الاستعداد لمباراة CRMEFPréparation CRMEFمباراة CRMEFCRMEF SVT

إنتاجية الحميلة البيئية

1. أهداف الدرس

في نهاية هذا الدرس، ينبغي أن تكون قادرًا على:

  • التمييز الدقيق بين الكتلة الحية والإنتاجية، والتعامل مع وحداتهما؛
  • تعريف الإنتاجية الأولية الخام والإنتاجية الأولية الصافية وكتابة العلاقة التي تربطهما؛
  • تعريف الإنتاجية الثانوية وربطها بالمردودات البيئية؛
  • وصف طرق قياس الإنتاجية، وخصوصًا طريقة القنينتين الشفافة والمعتمة؛
  • تحديد العوامل المحددة للإنتاجية في الوسط القاري والوسط المائي؛
  • مقارنة إنتاجية الحميلات الكبرى في المحيط الحيوي وتأويل الفارق بين المساحة المشغولة والإنتاج الإجمالي؛
  • مقارنة حصيلة حميلة بيئية طبيعية بحصيلة حميلة زراعية.

2. الكتلة الحية والإنتاجية: مقداران لا ينبغي الخلط بينهما

الكتلة الحية الإنتاجية
الطبيعة مخزون حاضر في لحظة معينة تدفق: كمية مُنتَجة في وحدة الزمن
الوحدة المعتادة غ أو كغ من المادة الجافة في م² غ من المادة الجافة في م² وفي السنة، أو كيلوجول في م² وفي السنة
ما تقيسه الرأسمال المتراكم سرعة إنتاج هذا الرأسمال

3. الإنتاجية الأولية الخام والصافية

صورة 1 — قيد الإعداد
وصف الوثيقة

خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector) بخطوط واضحة وألوان هادئة متباينة، تعرض مبيان تدفقات ذات عروض متناسبة. في اليمين سهم أصفر داخل مسمّى «الطاقة الضوئية الممتصة» ينتهي إلى كتلة خضراء عريضة مسمّاة «الإنتاجية الأولية الخام: مجموع المادة العضوية المنتَجة». ينطلق من هذه الكتلة نحو الأعلى سهم أحمر ملحوظ العرض مسمّى «تنفس المنتجين: طاقة مبددة في شكل حرارة»، ونحو اليسار كتلة خضراء أضيق مسمّاة «الإنتاجية الأولية الصافية = الخام − التنفس». وتنقسم هذه الكتلة الأخيرة إلى ثلاثة أسهم مسمّاة: «مستهلَكة من طرف آكلات النبات»، «مادة عضوية ميتة: فرش، نحو آكلات الحطام والمُحلِّلات»، «تراكم: ارتفاع الكتلة الحية للحميلة». وتحت الخطاطة معادلة مؤطرة: الإنتاجية الصافية = الإنتاجية الخام − التنفس. خلفية بيضاء نظيفة، تسميات بخط عربي واضح، رسم بياني دقيق ومقروء

ثلاثة مآلات ممكنة للإنتاجية الصافية، ينبغي معرفة تعدادها: إما أن تُستهلك من طرف آكلات النبات، أو تسقط في شكل مادة عضوية ميتة فتغذّي السلسلة الحطامية، أو تتراكم فترفع الكتلة الحية للحميلة البيئية.

4. الإنتاجية الثانوية

وهي تقابل بالضبط بند «الإنتاجية» في الحصيلة الطاقية المقامة في الدرس السابق. ومن ثم تحكمها مردودات الاستغلال والاستيعاب والإنتاج، وهو ما يفسر كونها دائمًا أدنى بكثير من الإنتاجية الأولية الصافية.

5. قياس الإنتاجية

الطريقة المبدأ الوسط الملائم
الجني والوزن أخذ الغطاء النباتي من مساحات معلومة، والتجفيف في المِجفاف، ووزن المادة الجافة، والتكرار على فترات منتظمة الأوساط القارية، الزراعات، المروج
القنينتان الشفافة والمعتمة قياس تغيرات ثنائي الأكسجين الذائب في قنينتي ماء تُحضَنان بالتوازي الأوساط المائية
التبادلات الغازية قياس تدفقات CO₂ الممتص أو المنطلق من غطاء نباتي قاري، تجهيزات ميدانية
الاستشعار عن بعد مؤشرات محسوبة انطلاقًا من الإشعاع المنعكس عن الغطاء النباتي مساحات واسعة، تتبع على صعيد جهوي

