التتريف (الإثراء الغذائي)

أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر ز س ش ص ض ط ظ ع غ ف ق ك ل م ن هـ و ي

التتريف (الإثراء الغذائي)

تتريف (اثراء غذايي)

Eutrophication -

عدنان علي نظام

الأساس البيئي للظاهرة	الآثار البيئية
آلية حدوث الإثراء الغذائي الصنعي	الآثار الاقتصادية
مصادر المغذيات	الحلول
أنماط الإثراء الغذائي

التتريف (الإثراء الغذائي) eutrophication ظاهرة طبيعية أو مُستحدَثة، اشْتُقَّت من الكلمة eutrophic، وتعني التغذية الجيدة، وتمثّل حالة الاغتناء بالمغذيات (الغُذِّيات) nutrients (الآزوت (النتروجين) N والفسفور P عادة) أو بمصادر الغذاء في النظم البيئية المائية، وبالدرجة الأولى البحيرات أو البرك، وتنشأ نتيجة الادخالات المفرطة من المغذيات التي تعزّز نمو النباتات المائية والطحالب. وتعد هذه الظاهرة أحد العوامل الطبيعية الرئيسة التي تعوض النقص في كمية المغذيات الناشئ بسبب استهلاك الأحياء المائية المزدهرة.

الأساس البيئي للظاهرة:

تزداد مستويات المغذيات خلال ظاهرة الإثراء الغذائي من مستويات منخفضة - كما في البحيرات فقيرة التغذية - إلى مستويات مرتفعة التغذية، كما في البحيرات جيدة التغذية، وتكون أكثر وضوحاً في البحيرات ذات الجريان البطيء سواء أكانت على نهر أم منقطعة عنه، أو في تجمعات المياه المحدودة، وعندئذٍ تتميز المياه بخصائص طبيعية تساعد على إتمام عملية الإثراء الغذائي، وفق الآتي: يسبب الركود النسبي وانعدام الأمواج والدوامات والمزج في المياه حالةَ التطبّق stratification فتنقسم كتلة المياه إلى طبقات متباينة بالحرارة والصفات الفيزيائية والكيميائية في الأوقات المختلفة من السنة:

طبقة عليا epilimnion: ذات درجة حرارة مرتفعة بتأثير أشعة الشمس ولاسيما في الصيف.

منطقة منحدر حراري thermocline zone: وهي منطقة حرجة تعاني انخفاضاً ملحوظاً وحاداً مع زيادة طفيفة في العمق، وتقع بين الطبقتين الأخريين.

طبقة سفلى hypolimnion: ذات درجة حرارة منخفضة وكثافة عالية.

ومع ازدياد العمق تسود العوالق النباتية في الطبقة العليا، وتصبح المواد الأولية متاحة بوساطة هذه المنتجات فقط، ولذلك فإن انخفاض الشدة الضوئية ودرجة الحرارة في الشتاء يحد من نموها، وتنشط من جديد في الربيع والصيف، وتؤدي غزارتها إلى استهلاك كمية كبيرة من المغذيات المتوفرة في الطبقة العليا، وتصبح عاملاً محدداً للنمو والإنتاجية، وتهرم خلايا بعض الطحالب وتموت وترسب إلى القاع حيث تتفكك إلى مواد مغذية، غير أنها تبقى في القاع بسـبب التطبّق. وتزول جماعات العوالق النباتية مع اقتراب الخريف بسـبب محدودية المغذيات وانخفاض الشدة الضوئية ودرجة الحرارة، وتمتزج مياه البحيرة في الشتاء وتصعد المغذيات الوافرة في الأعماق منشئة بذلك عاملاً مهماً لبداية دورة جديدة، ولا تحدث ظاهرة الإثراء الغذائي في البحيرات الضحلة جداً والتجمعات المائية الصغيرة جداً.

إن العوامل الأكثر أهمية في تكوين الإثراء الغذائي هي: زمن التدفق flushing time (ft)، وميل العكر، ومدخلات المغذيات (NI) والميل التالي لعناصر الآزوت والفسفور والسيليسيوم، وحالة المزج التي تقترن مع زمن التدفق ft ومدخلات المغذيات NI التي يمكن أن تدل على حساسية أي نظام للإثراء الغذائي الذي يدل نشوؤه على أن النظام لا يمكنه التغلب على مدخلات المغذيات المتاحة الداخلية و/ أو الخارجية.

