الاستعداد لمباراة CRMEFPréparation CRMEFمباراة CRMEFCRMEF SVT

دوران المادة في الحميلة البيئية

1. أهداف الدرس

في نهاية هذا الدرس، ينبغي أن تكون قادرًا على:

  • المقابلة بين دورة المادة وتدفق الطاقة وإبراز اقترانهما؛
  • تحديد خانة المادة العضوية الميتة ومصادرها؛
  • وصف مراحل التحلل الثلاث: التفتيت والدبلة والتمعدن؛
  • تعداد العوامل المتحكمة في سرعة التحلل، ومنها نسبة الكربون إلى الأزوت؛
  • حساب مدة المكوث انطلاقًا من مخزون وتدفق وتأويلها؛
  • تفسير فقر تربة الغابة المدارية رغم غزارة الغطاء النباتي فيها؛
  • تحليل اضطرابات دورة المادة الناتجة عن الفعل البشري.

2. المبدأ: مادة تدور وطاقة تعبر

صورة 1 — قيد الإعداد
وصف الوثيقة

خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector) بخطوط واضحة وألوان هادئة متباينة، تعرض دورة مغلقة يُركَّب عليها تدفق عابر. في الوسط أربع خانات مستطيلة موزعة على شكل حلقة وتربط بينها أسهم سوداء غليظة مسمّاة «مادة عضوية»: «المنتجون»، «المستهلكون»، «المادة العضوية الميتة: فرش، جثث، فضلات»، «المُحلِّلات». وينطلق من خانة المُحلِّلات سهم رمادي عريض مسمّى «التمعدن: أملاح معدنية، CO₂، ماء» يلتحق بخانة «المخزون المعدني للوسط»، المرتبطة بدورها بسهم نحو المنتجين، فتُغلق الحلقة. ويُركَّب على هذه الحلقة أسهم صفراء وحمراء تمثل الطاقة: سهم أصفر داخل مسمّى «الطاقة الشمسية» يبلغ المنتجين، وأسهم حمراء خارجة مسمّاة «حرارة مبددة» تغادر كل خانة نحو خارج الدورة. وتوضيح مؤطر يشير إلى: «المادة تدور في حلقة مغلقة؛ والطاقة تعبر وتتبدد». خلفية بيضاء نظيفة، تسميات بخط عربي واضح، رسم تخطيطي دقيق وليس فنيًا

3. خانة المادة العضوية الميتة

المادة العضوية الميتة، كثيرًا ما تُهمَل في الخطاطات، وهي الملتقى الإجباري للدورة. وهي تأتي من:

  • تساقط الأوراق والأفنان والثمار: الفرش؛
  • جثث الحيوانات والجذور الميتة؛
  • فضلات كل المستهلكين؛
  • الإفرازات والرشوحات الجذرية.

فهي تتلقى إذن المادة من كل المستويات الغذائية، بما في ذلك حصة الإنتاجية الأولية التي لم تُستهلك قط — وهي المسلك الرئيسي في أغلب الحميلات القارية.

4. مراحل التحلل الثلاث

صورة 2 — قيد الإعداد
وصف الوثيقة

خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector)، ألوان هادئة متباينة، تعرض متتالية أفقية من ثلاث مراحل تربط بينها أسهم غليظة. المرحلة 1، مسمّاة «التفتيت»: ورقة ميتة كاملة تتحول إلى فضلات متزايدة الصغر، مع تمثيل الفاعلين وتسميتهم تحتها — دودة أرض، حشرة خشب، يرقة حشرة، أكاروس — وعبارة «ارتفاع المساحة المعروضة للمتعضيات المجهرية». المرحلة 2، مسمّاة «الدبلة»: الفضلات الدقيقة تتحول إلى مادة بنية داكنة عديمة الشكل مسمّاة «الدبال: مركبات عضوية مستقرة»، مع الفاعلين «بكتيريات وفطريات التربة» وعبارة «تخزين مؤقت، واحتفاظ بالماء والأيونات». المرحلة 3، مسمّاة «التمعدن»: تنطلق من الدبال أسهم نحو بطاقات لمنتجات معدنية — «CO₂»، «H₂O»، «NH₄⁺ و NO₃⁻»، «PO₄³⁻»، «K⁺، Ca²⁺، Mg²⁺» — مع سهم عودة نحو رسم مبسط لجذر مسمّى «امتصاص من طرف المنتجين». خلفية بيضاء نظيفة، تسميات بخط عربي واضح، رسم تخطيطي واضح ودقيق

