PENESCU AURELIAN

ECOLOGIE SI PROTECTIA MEDIULUI

BUCURESTI 2010

1

1. OBIECTUL I ISTORICUL ECOLOGIEI. DEVOLTAREA ECOLOGIEI IN TARA NOASTRA. NOTIUNI GENERALE IN ECOLOGIECUVINTE CHEIE: - Ecologie; - Biotop; - Populatie; - Ecosistem. OBIECTIVE: - definitia si obiectul ecologiei ca stiinta. -importanta ecologiei pentru agricultura 1.1. Definitia si importanta ecologiei Ecologia este o tiin care are drept scop nelegerea relaiilor dintre organisme i mediul lor. Etimologia: oikos = cas, gospodrie; logos = cuvnt, discurs, tiin. Noiunea de ecologie a fost folosit pentru prima dat de naturalistul Ernst Haeckel n lucrarea Generelle Morphologie der Organismen (1866). El considera ecologia ca ,,tiina general a relaiilor dintre organisme i mediul lor nconjurtor. Mai trziu susinea c ecologia trebuie neleas ca ,,suma cunotinelor referitoare la economia naturii. n anul 1869, a publicat urmtoarea definiie: ,,Ecologia este tiina economic a organizrii organismelor animale. Ea studiaz relaiile generale ale animalelor att cu mediul lor anorganic, ct i cu cel organic, inclusiv cu alte fiine vii i relaiile lor de prietenie i de dumnie cu alte animale i plante cu care ele intr n contact direct i indirect, toate acele interrelaii foarte complicate pe care Darwin le-a denumit prin expresia - lupt pentru existen. Definiiile care au urmat sunt ntruct asemntoare. Ele pun accent pe sistemele biologice supraindividuale: Odum E. (1971)- ,,ecologia este tiina care studiaz relaiile organismelor individuale sau grupurilor de organisme cu ambiana lor vie i nevie; Ricklefs (1976) ,, ecologia este tiina care se ocup cu studiul plantelor i animalelor ca indivizi, populaii i comuniti vii n interaciunea acestora cu mediul nconjurtor, ca factori fizici, chimici i biologici ai acestuia. Stugren B. (1975) ,,tiin a interaciunilor n sistemele supraindividuale; 2

Botnariuc N. (1982) ,,ecologia studiaz sistemele supraindividuale de organizare a materiei vii (populaii, biocenoze, biosfera) integrate n mediul lor abiotic; Ionescu Al. (1988) ,,tiina relaiei dintre vieuitoarele care alctuiesc o biocenoz i dintre acestea i biotop. Ea studiaz fluxul de materie, energie i informaie care strbate un ecosistem bine delimitat. Ecologia a fost definit deci, ca fiind ,,studiul interaciunilor dintre organisme cu mediul lor precum i dintre acestea, ca ,,economia naturii (adic modul de repartizare a substanei vii pe specii, modul cum se produce, cum circul i cum se descompune substana vie) sau ca ,,biologia ecosistemelor. Cunotinele acumulate n domeniu prezint importan n procesul tehnico-tiinific din agricultur, silvicultur, industrie, n medicin etc. De asemenea, servete la elaborarea unor teorii cum ar fi de exemplu cele privind legile care genereaz fluxul de energie i circulaia substanelor n biosfer; mecanismele procesului evolutiv; schimbarea structurii i organizrii materiei vii. Reprezint o baz tiinific a activitilor de protecia mediului nconjurtor i de folosire raional a resurselor naturii. 1.2. Obiectul ecologiei Ecologia include toate treptele de evoluie: de la cunoaterea produciei i a bugetului energetic al unei specii, a mecanismelor de autoreglare a densitii populaiei, etc. pn la cunoaterea structurii i productivitii biosferei, caracterizarea ecologic a marilor regiuni biogeografie i a ecosistemelor. Obiectul de studiu al ecologiei este foarte complex. Este reprezentat de cunoaterea, nelegerea i aplicarea n practic a legilor care determin relaiile diverselor sisteme biologice cu toi factorii de mediu. Domeniile directe de studiu ale ecologiei sunt autecologia, sinecologia i demecologia, iar cele secundare chimia, biochimia, genetica i fiziologia. Dup Nicola T. (1982) n abordarea problemelor ecologiei trebuie s avem n vedere urmtorii factori care condiioneaz evoluia i finalitatea ei ca tiin: - economic datorit pericolului epuizrii resurselor naturale ale mediului; - tehnico-tiinific n vederea valorificrii complexe, eficiente a resurselor; - ecologic propriu-zis privete echilibrul biologic natur-societate, n condiiile polurii globale a mediului nconjurtor; - social-politic legat de creterea demografic, alimentaie, politic.

3

1.3. Subdiviziuni Autecologia reprezint studiul relaiilor unei singure specii cu mediul i al aciunii acestuia asupra morfologiei, fiziologiei i etiologiei speciei respective. Ea este experimental i inductiv. Deoarece se ocup de obicei cu studiul relaiilor dintre un organism i una sau mai multe variabile ca: umiditate, lumin, salinitate sau nivelurile nutrienilor, este uor cuantificat i conduce la un model experimental att pentru cmp, ct i pentru laborator. Autecologia a contribuit la cel puin dou concepte importante: constana interaciunii dintre organism i mediul su i adaptabilitatea genetic a populaiilor locale la condiiile mediului dat. Sinecologia reprezint studiul relaiilor dintre organismele diferitelor specii i ale acestora cu mediul. Conceptele importante dezvoltate de sinecologie sunt acelea care se refer la circulaia nutrienilor, bilanurile energetice i dezvoltarea ecosistemic. Sinecologia are legturi puternice cu geologia, pedologia, meteorologia i antropologia Ea poate fi subdivizat conform tipurilor de mediu ca terestr sau acvatic. Ecologia terestr poate fi la rndul ei subdivizat n ecologia pdurilor, punilor, arctic i a deertului. Ea privete aspecte legate de microclimat, chimia solului, fauna solului, circulaia hidrologic, ecogenetica i productivitatea ecosistemelor. Ecosistemele terestre sunt influenate mai mult de organisme i sunt supuse la fluctuaii mai mari ale mediului dect ecosistemele acvatice. Acestea din urm sunt afectate ntr-o proporie ridicat de condiiile apei i rezist la variaiile de temperatur ale mediului. Ecologia acvatic, numit limnologie, este limitat la ecologia rurilor i a lacurilor. Ecologia marin se ocup cu viaa n mare i estuare. O ramur care s-a desprins din sinecologie este demecologia care urmrete stabilirea legilor referitoare la dinamica populaiilor (natalitate, mortalitate). Exist i ramuri secundare ale ecologiei: ecologia genetic, ecologia comportamental (studiaz comportamentul animalelor n mediul lor i interaciunile sociale asupra dinamicii populaiei), ecologia fiziologic, ecologia biogeochimic, ecologia sistemelor.

4

1.4. Relaiile ecologiei cu alte discipline Ecologia este o tiin multidisciplinar. Ea are legturi cu celelalte tiine biologice: fiziologia, morfologia, sistematica, genetica. - pentru studiul influenei factorilor fizici asupra organismelor ecologia se bazeaz pe cunotinele de climatologie, meteorologie, geografie, pedologie, geologie etc. - pentru migraia atomilor elementelor chimice prin ecosistem utilizeaz date furnizate de geochimie ; - folosete matematica i informatica n prelucrarea datelor. Modelarea matematic permite simularea proceselor din natur care se efectueaz pe perioade de timp ndelungate, asigur prognozarea unor aciuni practice legate de activitatea uman i de gospodrire a unor ecosisteme naturale. n practic, modelarea a condus la: - controlul exploatrii raionale a populaiei de plante i animale; - controlul gradului de poluare a mediului, impurificarea alimentelor i a apei cu substane toxice i radioactive; - elaborarea unor reguli de gospodrire a naturii pe baze ecologice; optimizarea produciei de biomas i recolt util. 1.5. Dezvoltarea ecologiei ca tiin Dezvoltarea ecologiei s-a datorat n mare parte botanitilor europeni i americani, care au efectuat numeroase studii privind comunitile de plante, vzute din dou puncte de vedere. Botanitii europeni au studiat compoziia, structura i distribuia acestor comuniti, n timp ce americanii au efectuat studii privind dezvoltarea plantelor sau succesiunea lor. Totui, dezvoltarea ecologiei poate fi mprit n dou etape. Prima etap a nceput prin fundamentarea din punct de vedere teoretic i practic de ctre E. Clements (1905) a unor metode cantitative de cercetare n ecologia vegetal. Pe baza acestor metode, a ntreprins cercetri care i-au permis s neleag parial mecanismele succesiunii ecosistemelor din primele faze pn n stadiul de ecosistem matur, denumit i stadiul de climax climatic (E. Clements, 1916). n aceeai perioad a crescut interesul pentru cercetrile referitoare la dinamica populaiilor. R. Pearl (1920), A. J. Lotka (1925) i V. Voltera (1926) au dezvoltat fundamentele matematice pentru studiul populaiilor. Au fost efectuate cercetri privind interaciunile dintre prdtori i prad, relaiile 5

de competiie dintre specii, precum i reglarea populaiilor. Conceptele privind comportamentul instinctiv i agresiv au fost dezvoltate de K. Lorenz i N. Tinbergen, iar rolul comportamentului social n reglarea populaiilor a fost cercetat de V.C. Wynne-Edwards. n timp ce unii ecologi au studiat dinamica populaiilor, alii i-au ndreptat privirea spre bilanurile energetice. n 1920, A. Thienemann a introdus conceptul de nivel trofic, n care energia este transferat de la nivelul productorilor la consumatori. Observaii similare a fcut i zoologul i speologul romn Emil Racovi (1900) n cazul biocenozelor din Australia. Ulterior, C. Elton, (1927) a evideniat rolul nielor ecologice n funcionalitatea biocenozelor i a descris n termeni cantitativi piramida trofic (piramida eltonian). n anul 1930, E.Birge i C. Juday determinnd bilanul energetic din lacuri, au dezvoltat idea de productivitate primar, iar n anul 1935, A. Tansley definete ecosistemul ca unitate fundamental de lucru a biosferei. A doua etap, etapa modern a ecologiei a nceput n anul 1942 cu dezvoltarea de ctre R.L. Lindeman a conceptului de lan trofic i detalierea modului de curgere a energiei n ecosistem. Cercetri similare au fost realizate de H. Odum (1957), Richman (1958) i B. Slobodkin (1959). Studii privind circulaia elementelor minerale au fost iniiate de J.D. Ovington n Anglia i Australia. Au urmat unele studii privind circulaia fosforului (Hutchinson,1950; Rigler, 1956), circulaia azotului (Caperon, 1972), rolul populaiilor animale n procesul de regenerare a rezervei acestor nutrieni n ap i sedimente (Johannes, 1972). S-a dezvoltat teoria sistemelor (Bertalanfly, 1973; Botnariuc, 1967, 1976), a ciberneticii (Wiener, 1948, 1950) care au contribuit la ncurajarea cercetrilor privind structura i funcionarea ecosistemelor. Dup anul 1960, s-a desvrit procesul de formare a bazei teoretice a ecologiei (Odum,1971,1983,1993; Botnariuc, 1967,1976,1989; etc.). 1.6. Dezvoltarea ecologiei n Romnia Istoria biologiei romneti nscrie numele unor botaniti: D. Brndz, I. Prodan, Tr. Svulescu, Al. Borza, E. Pop i zoologi: Gr. Antipa, E. Racovi, A. Popovici-Bznoanu, I. Borcea, C. Mota, n a cror oper, conceptul de ecologie este pus n eviden. Astfel: Gr. Antipa a efectuat numeroase cercetri asupra Mrii Negre, a Dunrii i a zonei inundabile. El a cuprins diversitatea factorilor abiotici i biotici, interaciunile dintre acetia, concepie ce l-a apropiat de noiunea ecologic de ,,sistem. n lucrarea ,,Organizarea general a vieii colective a organismelor i mecanismul produciei n biosfer (1935) trateaz aspectele 6