5.1. طريقة القنينتين الشفافة والمعتمة

صورة 2 — قيد الإعداد
وصف الوثيقة

خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector)، ألوان هادئة متباينة، تعرض ثلاث قنينات مصطفة ومسمّاة، مملوءة بماء يحتوي على عوالق نباتية ممثلة بنقط خضراء صغيرة. القنينة 1، في اليمين، مسمّاة «القنينة الأولية: معايرة ثنائي الأكسجين الذائب في الزمن صفر»، مع عبارة «القيمة الابتدائية». القنينة 2، في الوسط، شفافة ومعرَّضة لإشعاع ممثل بأسهم صفراء، مسمّاة «القنينة الشفافة: تركيب ضوئي وتنفس؛ ثنائي الأكسجين يرتفع»، مع سهم أخضر صاعد. القنينة 3، في اليسار، معتمة تمامًا ومحاطة بغلاف أسود، مسمّاة «القنينة المعتمة: تنفس فقط؛ ثنائي الأكسجين ينخفض»، مع سهم أحمر نازل. وتحت القنينات الثلاث إطار يحمل العلاقات: «الشفافة − الأولية = الإنتاجية الصافية»؛ «الأولية − المعتمة = التنفس»؛ «الشفافة − المعتمة = الإنتاجية الخام». خلفية بيضاء نظيفة، تسميات بخط عربي واضح، رسم تخطيطي دقيق ومقروء

6. العوامل المحددة للإنتاجية

الوسط العوامل المحددة المهيمنة النتائج القابلة للملاحظة
قاري الماء، ثم الحرارة؛ ثم العناصر المعدنية (خصوصًا الأزوت والفوسفور) تتبع الإنتاجية التساقطات إجمالًا: قصوى في المناخ الحار الرطب، دنيا في الصحراء
مائي الضوء (محصور في المنطقة الضوئية) والعناصر المغذية الإنتاجية ضعيفة في عرض البحر، وقوية حيث تتجدد العناصر المغذية
مناطق صعود المياه العميقة رفع التحديد بالعناصر المغذية إنتاجية قوية، ومناطق صيد كبرى
الأوساط الساحلية والمصبات والشعب واردات قارية، عمق ضعيف، ضوء متاح إنتاجية من بين الأعلى في المحيط الحيوي

7. مقارنة الحميلات الكبرى

الحميلة البيئية الإنتاجية الأولية الصافية الكتلة الحية المتراكمة
الغابة المدارية الرطبة مرتفعة جدًا مرتفعة جدًا
الشعب المرجانية، المصبات، المستنقعات مرتفعة جدًا متوسطة
الغابة المعتدلة مرتفعة مرتفعة
الزراعات المكثفة مرتفعة (مدعومة بواردات) ضعيفة
السافانا، السهوب متوسطة ضعيفة إلى متوسطة
المحيط المفتوح ضعيفة في وحدة المساحة ضعيفة جدًا
الصحراء، التوندرا ضعيفة جدًا ضعيفة جدًا

8. الإنتاجية واستغلال الإنسان

حميلة بيئية طبيعية حميلة زراعية
التنوع مرتفع ضعيف، غالبًا نوع مزروع واحد
مآل الإنتاج يُعاد تدويره في المكان يُصدَّر بالحصاد
حصيلة العناصر المعدنية دورة مغلقة، ضياعات ضعيفة دورة مفتوحة: العناصر تغادر المنظومة
صيانة الخصوبة يضمنها التحلل في المكان تتطلب واردات: تسميد، إصلاحات تربوية
الاستقرار تنظيم ذاتي بفعل التفاعلات ضعيف: حساس للآفات، مرتهن بالتدخلات
الحصيلة الطاقية دخول شمسي وحده دخول شمسي + طاقة المدخلات والآليات والسقي

