دورة العناصر المغذية في بيئة الشعاب المرجانية

دورة العناصر المغذية في بيئة الشعاب المرجانية • تتواجد العناصر المغذية كالنتروجين, الفسفور والكبريت بنسب قليلة جداً وتعتبر من العناصر الهامة لإنتاج البروتوبلازم النباتي. مصادر العناصر المغذ ية: • تعتمد مصادرها على جغرافية المنطقة • المناطق البعيدة مثل الحلقات المرجانية Atolls يتم توفرها عن طريق تكدس العناصر المغذية في الرسوبيات البحرية وتحولها في ماء البحر • المناطق القريبة فتتوفر عن طريق المصادر الأرضية من تدفق مياه السيول والأنهار. تركيزات النتروجين • تركيز النتروجين في المياه الاستوائية ضئيل ماعدا في المناطق التي بها تيارات صاعدة equatorial upwelling وفي المناطق القريبة من المصادر الأرضية. • التركيز في المياه المفتوحة أقل من مناطق الشعب الخلفي back reef القريب من المصادر الأرضية كما توجد نسبة عالية من النتروجين في فجوات المستعمرات المرجانية.

دورة العناصر المغذية في بيئة الشعاب المرجانية

العوامل التي تتحكم في تركيز النتروجين • معدل تثبيته Nitrogen fixation • عملية أختزالة Denitrification • عملية التمثيل الضوئي Autotrophic uptake • أعادته Regeneration • تركيز النتروجين في مياه الشعاب المرجانية مرتبة على النحو التالي: • آمونياNH3 < نترات NO3 < نتريت NO2

دورة النتروجين • دورة النتروجين ليست كدورة العناصر المغذية الأخرى كالفسفور والسليكون, لأنه يتحول بواسسطة العوامل البيولوجية وليست الكيميائية, ويوجد النتروجين في حالة أكسدة من+5 نترات NO3 الى +3 آمونياNH3. • يعمل كعنصر مغذي و كعنصر مؤكسد ومختزل ومهم جداً كمولد للطاقة لعدد كبير من البكتريا. • الشعاب المرجانية تصدر نتروجين ذائب على هيئة NO3 أو DIN بواسطة تثبيت النتروجين.

تثبيت النتروجين Nitrogen fixation • يعتبر تثبيت النتروجين مفتاح دورته في معظم بيئة الشعاب المرجانية بغض النظر عن موقع الشعب, فالزيادة في تركيزات DIN و DON بين منطقة الشعب الأمامي والخلفي أشارة إلى تصدير نتروجين في منطقة الشعب ناتج من عملية التثبيت العالية للنتروجين. • فالكمية تكفي متطلبات مجتمعات بيئة الشعاب المرجانية,بإستثناء بعض المناطق المعرضة لمجاري السيول والصرف الصحي.

تثبيت النتروجين Nitrogen fixation • المناطق الرئيسية في بيئة الشعاب المرجانية التي يتم فيها تثبيت النتروجين هي المناطق المواجهة للرياح كمنطقة الشعب الأمامي, الكتوف, الشقوق خاصة منطقة الطحالب, أحياء الشعب الطحلبية المعروفة epiphytes , الطحالب الكبيرة macroalgae و الطحالب الزرقاء المخضرة Cyanobacteria الموجودة في أنسجة الأسفنج بواسطة البكتريا غير ذاتية التغذية الضوئية. • العوامل التي تتحكم في تثبيت النتروجين في بيئة الشعب المرجانية غير معروفة ولكن عملية الرعي بواسطة الأسماك واللافقاريات ربما تكون مهمة (ربما بعض المواد الكيميائية كالحديد Fe و الموليبدنيم mb). • المرجان ليس له المقدرة على تثبيت النتروجين ولكن الأحياء المرتبطة بهياكل المرجان الميتة لها دور كبير في تثبيت النتروجين .

تثبيت النتروجين Nitrogen fixation الأحياء الدقيقة المثبتة للنتروجين • الطحالب الخضراء المزرقة والأنواع المتكافلة مع الأسفنج • البكتريا التكافلية (Prochloron) مع بعض النباتات والطحالب ,حيث تزودها بالنتروجين بعد تثبيته بينما تستفيد البكتريا من النباتات بعض العناصر الغذائية. • أنواع من البكتريا حرة المعيشة مثل أزوتوبكتريا Azotobacter (هوائية) وكلوستريديوم Chlostridium (لأهوائية).