ecologice ale organizrii vieii, analiznd laturile comune n concepia sistemic. Poate fi considerat un precursor al gndirii sistemice n Romnia, alturi de E. Racovi i C. Mota i un sprijinitor al ocrotirii naturii (S. Cruu, V. Ghenciu, 1971). E. Racovi a studiat nivelul individual de organizare a materiei vii sub aspect anatomic i histologic, nivelul populaiei i speciei prin cercetarea a numeroase grupe de animale, nivelul biocenotic, prin cercetarea faunei subterane din zona temperat i caracteristicile unor sisteme acvatice i subterane (Codreanu, 1978). Avnd cunotine despre efectul activitii omeneti asupra naturii este iniiator al unor aciuni de ocrotirea naturii i autor al codificrii monumentelor naturii. A. Popovici Bznoanu dup o activitate tiinific bogat, a susinut idea de a urmri sistematica zoologic nu ca un inventar, ci de a pune lumea animal n raport cu fenomenele ce se desfoar n mediul lor de via, de a cunoate ecologia acestora n toat complexitatea ei. El introduce n ecologie un volum mare de termeni, printre care termenul de biosken, ca unitate sinecologic elementar. Alturi de aceti trei mari pionieri ai ecologiei i amintim pe: Al. Borza care a efectuat numeroase cercetri n ecologia vegetal; Tr. Svulescu s-a ocupat cu studiul bolilor plantelor, ecologia agenilor patogeni; B. Stugren a elaborat primul manual romnesc de ecologie; N. Botnariuc prin cercetrile sale a contribuit la dezvoltarea teoriei sistemelor; A. Vdineanu a realizat o abordare nou a dezvoltrii socio-economice i a relaiei sale cu mediul nconjurtor, pornind de la unele concepte i interpretri teoretice cheie, derivate din baza teoretic a ecologiei sistemice. Pe plan aplicativ, ecosistemele agrare au fost studiate de numeroi cercettori: I. Puia, V. Soran, Al. Ionescu, D. Schiopu, I. Coste, B. Mnescu, etc. 1.7. Noiuni de baz n ecologie n ecologie, ca de altfel n orice tiin, se folosesc multe noiuni specifice: sistem, ecosistem, biotop, biocenoz, biosfer etc. Prezentm cteva definiii ale termenilor utilizai frecvent n acest curs: Sistemul reprezint ansamblul de elemente identice sau diferite unite ntre ele prin cele mai diferite conexiuni, care constituie un ntreg organizat ce funcioneaz cu o calitate proprie. Specia este o unitate taxonomic fundamental a lumii vii. Reprezint un nivel de organizare a materiei n care sunt integrate populaiile provenite din strmoi comuni, cu aceeai zestre ereditar i caractere distincte. Speciile sunt izolate reproductiv. ntre diferitele ei populaii se realizeaz fluxul de gene. 7

Populaia reprezint totalitatea indivizilor unui specii, care triesc pe un teritoriu bine delimitat i care prezint caractere proprii (sau altfel spus, sistemul alctuit din indivizi de origine comun, din aceeai specie, care alctuiete o unitate funcional i reproductiv, ataat unui anumit biotop). Biotopul (bios = via; topos = loc) fragment de spaiu populat i transformat de fiinele vii, caracterizat prin anumite condiii de mediu. De exemplu, spaiul ocupat de o pdure. Habitatul este o parte de biotop plus condiiile ecologice specifice acestei pri, condiii n care triete o anumit specie sau grup de specii din biocenoz. Biocenoz (bios = via, koinos = comun); = un sistem de indivizi biologici din diferite specii ataai unui anumit biotop. n cadrul biocenozei, speciile formeaz conexiuni elementare binare numite biosisteme (plante larva Zabrus tenebriodes). Ecosistemul sistem ecologic supraindividual, alctuit din biocenoz i biotop. Exemplu: ecosistem acvatic i terestru (fig. 1.1). Ecotipul (rasa ecologic) cuprinde un grup de indivizi care se deosebesc de ali indivizi ai aceleiai specii prin nia ecologic, proprietile biologice i structura genetic (numr de cromozomi, caractere ereditare). Diferenele morfologice dintre ecotipuri sunt minore. Conceptul de soi este echivalent cu ecotipul (reflect diferenele dintre plantele de cultur ale aceleiai specii n ce privete rezistena la ger, boli, duntori, secet, pesticide etc.). Biotip tip de ecosistem corelat unei zone cu clim i sol bine definite. Ex. pdurea de foioase. Ecotop tip particular de habitat n cadrul unei regiuni. Biom - zon major de via care depinde de macroclim i care cuprinde un complex de biotopuri i biocenoze (deert, step, pdurea din zona temperat etc.). Biosfera ansamblul ecosistemelor de pe planeta noastr. Deci, ea cuprinde un nveli organic al scoarei (materia vie) i unul anorganic, care este sediul vieii. Este un sistem ecologic rezultat din interaciunea sistemelor biologice i a celor anorganice din scoar (B. Stugren, 1965). Biosfera se ntinde civa metrii n profunzimea solului i pn la 6000-10.000 m n atmosfer, mri i oceane.

8

Fig. 1.1 Ecosistem terestru Protecia mediului nconjurtor este asociat adeseori fenomenului de poluare, dar ea se refer la: - gospodrirea raional a resurselor; - evitarea dezechilibrelor prin conservarea naturii; - evitarea polurii mediului; - reconstrucia ecologic a mediului. Dezvoltare durabil = acea dezvoltare care satisface cerinele prezente fr a compromite generaiile viitoare, de a-i satisface propriile cerine. Noosfera = controlul contient, raional al naturii de ctre oameni, pe baza principiilor ecologice. NTREBRI 1. Ce este ecologia? 2. Cine este considerat parintele ecologiei? 3. Ce reprezenita ecosistemul? BIBLIOGRAFIE A. Penescu, Narcisa Babeanu, D. I. Marin- Ecologie si Protectia mediului Ed. Sylvi, 2001 2. Note de curs- A. Penescu, 20101.

9

2. TEORIA SISTEMELORCUVINTE CHEIE: OBIECTIVE: Intelegerea relatiilor dintre sisteme si mediul inconjurator 2.1. Noiunea de sistem. Clasificarea sistemelor. Teoria general a sistemelor a fost formulat de L.von Bertalanffy n lucrarea ,,Biologie teoretic,, aprut n anul 1932. n literatur se gsesc numeroase definiii ale sistemului (a se vedea, I. Puia i col. 2001). Sistemul reprezint ansamblul de elemente identice sau diferite unite ntre ele prin cele mai diferite conexiuni, care constituie un ntreg organizat ce funcioneaz cu o calitate proprie. Noiunea de sistem are o mare importan pentru tiin. Prin compararea sistemelor se pot evidenia unele trsturi comune ale lor, care ne permit nelegerea mai profund a modului n care sunt organizate, cum funcioneaz i care sunt relaiile dintre ele i mediul nconjurtor. Din punct de vedere al relaiilor cu mediul, sistemele au fost clasificate de I. Prigogine (1955) astfel: - izolate (care nu presupun nici un fel de schimburi, materiale sau energetice cu mediul ambiant); - nchise (acele sisteme n care au loc numai schimburi energetice cu mediul ambiant, fr a se produce i schimburi materiale); - deschise (sistemele care se afl n schimb de energie i substan cu mediul). Sistemele biologice sunt sisteme deschise care se deosebesc de cele anorganice printr-o serie de nsuiri dintre care unele sunt deosebit de importante din punct de vedere ecologic. Dac n sistemele deschise anorganice schimburile cu mediul nu comport transformarea condiiilor de mediu n factori specifici sistemului (un motor, de exemplu), n cele biologice, aceste schimburi reprezint o condiie vital. Materialul intrat n sistem este transformat n condiii proprii ale sistemului biologic, refcnd i nlocuind astfel prile uzate i degradate (fig.2.1). Sistem Echilibrul dinamic Feed

10

Figura 2.1. Exemplu de sistem deschis

2.2. nsuirile generale ale sistemelor biologice Sistemele biologice prezint o serie de caracteristici care le deosebesc de cele anorganice i anume: caracterul istoric, informaional, integralitatea, echilibrul dinamic, eterogenitatea intern, programul, autoreglarea, autoorganizarea i autoreproducerea. 2.2.1. Caracterul istoric Pentru a se putea explica structura i organizarea unui sistem anorganic este suficient s se cunoasc starea elementelor componente. De exemplu, pentru a explica organizarea unei molecule oarecare este suficient s se cunoasc nsuirile atomilor componeni i legturile dintre ei. n sistemele biologice ns, ntruct nsuirile unui organism reprezint rezultatul evoluiei, nu este suficient cunoaterea actual a parametrilor, ci trebuie cunoscut i istoria sistemului luat n studiu (adic legturile lui de nrudire). Este bine tiut c, fiecare organism conserv n patrimoniul su ereditar istoria populaiei din care face parte.Caracterul informaional

Sistemele biologice sunt sisteme informaionale care pot s recepioneze, s prelucreze i s acumuleze informaii primite din mediu, urmnd ca la rndul lor, n anumite momente, s transmit informaii ctre alte sisteme pentru o ct mai bun integrare cu acestea, dar i pentru transformarea lor. 11

N. Wiener (1963), fondatorul ciberneticii, arat c ,,informaia apare ca o necesitate discontinu sau continu de evenimente msurabile, repartizate n timp. Transmiterea informaiei se realizeaz prin succesiuni de semnale (evenimente). Un organism (o populaie) poate recepiona i transmite informaii pe ci fizice (sunete, culori), chimice (miros, substane chimice din sol) i fiziologice (comportamente diferite, gesturi...). nregistrarea i transmiterea informaiei genereaz ns entropie (stare de dezorganizare a echilibrului ecologic). Aceasta deoarece procesele sunt legate de un substrat material (unde sonore, substane chimice) care se realizeaz cu o cheltuial de energie. Fiecare sistem biologic nregistreaz informaia n modul su propriu, caracteristic. De exemplu, la indivizii biologici, o modalitate de transmitere a informaiei ereditare este codul genetic, care const din succesiunea nucleotidelor din macromoleculele acizilor nucleici; o populaie nregistreaz informaia prin trsturile sale structurale (structura genetic pe vrste, sex, spaial, etc.), desfurnd o anumit activitate prin care modific ntr-un anume fel ecosistemul n care este inclus. Cantitatea de informaie depinde de gradul de organizare al sistemului. Cu ct un sistem este mai organizat, cu att el conine o cantitate mai mare de informaie. Dar, ntruct sistemele biologice evolueaz n timp i cantitatea de informaie crete (un organism tnr are o organizare i un grad de informaie inferior unuia adult). Pentru a se asigura conservarea sistemului, tendina general care se manifest n decursul evoluiei sistemului biologic, este de a realiza cantitatea optim de informaie i nu pe cea maxim. De asemenea, un rol important revine i fidelitii cu care este transmis informaia. Erorile au la baz factori interni sau externi, dar pot fi eliminate pe mai multe ci. Un mijloc de asigurare a fidelitii mesajului l constituie fenomenul de redundan. Acesta const n transmiterea informaiei ntr-o form dezvoltat, precum i n repetarea ei (de ex. caracterul dublu al garniturii cromozomice n celulele organismelor). W. Elsasser (1958) aprecia c ,,un mesaj este redundant cnd nu este n forma lui cea mai scurt. Potrivit principiului lui Dancoff ,,orice organism sau organizaie care progreseaz prin evoluia competitiv se apropie de acest optim, adic el va comite cu att mai puine erori cu ct progreseaz i folosete minimum de informaie redundant necesar spre a menine erorile la acest nivel. De aici rezult c nivelul informaiei redundante ntr-un sistem, trebuie s fie limitat, chiar dac este un sistem cu un coninut enorm de informaie (fiina vie).

