الفصل الاول : مبادئ علم البيئة

الفصل الأول : مبادئ علم البيئة

اولاً

الدرس الأول  : المخلوقات الحية وعلاقاتها المتبادلة

علم البيئة ecology علم البيئة : فرع متخصص من العلوم  يدرس العلاقات المتبادلة بين المخلوقات الحية وتفاعلاتها مع بيئاتها 

س / على ماذا يعتمد علماء البيئة في دراستهم ؟

1- الملاحظة 

2- إجراء التجارب 

3- تصميم النماذج باستخدام الأدوات المختلفة والطرائق المتنوعة.

يفحص علماء البيئة المخلوقات الحية في بيئاتها

وقد تعطي نتائج بحوثه دليلا على :

-السبب الذي يجعل المخلوق الحي قادرا على العيش في الصحراء

- وهل أسباب مرضه، أو موته نتيجة قلة غذائه أم نوع المخلوقات الحية التي تعيش في بيئته

ويراقب علماء البيئة المخلوقات الحية لفهم العلاقات المتبادلة بينها

التحليل الطويل الأمد: جمع بعض الملاحظات وتحليلها (يستغرق وقتاَ طويلاَ )

النماذج : 

1- تساعد العلماء على تمثيل عملية أو نظام ما أو محاكاتهما 2- تسمح لعلماء البيئة بالسيطرة على عدد من المتغيرات الموجودة 

وتقلل من فرصة دخول متغيرات جديدة حتى يتم الفهم الكامل لأثر كل متغير 

س /عللي : دراسة المخلوقات الحية في بيئاتها قد تكون صعبة. 

نتيجة وجود المتغيرات المتنوعة التي يجب دراستها في الوقت نفسهالغلاف الحيوي biosphere

الغلاف الحيوي : جزء من الكرة الأرضية يدعم الحياة

يشكل الغلاف الحيوي طبقة رقيقة حول الأرض

تمتد عدة كيلومترات فوق سطحها وعدة كيلومترات تحت سطح المحيط 

لتصل إلى الفوهات الحرارية في أعماق المحيط

س /على ماذا يشمل الغلاف الحيوي ؟

كتلا من اليابسة 

أجساما في الماء العذب والماء المالح

جميع المواقع التي توجد تحت سطح الأرض وتدعم الحياة

المناطق القطبية المتجمدة

الصحارى والمحيطات والغابات المطيرة 

س/عللي النباتات الخضراء تعد مؤشراَ جيداَ على توزيع المخلوقات الحية في منطقة ما 

لأن معظم المخلوقات الحية تعتمد في بقائها على النباتات الخضراء أو الطحالب  

العوامل الموجودة في بيئة المخلوق الحي : 

العوامل الحيوية: المكونات الحية في بيئة المخلوق الحي

في موطن السلمون 

س / ماذا تشمل العوامل الحيوية في هذا الموطن ؟ 

جميع المخلوقات التي تعيش في الماء، ومنها:

1- الأسماك الأخرى   2- الطحالب والضفادع    3- المخلوقات الحية الدقيقة

4- قد تشكل المخلوقات الحية التي تعيش على اليابسة المجاورة للماء عوامل حيوية في الموطن 

5- المخلوقات الحية المهاجرة التي تعبر المنطقة، ومنها الطيور قد تؤثر في موطن سمك السلمون 

العوامل اللاحيوية  المكونات غير الحية في بيئة المخلوق الحي

س/عددي العوامل اللاحيوية للمخلوقات الحية ضمن الغلاف الحيوي ؟

1- درجة الحرارة           2- التيارات الهوائية أو المائية 

3- ضوء الشمس           4- نوع التربة 

5- هطول الأمطار          6- المواد المغذية المتنوعة.