آلية حدوث الإثراء الغذائي الصنعي:

عند وصول كميات كبيرة من المغذيات إلى الكتلة المائية فإنها تُؤدي إلى اختلال توازن الشبكة الغذائية، فتتكوّن كتلة حيوية من العوالق النباتية phytoplankton بمستويات كبيرة في طبقات الكتلة المائية, وهو ما يزيد استهلاك الأكسجين قرب القاع، وهكذا فإن الآلية التي تؤدي إلى ظاهرة الإثراء الغذائي هي عملية معقدة ومتداخلة، وتساعد أنشطة الإنسان في تسريع نشوئها على نحو غير مباشر بتأثير جريان المُخَصِّبات fertilizers نتيجة العمليات الزراعية التي تزود التربة بكميات زائدة من الأسمدة الكيميائية التي تتسرب إلى الموارد المائية، وكذلك مياه الصرف sewage بوصول المواد العضوية كالمنظِّفات والمخلفات السائلة المنزلية وبعض المخلفات الصناعية.

تتصف مياه الصرف بوفرة الفسفات، وتتصف المخصبات بوفرة النترات، وهما العاملان الحاسمان في ازدهار الطحالب algal bloom، فتتنافس الطحالب على الضوء وتتراكم بقايا النباتات الميتة، وتنشأ طبقة من الفُتات detritus، وتنشط الأحياء المفككة، ويُستنزف الأكسجين، وفي النهاية تختفي الحياة الهوائية بدءاً بالأسماك، وتنمو البكتريا اللاهوائية على نحو شديد منتجة مركبات كريهة (الأمونيوم وكبريت الهدروجين والميتان ).

وعندما يتغير تركيز العناصر الغذائية الأساسية في البيئة المائية بتأثير ظاهرة الإثراء الغذائي يصبح من المحتمل ارتباط عنصر منها ارتباطاً كاملاً بالحياة المائية، ففي حال عوز أحدها لن يحدث نمو إضافي للطحالب، وعندئذٍ يصبح العنصر الغذائي عاملاً محدِّداً.

وعموماً، يميل الفسفور إلى أن يكون العامل المحدِد للعوالق النباتية في المياه العذبة، وكثيراً ما يكون الآزوت العنصر الغذائي المحِّدد ولاسيما في الصيف في المسطحات المائية البحرية الواسعة والمناطق المتوسطة مثل المجاري السفلى من الأنهار، وغالباً ما يكون العامل المحدد في الربيع، وقد يتبدل العامل المُحَدِّد في الصيف فيصبح عنصر السليسيوم (السليكون) أو الآزوت. وعندما يكون تركيز السليسيوم منخفضاً في المناطق الساحلية فإن المشطورات Diatoms لا تنمو كونه العنصر الأساسي لتكوين هياكلها؛ ولذلك تزدهر أنواع طحلبية أخرى لا تحتاج للسليسيوم. وتعتمد حساسية المصب للإثراء على الظروف المناخية التي تتحكم في التوازن بين الطفو buoyancy (تصريف النهر، ودرجة الحرارة) وقوى المزج (الرياح، والمد tides).

تنشأ ظاهرة الإثراء الغذائي بتأثير عوامل، مثل: وفرة المغذيات، وقلة حركة المياه وعدم تجددها، ودرجة الحرارة، والضوء، ودورة الأكسجين قرب القاع، وتوزع المغذيات ونمو العوالق النباتية، وقلة العمق، ويمكن حدوثها طبيعياً أو صنعياً، وكذلك عند ازدياد إنتاج المادة العضوية وازدياد انتقال النمو فوق السلسلة الغذائية، وحدوث الإطماء المتدرج للحوض بسبب الترسيب وتراكم النباتات المتفككة ببطء وتكوين الخُث peat (بقايا نباتية)، وأخيراً غزو النباتات البرية.

مصادر المغذيات:

تكتسب البحيرات الطبيعية أو الصنعية عند تكوّنها بعض المعادن نتيجة تفاعلها مع الصخور والتربة المحيطة بها، فهي تحتوي مواد مغذية للأحياء المائية إضافة إلى كميات قليلة من المادة العضوية, وتختلف كمية المغذيات المكتسبة من بحيرة إلى أخرى وفقاً للخصائص الجيولوجية للمنطقة المحيطة بالبحيرة. ومع مرور الوقت تصل المعادن والمغذيات إلى مياه البحيرة نتيجة الجريان السطحي أو تسرب المياه الجوفية، وتعد المواد المغذية في المياه، في الدرجة الأولى الآزوت والفسفور والبوتاسيوم والكبريت والكلسـيوم والمغنزيوم، من العوامل المؤثرة والضرورية لنمو النباتات والطحالب والحيوانات وازدهارها، إذ تكوِّن الأحياء المائية سلسلة متدرجة تتداخل فيما بينها، ويعتمد بعضها على بعض في التغذية وفق شبكات غذائية food webs معقَّدة (العوالق النباتية في القاعدة والأسماك ومثيلاتها في الذروة)، وتتوازن في النهاية اعتماداً على المغذيات الموجودة في البيئة المائية، وهكذا، تغتني البحيرة بالمادة العضوية التي تتكدس تدريجياً على القاع مكونة طبقة من الرواسب.

