الأنظمة البيئية

الأنظمة البيئية
Ecosystems

مُكوِّناتُ النظامِ البيئيِّ Ecosystem Components
ما مكونات النظام البيئي؟

- مجموعةَ الكائناتِ الحيَّةِ التي تنتمي إلى النوعِ نفسِهِ، وتعيشُ معًا في المكانِ نفسِهِ، تُسمّى جماعةً حيويةً Population.

- تُشكِّلُ الجماعاتُ الحيويةُ معًا مجتمعًا حيويًّا Community.

- يُطلَقُ على مجموعِ المجتمعاتِ الحيويةِ وما يحيطُ بها منْ هواءٍ وماءٍ وتربةٍ اسمُ النظامِ البيئيِّ.Ecosystem.وبذلكَ، فإنَّ النظامَ البيئيَّ يضمُّ مُكوِّناتٍ حيَّةً Biotic Components ومُكوِّناتٍ غيرَ حيَّةٍ ،Abiotic Components.

- تُمثِّلُ مجموعةُ الأنظمةِ البيئيةِ المختلفةِ الغلافَ الحيويَّ للأرضِ. لاحظ الشكل التالي.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

أتحقَّقُ: ما مُكوِّناتُ النظامِ البيئيِّ؟

يتكون النظام البيئي من مجموع المجتمعات الحيوية وما يحيط بها من ماء وهواء وتربة.

المُكوِّناتُ غيرُ الحيَّةِ في الأنظمةِ البيئيةِ Abiotic Components in Ecosystems

تُؤثِّرُ عديدٌ منَ المُكوِّناتِ غيرِ الحيَّةِ في إمكانيةِ بقاءِ جماعاتِ الكائناتِ الحيَّةِ وتكاثرِها، مثلُ:

شِدَّةِ الإضاءةِ، ودرجةِ الحرارةِ، والرطوبةِ، والرقمِ الهيدروجينيِّ (pH) للتربةِ، وشِدَّةِ الرياحِ، ووفرةِ
الأكسجينِ وثاني أكسيدِ الكربونِ.

شِدَّةُ الإضاءةِ Light Intensity
تُؤثِّرُ شِدَّةُ الإضاءةِ في مُعدَّلِ حدوثِ عملياتِ البناءِ الضوئيِّ؛ ما يُؤثِّرُ في توزُّعِ الكائناتِ الحيَّةِ وانتشارِها. فمثلًا، بعضُ النباتاتِ تكيَّفَتْ للعيشِ في بيئاتٍ شِدَّةُ إضاءتِها مُنخفِضةٌ، بحيثُ تكونُ أوراقُها عريضةً، أوْ تحوي كمِّيةً أكبرَ منْ صبغةِ الكلوروفيلِ. تُؤثِّرُ شِدَّةُ الإضاءةِ أيضًا في دورةِ النشاطِ اليوميِّ للحيواناتِ؛ فبعضُ الحيواناتِ تنشطُ خلالَ أوقاتِ النهارِ، وبعضُها الآخرُ ينشطُ ليلًا، مثلُ طائر البوم ، أنظرُ الشكلَ أدناه. وكذلكَ ترتبطُ دوراتُ تكاثرِ النباتاتِ والحيواناتِ بشِدَّةِ  الإضاءةِ ومُدَّتِها.

 

 

 

 

 

 

 

 

أتحقَّقُ: أُفسِّرُ كيفَ تكيَّفَتِ النباتاتُ للعيشِ في بيئاتٍ شِدَّةُ إضاءتِها مُنخفِضةٌ.

تتكيف النباتات للعيش في بيئات شدة إضاءتها منخفضة بأن تكون أوراقها عريضة أو تحوي كمية أكبر من صبغة الكلوروفيل .

درجةُ الحرارةِ Temperature
تُؤثِّرُ درجةُ الحرارةِ في مُعدَّلِ حدوثِ عملياتِ البناءِ الضوئيِّ؛ ما يُؤثِّرُ في نموِّ النباتاتِ وتوزيعِها، ثمَّ يُؤثِّرُ في عددِ الحيواناتِ على اختلافِ طرائقِ تغذيتِها. كذلكَ تُؤثِّرُ درجةُ الحرارةِ في مُعدَّلِ نشاطِ
الكائنِ الحيِّ؛ فعندَ ارتفاعِ درجاتِ الحرارةِ أوِ انخفاضِها بما يُعوِّقُ أداءَ العملياتِ الحيويةِ، فإنَّ هذهِ الكائناتِ تلجأُ إلى خفضِ أنشطتِها الحيويةِ أوْ إيقافِها في هذهِ الأثناءِ.

