UNIVERSITATEA DE TIINE AGRICOLE I MEDICIN VETERINAR

"ION IONESCU DE LA BRAD" - IAI FACULTATEA DE AGRICULTUR

ECOLOGIE I PROTECIA MEDIULUI

(SUPORT DE STUDIU I. D.)

MODULUL I

ef lucrri dr. Cristina Slabu

2014

Cuprins

Introducere 1

Unitile de nvare

U.I. 1. Ecologia - tiin biologic cu abordare interdisciplinar, cu caracter practic i social...... 4

U.I. 2. Factorii ecologici abiotici 15

U.I. 3. Factorii ecologici biotici.. 35

U.I. 4. Ecosistemul - unitatea structural a ecosferei 42

U.I. 5. Ecosistemul - unitatea funcional a ecosferei. 57

U.I. 6. Tipuri de ecosisteme majore (biomi) 68

U.I. 7. Ecosisteme antropice 77

U.I. 8. Ecosistemele i aciunea antropic negativ 88

U.I. 9. Ce este protecia mediului i cum a aprut necesitatea protejrii mediului?........................ 99

U.I. 10. Activiti destinate proteciei mediului 108

Bibliografie 120

1

INTRODUCERE

Cursul de Ecologie i Protecia Mediului face parte din structura modulului de discipline fundamentale ce se studiaz n semestrul 4. Parcurgerea sa contribuie att la formarea profesional a viitorilor specialiti din agricultur, ct i la formarea unei culturi generale solide.

Ce este de fapt ecologia?

Mncm eco, ne mbrcm eco, consumm eco. E eco? E n trend, e la moda! logic.nu??, dar ce reprezint? Actualmente prefixul eco-, se regsete pe etichetele multor produse alimentare, cosmetice, articole vestimentare sau de alt natur, aa nct chiar i cei care nu-i cunosc definiia consider ecologia ca fiind ceva important.

Ce este de fapt Ecologia? Parcurgerea acestui modul v va oferi posibilitatea s descoperii c ECOLOGIA este o tiin i nu o mod.

Pe de alt parte, de foarte multe ori, Ecologia ca tiin este confundat cu Protecia Mediului. Acest lucru a fost generat de faptul c pe parcursul anilor termenului de ecologie i s-au atribut tot mai multe nelesuri, printre altele i cel de aciune nedestructiv aspra mediului.

Tot dup parcurgerea acestui modul, v vei convinge c domeniul Ecologiei nu este sinonim cu cel al Proteciei Mediului, ci complementar acestuia prin oferirea de soluii pertinente, tiinifice, la problemele ridicate de poluare, reconstrucie ecologic a unor zone degradate i de conservare a biodiversitii naturale i culturale. V vei convinge i de importana cunotinelor oferite de ctre Ecologie deoarece aceasta este o tiin pluridisciplinar, care ne ofer o viziune ampl despre lumea n care trim. O bun i facil nelegere a materiei presupune utilizarea cunotinelor dobndite anterior la disciplinele de Botanic, Biofizic, Fiziologia plantelor i Chimie.

Concomitent cu prezentarea i introducerea unor cunotine i informaii teoretice noi, cursul urmrete o integrare pe orizontal i pe vertical a acestora, oferind baza pentru alte discipline ecologice.

La elaborarea sa, s-a urmrit atingerea unui obiectiv general i a mai multor obiective specifice care se vor materializa n competene ce urmeaz a fi formate pe parcursul nsuirii cunotinelor. Aceste competene sunt prezentate detaliat la nceputul fiecrei uniti de nvare (U.I.).

Obiectivul general al cursului:

dobndirea bazei teoretice specifice Ecologiei i Proteciei Mediului, a abilitilor de aplicare n practic a cunotinelor teoretice, precum i formarea deprinderii de a aciona autonom pentru a observa, analiza, interpreta i oferi soluii problemelor concrete de mediu.

Obiective specifice:

- nzestrarea viitorilor specialiti cu un bagaj de cunotine de ecologie general care s le permit abordarea corect a legitilor ecologice, a modului de structurare i funcionare a ecosistemelor, n vederea unei corecte aplicri a acestora n scopul proteciei i conservrii mediului ambiant

- s formeze cursanilor o contiin ecologic solid care s le permit s gndeasc i s acioneze n spirit ecologic, n sensul de a milita pentru o folosire raional a resurselor naturale regenerabile i neregenerabile, de a exploata ecosistemele fr a depi pragul de toleran a mediului nconjurtor, de a ti s evite poluarea mediului i diminuarea genofondului spontan i cultivat;

Ecologia este o tiin i nu o mod!

2

Competene profesionale specifice conferite de parcurgerea disciplinei n urma parcurgerii programului de pregtire specific acestei discipline vor fi

dezvoltate i dobndite competene ce se pot ncadra n dou categorii: competene profesionale i competene transversale.

1. Competene profesionale:

1.1. Cunotine 1.1.1.Cunoatere, nelegere i utilizare a limbajului specific ecologie i proteciei mediului

- utilizarea corect a terminologiei, conceptelor i principiilor specifice ecologiei i proteciei mediului;

- identificarea i descrierea particularitilor ecologice ale diferitelor tipuri de ecosisteme;

- dezvoltarea capacitii de a analiza ecosistemele din punct de vedere structural i funcional;

- descrierea asemnrilor i deosebirilor dintre diferite tipuri de ecosisteme pe baza caracteristicilor lor structurale i funcionale;

- identificarea surselor de poluare i a principalilor poluani;

- descrierea principalelor msuri de protecie a mediului.

1.1.2. Explicare i interpretare

- explicarea rolului factorilor ecologici n adaptarea organismelor la mediu de via;

- explicarea funciilor ecosistemului ;

- explicarea diferenelor dintre ecosistemele naturale i cele antropice.

1.2. Abiliti

1.2.1. Aplicare, transfer i rezolvare de probleme - aprecierea corect a valorilor fondului existent de ambientare peisagistic, a

posibilitilor de corectare i de mbuntire;

- utilizarea de mijloace, metode i criterii adecvate pentru a evalua efectele polurii.

1.2.2. Reflecie critic i constructiv - aprecierea corect i analiza critic, din punct de vedere ecologic, a principiilor

i metodelor utilizate n agricultura ecologic, n combaterea integrat a duntorilor agricoli, reconstrucia terenurilor degradate i sntatea uman;

- capacitatea de a evalua critic situaiile ce pot conduce la poluarea mediului n urma activitilor agricole;

- capacitatea de a analiza critic politicile i strategiile de mediu. 1.2.3. Creativitate i inovare

- implicarea creativ i inovativ ntr-un proiect de grup ce urmrete valorificarea potenialului de inteligene multiple ale studenilor;

- oferirea de soluii pertinente la problemele ridicate de poluare.

2. Competene transversale 2. 1. Competene de dezvoltare personal i profesional

2.1.1. Dezvoltare personal i profesional - autoevaluarea nevoilor de formare continu n vederea adaptrii competenelor

profesionale la dinamica contextului social ;

- promovarea unui nou sistem de valori, bazat pe o contiin ecologic solid care s permit acionarea n spirit ecologic,responsabil, n sensul folosirii sustenabile a resurselor naturale regenerabile i neregenerabile, exploatrii ecosistemele fr a depi pragul de toleran a mediului nconjurtor.

3

2. 2. Competene de rol 2.1.2. Interaciune social

- aplicarea tehnicilor de munc eficient n echip multidisciplinar pe diverse paliere ierarhice;

- dezvoltarea capacitii de comunicare pertinent pe probleme de mediu. 2.1.3. Autonomie i responsabilitate

- exercitarea sarcinilor conform principiilor deontologice specifice n exercitarea profesiei;

- utilizarea cunotinelor dobndite n schimbarea atitudinii altor persoane referitoare la comportamentul de consum, n contextul penuriei de ap, epuizrii rezervelor de hran i supraexploatrii resurselor.

Structurarea materiei.

Cunotinele sunt structurate pe 10 uniti de nvare (capitole).

Sfaturi pentru o nvare temeinic:

- citii, cu mare atenie, fiecare unitate de nvare n parte; - n timpul parcurgerii materialului extragei informaiile eseniale din text; - n scopul fixrii cunotinelor, citii cu atenie rezumatul, de mai multe ori; - utilizai testele de autoevaluare pentru verificarea nsuirii cunotinelor; - dup rezolvarea acestor teste de autoevaluare, verificai rspunsurile i analizai-

v nivelul de cunotine acumulate; - dac nu ai rspuns corect la testele de autoevaluare, citii din nou pasajele care

v ridic probleme i apoi verificai-v, nc o dat nsuirea cunotinelor;

- nu trecei la o alt unitate de nvare dac nu v-ai nsuit-o pe precedenta; - nu lsai poriuni de materie neparcurse; - acordai-v, pentru pregtire, timpul real necesar nsuirii fiecrei uniti de

nvare.