تثبيت النتروجين Nitrogen fixation • أيضا يتم تثبيت النتروجين عن طريق التثبيت الفيزيائي physical fixation, عبارة عن عملية فيزيائية تنتج عن البرق حيث يتحد الأوكسجين مع غاز النتروجين N2 الذي يتحول إلى نتراتNO3 تتساقط مع الأمطار على التربة والمياه السطحية عموماً.

عملية تكوين النشادر Ammonification • مسار أخراج الأمونياNH3 بواسطة مثبتات النتروجين أو أخراجها على شكل DON حيث تتبع عملية ammonification • مسار التحلل Decomposition او موت المثبتات, يتبع تكون النشادر • مسار الرعي والإعادة grazing-regeneration • يعني رعي العاشبات على المثبتات وإخراج الأمونيوم • ولكن لم تعرف الطريقة الهامة بين هذه الطرق المسؤلة عن عملية النشدرة أو كمية النتروجين التي تحولت إلى النظام البيئي. • عملية النشدرة تتم بواسطة أحياء على عدة مستويات من بكتريا إلى فقاريات, كما ثبت أن أنواع مختلفة من المراجين تأخذ وتمثل الأمونيا NH3 , • بالإضافة إلى أن المراجين المتكافلة مع الطحالب لا تخرج الأمونيا وإنما تعيد الطحالب المتكافلة تمثيل الأمونيا من جديد وتعتبر دورة داخلية للنتروجين داخل حيوان المرجان. كما وجد أن الأحياء الرئيسية مثل خيار البحر والكبوبودا القاعية والأحياء التي تتغذي بواسطة التصفية هامة في عملية النشدرة.

عملية النترجة Nitrification • تتم عملية النترتة بخطوتين: • تأكسد الأمونيا NH3 إلى نتريت NO2 ثم تتأكسد بدورها الى الى نترات NO3 بواسطة عدة أنواع من البكتريا • 2NH4 + 3O2 Nitrosomonas 2NO2 + 2H2O + 4H + energy • 2NO2 + O2 Nitrobacte NO3 + energy النترات NO3

النترجة العوامل التي تتحكم في عملية النترجة النترجة • كلما زاد تركيز الأمونيوم زادة عملية النترجة • توفر الأوكسجين يساهم في الأسراع في النترجة • توفر الأس الهيدروجيني المتعادل يساهم في عملية النترجة • وتحت ظروف عدم وجود الأوكسجين تختزل

الزنترة و الاختزال الغير تمثيليDissimilatory & Denitrification • NO3 Nitrobacte NO2 • NH2OH NH3 • Pseudomonas NO N2O N2 • تحت ظروف عدم وجود الأوكسجين تختزل النترات NO3 بواسطة البكتريا اللأهوائية الى نيترات NO2 وغاز النيتروجين الذي يتصاعد إلى الغلاف الجوي وتعرف بعكس النترجة Denitrification (الزنترة) • الطريق الثاني فيؤدي الى إنتاج النشادر NH3 عن طريق اختزال NO3 بواسطة مايعرف ب Dissimilatory ولكن لا توجد معلومات عن كافية عن هذه الطريقة. • فنلاحظ أن النتروجين لا يستخدم كغذاء وإنما كمصدر للأوكسجين للتنفس . وتعتبر هذه العملية مهمة في البيئة البحرية لأنها تقوم بإطلاق وتثبيت النتروجين.

تمثيل النترات(NO3) Assimilatory nitrate reduction • إزالة النترات من ماء البحر للحصول على النتروجين اللازم لنمو النبات والبكتريا • المرجان يستخلص NO3 من ماء البحر لإمداد الطحالب المتكافلة معه بعنصر النتروجين بالإضافة إلى أن المرجان يعيد استخدام المركبات النتروجينية الناتجة من عمليات الهضم الخاصة به بواسطة الطحالب التكافلية ولا يسمح بخروجها من جسمه.