السكون (السبات) Dormancy: خفضِ أنشطة الكائن الحي الحيويةِ أوْ إيقافِها في أثناءِ ارتفاعِ درجاتِ الحرارةِ أوِ انخفاضِها.

أبحثُ: تُؤثِّرُ درجةُ الحرارةِ في إنباتِ البذورِ، ومنْ ذلكَ -مثلًا- أنَّ الثمارَ الجافةَ لنباتِ البانكسيا Banksia تتفتَّحُ عقبَ الحرائقِ الموسميةِ. أبحثُ في مصادرِ المعرفةِ المناسبةِ عنْ كيفيةِ تفتُّحِ ثمارِ هذا النباتِ، ثمَّ أُعِدُّ عرضًا تقديميًّا عنْ ذلكَ باستخدامِ برمجيةِ Power Point ، ثمَّ أعرضُهُ أمامَ زملائي/ زميلاتي في الصفِّ. تُحاط البذور في ثمار بانكسيا بقشرة خشبية سميكة، ومغلقة بمادة تسمى الرايزن ، التي يصعب فتحها أو كسرها في الظروف العادية، ولكن عند تعرض الغابات للحرائق، فإن الحرارة المرتفعة ومدة تعرض الثمار لهذه الحرارة، تسببان انصهار مادة الرايزن التي تغلق الثمار، ما يسبب تفتحها وانتشار البذور .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

الماءُ Water
تعتمدُ حياةُ الكائناتِ الحيَّةِ جميعِها على توافرِ الماءِ في بيئاتِها بصورتِهِ السائلةِ. فمثلًا،

1- الماءُ ضروريٌّ لإنباتِ البذورِ.

2- هضمِ الطعامِ وامتصاصِهِ.

3- إخراجِ الفضلاتِ.

4- يشكل نظامًا بيئيًّا يضمُّ عديدًا منَ الكائناتِ الحيَّةِ التي تكيَّفَتْ للعيشِ فيهِ.

ويعتمدُ توافرُ الماءِ في الصورةِ التي تُمكِّنُ الكائنَ الحيَّ منَ الاستفادةِ منْهُ على عواملَ عِدَّةٍ، منْها: مُعدَّلُ الهطلِ، وملوحةُ الماءِ، ورطوبةُ الهواءِ.
 

التربةُ Soil
تحتاجُ النباتاتُ في نموِّها إلى توافرِ عددٍ منَ الأيوناتِ في التربةِ، مثلِ النتراتِ (NO3)بوصفِها مصدرًا للنيتروجينِ، وهيَ توجدُ في التربةِ، نتيجةً لنشاطِ بعضِ أنواعِ البكتيريا، إلّا أنَّ بعضَ النباتاتِ تنمو في التربةِ الفقيرةِ بالنيتروجينِ أوْ أحدِ مصادرِهِ، مثلَ النباتاتِ آكلةِ الحشراتِ؛ إذْ إنَّها تصطادُ فرائسَها منَ الحشراتِ والحيواناتِ الصغيرةِ، ثمَّ تهضمُها، فتحصلُ على حاجتِها منَ النيتروجينِ منْ هضمِها بروتيناتِ أجسامِ هذهِ الفرائسِ. لاحظ الشكل في الأسفل.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

الرقمَ الهيدروجينيَّ (pH) للتربةِ يُؤثِّرُ في مُعدَّلِ تحلُّلِ الجثثِ والفضلاتِ، وإعادةِ الأملاحِ المعدنيةِ إلى التربةِ. 

أبحث في مصادرِ المعرفةِ المناسبةِ عنْ أسبابِ تلوُّثِ مصادرِ المياهِ، وأثرِ هذهِ  المُلوِّثاتِ في الكائناتِ الحيَّةِ التي تعيشُ في الأنظمةِ البيئيةِ المختلفةِ، ثمَّ أكتبُ تقريرًا عنْ ذلكَ، ثمَّ أقرأُهُ أمامَ زملائي/ زميلاتي في الصفِّ. تتعدد مصادر تلوث المياه فمنها:   الاحترار العالمي والتصحر وإزالة الغطاء النباتي والنفايات الزراعية والصناعية ومخلفات الحيوانات والمياه العادمة ووسائل النقل البحري  وتسرب النفط. ولتلوث المياه أضرار عدة منها أن تلوث المياه قد يسبب الضرر أو الأمراض للإنسان، ويسبب الضرر للكائنات الحية المائية ما يسبب خللا في السلاسل والشبكات الغذائية المائية، ما يخل بدوره في الأنظمة البيئية المائية.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

أتحقَّقُ: أُبيِّنُ كيفَ تحصلُ النباتاتُ آكلةُ الحشراتِ على النتراتِ في البيئاتِ التي تنمو فيها.