قد تشترك المخلوقات الحية التي تعيش في المنطقة الجغرافية نفسها في نفس العوامل اللاحيوية ذاتها

س / ما هي العوامل اللاحيوية الضرورية لنبات ما ؟ 

كمية الأمطار - كمية الضوء - نوع التربة - مدى درجات الحرارة - المواد المغذية المتوافرة في التربة

س / ماهي العوامل اللاحيوية لسمك السلمون ؟ 

مدى درجة حرارة الماء - درجة حموضة الماء - تركيز الأملاح في الماء 

مستويات التنظيم    تضم : 

• المخلوق الحي  • الجماعات الحيوية • المجتمع الحيوي

• النظام البيئي    • المناطق الحيوية  • الغلاف الحيوي

المخلوق الحي : أي فرد من نوع من أنواع المخلوقات الحية، مثل السمكة المخططة 

الجماعة الحيوية : مجموعة من المخلوقات الحية من النوع نفسه تعيش وتتكاثر في المكان ذاته وفي الوقت نفسه، مثل مجموعة الأسماك المخططة

المجتمع الحيوي: يتكون من الجماعات الحيوية من الأنواع المختلفة للمخلوقات الحية -أسماك ومرجان ونباتات بحرية- التي تعيش في المكان ذاته وفي الوقت نفسه 

النظام البيئي : يتكون من المجتمع الحيوي – كالشعاب المرجانية - والعوامل اللاحيوية كلها التي تؤثر فيه ومنها ماء البحر 

المنطقة الحيوية : هي مجموعة واسعة من الأنظمة البيئية التي تشترك في المناخ نفسه، وفيها أنواع متماثلة من المجتمعات الحيوية

الغلاف الحيوي : أعلى مستوى في التنظيم، وهو الطبقة من الأرض التي تدعم الحياة (أعلى نقطة في الغلاف الجوي إلى أعماق المحيط). 

العلاقات المتبادلة فى النظام البيئي

الموطن هو المساحة التي يعيش فيها المخلوق الحي. 

وقد تشكل شجرة مفردة موطنًا لمخلوق يقضي حياته كلها عليها 

وإذا انتقل المخلوق من شجرة إلى أخرى فإن موطنه يعد حقلا من الأشجار 

الحيز(الإطار) البيئي : هو الدور أو الموضع الذي يؤديه المخلوق الحي في بيئته.

يصف احتياجاته مثل : غذاء مأوى , تكاثر 

ويمكن وصف الحيز : حسب حاجة المخلوق للـ : مكان العيش , درجة الحرارة , الرطوبة , وحسب ظروف التزاوج والتكاثر المناسبة

التنافس عندما يستخدم أكثر من مخلوق حي واحد المصادر ذاتها في الوقت نفسه

من المصادر الضرورية لاستمرار الحياة: الغذاء - الماء - مكان العيش - الضوء. 

مثال : 

س / ما الذي يحدث في وقت الجفاف وعندما يندر وجود الماء لدى العديد من المخلوقات الحية؟ 

تتنافس المخلوقات القوية مباشرة مع المخلوقات الضعيفة، 

النتيجة : 1- عادة يموت الضعيف ويبقى القوي.

2- قد تنتقل بعض المخلوقات الحية إلى موقع آخر حيث يتوافر الماء ولا يكون التنافس قوياً 

الافتراس  التهام مخلوق حي لمخلوق حي آخر 

المفترس : المخلوق الحي الذي يلتهم مخلوقا آخر

الفريسة : المخلوق الذي يتم التهامه

أمثلة : 

 1- قط يمسك عصفور

2- حشرة الدعسوقة (خنفساء أبو العيد) والسرعوف مثالان لحشرات مفترسة. 

3- نبات آكل الحشرات (فينوس) نبات يعيش في البيئات التي تفتقر للنيتروجين. وقد تحورت أوراقه لتكون مصائد صغيرة للحشرات والحيوانات الصغيرة الأخرى؛ حيث يفرز النبات مادة حلوة لزجة لجذب الحشرات، وعندما تصبح الحشرة على الورقة ُ تطبق عليها، ثم يفرز النبات مادة تهضم الحشرة على مدى بضعة أيام 

س / فسري العبارة التالية : تعدُّ بعض الحشرات المفترسة حشرات مفيدة 

حيث يستخدمها مزارعو الفواكه والخضراوات في مكافحة الحشرات الضارة بدلا من المبيدات الحشرية يستخدم هؤلاء للسيطرة على جماعات الحشرات الضارة. 

