صفحة 34 - كتاب علم البيئة - الصف 10 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 دورة النيتروجين

المفاهيم الأساسية

تثبيت النيتروجين: عملية تحويل غاز النيتروجين الجوي إلى مركبات نيتروجينية تستطيع النباتات امتصاصها من التربة.

إزالة النيتروجين (عكس التثبيت): عملية تحويل مركبات النيتروجين المثبتة في التربة إلى غاز النيتروجين، مما يعيده إلى الغلاف الجوي.

خريطة المفاهيم

```markmap

علم البيئة

مستويات التنظيم الحيوي

المخلوق الحي (Individual)

#### أبسط مستويات التنظيم

الجماعة الحيوية (Population)

#### أفراد النوع الواحد في مكان وزمن واحد

#### تتنافس على المصادر

#### عوامل تحد من نموها

المجتمع الحيوي (Community)

#### مجموعة من الجماعات الحيوية المتفاعلة في مكان وزمن واحد

#### قد تتنافس أو لا تتنافس على المصادر

#### العلاقات المتبادلة في المجتمع الحيوي

##### تفاعل المخلوقات الحية باستمرار

##### تشمل: التنافس على الاحتياجات الأساسية (غذاء، مأوى، شريك تزاوج)

##### التنافس (Competition)

###### يحدث عند استخدام المصادر نفسها في الوقت نفسه

###### يكون شديداً عند ندرة المصدر (مثل الماء في الجفاف)

###### يؤدي إلى بقاء القوية وموت الضعيفة

###### يقل عندما تنتقل بعض المخلوقات أو يتوفر المصدر

##### الافتراس (Predation)

###### الالتهام التخلقي

###### المفترس: المخلوق الذي يلتهم مخلوقاً آخر

###### الفريسة: المخلوق الذي يتم التهامه

###### أمثلة:

• حيوانات: قطة تمسك عصفوراً
• حشرات: الدعسوقة (خنفساء أبو العيد) والسرعوف
• نباتات: نبات فينوس آكل الحشرات (للحصول على النيتروجين)

###### المفترسات النافعة: تستخدم في الزراعة العضوية لمكافحة الحشرات الضارة

##### التكافل (Symbiosis)

###### العلاقة الوثيقة التي يعيش فيها نوعان أو أكثر من المخلوقات الحية معاً

###### تبادل المنفعة (التقايض - Mutualism)

####### العلاقة بين مخلوقين حيين أو أكثر يعيشان معاً، بحيث يستفيد كل منهما من الآخر

####### أمثلة:

• الفطريات والطحالب (الأشنات): تزود الطحالب الفطريات بالغذاء، وتزود الفطريات الطحالب بالماء والأملاح المعدنية والموطن.
• السمكة المهرجة وشقائق النعمان: تحمي شقائق النعمان الأسماك من المفترسات، وتجذب الأسماك فرائس لشقائق النعمان.

###### التعايش (Commensalism)

####### علاقة يستفيد فيها أحد المخلوقات الحية، بينما لا يستفيد الآخر ولا يتضرر.

####### مثال: تستفيد الأسنان من الشجرة التي تعرضها للمزيد من الضوء.

###### التطفل (Parasitism)

####### علاقة يستفيد منها مخلوق حي بينما يتضرر الآخر.

####### أنواع الطفيليات:

• خارجية: مثل القمل والقراد والبراغيث والبعوض.
• داخلية: مثل بعض أنواع البكتيريا والديدان الطفيلية (الدودة الشريطية، الإسكارس، الديدان الدبوسية، ديدان القلب).

####### طفيليات الحضانة:

• مثال: طائر البني الرأس يضع بيضه في أعشاش طيور أخرى لتحضنه وتغذي صغاره.

النظام البيئي (Ecosystem)

#### المجتمع الحيوي + جميع العوامل اللاحيوية المؤثرة

#### قد يكون كبيراً (محيط) أو صغيراً (بركة)

#### حدود مرنة وقد تتداخل

#### العلاقات المتبادلة في النظام البيئي

##### تزيد من فرص بقاء أي نوع

##### تستخدم المصادر المتنوعة

##### مثال: شجرة تشكل موطناً وإطاراً بيئياً

###### الموطن البيئي (Habitat)

###### الإطار البيئي (Niche)

#### انتقال الطاقة في النظام البيئي

##### مصدر الطاقة الأساسي: الشمس

##### طرق دراسة التفاعل: تتبع انتقال الطاقة

##### تصنيف المخلوقات حسب طريقة حصولها على الطاقة:

###### الذاتية التغذي (Autotrophs)

####### تنتج غذاءها بنفسها