تصطادُ فرائسَها منَ الحشراتِ والحيواناتِ الصغيرةِ، ثمَّ تهضمُها، فتحصلُ على حاجتِها منَ النيتروجينِ منْ هضمِها بروتيناتِ أجسامِ هذهِ الفرائسِ. 

 

المُكوِّناتُ الحيَّةُ في الأنظمةِ البيئيةِ Biotic Components in Ecosystems
تضمُّ المُكوِّناتُ الحيَّةُ في النظامِ البيئيِّ جميعَ أنواعِ الكائناتِ الحيَّةِ التي تعيشُ فيهِ، وتُمثِّلُ مختلفَ جماعاتِهِ الحيويةِ.

حجمِ الجماعةِ الحيويةِ Population Size: عددِ الأفرادِ الذينَ ينتمونَ إلى الجماعةِ الحيويةِ نفسِها. ويعتمدُ حجمُ الجماعةِ الحيويةِ على التوازنِ بينَ كلٍّ منَ الزيادةِ الناتجةِ منَ التكاثرِ، والهجرةِ إلى الجماعةِ Immigration ، والنقصِ الناتجِ منْ وفياتِ بعضِ أفرادِها، والهجرةِ عنِ الجماعةِ Emigration ، أنظرُ الشكل التالي.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

تُؤثِّرُ في حجمِ الجماعةِ الحيويةِ عواملُ عِدَّةٌ، منْها: وفرةُ الغذاءِ، والعلاقاتُ الغذائيةُ في النظامِ البيئيِّ، والأمراضُ.

أتحقَّقُ: علامَ يعتمدُ حجمُ جماعةٍ حيويةٍ ما؟

يعتمد حجم الجماعة الحيوية على التوازن بين الزيادة الناتجة من التكاثر والهجرة إلى الجماعة، والنقص الناتج من وفيات بعض أفرادها والهجرة عن الجماعة.

نموُّ الجماعةِ Population Growth
نموِّ الجماعةِ Population Growth: التغيُّراتِ التي تعتري حجمَ الجماعةِ الحيويةِ بمرورِ الزمنِ.

لتتبُّعِ نموِّ جماعةٍ منَ الكائناتِ الحيَّةِ، يدرسَ العلماءُ أثرَ أحدِ مُكوِّناتِ النظامِ البيئيِّ في حجمِ  الجماعةِ الحيويةِ بمرورِ الزمنِ، ثمَّ يستخدمون البياناتِ التي جمعوها لرسمِ منحنياتٍ تُسمّى منحنياتِ نموِّ الجماعةِ Population Growth Curves.

أتحقَّقُ: أُوضِّحُ المقصودَ بنموِّ الجماعةِ.

التغيُّراتِ التي تعتري حجمَ الجماعةِ الحيويةِ بمرورِ الزمنِ.

 يبين الشكل التالي أثرُ تغيُّرِ درجةِ الحرارةِ في حجمِ الجماعةِ الحيويةِ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

دراسةُ الجماعاتِ في نظامٍ بيئيٍّ Studying Populations in an Ecosystem. 

يلجأُ العلماءُ إلى أخْذِ عيِّناتٍ مختلفةٍ بطرائقَ عِدَّةٍ، منْها: العيِّنةُ النقطيةُ، والمُربَّعُ القياسيُّ، والقطاعُ الخطيُّ، ووضعُ علاماتٍ على الكائناتِ الحيَّةِ.
 

العيِّنةُ النقطيةُ Point Sampling
يستخدمُ العلماءُ هذهِ الطريقةَ لتحديدِ انتشارِ الكائناتِ الحيَّةِ في نظامٍ بيئيٍّ مُحدَّدٍ، وتعرُّفِ حجومِ الجماعاتِ. وفيها توضَعُ نقاطٌ على خريطةٍ جغرافيةٍ تُمثِّلُ مناطقَ النظامِ البيئيِّ، ثمَّ يُحدِّدُ العلماءُ مُعدَّلَ وجودِ الكائناتِ الحيَّةِ المختلفةِ في تلكَ المناطقِ، أنظرُ الشكلَ التالي.