Atenie A nelege textul nu nseamn a nva! A memora, fr s nelegi, nu nseamn a nva!

A nva presupune: a nelege materia + a fi capabil de a reda corect cunotinele acumulate + a utiliza corect n practic aceste cunotine.

Verificarea gradului de asimilare al cunotinelor se va realiza prin: - testele de autoevaluare, distribuite pe parcursul unitilor de nvare. - patru lucrri de verificare ce trebuiesc trimise tutorelui la datele stabilite de

ctre acesta. Fiecare lucrare va fi notat cu cte 10 puncte. Prima lucrare o vei gsi la pagina 41, a doua la pagina 67, a treia la pagina 87, a patra la pagina 119.

- evaluarea final, pe baza unui examen susinut n prezena examinatorului. Testele de autoevaluare i lucrrile de verificare pot cuprinde urmtoarele tipuri de exerciii: 1. Teste cu complement simplu i multiplu. Sunt teste care conin enunuri cu mai multe

variante de rspuns, dintre care unul sau mai multe rspunsuri sunt corecte, precum i teste n care un enun trebuie caracterizat prin adevrat sau fals.

2. Teste de completat constau din fraze n care sunt omise deliberat cuvinte cheie ce trebuie completate de cursant.

3. ntrebri cu rspunsuri de tip eseu, pentru elaborarea crora nu trebuie s se depeasc 500 de cuvinte.

NOTA FINAL va consta din nsumarea : - mediei notelor la lucrrile de verificare, cu o pondere de 30% din nota final; - notei la evaluarea final cu o pondere de 60%; - nota la activitile practice, cu o pondere de 10%.

4

Unitatea de nvare 1

ECOLOGIA - TIIN BIOLOGIC CU ABORDARE INTERDISCIPLINAR, CU CARACTER PRACTIC I SOCIAL

Cuprins

Obiectivele unitii de nvare 1.................................................................. 4 Informaii generale despre evaluare.............................................................. 4 Coninutul U.I. 1. 1.1. Apariia i dezvoltarea ecologiei ca tiin.................. 5 1.2. Obiectul de studiu i metodele de cercetare................ 10 1.3. Concepia sistemic n Ecologie.................................. 11 1.4. Caracteristicile sistemelor biologice............................ 12

1.5. Organizarea i ierarhizarea sistemelor biologice........ 13 Rezumatul U.I. 1........................................................................................... 14

Rspunsuri testele de autoevaluare................................................................ 14 Bibliografie.................................................................................................... 14

Obiectivele unitii de nvare 1

Dup parcurgerea materialului cuprins n aceast unitate de nvare, vei fi capabili s: - utilizai corect conceptul de ecologie - localizai n timp anumite date importante n dezvoltarea ecologie ca tiin - explicai diferenele dintre diferitele ramuri ale ecologiei - explicai caracteristicile sistemelor biologice

Durata medie de studiu individual - 3 ore

INFORMAII GENERALE DESPRE EVALUARE Verificarea modului de nsuire a cunotinelor oferite de aceast unitate de nvare se va face pe baza trei teste de autoevaluare, distribuite relativ uniform n text. Rspunsurile la testele de autoevaluare se gsesc la sfritul unitii de nvare. Dac nu ai rspuns corect la ntrebri, este necesar s recitii materia cuprins n aceast unitate de nvare, dup care revenii asupra rezolvrii testelor.

O bun nsuire a cunotinelor v va ajuta la rezolvarea cu succes a LUCRRII DE VERIFICARE NR. 1, care va cuantifica nivelul de dobndire a cunotinelor incluse n U.I.1, U.I.2 i U.I.3. n introducere gsii informaii despre tipul de exerciii pe care le poate conine lucrarea (pag. 3). Transmiterea lucrrii ctre tutore se va face la data stabilit de ctre acesta.

5

1.1. Apariia i dezvoltarea ecologiei ca tiin

Ecologia s-a constituit ca tiin ctre sfritul secolului al XIX-lea. Este tributar operei celebrului naturalist britanic, Charles Darwin. Expediiile ntreprinse de ctre acesta pe insulele Galapagos din Oceanul Indian i-au permis observaii care demonstreaz influena reciproc dintre specii, i care atest c interaciunile interspecifice determin succesul unei specii n lupta pentru existen. n controversata sa lucrare, Originea speciilor (aprut n 1859), Darwin a fcut cunoscut acest principiu al interaciunii n lumea vie.

Conceptul de "lupt pentru existen", introdus i explicat de ctre Darwin, nu face altceva dect s explice totalitatea relaiilor intraspecifice i interspecifice, relaii care stau la baza existenei i funcionrii biocenozelor, respectiv a ecosistemelor.

De asemenea, Darwin a oferit prima descriere tiinific a lanului trofic speciilor ntr-un ecosistem. n Anglia de Sud, producia de semine de trifoi rou (Trifolium pratense L.) depinde de bondarii care polenizeaz plantele. Numrul bondarilor depinde de numrul oarecilor de cmp, care distrug fagurii i cuiburile lor. Numrul oarecilor depinde de numrul pisicilor. Analiznd lanul pisic domestic oarece de cmp bondar - trifoi rou, Darwin ajunge la concluzia c: prezena unui mare numr de feline ntr-o regiune oarecare ar putea determina abundena unor anumite flori n acea regiune, mai nti prin intermediul oarecilor i apoi al albinelor.

Ideile lui Darwin au fost dezvoltate de zoologul

german Ernst Haeckel care, n anul 1866, a introdus n tiin termenul de ecologie. Termenul de provine de la cuvintele greceti oikos = cas i logos = tiin. De la nceput ecologia a fost considerat tiina gospodririi naturii, domeniul de cunotine privind economia naturii sau mai exact "tiina relaiilor organismelor vii ntre ele i cu mediul de trai abiotic".

Dup Ernst Haeckel, Ecologia este definit ca "Studiul interaciunilor dintre organismele vii

i ambient i organismele vii ntre ele n condiii naturale"

sau "Studiul relaiilor complexe directe sau

indirecte cuprinse n noiunea darwinist a luptei pentru existen" sau "studiul relaiilor dintre plante i animale i mediul lor organic i anorganic".

Ernst Haeckel (1834 1919)

biolog i filozof german, profesor universitar la Jena, Germania, ntre anii 1865-1908. Este cunoscut n tiin pentru Legea fundamental a biogenezei faimoasa " (legea lui Haeckel").

n 1866 a introdus n tiin termenul de ecologie.

1.1.1 Dezvoltarea ecologiei pe plan mondial

Dup introducerea n tiin, de ctre Haeckel, termenul de Ecologie a rmas uitat pn cnd a fost readus n atenie de ctre botanistul danez E. Warming. Profesor de botanic la Universitatea din Copenhaga, public, n 1895, un tratat de geobotanic (Plantesamfund Grundrak af den okologiske plantegeografie) n care utilizeaz termenul de Ecologie. Tratatul su a fost tradus i n limba englez, n anul 1909, sub titulatura Oecology of Plants. E. Warming e considerat printele ecologiei vegetale.

Charles Darwin

(1809 -1882)

naturalist britanic,

geolog, biolog.

Fondatorul teoriei

evoluoniste

6

Timp de aproape 100 de ani termenul de ecologie a rmas cunoscut numai n rndul specialitilor ca reprezentnd legtura dintre plante, animale i mediul lor de via biotic sau abiotic. n toat aceast perioad, ecologia s-a conturat ca o tiin de sine stttoare, cu terminologie proprie, cunoscnd o evoluie continu, astfel, n: 1877 - K. Mbius definete biocenoza.

1896 - Schrter definete autecologia.

1902 - Schrter definete termenul de sinecologie.

1905 - F.E. Clements fundamenteaz din punct de vedere teoretic i practic unele metode de cercetare cantitativ n ecologia vegetal.

1908 - Friedrich Dahl introduce n ecologie, noiunea de biotop.

1910 - Johnson introduce n tiin noiunea de ni ecologic.

1911 - V. Shelford introduce metode fiziologice de cercetare pentru

fundamentarea repartiiei geografice a animalelor i formuleaz "Legea toleranei".

1916 - F.E. Clements a introdus conceptele de climax i specie indicatoare, descifrnd n parte mecanismele succesiunii ecosistemelor din stadiul de pionierat pn la stadiul de maturitate ecologic; (termeni reactualizai n 1930).

1918 - Thienermann definete noiunea de ecosistem (noiune ce rmne uitat pn n 1935).

