ستتعرف في هذا الدرس على
تشير دورة المغذيات إلى حركة وتبادل المواد العضوية وغير العضوية في إنتاج المادة الحية. يتم تنظيم العملية من خلال مسارات شبكة الغذاء التي تحلل المواد العضوية إلى مغذيات غير عضوية. تحدث دورات المغذيات داخل النظم البيئية.
تسمى دورات المغذيات في الطبيعة الدورات البيوجيوكيميائية لأن العناصر تتحرك بشكل دوري من البيئة إلى الكائنات الحية والعودة إلى البيئة.
توضح النظم البيئية إعادة التدوير ذات الحلقة المغلقة حيث يتجاوز الطلب على العناصر الغذائية التي تزيد من نمو الكتلة الحيوية العرض في هذا النظام. توجد اختلافات إقليمية ومكانية في معدلات النمو وتبادل المواد ، حيث يمكن أن تكون بعض النظم البيئية في ديون مغذيات (بالوعات) وأن يكون للبعض الآخر إمداد إضافي (مصادر). هذه الاختلافات ناتجة عن التاريخ الجيولوجي والتضاريس.
في شبكة الغذاء ، يتم تعريف الحلقة أو الدورة على أنها تسلسل موجه لواحد أو أكثر من الروابط التي تبدأ من نفس النوع وتنتهي عنده. على سبيل المثال ، في المحيط ، يتم استغلال البكتيريا من قبل الكائنات الأولية مثل السوطيات الدقيقة غير المتجانسة والتي يتم استغلالها بعد ذلك من قبل الشركات العملاقة. يتبع نشاط الرعي هذا إفراز المواد التي تستخدمها البكتيريا بعد ذلك بحيث يكون تشغيل النظام عبارة عن دائرة مغلقة.
يعد الهضم الأنزيمي للسليلوز مثالاً على إعادة التدوير البيئي. السليلوز ، وهو من أكثر المركبات العضوية وفرة على وجه الأرض ، هو عديد السكاريد الرئيسي في النباتات حيث يشكل جدران الخلايا. تشارك الإنزيمات التي تحلل السليلوز في إعادة التدوير البيئي للمواد النباتية الطبيعية. قد يكون للأنظمة البيئية المختلفة معدلات مختلفة لإعادة تدوير القمامة.
يتم إعادة تدوير العناصر الكيميائية باستمرار بعد استخدامها على النحو التالي:
كل عنصر له دورة المغذيات الخاصة به وكل دورة لها مسار فريد يتضمن الخزانات ، وأحواض التبادل ، وأوقات الإقامة.
الخزان - منطقة يكون فيها العنصر في أعلى تركيز له ويتم الاحتفاظ به وتخزينه لبعض الوقت. على سبيل المثال ، يعتبر الفحم أو الوقود الأحفوري مستودعات للكربون.
تجمعات التبادل - عندما يتم الاحتفاظ بالعناصر لفترات قصيرة من الوقت. على سبيل المثال ، تستخدم النباتات والحيوانات هذه العناصر في أنظمتها مؤقتًا وتعيد إطلاقها في البيئة.
وقت الإقامة - مقدار الوقت الذي يتم فيه الاحتفاظ بالعنصر في مكان ما.
تتدفق الطاقة بشكل مباشر عبر النظم البيئية للأرض ، وعادة ما تدخل في شكل ضوء الشمس وتخرج في شكل حرارة. ومع ذلك ، فإن المكونات الكيميائية التي تتكون منها الكائنات الحية مختلفة: يتم إعادة تدويرها.
يعد ثاني أكسيد الكربون والميثان أمثلة على مركبات الكربون التي تدور في الغلاف الجوي وتؤثر على المناخات العالمية. من خلال عمليات التمثيل الضوئي والتنفس ، يتم أيضًا تداول الكربون بين الكائنات الحية والمكونات غير الحية في النظام البيئي.