 

 

 

 

 

 

المُربَّعُ القياسيُّ Frame Quadrat
يُصمَّمُ المُربَّعُ القياسيُّ على شكلِ إطارٍ مُربَّعٍ من الخشب أوْ البلاستيك كما في الشكل أسفل، طولُ ضلعِهِ 0.5 m ؛ ما يُوفِّرُ مساحةَ 0.25 m² لجمعِ العيِّنةِ، وقدْ يكونُ مُقسَّمًا إلى 25 مُربَّعًا داخليًّا. يُستخدَمُ المُربَّعُ القياسيُّ لتقديرِ حجمِ جماعةٍ حيويةٍ منَ النباتاتِ أوِ الحيواناتِ غيرِ المُتحرِّكةِ، أوْ تلكَ التي تتحرَّكُ مسافاتٍ قصيرةً جدًّا، وتعرُّفِ مدى انتشارِها في منطقةٍ ما.

 

 

 

 

 

 

 

ما الخطوات التي يتبعها العلماء لتقديرِ حجمِ الجماعةِ الحيويةِ؟

1- يستخدمُ العلماءُ المُربَّعَ القياسيَّ مَرّاتٍ عِدَّةً في مساحاتٍ مختارةٍ عشوائيًّا.

2- يرصدونَ عددَ أفرادِ كلِّ نوعٍ عَدّوهُ في كلِّ مَرَّةٍ داخلَ المُربَّعِ.

3- ثم تُستخدَمُ العلاقةُ الموجودة في الصورة أسفل.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مثال 

في تجربةٍ لمجموعةٍ منَ الطلبةِ، هدفَتْ إلى تقديرِ حجمِ الجماعةِ الحيويةِ لنباتِ الدحنونِ، أنظرُ الشكلَ المجاورَ، في حديقةٍ مساحتُها الإجماليةُ 75 m2، استخدمَ الطلبةُ مُربَّعًا قياسيًّا مساحتُهُ 0.25 m2 ، وعَدّوا نباتِ الدحنونِ في 25 مُربَّعًا حدَّدوها عشوائيًّا في الحديقةِ، ورصدوا وجودَ 368 نبتةً منَ الدحنونِ في هذهِ المُربَّعاتِ. أحسُبُ حجمَ الجماعةِ الحيويةِ المُقدَّرَ لنباتِ الدحنونِ في الحديقةِ.
الحلُّ: أحسُبُ أوَّلاً المساحةَ الإجماليةَ للمُربَّعاتِ القياسيةِ التي انتهى فيها العَدُّ (m2) كالآتي:
ثمَّ أجدُ عددَ الأفرادِ في المترِ المُربَّعِ الواحدِ بتطبيقِ العلاقةِ الرياضيةِ الآتيةِ:
بعدَ ذلكَ أُقدِّرُ حجمَ الجماعةِ الحيويةِ باستخدامِ العلاقةِ الآتيةِ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

القطاعُ الخطيُّ Line Transect
تُستخدَمُ هذهِ الطريقةُ لدراسةِ أثرِ أحدِ المُكوِّناتِ غيرِ الحيويةِ في المجتمعاتِ الحيويةِ في نظامٍ بيئيٍّ، مثلِ: شِدَّةِ الإضاءةِ، والرقمِ الهيدروجينيِّ (pH) للتربةِ.

كيف تستخدم طريقة القطاع الخطي؟ 

1- توضَعُ خطوطٌ عرضيةٌ بينَ مَعْلمينِ بارزينِ في النظامِ البيئيِّ.

2- يُعَدُّ أفرادُ الكائناتِ الحيَّةِ منْ نوعٍ مُعين الذينَ يلامسونَ الخطَّ، أوْ يُستخدَمُ المُربَّعُ القياسيُّ ، بحيثُ يكونُ أحدُ أضلاعِهِ مُلامِسًا للخطِّ ( يحددُ موقعُ المُربَّعِ عشوائيًّا)لعَدِّ الكائناتِ الحيَّةِ؛ شرطَ أنْ تكونَ الكائناتُ الحيَّةُ المعدودةُ على طولِ هذهِ الخطوطِ هيَ العيِّنةَ، أنظرُ الشكل.

وضعُ علاماتٍ على الكائناتِ الحيَّةِ Mark-Release-Recapture
يستخدمُ العلماءُ هذهِ الطريقةَ لدراسةِ جماعاتٍ حيويةٍ تضمُّ حيواناتٍ تتحرَّكُ باستمرارٍ، مثلِ: الطيورِ، والدلافينِ. وفيها

1- يجمعُ العلماءُ عيِّنةً منْ أفرادِ الجماعةِ الحيويةِ.