9. الأخطاء الشائعة وفخاخ الامتحان

الخطأ الشائع الصياغة الصحيحة
الكتلة الحية والإنتاجية تعبّران عن الشيء نفسه. الكتلة الحية مخزون (غ/م²)، والإنتاجية تدفق (غ/م²/سنة).
الإنتاجية الخام هي الطاقة المتاحة للعواشب. المتاح هو الإنتاجية الصافية: فالخام تشمل ما يستهلكه المنتجون لتنفسهم الخاص.
الحميلة الناضجة شديدة الإنتاجية ما دامت كتلتها الحية ضخمة. إنتاجيتها الصافية تبقى مرتفعة لكنها تتوازن مع التحلل: فكتلتها الحية لم تعد ترتفع.
في القنينة المعتمة نقيس التركيب الضوئي. نقيس التنفس وحده؛ والإنتاجية الخام تُستخرج بالفرق الشفافة − المعتمة.
الإنتاجية الثانوية تخص العواشب فقط. تخص كل المستهلكين، بما فيهم آكلات الحطام والمُحلِّلات.
المحيط أكثر الأوساط إنتاجية لأنه الأوسع. إنتاجيته في وحدة المساحة ضعيفة؛ ومساهمته الإجمالية ترجع إلى اتساعه.
الحميلة الزراعية تشتغل كحميلة طبيعية أكثر نجاعة. دورة المادة فيها مفتوحة بفعل الحصاد، مما يفرض واردات لصيانة الخصوبة.

10. خلاصة

  • الكتلة الحية مخزون (غ من المادة الجافة/م²)؛ والإنتاجية تدفق (غ/م²/سنة أو كج/م²/سنة)؛ وسرعة التجدد تربط بينهما.
  • الإنتاجية الصافية = الإنتاجية الخام − تنفس المنتجين؛ والصافية وحدها متاحة للمستهلكين أو للسلسلة الحطامية أو لتراكم الكتلة الحية.
  • الإنتاجية الثانوية هي إنتاج كل المستهلكين؛ وهي أدنى بكثير من الإنتاجية الأولية الصافية بسبب المردودات البيئية.
  • تُقاس بـالجني والوزن في الوسط القاري وبطريقة القنينتين الشفافة والمعتمة في الوسط المائي، حيث الشفافة − المعتمة = الإنتاجية الخام.
  • العوامل المحددة المهيمنة هي الماء والحرارة في الوسط القاري، والضوء والعناصر المغذية في الوسط المائي.
  • تُلاحظ الإنتاجية القصوى في الغابات المدارية الرطبة والشعب والمصبات؛ أما المحيط المفتوح فضعيف الإنتاجية في وحدة المساحة رغم أهمية مساهمته الإجمالية.
  • تُصدِّر الحميلة الزراعية إنتاجها: فدورة المادة فيها مفتوحة، وهو ما يجعل الواردات لا غنى عنها لصيانة الخصوبة.

11. معجم المصطلحات

العربية الفرنسية
الكتلة الحية Biomasse
المادة الجافة Matière sèche
الإنتاجية الأولية الخام Productivité primaire brute
الإنتاجية الأولية الصافية Productivité primaire nette
الإنتاجية الثانوية Productivité secondaire
تنفس المنتجين Respiration des producteurs
القنينة الشفافة / القنينة المعتمة Flacon clair / Flacon sombre
المِجفاف Étuve
صعود المياه العميقة Remontée d'eaux profondes
حميلة بيئية ناضجة Écosystème mature
الحميلة الزراعية Agrosystème
المدخلات الزراعية Intrants
تصدير الكتلة الحية Exportation de biomasse

الدرس الموالي

الدرس 116 — دوران المادة في الحميلة البيئية. بعد قياس الإنتاج، نتتبع مآل المادة المنتَجة: تحلل المادة العضوية الميتة، والدبلة والتمعدن، والاقتران بين تدفق الطاقة ودورة المادة الذي يتيح للحميلة البيئية اشتغالًا مستدامًا.

La productivité d'un écosystème

1. Objectifs de la leçon

À la fin de cette leçon, vous devez être capable de :

  • distinguer rigoureusement biomasse et production, et manier leurs unités ;
  • définir la productivité primaire brute et la productivité primaire nette et écrire la relation qui les lie ;
  • définir la productivité secondaire et la relier aux rendements écologiques ;
  • décrire les méthodes de mesure de la productivité, en particulier la méthode des flacons clair et sombre ;
  • identifier les facteurs limitant la productivité en milieu terrestre et en milieu aquatique ;
  • comparer la productivité des grands écosystèmes de la biosphère et interpréter l'écart entre surface occupée et production totale ;
  • comparer le bilan d'un écosystème naturel et celui d'un agrosystème.