12

Acest principiu are importan, n special, n dinamica i structura populaiilor. Redundana excesiv este inutil i chiar duntoare, pentru c duce la pierdere de energie i chiar la alterarea informaiei (de exemplu: poliploidia, suprapopulaia). Tendina sistemelor biologice este de a realiza redundana optim, care s asigure fidelitatea necesar transmiterii informaiei cu minimum de pierderi. 2.2.3. Integralitatea este o trstur general a sistemelor deschise cu importan deosebit pentru sistemele biologice. Ea arat c sistemul integrator posed nsuiri noi fa de cele ale prilor componente, datorit multiplelor conexiuni dintre acestea. nsuirile sistemului nu se pot reduce la suma nsuirilor prilor lui componente, deoarece din interaciunea acestora apar trsturi noi ale prilor i trsturi proprii ale ntregului. De exemplu, o biocenoz are nsuiri diferite (productivitatea biologic) de cele ale populaiilor componente; o populaie are anumite nsuiri (densitate, structur) pe care nu le are individul. Cauza diferenelor o reprezint legturile diferite ale populaiei cu hrana, dumanii i factorii biologici din cele 2 ecosisteme etc. Acelai lucru putem afirma i despre sistemele anorganice (apa are nsuiri cu totul diferite de ale hidrogenului i oxigenului care o compun). n vederea persistenei lui n timp, un sistem trebuie s-i pstreze subsistemele componente. Lipsa unui subsistem, datorit legturilor existente, produce disfuncionaliti ale ntregului i chiar distrugerea lui. Ex.: n cazul lichenilor (simbioz: alge i ciuperci)- lipsa oricrui component duce la distrugerea simbiozei (fig. 2.2).

13

Fig. 2.2 Reprezentarea schematica a asociatiei simbiotice intre alga si ciuperca Studiind integralitatea unui sistem ne dm seama de importana consecinelor metodologice (rezultatele cercetrilor de laborator cu unele populaii trebuie confruntate cu datele din teren pentru a avea o reprezentare ct mai corect). Integralitatea, o dat aprut, poate deveni cauza unor noi diferenieri, care vor duce la creterea coninutului informaional al sistemului dat. Integralitatea nu este la fel de dezvoltat n cadrul tuturor sistemelor biologice. Ea este mai pronunat la organismele individuale, mai puin pronunat la populaii i scade la nivelul biocenozei (N. Botnariuc, 1999) Dezvoltarea integralitii coincide cu creterea organizrii sistemului i are ca efect i, sporirea eficacitii autocontrolului i echilibrului su dinamic (C. Dorobanu, 1980, citat de Gh. Mohan, A. Ardelean, 1993). 2.2.4. Programul const n reaciile sistemului biologic, de-a lungul evoluiei lui, la diferite condiii de mediu. Structura unui sistem biologic nu este rigid. Un program reprezint o stare posibil a unui sistem biologic ca urmare a schimbrilor ce intervin n mediul cu care este n contact. Aceast trstur este legat deci, de nsuirile structurale, funcionale i comportamentale ale sistemului biologic care se pot modifica ntre anumite limite i care permit realizarea unor stri diferite. ntruct orice sistem biologic are mai multe stri posibile putem spune c are la fel de multe programe. Dar, se realizeaz numai acele programe pentru care exist condiii de mediu potrivite (D. chiopu, 1997). De 14

exemplu, seminele n condiii de uscciune se menin n stare de repaus, iar n condiii de umiditate, germineaz. n orice sistem exist o ierarhie de programe. Ele au fost clasificarea astfel (Amosov, citat de N. Botnariuc, A. Vdineanu, 1982): a) pentru sine adic strile structurale care asigur autoconservarea sistemului dat. Ex. programele care asigur absorbia apei i a elementelor nutritive, sintetizarea substanelor organice de ctre plante; un organism ce face parte dintr-o populaie posed o serie de instincte i reflexe de aprare, de asigurare a hranei etc. b) inferioare programele subsistemelor componente ale organismului. Ex. n cazul unei celule, acestea sunt programele organitelor celulare, al amiloplastelor; programele celulelor, esuturilor i organelor, n cazul unui organism. c) superioare reflect rolul, funcia unui subsistem dat n asigurarea existenei sistemului superior n care este integrat. Ex. programele ce asigur reproducerea i nmulirea plantelor sau organismelor. Programele sistemelor biologice pot fi modificate, ntr-o oarecare msur, n sensul dorit de om. Astfel, prin domesticirea animalelor i cultivarea plantelor s-a obinut o prolificitate i un ritm de cretere ridicat; s-a orientat metabolismul n anumite direcii etc. 2.2.5. Echilibrul dinamic este o stare caracteristic a sistemelor biologice i reprezint o consecin a nsuirii fundamentale a sistemelor deschise de a ntreine un permanent schimb de substan i energie cu sistemele nconjurtoare. n cazul sistemelor anorganice nu putem vorbi despre un echilibru dinamic. Conservarea lor n timp depinde de izolarea fa de sistemele nconjurtoare, de exemplu: modelarea formelor de relief sub aciunea factorilor naturali (fig.2.3).

Fig. 2.3- Influenta factorilor de mediu asupra unui sistem anorganic 15

Spre deosebire de acestea, sistemele biologice i au existena condiionat de meninerea relaiilor materiale, energetice i informaionale cu mediul. Ele au capacitatea de autorenoire (premisa dezvoltrii i a evoluiei), dar i pstreaz individualitatea determinat genetic, realiznd un echilibru dinamic ntre stabilitate i schimbare. Sistemele dinamice au un comportament neliniar datorit a dou mecanisme eseniale: bifurcaii i haos (N. Botnariuc,1999). Acest comportament face ca direcia evoluiilor s fie imprevizibil pe termen lung, ntruct n funcie de condiiile iniiale i ca urmare a depirii unor limite de ctre variaiile unor parametrii eseniali ai sistemului, oscilaiile sistemului se amplific. Consecina acestor fluctuaii reprezint multitudinea cilor posibile de evoluie ulterioar a sistemului - fenomen numit bifurcaie. Bifurcaia iniial poate fi urmat de alte bifurcaii care cresc sensibilitatea sistemului. Amplificarea oscilaiilor parametrilor de stare eseniali determin sistemul s intre ntr-un regim dinamic, aparent dezordonat, denumit haos. Conform celor spuse de Kellerd (1993) ,,Teoria haosului este studiul calitativ al comportamentului instabil aperiodic n sistemele dinamice, nelineare, deterministe. Un sistem dinamic este acel sistem care se modific n timp, ns teoria haosului arat cum evolueaz lucrurile. n cazul sistemelor dinamice haosul este determinist pentru c are nite reguli proprii, nc necunoscute. Aceast stare reprezint de fapt o faz de tranziie ctre o nou stare de echilibru dinamic. Sistemele biologice, pe seama surselor de energie exterioare sistemului, au capacitatea de a rezista n mod activ la variaiile necontrolabile ale mediului ambiant, de a compensa creterea entropiei i de a o depi (au un comportament antientropic, care permite de exemplu, creterea cantitii de substan organic, deci desfurarea produciei biologice). De exemplu, prin utilizarea energiei solare (la plante) se realizeaz creterea i dezvoltarea organismelor. 2.2.6. Eterogenitatea intern Sistemele biologice nu sunt omogene, ci sunt alctuite din elemente mai mult sau mai puin diferite. Evoluia lor implic creterea complexitii i deci a eterogenitii lor interne. Cu ct sistemul este mai complex, cu att exist mai multe conexiuni ntre subsistemele componente i crete stabilitatea lui. Dar, n acelai timp, crete i vulnerabilitatea acestuia, n sensul c deteriorarea unui subsistem produce perturbri ntregului (crete complexitatea, crete numrul de subsisteme, deci cresc punctele vulnerabile).

16

n concluzie, exist un anumit grad de eterogenitate (optim) spre care tinde orice sistem biologic, care i permite conservarea lui n timp. 2.2.7. Autoreglarea Meninerea sistemelor biologice este posibil numai dac acestea pot s controleze procesele lor interioare, contracarnd aciunea mediului, care are tendina s dezorganizeze sistemul. Ex.: - densitatea la gru se realizeaz prin nfrire. - constituirea genofondului unei specii este un proces lent determinat de autoreglare i adaptare. Sistemele biologice sunt sisteme cibernetice. De aceea, orice sistem este organizat ntr-un mod care s-i permit realizarea urmtoarelor etape (fig. 2.4): - recepia informaiei; - circulaia, acumularea i prelucrarea informaiei; - selecia rspunsului; - efectuarea rspunsului sistemului fa de stimuli. conexiune direct rspunsDispozitiv de recepie

cale senzitiv conexiune invers ( feed-back)

Dispozitiv de comand

Eefector

cale

motoare

Figura 2.4. Schema unui sistem autoreglabil (dup N. Botnariuc,1982). Autoreglarea se realizeaz prin mecanisme de conexiune direct i conexiune invers. Cu ct sistemul este mai complex, cu att sunt mai multe posibiliti de autoreglare ale acestuia (crete complexitatea sistemului crete sensibilitatea - adic capacitatea sistemului de a sesiza modificrile survenite n mediul ambiant crete supleea sa - capacitatea de adaptare la noile condiii crete stabilitatea). Feed-back-ul negativ d posibilitatea sistemului de a se opune, de a rezista la modificrile survenite la nivelul mediului, avnd un efect 17

stabilizator asupra lui. El permite sistemului s se menin ntr-o stare de echilibru (relativ) prin oscilaii n jurul unei valori. De exemplu, la scderea temperaturii, un animal homeoterm va rspunde printr-o modificare a mecanismului fiziologic de termoreglare, iar dac acest mecanism este suprasolicitat i este insuficient, recurge la gsirea unui adpost sau la gruparea cu ali indivizi, limitnd astfel pierderile de cldur. Un alt exemplu de feedback negativ este meninerea presiunii sngelui la mamifere (fig. 2.5). n exemplul din figur, hipotalamusul servete att ca receptor ct i ca centru de comand pentru monitorizarea presiunii sngelui. Dac presiunea sngelui este prea mare (sngele este prea concentrat), hipotalamusul va dicta reacia de sete care, odat satisfcut va determina reducerea presiunii sngelui. Pe de alt parte, dac presiunea sngelui este prea mic (sngele este prea diluat), atunci reacia de pierdere a apei va fi dictat rinichilor, ceea ce va duce la ridicarea presiunii sngelui. n cazul conexiunii inverse pozitive semnalele venite de la efector la receptor i apoi la centrul de comand duc mereu la intensificarea efectului. Rezultatul este distrugerea sistemului (N.Botnariuc,1976).

Figura. 2.5. Un sistem feed back negativ:mentinerea osmolaritatii sangelui la mamifere

18

Ex.: aprovizionarea n exces cu azot, n condiii favorabile de umiditate crete planta crete suprafaa foliar posibilitatea de asimilare crete mas vegetal mare planta pierde rezistena la boli, etc. se distruge. Feed before este un mecanism de anticipare, de prevenire. Ex.: vzul permite orientarea n timpul micrii i prevenirea accidentelor; puii de cucuvele sunt hrnii cu cantiti de prad ce scade de la puiul mare la cel mai mic. ansa de supravieuire scade n acest sens rezultnd prevenirea suprapopulaiei cu rpitoare care ar duce la riscul dispariiei speciei ce constituie prada; procesele de organogenez la gru; cderea fiziologic a fructelor etc. ]2.2.8. Autoorganizarea reprezint capacitatea sistemelor de a realiza o anumit structur prin acumularea de informaie. Ex. dirijarea elaboratelor n cadrul organismului pentru formarea, creterea sau ntreinerea esuturilor sau organelor. n ecosistemele agricole se poate interveni prin tierile de formare i rodire aplicate pomilor care i vor dirija substanele elaborate n modul dorit de om; sau prin folosirea substanelor de cretere sau inhibitoare (D. chiopu., 1997). 2.2.9. Autoreproducerea este mecanismul prin care un sistem genereaz alt sistem de configuraie asemntoare. Reproducerea sexuat reprezint tipul de nmulire cel mai rspndit n lumea plantelor i animalelor, ea realizndu-se foarte diferit de-a lungul evoluiei organismelor. Plantele, n cele mai multe cazuri, prezint reproducere sexuat i au flori hermafrodite (autogame i alogame). Reproducerea sexuat asigur un nivel nalt de variaie genetic n populaia la care acioneaz selecia natural, asigurnd rezistena la boli (prevenindu-se astfel pierderea tuturor urmailor la un parazit sau agent patogen specializat) i posibilitatea adaptrii la condiii de mediu variate. Reproducerea asexuat produce urmai care sunt o replic exact a prinilor, cu aceeai ncrctur genetic, de aceea permite o colonizare rapid a unui habitat de ctre un singur genotip bine adaptat i poate fi privit ca o adaptare la condiii predictibile, mai puin riscante. Din punct de vedere ecologic autoreproducerea este o funcie esenial a populaiei. Este unitatea reproductiv elementar deoarece numai la nivelul ei se pot asigura celelalte trsturi necesare pentru asigurarea supravieuirii populaiei.