1927 - Ch. Elton, pune bazele ecologiei trofice, descriind n termeni cantitativi piramida trofic, prin lucrarea "Ecologia animal".

1928 - R. Chapman formuleaz conceptul de rezisten a mediului.

1935 - A.G. Tansley elaboreaz i reintroduce n ecologie conceptul de ecosistem.

1937 - Hans Molisch, n lucrarea Der Einfluss einer Pflanze auf die andere: Allelopathia definete, pentru prima dat, termenul de alelopatie.

1940 - Ch. Juday fundamenteaz conceptul de structurare energetic a ecosistemului.

1942 - R.L. Lindeman fundamenteaz concepia trofo energetic n ecologie.

1969 - Rene Truhaut, introduce noiunea de ecotoxicologie.

1964 - UNESCO iniiaz Programul Biologic Internaional.

ncepnd din anii '70, criza ambiental a devenit centrul ateniei unor organisme internaionale, ecologia prin cunoaterea mecanismelor i legitilor ecologice avnd menirea de a rspunde problemelor ridicate de protecia mediului. - 1972, Adunarea General a O.N.U. a stabilit Programul Naiunilor Unite pentru Mediu (P.N.U.M.), cu scop de a urmri situaia mediului i a aduce la cunotin guvernelor principalele probleme aprute. - UNESCO a stabilit programul de cooperare internaional intitulat "Omul i biosfera" la care a aderat i Romnia. Acest program se ocup cu studierea raporturilor dinamice dintre ecosistemele naturale i fenomenele social economice, cu gospodrirea tiinific a resurselor naturale, protecia mediului etc.

Dup Toma Liana Doina (2009): "dezvoltarea ecologiei cuprinde dou etape i anume: ecologia tradiional i ecologia modern (global) ".

1. Ecologia tradiional prezint trei faze: 1.1. Faza de conturare, cuprins ntre anii 1870 i 1911, cnd cercetrile au un caracter

descriptiv, evideniaz procesele fundamentale ce delimiteaz domeniul ecologiei.

7

1.2. Faza ecologiei trofice, cuprins ntre anii 1911 i 1940, cnd se pun la punct metodele de studiu n ecologie.

1.3. Faza trofoenergetic, cuprins ntre anii 1940 i 1964, n care structura i funciile ecosistemului sunt explicate pe baza schimbului de energie. n domeniul ecologiei demografice apare modelul de reglaj trofic Lotka-Voltera. Se arat c reglajul numeric al populaiilor se face nu numai prin hran, ci i datorit factorilor fizico-chimici. Se demonstreaz rolul ansei n procesele de reglaj, se dezvolt ecologia informaional i evoluionist. n toate aceste etape, ecologia a avut un caracter teoretic, studiind interaciunile funcionale ale lumii vii i n interiorul acesteia. Astfel, ecologia tradiional are caracter de tiin biologic.

2. Ecologia modern (global) La mijlocul secolului al XX-lea, industrializarea excesiv, agricultura intensiv, mijloacele i cile de transport, necesarul tot mai ridicat de spaiu de locuit au determinat modificarea peisajului natural, un consum foarte ridicat de

materii i energie, acumularea sau eliminarea unor cantiti considerabile de deeuri nocive. Aceasta modific starea ecologic optimal a mediului n sens negativ.

Din acest moment ecologia se transform dintr-o tiin biologic, ntr-o tiin cu caracter practic i social. Sarcina ei este de a concepe mediul ca o construcie tehnic ce trebuie proiectat, planificat i amenajat. n concepia ecologiei moderne, omul nu este numai un exploatator, ci i un constructor activ al mediului, n sensul c ntreaga activitate de exploatare trebuie desfurat astfel nct s nu fie afectate echilibrele ecologice necesare desfurrii normale a vieii pe Terra. Ecologia modern devine o tiin sintetic, integrativ a biosferei n ansamblul ei.

Pe msura acumulrii de noi cunotine, i definiia ecologiei a suferit modificri. V. Vntu (2000), precizeaz faptul c: de la Haeckel i pn n prezent, definiia ecologiei a cunoscut o anumit evoluie, ns se pot distinge dou categorii de definiii:

definiii referitoare la relaiile organismelor cu mediul lor de via; definiii referitoare la relaiile sistemelor supraindividuale cu

mediul lor ambiant.

Din prima categorie fac parte definiiile date de: Ch. Elton (1927), Nikolski (1955), Mac Fadyen (1957), Lamotte (1971), Krebs (1972), R. Dajoz (1970); Din

a II-a, categorie fac parte definiiile elaborate de: E. Odum (1966, 1971), M. Ghiliarov (1973), B. Stugren (1975), N. Botnariuc i V. Vdineanu (1982) . Ecologia a devenit o tiin complex, interdisciplinar a crei cunoatere presupune, pe lng o vast cultur general i foarte multe cunotine de specialitate.

Ecologia este foarte bogat n termeni tiinifici. Rspndirea i importana lor depind de ramura ecologic ce i utilizeaz.

Importana practic a cunotinelor ecologice Influena Ecologiei ar trebui s se regseasc n toate domeniile activitii umane, de la vntoare i pescuit, la industrie i agricultur, precum i n comunitile umane. Din pcate, armonia care s-a pstrat ntre om i natur, de-a lungul miilor de ani, a fost perturbat n ultimele sute de ani. Omul va putea supravieui i stpni biosfera numai acceptnd faptul c este parte integrant a aceseia, renunnd la postura de prdtor i exploatator.

8

1.1.2. Dezvoltarea ecologiei n Romnia

Grigore Antipa este considerat ntemeietorul ecologiei romneti. A studiat la Universitatea din Jena, apoi i-a fost asistent Prof. Haeckel la aceeai universitate. ntors n ar s-a dedicat studiului factorilor ce influeneaz producia de pete din Delta Dunrii i litoralul romnesc al Mrii Negre. Cercetrile sale au constituit o contribuie important la cunoaterea organizrii i funcionrii biocenozelor acvatice. Grigore Antipa a implementat un plan de exploatare raional a pescriilor din lunca i Delta Dunrii. Bazat pe principiile ecologice ale lui Haeckel, acest plan a dublat n zece ani producia de pete i de icre negre, fr a distruge mediile i ndeosebi locurile de nmulire ale petilor.

n continuare, I. Borcea s-a ocupat cu studiul ecologic al litoralului romnesc al Mrii Negre. Studiului ecologiei n mediul acvatic a fost continuat de N. Botnariuc n mediul marin i M. Bcescu n mediul dulcicol.

n continuare, numeroi cercettori de prestigiu au contriuit la dezvoltarea Ecologiei (Toma L. D. 2009): "I. Popovici - Bznoanu a fondat Ecologia animalelor terestre i a elaborat prima clasificare de biotopuri din ara noastr. Tot el a introdus noiunea de biosken, ca cel mai mic spaiu cu condiii uniforme i fond propriu de plante i animale. E. Racovi a ntemeiat biospeologia, care se ocup cu studiul condiiilor ecologice din mediul subteran.

n domeniul ecologiei vegetale, n 1930 G. Bujorean a elaborat prima lucrare de ecologie vegetal experimental privind succesiunea covorului vegetal i a organizat la Cluj una din primele staiuni de ecologie din Europa. I. Prodan i Al. Borza au efectuat studii ecologice n Ardeal i n Carpai, iar Gh. Ionescu ieti a studiat ecosistemele agricole i forestiere naturale. n 1960 apare lucrarea Zonarea ecologic a plantelor agricole din Romnia.

n 1965 a aprut primul curs de Ecologie general elaborat de B. Stugren. Ulterior apar diferite tratate cum sunt: Ecologia uman (1970) elaborat de I. Barnea, Ecopedologia (1974) elaborat de C. Chiri, Ecologia forestier (1977) elaborat de N. Doni i lucrarea Bazele biologice ale produciei vegetale elaborat de N. Zamfirescu. n 1982 a aprut tratatul de Ecologie general elaborat de N. Botnariuc i A. Vdineanu".

n prezent, studii de ecologie modern se desfoar n diferite Universiti i Institute de cercetri i au ca obiectiv studiul resurselor materiale ale biosferei sub impactul aciunii umane.

T.A. 1.1.

1. Ecologia este tiina care: a. studiaz plantele i animalele b. studiaz relaiile dintre organisme i mediul lor de via c. studiaz mediul de via

2. Termenul de ecologie a fost introdus n tiin de: a. Darwin b. Haeckel c. Mitcherlich

3. ntemeietorul ecologiei romneti este considerat: a. Emil Racovi b. Grigore Antipa c. Bogdan Stugren

Acad. prof. dr. Grigore Antipa

(1892 - 1944)

naturalist, biolog darwinist, zoolog,

ihtiolog, ecolog, oceanolog i profesor universitar. ntemeietorul ecologiei romneti, al colii romneti de hidrobiologie i ihtiologie. Creator al Institutului Biooceanografic din

Constana (1932). Director al Muzeului

Naional de Istorie Natural

9

Ramurile ecologiei

Pe parcursul evoluiei sale ca tiin, ecologia i-a lrgit considerabil sfera de cercetare tiinific. Diversificarea cunotinelor n domeniu a permis desprinderea din trunchiul ecologiei generale a numeroase ramuri ecologice.