تمثيل النتريت(NO2) Assimilatory nitrite reduction • تظهر في جميع الأحياء الممثلة للنتريت ولكن هذه الطريقة غير مفهومة بطريقة جيدة. • تمثيل الأمونيا(NH3) Assimilation & Ammonia immobilization • تستطيع المراجين وباقي الأحياء اللافقارية المتكافلة مع الطحالب استخلاص الأمونيا من ماء البحر وعمل دورة داخلية له

الفوسفورPhosphorus • يعد الفوسفور عنصراً أساسياً في جميع الكائنات الحية, كما يلعب دوراً أساسياً فى كل خطوة من خطوات البناء الضوئي , حيث تكمن أهمية الفوسفور فى كونة يدخل في تركيب: • المادة الحية Protoplasm • أغشية الخلايا Cell membranes • حاملات الطاقة TDP & ATP • المادة الوراثية DNA • تركيب العظام والأصداف • لم تدرس دورة الفوسفور دراسة وافية فى بيئة الشعاب المرجانية كما هوالحال فى دورة النتروجين ولكن وجد أن العوامل الحية والعوامل الغير حية لها دور فى دورة الفوسفور. • تبدأ دورة الفوسفور بقيام المنتجات الأولية بأخذ الفوسفور على شكل أيونات HPO4 في عملية البناء الخلوي أثناء عملية التمثيل الضوئي ومن ثما تحصل المستهلكات على الفوسفور من المنتجات حسب قانون السلسلة الغذائية

تركيز الفوسفور Phosphorus concentration • يعتبر تركيز فى المياه المدارية التى تعلو الحواجز المرجانية ضئيل مقارنة بأعماق المحيط وشواطىء المناطق الشبه مدارية ومناطق التيارات الصاعدة. • أملاح الفوسفور المغذي عبارة عن فوسفور غير عضوي ذائب فى الماء DIP (HPO4) ويسمى الفوسفور النشط.

مصادرة فى البيئة المرجانية • مياة السيول والأنهار • التيارات الصاعدة • المياه الجوفية • براز الطيور(لأنها تتغذى على الأسماك)

دورة الفوسفور Phosphorus cycle • تتأثر دورة الفوسفور بالتفاعلات الكيميائية والحيوية, كما يعمل كمصدر طاقة للخلايا وكغذاء ولا يعمل فى حالة إختزال • عملية البناء أو التمثيل Assimilation • تستطيع المراجين المتكافلة مع الطحالب أستنزاف التركيزات الضعيفة من الفوسفور الغير عضوي DIP المتحلل فى ماء البحر. • المراجين تفرز كميات قليلة من الفوسفور وتبقية لفترات طويلة فى جسمها مقارنة باللافقاريات من نفس الحجم والتي ليس لها علاقات تكافلية مع الطحالب وايظاً الأسماك والرخويات وخيار البحر. • زيادة كميات الفوسفور في مياه البحر يؤدي الى توقف عملية التكلس في المرجان(يعتبر مادة سامة عند زيادة تركيزة).

Precipitation Absorption&Chemisorption • الترسيب,الأمتصاص والأمتزاز • عبارة عن عوامل كيموفيزيائية لها دور فى ذوبان وترسيب الفوسفور الغير عضوي وتحويلة من ذائب الى فوسفور رقائقي مترسب على النحوالتالي: • الترسيب المباشرللأباتيت على الأسطح المعدنية الغير عضوية • الترسيب المباشر لفوسفات الكالسيوم الغير متبلور • إحلال الأباتيت مكان كربونات الكالسيوم

Dissolution & Desorption • الإذابة وإزالة الإمتزاز • لوحظ إن تكوين الأحماض العضوية يمكنها تذويب المواد الكلسية المحتوية على الفوسفور المترسب بالعملية السابقة(3) ولكن لم يثبت بالدليل القاطع حتى الأن ولازالت مثار للجدل بين العلماء.

يقوم الأنسان بتعدين الفوسفات من الصخور الفوسفاتية Apatite لتصنيع الأسمدة الفوسفاتية والمنظفات الكيميائية والمبيدات وبالتالي يتم إدخالها الى دورة الفوسفور فى المياة البحرية وخاصة بيئة الشعاب المرجانيةعن طريق مياة الصرف الحي وأنجراف التربة بمياة الأمطار وغيرها من الطرق.يؤدى الأمر الى مايعرف الأثراء الغذائي Eutrophication حيث يؤدي الى زيادة الكتلة الحية من الطحالب والأعشاب البحرية التي تستهلك كميات كبيرة من الأوكسجين الذائب فى ماء البحر وبالتالي يقضي على الأحياء البحرية خاصة في الليل والمياة الغير متجددة.

دورة العناصر المغذية في بيئة الشعاب المرجانية