбір суқоймалардың экожүйелерінде таралған, өсімдіктердің көпшілік бөлігі өсімдік қоректі жануарлар үлестеріне тимейді, тіршілігін аяқтап, құлап, сапрофагтармен шірітіледі. Нәтижесінде, детрит пайда болады — ұсақ орга­никалык бөлшектер мен бактериялардан тұратын субстрат. Детрит жартылай микроорганизмдермен минералданады, жартылай детритофагтармен сіңіріледі. Сулы ортада оларға құрттар, жәндіктер дернәсілдері (личинкалары), шаянтәрізділер, кейбір балықтар жатады. Детритофагтармен ірі жыртқыш жануарлар қоректенетін ұсақ жыртқыштар қоректенеді. Осылайша, трофикалық тізбек қалыптасады.

Энергия ағынының қоректік тізбектермен байланысы. Экологиялық пирамидалар

Қоректік тізбекті құрайтын құрлық биогеоценоздарының барлық түрлері өсімдіктермен түзген органикалық заттар есебінен тіршілік етеді. Әр қоректік тізбекте организмдер өз денесін құру үшін орта есеппен 10% энергия қолданады, ол алдыңғы қо­ректік тізбекпен келген биомассаға негізделеді. Қалған энергия организмдердің тіршілігін сақтау үшін қолданылады. Сол себептен қоректік тізбектер ұзын бола алмайды. Әдетте олар барлығы бес буыннан ғана тұрады. Қоректік тізбектің негізін құраушы өсімдік биомассасы өсімдік қоректі жануарлардың массасынан артып түседі. Бір қоректік тізбектен екіншісіне көшкендегі энергияның азаюы графикалық түрде пирамидамен сипатталады. Экологиялық пира­мида ережесіне сай, кез келген сатыдағы организмдердегі энергия мөлшері алдыңғы деңгейінен аз болады.

Экологиялық пирамиданың негізгі үш типін ажыратады: энергия, сан және биомассалар пирамидалары.

Энергия пирамидалары уақыт бірлігіне сай аудан бірлігіне тең энергия мөлшерін көрсетеді, мысалы, кДж/ м2. Олар кауымдастықтың функционалды ұйымдастыруына қажетті акпаратты береді.

Сандар пирамидасы әр қоректік тізбек деңгейіндегі даралар саны туралы мәлімет береді.

Биомассалар пирамидасы организмдердің заттық мөлшерінің бір қоректік деңгейден екіншісіне өту барысында өзгерісімен сипатталады.

Экологиялық пирамидалар биогеоценозда жүретін барлық газ алмасу процестері пирамида негізінде орналасқан бір трофикалык тізбек­тен жоғарысына қарай потенциалды энергияның азаюы бағытында жүретініне куәгершілік жасайды, бұл термодинамиканың екінші заңына тура келеді.

Биогеоценозды сипаттаушы көрсеткіштер

Биогеоценоз жағдайын сипаттайтын негізгі көрсеткіштерге түрлік алуантүрлілік, түрлік популяциялар тығыздығы, биомасса және өнімділік жатады.

Түрлік алуантүрлілік — берілген биогеноценозды түзетін өсімдіктер және жануарлар түрінің саны.

Түрлік популяциялар тығыздығы — аудан бірлігіне немесе оның көлеміне жатқызылатын даралар саны (19.1-сурет).

Құрлық және теңіз экожүйелерінің биомассалары

Биомасса — құрамында бүкіл экожүйесі бар органикалық заттардың жиынтығы. Биомассаны әдетте құрғақ заттардың аудан бірлігіне немесе көлеміне шаққанға тең.

Өнімділік биомасса көлемімен өлшенетін биомасса өнімділігінің жылдамдығы, құрғақ масса бірліктерінің аудан бірліктеріне шаққанға тең және екіншілік энергетикалық эквиваленті. Екіншілік және біріншілік биологиялык өнімділікті анықтайды. Бірін­шілік өнімділік деп автотрофтармен белгілі мерзім ішінде жалпы суммарлық өнімділікті айтады. Бірін­шілік өнімділіктің көп бөлігі тыныс алуға жұмсалынады немесе гетеро- трофтармен қолданылады. Қалған бөлігі таза біріншілік биологиялық өнімділік деп аталады. Екіншілік биологиялык өнімділік дегеніміз, гетеротрофтармен белгілі бір уақытта продуценттермен жинақталған заттар мен энергияны қолданудың жалпы суммарлық өнімділігі.

Биогеоценоздар биомассасының көлемі олардың өнімділігіне ғана емес, сонымен қатар организмдер тіршілік етуінің ұзақтығына да тәуелді. Мысалы, орман биогеоценоздарында бірнеше он немесе жүз жыл ішінде жинақталған биомасса біржылдық өнімділіктен әлдеқайда артып түседі. Керісінше, сулы экожүйелерде фитопланктонның біріншілік жылдық өнімділігі оның биомассасынан жүз есеге артып түседі. Өнімділік пен биомасса көлемдері белгілі экожүйелердің зат айналымында рөлін көрсететін көрсеткіштер қызметін атқарады, сол арқылы биосфера тұрақтылығын сақтайды.