2- يوضع على كلٍّ منْها علامةً يُمكِنُ تتبُّعُها، ولا تُلحِقُ ضررًا بالحيوانِ، ولا تجعلُهُ أكثرَ عرضةً للحيواناتِ المُفترِسةِ.
3- تطلق أفراد هذهِ الجماعةِ.

4- بعدَ مُدَّةٍ منَ الزمنِ، يجمعُ العلماءُ عيِّنةً عشوائيةً أُخرى لأفرادِ الجماعةِ الحيويةِ نفسِها.

5- تعدّ الأفراد الذينَ يحملونَ العلاماتِ الموضوعةَ عليْهِمْ سابقًا.

يُمكِنُ تقديرُ حجمِ الجماعةِ الحيويةِ باستخدامِ العلاقةِ الآتيةِ التي تُعرَفُ بمُعاملِ لينكولن:

$N=\frac{n_1\times n_2}{m_2}$

حيثُ:
N: حجمُ العيِّنةِ المُقدَّرُ.
n₁ : عددُ الأفرادِ الذينَ جمُعُِوا أوَّلَ مَرَّةٍ، ووُضِعَتْ عليْهِمْ علاماتٌ لتتبُّعِهِمْ.
n₂ : عددُ الأفرادِ الذينَ جمُعُِوا مَرَّةً ثانيةً. 
m₂ : عددُ الأفرادِ الذينَ جمُعُِوا في المَرَّةِ الثانيةِ، ويحملونَ العلاماتِ التي وُضِعَتْ عليْهِمْ سابقًا.

يُؤخَذُ على هذهِ الطريقةِ إهمالُها العواملَ المُؤثِّرةَ في حجمِ الجماعةِ الحيويةِ، مثلَ مُعدَّلِ الوفياتِ والولاداتِ.

 

 

 

 

 

 

 

 

أبحثُ في مصادرِ المعرفةِ المناسبةِ عنْ أثرِ اتِّباعِ أنماطِ السلوكِ الإيجابيِّ (مثلُ: عدمِ قطفِ الأزهارِ، وعدمِ صيدِ العصافيرِ في أوقاتِ تكاثرِها) في المحافظةِ على  الأنظمةِ البيئيةِ، ثمَّ أُصمِّمُ مطويةً أُضمِّنُها صورًا منْ نتائجِ بحثي، ثمَّ أُوزِّعُها على زملائي/ زميلاتي في الصفِّ.تسهم بعض السلوكات الإيجابية (مثل عدم قطف الأزهار أو عدم صيد الحيوانات في مواسم تكاثرها) في المحافظة على بقاء الكائنات الحية وثبات السلاسل الغذائية وديمومتها، فقطف الأزهار سيعيق تكاثر النباتات، وانتقال حبوب اللقاح ما يؤثر في الغطاء النباتي الذي يشكل أساس السلاسل الغذائية، واصطياد الحيوانات مثل الطيور في مواسم تكاثرها، سيمنع تجددها ويحدث خللا في الأنظمة البيئية التي تعيش فيها .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

في بعثةٍ علميةٍ هدفَتْ إلى دراسةِ جماعةٍ حيويةٍ منَ الدلافينِ، تمكَّنَ العلماءُ منْ وضعِ علاماتٍ على 180 دُلفينًا، ثمَّ إعادةِ إطلاقِها في بيئتِها البحريةِ. وبعدَ أشهرٍ عِدَّةٍ، وجدَ العلماءُ 44 دُلفينًا، تَحملُ 7 منْها فقطْ تلكَ العلاماتِ. أحسُبُ حجمَ هذهِ الجماعةِ الحيويةِ.

أبحثُ في مصادرِ المعرفةِ المناسبةِ عنْ طرائقَ يستخدمُها العلماءُ في دراسةِ حجمِ جماعاتِ الكائناتِ الحيَّةِ التي تعيشُ في البيئاتِ المائيةِ، ثمَّ أُعِدُّ فلمًا عنْ ذلكَ باستخدامِ برمجيةِ movie maker ، ثمَّ أعرضُهُ أمامَ زملائي/ زميلاتي في الصفِّ. يمكن أخذ عينات من الكائنات الحية المائية بط ا رئق عدة منها : استخدام الشباك في مناطق المياه المفتوحة، وملاحظة ما يتم جمعه فيها من كائنات حية. أيضا في مناطق الشعاب المرجانية، يمكن استخدام ذات الطرق المستخدمة على اليابسة، مثل المربع القياسي، والقطاع الخطي. كما يمكن وضع علامات على الكائنات الحية المائية مثل الدلافين والحيتان والسلاحف المائية وتتبعها.