المرحلة الفاعلون التحويل النتيجة
التفتيت آكلات الحطام: ديدان الأرض، حشرات الخشب، الأكاروسات، يرقات الحشرات طحن ميكانيكي، ابتلاع وطرح فضلات دقيقة، ومساحة هجوم مرتفعة بقوة
الدبلة بكتيريات وفطريات تحويل جزئي إلى مركبات عضوية معقدة ومستقرة الدبال، الاحتياطي العضوي للتربة
التمعدن بكتيريات وفطريات أكسدة كاملة للمادة العضوية CO₂ وH₂O وأملاح معدنية تُعاد إلى الوسط البيئي

5. سرعة التحلل وعواملها

العامل الأثر على التحلل
الحرارة تسرّعه؛ وهو بطيء جدًا في المناخ البارد
الرطوبة يلزم مستوى أمثل: فالجفاف يبطئه، والفائض المائي يجعله لاهوائيًا ويكاد يوقفه
التهوية التحلل الهوائي سريع وكامل؛ أما اللاهوائية فتؤدي إلى التراكم (المستنقعات الخثية)
pH التربة الحامضية تعيق نشاط البكتيريات والحيوانات الحافرة
نسبة C/N في الفرش النسبة المرتفعة (فرش فقير في الأزوت) تبطئ التحلل بقوة
طبيعة المركبات السكريات والبروتينات تتفكك بسرعة؛ والسليلوز أبطأ؛ واللينين بطيء جدًا

5.1. الأنماط الكبرى للدبال

نمط الدبال الشروط التحلل المظهر
دبال نشيط (mull) تربة مهواة، pH قريب من التعادل، حيوانات وافرة سريع وكامل فرش رقيق، دبال ممتزج جيدًا بالتربة المعدنية
دبال وسيط (moder) شروط متوسطة، حموضة معتدلة متباطئ فرش أكثر سمكًا، امتزاج جزئي
دبال خام (mor) برودة، حموضة قوية، فرش ذو C/N مرتفع بطيء جدًا فرش سميك وقليل التحول، منفصل بوضوح عن التربة

6. مدة المكوث: الربط بين المخزون والتدفق

مثال للاستدلال: إذا كان فرش غابة يحتوي على 6 كغ من المادة الجافة في المتر المربع ويتلقى سنويًا 2 كغ/م² من تساقط الأوراق، فإن مدة المكوث في النظام المستقر هي 6 ÷ 2 = 3 سنوات. ومدة المكوث الطويلة تدل على تحلل بطيء ومن ثم على تراكم.

7. إعادة تدوير سريعة أو بطيئة: نموذجان للحميلات

صورة 3 — قيد الإعداد
وصف الوثيقة

خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector)، ألوان هادئة متباينة، تعرض عمودين للمقارنة. العمود الأول، عنوانه «الغابة المدارية الرطبة»: شكل غابة كثيفة يعلو ثلاثة مستطيلات متراكبة تمثل مساحاتها مخزون المادة العضوية، مسمّاة من الأعلى إلى الأسفل «الكتلة الحية: مخزون مهم جدًا»، «الفرش: رقيق جدًا»، «المادة العضوية للتربة: ضعيفة»؛ وسهم دائري غليظ وقصير يربط الفرش بالجذور، مسمّى «إعادة تدوير سريعة جدًا». العمود الثاني، عنوانه «الغابة الشمالية أو المعتدلة الباردة»: شكل غابة مخروطيات يعلو ثلاثة مستطيلات مسمّاة «الكتلة الحية: مخزون متوسط»، «الفرش: سميك»، «المادة العضوية للتربة: مهمة»؛ وسهم دائري رفيع وطويل يربط الفرش بالجذور، مسمّى «إعادة تدوير بطيئة». وشريط تحت العمودين يشير إلى «نفس المبدأ، سرعتان متعاكستان: المخزون ينتقل من خانة إلى أخرى». خلفية بيضاء نظيفة، تسميات بخط عربي واضح، رسم تخطيطي واضح ومقروء