العلاقة بين المخلوقات الحية 

 التكافل

اولاً : التكافل هي العلاقة الوثيقة التي يعيش فيها نوعان أو أكثر من المخلوقات الحية معا .

 

مثل : ١- التقايض   ٢- التعايش 

 ١- التقايض / لعلاقة بين مخلوقين أو أكثر يعيشان معا، بحيث يستفيد كل منهما من الآخر 

مثال : @ الأشنات ( علاقة بين الفطريات والطحالب )

          

يوفر الطحلب الغذاء للفطريات

وتزود الفطريات الطحالب بالماء والأملاح المعدنية والموطن

@  العلاقة بين السمكة المهرجة وشقائق النعمان 

(السمكة المهرجة)  تسبح بين لوامس شقائق النعمان وتحتمي من المفترسات + تتغذى على فتات الغذاء الذي تخلفه شقائق النعمان

(شقائق النعمان ) لا تستفيد ولا تتضرر من هذه العلاقة

٢- التعايش /  علاقة يستفيد فيها أحد المخلوقات الحية، بينما لا يستفيد الآخر ولا يتضرر.

مثال :  تستفيد الأشنات من الشجرة التي تعرضها للمزيد من ضوء الشمس

ثانياً التطفل : العلاقة التي يستفيد منها مخلوق حي بينما يتضرر الأخر 

انواع الطفيليات : 

1- خارجية كالقراد والبراغيث

2- داخلية كالبكتيريا والديدان الشريطية والديدان الأسطوانية. 

مثال :  ديدان القلب من الطفيليات الداخلية. غالباً لا تقتل عائلها ولكنها تضعفه

 وفي علاقة التطفل إذا مات العائل يموت الطفيل أيضا ما لم يجد بسرعة عائلا آخر يتطفل عليه.

تطفل الحضانة 

طائر الأبقار  البني الرأس ( الوقواق ) يعتمد على أنواع الطيور الأخرى في بناء الأعشاش وفي حضانة بيضه 

إذ تضع الأنثى بيضها وتتركه في عش طائر آخر يقوم بحضن البيض وتغذية صغار طائر الأبقار

الدرس الثاني انتقال الطاقة فى النظام البيئي

الطاقة في النظام البيئي

س/ على أي أساس  تصنف المخلوقات الحية إلى ذاتية التغذية وغير ذاتية التغذية ؟

حسب طريقة حصولها على الطاقة في النظام البيئي

الذاتية التغذية autotroph

المخلوق الحي الذاتي التغذية :هو المخلوق الحي الذي مكنّه الله سبحانه وتعالى

من الحصول على الطاقة من ضوء الشمس أو من المواد غير العضوية لينتج غذاءه.

1-  المخلوقات الحية التي تحوي الكلوروفيل تمتص الطاقة أثناء عملية البناء الضوئي

وتستخدمها في تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء (مواد غير عضوية) ----> جزيئات عضوية.

2-  في الأماكن التي لا يتوافر فيها ضوء الشمس، تستخدم بعض البكتيريا :

كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون ---> لبناء جزيئات عضوية تستخدمها كغذاء.

 عللي /تعد المخلوقات الحية الذاتية التغذية أساسا لكل الأنظمة البيئية؟

لأنها توفر الطاقة لكل المخلوقات الحية الأخري  في النظام البيئي.

غير ذاتية التغذية heterotrophs

المخلوق الحي الغير ذاتي التغذية(المستهلكات) : هوالمخلوق الحي الذي يحصل على احتياجاته من الطاقة بالتهام مخلوقات حية أخري،

آكل الأعشابherbivore المخلوق الحي غير الذاتي التغذية والذي يتغذي على النباتات

كالبقرة والأرنب والجراد.