دورة الكربون "السريعة" هي حركة الكربون من خلال المكونات الحيوية في البيئة. النباتات والكائنات الحية الأخرى القادرة على التمثيل الضوئي ، تحصل على ثاني أكسيد الكربون من بيئتها وتستخدمه في بناء المواد البيولوجية. النباتات والحيوانات والمحللات مثل البكتيريا والفطريات تعيد ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي عن طريق التنفس.
تشكل حركة الكربون عبر العناصر غير الحيوية في البيئة مثل الصخور والتربة والمحيطات دورة الكربون البطيئة. يمكن أن يستغرق انتقال الكربون عبر هذه العناصر اللاأحيائية ما يصل إلى 200 مليون سنة.
نظرًا لأن الكائنات الحية مثل البكتيريا المثبتة للنيتروجين تستخدم النيتروجين لتجميع الجزيئات البيولوجية اللازمة للبقاء على قيد الحياة ، يجب أولاً تحويل النيتروجين في الغلاف الجوي إلى الأمونيا عن طريق البكتيريا المثبتة للنيتروجين في البيئات المائية والتربة. ثم يتم تحويل الأمونيا إلى نتريت ونترات بواسطة البكتيريا. تحصل النباتات على النيتروجين من التربة عن طريق امتصاص الأمونيوم (NH4-) والنترات من خلال جذورها. ثم يتم استخدام النترات والأمونيوم لإنتاج مركبات عضوية. ثم تستهلك الحيوانات النباتات وبالتالي تحصل على النيتروجين في المركبات العضوية. ثم يتم تمرير النيتروجين في الشكل العضوي إلى أسفل السلسلة الغذائية عندما تأكل الحيوانات الأخرى هذه الحيوانات. ثم تقوم أجهزة التحلل بإعادة الأمونيا إلى التربة عن طريق تحلل النفايات الصلبة والمواد الميتة أو المتحللة. تحول البكتيريا الآزوتية الأمونيا إلى نتريت ونترات. تقوم البكتيريا التي تزيل النتروجين بعد ذلك بتحويل النتريت والنترات إلى نيتروجين ، وإطلاق النيتروجين مرة أخرى في الغلاف الجوي.
يعد الفوسفور من العناصر الغذائية الأساسية اللازمة لنمو النبات والحيوانات أيضًا. له دور حيوي في تطوير الخلايا وهو مكون رئيسي للجزيئات التي تخزن الطاقة مثل الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) وحمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) والدهون.
الصخور عند ملامستها لمياه الأمطار تطلق أيونات الفوسفات والمعادن الأخرى بمرور الوقت. ثم يتم توزيع هذا الفوسفات غير العضوي في التربة والمياه. ثم تمتص النباتات الفوسفات غير العضوي من التربة ، ومن ثم يمكن للحيوانات أن تستهلك هذه النباتات. يتم بعد ذلك دمج الفوسفات في الجزيئات العضوية مثل الحمض النووي ، وعندما تموت النباتات أو الحيوانات وتتحلل ، يتم إرجاع الفوسفات العضوي إلى التربة. ثم تقوم البكتيريا الموجودة في التربة بتفكيك المادة العضوية إلى أشكال من الفوسفات تمتصها النباتات. إنها أيضًا عملية تسمى التمعدن. يمكن أن ينتهي الفسفور الموجود في التربة في المجاري المائية والمحيطات ويمكن دمجه في الرواسب بمرور الوقت.
الكبريت مادة صلبة في شكلها الطبيعي وفي هذا الشكل ؛ يقتصر على الدورة الرسوبية. يمكن نقله عن طريق العمليات الفيزيائية مثل الرياح والتعرية بالمياه والأحداث الجيولوجية مثل الانفجارات البركانية. يمكن أيضًا نقله عن طريق المحيط والغلاف الجوي والأرض والعودة إلى المحيطات من خلال مركباته مثل ثاني أكسيد الكبريت وحمض الكبريتيك وأملاح الكبريتات أو الكبريت العضوي عن طريق الأمطار والأنهار.
