مخلفات

في علم الأحياء ، تُعرف الفتات العضوي ( أو الحطام العضوي ) بأنها مادة عضوية تتكون من بقايا الكائنات الحية والمواد النباتية المتحللة ، بالإضافة إلى البراز . وعادةً ما تؤوي الفتات العضوي مجتمعات من الكائنات الدقيقة التي تستعمرها وتحللها ( تعيد تمعدنها ) . وقد تكون هذه الكائنات الدقيقة محللة ، أو متغذية على الفتات العضوي ، أو متغذية على البراز .

في النظم البيئية الأرضية، توجد المواد العضوية المتحللة على شكل مخلفات نباتية ومواد عضوية أخرى مختلطة بالتربة ، وتُعرف باسم المادة العضوية للتربة . أما في النظم البيئية للمياه العذبة، فتتكون هذه المواد في الغالب من أوراق الشجر المتساقطة ومواد عضوية متحللة أخرى. وتتحلل هذه المواد بواسطة الكائنات الدقيقة واللافقاريات الصغيرة التي تمزق الأوراق أو تتغذى بالترشيح على المواد العضوية العالقة. ^{[ 1 ]} أما في النظم البيئية البحرية ، فتتكون المواد العضوية المتحللة من مواد عالقة في الماء وتتراكم في رواسب على قاع المسطح المائي ؛ وعندما يكون هذا القاع قاع بحر ، تُسمى هذه الرواسب بالثلج البحري .

تفقد بقايا النباتات أو الحيوانات المتحللة، أو أنسجتها، والبراز ، شكلها تدريجيًا بفعل العمليات الفيزيائية ونشاط الكائنات المحللة ، بما في ذلك الحيوانات الرعوية والبكتيريا والفطريات . ^{[ 2 ]} تحدث عملية التحلل ، وهي عملية تحلل المادة العضوية ، على عدة مراحل. تستهلك الكائنات الحية الدقيقة والكبيرة التي تتغذى عليها بسرعة موادًا مثل البروتينات والدهون والسكريات ذات الوزن الجزيئي المنخفض ، بينما تتحلل مركبات أخرى مثل الكربوهيدرات المعقدة ببطء. تقوم الكائنات الحية الدقيقة المحللة بتحليل المواد العضوية للحصول على الموارد اللازمة لبقائها وتكاثرها. ^{[ 3 ]} وبناءً على ذلك، بالتزامن مع تحلل الكائنات الحية الدقيقة لمواد النباتات والحيوانات الميتة، تقوم هذه الكائنات باستيعاب المركبات المتحللة لبناء المزيد من كتلتها الحيوية (أي لتنمية أجسامها). ^{[ 4 ]} عند موت الكائنات الحية الدقيقة، تُنتج جزيئات عضوية دقيقة. إذا تناولت الحيوانات الصغيرة (التي تتغذى عادةً على الكائنات الدقيقة) هذه الجزيئات، فإنها تتجمع داخل أمعائها ، وتتحول إلى كريات كبيرة من الروث. ونتيجةً لهذه العملية، تختفي معظم مواد الكائنات الميتة، فلا يمكن رؤيتها أو تمييزها بأي شكل من الأشكال، بل تبقى على هيئة مزيج من جزيئات عضوية دقيقة والكائنات التي استخدمتها كغذاء . يُعرف هذا المزيج بالفتات العضوي.

في النظم البيئية البرية، تترسب المواد العضوية المتحللة على سطح الأرض، متخذةً أشكالاً مثل التربة الدبالية تحت طبقة من الأوراق المتساقطة. أما في النظم البيئية المائية، فإن معظم هذه المواد تبقى عالقة في الماء، وتترسب تدريجياً. وعلى وجه الخصوص، تتجمع أنواع عديدة من المواد معاً بفعل التيارات المائية، وتترسب كميات كبيرة منها في المناطق بطيئة الجريان. ^{[ 5 ]}

