وهما، في أغلب الحميلات البيئية، العنصران اللذان يحدّ توفرهما الإنتاجية: الأزوت خصوصًا في الوسط القاري والبحري، والفوسفور خصوصًا في المياه العذبة.
3. دورة الأزوت
3.1. المفارقة الأولية
يمثل ثنائي الأزوت قرابة 80 % من الغلاف الجوي: أي أنه خزان هائل. ومع ذلك فالأزوت هو العامل المحدد الأكثر انتشارًا. والسبب كيميائي: فجزيئة N₂ مقفلة بـرابطة ثلاثية شديدة الاستقرار، تعجز جل الكائنات الحية عن كسرها.
3.2. المراحل الخمس
صورة 1 — قيد الإعدادوصف الوثيقة
خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector) بخطوط واضحة وألوان هادئة متباينة، تعرض دورة الأزوت. في الأعلى خانة عريضة «ثنائي الأزوت الجوي N₂». وفي الأسفل كتلة «التربة» في مقطع تحتوي على ثلاث خانات متتالية مسمّاة «الأمونيوم NH₄⁺»، «النتريت NO₂⁻»، «النترات NO₃⁻»، وخانة «المادة العضوية: نباتات، حيوانات، مادة عضوية ميتة». أسهم مسمّاة تربط الخانات: «التثبيت البيولوجي: بكتيريات تعايشية في العُقيدات، بكتيريات حرة، بكتيريات زرقاء» من ثنائي الأزوت نحو الأمونيوم؛ «الاستيعاب: امتصاص جذري» من النترات والأمونيوم نحو المادة العضوية؛ «إنتاج الأمونيوم: المُحلِّلات» من المادة العضوية نحو الأمونيوم؛ «النترتة المرحلة 1» ثم «النترتة المرحلة 2»، سهمان متتاليان مسميان «بكتيريات مُنَتْرِتة، وسط مهوّى»؛ «نزع النترتة: بكتيريات نازعة للنترتة، وسط محروم من ثنائي الأكسجين» من النترات نحو ثنائي الأزوت الجوي. وسهمان ثانويان على الجانب: «البروق» و«أسمدة اصطناعية» داخلان نحو النترات، و«غسل النترات نحو الفرشات والمجاري المائية» خارج نحو الأسفل. خلفية بيضاء نظيفة، تسميات بخط عربي واضح، رسم تخطيطي دقيق وليس فنيًا
المرحلة
التحويل
الفاعلون
الشروط
التثبيت
N₂ ← مركبات أزوتية قابلة للاستيعاب
بكتيريات تعايشية في عُقيدات القطانيات، بكتيريات حرة في التربة، بكتيريات زرقاء
يستهلك طاقة كبيرة
الاستيعاب
نترات وأمونيوم ← مادة عضوية أزوتية
النباتات بالامتصاص الجذري، ثم الحيوانات بالتغذية
—
إنتاج الأمونيوم
مادة عضوية ميتة ← أمونيوم
المُحلِّلات: بكتيريات وفطريات
يجري في كل الترب
النترتة
أمونيوم ← نتريت ← نترات
بكتيريات مُنَتْرِتة، ذاتية التغذية كيميائيًا
تتطلب وسطًا مهوّى
نزع النترتة
نترات ← ثنائي أزوت يُعاد إلى الغلاف الجوي
بكتيريات نازعة للنترتة
تتطلب وسطًا محرومًا من ثنائي الأكسجين
ويُضاف إلى ذلك مدخلان غير بيولوجيين: التثبيت بواسطة البروق، وهو هامشي، والتثبيت الصناعي للأسمدة الاصطناعية، وهو اليوم معتبر جدًا.
3.3. لماذا تُغسل النترات
يُفسَّر مآل الأزوت المعدني في التربة بخاصية بسيطة، رأيناها بصدد العوامل التربوية: فالمركب الطيني الدبالي مشحون سالبًا ومن ثم يحتفظ بـالكاتيونات.
الأمونيوم (NH₄⁺) كاتيون: فهو محتفَظ به على المركب الطيني الدبالي ويبقى متاحًا في الأفق السطحي.