آكلات اللحوم carnivores المخلوقات غير الذاتية التغذية التي تفترس مخلوقات حية أخري غير ذاتية التغذية منها الأسود والوشق 

المخلوقات القارتة omnivores مخلوقات حية أخري تتغذي على النباتات والحيوانات،منها الدب والإنسان

المخلوقات الكانسة  detritivores مخلوقات حية تتغذي على أجزاء من المواد الميتة في النظام البيئي، فتعيد بذلك المواد المغذية إلى التربة أو الهواء أو الماء لتستخدمها المخلوقات الحية الأخري مرة ثانية.

تضم : الديدان والعديد من الحشرات المائية التي تعيش في قاع جدول، حيث تتغذي على قطع صغيرة من النباتات والحيوانات الميتة.

المحللات : تحلل المخلوقات الميتة بوساطة إفراز إنزيمات هاضمة -مثلها مثل الحيوانات الكانسة- مثل الفطريات والبكتيريا

سـ / عددي أهمية المحللات والكانسات

- تقوم بتحليل المركبات العضوية لتوفر المواد المغذية للمنتجات من أجل إعادة استخدامها فتشكل جزءا مهما من دورة الحياة لأنها توفر المواد المغذية لكل المخلوقات الحية الأخرى 

- بدون المحللات والكانسات، يمتلئ الغلاف الحيوي بالمخلوقات الميتة التي تحوي أجسامها مواد مغذية لن تكون متاحة للمخلوقات الحية الأخرى 

س / هاتي أمثلة على كلاً من  الكانسات والمحللات ؟

الكانسة : الديدان – العديد من الحشرات المائية التي تعيش في قاع الجدول

المحللات : الفطريات – البكتيريا

نماذج انتقال الطاقة

السلاسل - الشبكات الغذائية – الأهرام البيئية

أهميتها يستخدمها علماء البيئة لعمل نماذج لانتقال الطاقة في نظام بيئي ما

           تعد تمثيلا مبسطًا لانتقال الطاقة.

مستوى غذائي  trophic level    كل خطوة في السلسلة أو الشبكة الغذائية 

المستوي الغذائي الأول  :  تمثله المخلوقات الحية الذاتية التغذية في الأنظمة البيئية جميعها

المستويات الأخري هي المخلوقات الحية غير الذاتية التغذية 

باستثناء المستوي الغذائي الأول، 

تحصل المخلوقات الحية في كل مستوى غذائي على طاقتها من المستوى الغذائي الذي يسبقه..

السلاسل الغذائية food chain نموذج بسيط يمثل كيف تنتقل الطاقة ضمن النظام البيئي.

سـ / ماذا تمثل الأسهم في السلسلة الغذائية التالية :

تمثل  انتقال الطاقة في اتجاه واحد يبدأ من الذاتية التغذية، وينتقل إلى غير الذاتية التغذية

الزهرة  تستخدم  طاقة الشمس لصنع غذائها،

الجراد يحصل على طاقته بالتغذي على الزهرة،

الفأر  يستمد طاقته من أكل الجراد،

الأفعى تستمد طاقتها من تغذيها على الفأر.

سـ / فيما يستخدم كل مخلوق حي الطاقة التي يحصل عليها من المخلوق الذي تغذي عليه ؟

يستخدم جزء منها في العمليات الحيوية الخلوية لبناء خلايا وأنسجة جديدة.

والطاقة المتبقية  : تتحرر إلى البيئة المحيطة لتصبح غير متاحة للمخلوقات الحية ضمن السلسلة الغذائية

الشبكات الغذائيةfood web  هو نموذج يمثل السلاسل الغذائية المتداخلة المتنوعةوالمسارات التي تنتقل فيها الطاقة خلال مجموعة من المخلوقات الحية.