تُستخدم كميات كبيرة من الفتات العضوي كمصدر غذائي للحيوانات . وعلى وجه الخصوص، تتغذى العديد من الحيوانات القاعية ( القاعيات ) التي تعيش في المسطحات الطينية بهذه الطريقة. ونظرًا لأن الفضلات مواد لا تحتاجها الحيوانات الأخرى، مهما كانت قيمتها الطاقية، فإنها غالبًا ما تكون غير متوازنة كمصدر للعناصر الغذائية، وغير مناسبة كمصدر غذائي بحد ذاتها. ومع ذلك، هناك العديد من الكائنات الدقيقة التي تتكاثر في البيئات الطبيعية. لا تكتفي هذه الكائنات الدقيقة بامتصاص العناصر الغذائية من هذه الجزيئات فحسب، بل تُشكّل أيضًا أجسامها بحيث تستطيع الحصول على الموارد التي تفتقر إليها من المنطقة المحيطة بها، وهذا يسمح لها باستخدام الفضلات كمصدر للعناصر الغذائية. عمليًا، تُعد الكربوهيدرات المعقدة ، وهي مواد مستديمة (يصعب تحللها)، أهم مكونات الفتات العضوي، وتمتص الكائنات الدقيقة التي تتكاثر باستخدامها الكربون من الفتات العضوي، ومواد مثل النيتروجين والفوسفور من الماء في بيئتها لتكوين مكونات خلاياها. ^{[ 5 ]}

تحدث دورة غذائية مميزة تُسمى دورة الفتات العضوي، تشمل الكائنات التي تتغذى على الفتات العضوي ، والفتات العضوي نفسه، والكائنات الدقيقة التي تتكاثر عليه. على سبيل المثال، تعيش العديد من الرخويات أحادية الصدفة في المسطحات الطينية ، وهي تتغذى على الفتات العضوي. عندما تتناول هذه الكائنات الفتات العضوي المحتوي على الكائنات الدقيقة التي تتكاثر عليه، فإنها تقوم أساسًا بتحليل وامتصاص هذه الكائنات الدقيقة الغنية بالبروتينات، ثم تُخرج الفتات العضوي، الذي يتكون في معظمه من كربوهيدرات معقدة، بعد أن تكون قد حللته بشكل طفيف. في البداية، يُعد هذا الروث مصدرًا فقيرًا للتغذية، ولذلك لا تُعرِضه الرخويات أحادية الصدفة أي اهتمام، ولكن بعد عدة أيام، تبدأ الكائنات الدقيقة بالتكاثر عليه مرة أخرى، ويتحسن توازنه الغذائي، فتعود لتناوله. من خلال هذه العملية المتمثلة في تناول المخلفات العضوية عدة مرات واستخلاص الكائنات الدقيقة منها، تصبح المخلفات العضوية أرق وأكثر تكسراً، مما يسهل على الكائنات الدقيقة استخدامها، وبالتالي تتحلل الكربوهيدرات المعقدة تدريجياً وتختفي مع مرور الوقت. ^{[ 5 ]}

ثم يتم تفكيك وإعادة تدوير ما يتبقى من المواد العضوية بواسطة الكائنات المحللة ، مثل البكتيريا والفطريات . ^{[ 5 ]}

تلعب دورة الفتات هذه دورًا كبيرًا في ما يُسمى بعملية التنقية، حيث تتحلل المواد العضوية التي تحملها الأنهار وتختفي، كما أنها تلعب دورًا بالغ الأهمية في تكاثر ونمو الموارد البحرية . في النظم البيئية البرية، تتحلل كميات أكبر بكثير من المواد الأساسية كمواد ميتة تمر عبر سلسلة الفتات مقارنةً بتلك التي تتحلل عند تناولها من قِبل الحيوانات وهي حية. في كل من النظم البيئية البرية والمائية، يُعد دور الفتات بالغ الأهمية بحيث لا يمكن تجاهله. ^{[ 5 ]}

في النظم البيئية المائية ، وخاصة أنظمة المياه العذبة ، يأتي معظم الحطام العضوي من النظم البيئية الأرضية المجاورة. وتُعدّ مخلفات النباتات أهم مصدر للكربون في الجداول الصغيرة . ^{[ 6 ] [ 7 ]}