النترات (NO₃⁻) أنيون: فلا يُحتفَظ به، ويبقى ذائبًا في محلول التربة ويتبع ماء الصرف. ومن ثم يُغسل بسهولة نحو الفرشات والمجاري المائية.
4. دورة الفوسفور
صورة 2 — قيد الإعدادوصف الوثيقة
خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector)، ألوان هادئة متباينة، تعرض دورة الفوسفور. في اليمين خانة «الصخور الفوسفاطية» يربطها سهم مسمّى «التفتّت والتعرية» بخانة «فوسفاطات ذائبة في التربة والمياه». ومن هذه الخانة سهم «امتصاص جذري» يؤدي إلى «مادة عضوية: نباتات وحيوانات»، ومنها سهم «تحلل وتمعدن» يعود إلى الفوسفاطات الذائبة، مشكّلًا حلقة قصيرة مسمّاة «دورة بيولوجية محلية سريعة». ونحو اليسار سهم «الجريان والنقل بواسطة المجاري المائية» يؤدي إلى خانة «المحيط»، ومنها ينطلق «الإدماج من طرف المتعضيات البحرية» ثم «ترسب البقايا والهياكل» نحو خانة «رسابات بحرية». وسهم رفيع جدًا وطويل، مسمّى «الرفع التكتوني: عدة ملايين من السنين»، يصعد من الرسابات نحو الصخور الفوسفاطية، فتُغلق الدورة. وعبارة مؤطرة في الأعلى توضح: «لا طور غازي: الفوسفور لا يمر أبدًا عبر الغلاف الجوي». وسهم جانبي يمثل «الاستخراج المنجمي والأسمدة الفوسفاطية» باعتباره تدخلًا بشريًا. خلفية بيضاء نظيفة، تسميات بخط عربي واضح، رسم تخطيطي واضح ودقيق
لا يملك الفوسفور أي شكل غازي مستقر: فدورته ترسبية محضة.
المرحلة
العملية
التحرير
تفتّت الصخور الفوسفاطية، الذي يحرر أيونات الفوسفاط
الامتصاص
الامتصاص بواسطة الجذور، ثم الانتقال على امتداد السلاسل الغذائية
الإعادة
تمعدن المادة العضوية الميتة، وهو ما يغلق حلقة محلية سريعة
الضياع
الجريان نحو المجاري المائية ثم المحيط
التخزين
ترسب البقايا العضوية والهياكل في القيعان البحرية
العودة
الرفع التكتوني للرسابات، على سلّم ملايين السنين
5. الاضطرابات ذات الأصل البشري
5.1. تعديل هائل للتدفقات
رفع التثبيت الصناعي للأزوت من أجل الأسمدة كمية الأزوت التفاعلي المطروحة في الدورة بشكل كبير، حتى صارت مقارنة بالتثبيت البيولوجي الطبيعي.
ويَنقل الاستخراج المنجمي للفوسفور نحو الترب المزروعة عنصرًا كان محتجزًا في الصخور.
وفي الحالتين معًا، لا تمتص الزراعات جزءًا مهمًا منه فيلتحق بالمياه.
5.2. الإغناء التغذوي
صورة 3 — قيد الإعدادوصف الوثيقة
خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector)، ألوان هادئة متباينة، تعرض متتالية من أربع لوحات متتابعة لنفس المتجمَّع المائي في مقطع عمودي، تربط بينها أسهم أفقية. اللوحة 1، مسمّاة «واردات مفرطة»: جريان من قطعة مزروعة ومن صبيب مياه مستعملة، مع بطاقتَي «نترات» و«فوسفاطات» داخلتين إلى ماء صافٍ. اللوحة 2، مسمّاة «تكاثر مفرط»: سطح الماء مغطى بحجاب أخضر من الطحالب والنباتات الطافية، مع عبارة «الضوء لم يعد ينفذ إلى العمق». اللوحة 3، مسمّاة «التحلل»: تساقط كثيف للمادة العضوية الميتة نحو القاع، مع تمثيل بكتيريات وعبارة «استهلاك قوي لثنائي الأكسجين». اللوحة 4، مسمّاة «انعدام الأكسجين»: طبقة عميقة ملونة برمادي داكن بها أسماك نافقة وعبارة «اختفاء الأنواع المتطلبة، وسط لاهوائي». وسهم عودة متقطع يربط اللوحة 4 باللوحة 1 مع عبارة «الفوسفور المخزَّن في الرسابات قد يُطلق من جديد». خلفية بيضاء نظيفة، تسميات بخط عربي واضح، رسم تخطيطي واضح ومقروء
وتجري الآلية دائمًا وفق نفس الترتيب، الواجب معرفة استرجاعه:
واردات مفرطة من النترات والفوسفاطات بفعل الغسل الزراعي أو الصبيب المنزلي؛
تكاثر مفرط للمنتجين (طحالب، نباتات طافية): إذ رُفع العامل المحدد؛
الحجاب النباتي يمنع الضوء من بلوغ الطبقات العميقة، حيث يتوقف التركيب الضوئي؛
يُحدث تكاثرًا مفرطًا ثم انعدامًا للأكسجين يُقصي الأنواع المتطلبة: فينهار التنوع.