شبكة غذائية توضح العلاقات الغذائية في مجتمع صحراوي

الأهرام البيئية مخطط يمكن أن يوضح الكميات النسبية من الطاقة والكتلة الحيوية وأعداد المخلوقات الحية في كل مستوي غذائي في النظام البيئي

هرم الطاقة يبين أن % 90 تقريبا من الطاقة الكلية في مستوى غذائي لا تنتقل إلى المستوى الغذائي الذي يليه <<<< عللي

يحدث ذلك لأن معظم الطاقة الموجودة في المخلوقات الحية في كل مستوى تستهلك في العمليات الحيوية الخلوية،

أو تنطلق إلى البيئة المحيطة على صورة حرارة

هرم الكتلة الحيوية تتناقص عادة كمية الكتلة الحيوية في كل مستوى غذائي

الكتلة الحيويةbiomassهي الكتلة الإجمالية للمادة الحيوية عند كل مستوى غذائي

هرم الأعداد 

عللي /  العدد النسبي (كما يوضح هرم الأعداد ) للمخلوقات عند كل مستوى غذائي يتناقص 

لأن الطاقة المتوافرة لدعم نمو المخلوقات الحية تقل

الدرس الثالث: تدوير المواد

الدورات فى الغلاف الحيوي

تتحول الطاقة إلى أشكال يمكن استخدامها لدعم وظائف النظام البيئي.

 ويحتاج الغلاف الحيوي إلى دعم ثابت ومستمر من الطاقة القابلة للاستعمال .

ولكن هذا الأمر لاينطبق على المادة؛ إذ ينص قانون حفظ الكتلة على أن المادة لا تفنى ولا تستحدث إلا بمشيئة الله

العمليات الحيوية في الطبيعة، وبتقدير من الله سبحانه وتعالى تعيد تدوير المادة ضمن الغلاف الحيوي

المادة : هي أي شيء يحتل حيزا وله كتلة

تزود المخلوقات الحية بالمواد المغذية التي تحتاج إليها لتؤدي وظائفها

المادة المغذية : هي مادة كيميائية يجب أن يحصل عليها المخلوق الحي من بيئته للقيام بعملياته الحيوية واستمرار حياته.

الدورة الجيوكيميائية الحيوية عملية تبادل المواد ضمن الغلاف الحيوي

تتضمن هذه الدورة 

-المخلوقات الحية 

-العمليات الجيولوجية 

-العمليات الكيميائية

دورة الماء

1- عددي خطوات دورة الماء

2- حددي مصادر بخار الماء  الجوي 

3- عددي اهمية الماء العذب

4- اذكري نسبة الماء العذب من حجم الماء الكلي على الأرض 

5- ماهي نسبة الماء المتوافر من الماء العذب للمخلوقات الحية 

6- عللي 96 من الماء العذب غير متاح لاستخدام المخلوقات الحية 

دورتا الكربون والأكسجين 

أهمية الكربون:

1- تتكون المخلوقات الحية جميعها من جزيئات تحتوي الكربون

2- تشكل ذرات الكربون الهيكل الأساسي للجزيئات المهمة

ومنها: البروتينات والكربوهيدرات والدهون

أهمية الأكسجين :

يعد عنصرا مهما في العديد من العمليات الحيوية

أهمية  الكربون والأكسجين :

 يشكلان غالبا الجزيئات الضرورية للحياة 

مثل : (ثاني أكسيد الكربون والسكريات البسيطة )

مراحل دورة الكربون والأكسجين 

بوساطة عملية البناء الضوئي :

1- تحول النباتات الخضراء والطحالب، ثاني أكسيد الكربون والماء إلى كربوهيدرات

2- تحرر الأكسجين ثانية إلى الهواء 

ما هي أهمية الكربوهيدرات  ؟

تعد مصدرا لطاقة المخلوقات الحية جميعها في الشبكات الغذائية.

إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون :

 عندما تحرره المخلوقات الحية الذاتية التغذية وغير الذاتية التغذية في الهواء بوساطة التنفس الخلوي.

الدورة طويلة الأمد للكربون 

1-يدخل  فيها عندما  تدفن المادة العضوية تحت الأرض وتتحول إلى الفحم أو النفط أو الغاز 

( قد يبقى Cعلى صورة وقود أحفوري لملايين السنين )

س / متى يتحرر الكربون من الوقود الأحفوري؟

 عند حرقه مما يزيد من نسبة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي

الدورة طويلة الأمد للكربون والأكسجين :

 عندما يصبحان على صورة كربونات الكالسيوم 

س / أين توجد كربونات الكالسيوم ؟

 1- في أصداف العوالق النباتية وغيرها من المخلوقات الحية، ومنها: المرجان والمحار بأنواعه. وفي بعض المخلوقات الحية كالطحالب

2- تسقط هذه المخلوقات نحو قاع المحيط فتشكل ترسبات واسعة من الصخور الكلسية.