الغابة المدارية الرطبة الغابة الشمالية أو المعتدلة الباردة
الحرارة والرطوبة مرتفعتان طوال السنة منخفضتان جزءًا كبيرًا من السنة
التحلل سريع جدًا بطيء
الفرش رقيق جدًا سميك
المادة العضوية للتربة ضعيفة مهمة
موضع مخزون العناصر في الكتلة الحية في التربة

8. اضطرابات الدورة بفعل الإنسان

الاضطراب الأثر على دورة المادة
الحصاد الزراعي يصدّر الكتلة الحية والعناصر التي تحتويها: دورة مفتوحة، وتسميد ضروري
إزالة الغابات والحرق الزراعي تمعدن فجائي، غسل سريع، فقدان دائم لمخزون العناصر
خدمة مفرطة للتربة تسريع تمعدن الدبال: ربح آني وإفقار على المدى البعيد
تسميد مفرط فائض غير ممتص، وغسل النيترات نحو الفرشات والمجاري المائية
التلوث والمبيدات تدمير حيوانات التربة والمُحلِّلات: تعطيل مرحلة إعادة التدوير
تجفيف المناطق الرطبة إعادة مواد متراكمة إلى الهوائية، وتحرير كربون مخزَّن منذ أمد طويل

9. الأخطاء الشائعة وفخاخ الامتحان

الخطأ الشائع الصياغة الصحيحة
المادة والطاقة تسلكان نفس المسار. المادة تدور في دورة؛ والطاقة تعبر وتتبدد في شكل حرارة.
التحلل عمل ديدان الأرض. آكلات الحطام تفتّت؛ والبكتيريات والفطريات وحدها تُمعدِن.
الدبلة والتمعدن يتعاقبان بالضرورة. إنهما مسلكان متنافسان؛ ونسبتهما تحدد تراكم المادة العضوية.
الفرش السميك يدل على تربة غنية وإنتاج قوي. يدل أساسًا على تحلل بطيء: أي تراكم بسبب غياب إعادة التدوير.
تربة الغابة المدارية غنية ما دام الغطاء النباتي كثيفًا. العناصر مخزَّنة في الكتلة الحية؛ والتربة فقيرة لأن إعادة التدوير فورية.
دفن التبن يُغني التربة دائمًا. الفرش ذو C/N مرتفع يعبّئ أزوت التربة أثناء تحلله وقد يفقرها مؤقتًا.
فائض الماء يسرّع التحلل ما دام يحتاج إلى الرطوبة. الفائض المائي يُحدث اللاهوائية ويعطل التحلل: وهكذا تتكون المستنقعات الخثية.

10. خلاصة

  • المادة تدور في حلقة مغلقة داخل الحميلة البيئية بينما تعبرها الطاقة: وهذا الاقتران هو ما يتيح اشتغالًا مستدامًا.
  • المادة العضوية الميتة — فرش وجثث وفضلات — ملتقى الدورة، وتتلقى من كل المستويات الغذائية.
  • يتضمن التحلل التفتيت بواسطة آكلات الحطام، والدبلة والتمعدن بواسطة البكتيريات والفطريات؛ والدبلة والتمعدن مسلكان متنافسان.
  • تتوقف سرعته على الحرارة والرطوبة والتهوية وpH ونسبة C/N وطبيعة المركبات؛ وهي التي تحدد نمط الدبال.
  • مدة المكوث = المخزون / التدفق تربط بين المقدارين وتقيس سرعة إعادة تدوير خانة ما.
  • في الغابة المدارية، إعادة التدوير سريعة إلى حد أن مخزون العناصر يوجد في الكتلة الحية لا في التربة، وهو ما يفسر تعقيم التربة بسرعة بعد إزالة الغابة.
  • الأنشطة البشرية تفتح الدورة (حصاد، إزالة غابات، خدمة التربة) أو تعطّل إحدى مراحلها (تلويث المُحلِّلات).

