Dans cette leçon, vous découvrirez
Un cycle nutritif fait référence au mouvement et à l'échange de matières organiques et inorganiques dans la production de matière vivante. Le processus est régulé par les voies du réseau trophique qui décomposent la matière organique en nutriments inorganiques. Les cycles des nutriments se produisent au sein des écosystèmes.
Les cycles de nutriments dans la nature sont appelés cycles biogéochimiques parce que les éléments se déplacent cycliquement de l'environnement aux organismes vivants et reviennent à l'environnement.
Les écosystèmes illustrent le recyclage en boucle fermée où la demande de nutriments contribuant à la croissance de la biomasse dépasse l'offre dans ce système. Il existe des différences régionales et spatiales dans les taux de croissance et d'échange des matériaux, où certains écosystèmes peuvent être en dette de nutriments (puits) et d'autres auront un approvisionnement supplémentaire (sources). Ces différences sont dues à l'histoire géologique et à la topographie.
Dans un réseau trophique, une boucle ou un cycle est défini comme une séquence dirigée d'un ou plusieurs maillons qui partent et se terminent à la même espèce. Par exemple, dans l'océan, les bactéries sont exploitées par des protozoaires comme les microflagellés hétérotrophes qui sont ensuite exploités par les ciliés. Cette activité de pâturage est suivie de l'excrétion de substances qui sont ensuite utilisées par les bactéries de sorte que le fonctionnement du système est en circuit fermé.
La digestion enzymatique de la cellulose est un exemple de recyclage écologique. La cellulose, qui fait partie des composés organiques les plus abondants sur terre, est le principal polysaccharide des plantes dont elle forme les parois cellulaires. Les enzymes qui dégradent la cellulose participent au recyclage écologique des matières végétales naturelles. Différents écosystèmes peuvent avoir des taux différents de recyclage des déchets.
Les éléments chimiques sont constamment recyclés après leur utilisation comme suit :
Chaque élément a son cycle nutritif et chaque cycle a une voie unique qui comprend des réservoirs, des bassins d'échange et des temps de résidence.
Réservoir - Une région où l'élément est à sa concentration la plus élevée et est conservé et stocké pendant un certain temps. Par exemple, le charbon ou les combustibles fossiles sont des réservoirs de carbone.
Pools d'échange - Lorsque des éléments sont conservés pendant de courtes périodes. Par exemple, les plantes et les animaux utilisent temporairement ces éléments dans leurs systèmes et les libèrent dans l'environnement.
Temps de séjour – La durée pendant laquelle un élément est détenu dans un lieu.
L'énergie circule de manière directionnelle à travers les écosystèmes de la Terre, entrant généralement sous forme de lumière solaire et sortant sous forme de chaleur. Cependant, les composants chimiques qui composent les organismes vivants sont différents : ils sont recyclés.
Le dioxyde de carbone et le méthane sont des exemples de composés carbonés qui circulent dans l'atmosphère et influencent les climats mondiaux. Grâce aux processus de photosynthèse et de respiration, le carbone circule également entre les organismes vivants et les composants non vivants de l'écosystème.
Le cycle « rapide » du carbone est le mouvement du carbone à travers les composants biotiques de l'environnement. Les plantes et autres organismes capables de photosynthèse obtiennent du dioxyde de carbone de leur environnement et l'utilisent pour fabriquer des substances biologiques. Les plantes, les animaux et les décomposeurs tels que les bactéries et les champignons renvoient le dioxyde de carbone dans l'atmosphère par la respiration.
Le mouvement du carbone à travers les éléments abiotiques de l'environnement tels que les roches, le sol et les océans forme le cycle lent du carbone. Le déplacement du carbone à travers ces éléments abiotiques peut prendre jusqu'à 200 millions d'années.
Comme des organismes comme les bactéries fixatrices d'azote utilisent l'azote pour synthétiser les molécules biologiques nécessaires à leur survie, l'azote atmosphérique doit d'abord être converti en ammoniac par les bactéries fixatrices d'azote dans les environnements aquatiques et du sol. L'ammoniac est ensuite converti en nitrite et en nitrate par les bactéries. Les plantes obtiennent l'azote du sol en absorbant l'ammonium (NH4-) et le nitrate par leurs racines. Le nitrate et l'ammonium sont ensuite utilisés pour produire des composés organiques. Les animaux consomment alors des plantes et atteignent ainsi l'azote dans les composés organiques. L'azote sous forme organique est ensuite transmis dans la chaîne alimentaire lorsque d'autres animaux mangent ces animaux. Les décomposeurs retournent ensuite l'ammoniac dans le sol en décomposant les déchets solides et les matières mortes ou en décomposition. Les bactéries nitrifiantes transforment l'ammoniac en nitrite et en nitrate. Les bactéries dénitrifiantes convertissent ensuite les nitrites et les nitrates en azote, libérant de l'azote dans l'atmosphère.
Le phosphore est un nutriment essentiel nécessaire à la croissance des plantes et des animaux. Il joue un rôle vital dans le développement cellulaire et est un composant clé des molécules qui stockent l'énergie telles que l'adénosine triphosphate (ATP), l'acide désoxyribonucléique (ADN) et les lipides.