Pentru clasificarea disciplinelor ecologice nou aprute, se utilizeaz diferite criterii:

A. n funcie de nivelul biologic studiat (fig 1.1.), se disting: 1. Autecologia (gr. autos = nsusi;oikos=cas, logos= tiin) - studiaz influena

factorilor externi asupra organismelor (Mohan i Ardelean, 2007), adaptarea organismului, respectiv a speciei la condiiile de mediu. Este ramura Ecologiei special orientat spre Fiziologia vegetal i animal, fiind cunoscut i sub denumirea de Fiziologie ecologic, atunci cnd se refer la animale, i de ecofiziologie cnd se ocup cu studiul plantelor.

2. Demecologia (gr. demos = populaie; oikos=cas, logos= tiin) denumit i ecologia populaiilor studiaz dinamica i interaciunea populaiilor. Dac populaiile sunt studiate n profunzime referitor la fluxurile de energie, genetica, evoluia sau rspndirea geografic, atunci este vorba de o tiin aparte - biologia populaiilor.

3. Sinecologia ecologia comunitilor (n englez, community ecology), a ecosistemului (gr. syn = mpreun, oikos=cas, logos= tiin) - se ocupa cu studiul comunitilor. Sunt studiate procesele ecologice din ecosisteme, relaiile intra- i inter specifice din biocenoze i dintre acestea cu mediul ambiant: Studii privind structura trofic a biocenozelor, structura, funciile i dinamica ecosistemelor, biodiversitatea sunt considerate ca aparinnd tot de domeniul sinecologiei.

Figura 1.1. Ramurile Ecologiei n funcie de nivelul biologic studiat

B. n funcie de biotopul studiat aceasta se clasific n:

1. Ecologia terestr - studiaz ecosistemele terestre din punct de vedere structural i funcional.

2. Ecologia apelor dulci sau limnologia (gr. limne = balt, logos= tiin) studiaz organismele care populeaz apele dulci n corelaie cu factorii de mediu

3. Ecologia sistemelor marine (oceanologia) - se ocup cu studiul complex al oceanului planetar.

10

C. Dup specia studiat

1. Ecologia animalelor. Se ocup cu studiul zoocenozelor (a animalelor dintr-o biocenoz). Studiaz relaiile intra- sau interspecifice, structura i dinamica populaiilor, distribuia indivizilor ntr-un habitat, productivitatea secundar, ocrotirea animalelor etc.

2. Ecologia plantelor. Se ocup cu studiul relaiilor dintre plante i factorii abiotici, precum i relaiile intra- sau interspecifice din lumea vegetal.

3. Ecologia uman. Studiaz comunitile umane din punct de vedere ecologic (habitatul uman, comportamentul sub influena diferiilor factori, piramidele alimentare etc.)

D. n funcie de domeniul de cercetare, ecologia include dou categorii:

1. Ecologia teoretic cuprinde toate cunotinele de baz, termenii tiinifici de care uziteaz disciplina. Ecologia teoretic include, la rndul su, i ecologia matematic ce se ocup cu realizarea de modele matematice referitoare la interaciunea dintre organism, respectiv populaie i mediu.

2. Ecologia aplicat cuprinde ramuri ale ecologiei cu direct aplicabilitate practic, de exemplu: Ecologia agricol, Ecologia forestier, Chimia ecologic, Ecologia industrial, Pedoecologie. Chiar i Ecologia uman este inclus, de ctre unii autori, n aceasta clasificare, datorit obiectului ei de studiu: factorii de mediu cu directa lor implicaie asupra sntii i comportamentului uman.

n cadrul ecologiei aplicate, cunotinele tiinifice sunt dobndite prin contribuia cercettorilor cu pregtire foarte divers: biologi, geografi, agronomi, sociologi etc. Tot n cadrul ecologiei aplicate pot fi incluse i urmtoarele ramuri: Ecologia evoluionist, Ecologia molecular, Ecotoxicologia, Paleoecologia, Ecologia social; Antropologie ecologic, Ecoevoluie, Eco-arta.

Din rndul disciplinelor ecologice s-a desprins, ca domeniu propriu de cercetare Geobotanica, cu mai multe ramuri: geobotanica floristic (studiaz areale i succesiunea ecologica a speciilor, Geobotanica istorico-genetic (rspndirea taxonilor n trecut i previziuni pentru viitor) precum i geobotanica ecologic (studiul teritoriului, respectiv legtura dintre plante si mediul lor de via).

T.A. 1.2.

1. Care este nivelul biologic la acare se raporteaz Autecologia? Cum a mai fost denumit? 2. De unde provine denumirea de Demecologie? 3. Rspundei prin adevrat sau fals: Geobotanica este o ramur a ecologiei.

1.2. Obiectul de studiu i metodele de cercetare

Pornind de la definiia Ecologiei, dat de ctre Haeckel, putem observa c Ecologia studiaz de fapt relaiile de interaciune dintre organisme i mediu. Obiectul de studiu al ecologiei este foarte complex. Ecologia nu se ocup cu sistemul biologic individual, nu studiaz plantele, cu acesta ocupndu-se Botanica. Nu studiaz nici animalele, acesta fiind obiectul de studiu al Zoologiei. Ecologia studiaz sistemele supraindividuale: populaia, biocenoza, ecosistemul i biosfera.

11

Problematica Ecologiei const n studii i cercetri pentru a cunoate: - componentele structurale ale biotopului i legitile de aciune a factorilor

abiotici;

- interaciunile dintre organisme i mediul abiotic; - modul de organizare, structura i interrelaiile dintre indivizii unei

populaii; - structura biocenozelor i a interrelaiilor dintre populaiile componente; - structura, funciile, dinamica i evoluia ecosistemelor; - productivitatea ecosistemelor, stabilitatea lor;

- caracteristicile ecosistemelor majore (a biomurilor);

Metodele de cercetare

Ca tiin, Ecologia utilizeaz principii i tehnici proprii de cercetare, terminologie proprie, oferind baza teoretic n abordarea proteciei mediului. Fiind o tiin interdisciplinar, Ecologia folosete cunotinele unor discipline din domeniul tiinelor naturii precum: Biochimia, Fiziologia, Geografia, Pedologia, Meteorologia, Genetica, Fizica, Cibernetica, Climatologia, Morfologia,

Taxonomia. De exemplu, pentru cercetarea factorilor abiotici: temperatur, umiditate regim de precipitaii, strat de zpad, proprieti fizice i chimice ale apei i solului utilizeaz metode folosite n Meteorologie, Chimie, Pedologie. Pentru prelucrarea i interpretarea statistic a rezultatelor experimentale folosete Statistica matematic.

Activitatea de cercetare tiinific necesit temeinice cunotine tiinifice i metodologice.

Presupune parcurgerea urmtoarelor etape: a. etapa pregtitoare care const ntr-o documentare temeinic n domeniul temei alese;

b. etapa cercetrilor de teren, care const n observaii, msurtori, preluare de probe pentru analiz n laborator; c. etapa analizelor de laborator (cnd este cazul); d. prelucrarea datelor, interpretarea lor i formularea concluziilor.

Reuita activitii de cercetare const n parcurgerea cu seriozitate a acestor etape, precum i dintr-o expunere clar i concis a rezultatelor. Implic mult munc, seriozitate i druire.

1.3. Concepia sistemic n ecologie

Prin lucrarea "Biologia teoretic" (1942) n care relev faptul c ntreaga materie (vie i nevie) se bazeaz pe structuri aflate n interaciune, Ludwig von Bertalanffy introduce, concepia sistemic n biologie.

Fiecare element la rndul su poate fi considerat un sistem, compus din

elemente proprii mai mici, nct n natur se pot delimita foarte multe sisteme de dimensiuni i grade diferite de cuprindere.

Dup relaiile cu mediul nconjurtor (schimb de materie i energie), sistemele se clasific n:

- sisteme izolate,

- sisteme nchise - sisteme deschise

Sistemele

biologice

12

Sistemele biologice sunt sisteme deschise avnd schimburi energetice i de materie cu natura nconjurtoare. Pot fi constituite din unul sau mai multe organisme, mpreun cu componentele mediului lor fizic i chimic, cu care individul sau gruparea se afl n legturi funcionale.