19

2.3.Ierarhizarea sistemelor biologice Stabilirea nivelelor de organizare ale materiei vii este foarte important deoarece fiecare nivel de organizare este caracterizat prin funcii i legi caracteristice. n literatur (vezi Botnariuc, 1967) sunt prezentate diferite feluri de ierarhii ale sistemelor biologice. Noi ne-am oprit asupra uneia dintre ele. La baza ierarhiei se afl bineneles, nivelul atomic i molecular. La nivelul de organizare al materiei vii se constat dou linii ierarhice: una individual (morfofiziologic) care cuprinde sistemele din interiorul organismului - celule, esuturi, organe, organismul i alta, ierarhia supraindividual, care cuprinde individul, populaia, biocenoza, biomul i biosfera. Sistemele din cadrul primei linii ierarhice sunt legate ntre ele pe ci fiziologice i morfologice i n condiii normale nu pot avea o existen de sine stttoare. n cea de-a doua linie ierarhic, individul biologic reprezint forma elementar de existen i organizare a materiei vii. n relaiile din ierarhia nivelelor de organizare funcia principal a indivizilor este reprezentat de metabolism. La nivel populaional caracteristicile principale sunt relaiile interspecifice i durata de existen, care este determinat ecologic i este nedefinit. n cadrul biocenozei, populaiile ndeplinesc funcia esenial de acumulare, transformare i transfer de materie, energie i informaie. Sistemul de nivel biocenotic cuprinde totalitatea populaiilor. Nici o populaie nu poate tri izolat mult timp, din cauza diferenierilor funcionale (unele populaii aparin productorilor, altele consumatorilor sau descompuntorilor). De asemenea, ele i desfoar activitatea pe fondul condiiilor abiotice (a biotopului), deci sunt integrate n structura ecosistemului respectiv. Prin coexistena lor, ele asigur integralitatea biocenozelor i mecanismele care asigur homeostazia sistemului biocenotic. Funcia caracteristic n ierarhia sistemelor este reprezentat de productivitatea biologic. Nivelul superior celui biocenotic este biomul. El grupeaz biocenoze similare ca aspect i care corespund unor condiii abiotice asemntoare, determinate de zonele de latitudine ale Terrei. Biosfera include toate celelalte niveluri.

20

NTREBRI: 1.1. Ce este sistemul? 1.2. Clasificati sistemele in functie de relatiile lor cu mediul. 1.3. Ce reprezinta echilibrul dinamic? BIBLIOGRAFIE: 1. A. Penescu, Narcisa Babeanu, D. I. Marin- Ecologie si protectia mediului 2001- Ed. Sylvi 2. Schiopu D., Vantu V., A. Penescu- Ecologie si Protectia mediului 2002- Ed. Ion ionescu de la Brad, Iasi

21

3. BIOTOPULCUVINTE CHEIE: OBIECTIVE:-

Legea tolerantei; Factorii ecologici Biotop Importana practic a legii toleranei si inelegerea nounii de biotop.

3.1. Definiie. Exemple Biotopul (bios = via; topos = loc) fragment de spaiu populat i transformat de fiinele vii, caracterizat prin anumite condiii de mediu. Exemple: spaiul ocupat de o pdure mpreun cu relaiile dintre factorii pedo-climatici. 3.2.Legea factorului limitativ i legea toleranei Modul de via se caracterizeaz printr-un ansamblu de condiii abiotice i biotice denumite n sens general ca factori ecologici. Valorile unui anumit factor pot oscila mult n funcie de numeroase condiii locale, ele fiind favorabile pentru anumite organisme numai cnd parametrii lui se afl ntre anumite limite. Depirea limitei duce la mpiedicarea dezvoltrii : legea factorului limitativ rapiditatea sau amploarea de manifestare a proceselor ecologice este condiionat de ctre factorul de mediu care este reprezentat n mod necorespunztor Se are ns n vedere faptul c factorii nu acioneaz izolat ci ei se afl n interaciune i ca urmare ntre anumite limite ei se influeneaz unul pe altul. Concentraia mai mare sau mai mic a unui factor poate modifica modul de folosire al altuia. Aceasta afirmaie nu este echivalent cu cea din legea minimului formulat de Liebig. cnd un factor scade sub limita inferioar de toleran a unei specii, aceasta poate fi eliminat, chiar dac ceilali factori se menin n limite normale. Legea toleranei Shelford n 1913: un factor poate fi limitativ nu numai atunci cnd se afl n cantitate prea mic, ci i dac este n cantitate prea mare. Deci, organismele, biocenozele, au un minim i un maxim ecologic. n interiorul intervalului de toleran exist o valoare optim la care 22

metabolismul speciei se desfoar n cele mai bune condiii. Reprezentarea grafic este redat mai jos (fig. 3.1):

Figura 3.1. Legea toleranei 3.3. Clasificarea factorilor ecologici

Oricare clasificare a factorilor ecologici este relativ datorit complexitii formrii, aciunii i interaciunii lor. Dup Tansley i Chipp citai de B. Stugren 1982,de exemplu, factorii ecologici se grupeaz astfel: A climatici B - edafici C fizico-geografici sau orografici 3.3.1. Factorii climatici A. Lumina . Radiaia solar Din punct de vedere ecologic, lumina are 2 funcii eseniale: energetic i informaional. Pmntul prin micarea de rotaie n jurul soarelui, face ca Ecuatorul prin faptul c este poziionat la o diferen de cteva grade de paralela cu planul orbitei terrei, s primeasc o cantitate mai mare de radiaie solar pe unitatea de suprafa, fat de zonele aflate la latitudini mai mari. Prin repartizarea difereniat pe suprafaa pmntului a energie solare, rezult variabilitatea climatelor i distribuia organizmelor. O alt difereniere o constituie alternana zi-noapte. Dei durata perioadei de noapte i de zi, este aceeai pe glob, apar diferenieri n

23

suscesiune, astfel la ecuator noaptea i ziua au cicluri de cte 12 ore, iar la poli prezint cicluri de cte 6 luni. Cantitatea de energie solar care ajunge n straturile superioare ale atmosferei este de 1,6 calorii/cm2/minut. Aceasta variaz n funcie de latitudine (n zonele nordice -40-50 kcal/cm2/an, n cele temperate 80-100, iar n deerturile tropicale peste 200 kcal/cm 2/an. n zona Deltei Dunrii 130 kcal/cm2/an, altitudine, anotimp, etc.) Efectele energiei solare absorbite de organismul vegetal se manifest activ n: - intensitatea fotosintezei; - variaii n structura frunzei, a concentraiei sucului celular i a cantitii de ap; - variaii n cantitatea de pigmeni; - variaii n transpiraie i respiraie; - modificri n producerea de glucide, aminoacizi, proteine, etc. Cantitatea de radiaii solare ajuns la nivelul covorului vegetal, este interceptat i distribuit astfel: - o parte este reflectat de ctre plante (70% din infraroii i 10-20% spectrul vizibil verde); - o parte este absorbit i folosit n fotosintez (albastre i roii); - iar o alt parte trec prin nveliul vegetal pn la nivelul solului. Datorit radiaiilor luminoase plantele i animalele percep semnalele exterioare, astfel declanndu-se rspunsul la relaiile cu mediul. Efectul informaional al luminii pentru animale const n perceperea formelor, culorilor, distanelor i a micrilor obiectelor nconjurtoare, dar i n modificarea activitii lor: perioada de via activ, latent, nprlirea, migraia. (Lumina, probabil n conexiune cu ali factori (chimismul apelor), la o anumit intensitate, caracteristic diferitelor specii, declaneaz migrarea spre locuri de hran, determinnd o anumit succesiune a speciilor n aceste zone (N. Botnariuc, Principii de biologie general, 1967). Plantele reacioneaz la durata de iluminare a zilei (fotoperiodism) n parcurgerea unor fenofaze (germinarea, nflorirea, coacerea fructelor, etc.). n funcie de durata zilei plantele se clasific n: - plante de zi lung, care nfloresc i fructific la o durat de iluminare de 15-20 ore/yi, (ex. grul, orzul., mazrea, fasolea, rapia) ; - plante de zi scurt, cele care cresc vegetativ vara i fructific spre toamn (tutunul, porumbul, crizantema); - plante indiferente la lungimea zilei (floarea soarelui, vinetele). Rolul ecologic al luminii const deci n: - aportul la productivitatea ecosistemelor;

24

- determinarea ritmurilor biologice, circadiene, lunare, sezoniere i anuale. B. Temperatura Acest factor influeneaz direct sau n corelaie cu ali factori ecologici, compoziia biocenozelor, parametrii structurali i funcionali ai populaiilor naturale. Pentru fiecare populaie i organism, se distinge o temperatur optim cnd procesele metabolice se produc cu cele mai mici pierderi de energie (acestea sunt cuprinse ntre 0o-50oC); Solul, constituie un loc de acumulare a cldurii pe parcursul zilei i surs pentru nclzirea de suprafa pe durata nopii. Fluxul de cldur ctre i dinspre sol este un proces de conductivitate termic. Acest proces depinde de proprietile solului (porozitate, umiditate, coninutul n materie organic). Constanta termic, reprezint cantitatea de cldur ce trece n unitatea de timp printr-un cm 2 de sol pentru creterea i descreterea temperaturii pe adncimea de 1 cm cu 1 0C. Schimbarea temperaturii unui corp, prin transferul de cldur depinde de capacitatea termic a acestuia. Capacitatea termic, reprezint cantitatea de cldur necesar pentru a ridica temperatura cu 1 0 C a unui cm 3 de substan . Influena temperaturii asupra organismelor O posibilitate de a clasifica organismele dup modul de reglare al temperaturii este n: - organisme homeoterme (i menin aproximativ constant temperatura corpului) - organisme poikiloterme (temperatura corpului variaz n funcie de temperatura mediului nconjurtor). O alt clasificare poate fi n: - organisme ectoterme - organisme endoterme. Organismele ectoterme cuprind plantele, reptilele, protozoarele, care se bazeaz pe sursele externe de cldur pentru cretere temperaturii corpului. Organismele endoterme fig 3.2 cuprind pasrile i mamiferele, capabile s produc cldur intern pentru a-i ridica temperatura corpului.

25

Figura 3.2- Caile schimbului de caldura intre un organism ectoterm si mediul sau fizic, dupa F. Hainsworth F. R., Fiziologie animala, 1981, Addison weslei Longman Pentru endoterme exist o zon termic neutr, adic intervalul de temperatur al mediului nconjurtor n care acestea fac un efort minim pentru a-i menine temperatura corpului constant. Cu ct temperatura mediului se ndeprteaz de optim, cu att organismul endoterm consum mai mult energie pentru a-i menine constant temperatura corpului. Schimbul de cldur Organismele, fiind sisteme biologice deschise, au un permanent schimb cu mediu nconjurtor. Ele au o serie de mecanisme fiziologice i comportamentale pentru a regla temperatura corpului. Cu toate acestea pentru unele ectoterme, temperatura corpului este variabil mult n funcie de condiiile de mediu: - unele organisme au posibiliti reduse de a-i regla temperatura corpului (plantele); - unele sunt dependente n anumit msuro de sursele externe de cldur (reptilele); Eenergia caloric trebuie distribuit pentru a modifica echilibrul energetic, iar msura n care un organism i regleaz temperatura corpului este un compromis ntre costuri i beneficii.