يمكن أن تشارك عوامل طبيعية مثل ظاهرة الإثراء الغذائي في تأمين المغذيات في مياه البحيرات، أما العوامل الصنعية فهي مصادر نقطية تصب مباشرة في المياه، كما في تصريفات محطات معالجة مياه الصرف المنزلي، وتصريفات فيضانات العواصف وشبكات الصرف، وتصريفات المنشآت الصناعية، أو تكون من مصادر غير نقطية لا تصب مباشرة في المياه، كما في الجريان الزراعي (الأسمدة والحت) ومياه الري، وجريان مناطق رعي الماشية، وجريان الهطل.

يقل صفاء الماء ويضعف التركيب الضوئي مع ازدياد النمو الطحلبي؛ مما يقلل كمية الأكسجين في الوسط، وبالنتيجة يحدث فقدان في التنوع الحيوي ولاسيما الطحالب والمرجان في شواطئ البحار، أي تقل القاعدة الغذائية وفرص الحماية، وهو ما يؤدي إلى الموت وتخرب النباتات، وبالتالي ازدياد بكتريا التعفن، واستعمال أكثر للأكسجين المتاح، وبلوغ أبعد حد لتأثير فقدان الأكسجين ونشوء مناطق ميتة.

أنماط الإثراء الغذائي:

1. الإثراء الغذائي الطبيعي: عملية متوازنة تحدث في البيئة المائية التي تتطوَّر فيها الطحالب وبعض أنواع البكتريا تحت تأثير أشعة الشمس لتكوين مواد عضوية خلال عملية التركيب الضوئي، وهذه الأحياء هي المنتجات التي تموت أو ترعاها العوالق الحيوانية، وهذه بدورها تكون غذاءً للأسماك، ويقع الإنسان في ذروة السلسلة الغذائية food chain حيث يتغذّى بالأسماك. ففي هذه الحالة ترتبط الحياة في الموئل المائي بأشعة الشمس والمنتجات الأولية إلى جانب التوازن بين مستويات السلسلة الغذائية.

2- الإثراء الغذائي الصنعي أو المستحْدَث: يحدث بعد تصريف المخلفات السائلة المنزلية أو الصناعية والمخصِّبات الزراعية والمنظفات (الفسفورية) والرواسب من الأراضي المقطوعة الأشجار، وشق الطرقات وتطوير الأراضي والخبرات الضعيفة في أعمال الغابات المحمّلة بالمخصِّبات الصناعية الفسفاتية والآزوتية إلى كتل المياه، ويؤدي التخصيب المتسارع إلى ازدهار العوالق النباتية، مما يؤدي إلى تأثيرات جانبية وخيمة، ويجلب ازدهار الزراقم Cyanobacteria (البكتريا الزرقاء أو الطحالب الزرقاء المخضرّة) المنتجة للذِيفانات خطراً إضافياً على الإنسان والحيوانات.

وإلى جانب حالة التغذية في تقييم تأثير درجة إفراط المغذيات في الوسط المائي، توجد هناك حالات تصنيف الوسط وفقاً للصفات الكيميائية (إجمالي اليخضور، إجمالي الفسفور، إجمالي الآزوت، صفاء المياه) وفق الآتي:

أ- قليل التغذية Oligotrophic: كتلة حيوية منخفضة، تنوع حيوي عال، بضعة أنواع من النباتات المائية، بضعة أسماك، حياة حيوانية قليلة، قاع رملي، شبكة غذائية معقدة، مياه أكسجينية، وجود أسماك المياه الباردة، مياه صافية، نوعية جمالية aesthetic عالية، لا توجد مشكلات طعم أو رائحة. إجمالي اليخضور أقل من 3 غ/ل، إجمالي الفسفور أقل من 15 غ/ل، إجمالي الآزوت أقل من 400 غ/ل، صفاء المياه أكثر من 13 قدماً.

ب- معتدل التغذية Mesotrophic: مستوى معتدل من الإنتاجية الحيوية والنمط النموذجي له صفاء معتدل للمياه، ومجموع معتدل للنباتات المائية. إجمالي اليخضور بين 3 و7 غ/ل، إجمالي الفسفور بين 15 و25 غ/ل، إجمالي الآزوت بين 400 و600 غ/ل، صفاء المياه بين 8 و13 قدماً.

ج- جيد التغذية Eutrophic: كتلة حيوية عالية، تنوع حيوي منخفض، النمط النموذجي فيه كثير من النباتات المائية ومياه صافية، أو تمتلك بضعة أنواع من النباتات المائية ومياه أقل صفاء، وفي حالة أخرى فهي تمتلك كموناً لدعم كثير من الأسماك والحياة الحيوانية، سلسلة غذائية بسيطة، مياه قاعية غير أكسجينية anoxic، غياب أسماك المياه الباردة، نوعية جمالية منخفضة، توجد مشكلات طعم أو رائحة، وفرة الأسماك الهائجة rough، وجود طحالب سامة. إجمالي اليخضور بين 7 و 40 غ/ل، إجمالي الفسفور بين 25 و 100 غ/ل ، إجمالي الآزوت بين 600 و 1500 غ/ل، صفاء المياه بين 3 و 8 أقدام.