####### تسمى "المنتجات الأولية"

####### مصدر الطاقة:

• ضوء الشمس (البناء الضوئي)
• مواد غير عضوية (بعض البكتيريا)

####### أساس كل الأنظمة البيئية

###### غير الذاتية التغذي (Heterotrophs)

####### تحصل على الطاقة بالتهم مخلوقات حية أخرى

####### تسمى "المستهلكات"

####### آكلات اللحوم (Carnivores)

######## تفترس مخلوقات حية أخرى غير ذاتية التغذية

######## مثال: الأسود، الوشق

####### المخلوقات القارتة (Omnivores)

######## تتغذى على النباتات والحيوانات

######## مثال: الإنسان، الغراب، الدب، الراكون، القرد

####### المحللات

######## تحلل المخلوقات الميتة إلى مركبات عضوية

######## تعيد المواد المغذية إلى النظام البيئي لإعادة استخدامها

######## مثال: الفطريات

##### نماذج انتقال الطاقة

###### المستوى الغذائي (Trophic Level)

####### كل خطوة في السلسلة أو الشبكة الغذائية

####### المستوى الأول: المخلوقات الذاتية التغذي

####### المستويات الأخرى: المخلوقات غير الذاتية التغذي

####### تحصل المخلوقات في كل مستوى على طاقتها من المستوى الذي يسبقه

###### السلسلة الغذائية (Food Chain)

####### نموذج بسيط يمثل انتقال الطاقة في اتجاه واحد

####### مثال: نبات (منتج) → جراد (آكل أعشاب) → فأر (قارت) → أفعى (آكل لحوم)

####### الأسهم تمثل اتجاه انتقال الطاقة

####### جزء من الطاقة يستخدم في العمليات الحيوية، والجزء المتبقي يتحرر للبيئة

###### الشبكة الغذائية (Food Web)

####### نموذج يبين العلاقات المتداخلة بين السلاسل الغذائية

####### تمثل مسارات متعددة لانتقال الطاقة في النظام البيئي

####### مثال: شبكة غذائية صحراوية (الشكل 1-15)

######## المنتجات (Producers): الصبار، نباتات صحراوية.

######## المستهلكات الأولية (Herbivores): أرنب بري، جربوع، جرادة.

######## المستهلكات الثانوية والثالثية (Carnivores): ذئب، أفعى ذات الأجراس، عقرب، سحلية، ضفدع، طائر صغير، غراب.

######## الأسهم تشير إلى اتجاه انتقال الطاقة.

###### الهرم البيئي (Ecological Pyramid)

####### نموذج يوضح الكميات النسبية في كل مستوى غذائي

####### هرم الطاقة

######## يمثل كمية الطاقة المتوافرة في كل مستوى

######## يحدث فقد في الطاقة مقداره 90% كلما انتقلنا نحو الأعلى

######## مثال:

• منتجات أولية: 100%
• مستهلكات أولية: 10%
• مستهلكات ثانوية: 1%
• مستهلكات المستوى الثالث: 0.1%

####### هرم الكتلة الحيوية

######## يمثل كمية الكتلة الحيوية التي يستهلكها المستوى الذي فوقه

######## مثال:

• منتجات أولية: 809 g/m²
• مستهلكات أولية: 37 g/m²
• مستهلكات ثانوية: 11 g/m²
• مستهلكات المستوى الثالث: 1.5 g/m²

####### هرم الأعداد

######## يمثل أعداد المخلوقات الحية التي يستهلكها المستوى الذي فوقه

######## مثال:

• منتجات أولية: 1,500,000
• مستهلكات أولية: 200,000
• مستهلكات ثانوية: 90,000

المنطقة الحيوية (Biome)

#### أنظمة بيئية واسعة تشترك في المناخ ونوع المجتمعات الحيوية

#### مثال: المنطقة الحيوية البحرية

الغلاف الحيوي (Biosphere)