26

Praguri de temperatur Pentru toate organismele exist un optim termic. Temperaturile nalte pot conduce la inactivitate enzimatic sau dezechilibre metabolice, cum ar fi la plante respiraia care poate accelera fotosinteza conducnd la moartea acestora. De regul cel mai frecvent efect al temperaturilor ridicate asupra organismelor ectoterme, rmne deshidratarea. Un efect al deshidratrii la animale l constituie pierderea capacitii acestora de a-i reduce temperatura, datorit reducerii cantitii de snge ce ajunge la suprafaa corpului. Plantele care triesc ntr-un mediu arid (fierbinte) fiind supuse unei lipse mari de ap i nu pot utiliza cldura latent a apei din evaporare pentru a-i reduce temperatura frunzelor. La astfel de plante (de exemplu cele suculente din deert), riscul supranclzirii poate fi redus prin reducerea raportului suprafa/volum. Pentru unele organisme exist stadii n ciclul vital al acestora cnd sunt foarte rezistente la temperaturi ridicate, (cum este cel dormant pentru seminele plantelor i bacterii endosporice), aceasta n special datorit strii de deshidratare natural. Din punct de vedere al temperaturilor sczute asociate cu fenomene de nghe, exist mari diferene ntre specii. Multe mor la temperaturi sub -1 o C, datorit efectelor distrugtoare a formrii cristalelor de ghea n interiorul celulelor. Organismele care rezist iernilor geroase, reuesc aceasta prin trecerea la un stadiu de via latent, dormant. Unele animale ectoterme care sunt supuse temperaturilor sczute acumuleaz n organism sruri ce acioneaz ca un antigel, prevenind formarea cristalelor de ghea. Altele intr ntr-o stare dormand, metabolismul acestora reducndu-se foarte mult. Plantele rezist temperaturilor reduse n funcie de aclimatizare i stadiul de dezvoltare. Legea sumei temperaturilor zilnice efective arat c, dac ntr-o regiune dat nu este ntrunit suma de zile grade necesar populaiei date pentru a-i desvri dezvoltarea i reproducerea, specia nu se va putea instala n locul dat, (Narcisa Bbeanu, 2000). Dac aceast sum a temperaturilor este suficient de mare, specia va avea mai multe generaii pe an. Acestea vor mri rolul speciei n circulaia i transformarea materiei i energiei n ecosistem i va crete aciunea seleciei. Temperaturile sunt caracteristice pentru fiecare specie. Exist un numr restrns de specii, care posed adaptri deosebite ce le asigur conservarea indivizilor la temperaturi foarte sczute sau foarte ridicate. Este vorba despre starea de criptobioz (kryptos ascuns) sau anabioz, cnd procesele metabolice al e organismului aproape nceteaz urmnd ca acestea 27

s fie reluat n condiii corespunztoare (unele bacterii, ciuperci, semine,cerealele pioase de toamn sub zpad). Plantele nu au o temperatur specific a corpului. Ele pot reaciona la aciunile duntoare ale temperaturilor nefavorabile, datorit mecanismelor anatomo morfologice (de ex. portul pitic) i fiziologice de reglare a temperaturii (reglarea intensitii transpiraiei, acumularea de sruri sau zaharuri n celule etc.). La animale, influena temperaturii este mult mai evident. Regimul de temperatur determin formarea unor nsuiri morfologice cum sunt penajul sau blana, depozitele de grsime, culoarea diferit a insectelor, micorarea suprafeei extremitilor la animalele din zonele mai reci etc.(fig 3.3 i fig 3.4)

Figura 3.3. Reducerea marimii urechilor la speciile de vulpi, in functie de latitudine: A-Alopex lagopus; B-Vulpes, vulpes; C- Fennecus zerda, dupa Ramade, 1984

28

Figura 3.4 Influenta latitudinii taliei diferitelor specii de pinguini, dupa Ramade, 1984 Schimbarea temperaturii aerului determin i modificarea temperaturii solului. nclzirea i rcirea acestuia au o mare influen asupra covorului vegetal i atrage dup sine modificarea umiditii, apariia curenilor de aer ( vntul intensific transpiraia). C. Apa. Umiditatea Ca factor ecologic apa are o deosebit importan. constituie mediul intern al tuturor organismelor reprezentnd peste 90 % din compoziia materiei vii. Apa are dou trsturi importante : - capacitate termic mare - densitate maxim la temperatura de 4 0 C Capacitatea caloric mare a apei face ca aceasta s absoarb o cantitate mare de energie termic cu o modificare mic a temperaturii, astfel c viaa acvatic este protejat de fluctuaiile de temperatur. Formele prin care acest factor influeneaz activitatea biocenozelor sunt: precipitaiile sub toate formele i umiditatea atmosferic. Pentru plantele terestre sursa de aprovizionare cu ap o reprezint solul care funcioneaza ca un rezervor, pentru apa provenit din precipitaii. Plantele pot utiliza apa existent n sol prin dou moduri : a) apa se deplaseaza ctre rdcina plantelor ; b) rdcina plantelor crete ctre zona de sol aprovizionat cu ap.

29

Nu toat apa care se gseste n sol este accesibil plantelor, aceasta datorit faptului c fora de absorbie a rdcinilor este mai mic dect fora de reinere la nivelul particulelor de sol. La nceput rdcina plantelor utilizeaz apa din porii mari ai solului, aici apa fiind reinut cu fore capilare mici. Apa din capilarele foarte fine rmne neutilizat, crescnd astfel rezistenta la deplasare a apei. Epuizare rapid a zonei de aprovizionare cu ap a rdcinilor la plantele cu transpiraie abundent, face ca acestea s se ofileasc chiar atunci cnd solul conine suficient ap, datorit reducerii accentuate a vitezei de trecere a apei prin sol. Fiecare ecosistem are un bilan hidric propriu. Meninerea echilibrului dintre intrri i ieiri a condus n timp, la dezvoltarea unor adaptri morfologice, fiziologice i comportamentale ale vieuitoarelor, pentru a permite supravieuirea populaiilor. Plantele pierd mari cantiti de ap prin transpiraie pentru c stomatele trebuiesc deschise pentru preluarea de CO2. In regiunile aride se nregistreaz o cretere aproximativ liniar ntre productivitate primar i cantitatea de precipitaii. n deert unde plou rar, plantele ierboase cresc abundent i se reproduc repede, ndat ce apare apa, indiferent de anotimp. In zona pdurilor umede exist un anumit nivel al precipitaiilor dup care productivitatea nu mai crete.(fig 3.5) In cele mai multe zone cantitatea precipitaiilor este mai mare dect potenialul de evapotranspiraie. Dou zone ce primesc aceiai cantitate de precipitaii pot fi considerate, una umed i alta arid, din pererspectiva plantelor ce le populeaz. Multe specii de plante au ca trstur caracteristic pentru o productivitate mic, potenial de evapotranspiraie mai mare dect cantitatea de precipitaii specific zonei. Deerturile nu sunt productive la unitatatea de suprafa dar plantele de deert sunt evident mai productive dect altele, pe baza greutii lor (tabelul 3.1)

30

Tabelul 3.1. Productivitatea pentru diferite tipuri de vegetaie. Zona Productivitate / unitate greutate (g biomasa frunze/an) Productivitate /unitate suprafa (g biomas/m2/an) Deert 2,33 90 Savan 1,21 600 Pdure foioase 2,24 1200 Pdure conifere 1,64 1300

Cantitatea total anual de ap din precipitaii determin caracterul general al ecosistemului astfel: 0-250 mm anual deert 250-750 mm stepa, savana 750-1250 mm pdurile din zonele umede >1250 mm pdurile ecuatoriale

Figura 3.5.Adaptarea vegetaiei n condiiile unui climat de ti deertic (Opuntia bigelovii in prim- plan i Yucca sp in plan secund.), la conditiile de climat desertic

31

Figura 3.6-Vegetaia intr-o pdure format sub climat oceanic cu precipitaii abundente (peste 4000 mm/an), dup Ramade, Olympic parc U.S.A D. Vntul Din punct de vedere ecologic vntul prezint interes ntruct este factor limitativ pentru anumite ecosisteme. -sub influena unor vnturi puternice vegetaia prezint o dezvoltare limitat (vegetaia este aplecat n direcia de naintare a vnturilor dominante sau chiar are tulpinile culcate pe suprafaa solului - exemplu jnepenii din zona golurilor alpine) - modific temperatura, evapotranspiraia potenial; - are rol de transport: al particulelor abiotice praf, nisip; al particulelor biotice polen, spori; al poluanilor; - poate duce la o eliminare selectiv, pe vrste, a organismelor dintr-o populaie, influennd structura acesteia,(n zonele cu vnt puternic, vegetaia are port pitic i/sau tulpini flexibile). 3.3.2. Factorii edafici La baza ecosistemelor terestre st solul un strat subire din scoara terestr care a fost remodelat i transformat de formele de via i clim ( dup Mackenzie i col., 2000).

32

Organismele din sol particip la formarea habitatului i reprezint unul din cei cinci factori interactivi n formarea solului (ceilali patru fiind clima, topografia, materialul parental i timpul). nsuirile solului fizice, chimice i biologice - variaz mult de la un biotop la altul ceea ce determin diferenieri n structura i funcionarea biocenozei. n zonele umede solul este slab acid sau neutru i favorizeaz activitatea microbian i enzimatic, dar sunt reduse mobilitatea azotului, sulfului, accesibilitatea fosforului i borului. n solurile acide sunt blocate: sulful, fosforul, borul, potasiul, magneziul. n cele srturate sau alcaline se nregistreaz o slab absorbie a fierului i a fosfailor. Natura rocii i compoziia ei chimic, textura i umiditatea solului influeneaz i imprim preferinele unei anumite vegetaii sau prezena unor animale, (exemplu Ranunculus arvensis, Querqus pubescens prefer solul cu substrat calcaros, Rumex acetosella, pe cel nisipos, Urtica dioica, Chenopodium sp, prefer solul bogat n azot, Lamium purpureum un sol bogat n fosfor, Salicornia herbacea solurile cu coninut ridicat n sruri de Na, Cl, .a.)(fig 3.7).

Figura 3.7. Salicornia sp., pe un sol srturat Evaluarea cantitii de ap din sol, disponibil pentru vegetaie, se poate cunoate prin determinarea indicatorului umiditii active - I.U.A. (acesta este cuprins ntre capacitatea pentru ap n cmp C.C. (pF. = 2,5) i coeficientul de ofilire C.O.( pF. = 4,2). 33

Substana organic din sol ndeplinete un mare rol n creterea i dezvoltarea plantelor. Humusul este sursa principal de compui minerali i de energie pentru toate organismele care populeaz solul i de asemenea condiioneaz fertilitatea. Adaptarea vieuitoarelor la condiiile solurilor nisipoase Plante, arborii i arbutii lstresc foarte repede, formeaz rdcini adnci cnd sunt acoperii cu nisip, iar cnd se spulber nisipul formeaz repede muguri i ramuri de pe rdcinile rmase acoperite (salcmul de nisip). Frunzele sunt xeromorfe pentru a se reduce pierderile prin transpiraie. Pe luncile rurilor crete salcia cu psti, ovsciorul de nisip. Animalele snt adaptate la nisipul mictor: picioare late degete cu unghii crnoase, dezvoltate. Pentru fixarea nisipurilor la nceput se folosesc plantele psamofite, apoi pe dune se pot nfiina pduri de conifere. n zonele de step se pot cultiva cereale, pomi, bostnoase. Pe msur ce solurile evolueaz, vegetaia psamofit dispare i odat cu ea au loc schimburi de asociaii vegetale i animaliere. Solurile srturoase - se ntlnesc n zonele secetoase, cu precipitaii reduse. Plantele adaptate (halofite) au o presiune osmotic foarte mare care le permite absorbia de ctre rdcini a soluiei solului. Unele plante secret prin frunze surplusul de sruri, altele l depoziteaz n organele lor (ex. iarba srat Salicornia herbacea, ciurlanul -Salsola soda i kali). 3.3.3. Factorii orografici Relieful influeneaz decisiv compoziia biocenozelor. Sukacev, 1961 citat de Stugren, 1982 clasific treptele de relief astfel: megarelief diferene de nivel de mii de metri; macrorelief diferene de nivel de sute de metrii ex. n zona premontan, pe terenurile plane se concentreaz pdurile de foioase, iar fneele sunt situate pe dealuri; - mezorelief diferene de nivel de zeci de metrii ntr-o rp adnc se succed pe vertical diferite biotopuri; - microrelief diferene de nivel de m pe panta unui munte; - nanorelief diferene de nivel de dm sau cm difereniere intern a biotopului n microbiotopuri (sunt influenate de activitatea organismelor). La aceeai longitudine, altitudinea schimb condiiile climatice cu influene remarcabile asupra biocenozei. Odat cu creterea altitudinii scade presiunea , iar mamiferele sunt afectate.-

-

34

Expoziia terenului i vnturile dominante condiioneaz structura ecosistemului. Pe un versant cu expoziie sudic, nclzirea este mai rapid primvara comparativ cu un versant cu expoziie nordic.