على عكس النظم البيئية البرية، تُنقل المواد الميتة والفضلات في النظم البيئية المائية عادةً بواسطة جريان المياه؛ وتميل الجسيمات الدقيقة إلى الانتقال لمسافات أبعد، أو البقاء معلقة لفترة أطول (وتُسمى المواد العضوية الجسيمية الدقيقة ، أو FPOM ). ^{[ 6 ]} في المسطحات المائية العذبة، يمكن أن تُشكّل المواد العضوية من النباتات طميًا يُعرف باسم المَلْم أو الدبال في القاع. تتحلل هذه المادة، التي تُسمى أحيانًا الكربون العضوي غير المذاب، إلى كربون عضوي مذاب ، ويمكنها الارتباط بأيونات المعادن الثقيلة عن طريق التخليب . كما يمكن أن تتحلل إلى مواد عضوية مذابة ملونة مثل التانين ، وهو شكل محدد من حمض التانيك . في المسطحات المائية المالحة، تتحلل المواد العضوية وتُشكّل ما يُعرف بالثلج البحري . يتكون هذا النوع من الفتات عادةً من مواد عضوية مثل العوالق النباتية والحيوانية الميتة ، والجدران الخارجية للدياتومات والكوكوليثوفورات ، والجلد الميت وقشور الأسماك، وفضلات الأسماك. ستغوص هذه المواد ببطء إلى قاع البحر، حيث تُشكّل غالبية الرواسب في بعض المناطق. وبمجرد استقرارها، لن تُساهم هذه المواد في تكوين الرواسب فحسب، بل ستُساعد أيضًا في تغذية أنواع مختلفة من الكائنات الحية التي تتغذى على الفتات العضوي، مثل الديدان الحلقية وخيار البحر . ويختلف التركيب الدقيق لهذا الفتات العضوي باختلاف الموقع والفصل من السنة، لارتباطه الوثيق بالإنتاج الأولي .

توجد المخلفات العضوية في بيئات أرضية متنوعة، تشمل الغابات والشجيرات والأراضي العشبية. في الغابات، تتكون هذه المخلفات عادةً من أوراق الشجر والأغصان وبقايا البكتيريا، وذلك وفقًا لنسبة الكتلة الحيوية. توفر هذه البقايا النباتية غطاءً هامًا لحماية الشتلات، بالإضافة إلى توفيرها غطاءً لمجموعة متنوعة من المفصليات والزواحف ^{[ 8 ]} والبرمائيات. تتغذى بعض يرقات الحشرات على هذه المخلفات ^{[ 9 ]} . تستمر الفطريات والبكتيريا في عملية التحلل ^{[ 8 ]} بعد أن تستهلك الحيوانات الرعوية العناصر الأكبر من المواد العضوية، ويساهم دوس الحيوانات في التفتيت الميكانيكي للمواد العضوية. في المراحل اللاحقة من التحلل، تقوم الكائنات الدقيقة المحبة للحرارة المعتدلة بتحليل المخلفات المتبقية، مُولِّدةً حرارةً من خلال عمليات طاردة للحرارة؛ ويرتبط توليد هذه الحرارة بظاهرة ارتفاع درجة حرارة التسميد المعروفة .

يوجد في الماء عدد هائل من الكائنات التي تتغذى على الفتات العضوي . تحمل التيارات المائية كميات كبيرة من هذه المواد. وتعتمد العديد من الكائنات المستقرة على ترشيح المواد العضوية التي تحملها التيارات المائية، مستخدمةً خياشيمها أو لوامسها المتطورة لتصفية الماء والحصول على الغذاء، وهي عملية تُعرف بالتغذية الترشيحية . كما تقوم بعض الكائنات الحية، مثل شقائق النعمان البحرية ، بالتقاط المواد العضوية العالقة بواسطة لوامس مغطاة بالمخاط .

تقوم بعض الكائنات الحية، مثل القواقع ونجم البحر الهش، بجمع الفتات المتراكم في قاع البحر. أما ذوات الصدفتين، التي غالباً ما تعيش في الرواسب، فلا تكتفي بترشيح الماء عبر أنابيبها، بل تمتد أيضاً لاصطياد الفتات الموجود في الطبقات العليا من الرواسب في قاع البحر.

في الأنظمة المائية، بالنسبة للمنتجين الأوليين ، مثل النباتات والطحالب والعوالق النباتية ، فإن الفتات يقلل من شفافية الماء، ويبطئ عملية التمثيل الضوئي .