#### أعلى مستوى للتنظيم

#### اتحاد جميع المناطق الحيوية على الأرض

#### تدوير المواد

##### الأهداف

###### تصنيف انتقال المواد الغذائية خلال الأجزاء الحيوية واللاهيبوية والمائية

###### تقدير أهمية المواد الغذائية للمخلوقات الحية

##### المفردات الجديدة

###### المواد الغذائية

###### الدورة الكيميائية الحيوية

###### تثبيت النيتروجين

###### إزالة النيتروجين

##### المبدأ الأساسي

###### يعاد تدوير المواد الغذائية من خلال الأجزاء الحيوية واللاهيبوية والمائية

###### مثال من الحياة: إعادة تدوير علب المشروبات الغازية (الزجاج، الألومنيوم، الورق)

##### الطاقة مقابل المادة

###### الطاقة: يحتاج الغلاف الحيوي إلى دعم ثابت ومستمر من الطاقة القابلة للاستعمال

###### المادة: لا تفنى ولا تستحدث (قانون حفظ الكتلة)، بل تعاد تدويرها ضمن الغلاف الحيوي

##### المادة والمواد الغذائية

###### المادة: تزود المخلوقات الحية بالمواد الغذائية التي تحتاج إليها

###### المادة الغذائية: مادة كيميائية يحصل عليها المخلوق الحي من بيئته للقيام بعملياته الحيوية

###### تتكون أجسام المخلوقات الحية من: الماء والمواد الغذائية (مثل الكربون، النيتروجين، الفوسفور)

##### مسار المواد الغذائية

###### النباتات: تحصل على المواد الغذائية (عناصر ومركبات) من الهواء أو التربة أو الماء، وتحولها إلى جزيئات عضوية

###### تنتقل المواد الغذائية عبر السلسلة الغذائية: من المنتج (الأعشاب) إلى المستهلكات (مثل البقرة) ثم إلى مستهلكات أخرى

##### الدورة الكيميائية الحيوية

###### عملية تبادل المواد ضمن الغلاف الحيوي

###### تتضمن: المخلوقات الحية، العمليات الجيولوجية، العمليات الكيميائية

###### مثال على عملية فيزيائية: التجوية (تفتيت الصخور إلى تربة يستخدمها النبات)

##### دورة الماء

###### أهمية الماء

####### لا تستطيع المخلوقات الحية العيش من دونه

####### يعتمد كل مخلوق حي على الماء العذب

###### مواقع الماء

####### في الغلاف الجوي

####### في جوف الأرض

####### على سطح الأرض (بحيرات، جداول، أنهار، جبال جليدية، ثلوج، محيطات)

###### عمليات دورة الماء (الشكل 18-1)

####### التبخر: تحول الماء إلى بخار من المسطحات المائية والمخلوقات الحية.

####### التكثف: تحول بخار الماء إلى قطرات حول دقائق الغبار لتشكل الغيوم.

####### الهطول: سقوط الماء من الغيوم على شكل مطر أو ثلج أو برد.

####### الجريان السطحي: تدفق المياه على سطح الأرض.

####### التسرب: تسرب المياه الجارية إلى التربة والأنهار والبحيرات والمحيطات.

####### النتح: تبخر الماء من سطوح أوراق النباتات.

###### مصادر بخار الماء

####### 90% من المحيطات والبحيرات والأنهار

####### 10% من النتح

###### توزيع الماء العذب

####### يشكل 2.5% فقط من حجم الماء الكلي على الأرض.

####### 31.1% من الماء العذب متاح للمخلوقات الحية.

####### 68.9% من الماء العذب غير متاح (موجود في القطبين والجبال الجليدية).

##### دورة الكربون والأكسجين

###### أهمية الكربون والأكسجين

####### الكربون: يشكل الهيكل الأساسي للجزيئات المهمة (البروتينات، الكربوهيدرات، الدهون).

####### الأكسجين: عنصر مهم في العديد من العمليات الحيوية.

####### يشكلان جزيئات ضرورية للحياة (مثل ثاني أكسيد الكربون والسكريات البسيطة).

###### عملية البناء الضوئي

####### تقوم بها: النباتات الخضراء والطحالب.