2. Biomasse et production : deux grandeurs à ne pas confondre

Biomasse Production (productivité)
Nature stock présent à un instant donné flux : quantité élaborée par unité de temps
Unité usuelle g ou kg de matière sèche par m² g de matière sèche par m² et par an, ou kJ par m² et par an
Ce qu'elle mesure le capital accumulé la vitesse de production de ce capital

3. Productivité primaire brute et nette

Image 1 — en préparation
Description

Schéma scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, traits nets, couleurs sobres et contrastées, présentant un diagramme de flux à largeur proportionnelle. À gauche, une flèche jaune entrante annotée « énergie lumineuse absorbée » aboutit à un large bloc vert annoté « productivité primaire brute (PPB) : matière organique totale élaborée ». De ce bloc part vers le haut une flèche rouge de largeur notable annotée « respiration des producteurs (R) : énergie dissipée en chaleur », et vers la droite un bloc vert plus étroit annoté « productivité primaire nette (PPN = PPB − R) ». Ce dernier bloc se divise en trois flèches légendées : « consommée par les phytophages », « matière organique morte : litière, vers les détritivores et décomposeurs », « accumulation : augmentation de la biomasse de l'écosystème ». Une équation encadrée figure sous le schéma : PPN = PPB − R. Fond blanc épuré, annotations en français, rendu graphique rigoureux et lisible

Trois usages possibles de la PPN, qu'il faut savoir énumérer : elle est consommée par les phytophages, elle tombe en matière organique morte et alimente la chaîne détritique, ou elle s'accumule et augmente la biomasse de l'écosystème.

4. La productivité secondaire

Elle correspond exactement au poste « production » du bilan énergétique établi à la leçon précédente. Elle est donc gouvernée par les rendements d'exploitation, d'assimilation et de production, ce qui explique qu'elle soit toujours très inférieure à la productivité primaire nette.

5. Mesurer la productivité

Méthode Principe Milieu adapté
Récolte et pesée prélèvement de la végétation sur des surfaces connues, séchage à l'étuve, pesée de la matière sèche, répétition à intervalles réguliers milieux terrestres, cultures, prairies
Flacons clair et sombre mesure des variations de dioxygène dissous dans deux flacons d'eau incubés en parallèle milieux aquatiques
Échanges gazeux mesure des flux de CO₂ absorbé ou dégagé par un couvert végétal terrestre, dispositifs de terrain
Télédétection indices calculés à partir du rayonnement réfléchi par la végétation grandes surfaces, suivi à l'échelle régionale

5.1. La méthode des flacons clair et sombre

Image 2 — en préparation
Description

Schéma scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, couleurs sobres et contrastées, présentant trois flacons alignés et légendés, remplis d'eau contenant du phytoplancton figuré par de petits points verts. Flacon 1, à gauche, annoté « flacon initial : dosage du dioxygène dissous au temps zéro », avec la mention « valeur de départ ». Flacon 2, au centre, transparent et exposé à un rayonnement figuré par des flèches jaunes, annoté « flacon clair : photosynthèse et respiration ; le dioxygène augmente », avec une flèche verte ascendante. Flacon 3, à droite, entièrement opaque et entouré d'un revêtement noir, annoté « flacon sombre : respiration seule ; le dioxygène diminue », avec une flèche rouge descendante. Sous les trois flacons, un encadré porte les relations : « clair − initial = productivité nette » ; « initial − sombre = respiration » ; « clair − sombre = productivité brute ». Fond blanc épuré, annotations en français, rendu schématique rigoureux et lisible

6. Les facteurs limitant la productivité

Milieu Facteurs limitants dominants Conséquences observables
Terrestre eau, puis température ; ensuite éléments minéraux (surtout azote et phosphore) la productivité suit globalement les précipitations : elle est maximale sous climat chaud et humide, minimale en désert
Aquatique lumière (limitée à la zone photique) et éléments nutritifs la productivité est faible en pleine mer, forte là où les nutriments sont renouvelés
Zones de remontée d'eaux profondes levée de la limitation en nutriments forte productivité, grandes zones de pêche
Milieux littoraux, estuaires, récifs apports continentaux, faible profondeur, lumière disponible productivité parmi les plus élevées de la biosphère