1.4. Caracteristicile sistemelor biologice

Sistemele biologice se deosebesc de cele nebiologice printr-o serie de

nsuiri generale, structurale i funcionale i anume: 1. caracterul istoric

2. caracterul informaional 3. integralitatea

4. echilibrul dinamic

5. autoreglarea

6. heterogenitatea

Caracterul istoric reprezint rezultatul unei evoluii n timp a sistemelor biologice. Caracterul informaional const n capacitatea sistemelor biologice de a primi i da

informaii din i n mediul nconjurtor, de a le prelucra sau de a le stoca n vederea integrrii ct mai depline a ecosistemului n cadrul naturii. Informaia este alctuit dintr-o succesiune de semnale de naturi diferite, ce circul pe ci fizice (sunete, culori etc.), chimice (diferite substane chimice din sol, ap sau elemente n mediu) sau fiziologice (diferite comportamente, gesturi etc.). La nivelul indiviziilor biologici, informaia ereditar se transmite prin codul genetic, reprezentat de succesiunea specific a nucleotidelor din moleculele acizilor nucleici.

Integralitatea reprezent calitatea sistemului de a reuni componentele sale, subordonate funciei ntregului. Sistemul integrator posed nsuiri noi, proprii, care nu se regsesc n componentele separate.

Echilibrul dinamic este acea stare a sistemului care se caracterizeaz printr-un flux permanent de materie i energie prin sistem, dar cu pstrarea integralitii lui, cu meninerea unei stri staionare. Datorit echilibrului dinamic, un sistem biologic (fie c e vorba de individ, populaie, biocenoz, sau ecosistem) se menine cu aproximaie ntre aceleai limite, cu mici fluctuaii n timp i spaiu.

Autoreglarea const n proprietatea oricrui sistem biologic de a-i controla i corecta activitatea n vederea meninerii sale n "stare staionar". Orice sistem biologic este capabil de a prelua informaia din mediu, de a o prelucra i de a reaciona n sensul conservrii lui.

Legtura dintre dispozitivul de receptor i dispozitivul efector se numete conexiune direct, iar cea dintre efector i receptor se numete conexiune invers sau feed-back (fig. 1.2.).

Figura 1.2. Schema autocontrolului (dup Botnariuc i Vdineanu, 1982, citai de Maxim, 2008)

13

n cazul sistemelor biologice, autoreglarea decurge din schimburile permanente de substan i energie cu mediul nconjurtor i are la baz conexiunea invers (feed-back). Feed-back-ul permite opoziia activa a sistemului fa de diferite perturbri. Ofer posibilitatea anihilrii influenelor ntmpltoare ale diferiilor factori, realiznd prin aceasta stabilitatea sistemelor biologice. Exemple: n organism: reglarea concentraiei de glucoz din snge, a tensiunii arteriale. La nivel de ecosistem: reglarea mrimii unei populaii prin mecanisme de tip prad prdtor. Feed-back-ul este de doua tipuri: pozitiv i negativ.

Conexiunea pozitiv este atunci cnd semnalele venite de la efector la receptor i apoi la centrul de comand duc la intensificarea efectului. Exemple: creterea CO2 atmosferic conduce la o cretere a biomasei plantelor, fapt ce ridic ntrebri referitoare la adaptarea plantelor la schimbrile climatice i poluarea cu CO2.

Un feedback pozitiv poate fi considerat ntre agricultur i populaia uman, ce nseamn c una o conduce pe cealalt cu o intensitate n cretere. (Brown, A. D. 2003). Dac agricultura va continua s fie de tip intensiv, va continua s epuizeze resursele solului, acest sistem de feedback pozitiv se va ncheia cndva catastrofal.

Conexiunea negativ mpiedic depirea valorii rspunsului sistemului, tinde s-i stabilizeze valoarea fr a ajunge vreodat la o valoare fix, invariabil. O populaie poate rspunde la aciunea unui duman sau la modificarea calitii hranei n diferite moduri: modificarea ritmului reproducerii, a prolificitii, a structurii pe vrste etc (Maxim A., 2008).

Heterogenitatea este dat de faptul c toate sistemele biologice sunt alctuite din elemente ce prezint deosebiri n compoziia sau n modul lor de funcionare. Cu alte cuvinte, heterogenitatea se refer la diversitatea elementelor componente ale sistemelor biologice. Stabilitatea unui sistem biologic este dat de heterogenitatea sa. Cu ct heterogenitatea este mai accentuat, cu att sistemul este mai complicat i mai stabil. De exemplu, ecosistemele naturale sunt mult mai stabile dect agroecosistemele. Acestea din urm, fiind alctuite dintr-o singur cultur, sunt uor de distrus de invaziile unor boli sau duntori, n timp ce o pajite alpin este mult mai greu de destabilizat.

1.5. Organizarea i ierarhizarea sistemelor biologice

Sistemele biologice cuprind 4 niveluri de organizare, i anume: nivelul individual, populaional, biocenotic i biosferic. La baza fiecrui nivel de organizare se gsesc legi i principii definitorii.

- la nivel individual legea specific este metabolismul; - la nivel populaional factorul esenial este reproducerea; - la nivel biocenotic se impun relaiile intraspecifice i interspecifice

care reglementeaz raporturile dintre indivizi n interiorul speciei sau cu indivizii altor specii ceea ce determin meninerea integralitii biocenozei.

Biosfera (ecosfera) cuprinde ansamblul nivelurilor de organizare a materiei vii,

desemneaz spaiile de pe Pmnt unde exist via, incluznd partea inferioar a atmosferei, partea superioar a uscatului (litosfera) i hidrosfera. Este alctuit din totalitatea ecosistemelor.

Nivelurile de

organizare a

sistemelor

biologice:

14

T.A. 1.3.

1. Sistemele biologice sunt sisteme: a. izolate b. nchise c. deschise

2. n cazul sistemelor biologice autoreglarea se bazeaz pe: a. populaie b. individ c. feedback

3. Enumerai nsuirile structurale i funcionale prin care sistemele biologice se deosebesc biologice de cele nebiologice.

Rezumat

Ecologia s-a constituit ca tiin ctre sfritul secolului al XIX-lea. ntemeietorul Ecologiei este considerat Ernst Haeckel. Haeckel, definea Ecologia ca Studiul interaciunilor dintre organismele vii i ambient i organismele vii ntre ele n condiii naturale sau "Studiul relaiilor complexe directe sau indirecte cuprinse n noiunea darwinist a luptei pentru existen" sau "Studiul relaiilor dintre plante i animale i mediul lor organic i anorganic" n accepiunea iniial, ecologia a fost considerat tiina gospodririi naturii (din

limba greac, oikos = cas i logos = tiin). Pe parcursul timpului, Ecologia i-a extins domeniul de studiu, astfel nct dintr-o

tiin biologic s-a transformat ntr-o tiin cu caracter practic i social. ntemeietorul ecologiei romneti este considerat Grigore Antipa.

Se bazeaz pe teoria sistemelor. Sistemele biologice sunt sisteme deschise avnd schimburi energetice i de

materie cu natura nconjurtoare cu nsuiri structurale i funcionale i specifice: caracterul istoric, caracterul informaional, integralitatea, echilibrul dinamic, autoreglarea heterogenitatea.

n funcie de nivelul biologic al sistemului studiat, ca ramuri ale Ecologiei se disting: Autecologia, Demecologia i Sinecologia.

Rspunsuri la testele de autoevaluare: T.A. 1.1: 1-b; 2-b, 3-b T.A.1.2

1. organismul; fiziologie ecologic, atunci cnd se refer la animale, i ecofiziologie cnd se ocup cu studiul plantelor; 2. gr. demos = populaie; oikos=cas, logos= tiin; 3. Fals

T.A. 3 1-c; 2-c; 3. vezi pagina 12

Bibliografie 1. Brown A. D., 2003 Feed or Feedback: Agriculture, Population Dynamics and the

State of the Planet, Utrecht: International Books, ISBN 978-90-5727-048-2

2. Mohan Gh., Ardelean A., 2007 Dicionar enciclopedic de Biologie. Ed. All Educational, Bucureti

3. Maxim A., 2008 Ecologie general i aplicat. Ed. Risoprint, Cluj-Napoca, p. 15-24.

4. Toma Liana Doina, 2009 Ecologie i protecia mediului. Ed. PIM, Iai, p. 12- 20. 5. Vntu V., 2000 Ecologie i protecia mediului. Ed. Ion Ionescu de la Brad, Iai,

p. 10-15.