Les roches au contact de l'eau de pluie libèrent des ions phosphate et d'autres minéraux au fil du temps. Ce phosphate inorganique est ensuite distribué dans les sols et l'eau. Les plantes absorbent alors le phosphate inorganique du sol, et ces plantes peuvent ensuite être consommées par les animaux. Le phosphate est ensuite incorporé dans des molécules organiques telles que l'ADN, et lorsque des plantes ou des animaux meurent et se décomposent, le phosphate organique est renvoyé dans le sol. Les bactéries présentes dans le sol décomposent ensuite la matière organique en formes de phosphate qui sont absorbables par les plantes. C'est aussi un processus appelé minéralisation. Le phosphore dans le sol peut ensuite se retrouver dans les cours d'eau et les océans et peut être incorporé dans les sédiments au fil du temps.
Le soufre est un solide sous sa forme naturelle et sous cette forme ; elle est restreinte au cycle sédimentaire. Il peut être transporté par des processus physiques tels que le vent, l'érosion par l'eau et des événements géologiques comme les éruptions volcaniques. Il peut également être transporté par l'océan et vers l'atmosphère, la terre et vers les océans à travers ses composés tels que le dioxyde de soufre, l'acide sulfurique, les sels de sulfate ou le soufre organique par les précipitations et les rivières.
Les plantes et les animaux jouent tous deux un rôle dans le cycle de l'oxygène dans l'atmosphère. Comme vous le savez, l'oxygène est crucial pour de nombreux animaux, y compris les humains. Nous respirons de l'oxygène et notre corps l'utilise pour produire de l'énergie au cours d'un processus appelé respiration cellulaire. Ce processus libère du dioxyde de carbone en tant que déchet, c'est-à-dire ce que nous expirons. Les plantes absorbent du dioxyde de carbone lors de la photosynthèse, au cours de laquelle elles fabriquent de la nourriture et de l'oxygène. L'oxygène est libéré et le cycle recommence.
Le critère le plus important pour la vie est l'eau. Comme le cycle du carbone, le cycle de l'eau est le processus de déplacement de l'eau entre les êtres vivants, la Terre et l'atmosphère. L'eau s'évapore des masses d'eau sur Terre, comme les lacs, les rivières et les océans. La vapeur d'eau se condense dans les nuages et forme des précipitations qui renvoient de l'eau sur Terre. Sur Terre, une partie de l'eau retourne dans les lacs et les océans d'où elle provient, et une partie s'infiltre dans le sol, formant des eaux souterraines. Les organismes vivants, comme les plantes et les animaux, consomment de l'eau. L'eau s'évapore à nouveau, poursuivant le cycle.
Certains scientifiques affirment que l'écosystème est capable de recyclage complet. Le recyclage complet signifie que 100 % des déchets sont susceptibles d'être reconstitués indéfiniment. D'autres scientifiques contestent cette idée, affirmant qu'un recyclage complet n'est pas possible pour les déchets technologiques.
Le recyclage écologique est très courant en agriculture biologique. Les fermes biologiques qui procèdent au recyclage de l'écosystème soutiennent plus d'espèces et ont donc une structure de réseau trophique différente. Le modèle d'agriculture de recyclage écologique s'en tient aux principes ci-dessous :
1. Transformation de la matière d'une forme à une autre - Les cycles de nutriments permettent la transformation de la matière en différentes formes spécifiques qui permettent l'utilisation de cet élément dans différents organismes.
2. Transfert d'éléments d'un endroit à un autre – Les cycles de nutriments permettent le transfert d'éléments d'un endroit à un autre. Certains éléments sont fortement concentrés dans des zones inaccessibles à la plupart des organismes vivants, comme l'azote dans l'atmosphère. Les cycles des nutriments permettent à ces éléments d'être transférés vers des endroits plus accessibles comme le sol.
3. Fonctionnement des écosystèmes – Les cycles des nutriments contribuent au fonctionnement des écosystèmes. L'écosystème, qui nécessite l'état d'équilibre pour fonctionner correctement, revient à l'état d'équilibre à travers les cycles des nutriments.
4. Stockage des éléments – Les cycles des nutriments facilitent le stockage des éléments. Les éléments qui sont transportés à travers les cycles des nutriments sont stockés dans leurs réservoirs naturels et sont libérés dans les organismes en petites quantités qui sont consommables.
5. Lier les organismes, vivants et non vivants – Les cycles des nutriments relient les organismes vivants aux organismes vivants, les organismes vivants aux organismes non vivants et les organismes non vivants aux organismes non vivants. Ceci est essentiel car tous les organismes dépendent les uns des autres et sont vitaux pour la survie des organismes vivants. Ces organismes sont liés par le flux de nutriments qui est conçu par les cycles des nutriments.
6. Réglementer le flux de substances – Les cycles de nutriments régulent le flux de substances. Au fur et à mesure que les cycles des nutriments traversent différentes sphères, le flux d'éléments est régulé car chaque sphère a un milieu et une vitesse particuliers auxquels le flux d'éléments est déterminé par la viscosité et la densité du milieu. Par conséquent, les éléments des cycles des nutriments circulent à des vitesses différentes au sein du cycle, ce qui régule le flux des éléments dans ces cycles.