الإغناء التغذوي يقتل الأسماك بتسميم مباشر.
يقتلها بـنقص ثنائي الأكسجين، المستهلَك عند تحلل الكتلة الحية المنتَجة.
8. خلاصة
الأزوت والفوسفور مكوّنان لا غنى عنهما للبروتينات والأحماض النووية وATP، وهما العاملان المحددان الرئيسيان للإنتاجية.
أزوت الغلاف الجوي وافر لكنه مقفل برابطته الثلاثية: والمتعضيات المجهرية المثبِّتة وحدها تتيح الولوج إليه.
تتضمن دورة الأزوت التثبيت والاستيعاب وإنتاج الأمونيوم والنترتة (في وسط مهوّى) ونزع النترتة (في غياب ثنائي الأكسجين)، وكلها تضمنها متعضيات مجهرية.
الأمونيوم، وهو كاتيون، محتفَظ به على المركب الطيني الدبالي؛ أما النترات، وهو أنيون، فيُغسل نحو الفرشات والمجاري المائية.
دورة الفوسفورترسبية وبدون طور غازي: فالفوسفور المنجرف نحو المحيط لا يُعاد إلا على السلّم الجيولوجي، والمكامن مورد غير متجدد.
رفعت الأنشطة البشرية تدفقات العنصرين رفعًا هائلًا، مسببةً الإغناء التغذوي: تكاثر مفرط، ثم تحلل، ثم انعدام للأكسجين وفقدان للتنوع.
9. معجم المصطلحات
العربية
الفرنسية
ثنائي الأزوت
Diazote
الرابطة الثلاثية
Triple liaison
تثبيت الأزوت
Fixation de l'azote
العُقيدة الجذرية
Nodosité
البكتيرية الزرقاء
Cyanobactérie
الاستيعاب
Assimilation
إنتاج الأمونيوم
Ammonification
النترتة
Nitrification
نزع النترتة
Dénitrification
الأمونيوم / النتريت / النترات
Ammonium / Nitrite / Nitrate
كاتيون / أنيون
Cation / Anion
الغسل
Lessivage
الصخور الفوسفاطية
Roches phosphatées
التفتّت
Altération
الرفع التكتوني
Soulèvement tectonique
الإغناء التغذوي
Eutrophisation
انعدام الأكسجين
Anoxie
الدرس الموالي
الدرس 119 — المناخات: العوامل والآليات والتصنيف. بعد إرساء دورات المادة، نتناول المحور الفرعي الأخير بدراسة المنظومة المناخية نفسها أولًا: العوامل المحددة لمناخ جهة ما، والاحتباس الحراري الطبيعي، والأنماط الكبرى للمناخات.
Les cycles de l'azote et du phosphore
1. Objectifs de la leçon
À la fin de cette leçon, vous devez être capable de :
justifier que l'azote et le phosphore sont les principaux facteurs limitants de la productivité ;
expliquer le paradoxe de l'azote : un élément abondant et pourtant limitant ;
nommer et situer les cinq étapes du cycle de l'azote et les micro-organismes qui les assurent ;
expliquer pourquoi les nitrates sont lessivés alors que l'ammonium est retenu par le sol ;
décrire le cycle du phosphore et justifier qu'il s'agit d'un cycle sédimentaire sans phase gazeuse ;
analyser les perturbations humaines de ces deux cycles, en particulier l'eutrophisation ;
comparer les deux cycles selon des critères précis.
