Конспектісі «Экология»
Экожүйелердегі энергия. Экожүйелердегі заттар мен энергиялардың ағыны. Линдеман ережесі. Өнімділік тұжырымдамасы
жүктеу/скачать 1,1 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Термодинамиканың бірінші заңы
| 4.3 Экожүйелердегі энергия. Экожүйелердегі заттар мен энергиялардың ағыны. Линдеман ережесі. Өнімділік тұжырымдамасы
Энергия қасиеті термодинамиканың бірінші және екінші заңдарымен анықталады. Термодинамиканың бірінші заңы: энергия бір түрден басқа түрге ауыса алады – ол жоғалмайды және қайтадан пайда болмайды. Термодинамиканың екінші заңы: энергияның кейбір бөлігі әрқашан пайдалануға қиын түрде – жылулық энергия түрінде бытырайды, кинетикалық энергияның (мысалы, жарықтың) потенциалдық энергияға (мысалы, химиялық қосылыстар энергиясы) өздігінен түрленудің тиімділігі үнемі 100% төмен. Экожүйеге сырттан келетін энергияның мөлшері экожүйеден шығатын және экожүйеде қалатын энергияның қосындысына тең. Энергияны тасымалдау процесінің тиімділігі ешқашан 100% жетпейді, өйткені энергияның бір бөлігі жылу түрінде жойылады. Жылулық энергия ешқашан пайдалы жұмысқа түрленбейтіні белгілі. Сол сияқты тірі жүйелердегі азық түрінде түскен жоғары энергетикалық қосылыстардың ыдырау процесі нәтижесінде бөлінетін энергияның барлығы басқа реакцияларда пайдаланылмайды, өйткені оның бір бөлігі үнемі жылуға айналады. Неге біз азық тізбегінің жоғарғы сатысында организмдердің өте аз санын көреміз? Міне, оның себебі осында. Азық тізбегі бойынша әр өрлеу кезеңінде энергияның жоғалуы жоғарғы сатыларда организмдердің тек аз саны болу себебіне алып келеді. Жылу түрінде бөлінетін энергияның көлемі энергияны азық тізбегі бойынша тасымалдау кезінде сыртқы көздің есебінен толықтырылады (мысалы, күн энергиясы). Қазіргі уақытта заттардың ретті айналымы түсінігі қалыптасты, соған сәйкес термодинамиканың заңдары бойынша энергия ағыны бар ашық жүйелерде энергияны тасымалдайтын циклдар түріндегі динамикалық құрылымдар еріксіз пайда болады. Биосферадағы органикалық заттың ыдырау және синтез циклі биотикалық айналым деп аталады. Организмдердің, экожүйелер мен түгелдей биосфераның маңызды термодинамикалық сипаттамасы – ішкі реттіліктің жоғары дәрежесін қалыптастыру мен ұстап тұру қабілеттілігі. Биосферадағы энергияның көзі күн энергиясының ағыны L болып табылады. Оның көп бөлігі (Lu) жылу түрінде ыдырайды. Энергияның өсімдіктермен тиімді игерілген бөлігі (La) фотосинтез процесінде көмірсутектер мен басқа органикалық заттардың химиялық байланыс энергиясына Pg түрленеді. Бұл экожүйенің жалпы алғашқы өнімі (ЖБӨ, брутто-өнім). Оның заттарының бір бөлігі өсімдіктің тыныс алу процесі кезінде тотығады және R энергияны босатады, ол өсімдіктерде өтетін басқа биохимиялық процестерде пайдаланылады және нәтижесінде жылу түрінде ыдырайды. Жаңадан пайда болған органикалық заттардың қалған бөлігі өсімдік биомассасының көбеюіне ∆B=Pn себеп болады – экожүйенің таза алғашқы өнімі (ТБӨ, нетто-өнім): Pn=Pg-R. Таза өнімнің жалпыға қатынасы, яғни фотосинтез тиімділігінің коэффициенті (Кэфф.