####### تحول: ثاني أكسيد الكربون والماء إلى كربوهيدرات.

####### تطلق: الأكسجين إلى الهواء.

####### نتيجة: الكربوهيدرات تصبح مصدر طاقة لجميع المخلوقات الحية في الشبكات الغذائية.

###### عملية التنفس الخلوي

####### تقوم بها: المخلوقات الحية الذاتية التغذي وغير الذاتية التغذي.

####### تطلق: ثاني أكسيد الكربون إلى الهواء.

####### نتيجة: يعاد تدوير ثاني أكسيد الكربون في النظام البيئي.

###### عمليات أخرى في الدورة (الشكل 1-19)

####### الاحتراق (الوقود الأحفوري): يطلق ثاني أكسيد الكربون.

####### التحلل: يطلق ثاني أكسيد الكربون من المواد الميتة.

####### الانتشار: تبادل ثاني أكسيد الكربون والأكسجين بين الغلاف الجوي والماء.

###### الدورة طويلة الأمد للكربون والأكسجين

####### من خلال الوقود الأحفوري

######## تدخل المادة العضوية المدفونة تحت الأرض في دورة طويلة الأمد.

######## تتحول إلى فحم أو نفط أو غاز.

######## يبقى الكربون محبوساً لملايين السنين.

######## عند حرق الوقود الأحفوري، يتحرر الكربون على شكل ثاني أكسيد الكربون، مما يزيد نسبته في الغلاف الجوي.

####### من خلال كربونات الكالسيوم

######## يدخل الكربون والأكسجين في دورة طويلة الأمد عندما يصبحان في صورة كربونات الكالسيوم (كالطباشير والجير).

######## توجد كربونات الكالسيوم في:

• أصداف العوالق النباتية.
• المخلوقات الحية مثل المرجان والمحار.
• الطحالب التي تشكل ترسيبات صخرية كلسية واسعة.

######## يبقى الكربون والأكسجين محصورين في هذه الترسبات.

######## تحرر عمليات الحت والتجوية هذه العناصر لتعود إلى الدورة القصيرة الأمد.

##### دورة النيتروجين

###### أهمية النيتروجين

####### عنصر موجود في البروتينات.

####### يتركز بصورة أكبر في الغلاف الجوي.

###### مشكلة النيتروجين الجوي

####### لا تستطيع النباتات والحيوانات استخدام النيتروجين مباشرة من الغلاف الجوي.

###### تثبيت النيتروجين

####### عن طريق البكتيريا

######## تعيش في الماء والتربة أو على جذور بعض النباتات.

######## تحصل على غاز النيتروجين من الهواء وتحوله إلى نترات.

####### عن طريق العواصف الرعدية

######## تحول الطاقة الناتجة عن البرق النيتروجين إلى نترات.

####### عن طريق الأسمدة الكيميائية

######## تضاف الأسمدة الكيميائية إلى الحقول والمحاصيل، مما يضيف النيتروجين إلى التربة.

###### دخول النيتروجين إلى الشبكة الغذائية

####### تمتص النباتات مركبات النيتروجين من التربة وتحولها إلى بروتينات.

####### تحصل المستهلكات على النيتروجين بتغذيتها على النباتات أو الحيوانات التي تحويه.

####### يعاد استخدام النيتروجين داخل الشبكة الغذائية.

####### العامل المحدد: النيتروجين عادة عاملاً محدداً لنمو المنتجات؛ لأن كمية النيتروجين في الشبكة الغذائية تعتمد على كميته المثبتة في التربة.

###### عودة النيتروجين إلى التربة والغلاف الجوي

####### من خلال الموت والفضلات: عندما تموت المخلوقات الحية أو تنتج فضلات، يعود النيتروجين إلى التربة أو الماء.

####### من خلال المحللات: تحول المحللات النيتروجين الموجود في بروتينات المخلوقات الميتة إلى أمونيا، ثم تحول بكتيريا التربة الأمونيا إلى مركبات نيتروجينية تستخدمها النباتات.

####### من خلال إزالة النيتروجين: تحول بعض بكتيريا التربة مركبات النيتروجين المثبتة إلى غاز النيتروجين، مما يعيده إلى الغلاف الجوي.