2. Pourquoi ces deux éléments ?
Élément
Molécules dont il est constituant
Conséquence
Azote
acides aminés et protéines, acides nucléiques, chlorophylle, ATP
indispensable à toute croissance ; sa carence bloque la synthèse protéique
Phosphore
ATP, acides nucléiques, phospholipides membranaires, os et coquilles
indispensable aux transferts d'énergie et aux membranes
Ce sont, dans la plupart des écosystèmes, les deux éléments dont la disponibilité limite la productivité : l'azote surtout en milieu terrestre et marin, le phosphore surtout en eau douce.
3. Le cycle de l'azote
3.1. Le paradoxe de départ
Le diazote représente près de 80 % de l'atmosphère : c'est un réservoir immense. Pourtant l'azote est le facteur limitant le plus répandu. La raison est chimique : la molécule N₂ est verrouillée par une triple liaison très stable, que la quasi-totalité des êtres vivants est incapable de rompre.
3.2. Les cinq étapes
Image 1 — en préparationDescription
Schéma scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, traits nets, couleurs sobres et contrastées, présentant le cycle de l'azote. En haut, un large compartiment « diazote atmosphérique N₂ ». En bas, un bloc « sol » en coupe contenant trois compartiments successifs légendés « ammonium NH₄⁺ », « nitrites NO₂⁻ », « nitrates NO₃⁻ », et un compartiment « matière organique : végétaux, animaux, matière organique morte ». Des flèches nommées relient les compartiments : « fixation biologique : bactéries symbiotiques des nodosités, bactéries libres, cyanobactéries » du diazote vers l'ammonium ; « assimilation : absorption racinaire » des nitrates et de l'ammonium vers la matière organique ; « ammonification : décomposeurs » de la matière organique vers l'ammonium ; « nitrification étape 1 » puis « nitrification étape 2 », deux flèches successives annotées « bactéries nitrifiantes, milieu aéré » ; « dénitrification : bactéries dénitrifiantes, milieu privé de dioxygène » des nitrates vers le diazote atmosphérique. Deux flèches secondaires figurent sur le côté : « éclairs » et « engrais de synthèse » entrant vers les nitrates, et « lessivage des nitrates vers les nappes et les cours d'eau » sortant vers le bas. Fond blanc épuré, annotations en français, rendu schématique rigoureux et non artistique
Étape
Transformation
Acteurs
Conditions
Fixation
N₂ → composés azotés assimilables
bactéries symbiotiques des nodosités de légumineuses, bactéries libres du sol, cyanobactéries
consomme beaucoup d'énergie
Assimilation
nitrates et ammonium → matière organique azotée
végétaux par absorption racinaire, puis animaux par l'alimentation
—
Ammonification
matière organique morte → ammonium
décomposeurs : bactéries et champignons
s'effectue dans tous les sols
Nitrification
ammonium → nitrites → nitrates
bactéries nitrifiantes, chimioautotrophes
exige un milieu aéré
Dénitrification
nitrates → diazote, restitué à l'atmosphère
bactéries dénitrifiantes
exige un milieu privé de dioxygène
S'y ajoutent deux entrées non biologiques : la fixation par les éclairs, marginale, et la fixation industrielle des engrais de synthèse, aujourd'hui considérable.
3.3. Pourquoi les nitrates sont lessivés
Le devenir de l'azote minéral dans le sol s'explique par une propriété simple, vue à propos des facteurs édaphiques : le complexe argilo-humique est chargé négativement et retient donc les cations.
L'ammonium (NH₄⁺) est un cation : il est retenu par le complexe argilo-humique et reste disponible dans l'horizon superficiel.
Le nitrate (NO₃⁻) est un anion : il n'est pas retenu, reste dissous dans la solution du sol et suit l'eau de drainage. Il est donc facilement lessivé vers les nappes et les cours d'eau.
