تدفق المادة والطاقة داخل الحميلة البيئية — الجذع المشترك العلمي

1. العلاقات بين الكائنات الحية

في الافتراس يلتهم المفترس فريسته، مثل ثعلب يأكل أرنبًا. في التطفل يستفيد المتطفل ويلحق ضررًا بالعائل، مثل قمل يتغذى على دم حيوان. وفي التكافل يستفيد الشريكان ضمن ارتباط وثيق، مثل فطر وطحلب داخل أشنة؛ يوفر الشريك القادر على التركيب الضوئي مادة عضوية، ويساعد الفطر على توفير الماء والأملاح والحماية. أما التعايش بالمعنى الغذائي فيفيد طرفًا دون أثر ملحوظ على الآخر. وتتنافس كائنات على مورد محدود كالضوء أو الغذاء. تعيش كائنات رمية على بقايا عضوية ميتة، فتساهم في تحليلها. نحدد العلاقة من معطيات الوثيقة، لا من قرب الكائنات وحده.

2. السلسلة والشبكة الغذائية

السلسلة الغذائية تعاقب كائنات يرتبط بعضها ببعض بالتغذي. نوجه السهم من الكائن المأكول نحو الكائن الذي يتغذى عليه، أي في اتجاه انتقال المادة والطاقة. مثال: عشب ثم جرادة ثم ضفدع ثم أفعى. يمثل العشب منتجًا، والجرادة مستهلكًا أوليًا، والضفدع مستهلكًا ثانويًا. تتداخل سلاسل متعددة في شبكة غذائية؛ فقد تتغذى الأفعى على أكثر من فريسة. ويمكن للقارت أن يشغل مستويات مختلفة حسب الغذاء الذي يأكله، لذلك لا ننسب له مستوى ثابتًا في جميع السلاسل.

3. الإنتاج الأولي والإنتاج الثانوي

تنتج النباتات اليخضورية مادة عضوية من الماء وثنائي أكسيد الكربون، باستعمال الطاقة الضوئية في التركيب الضوئي. الإنتاج الأولي الإجمالي هو مجمل المادة العضوية أو الطاقة الكيميائية المثبتة، ويستهلك المنتج جزءًا منها في التنفس. الإنتاج الأولي الصافي هو الفرق بين الإجمالي وما استهلكه التنفس، وهو المتاح للنمو والتكاثر وللمستهلكين والمحللات. أما الإنتاج الثانوي فهو المادة العضوية الجديدة التي يبنيها المستهلك انطلاقًا من غذائه. لا تساوي كمية الغذاء المبتلع مقدار النمو؛ فبعض الغذاء لا يستوعب وبعض الطاقة المستوعبة يستهلك في التنفس.

4. الأهرام البيئية ومردود الانتقال

هرم الأعداد يعرض أعداد الأفراد في المستويات الغذائية، وهرم الكتلة الحية يعرض كتلتها في مساحة أو حجم محدد، وهرم الطاقة يعرض الطاقة المنتقلة خلال مدة محددة. قد يكون هرم الأعداد مقلوبًا إذا كانت شجرة واحدة تغذي حشرات كثيرة، وقد تنقلب الكتلة الحية اللحظية في بعض الأوساط المائية بسبب التجدد السريع للمنتجين. لكن الطاقة المتاحة تنقص صعودًا بين المستويات الغذائية. نحسب مردود انتقال محدد: R=(طاقة الإنتاج في المستوى اللاحق ÷ طاقة الإنتاج في المستوى السابق)×100، مع استعمال وحدات ومساحة ومدة متوافقة. النسبة 10% مثال تقريبي وليست قانونًا ثابتًا لكل الأوساط.

5. مصير المادة العضوية ودورة المادة

لا ينتقل كل ما ينتجه مستوى غذائي إلى المستوى الذي يليه؛ فهناك أجزاء لا تؤكل، وفضلات وبقايا كائنات ميتة. تفكك كائنات محللة، خصوصًا فطريات وبكتيريات، هذه المادة وتحرر عناصر معدنية تعود إلى الوسط وتستعملها النباتات. يعيد التنفس أيضًا الكربون إلى الوسط في صورة ثنائي أكسيد الكربون. هكذا تتبادل المادة بين المحيا والكائنات الحية وتدخل في دورات، مع إمكان دخولها إلى الحميلة أو خروجها منها؛ فالحميلة الطبيعية ليست صندوقًا مغلقًا. المحللات ترتبط ببقايا جميع المستويات، وليست مجرد حلقة أخيرة تتغذى على المفترس الأعلى وحده.

6. تدفق الطاقة وقراءة الوثائق

تدخل الطاقة إلى أغلب الحميلات في شكل ضوء، وتتحول إلى طاقة كيميائية في المادة العضوية. تنتقل بالتغذي، ويتبدد جزء منها كحرارة أثناء التنفس والأنشطة الحيوية. لا تعيد المحللات هذه الحرارة إلى النباتات بوصفها طاقة ضوئية قابلة لإعادة الاستعمال في التركيب الضوئي؛ لذلك نتحدث عن تدفق الطاقة لا دورتها. عند تحليل جدول أو منحنى نحدد المتغيرات والوحدات، ونصف تغير الأعداد أو الطاقة بقيم، ثم نقترح تفسيرًا من المعطيات. انخفاض عدد فرائس قد يؤثر في المفترسات، لكن الشبكة والعوامل المناخية والتنافس قد تغير النتيجة؛ لا تكفي مصادفة تغير منحنيين لإثبات سبب وحيد.

خطاطة تلخيصية

مثال محلول خطوة بخطوة

6 تمارين مصححة

حاول الحل أولًا، ثم افتح التصحيح للمقارنة.

التمرين 1

صنف علاقة الثعلب بالأرنب، والقمل بعائله، والفطر والطحلب في الأشنة.

التمرين 2

في سلسلة عشب ثم جرادة ثم ضفدع، حدد المستويات الغذائية واتجاه السهم.

التمرين 3

إنتاج أولي إجمالي 9000 kJ/m²/سنة وتنفس المنتجين 3500 بالوحدة نفسها. احسب الإنتاج الصافي.

التمرين 4

إنتاج العواشب 800 kJ/m²/سنة وإنتاج اللواحم 64 بالوحدة نفسها. احسب مردود الانتقال بينهما.

التمرين 5

تغذي شجرة واحدة 400 يرقة. هل يلزم أن يكون هرم الأعداد قائمًا؟

التمرين 6

صحح: تعيد المحللات كل الطاقة إلى النباتات، والمادة والطاقة تدوران بالطريقة نفسها.