3.3.4. Ali factori Focul, (fig 3.8) dei de cele mai multe ori are aciune distructiva, atunci cnd capt caracter de regim (aciune rapid i repetat), manifest efect pozitiv ca urmare a consecinelor ecologice: distrugerea vegetaiei uscate, a unor focare de infecie, mbogirea solului n substane alcaline, regenerarea biocenozelor, (L. Muntean i M. tirban, 1995).

Figura 3.8. Actiunea focului asupra unui ecosistem

35

Figura 3.9. Efectul factorului foc asupra unui ecosistem natural Gravitaia, determin n anumite situaii stratificarea apelor (calde la suprafa i reci la adncime); condiioneaz cderea masiv a frunzelor; Compoziia ionic a mediului, cu rol important n modelarea biocenozei de ctre biotop, de asemea ali factori cum ar fi salinitatea i circuitul biochimic; pH. etc. NTREBRI: 1. Definiti legea tolerantei. Exemple. 2. Care sunt factorii ecologici si care este importanta lor pentru agricultura? De ce? 3. Care este importanta luminii pentru plante si cum se lasifica acestea in functie de lungimea zilei? BIBLIOGRAFIE: 1. A. Penescu, Narcisa Babeanu, D. I. Marin- Ecologie si Protectia Mediului-2001, Ed. Sylvi 2. M. Berca-2000- Ecologie Generala, Ed. Ceres

36

4. BIOCENOZACUVINTE CHEIE: OBIECTIVE: - Intelegerea notiunii de biocenoza - Intelegerea relatiilor trofice intr-o biocenoza 4.1.Definiie. Exemple Aa cum am mai artat biocenoza reprezint un sistem de indivizi biologici din diferite specii ataai unui biotop. Termenul de biocenoz a fost introdus de K. Mobius (1877) cu ocazia studierii unui banc de stridii din Marea Nordului. El definea biocenoza ca fiind ,,o grupare de fiine vii, corespunznd prin poziia sa, prin numrul de specii i de indivizi, la anumite condiii de mediu, grupare de fiine legate de printr-o dependen reciproc i care se menin pentru reproducere ntr-un anumit loc n mod permanent. O contribuie important la definirea biocenozei o are N. Botnariuc (1967) care spune c biocenoza este ,,un al treilea nivel de organizare a materiei vii, ea aprnd astfel ca o form universal a materiei vii. Biocenoza Componente trofice Producatori, consumatori

Fig. 4.1 a. Biocenoza intr-un ecosistem acvatic De exemplu (fig. 4.1. a i fig. 4.1.b) biocenoza unui lac este alctuit din: plante superioare, bacterii i ciuperci, plante i animale microscopice, animale fitofage i peti rpitori. 37

Biocenoza unei pduri este alctuit din: arbori, arbuti, plante ierboase, o faun bogat alctuit din animale nevertebrate: acarieni, pianjeni, rme etc i vertebrate: batracieni, reptile, psri i mamifere. 4.2.Componentele trofice ale biocenozei Sub aspect trofic n biocenoze se deosebesc 3 componente de baz: A. Productorii organisme autotrofe plante verzi i bacterii chimiosintetizante capabile s sintetizeze substane organice din substane minerale. B. Consumatorii organisme heterotrofe care pot fi: 1.Consumatori primari sau fitofagele - organisme care consum hran vegetal. Ei sunt reprezentai de: virusurile plantelor (virusul mozaicului tutunului); bacteriile care infecteaz plantele spontane i de cultur; ciupercile parazite pe plante (tciunele porumbului - Ustilago maydis; mlura grului Tilletia sp.); plantele superioare parazite pe plante (Orobanche, Cuscuta) i semiparazite (vscul); animale fitofage (n ape: peti ca roioara, scoici, melci etc.; pe uscat melci, insecte, psri (care se hrnesc cu fructe i semine, ierburi): forfecua, botgrosul, piigoii etc., mamifere roztoare i erbivore. Toate aceste organisme ndeplinesc funcia de punere n circulaie a materiei organice produse de plante i transformarea acesteia n biomas animal, respectiv bacterian.

Fig. 4.1 b Biocenoza intr-un sistem terestru 2.Consumatori secundari - reprezentai de bacteriofagi, virusurile animalelor, ciupercile parazite pe animale, animalele zoofage: (n oceanrechinii, n apele continentale petii rpitori - alul, tiuca, psri ichtiofage cormoranii, strcii; pe uscat pianjeni, insecte rpitoare , viermi parazii, 38

reptile, psri insectivore-rndunica i rpitoare - bufnia, mamifere carnivore vulpea). Acetia contribuie la creterea productivitii biosferei, mpiedicnd pierderea energiei i distrugerea rapid a substanei organice. 3. Consumatori teriari carnivorele de vrf, nu sunt consumate de nici un fel de animale (vulturul, rsul, leul, nisetrul, tiuca). Ei utilizeaz ultimele resurse energetice ale substanei vii dup transformrile suferite n lanul trofic. 4.Ssaprofagele specii care se hrnesc cu substan organic moart, animal sau vegetal pe care nu o transform n materie anorganic. Ele repun n circulaie substana i energia care altfel ar fi fost degradat imediat de descompuntori (rmele, groparii, etc.). C. Descompuntorii organismele care prin procese de oxidare i/sau reducere, transform substana organic moart, reducnd-o la starea de substan anorganic (bacteriile i ciupercile microscopice). 4.3. Indicatorii de caracterizare a structurii biocenozei n viaa biocenozei nu toate speciile au aceeai importan, acestea fiind diferite ca numr i producie de biomas. Rezult c structura unei biocenoze este influenat de proporiile cantitative dintre specii, motiv pentru care este necesar nregistrarea ct mai complet a speciilor ce alctuiesc cele 3 mari grupe funcionale (productori, consumatori i descompuntori). Caracterizarea structurii i a rolului diferitelor specii n activitatea biocenozei precum i compararea cantitativ a biocenozelor ntre ele se realizeaz cu ajutorul unor indicatori: frecvena, abundena, constana, dominana, fidelitatea i diversitatea. 1) Frecvena (%) - reprezint raportul dintre numrul de probe care conin specia luat n studiu i numrul total de probe adunate n unitatea de timp. Acest indicator este influenat de densitate i distribuia spaial a populaiilor. 2) Constana se exprim n funcie de frecven i indic prezena unei specii n una sau mai multe probe. Din acest punct de vedere speciile pot fi: - specii accidentale (F = 25%) - specii accesorii (F = 26-50%) - specii constante (F = 51-100%) 3) Abundena relativ (%) a unei specii reprezint raportul dintre numrul (sau biomasa) indivizilor unei specii i numrul (sau biomasa) indivizilor tuturor speciilor din probe. Abundena relativ a unei specii ntr-o biocenoz nu este ntotdeauna corelat direct cu importana ei n funcionarea 39

biocenozei, n sensul c speciile cele mai abundente nu au mereu i cea mai mare importan, i invers. (F. Ramade, 1984). 4) Dominana exprim influena unei anumite specii n structura i funcionarea unei biocenoze. Aceasta, deoarece unele specii prin numrul indivizilor, prin biomasa lor, prin productivitate i alte activiti, au un rol important n controlul unei biocenoze. De exemplu putem spune c molidul, stejarul sunt specii dominante n ecosistemele respective, de activitatea lor vital depinznd celelalte specii, precum i microclima. Exist i situaii n care o specie poate avea o abunden numeric sczut, dar poate s exercite o influen mai mare n ecosisteme dect o specie cu abunden mare. De exemplu, erbivorele sunt mai puin numerose dect unele insecte fitofage i, totui, au o importan mai mare la nivelul unui ecosistem de cmpie. 5) Fidelitatea exprim tria legturilor ntre speciile biocenozei. Este un indicator important deoarece d posibilitatea caracterizrii biocenozelor, prin prezentarea unor specii sau unor grupuri de specii, care pot deveni indicatoare ale biocenozei respective. Analiznd acest indicator, putem vorbi despre: - specii caracteristice - legate strict de o biocenoz, care nu pot exista (supravieui) n alte ecosisteme (de exemplu. pstrvul este prezent numai n praiele de munte, n amonte); - specii prefereniale pot exista mai multe biocenoze dar prefer una (loboda - Chenopodium sp. o ntlnim pe terenurile bogate n azot, dar poate fi prezent i n cele srace); - specii strine (ntmpltoare) ajung ntmpltor ntr-un ecosistem; - specii indiferente. 6) Diversitatea exprim gradul de saturaie n specii a unei biocenoze naturale. Este un indice cantitativ complex al structurii biocenozei, care se poate calcula pornind de la numrul speciilor i abundena relativ a fiecreia. Diversitatea poate fi apreciat n mai multe moduri (citate N. Botnariuc, 1984): a. Indicele lui Fischer, Cobert i Williams care se bazeaz pe distribuia statistic a abundenelor relative a speciilor n biocenoz. Poate fi aplicat atunci cnd se cunoate faptul c abundena relativ sau numrul de indivizi prin care sunt reprezentate speciile ntr-o biocenoz aproximeaz o distribuie logaritmic de tipul: ax, ax2/2, ax3/3., n care: ax reprezint numrul de specii reprezentate n prob printr-un singur individ; ax2/2 numrul de specii prezente n prob prin 2 indivizi etc. 40

Relaia dintre numrul de specii i numrul de indivizi din prob se afl prin aplicarea relaiei: S - lon (1+ N/ ), unde: S- numrul de specii din prob; N numrul de indivizi din prob; - indicele de diversitate. Indicele de diversitate ne permite s comparm dou biocenoze diferite chiar dac numrul indivizilor recoltai din fiecare dintre ele este foarte diferit. b. Indicele Simpson se calculeaz plecnd de la teoria probabilitilor: D N(N-1)/ n (n-1), unde N numrul indivizilor tuturor speciilor din prob; n numrul indivizilor unei singure specii din prob. c. Indicii care se calculeaz plecnd de la teoria informaiei: Indicele Shannon ajut la estimarea gradului de organizare a sistemului: Sh - -x qi/Q log2xqi/Q. n care: qI reprezint numrul indivizilor unei specii din prob; Q numrul indivizilor tuturor speciilor din prob. Indicele de diversitate Brillouin (H), este o msur adecvat dac toi indivizii populaiilor componente ale unei biocenoze sau ale unei probe alctuite dintr-un numr mare de uniti de prob, ar fi identificai i numrai. H= 1/N log10 (N!/ N1!N2!.Nn!), n care N numrul total de indivizi; N1, N2- numrul de indivizi ai fiecrei specii; H informaia medie pe individ. Coninutul informaional al ntregului ecosistem este dat de produsul dintre informaia medie pe individ i numrul total de indivizi (B=H x N). Pentru a aprecia gradul n care diferena dintre valorile calculate ale indicatorilor de diversitate este sau nu semnificativ, n cazul a dou biocenoze, se utilizeaz un calcul statistic (N. Botnariuc, A. Vdineanu 1982, propune testul Student). Aceiai autori apreciaz utilitatea acestor indicatori n estimarea diversitii ns, enumer i o serie de neajunsuri: - nu se ia n calcul dect abundena speciei, nu i importana ei; - speciile sunt tratate separat i nu n conexiune cu celelalte specii; - nu se are n vedere diversitatea funcional, numrul nielor etc. Diversitatea la nivelul unei biocenoze este particularizat de: factorii istorici, climatici, eterogenitatea spaial, competiia-prdarea i productivitatea. - factorul istoric. Biocenozele se diversific de-a lungul timpului. Cele vechi sunt mai bogate n specii dect cele noi. Diversitatea este redus