4. Le cycle du phosphore
Image 2 — en préparationDescription
Schéma scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, couleurs sobres et contrastées, présentant le cycle du phosphore. À gauche, un compartiment « roches phosphatées » relié par une flèche annotée « altération et érosion » à un compartiment « phosphates dissous dans le sol et les eaux ». De ce compartiment, une flèche « absorption racinaire » mène à « matière organique : végétaux et animaux », d'où une flèche « décomposition et minéralisation » revient aux phosphates dissous, formant une boucle courte annotée « cycle biologique local, rapide ». Vers la droite, une flèche « ruissellement et transport par les cours d'eau » mène à un compartiment « océan », d'où partent « incorporation par les organismes marins » puis « sédimentation des restes et des squelettes » vers un compartiment « sédiments marins ». Une flèche très fine et longue, annotée « soulèvement tectonique : plusieurs millions d'années », remonte des sédiments vers les roches phosphatées, fermant le cycle. Une mention encadrée en haut précise : « aucune phase gazeuse : le phosphore ne passe jamais par l'atmosphère ». Une flèche latérale figure l'« extraction minière et engrais phosphatés » comme intervention humaine. Fond blanc épuré, annotations en français, rendu schématique clair et rigoureux
Le phosphore ne possède aucune forme gazeuse stable : son cycle est purement sédimentaire.
Étape
Processus
Libération
altération des roches phosphatées, qui libère des ions phosphate
Absorption
prélèvement par les racines, puis transfert le long des chaînes trophiques
Restitution
minéralisation de la matière organique morte, qui referme une boucle locale rapide
Perte
ruissellement vers les cours d'eau puis l'océan
Stockage
sédimentation des restes organiques et des squelettes sur les fonds marins
Retour
soulèvement tectonique des sédiments, à l'échelle de millions d'années
5. Les perturbations d'origine humaine
5.1. Une modification massive des flux
La fixation industrielle d'azote pour les engrais a fortement augmenté la quantité d'azote réactif mise en circulation, au point d'être comparable à la fixation biologique naturelle.
L'extraction minière du phosphore déplace vers les sols cultivés un élément qui était immobilisé dans les roches.
Dans les deux cas, une part importante n'est pas absorbée par les cultures et rejoint les eaux.
5.2. L'eutrophisation
Image 3 — en préparationDescription
Schéma scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, couleurs sobres et contrastées, présentant une séquence de quatre vignettes successives d'un même plan d'eau vu en coupe verticale, reliées par des flèches horizontales. Vignette 1, annotée « apports excessifs » : ruissellement depuis une parcelle cultivée et un rejet, avec les étiquettes « nitrates » et « phosphates » entrant dans l'eau claire. Vignette 2, annotée « prolifération » : surface de l'eau couverte d'un voile vert d'algues et de végétaux flottants, avec la mention « la lumière ne pénètre plus en profondeur ». Vignette 3, annotée « décomposition » : chute massive de matière organique morte vers le fond, avec des bactéries figurées et la mention « forte consommation de dioxygène ». Vignette 4, annotée « anoxie » : couche profonde colorée en gris sombre avec des poissons morts et la mention « disparition des espèces exigeantes, milieu anaérobie ». Une flèche de retour en pointillé relie la vignette 4 à la vignette 1 avec la mention « le phosphore stocké dans les sédiments peut être relargué ». Fond blanc épuré, annotations en français, rendu schématique clair et lisible
Le mécanisme se déroule toujours dans le même ordre, qu'il faut savoir restituer :
apports excessifs de nitrates et de phosphates par lessivage agricole ou rejets domestiques ;
prolifération des producteurs (algues, végétaux flottants) : le facteur limitant a été levé ;
le voile végétal empêche la lumière d'atteindre les couches profondes, où la photosynthèse cesse ;
la décomposition de l'énorme biomasse produite consomme massivement le dioxygène dissous ;
l'anoxie qui en résulte élimine les espèces exigeantes, puis installe un milieu anaérobie où la décomposition devient incomplète et malodorante.