15

Unitatea de nvare 2

FACTORII ECOLOGICI ABIOTICI

Cuprins

Obiectivele unitii de nvare 2................................................................... 15 Informaii generale despre evaluare............................................................... 15 Coninutul U.I. 2 2.1 Mediul de via............................................................. 16 2.2. Legile aciunii factorilor ecologici.............................. 17 2.3. Factorii abiotici............................................................. 19

2.3.1. Lumina............................................................... 19

2.3.2. Temperatura....................................................... 23

2.3.3. Apa................................................................... 26

2.3.4. Aerul................................................................. 29

2.3.5. Factorii pedologici (solul)................................. 30

2.3.6. Factorii orografici.............................................. 32

2.3.7. Ali factori abiotici............................................ 33 2.4. Influena organismelor asupra mediului....................... 33 Rezumatul U.I. 2............................................................................................. 34

Rspunsuri testele de autoevaluare.................................................................. 34 Bibliografie..................................................................................................... 34

Obiectivele unitii de nvare 2

Dup parcurgerea materialului cuprins n aceast unitate de nvare, vei fi capabili s: - utilizai corect conceptul de mediu de via - explicai fenomenele fiziologice de cretere i dezvoltare a organismelor pe baza legitilor de aciune a factorilor ecologici - explicai rolul factorilor ecologici n creterea i dezvoltarea organismelor, precum i n repartiia lor pe glob.

Durata medie de studiu individual - 3 ore

INFORMAII GENERALE DESPRE EVALUARE Verificarea modului de nsuire a cunotinelor oferite de aceast unitate de nvare se va face pe baza a patru teste de autoevaluare, distribuite relativ uniform n text. Rspunsurile la testele de autoevaluare se gsesc la sfritul unitii de nvare. Dac nu ai rspuns corect la ntrebri, este necesar s recitii materia cuprins n aceast unitate de nvare, dup care revenii asupra rezolvrii testelor. O bun nsuire a cunotinelor v va ajuta la rezolvarea cu succes a LUCRRII DE VERIFICARE NR. 1, care va cuantifica nivelul de dobndire a cunotinelor incluse n U.I.1 i U.I.2 i U.I.3 n introducere gsii informaii despre tipul de exerciii pe care le poate conine lucrarea (pag. 3). Transmiterea lucrrii ctre tutore se va face la data stabilit de ctre acesta.

16

2.1. Mediul de via

Mediul de via este considerat drept totalitatea sistemelor vii i nevii pe care organismul le influeneaz i de care este influenat n activitile sale n mod direct sau indirect. O definiie complet a mediului este dat n Ordonana de urgen nr. 195 din 22 decembrie 2005 privind protecia mediului:

Mediu abiotic este constituit din ansamblul elementelor anorganice din spaiul ocupat de organism,

cu care acesta interacioneaz. Mediu biotic este constituit din totalitatea indivizilor din aceeai specie sau din specii diferite cu

care individul vine n contact i interacioneaz.

Factorii ecologici reprezint totalitatea factorilor abiotici (componente lipsite de via) i biotici (organisme vii) cu care organismul vine n contact i interacioneaz reciproc.

17

2.3. Legile aciunii factorilor ecologici

S-a demonstrat c factorii ecologici acioneaz conform anumitor legi.

Legea minimului

Justus von Liebig

(1803 1873) chimist i inventator german, cunoscut mai ales pentru

contribuiile sale n domeniul chimiei organice i agrochimiei. Profesor la Universitile din Gieen i Mnchen. Universitatea Gieen i poart numele.

Cunoscut i sub denumirea de Legea Liebig. A fost, de fapt, formulat de ctre agrochimistul german Carl Sprengel (1828) i popularizat prin opera celebrului savant german, Justus von Liebig (1855): Dezvoltarea unei plante este dependent, n primul rnd, de acel element chimic din sol care se gsete n cantitatea ce mai redus. Celebr este reprezentarea plastic a acestei legi, sub forma unui butoi cu doage inegale, aa numitul butoi a lui Liebig(fig. 2.1). n ecologie, s-a demonstrat c un factor ecologic aflat sub o anumit limit minim, acioneaz asupra organismelor, limitndu-le creterea i dezvoltarea normal.

Figura 2.1. Butoiul lui Liebig

Legea toleranei

Elaborat de Shelford (1911): dezvoltarea materiei vii este posibil numai ntre anumite limite ale concentraiei factorilor ecologici.

Reacia organismelor fa de factorii ecologici este redat de curba toleranei (fig. 2.2.).

Curba toleranei prezint o zon de optimum, ce corespunde valorii celei mai preferate a

factorului i dou zone de pessimum, respectiv pentru

minim i maxim. ntre cele dou zone de pessimum se afl zona sau domeniul de toleran a factorului, ce exprim amplitudinea de variaie a factorului ce poate fi suportat de o specie.

Figura 2.2. Curba toleranei

Factorii limitativi sunt factorii care au efect inhibitor att n concentraie prea mic, ct i n concentraie prea mare. Aceast noiune se aplic tuturor factorilor de mediu. Curba de toleran este specific pentru fiecare factor ecologic, specie i etap de dezvoltare ontogenetic.

18

Tolerana fa de variaia factorilor ecologici este diferit n funcie de specie. Unele specii pot tolera numai variaii mici a factorilor ecologici, fiind considerate specii cu valen ecologic restrns. Acestea sunt denumite cu ajutorul prefixului grecesc steno- (steno = restrns), la care se adaug denumirea factorului de mediu cu aciune limitativ. Speciile cu valen ecologic larg, care suport variaii mari ale intensitii de aciune a factorilor ecologici, primesc prefixul euri- (euri = larg), tabelul 2.1.

Tabelul 2.1

Denumirea organismelor n funcie de gradul de toleran la oscilaiile unor factori de mediu

FACTORUL

DE MEDIU Prefix

ORGANISME

stenobionte sau stenoice euribionte sau eurioice

Lumina Fotos stenofote eurifote

Temperatura Termo Stenoterme Euriterme

Salinitatea Halos Stenohaline Eurihaline

pH Stenoionice Euriionice

poziia geografic Topos Stenotope Euritope

Legea aciunii combinate a factorilor ecologici

A fost formulat de ctre savantul german Eilhard Alfred Mitscherlich. Fitotehnist i pedolog, Mitscherlich (1921) arta c n natur organismele sunt supuse aciunii globale a tuturor factorilor limitani; n anumite condiii predomin unii sau alii dintre factori. n aceste condiii limitele de toleran sunt relative, putnd fi modificate de efectul combinat al factorilor. De exemplu, temperatura ridicat provoac creterea evaporrii apei din sol.

Legea substituirii factorilor ecologici (echivalena parial).

Rubel (1930) arat c factorii ecologici climatici, edafici, orografici i biotici sunt echivaleni i se pot nlocui reciproc. n 1950, Sennikov arat c nu exist o echivalen absolut. De exemplu: la lumin slab, intensitatea fotosintezei rmne normal, dac se mrete concentraia CO2; n aparen, lumina a fost nlocuit, n realitate este vorba de o compensare a efectului.

19

2.3. Factorii abiotici

n continuare va fi abord aciunea factorilor abiotici, nti asupra plantelor, apoi asupra animalelor din considerentul c organismele vegetale, comparativ cu cele animale, sunt influenate n mai mare msur de ctre factorii abiotici prin modul lor de nutriie i prin faptul ca nu se pot deplasa. Avnd n vedere specificul pregtirii dumneavoastr se va insista mai mult pe aciunea factorilor de mediu asupra speciilor vegetale.

2.3.1. Lumina ca factor ecologic

A. Plantele i lumina

Lumina i fotosinteza Plantele sunt tributare luminii prin modul lor de nutriie fotosintez. Sunt

singurele organisme de pe Terra capabile s sintetizeze substane organice din substane anorganice cu ajutorul energiei solare.

Importana plantelor, ca organisme autotrofe (autos- singur, trofein - a se hrni), respectiv a procesului de fotosintez, pentru nsi existena vieii pe pmnt rezult din urmtoarele aspecte:

- prin fotosintez se asigur hrana pentru celelalte organisme din lanul trofic, numite heterotrofe (heteros = diferit);

- prin degajarea O2, n fotosintez se creeaz condiii optime respiraiei aerobe;

- prin consumul de CO2 plantele purific atmosfera terestr. Lumina solar influeneaz fotosinteza prin: cantitate (grad de iluminare) i calitate. Iluminarea reprezint, n fizic, acea mrime fotometric egal cu densitatea fluxului

luminos care cade pe suprafaa unui corp. Unitatea de msur pentru gradul de iluminare este lux-ul (plural luci) . Luxul (lx) reprezint iluminarea produs de un flux luminos de un lumen ce cade uniform pe aria de un metru ptrat.