=Pn/Pg) өсімдіктің түріне байланысты болады. Ол тез өсетін бір жылдық шөптерде жоғары болады (0,7-ден 0,85-ке дейін), ал ылғал тропикалық орманда төмен (0,2...0,3), өйткені мұндағы өсімдіктердің тыныс алуы өте қарқынды. Түрлі экожүйелердің маңызды сипаттамалары өнімділік коэффициенттері болып табылады, яғни өнімнің биомассаға қатынасы: Pg/B және Pn/B. Олар өмір сүру ұзақтығы қысқа ұсақ организмдердің қауымдастығында (планктон, бір жылдық шөп) үнемі жоғары болады Биомасса өсімі пайдаланылады: бір бөлігі фитофагтармен қолданылып, қалған бөлігі сапрофагтар мен редуценттермен қолданылады. Фитофагтар мен басқа жануарлар қоректенеді, көбейеді, өседі және де өнім береді. Бұл экожүйенің қосымша өнімі. Ол биомассамен ғана емес, жануарлардың тіршілік әрекеттерінің кейбір өнімдерімен (төл, жұмыртқа, жібек, бал, жүн, сүт, балауыз) түзіледі. Тұрақты экожүйенің қосынды биомассасы салыстырмалы түрден тұрады. Бір трофикалық деңгейден басқасына өткен кезде қолжетімді энергияның бір бөлігі (Nu) қабылданбайды, бір бөлігі экскремент, жылу түрінде беріледі (Na), ал бір бөлігі тыныс алуға (R) жұмсалады. Орта есеппен, бір трофикалық деңгейден басқасына өткен кезде жалпы энергия реттілікке қарай төмендейді. Бұл заңдылық Р.Линдеманның энергия пирамидасының ережесі (1942ж.) немесе он пайыз ережесі деп аталады. Азық тізбегі неғұрлым ұзын болғанымен оның аяғындағы қолжетімді энергия соғұрлым аз қалады. Сондықтан трофикалық деңгейлердің саны ешқашан үлкен болмайды. Түгелдей биосфера үшін алғашқы өнімнің пайдаланылуға мүмкін бөлігі (жоғары ретті консументтер деңгейінде) бір пайыздан аспайды. Бұл заңдылық Р.Линдеманның он пайыз ережесі деп аталады. Экологияда тірі организмдер түзетін органикалық заттарды өнім деп атайды, ал органиканы түзу қабілетті, нақтырақ органиканың түзілу жылдамдығын – өнімділік деп атайды. Өнімділік түсінігі жеке дараға, сонымен бірге, популяцияға және түтастай экожүйеге қатысты. Өнімділік бірлік уақытындағы (сағат, тәулік, жыл) бірлік ауданмен (шаршы метр, гектар) немесе көлеммен (сулы экожүйелерде) өлшенеді және экожүйенің өнімділігін сипаттайды. Жалпы және таза, бірінші және екінші ретті өнімділіктер ажыратылады. Өсімдіктердің өнімін бірінші ретті деп, ал жануарлардың өнімділігін – екінші ретті деп атайды. Бірінші және екінші ретті өнімділікте жалпы және таза өнімділікті ажыратады. Жалпы өнімділік – бұл өз қажеттіліктеріне кеткен шығындарды ескергендегі органикалық заттардың түзілу жылдамдығы, ал таза өнімділік – бұл өз қажеттіліктеріне кеткен шығындарды шегергендегі органикалық заттардың түзілу жылдамдығы. Өз қажеттіліктеріне кеткен энергетикалық шығындар тыныс алуға кеткен шығын, сонымен қатар, (аз деңгейде) организм тінін жасауға кеткен шығын деп аталатын метаболизмдік процестерді қолдауымен байланысты, бір бөлігі экскременттермен бөлінеді. Өніммен бірге организмнің, организм топтарының немесе тұтастай экожүйенің биомассасын ажыратады. Ол дегеніміз қандай период ішінде түзіліп немесе жинақталу тәуелділігінен тыс экожүйедегі немесе оның элементтерінде болатын барлық тірі органикалық масса. Биомасса және өнім (өнімділік), әдетте, абсолютті құрғақ салмақ арқылы есептеледі. Экожүйенің өнімі мен биомассасы – бұл тамаққа пайдаланатын немесе түрлі шикізат түрінде (техникалық, отын және т.б.) қолданылатын ресурс қана емес. Бұл көрсеткіштерден тікелей тәуелділікте экожүйенің орта түзуші және орта тұрақтаушы ролі болады. жүктеу/скачать 1,1 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|