41

n ecosisteme puin stabile (tundra, agrobiocenoze) i, foarte important n ecosistemele evoluate, stabile (n regiunile tropicale). - factorii climatici. Regiunile cu climat stabil (fr geruri sau amplitudini mari ale regimului termic, ploi regulate) favorizeaz apariia specializrilor i adaptrilor mai pregnant dect zonele cu climat variabil, datorit constanei resurselor alimentare. Animalele din aceste regiuni se caracterizeaz prin comportamente alimentare stereotipice, necesitile lor fiind uor de satisfcut. - eterogenitatea spaial: cu ct mediul este mai complex, cu att biocenozele sunt mai diversificate. Mayr, (1963) apreciaz c topografia unei zone joac un rol important n diversificarea mediului i formarea speciilor. Acest lucru nu este valabil ns n toate cazurile. n regiunile tropicale, de exemplu, nu putem vorbi de o variabilitate a topografiei i, totui, diversitatea este foarte ridicat. Ea este datorat numrului mare de specii vegetale (permise de ctre climat) care determin o eterogenitate spaial (este vorba despre eterogenitatea realizat de diferitele straturi vegetale). Mac Arthur (1964) a artat c numrul speciilor de psri dintr-o pdure este o funcie liniar a cantitii de vegetaie (suprafa foliar). - competiia prdarea. Competiia se exercit, de regul, ntre specii care ocup nie identice sau vecine. Ea se poate diminua prin decalarea perioadei de reproducere, de exemplu. Acest lucru este posibil ns numai n regiunile cu un climat care permite reproducerea de-a lungul ntregului an. O intensitate slab a competiiei permite apariia i coexistena unor noi tipuri de prad, care poate suporta noi tipuri de prdtori. - productivitatea. Cnd productivitatea este ridicat, diversitatea este de asemenea, mare (Connel, Aurias, 1964). ntr-un mediu stabil, pierderile de energie sunt reduse, o mare parte din energie regsindu-se la nivelul productorilor. Aceasta permite speciilor s formeze populaii mai mari, cu un grad ridicat de variabilitate. Altfel spus, abundena hranei permite speciilor s se fragmenteze n populaii mai mici, mai mult sau mai puin izolate, care pot ptrunde la niveluri trofice diferite. 4.4. Principii biocenotice Indicatorii de diversitate pot fi considerai traducerea cifrat a principiilor biocenotice: A. Principiile lui Thienemann: 1) Cu ct sunt mai variate condiiile de existen dintr-un biotop, cu att mai mare va fi numrul de specii ale biocenozei ataate acelui biotop. (Ex: Delta Dunrii).

42

2) Cu ct condiiile de existen dintr-un biotop se ndeprteaz mai puternic de starea normal i optimal pentru cele mai multe specii, cu att. numrul de specii din biocenoz va fi mai mic, iar speciile noi vor fi reprezentate printr-un numr mai mare de indivizi. (Ex: teren erodat, teren srturat). B. Principiul lui Frantz: 3) Cu ct condiiile de mediu dintr-un biotop au avut continuitate mai mare n dezvoltarea lor, cu ct au fost mai mult timp omogene, cu att comunitatea de specii este mai stabil i mai omogen. (Ex: pdurea tropical). 4.5. Structura trofic a biocenozei 4.5.1. Lanul trofic. Noiuni. Tipuri. n cazul biocenozei, ntre specii se stabilesc multiple legturi, de natur diferit: reproducere, rspndire, aprare, hran. Dintre acestea, cele mai importante considerm c sunt legturile trofice, ntruct stau la baza circuitului materiei n ecosisteme. Aceste relaii constituie i un important factor de reglare al densitii organismelor (Gh.Mohan, A. Ardelean, 1993). Ansamblul de relaii trofice stabilite ntre speciile biocenozei constituie structura trofic a acesteia, iar partea ecologiei care se ocup cu studiul structurii trofice, compoziia i volumul de hran a diferitelor specii constituie trofoecologia. Lanul trofic (fig. 4.2) reprezint un ir de cteva organisme diferite funcional, prin care energia i materia circul numai de la un nivel trofic inferior spre un nivel trofic superior.

43

Fig. 4.2 Exemple de lanturi trofice (mediu acvatic si mediu terestru, dupa F. Ramade, 1984) Lanurile trofice, de regul, nu depesc 5-6 verigi, datorit cantitii limitate de substan i energie existent i care nu este suficient dect pentru cteva organisme diferite funcional. De aceea, n practic, lanurile trofice cu ct sunt mai scurte cu att sunt mai productive (Botnariuc, 1999). Lanurile trofice pot fi: 1) Lanul trofic de tip prdtor care cuprinde verigile: plant autotrof animal erbivor carnivor de ordinul I carnivor II. Exemple: - n ecosisteme terestre - gru oarecele de cmp nevstuic bufni; frunze afide insecte sirfide piigoivultur; - n ecosisteme acvatice: - n lacuri: - alge crustacee puiet de pete peti rpitori (biban, alu) psri ihtiofage (pelican);- n mare: fitoplancton- copepode-heringi aduli- foci. 2. Lanul trofic de tip parazit poate fi endoparazit, ectoparazit sau combinaii ale acestora.

44

De asemenea, lanurile pot fi scurte (de tip gazd parazit). De exemplu: lucern - cuscuta (Cuscuta campestris); rdcina florii soarelui lupoaie (Orobanche ramosa); tutun - virusul mozaicului tutunului; Exist i situaii n care lanul parazit este mai lung: plant-insect fitofag-virus. De asemenea, putem avea verigile: gazd parazit hiperparazit. Ex. : om vierme parazit bacterii virusuri; plant oaie-muscflagelat-bacterie-bacteriofag. 3. Lan trofic de tip detritic sau saprofag cu verigile: materie organic moart organisme detritivore consumatori secundari consumatori teriari. Acest tip de lan trofic l ntlnim n orizontul organic al pajitilor, litiera pdurilor, pe fundul apelor cu depozite organice. Ex. materie organic moart rm oarece comun; n lacuri: nmol cu detritus organic - larve de chironomide pltica peti rpitori om. n literatur regsim descrise i alte tipuri de lanuri trofice. De exemplu, C. Prvu, (2001) introduce i argumenteaz denumirea de lan trofic zoofag. Acesta este caracteristic plantelor carnivore i ciupercilor carnivore (n care animalul constituie veriga iniial i planta, secundar). Plantele carnivore prezint anumite adaptri la nivelul frunzelor, care le permit reinerea sau prinderea de animale foarte mici n vederea suplimentrii necesarului de substane minerale (n special azotoase), n vederea creterii. De exemplu: microcrustacei (Cladocere) otrelul de balt (Aldrovanda vesticulosa); insecte roua-cerului (Drosera rotundifolia). Ali autori descriu numai 2 tipuri de lanuri trofice. De exemplu, Ehrlich, (1985) descrie un lan trofic asimilator, care reunete organismele ale cror cretere i reproducere la fiecare nivel trofic sunt n dependen direct de cele aflate la nivelul trofic precedent i un lan trofic dezasimilator , caracterizat prin descompunerea treptat a moleculelor organice complexe, al crui rezultat final poate fi mineralizarea (alctuit din depolimerizatori, descompuntori primari, secundari etc.). n raport cu modul de utilizare a substanelor organice derivate din producia primar a ecosistemelor, Campbell, (1977) descrie, de asemenea, 2 tipuri de lanuri trofice: de tip fitotrof (similar celui denumit anterior prdtor) i lan trofic detritic. 4.5.2. Relaiile dintre nivelurile trofice Elton (1927) a propus o reprezentare sub form de diagrame a relaiilor trofice dintr-o comunitate, pornind de la un fapt observat pe considerente numerice. (fig. 4.3.)

45

Fig. 4.3. Cantitatea de energie, biomasa si numarul de indivizi din diversele niveluri trofice ale unui ecosistem natural teoretic de tipul unei paduri tropicale (dupa A.N si A.H. Strahler, 1974, citati de I. Puia si col., 2001) El a constatat c, n general, descreterea numrului de indivizi are loc pe msur ce se trece de la productori spre consumatorii de ordin superior. Reprezentnd grafic pe axe (x = numrul de indivizi; y = nivel trofic) rezult o piramid, numit piramid numeric sau piramida efectivelor (fig. 4.3. a). Explicaia acestei reprezentri este simpl: plantele i apoi animalele mici posed un potenial de nmulire mai ridicat comparativ cu cele mari, ca adaptare la faptul c animalele mici sunt consumate de cele mari. Dac se nregistreaz biomasa nivelurilor trofice succesive rezult piramida biomaselor (fig. 4.3. b). Se observ c productorii nregistreaz o cantitate ridicat de biomas, apoi aceasta scade treptat de la erbivore la carnivorele de ordinul III. Este logic aceast micorare a biomasei, deoarece: - nivelurile inferioare servesc drept hran nivelurilor superioare;

46

nu toat substana nivelului inferior este consumat (erbivorele nu consum i rdcinile plantelor); - din ce s-a ingerat nu totul se diger; - din ceea ce s-a digerat, nu toat substana este asimilat i convertit n biomas proprie, ci o parte este transformat n catabolii. Dac se ia n considerare energia potenial existent, rezult piramida energetic (fig. 4.3. c). Se observ c datorit pierderilor de biomas n care este stocat energia i pierderilor energetice necesare pentru procurarea i consumarea hranei i desfurarea proceselor fiziologice (din care rezult cldur cedat mediului) rezult pierderi entropice la fiecare nivel. -

4.5. Nia ecologic (fig. 4.5).

Fig. 4.5 Nisa ecologica (dupa F. Ramade, 1984) Termenul de ni este foarte controversat. El a fost folosit pentru prima dat de ctre Grinnell n anul 1917, care considera c nia este un concept ce definete spaiul de trai al speciilor. n lucrrile ulterioare (1924, 1928), Grinnell a inclus n definiie alturi de componenta spaial i componenta trofic, definind nia ca ,,unitatea de distribuie ultim n care fiecare dintre specii este reinut conform limitrilor lor structurale i funcionale