7. Comparer les grands écosystèmes

Écosystème Productivité primaire nette Biomasse accumulée
Forêt tropicale humide très élevée très élevée
Récifs coralliens, estuaires, marais très élevée moyenne
Forêt tempérée élevée élevée
Cultures intensives élevée (soutenue par des apports) faible
Savane, steppe moyenne faible à moyenne
Océan du large faible par unité de surface très faible
Désert, toundra très faible très faible

8. Productivité et exploitation par l'Homme

Écosystème naturel Agrosystème
Diversité élevée faible, souvent une seule espèce cultivée
Devenir de la production recyclée sur place exportée par la récolte
Bilan des éléments minéraux cycle fermé, pertes faibles cycle ouvert : les éléments quittent le système
Maintien de la fertilité assuré par la décomposition sur place exige des apports : fertilisation, amendements
Stabilité autorégulation par les interactions faible : sensible aux ravageurs, dépendante d'interventions
Bilan énergétique entrée solaire seule entrée solaire + énergie des intrants, machines, irrigation

9. Erreurs fréquentes et pièges d'examen

Erreur fréquente Formulation correcte
Biomasse et productivité expriment la même chose. La biomasse est un stock (g/m²), la productivité un flux (g/m²/an).
La PPB est l'énergie disponible pour les herbivores. C'est la PPN : la PPB inclut ce que les producteurs consomment pour leur propre respiration.
Un écosystème mature est très productif puisque sa biomasse est énorme. Sa PPN reste élevée mais s'équilibre avec la décomposition : sa biomasse n'augmente plus.
Dans le flacon sombre, on mesure la photosynthèse. On mesure la respiration seule ; la productivité brute s'obtient par la différence clair − sombre.
La productivité secondaire ne concerne que les herbivores. Elle concerne tous les consommateurs, y compris détritivores et décomposeurs.
L'océan est le milieu le plus productif puisqu'il est le plus vaste. Sa productivité par unité de surface est faible ; sa contribution totale tient à son étendue.
Un agrosystème fonctionne comme un écosystème naturel plus performant. Son cycle de matière est ouvert par la récolte, ce qui impose des apports pour maintenir la fertilité.

10. Bilan

  • La biomasse est un stock (g de matière sèche/m²) ; la productivité est un flux (g/m²/an ou kJ/m²/an) ; la vitesse de renouvellement relie les deux.
  • PPN = PPB − respiration des producteurs ; seule la PPN est disponible pour les consommateurs, la chaîne détritique ou l'accumulation de biomasse.
  • La productivité secondaire est la production de tous les consommateurs ; elle est très inférieure à la PPN à cause des rendements écologiques.
  • Elle se mesure par récolte et pesée en milieu terrestre et par la méthode des flacons clair et sombre en milieu aquatique, où clair − sombre = productivité brute.
  • Les facteurs limitants dominants sont l'eau et la température en milieu terrestre, la lumière et les nutriments en milieu aquatique.
  • La productivité maximale s'observe dans les forêts tropicales humides, les récifs et les estuaires ; l'océan du large est peu productif par unité de surface malgré sa contribution totale importante.
  • Un agrosystème exporte sa production : son cycle de matière est ouvert, ce qui rend les apports indispensables au maintien de la fertilité.

11. Lexique

Français Arabe
Biomasse الكتلة الحية
Matière sèche المادة الجافة
Productivité primaire brute الإنتاجية الأولية الخام
Productivité primaire nette الإنتاجية الأولية الصافية
Productivité secondaire الإنتاجية الثانوية
Respiration des producteurs تنفس المنتجين
Flacon clair / Flacon sombre القنينة الشفافة / القنينة المعتمة
Étuve المِجفاف
Remontée d'eaux profondes صعود المياه العميقة
Écosystème mature حميلة بيئية ناضجة
Agrosystème الحميلة الزراعية
Intrants المدخلات الزراعية
Exportation de biomasse تصدير الكتلة الحية

Leçon suivante

Leçon 116 — La circulation de la matière dans un écosystème. Après avoir mesuré la production, nous suivons le devenir de la matière élaborée : la décomposition de la matière organique morte, l'humification et la minéralisation, et le couplage entre le flux d'énergie et le cycle de la matière qui permet à l'écosystème de fonctionner durablement.