11. معجم المصطلحات

العربية الفرنسية
دوران المادة Circulation de la matière
المادة العضوية الميتة Matière organique morte
الفرش Litière
التفتيت Fragmentation
الدبلة / الدبال Humification / Humus
التمعدن Minéralisation
نسبة الكربون إلى الأزوت Rapport C/N
اللينين Lignine
اللاهوائية Anaérobiose
المستنقع الخثي Tourbière
دبال نشيط / وسيط / خام Humus actif / intermédiaire / brut
مدة المكوث Temps de résidence
الغسل Lessivage
الحرق الزراعي Brûlis

الدرس الموالي

الدرس 117 — دورتا الكربون والأكسجين. بعد إرساء الآلية العامة لإعادة التدوير، نتتبع العناصر واحدًا واحدًا، بدءًا بزوج الكربون والأكسجين: خزاناته وتدفقاته والعمليات الرابطة بينها، ونتائج الاضطرابات ذات الأصل البشري.

La circulation de la matière dans un écosystème

1. Objectifs de la leçon

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

  • opposer le cycle de la matière au flux d'énergie et montrer que les deux sont couplés ;
  • identifier le compartiment de la matière organique morte et ses origines ;
  • décrire les trois étapes de la décomposition : fragmentation, humification, minéralisation ;
  • énumérer les facteurs qui contrôlent la vitesse de décomposition, dont le rapport C/N ;
  • calculer et interpréter un temps de résidence à partir d'un stock et d'un flux ;
  • expliquer pourquoi un sol de forêt tropicale est pauvre alors que la végétation y est luxuriante ;
  • analyser les perturbations du cycle de la matière causées par l'action humaine.

2. Le principe : une matière qui tourne, une énergie qui traverse

Image 1 — en préparation
Description

Schéma scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, traits nets, couleurs sobres et contrastées, présentant un cycle fermé superposé à un flux traversant. Au centre, quatre compartiments rectangulaires disposés en boucle et reliés par des flèches noires épaisses annotées « matière organique » : « producteurs », « consommateurs », « matière organique morte : litière, cadavres, excréments », « décomposeurs ». Du compartiment des décomposeurs part une large flèche grise annotée « minéralisation : sels minéraux, CO₂, eau » qui rejoint un compartiment « réserve minérale du milieu », lui-même relié par une flèche aux producteurs, fermant ainsi la boucle. Superposées à cette boucle, des flèches jaunes et rouges figurent l'énergie : une flèche jaune entrante annotée « énergie solaire » atteint les producteurs, et des flèches rouges sortantes annotées « chaleur dissipée » quittent chaque compartiment vers l'extérieur du cycle. Une légende encadrée précise : « la matière tourne en boucle fermée ; l'énergie traverse et se dissipe ». Fond blanc épuré, annotations en français, rendu schématique rigoureux et non artistique

3. Le compartiment de la matière organique morte

La matière organique morte, souvent négligée dans les schémas, est le carrefour obligé du cycle. Elle provient :

  • de la chute des feuilles, des rameaux et des fruits : la litière ;
  • des cadavres d'animaux et des racines mortes ;
  • des excréments de tous les consommateurs ;
  • des sécrétions et exsudats racinaires.

Elle reçoit donc de la matière de tous les niveaux trophiques, y compris de la part de production primaire qui n'a jamais été consommée — laquelle constitue, dans la plupart des écosystèmes terrestres, la voie principale.