تلعب كل من النباتات والحيوانات دورًا في تدوير الأكسجين عبر الغلاف الجوي. كما تعلم ، فإن الأكسجين مهم للعديد من الحيوانات ، بما في ذلك البشر. نتنفس الأكسجين ، وتستخدمه أجسامنا لتوليد الطاقة خلال عملية تسمى التنفس الخلوي. تطلق هذه العملية ثاني أكسيد الكربون كمنتج نفايات ، وهو ما نتنفسه. تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي ، حيث تصنع الطعام والأكسجين. يتم إطلاق الأكسجين ، وتبدأ الدورة مرة أخرى.
أهم معيار للحياة هو الماء. مثل دورة الكربون ، فإن دورة الماء هي عملية نقل الماء بين الكائنات الحية والأرض والغلاف الجوي. يتبخر الماء من المسطحات المائية على الأرض ، مثل البحيرات والأنهار والمحيطات. يتكثف بخار الماء في السحب ويشكل ترسبًا يعيد الماء إلى الأرض. على الأرض ، تعود بعض المياه إلى البحيرات والمحيطات التي نشأت منها ، وبعضها يمتص في الأرض ، مكونًا المياه الجوفية. الكائنات الحية ، مثل النباتات والحيوانات ، تستهلك الماء. يتبخر الماء مرة أخرى ، ويستمر في الدورة.
يجادل بعض العلماء بأن النظام البيئي قادر على إعادة التدوير بالكامل. إعادة التدوير الكامل لها معنى أن 100 ٪ من مواد النفايات يمكن إعادة تكوينها إلى أجل غير مسمى. يعارض علماء آخرون هذه الفكرة ، مدعين أن إعادة التدوير الكاملة غير ممكنة للنفايات التكنولوجية.
إعادة التدوير البيئي شائع جدًا في الزراعة العضوية. المزارع العضوية التي تجري إعادة تدوير النظام البيئي تدعم المزيد من الأنواع ، وبالتالي ، لها بنية مختلفة لشبكة الغذاء. يلتزم نموذج زراعة إعادة التدوير البيئي بالمبادئ التالية:
1. تحويل المادة من شكل إلى آخر - تسمح دورات المغذيات بتحويل المادة إلى أشكال محددة مختلفة تمكن من استخدام هذا العنصر في كائنات مختلفة.
2. نقل العناصر من موقع إلى آخر - تسمح دورات المغذيات بنقل العناصر من موقع إلى آخر. تتركز بعض العناصر بشكل كبير في المناطق التي يتعذر الوصول إليها من قبل معظم الكائنات الحية ، مثل النيتروجين في الغلاف الجوي. تسمح دورات المغذيات بنقل هذه العناصر إلى مواقع يسهل الوصول إليها مثل التربة.
3. عمل النظم الإيكولوجية - دورات المغذيات تساعد على عمل النظم الإيكولوجية. النظام البيئي ، الذي يتطلب حالة التوازن لتعمل بشكل صحيح ، يستعيد حالة التوازن من خلال دورات المغذيات.
4. تخزين العناصر - دورات المغذيات تسهل تخزين العناصر. يتم تخزين العناصر التي يتم نقلها من خلال دورات المغذيات في مستودعاتها الطبيعية ويتم إطلاقها في الكائنات الحية بكميات صغيرة قابلة للاستهلاك.
5. ربط الكائنات الحية وغير الحية - دورات المغذيات تربط الكائنات الحية بالكائنات الحية ، والكائنات الحية مع الكائنات غير الحية والكائنات غير الحية بالكائنات الحية. هذا ضروري لأن جميع الكائنات الحية تعتمد على بعضها البعض وهي حيوية لبقاء الكائنات الحية. ترتبط هذه الكائنات بتدفق المغذيات التي يتم هندستها بواسطة دورات المغذيات.
6. تنظيم تدفق المواد - دورات المغذيات تنظم تدفق المواد. نظرًا لأن دورات المغذيات تمر عبر مجالات مختلفة ، يتم تنظيم تدفق العناصر حيث أن كل مجال له وسيط معين ومعدل يتم تحديد تدفق العناصر من خلال لزوجة الوسيط وكثافته. لذلك ، تتدفق العناصر في دورات المغذيات بمعدلات مختلفة داخل الدورة وهذا ينظم تدفق العناصر في تلك الدورات.