Экожүйелердің дамуы

Экожүйелер өзін-өзі реттейтін жүйелер саналады, олар тұрақты күйге ұмтылады, алайда толығымен жетпейді. Бұған орта жағдайларының тұрақсыздығы себеп болады. Осылайша, әр экожүйе дамып, эволюцияланады. Экожүйелердің бағытталған өзгерістері сукцессия деген атауға ие болды. Сукцессия жердің белгілі бір бөлігінде бір биогеоценоздардың өзгелермен алмасуын айтады. Біріншілік және екіншілік сукцессияларды ажыратады.

Біріншілік сукцессиялар тіршілігі жоқ субстраттан басталады. Екіншілік сукцессияның біріншіліктен айырмашылығы олар әдетте бұзылған немесе құлдырай бастаған экожүйенің орнына пайда болады. Мысалы, орманды қырыққан соң, орман өрттері, ауылшаруашылық мақсатта қолданылатын жерлердің өз бетінше өсімдіктермен қаптап өсуі және т.б. Екіншілік сукцессиялар біріншілікке қарағанда жылдам өтеді, себебі кейбір биогенді компоненттер бар ортадан басталады.

Фитоценоздар алмасуынан пайда болған биоценоздың тұрақты күйі климакс деп аталады. Климакстық қоғамда энергия ағымының бірлігі берілген шарттарға максималды био­масса және тұраралық қарым-қатынастардың көп мөлшері тура келеді. Климакстың жүйенің тұрақтылығы сукцессияның аралық этаптарымен салыстырғанда айтарлықтай жоғары, себебі оның компоненттер арасындағы экологиялық қатынас тығыз бо­лады.

Сукцессия кезіндегі негізгі заңдылық олардың кезеңдерінің кезектесуі салдарынан жүреді. Әр кезеңде организмдердің тіршілік әрекетіне орай келесі кезеңдегі экожүйелердің дамуына қажетті қолайлы жағдайлар жасалынады, осылайша сукцессиялық қатарлар құрылады.

Сукцессиялық қатарлардың түрлі кезеңдерінің алмасуынан биогеоценоздың түрлік құрамы өзгеріп, ұзақ тіршілік ететін түрлері бар организмдерден тұратын күрделі қоректік торлар пайда болады, сол арқылы экожүйелердің биомассасы артады. Қоректік торларда топырақтың құнарлығын арттырушы редуценттер саны артып, организмдер экожүйесі мен орта арасындағы баланстық қатынастар орнайды.

Әр табиғи зонаның климакстық экожүйеге арнайы мекен ортасын түзуші түрлер эдификаторлар тән. Сукцессиялық процестердің жылдамдығы эдификатор организмдерінің тіршілік ету ұзақтығына тәуелді. Ұзақ сукцессиялар орманда, ал баяулары дала зоналарының экожүйелері ал өте жылдамы су экожүйелерінде кездеседі.

Агроценоздар

Агроценоз ауылшаруашылық өсімдіктерінің адамның қажеттілігі барысында егілетін өсімдіктер қауымдастығы. Басты экологиялык фактор адам саналады. Оларға сонымен қатар, қала экожүйелері жатады. Қазіргі уақытта ортаға антропогендік әсер етуге байланысты антропоэкожүйелер биосфераның үлкен бөлігін қамтуда.

Табиғи экожүйелерден антропоценоздар өте төменгі экологиялық тұрақтылығымен сипатталады, ол олардың келесі ерекшеліктеріне негізделген:

1. Агроценоздардың тіршілік етуі үшін күн энергиясынан басқа топрақты өңдеу, топыраққа тыңайтқыштар ендіру, тыңайту, сондай-ақ тағы да басқа энергия жұмсаулары керек.
2. Агроценоздардың айтарлықтай ресурстарының көп бөлігі арнайы егілетін егістіктерге жатады, нәтижесінде олардағы заттар айналымы тұйықталады.
3. Агроценоздардың түрлік құрамы өте кедей. Өсімдіктердің тек 5 түрі бидай, күріш, жүгері, соя және қант қамысы адаммен қолданылатын қоректің 80%-ын береді. Әдетте оларды монокультура түрінде өсіреді. Оларға табиғи кедергілер арамшөптер болады, жануарлардан ауылшаруашылық өсімдіктерінің зиянкестері де жатады.
4. Үй өсімдіктері мен жануарларының доминантты агроценоздары олардың максималды өнім алуына бағытталған қолдан сұрыптаумен басқарылады. Табиғи биогеоценоздарда түрлердің өзара және қоршаған ортаның өзгерістеріне бейімделу мақсатында табиғи сұрыптау әрекет етеді.

Агроценоздардың пайда болуы адамның жан жақты әрекет етуінен жүреді. Көпшілік агроценоздарды экожүйе ретінде қарауға болмайды, себебі олар өзін өзі қалпына келтіруге қабілетсіз және адамның үнемі әсер етуі кезінде ғана әрекет ете алады. Экожүйе қасиеттері ұзак өмір сүретін орман өсімдіктерінен құралған агроценоздарға тән.