4. Les trois étapes de la décomposition

Image 2 — en préparation
Description

Schéma scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, couleurs sobres et contrastées, présentant une séquence horizontale en trois étapes reliées par des flèches épaisses. Étape 1, annotée « fragmentation » : une feuille morte entière devient des débris de plus en plus petits, avec les acteurs figurés et légendés en dessous — ver de terre, cloporte, larve d'insecte, acarien — et la mention « augmentation de la surface offerte aux micro-organismes ». Étape 2, annotée « humification » : les débris fins se transforment en une matière brun sombre amorphe légendée « humus : composés organiques stables », avec les acteurs « bactéries et champignons du sol » et la mention « stockage temporaire, rétention d'eau et d'ions ». Étape 3, annotée « minéralisation » : de l'humus partent des flèches vers des étiquettes de produits minéraux — « CO₂ », « H₂O », « NH₄⁺ et NO₃⁻ », « PO₄³⁻ », « K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ » — avec une flèche de retour vers un pictogramme de racine annotée « absorption par les producteurs ». Fond blanc épuré, annotations en français, rendu schématique clair et rigoureux

Étape Acteurs Transformation Résultat
Fragmentation détritivores : vers de terre, cloportes, acariens, larves d'insectes broyage mécanique, ingestion et rejet débris fins, surface d'attaque fortement accrue
Humification bactéries et champignons transformation partielle en composés organiques complexes et stables humus, réserve organique du sol
Minéralisation bactéries et champignons oxydation complète de la matière organique CO₂, H₂O et sels minéraux rendus au biotope

5. La vitesse de décomposition et ses facteurs

Facteur Effet sur la décomposition
Température l'accélère ; elle est très lente sous climat froid
Humidité un optimum est nécessaire : la sécheresse la ralentit, l'excès d'eau la rend anaérobie et l'arrête presque
Aération la décomposition aérobie est rapide et complète ; l'anaérobiose conduit à l'accumulation (tourbières)
pH un sol acide freine l'activité des bactéries et de la faune fouisseuse
Rapport C/N de la litière un rapport élevé (litière pauvre en azote) ralentit fortement la décomposition
Nature des composés sucres et protéines se dégradent vite ; cellulose plus lentement ; lignine très lentement

5.1. Les grands types d'humus

Type d'humus Conditions Décomposition Aspect
Humus actif (mull) sol aéré, pH proche de la neutralité, faune abondante rapide et complète litière mince, humus bien mélangé au sol minéral
Humus intermédiaire (moder) conditions moyennes, acidité modérée ralentie litière plus épaisse, mélange partiel
Humus brut (mor) froid, acidité forte, litière à C/N élevé très lente litière épaisse et peu transformée, nettement séparée du sol

6. Le temps de résidence : relier stock et flux

Exemple de raisonnement : si la litière d'une forêt contient 6 kg de matière sèche par mètre carré et reçoit chaque année 2 kg/m² de chute de feuilles, en régime stationnaire le temps de résidence est de 6 / 2 = 3 ans. Un temps de résidence long signale une décomposition lente et donc une accumulation.

7. Recyclage rapide ou lent : deux modèles d'écosystèmes

Image 3 — en préparation
Description

Schéma scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, couleurs sobres et contrastées, présentant deux colonnes comparatives. Colonne gauche, intitulée « forêt tropicale humide » : une silhouette de forêt dense surmontant trois rectangles empilés dont la surface représente le stock de matière organique, annotés de haut en bas « biomasse vivante : stock très important », « litière : très mince », « matière organique du sol : faible » ; une flèche circulaire épaisse et courte relie la litière aux racines, annotée « recyclage très rapide ». Colonne droite, intitulée « forêt boréale ou tempérée froide » : une silhouette de forêt de conifères surmontant trois rectangles annotés « biomasse vivante : stock moyen », « litière : épaisse », « matière organique du sol : importante » ; une flèche circulaire fine et longue relie la litière aux racines, annotée « recyclage lent ». Un bandeau sous les deux colonnes indique « même principe, vitesses opposées : le stock se déplace d'un compartiment à l'autre ». Fond blanc épuré, annotations en français, rendu schématique clair et lisible