47

O abordare din punct de vedere funcional a niei a fost realizat de ctre Elton, n anul 1927: ,,nia ecologic este echivalent cu rolul pe care un organism l joac n economia naturii, n special locul pe care-l joac ntr-un lan trofic. Aceasta indic funcia unei specii, cmpul ei de activitate, relaiile sale cu comunitatea de specii n care se afl. Odum, 1953, definete nia ecologic ,,drept poziia sau statutul unui organism n interiorul ecosistemului. Poziia, aa cum o vede el, este rezultatul conlucrrii mai multor elemente: adaptrile structurale ale organismelor, rspunsurile fiziologice, comportamentele specifice sau nvate (aceeai specie, care face parte din ecosisteme diferite, ocup aceeai ni ecologic). Hutchinson (1957), apreciaz c fiecare specie i are propria ni ecologic, numit ni fundamental. Ea este multidimensional, incluznd componentele spaiale, trofice precum i legturile acestora cu diverii factori de mediu. Deci, nia cuprinde ansamblul factorilor abiotici i biotici care influeneaz existena unei specii. Sunt ns i preri (Botnariuc, Vdineanu, 1982) care susin c o specie poate avea mai multe nie ecologice. n acest sens, sunt numeroase exemple, n special la animale, care au o anumit structur pe vrste i sexe. Fiecare structur are o anumit funcie n cadrul ecosistemului. De exemplu, populaia unui fluture parcurge mai multe stadii de dezvoltare (ou, omid, pup, adult), fiecare stadiu intrnd ntr-un alt lan trofic (populaia este polifuncional i are deci, mai multe nie). Se apreciaz, de asemenea, c ntr-o ni nu pot coexista 2 specii dect segregate ecologic (adic aceeai baz trofic poate fi utilizat de mai multe specii, cu condiia ca unele s activeze ziua, iar altele noaptea). La unele specii exist o difereniere a nielor pe sexe: de exemplu, la nari, masculii se hrnesc cu lichide de origine vegetal, iar femelele cu snge de mamifere. Exist i alte situaii. Cnd mai multe specii apropiate, la care difer anumite particulariti, gsesc condiii ecologice ce ofer posibiliti optime de via pentru mai multe dintre ele, acestea vor convieui fr a se elimina una pe alta, dar numai atta timp ct se vor menine condiiile ecologice. Cnd acestea devin limitate ca posibiliti de satisfacere n egal msur a celor 2,....n specii, speciile mai bine adaptate vor tinde s nlocuiasc pe cele mai slab adaptate (excludere concurenial). Aceast nlocuire nu depinde de fora fizic a speciilor, ci de gradul lor de adaptare la mediu. O alt soluie este s se realizeze o difereniere (specializare a nielor). Se pune ntrebarea: ct de mult trebuie s difere niele pentru ca cele dou specii s coexiste. Pragul critic al diferenierii n utilizarea resurselor este denumit ,,similaritate limitativ. Aceast limit este generat de un echilibru ntre: 48

- intensitatea concurenei intraspecifice (pe care o ni ngust o intensific); - intensitatea concurenei interspecifice (pe care o ni larg o intensific). Problema este c n practic este greu de prevzut unde este echilibrul (fig.4.6)

Fig. 4.6 Curbele utilizarii resurselor pentru doua specii, in care acestea variaza in functie de dimensiunile sortimentului de hrana utilizat. In cazul a) exista o concurenta interspecifica puternica si o concurenta intraspecifica slaba; in cazul b) exista o concurenta intraspecifica puternica si nu exista concurenta interspecifica; in cazul c) curbele se suprapun putin asa ca concurenta interspecifica este relativ slaba, totusi gama de resurse utilizate de fiecare specie este destul de larga si deci, concurenta intraspecifica este de asemenea slaba Evoluia poate aciona n sensul reducerii gradului de concuren ntre specii. Se pune i o alt ntrebare: exist n natur nie libere. Rspunsul este iari controversat Sunt autori (Mayr, 1963, Frontier, 1995, Lever, 1994) care susin faptul c niele pot fi libere (deoarece numrul speciilor poate crete ntr-un ecosistem, deci exist nie libere), iar alii afirm contrariul. Ne raliem opiniei lui Botnariuc, (2000), care arat c nu exist nie libere. Aa cum nu exist populaii fr funcii, nu poate exista nici o ni liber. Poate preexista ntr-un ecosistem habitatul (locul n care triete o specie), dar numai att. n literatur gsim i o serie de clasificri ale nielor. Astfel, dup dimensiunea niei i modul de procurare a hranei de ctre diferitele specii, niele ecologice pot fi:

49

largi de exemplu niele psrilor rpitoare care i procur hrana din mai multe biotopuri, controlnd efectivele speciei prad pe suprafeele diferite (uliul, vulturul, acvila, rsul); nguste specii ce i procur hrana dintr-un singur biotop. Ex. Gndacul de Colorado; animalele cu spirit de teritorialitate (Ex: leul, bursucul,sconcsul). Dup aspectul geografic, se introduce termenul de ni echivalent aceasta indic faptul c n biocenoze amplasate diferit geografic, o anumit funcie este ndeplinit de specii diferite (Mackenzie, 2000, apreciaz n acest sens c exist anumite ,,reguli comune care guverneaz comunitatea). De exemplu,. Cerbul carpatin n Rusia i renul n America de Nord (step) sunt specii erbivore funcii n lanul trofic; toate insectele care se hrnesc cu frunzele late ale copacilor din orice regiune au o ni echivalent. Willson (1973) apreciaz c problema niei trebuie tratat diferit n funcie de organism, de particularitile lui. Astfel, se afirm c n timpul dezvoltrii ontogenetice, prin schimbarea densitii i producia variabil de semine, plantele reuesc s-i schimbe nia ecologic sau s-i construiasc o alta cu limite foarte largi (ex. speciile dominante dintr-o fitocenoz). Teoria niei ecologice ne permite s nelegem problema organizrii i structurii populaiilor.

NTREBRI: 1. Ce reprezinta o biocenoza? Exemple. 2. Ce relatii trofice sunt intr-o biocenoza? Exemple. 3. Ce sunt nisele ecologiei? Exemple din viata de toate zilele. BIBLIOGRAFIE: 1. A. Penescu, Narcisa Babeanu, D.I. Marin-2001- Ecologie si Protectia Mediului, Ed. Sylvi 2. Schiopu D., Vantu V., A.Penescu-2002-Ecologie si Protectia mediului- Ed. Ion Ionescu de la Brad, Iasi 3. Note de curs- A. Penescu, 2010

50

5. ECOLOGIA POPULAIEICUVINTE CHEIE:

-Populaia - Natalitatea - Mortalitatea - Dinamica populaiei

OBIECTIVE: - nelegerea rolului populaiei i meninerea echilibrului n bisofer 5.1. Definiie. Exemple. Populaia este definit ca fiind un grup de organisme din aceeai specie care ocup un teritoriu dat. n ceea ce privete graniele dintre populaii, acestea pot fi stabilite clar (cazul petilor dintr-o balt) sau pot fi arbitrare (cnd ecologii le traseaz n funcie de problema luat n studiu). Populaia este alctuit din organisme unitare sau organisme modulare. n primul caz, fiecare individ este produs direct dintr-un zigot, forma i dezvoltarea individului fiind uor de precizat (mamiferele, psrile, amfibienii, insectele). Din contr, n populaiile modulare (fig. 5.1.) zigotul se dezvolt ntr-un modul, care dezvolt ulterior alte module pentru a forma o structur de ramur (plantele, bureii, coralii).

Fig. 5.1 a. Crestere modulara lateral, unde sunt aratate gena originara si increngaturile; b. Exemple de organisme modulare 51

5.2. Trsturi structurale i funcionale (parametri de stare). Pentru aprecierea complexitatii unei populatii se au in vedere parametrii de stare ai acesteia, care sunt reprezentati prin urmatoarele trasaturi structurale si functionale: mrimea populaiei - distribuia n spaiu a indivizilor - structura pe vrste - natalitatea, mortalitatea, dinamica populaiei - transferul energiei i al elementelor minerale la nivelul populaiei naturale. 5.2.1. Mrimea populaiei Modalitatea de exprimare a mrimii populaiilor este densitatea. Aceasta reprezint numrul de indivizi pe unitatea de suprafa, volum sau habitat. Putem vorbi de: - densitatea absolut care exprim numrul de indivizi raportat la unitatea de suprafa sau de volum a ecosistemelor care integreaz populaiile date (se exprim n nr. indivizi/m2 ). - densitatea n biomas care reprezint biomasa indivizilor raportat la unitatea de suprafa sau volum a ecosistemelor care integreaz populaia (mg s.u../ha).Ea este necesar n stabilirea populaiilor dominante, deoarece sunt populaii care realizeaz densiti mici comparativ cu alte populaii, ns care acumuleaz o cantitate mare de substan organic sau energie. Dac biomasa este foarte mare, densitatea este de preferat s se exprime prin cantitatea de cenu obinut prin calcinarea substanei organice, sau prin determinarea unor elemente din cenu: C, N, Ca etc. - densitatea ecologic reprezint raportarea numrului indivizilor numai la habitatul specific speciei. De exemplu, 100 indivizi de Leptinotarsa decemliniata (gndacul din Colorado)/m2 de teren cultivat cu cartofi. Este uor de definit mrimea populaiei cnd avem n vedere organismele unitare (este simplu s numrm indivizii dintr-o zon), dar nu acelai lucru putem spune despre organismele modulare (datorit numeroaselor ramificaii sunt greu de numrat).

52

Metodele de estimare a densitii populaiilor sunt numeroase i difer de la un grup de organisme la altul, n funcie de talie, grad de mobilitate, distribuie n habitat, mod de via etc.: 1. Numrarea direct se practic n cazul plantelor sau animalelor mari sau care ies n eviden (organisme unitare). Estimarea numrului populaiei se bazeaz pe densitatea unei mostre. De exemplu: la plante ierboase - numr exemplare/m2 , la arbuti - nr. exemplare / 10m2, iar la arbori, nr. exemplare / 25m2. 2. Metoda capturrii i recapturrii. Aceast metod const n prinderea unui numr oarecare de indivizi (a) dintr-o populaie (N) pe care i marcm, apoi i eliberm n habitat. Dup un anumit timp se captureaz un lot de indivizi (b) din care o parte (c) sunt din cei marcai anterior. Valorile obinute ne ajut s determinm mrimea populaiei (N) prin urmtoarea relaie: a/n=c/b, unde N=ab/c. Acest lucru este posibil cnd populaia este stabil, fr emigraii sau imigraii, cnd natalitatea i mortalitatea nu se schimb i cnd capturarea indivizilor nu modific comportamentul lor. Metoda are numeroase neajunsuri (animalele pot deveni ,,dependente de capcan sau, din contr, vor evita s fie prinse din nou n capcan, tehnicile de capturare necorespunztoare pot duce la creterea mortalitii printre indivizii marcai), care pot fi depite numai printr-un program foarte bine stabilit i metode statistice speciale. n cazul n care ntre perioada de capturare i cea de recapturare are loc o mortalitate evident, calculele matematice sunt mai complicate. 3. Metoda determinrii densitii populaiilor prin extrageri de probe. Cnd metodele precedente nu se pot aplica se recurge la extrageri de probe pentru a putea evalua densitatea populaiilor. Problema care se pune n astfel de situaii este de a extrage un anumit numr de probe care s fie reprezentativ pentru ntreaga populaie cercetat. n funcie de tipul de ecosistem i de populaia studiat, ecologul va alege metoda care va putea da ct mai puine erori. O eantionare corect se obine numai printr-o cunoatere prealabil a biologiei i a modului de distribuie a indivizilor n habitat. 4. Metoda estimrii indirecte a densitii. Aceast metod se refer la estimarea numrului unei populaii dup semnele care indic prezena sa n habitat ca: galerii, urme, vizuini, cuiburi, dejecii etc. n general, aceast metod ofer numai o informaie de ansamblu asupra abundenei populaiei i asupra densitii ei. Densitatea este un indiciu privind posibilitile de suportare a spaiului. Se pot ntlni situaii de supraaglomerare a spaiului, cnd

53

populaia depete posibilitile de suportare a acestuia i invers, subaglomerarea. Supraaglomerarea este fenomenul rspunztor de declanarea luptei pentru existen (competiie) n urma creia, de cele mai multe ori, apare subnutriia, degenerarea indivizilor i a populaiei (deoarece se d lupta pentru existen ntre indivizi slbii). De asemenea, favorizeaz izbucnirea epidemiilor (datorit anselor mai mari de contaminare) i micoreaz rezistena la boli (datorit subnutriiei). De exemplu, n ecosistemele agricole supraaglomerarea conduce la epuizarea prematur a apei i elementelor nutritive din sol, umbrirea plantelor, deci, reducerea fotosintezei i a productivitii biologice. n cazul unei densiti reduse a popula