Atunci cnd ceilali parametri sunt optimali: CO2, temperatur, aprovizionarea cu ap, intensitatea luminii determin intensitatea fotosintezei. Plantele au acces diferit la lumin (fig. 2.3). Consecin a adaptrii ecologice la anumite condiii de mediu, plantele manifest cerine diferite fa de intensitatea luminoas, din acest punct de vedere fiind clasificate n dou categorii:

Plante heliofile, adaptate la o intensitate luminoas ridicat (helios = soare); Plante ombrofile, adaptate la o intensitate luminoas sczut.

Heliofilele i ncep fotosinteza la o intensitate luminoas de 80-100 de luci, dup care aceasta crete proporional cu intensitatea luminii pn la 50.000 de luci. Peste aceast valoare are loc o plafonare a fotosintezei pn la 100.000 de luci. La o intensitate luminoas mai mare de 100.000 de luci, intensitatea fotosintezei scade, iar la 140.000 de luci fotosinteza nceteaz.

Fa de intensitatea luminii ntr-o zi nsorit de var de 100.000 de luci se constat c plantele heliofile pot valorifica 50% din lumina solar direct.

Ombrofilele i ncep fotosinteza la o intensitate luminoas de 8-10 luci i crete proporional cu intensitatea luminii pn la valoarea de 10.000 de luci.

20

Peste aceast valoare are loc o plafonare a fotosintezei pn la 15.000 de luci, dup care intensitatea fotosintezei scade. Se constat c plantele ombrofile pot valorifica numai 10% din lumina solar direct.

Figura 2.3. Cuantumul radiaiei solare n funcie de densitatea vegetaiei ntr-o pdure mixt (a),

ntr-un lan de porumb (b) (dup Larcher, 2001) Prin sgei este indicat cantitatea de radiaii absorbit de fiecare strat n parte, precum i cantitatea ajuns

pe sol. R= radiaia solar reflectat

n general, intensitatea luminoas ridicat duneaz plantelor. Se produce aa numitul fenomen de solarizaie, cauzat, n primul rnd, de efectul caloric al luminii. Solarizaia se manifest prin intensificarea transpiraiei urmat de deshidratare, nchiderea stomatelor i intensificarea respiraiei.

Comparnd specii cu cerine diferite fa de lumin se constat adaptarea ecologic a acestora la condiiile de mediu: plantele heliofile prezint adaptri morfo-anatomice i fiziologice ale frunzelor cum ar fi grosimea mare, numrul mare de stomate, parenchimul palisadic bi- sau tristratificat, reeaua dens de nervuri, cloroplastele mici, cu cantitate de clorofil mai redus, raportul sczut ntre pigmenii verzi i pigmenii galbeni.

Plantele ombrofile sunt plantele din pduri, desiuri etc. Frunzele au grosime mic, numr redus de stomate, parenchim palisadic unistratificat, reea rar de nervuri, cloroplaste mari cu o cantitate mare de clorofil, iar raportul dintre pigmenii verzi i cei galbeni este ridicat.

n coroana arborilor exist o adaptare a frunzelor la condiiile de iluminare, astfel c frunzele din centrul coroanei au un caracter ombrofil, iar cele de la exteriorul coroanei, expuse la lumin direct au un caracter heliofil.

Calitatea luminii, se refer la compoziia spectral a luminii. Randamentul fotosintezei difer n funcie de culoarea luminii monocromatice. Plantele absorb, prin intermediul clorofilei, radiaiile spectrului vizibil cu lungimi de und de 600 - 700 nm (ROG) i 435-500 nM (AIV).

S-a constatat c radiaiile roii, portocalii i galbene favorizeaz biosinteza glucidelor, iar radiaiile albastre, indigo i violet favorizeaz sinteza substanelor proteice. Cunoscnd acest aspect, n practic, se poate dirija biosinteza substanelor organice la diferite specii horticole cultivate n spaiile protejate.

Din punct de vedere ecologic, calitatea luminii influeneaz rspndirea diferitelor tipuri de alge n apa mrilor i oceanelor (Toma, 2009):

- la suprafa, n zona bogat n radiaii roii, numit zona eufotic predomin algele verzi care pentru procesul de fotosintez absorb, la fel ca i plantele terestre, radiaii cu lungimi de und cuprinse ntre 660 i 680 nm.

21

- la adncime, n zona srac n radiaii roii, numit zona disfotic predomin algele roii care datorit prezenei fitoeritrinei sunt capabile s foloseasc radiaii cu lungime de und mai scurt: verzi sau albastre.

Lumina i creterea

n afar de fotosinteza, lumina influeneaz att morfogeneza ct i creterea organelor plantelor.

La nivel celular intensitatea luminoas optim reduce extensia celulelor i favorizeaz diferenierea acestora. Prin acest efect este redus creterea tulpinilor i a lstarilor i este intensificat creterea rdcinilor; este stimulat diferenierea esuturilor conductoare i mecanice, ceea ce d natere unor plante viguroase i mrete rezistena tulpinilor la cdere, de exemplu la cereale. Frunzele sunt groase, de culoare verde.

n regiunile nordice, n care lumina difuz este srac n radiaii albastre, indigo i violet arborii cresc la nlimi considerabile, n timp ce pe platourile alpine, n care lumina este bogat n aceste radiaii, talia plantelor este redus, creterea repent (trtoare). La aceasta se adaug i excesul radiaiilor ultraviolete care distrug hormonii responsabili de elongaia celulelor. Cultivate la cmpie plantele alpine prezint o cretere normal. n regiunile montane, radiaiile UV reduc populaiile de bacterii (la munte sunt amplasate sanatoriile pentru bolnavii de plmni).

Intensitatea luminoas slab provoac decolorarea plantelor, fenomen numit etiolare. Plantele etiolate pierd culoarea verde (biosinteza clorofilei are loc n prezena luminii) i rmn colorate n galben-pal.

De asemenea, la intensitate luminoas slab, plantele devin fragile. esuturile mecanice sunt slab dezvoltate deoarece

lumina stimuleaz diferenierea celular. n lipsa luminii se produc modificri de

cretere numite fotomorfoze: la plantele dicotiledonate tulpinile se alungesc, iar

frunzele rmn mici, uneori se reduc la solzi n timp ce la plantele monocotiledonate tulpinile rmn scurte, iar frunzele se alungesc.

La cartof, lumina are un rol esenial n procesul de prencolire a tuberculilor (fig. 2.4.)

Lumina i germinaia seminelor

Cu puine excepii, seminele germineaz la fel de bine la lumin ca i la ntuneric. Dei se crede c seminele germineaz cel mai bine n ntuneric, acest lucru este valabil numai n cazul unor specii din habitate foarte aride. S-a demonstrat faptul c seminele mici, n special ale plantelor anuale, au nevoie de lumin pentru a germina. Aceast nevoie de lumin constituie o adaptare ecologic a speciei din dou considerente:

1. previne germinarea seminelor aflate la adncime mai mare n sol pentru a prentmpina moartea plantulei prin epuizarea rezervei de elemente nutritive din smn pn la ieirea la suprafaa solului;

2. previne germinarea seminelor atunci cnd acestea sunt umbrite de ctre plantele vecine, pentru a evita concurena pentru lumin.

Figura 2.4. Aspectul colilor de cartof crescui: a - la ntuneric, b -la lumin

(foto Slabu C., 2012)

22

Lumina i micrile plantelor

Fototropismul este micarea orientat de cretere provocat de aciunea unilateral a luminii. Se manifest pozitiv la tulpin i negativ la rdcin.

Fenomenul de fototropism este

deosebit de important n orientarea frunzelor spre o intensitate luminoas optim, capabil s realizeze intensitatea maxim a fotosintezei.

Orientarea limbului frunzei n funcie de sursa de lumin este asigurat de curbarea fototropic a peiolului. Aceasta orienteaz frunzele cu limbul perpendicular pe direcia razelor de lumin (fig. 2.5.).

Figura 2.5. Fototropism (Foto: Slabu, 2014)

Lumina i fructificarea

Durata de iluminare zilnic sau fotoperioada influeneaz att creterea, ct i fructificarea plantelor. Trecerea de la faza vegetativ, la cea generativ, respectiv asigurarea funciei reproductive a speciei, se poate realiza numai dup ce planta a suferit o anumit perioad de timp o anumit inducie fotoperiodic. n funcie de cerinele fa de lungimea zilei plantele au fost grupate n trei categorii:

- plante de zi scurt: nfloresc numai dup o expunere la o fotoperioad scurt, de 6-12 ore/zi. Dintre plantele de cultur, din aceast grup fac parte specii de origine sudic, de exemplu porumbul, orezul, sorgul, meiul, soia, fasolea, alunele de pmnt, trestia de zahr i cnepa. La aceste plante s-a demonstrat c o iluminare nocturn foarte scurt (

23

2.3.2 Temperatura ca factor ecologic

Temperatura are un rol ecologic principal n structura biocenozelor. Este condiionat de poziia geografic pe glob, expoziia terenului i nclinarea pantei. Influeneaz desfurarea proceselor metabolice ale organismelor. Alturi de lumin, constituie un factor limitant al rspndirii organismelor pe Glob. Formaiunile vegetale majore (biomii teretri) sunt distribuii n funcie de temperatur.

