Шикізат азық түлік энергия проблемалары

Экожүйедегі энергия. Жоғарыда келтірілгендей биоценоздағы организмдер арасында тұрақты қоректік байланыстар қалыптасқан. Осы қатынастар белгілі бір организімдердің тобын біріктіріп отырады. Ол қоректік тізбектер бірнеше қүрамдас бөліктерден тұруы мүмкін. Ол үш бөлімнен түрады.
Біріншісі - продуценттер немесе өндірушілер. Бүнда автотрфты жасыл өсімдіктер органикалық заттар түзІп, алғашқы биологиялық өнімділікті түзеді және күн энергиясын жұмсайды (сіңіреді).
Екінші- консументтер, бүган жануарлар жатады.
Үшіншісі-редуценттер немесе қайта қалпына келтірушілер. Оларға микроорганизмдер жатады. Олардың ролі ерекше. Яғни, заттарды ыдыратып қайта қалпына келтіріп зат айналымын жалғастырып отырады.
Әрбір қоректік тізбектің қатарында белгілі бір трофикалық деңгей қалыптасады. Ол өзіне өтетін зат жэне энергия ағымының активтілігімен сипатталады. Мэселен, жасыл өсімдіктер - бірінші трофикалық деңгейді түзсе, фитофагтар - екінші, ал жануарлар тектес қоректілер - үшінші, т.б жалғаса береді.
Барлық қоректік тізбектер бір - бірімен байланысты жэне тэуелді болып отырады. Әрбір деңгейден екінші, үшіншіге өткен сайын зат немесе энергия беру жүзеге асады. Осының бэрі биоценоздағы қоректі тізбектің күрделілігін жэне біртүтас жүйе ретінде әрекет ететіндігін көрсетеді.

Зат және энергия ағымы. В.И. Вернадскийдің биосферадағы тіршіліктің тұрақты дамуы ондағы тірі заттардың (биогенді) табиғаттағы үздіксіз айналымы жемісінің нэтижесі екенін айтқан болатын. Өйткені, тірі заттардың элементтері қоршаған табиғи ортаға түсіп, одан соң тірі организмдер арқылы қаитадан айналымға ауысатыны белгілі. Осылайша эрбір элемент тірі организмдерді элде неше рет пайдаланып отырады. Соның нэтижесінде жер бетінде тіршіліктің дамуы үнемі даму үстінде жүзеге асырып, биоценоздағы биогенді айналымды жүзеге асырады. Бірақ та, заттардың биогенді айналымын абсолютті түрғыда деп түсінбеу керек. Себебі, айналымдағы заттар бір торфикалық деңгейден екіншісіне өткен кезде элсін-әлсін зат айналымына түсіп үздіксіз қайталанып отырады. Нэтижесінде жер шарьгада органикалық заттардың қоры (торф, көмір, мұнай, газ, жаңғыш сланц) жинақталады. Бұл қорлар да өз кезегінде жұмсалып, қайтадан айналымға түсіп, зат айналымьшың үздіксіз (шексіз) процесін жалғастьфып жатады.
Биогенді айналымның негізгі көзі жер бетінде жасыл өсімдіктердің пайда болып фотосинтез құбылысы басталғаннан бастау алады. Мэселен, атмосферадағы барлық оттегі тірі организмдер арқылы (тыныс алу т.б) 2000, көмір қышқыл газы керісінше 300, ауысу 2 000 000 жылда бір рет өтіп отыратыны дэлелденген.
Деседе, жоғакрыдағы элемдік биологиялық айналым үшін ауадай қажет. Оның негізгі көзі автотрофты (жасыл өсімдіктер) организмдер сіңіретін күн радиациясы. Күн энергиясы биоценозда үнемі эрекет етеді. Күн энергиясыньщ зат айналымының ерекшелігі сол, ол үнемі жұмсалып отырады, ал зат айналымы тек бір деңгейден екінші деңгейге ауысып отыратыны белгілі. Мәселен, күн энергиясының 30% атмосферада сейілсе, 20% атмосфера қабатында сіңіріледі де, ал 50% қүрылық жэне мүхиттар бетіне жылу ретінде сіңІріледі. Тек қана күн энергиясының 0,1 -0,2% ғана биосфера шегіндегі жасыл өсімдіктер үлесіне тиіп, элемдік зат айналымын қамтамасыз етіп отырады. Оның жартысы фотосинтез