د. مفرط التغذية Hypereutrophic: مستوى أعلى من الإنتاجية الحيوية، والنمط النموذجي له صفاء منخفض للمياه، يمتلك كموناً لدعم كثير من الأسماك والحياة الحيوانية، وقد يمتلك غزارة للنباتات المائية. إجمالي اليخضور أكثر من 40 غ/ل، إجمالي الفسفور أكثر من 100 غ/ل، إجمالي الآزوت أكثر من 1500 غ/ل، صفاء المياه أقل من 3 أقدام.

الآثار البيئية:

عند حدوث الإثراء الغذائي يتغير تكوين مجتمع الطحالب تغيراً معنوياً significant على المستويين الكمي والنوعي اعتماداً على محتوى الماء من الأملاح المعدنية، وكذلك على مواصفات المواد الملوثة الرئيسة، فتحدث زيادة في الكتلة الحيوية من العوالق النباتية، وفقدان جودة المياه، وفقدان الغطاء المرجاني في مناطق الأرصفة المرجانية، وازدياد مستويات المغذيات مثل النترات والفسفات، ونمو أنواع الطحالب غير المرغوب فيها، واستنزاف الأكسجين أو نشوء منطقة لاهوائية في المياه القاعية، وفقدان أنواع الأسماك التي تنتشر في المياه الباردة، وغزارة الأسماك الهائجة، قاتلات الأسماك rough fish" fish kills"، والطعم والروائح الكريهة، وكثيراً ما ينتشر التخريب الفيزيائي للأسماك.

الآثار الاقتصادية:

تشترك الطحالب الخضراء وغيرها من الطحالب في كونها بداية السلسلة الغذائية في البيئة المائية. وتعدّ مصدراً أساسياً لغذاء الأسماك، ولكن عندما يحدث خلل في توازن انتشارها يصبح ضررها أكثر من فائدتها. ومن أضرارها فقدان القيمة الجمالية للمسطحات المائية، وعرقلة الملاحة والنشاطات السياحية، ومشكلات تزويد المدن والمنشآت بالمياه، وعرقلة تدفق المياه في قنوات الري وشبكات الصرف والمرشحات ومعالجة المياه، وكثيراً ما تنتشر الطحالب المنتجة للذيفانات (السموم) toxins، مثل ثنائيات السوط Dinoflagellata، والزراقم في المياه العذبة، مما يترك تأثيراً جدياً في موت التنوع الحيوي واندثاره، وكذلك التأثير الضار بالجلد وصحة الإنسان.

الحلول

- الإدارة الجيدة لمناطق التغذية: وذلك بتحديد مناطق الصون وصون الأراضي الرطبة وإنشاء حواجز الحت وأغطية التربة.

- مراقبة المصانع المقامة قرب المسطحات المائية، والتخلص من نظم الشبكات المشتركة، وفرض معالجة مياه العواصف (برك تجميع واستعمال كيميائيات الترسيب)، وترسيخ الطرق والجسور ومعالجة صرف المدن، وتخفيض انبعاثات الآزوت.

- تخفيض الكثافة الحيوانية، وتخفيض المواشي في المناطق الفيضية، والابتعاد عن استعمال الأسمدة الكيميائية، وتحديد وقت نشر السماد الطبيعي، واستعمال الأسمدة الحيوية والحراثة المخففة، وتطبيق التسميد تحت سطح الأرض.

- رصد تغيرات العناصر الكيميائية في المسطحات المائية، ونشر الوعي عن مخاطر الإثراء الغذائي الصنعي، والتقليل من نسبة الفسفات الداخلة في المنظفات المنزلية.

- التحكم في الطحالب بالوسائل الكيميائية وتطبيق المكافحة الحيوية، وإدخال أنواع من الأسماك العاشبة للحد من انتشار الطحالب، وتعطيل مركبات الفسفور بأملاح مثل كبريتات الألمنيوم لتحويلها إلى معقدات لا تمتصها الطحالب.

مراجع للاستزادة:

- عدنان علي نظام ، ميكروبيولوجيا المياه، دمشق 2007 .

- Abid A. Ansari, Singh Gill Sarvajeet, Guy R. Lanza and Walter Rast, Eutrophication: Causes, Consequences and Control, Springer; 2011.

- Carolann D. Webber, Eutrophication: Ecological Effects, Sources, Prevention & Reversal. Nova Science Publishers, 2010.