5.3. Les autres conséquences
Perturbation
Conséquence
Nitrates dans les eaux de consommation
problème sanitaire imposant des seuils réglementaires
Émission de protoxyde d'azote par les sols surfertilisés
gaz à effet de serre très actif
Apports d'azote atmosphérique retombant sur les milieux naturels
banalisation de la flore : les espèces des milieux pauvres reculent
Épuisement progressif des gisements de phosphates
tension sur une ressource non renouvelable
6. Comparaison des deux cycles
Critère
Azote
Phosphore
Type de cycle
à phase gazeuse
sédimentaire
Réservoir principal
atmosphère (N₂)
roches phosphatées
Accès au réservoir principal
par des micro-organismes fixateurs uniquement
par altération lente des roches
Rôle des micro-organismes
déterminant à toutes les étapes
limité à la minéralisation
Retour depuis l'océan
possible par voie atmosphérique
quasi nul à l'échelle humaine
Peut-on en produire à partir d'une source illimitée ?
oui, par fixation industrielle à partir de l'air
non : ressource minière épuisable
7. Erreurs fréquentes et pièges d'examen
Erreur fréquente
Formulation correcte
L'azote ne manque jamais puisque l'atmosphère en est pleine.
Le diazote est inutilisable en l'état : seuls des micro-organismes fixateurs peuvent le rendre assimilable.
Les plantes absorbent l'azote de l'air par leurs feuilles.
Elles l'absorbent par les racines, sous forme de nitrates ou d'ammonium.
La dénitrification est l'inverse de la nitrification.
Ce sont des bactéries différentes agissant dans des conditions opposées : aérobie pour l'une, anaérobie pour l'autre.
Ammonium et nitrate se comportent de la même façon dans le sol.
L'ammonium est un cation retenu par le complexe argilo-humique ; le nitrate est un anion lessivé.
Le phosphore a un cycle comparable à celui de l'azote.
Il n'a aucune phase gazeuse : ce qui part à la mer est perdu pour des durées géologiques.
L'eutrophisation enrichit le milieu, donc elle augmente la biodiversité.
Elle provoque une prolifération puis une anoxie qui élimine les espèces exigeantes : la diversité chute.
L'eutrophisation tue les poissons par empoisonnement direct.
Elle les tue par manque de dioxygène, consommé lors de la décomposition de la biomasse produite.
8. Bilan
Azote et phosphore sont les constituants indispensables des protéines, des acides nucléiques et de l'ATP, et les principaux facteurs limitants de la productivité.
L'azote atmosphérique est abondant mais verrouillé par sa triple liaison : seuls des micro-organismes fixateurs y donnent accès.
Le cycle de l'azote comprend fixation, assimilation, ammonification, nitrification (en milieu aéré) et dénitrification (en l'absence de dioxygène), toutes assurées par des micro-organismes.
L'ammonium, cation, est retenu par le complexe argilo-humique ; le nitrate, anion, est lessivé vers les nappes et les cours d'eau.
Le cycle du phosphore est sédimentaire et sans phase gazeuse : le phosphore entraîné vers l'océan n'est restitué qu'à l'échelle géologique, et les gisements sont une ressource non renouvelable.
Les activités humaines ont massivement augmenté les flux des deux éléments, provoquant l'eutrophisation : prolifération, puis décomposition, puis anoxie et perte de diversité.
9. Lexique
Français
Arabe
Diazote
ثنائي الأزوت
Triple liaison
الرابطة الثلاثية
Fixation de l'azote
تثبيت الأزوت
Nodosité
العُقيدة الجذرية
Cyanobactérie
البكتيرية الزرقاء
Assimilation
الاستيعاب
Ammonification
إنتاج الأمونيوم
Nitrification
النترتة
Dénitrification
نزع النترتة
Ammonium / Nitrite / Nitrate
الأمونيوم / النتريت / النترات
Cation / Anion
كاتيون / أنيون
Lessivage
الغسل
Roches phosphatées
الصخور الفوسفاطية
Altération
التفتّت
Soulèvement tectonique
الرفع التكتوني
Eutrophisation
الإغناء التغذوي
Anoxie
انعدام الأكسجين
Leçon suivante
Leçon 119 — Les climats : facteurs, mécanismes et classification. Les cycles de la matière étant établis, nous abordons le dernier élément du sous-domaine en étudiant d'abord le système climatique lui-même : les facteurs qui déterminent le climat d'une région, l'effet de serre naturel et les grands types de climats.