```

نقاط مهمة

• يدخل النيتروجين إلى الشبكة الغذائية عندما تمتصه النباتات من التربة وتحوله إلى بروتينات.
• تحصل المستهلكات على النيتروجين من خلال تغذيتها على النباتات أو الحيوانات.
• يعود النيتروجين إلى التربة من خلال موت المخلوقات الحية وفضلاتها.
• تقوم المحللات بتحويل النيتروجين في المخلوقات الميتة إلى أمونيا، ثم تحوله بكتيريا التربة إلى مركبات نيتروجينية صالحة للنباتات.
• عملية إزالة النيتروجين (عكس التثبيت) تحول مركبات النيتروجين في التربة إلى غاز نيتروجين، مما يعيده إلى الغلاف الجوي.
• النيتروجين غالباً ما يكون عاملاً محدداً لنمو المنتجات (النباتات) لأن كمية النيتروجين في الشبكة الغذائية تعتمد على كميته المثبتة في التربة.

يدخل النيتروجين إلى الشبكة الغذائية عندما تمتص النباتات مركباته من التربة وتحولها إلى بروتينات، كما يبين الشكل 21-1. وتحصل المستهلكات على النيتروجين بتغذيتها على النباتات أو الحيوانات التي تحويه، وهي بذلك تعيد استخدامه لتصنع بروتيناتها بنفسها. وبعد النيتروجين عادة عاملاً محدداً لنمو المنتجات؛ لأن كمية النيتروجين في الشبكة الغذائية تعتمد على كميته المثبتة في التربة.

يبين الشكل 21-1 الطرائق التي يعود بها النيتروجين إلى التربة، فعندما تموت المخلوقات الحية فضلاتها يعود النيتروجين إلى التربة أو الماء، ومن ثم تعيد النباتات استعماله. وعندما تموت المخلوقات، تحول المحللات النيتروجين الموجود في بروتيناتها ومركباتها الأخرى إلى الأمونيا، ثم تقوم المحللات الحية الموجودة في التربة بتحويل الأمونيا إلى مركبات نيتروجينية تستخدمها النباتات. وأخيراً تحول بعض بكتيريا التربة مركبات النيتروجين المثبتة إلى غاز النيتروجين في عملية تسمى إزالة النيتروجين (عکس التترتة) (denitrification)، مما يعيده ثانية إلى الغلاف الجوي.

يدخل النيتروجين إلى الشبكة الغذائية عندما تمتص النباتات مركباته من التربة وتحولها إلى بروتينات، كما يبين الشكل 21-1. وتحصل المستهلكات على النيتروجين بتغذيتها على النباتات أو الحيوانات التي تحويه، وهي بذلك تعيد استخدامه لتصنع بروتيناتها بنفسها. وبعد النيتروجين عادة عاملاً محدداً لنمو المنتجات؛ لأن كمية النيتروجين في الشبكة الغذائية تعتمد على كميته المثبتة في التربة. يبين الشكل 21-1 الطرائق التي يعود بها النيتروجين إلى التربة، فعندما تموت المخلوقات الحية فضلاتها يعود النيتروجين إلى التربة أو الماء، ومن ثم تعيد النباتات استعماله. وعندما تموت المخلوقات، تحول المحللات النيتروجين الموجود في بروتيناتها ومركباتها الأخرى إلى الأمونيا، ثم تقوم المحللات الحية الموجودة في التربة بتحويل الأمونيا إلى مركبات نيتروجينية تستخدمها النباتات. وأخيراً تحول بعض بكتيريا التربة مركبات النيتروجين المثبتة إلى غاز النيتروجين في عملية تسمى إزالة النيتروجين (عکس التترتة) (denitrification)، مما يعيده ثانية إلى الغلاف الجوي. --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: الشكل 21-1 يستخدم النيتروجين ثم يعاد استخدامه ضمن دورته المستمرة ضمن الغلاف الجوي. Description: A diagram showing the nitrogen cycle in an ecosystem. It depicts the movement of nitrogen between the atmosphere, soil, plants, and animals. Key components include: atmosphere (النيتروجين الجوي), plants (نباتات), animals (حيوانات اليابسة, حيوانات الماء), decomposition (محللات, مخلفات المخلوقات الحية), bacteria (بكتيريا مثبتة للنيتروجين (جذور النباتات), بكتيريا التربة المثبتة للنيتروجين, بكتيريا التربة المثبتة للنيتروجين, بكتيريا إزالة النيتروجين), and soil (تثرت التربة). Arrows indicate the flow of nitrogen through these components. Processes like excretion (إفراز) and sedimentation (تفقد في الرسوبيات العميقة) are also shown. Context: Illustrates the biological and chemical processes involved in the nitrogen cycle, crucial for understanding nutrient cycling in ecosystems.