3- يبقى الكربون والأكسجين محصورين في هذه الترسبات

إلى أن تحرر عمليات ( الحت والتجوية ) هذه العناصر لتصبح جزءا من الدورة القصيرة الأمد

دورة النيتروجين

س / إين يوجد عنصر  النيتروجين ؟

في البروتينات، ويتركز بصورة أكبر في الغلاف الجوي

س / كيف تستطيع النباتات والحيوانات استخدام النيتروجين ؟

لا تستطيع استخدامه مباشرة من الغلاف الجوي،

1- تثبيت النيتروجين (النترتة) nitrogen Fixation حصول أنواع من البكتيريا التيتعيش في الماء والتربة أو تنمو على جذور بعض النباتات - على غاز النيتروجين من الهواء وتحوله إلى نترات 

2- يتم تثبيت بعض النيتروجين في أثناء العواصف الكهربائية عندما تحوله الطاقة الناتجة عن البرق إلى النترات.

3- يضاف النيتروجين أيضا إلى التربة عندما تضاف الأسمدة الكيميائية إلى الحقول والمحاصيل وغيرها.

دورة النيتروجين 

1- يدخل النيتروجين إلى الشبكة الغذائية عندما تمتص النباتات مركباته من التربة( بعد تثبيته )

 وتحولها إلى بروتينات

 2- تحصل المستهلكات على النيتروجين بتغذيها على النباتات أو الحيوانات التي تحويه، وهي بذلك تعيد استخدامه لتصنع بروتيناتها بنفسها.

س - عللي / يعد النيتروجين عادة عاملا محددا لنمو المنتِجات.

 لأن كمية النيتروجين في الشبكة الغذائية تعتمد على كميته المثبتة في التربة

س / ماهي الطرائق التي يعود بها النيتروجين إلى التربة ؟

1- عندما تطرح بعض المخلوقات الحية فضلاتها يعود النيتروجين إلى التربة أو الماء، وبالتالي تعيد النباتات استعماله

2- عندما تموت المخلوقات، تحوِّل المحللات النيتروجين الموجود في بروتيناتها ومركباتها الأخرى إلى الأمونيا، ثم تقوم المخلوقات الحية الموجودة في

التربة بتحويل الأمونيا إلى مركبات نيتروجينية تستخدمها النباتات.

3-تثبيت النيتروجين الجوي

عملية إزالة النيتروجين (عكس النترتة) denitrification

 تحوِّل مركبات النيتروجين المثبتة إلى غاز النيتروجين مما يعيده ثانية إلى الغلاف الجوي عن طريق بعض بكتيريا التربة .

دورة الفوسفور

الأهمية : عنصر ضروري لنمو المخلوقات الحية.

الدورة القصيرة الأمد :

vينتقل الفوسفور الموجود في الفوسفات الذائبة في الماء من التربة إلى المنتِجات،

vومنها إلى المستهلكات.

v وعندما تموت المخلوقات أو تخرج فضلات عملياتها الحيوية،

vتقوم المحللات بإعادة الفوسفور إلى التربة حيث يمكن  استخدامه مرة أخري .

س / كيف ينتقل الفوسفور من الدورة القصيرة الأمد إلى الدورة الطويلة الأمد 

من خلال عملية الترسيب التي تكون الصخور.

الدورة الطويلة الأمد :

تضيف عمليات تعرية الصخور وتجويتها الفوسفور ببطء إلى هذه الدورة.

وقد يوجد الفوسفور الذي يكون على صورة فوسفات فقط في التربة والماء وبكميات قليلة،

لذا فغالبا ما يكون الفوسفور عاملا محددا لنمو المنتجات.