في النظم البيئية الأرضية، تتجمع مخلفات الحيوانات والنباتات الميتة وبقاياها بشكل رئيسي على سطح الأرض، ومع تقدم عملية التحلل، تتغذى النباتات على شكل أملاح غير عضوية. أما في النظم البيئية المائية، فتتجمع كميات قليلة نسبيًا من المخلفات على قاع الماء، ولذا يصبح تقدم عملية التحلل في الماء عاملًا أكثر أهمية. وتُظهر دراسة مستوى الأملاح غير العضوية في النظم البيئية البحرية أنه ما لم يكن هناك وفرة استثنائية، فإن الكمية تزداد من الشتاء إلى الربيع، ولكنها عادةً ما تكون منخفضة للغاية في الصيف. ونتيجة لذلك، تصل كمية الأعشاب البحرية إلى ذروتها في أوائل الصيف ثم تبدأ بالتناقص. ويُعتقد أن الكائنات الحية، كالنباتات، تنمو بسرعة في الفترات الدافئة، وبالتالي فإن كمية الأملاح غير العضوية لا تكفي لتلبية احتياجاتها. بعبارة أخرى، خلال فصل الشتاء، تكون الكائنات الحية الشبيهة بالنباتات غير نشطة وتتغذى على الأملاح، ولكن إذا ارتفعت درجة الحرارة إلى حد ما، فإنها ستستهلك هذه الأملاح في فترة وجيزة جدًا.

ليس صحيحاً تماماً أن إنتاجيتها تنخفض خلال فترات الدفء. فالكائنات الحية مثل الدياتومات السوطية تتمتع بالحركة، والقدرة على تناول الغذاء الصلب، والقدرة على القيام بعملية التمثيل الضوئي. يستطيع هذا النوع من الكائنات الدقيقة امتصاص مواد مثل الفتات العضوي للنمو، دون انتظار تحللها إلى سماد.

في السنوات الأخيرة، أصبح مصطلح "الحطام" يستخدم أيضًا مع أحواض السمك (كلمة "حوض السمك" هي مصطلح عام لأي منشأة مخصصة لحفظ الحيوانات المائية).

عندما تُربى حيوانات مثل الأسماك في أحواض السمك، فإنها تُنتج مواد مثل الفضلات والمخاط والجلد الميت الذي يتساقط أثناء الانسلاخ . وتُنتج هذه المواد بشكل طبيعي بقايا عضوية، والتي تتحلل باستمرار بواسطة الكائنات الدقيقة.

تستخدم أحواض الأحياء البحرية الحديثة غالبًا طريقة برلين ، التي تعتمد على جهاز يُسمى مُقشِّر البروتين ، يُنتج فقاعات هوائية تلتصق بها المواد العضوية المتحللة، مما يدفعها إلى خارج الحوض قبل تحللها. كما تستخدم نوعًا من الصخور الطبيعية عالية المسامية يُسمى الصخور الحية، حيث تعيش العديد من الكائنات القاعية والبكتيريا (غالبًا ما يُستخدم نوع مُهَجَّن ميت منذ فترة)، مما يُحفز الكائنات القاعية والكائنات الدقيقة المُتغذية على المواد العضوية المتحللة على الخضوع لدورة تحلل. وقد طُبِّق أيضًا نظام موناكو، الذي يُنشئ طبقة لاهوائية في الحوض، لإزالة النيتروجين من المركبات العضوية الموجودة فيه، وكذلك من مركبات النيتروجين الأخرى، بحيث تستمر عملية التحلل حتى مرحلة إنتاج الماء وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين.

في البداية، وكما يوحي الاسم، كانت أنظمة الترشيح في أحواض المياه تعمل غالبًا باستخدام مرشح فيزيائي لإزالة المواد الغريبة من الماء. بعد ذلك، كانت الطريقة القياسية للحفاظ على جودة المياه هي تحويل الأمونيوم أو النترات الموجودة في الفضلات، والتي تتميز بدرجة عالية من السمية العصبية ، ولكن الجمع بين الكائنات التي تتغذى على الفتات العضوي والفتات العضوي والكائنات الدقيقة قد رفع تقنية أحواض السمك إلى مستوى أعلى.

• حقائق بيولوجية (علم الأحياء)
• حطام خشبي خشن
• المواد العضوية
• شبكة الغذاء في التربة