порцесі кезінде өсімдіктердің тыныс алуына жұмсалып, ал қалған бөлігі қоректік тізбектің желісіне түседі.
Экологиядағы жүйедегі энергия.
Энергия эрқашан белгілі біржұмысты орындауға, немесе қозғаушы күш ретінде пайдаланылады.
Термодинамиканың (жылулық қозғалыстық дененің физикалық қасиеттеріне тигізетін эсерін зерттейтін бөлім) бірінші (немесе энергияның сақталу) заңы энергия жоғалмайды немесе жаңадан пайда болмайды, тек басқа үрге өзгертуге болмайды дейді. Мысалы энергияның бір түрі болып табылатын сэулені (жарықты) жылулыққа өзгертуге, жұмыс істейтін күш ретінде пайдалануға, организмдерге қорек болатын энергия түріне айналдыруға болады. Сәуленің бастапқы энергиясы жоғалмай тек басқа түрдегі энергияға айналады.
Термодинамиканың екінші заңы немесе энтропия - (Епіхоріа -гректің өзгеру, бұрылу деген сөзі) заңы энергиясының бэрі жылулық энергиясына айналмайды, бір бөлігі үнемІ шашырап кетеді дейді. Сондықтан кинетикалық энергияның өздігінен потенциялды энергияға өзгеруі коэффициенті эрқашан 1 ден кем болады.
Заттың молекуладан, молекулалық атомдардан түратыны физикадан белгілі. Молекулалар (атомдар) аралығында бос кеңістіктер болады, онда атомдар үздіксіз жэне ретсіз қимылдар жасап жатады. Оның себебі, молекулалар құрамында дұрыс жэне теріс зарядтардың болуында, бір түрлі (дұрыс не теріс) зарядтар кері тебетін, әртүрлі (дұрыс жэне теріс) өзіне тартатын болатындықтан молекулалар (атомдар) қимылы үздіксіз әрі ретсіз (шым-шытырық) болады. Осы қимылдар кезінде атомдар мен молекулалардың жылуы да осы кеңістікке тарайды. Осылай тараған жылуды кинетикалық энергия деп атайды. Кинетикалық энергия барлық заттарда бар бар. Егер заттың жылуы көп болса молекула (атом) шапшаң қимылдап кинетикалық энергияны көп тартады, керісінше зат салқын болса қимылдар бояулап, кинетикалық энергия да азаяды.

Молекула құрамындағы өзіне тартып және кері тебу қимылдары жұмсалатын күшті потенция^пды энергия деп атайды.
Тұрақты кинетикалық энергия ең аз потенциялды энергиядан кем болса (Ет^рақтыПаза), онда зат газ түрінде болады.
Зат бөліктерінің кинетикалық жэне потенциялды энергияларьшың жиынтығы осы заттың ішкі энергиясы деп атайды.
Сонымен, термодинамиканың екінші заңы өздігінен, кинетикалық энергия түгелдей потенциялды энергияға айналмайтын, ол энергияның бір бөлІгі шашырап, жылу ретінде пайдаға аспайтынын дәлелдейді.
Мысалы, күн сэулесінің табиғи ортаға шашыраған энергиясын емен ағаштың жапырағы қалай пайдаланатынын N2 суреттен^өруғе көруге болады.
Қоршаған ортаға шашыраған күн сэулесінің тек 2 процентін ғана емен ағаштың жапырағы пайдаланып, өсімдік қантына айналдырады, ал қалған 98 проценті жылу ретінде ортаға тарап кететінін көреміз.
Сонымен термодинамиканың бірінші заңын мынандай формула арқылы жазуға болады. А=Б+В. Мұнда А-күн сэулесі, шашыраған энергия түрі, Б-жылу, өсімдіктер пайдаланбай қоршаған ортаға шашырап кеткен энергия; В-өнім, (жапырақ) өндіруге жұмсалған энергия (жинақталған түрі).
Термодинамиканың екінші заңы мынадай формуламен жазылады А>В. Басқаша айтқанда, жинақталған энергия (В) әрқашан күн сэулесіне шашыраған энергиядан (А) аз болады.
Осы күнге дейін энергия туралы сөз болса алдымен алдымен электр энергиясы, мұнай, тас көмір, газ, отындық, ағаш еске түседі. Дұрысында экологиялық жүйдегі энергияның негізгі көзі, эрине, күн

сэулесі. Бұл энергияны көбіне өсімдіктер пайдаланып, адамдар өте аз қолданғандықтан ескеріле бермейді.
Минөт сайын 1 см жер бетіне 2 каллориялық, күші бар күн сэулесі бағытталады. Жаздың бүлтсыз ашық күндері түс мезгІліне аспандағы аудан өтіп жер бетіне 1,34 калориясы жетеді, ал бүлттан, судан өткен сэуленің қуаты 0,4-0,5 калория болады.
Полярлық жэне тропиктік аймақтарды есептемей, тек қоңыржай белдеуді алатын болсақ 1 м2 жер бетіне түсетін күн сэулесінің қуаты тэулігіне 3000 - 4000 калория, жылына 1,1-1,5 миллион калория, ал 1 гектар жерге орта есеппен жылына 10 миллиард килокалория болады. Осынша энергияның 30 проценті жер бетінен кері теуіп атмосфераға тараса, 45 проценті жылуға айналып, 23 проценті жауын-шашын болуына, судың булануына, 0,2 проценті жел, дауыл, су ағыстарына кетіп, тек 0,8 проценті ғана фотосинтез процесіне жұмсалады. (фотосинтез деп жоғары сатыдағы жасыл өсімдіктердің хлорофилл жэне басқа да фотосинтездік пигменттер арқылы сэулесі энергиясын сіңіру нәтижесінде организмдердің тіршілік қажетіне керек күрделі органикалық заттар шығаруды айтады).
Мэшине өнім шығарған сияқты өсімдік организмдер де өнім береді. Экологиялық жүйе немесе биосфераның энергиясы дегенде осы фотосинтез процесі арқылы қос тотық көміртектІ қалпына келтіруді айтады.
Егістік жерден алған астық, шабындық пен жайылымдағы шөптер ормандарда, бау-бақшаларда, қаладағы парктерде өскен ағаш ағаштар өсімдік организімдердің күн сэулесін фотосинтез арқылы сіңіру нәтижесінде шығарған өнімдер болып табылады. Бір гектар егістік жер жылына орта есеппен 10 тонна (құрғақ зат салмағы) өнім берсе ол 50 миллион килокалорияа тең болады. Жоғарыда айтқандай, бір гектар жерге түскен 10 миллиард килокалорияның берген өнімі егістікке 1