Forêt tropicale humide Forêt boréale ou tempérée froide
Température et humidité élevées toute l'année basses une grande partie de l'année
Décomposition très rapide lente
Litière très mince épaisse
Matière organique du sol faible importante
Localisation de la réserve d'éléments dans la biomasse vivante dans le sol

8. Les perturbations du cycle par l'action humaine

Perturbation Effet sur le cycle de la matière
Récolte agricole exporte la biomasse et les éléments qu'elle contient : cycle ouvert, fertilisation nécessaire
Déforestation et brûlis minéralisation brutale, lessivage rapide, perte durable de la réserve d'éléments
Travail excessif du sol accélère la minéralisation de l'humus : gain immédiat, appauvrissement à terme
Fertilisation excessive excédent non absorbé, lessivage des nitrates vers les nappes et les cours d'eau
Pollution et pesticides destruction de la faune du sol et des décomposeurs : blocage de l'étape de recyclage
Drainage des zones humides remise en aérobiose de matières accumulées, libération de carbone longtemps stocké

9. Erreurs fréquentes et pièges d'examen

Erreur fréquente Formulation correcte
La matière et l'énergie suivent le même trajet. La matière tourne en cycle ; l'énergie traverse et se dissipe en chaleur.
La décomposition, c'est le travail des vers de terre. Les détritivores fragmentent ; seules les bactéries et les champignons minéralisent.
Humification et minéralisation se succèdent nécessairement. Ce sont deux voies concurrentes ; leur proportion détermine l'accumulation de matière organique.
Une litière épaisse signale un sol riche et une forte production. Elle signale surtout une décomposition lente : accumulation faute de recyclage.
Un sol forestier tropical est riche puisque la végétation est dense. Les éléments sont stockés dans la biomasse vivante ; le sol est pauvre car le recyclage est immédiat.
Enfouir de la paille enrichit toujours le sol. Une litière à C/N élevé mobilise l'azote du sol pendant sa décomposition et peut l'appauvrir temporairement.
Un excès d'eau accélère la décomposition puisqu'elle a besoin d'humidité. L'excès d'eau crée l'anaérobiose et bloque la décomposition : c'est ainsi que se forment les tourbières.

10. Bilan

  • La matière tourne en cycle fermé dans l'écosystème alors que l'énergie le traverse : c'est le couplage qui permet un fonctionnement durable.
  • La matière organique morte — litière, cadavres, excréments — est le carrefour du cycle et reçoit de tous les niveaux trophiques.
  • La décomposition comporte la fragmentation par les détritivores, l'humification et la minéralisation par les bactéries et champignons ; humification et minéralisation sont des voies concurrentes.
  • Sa vitesse dépend de la température, de l'humidité, de l'aération, du pH, du rapport C/N et de la nature des composés ; elle détermine le type d'humus.
  • Le temps de résidence = stock / flux relie les deux grandeurs et mesure la vitesse de recyclage d'un compartiment.
  • En forêt tropicale, le recyclage est si rapide que la réserve d'éléments se trouve dans la biomasse vivante et non dans le sol, ce qui explique la stérilisation rapide après défrichement.
  • Les activités humaines ouvrent le cycle (récolte, déforestation, travail du sol) ou bloquent une de ses étapes (pollution des décomposeurs).

11. Lexique

Français Arabe
Circulation de la matière دوران المادة
Matière organique morte المادة العضوية الميتة
Litière الفرش
Fragmentation التفتيت
Humification / Humus الدبلة / الدبال
Minéralisation التمعدن
Rapport C/N نسبة الكربون إلى الأزوت
Lignine اللينين
Anaérobiose اللاهوائية
Tourbière المستنقع الخثي
Humus actif / intermédiaire / brut دبال نشيط / وسيط / خام
Temps de résidence مدة المكوث
Lessivage الغسل
Brûlis الحرق الزراعي

Leçon suivante

Leçon 117 — Les cycles du carbone et de l'oxygène. Le mécanisme général du recyclage étant établi, nous suivons les éléments un à un, en commençant par le couple carbone-oxygène : ses réservoirs, ses flux, les processus qui les relient, et les conséquences des perturbations d'origine humaine.