процент, жапырақты орманда 0,5 процент ғана болғаны. Әрине бұл өте төмен көрсеткіш.
Адамзат алдында тұрған міндеттердің бірі-күн сэулесін пайдалануды
3-4 есе көбейтіп, астық, басқа да азық-түлік түрлерін өндіруді арттырып қазіргі ашаршылықтан құтылу.
Өсімдіктердің өсуіне қолайлы жағдай жасап, оларға қажетті көмір қышқыл газдың мөлшерін өзгертіп алынатын өнімді көбейтуге күн сэулесін пайдалану коэффицентін көтеруге болар еді. Гендарын сұрыптау нәтижесінде қазірдің өзінде күн сэулесін 205 30 процент пайдаланатын балдырлар (хлореллалар) түрлері бар.
Өкінішке орай, өскен өсімдіктердің бәрін бірдей жануарлар жемейді, ішінен керегін, үнатқанын алады да, қалғаны іске аспай қала береді. Сөйтіп тағы біраз энергия пайдаға аспайды.
Жануарлар пайдаланған энергияның 80-90 процентін дем (тыныс) алуға, жылынуға, өмір сүруге, тек 5-10 прцентін жаңа өнім өндіруге ж^мсайды. Сөйтіп бұл жолы да энергияның көбі өнім шығару үшін емес, өмір сүру үшін жұмсалады.
Бірнеше авторлар дүние жүзі өсімдіктері беретін өнім мөлшерін білу үшін зерттеулер жүргізуде. Олардың есебі бойынша құрылықта орналасқан барлық экологиялық жүйелер жылына 30 миллиард тонна шамасында органикалық материалдар өнімін беретін көрінеді. Оны төмендегі кестеден көруге болады.
Теңіздер мен мұхиттардың көлемі құрылықтан екі есе үлкен болғанмен олардыңжыл сайын беретін органикалық материалдар өнімі де осы мөлшерде - 30 миллиард тоннаға жуық.
Сонымен құрьілық пен судан өсімдіктер жылына 60 миллиард тонна өнім берсе, оның тең жартысы органникалық заттардың ең маңызды бөлігі болып саналатын химиялық элемент — көміртек (С) болады.

Биосфераның жоғарыда көрсетілген энергия қоры адамдар мен жануарлардың қажетін толық өтеуге жетер еді. Бірақ, адамдар мен жануарлар, егістік жерлер мен ормандар жер бетінде бірдей орналаспаған. Бір жерде кісілер көп тұрса, ондағы органикалық материалдар өнІмі аз, екінші жерде өнім көп болса, онда кісілер аз түрады. Қазіргі кезде адамдарды энергетикалық құатпен қамтамасыз етудің қиындығы міне осында.
Энергүия құаты эуелі өсімдіктерден бастальш, оларды жейтін жануарлар арқылы адамдарға жетеді. Мұны табиғаттың қоректік тізбегі деп атайды. Бұл тізбектің эр сатысында энергияның басым көпшілігі (80-90 процентке дейін) организмдердің өмір сүру қажетіне жұмсалатын болғандықтан қоректік тізбек сатылып көп болған сайын энергияның шығын, көбейіп, пайдасы азаяды. Егер сатылар қысқа болса, онда шығын азайып тікелей пайдалануға мүмкіндік туады. Қоректік тізбектің негізгі екі түрі болады:
Бірінші- жайылымдық қоректік тізбек. Ол жасыл өсімдіктерден басталып, шөппен қоректенетін жануарларға ақыры олармен қоректенетін жыртқыштарға жетеді.
Екінші- детрит қоректік тізбек. Ылай балшықта немесе қара шіріндіден басталып өте ұсақ көзге ілінбейтін организмдерден өтіп, олармен қоркетенетін жәндіктерге, ақыры оларды жейтін жануарларына жетеді. Қоректік тізбектер бір-бірінен бөлек тұрған дүние емес, азара тығыз байланысы бар, жалпы саны бірнеше мыңнан асады. Қоректік тізбектің жұрттың бэрі біледі, күнде көріп жүр. Мысалға судағы фитопланктер мен зоопланктан қоректенсе оны балық жейді ал балықты адамдар тамақ ретінде пайдаланады. Күн сәулесі энергиясын пайдаланып өскен шөпті мал жесе, малды адам жейді. Ең қысқа қоректік тізбек ретінде астық-адам тізбегін айтуға болар еді.....