Acioneaz dup legea toleranei, fiecare specie prezentnd valori de minim i maxim ale temperaturii, numite i praguri biologice, n afara crora supravieuirea nu este posibil. ntre acestea este situat temperatura optim la care valorificarea condiiilor de mediu este maxim. n funcie de cerinele fa de temperatur, organismele se clasific n: euriterme, stenoterme i mezoterme.

Pe Terra, majoritatea speciilor prezint pragurile biologice situate ntre 0 i 50oC, cu optimul de 16o-28 oC. Excepii: n afara acestor limite pot supravieui aa numitele organisme extremofile, n cazul temperaturii, fiind vorba de organisme termofile - care prefer temperaturi foarte mari, i cele psihrofilele (criofile), care prefer temperaturile sub -15

oC.

Termofilele i hipertermofilele. Termofilele sunt archee i bacterii care prefer izvoare geotermale, fierbini, n care temperatura apei atinge ntre 60 i 80 oC, de exemplu bacteriile care triesc n Valea Morii din California. S-au descoperit ns i microorganisme capabile s triasc la temperaturi de peste 80

oC. Se gsesc n izvoare termale submarine, recordul de temperatur

cunoscut pn n prezent fiind de 122 oC. Au fost denumite hipertermofile

(http://www.descopera.ro).

Microorganisme termofile sunt i cele care dau coloritul aproape

nepmntean al celui mai mare izvor termal din Statele Unite, vestitul

Grand Prismatic Spring, din parcul

Yellowstone (fig.2.6.). Figura 2.6. Grand Prismatic Spring

(http://en.wikipedia.org/wiki/Grand_Prismatic_Spring)

Psihrofilele (criofilele). Sunt mai numeroase dect cele din categoria precedent i mai diversificare din punct de vedere sistematic: pe lng archee i bacterii au fost descoperite ciuperci microscopice, animale microscopice (tardigrade) i alge unicelulare de zpad. "Zpada de pepene" (watermelon snow) este un fenomen determinat de creterea pe zpad a unor alge n confer acesteia culoare rozie (http://www.descopera.ro). Muchii i lichenii din zpezile arctice care triesc la temperatura de -30

oC.

T. A. 2.1.

1 Legea toleranei a fost elaborat de: a. Liebig; b. Shelford; c. Darwin.

2. Mediu abiotic este constituit din ansamblul .. din ocupat de organism, cu care acesta interacioneaz. 3. Mediu biotic este constituit din totalitatea ..cu care individul vine n contact i interacioneaz.

4. Crizantemele sunt plante de zi scurt i nfloresc toamna. Cum am putea grbi procesul de nflorire? 5. Explicai prezena algelor verzi la suprafaa mrii i a celor roii la adncime.

24

A. Plantele i factorul termic

Temperatura solului i a aerului reprezint unul din principalii factori ecologici care controleaz rspndirea plantelor.

Temperatura solului este partea de energie solar absorbit de sol i transformat n cldur. Aceasta este parial reflectat n atmosfer ca radiaie terestr i parial consumat n procesele fizico-chimice i biologice. La aceasta se adaug cantitatea de energie rezultat din activitatea biologic a microorganismelor din sol. Solul bogat n substane organice are o activitate microbiologic mai ridicat. Temperatura solului controleaz germinaia seminelor i absorbia apei i a srurilor minerale n timpul perioadei de vegetaie (Toma L. D., 2009). n funcie de cantitatea de cldur disponibil, n anumite regiuni ale Terrei se delimiteaz o zonalitate latitudinal i altitudinal a vegetaiei. Ca adaptare la temperaturile extreme, pozitive sau negative plantele i-au format diferite organe regenerative (muguri, rizomi, bulbi, tuberculi) care rezist n sol la diferite adncimi (Lupacu, 2004).

n afara preferendumului termic, temperatura acioneaz ca factor ecologic ce controleaz rspndirea plantelor i prin fenomenul de vernalizare. Acesta condiioneaz dezvoltarea, respectiv realizarea fazei reproductive a speciei, numai dup aciunea unei anumite perioade de temperatur sczut, numit i cerin de frig (de exemplu la grul de toamn).

B. Animalele i factorul termic

n funcie de capacitatea de a suporta variaiile temperaturii animalele pot fi: euriteme, stenoterme i mozoterme.

Euriterme = suport variaii foarte largi de temperatur. Ex. vrabia Passer domesticus sau oarecele (Mus musculus).

Stenoterme = suport variaii foarte mici de temperatur. Ex. Larvele de Bombyx mori care se dezvolt ntre 20 si 23 grade Celsius.

Mezoterme = se dezvolt ntre limite medii de temperatur.

Din punctul de vedere al variaiei temperaturii corpului fa de temperatura mediului, animalele se clasific n: pokiloterme i homeoterme.

Pokilotermele (gr. pokilos variat; therma cldur) sunt animale cu temperatura corpului variabil n funcie de cea a mediului extern, deoarece nu posed mecanisme de termoreglare (animale ectoterme). Cu toate acestea pot aciona pentru compensarea temperaturilor prea ridicate sau coborte. Sunt capabile de a modifica circulaia sngelui spre esuturile periferice mrind, dup caz, pierderea sau absorbia de cldur. De asemenea se deplaseaz spre locurile nsorite sau umbrite.

Creterea temperaturii corpului este posibil i datorit adaptrii cromatice: culorile sumbre absorb lumina cu un randament mai mare.

n condiii vitrege, aceste animale intr n amorire: hibernare, pe timpul iernii sau estivaie n perioadele toride.

Homeotermele (gr. homoios asemntor; therma cldur) sunt animale care prin adaptri morfologice, fiziologice i comportamentale au capacitatea de a-i menine constant temperatura corpului, indiferent de cea a mediului ambiant. Se disting adaptri la temperaturi ridicate, n scopul pierderii de energie i adaptri la temperaturi sczute, reducerea pierderii energetice. Aceste adaptri pot fi morfologice, fiziologice i comportamentale, la care se adaug hipotermia adaptativ.

25

Adaptrile morfologice sunt determinate de talia animalelor, dimensiunile extremitilor i grosimea stratului subcutanat de grsime.

Animale din aceeai specie care triesc n zone diferite, prezint dimensiuni diferite ale corpului. Aceast modificare a aprut ca o necesitate a reducerii pierderii energetice la speciile care triesc n zonele reci.

Animalele din zonele arctice

sunt mai mari comparativ cu

cele din zonele temperate sau

calde. n aceste cazuri acioneaz legea suprafeei: cnd raportul dintre volum i suprafa este mai mic, pierderile de cldur sunt mai reduse. Un animal de talie mai

mare, va avea o suprafa relativ a corpului mai mic dect un animal de talie mic. De exemplu, pinguinii cei mai

mari sunt la latitudini mai mari

iar speciile mici la zone

temperate (fig. 2.7). Ursul brun

crete n talie de la Sud la Nord. Scopul este reducerea

pierderii de cldur. Figura. 2.7. Talia pinguinilor n funcie de condiiile de habitat

Aspectul urechilor la diferite rase de vulpi (fig. 2.8), sau a diferitelor rase de iepuri (fig. 2.8) le

permite minimalizarea sau, din contra, maximizarea pierderilor de cldur.

Figura 2.8 Aspectul urechilor la diverse rase de vulpi:

a vulpea polar (Vulpes lagopus, sin. Alopex lagopus), b vulpea roie (Vulpes vulpes), c vulpea de deert (Vulpes zerda).

Figura 2.9. Aspectul urechilor la diferite rase de

iepuri: a iepure de mute/polar (Lepus timidus), b iepure de cmp (Lepus europaeus), c iepurele brun (de deert) (Lepus capensis).

Adaptri fiziologice: la frig se produce o intensificare a proceselor metabolice pentru producerea de cldur.

Adaptri comportamentale: cutarea habitatelor cu temperaturi mai favorabile, construirea de tunele, vizuini in zpad (ex: nevstuica) pentru a rezista temperaturilor sczute sau n nisip pentru a rezista ariei din deert. O alt adaptare comportamental este traiul n colonii aglomerate (ex. la pinguini).

Hipotermia adaptativ reprezint intrarea ntr-o stare de laten. Aceast stare se numete hibernare cnd este cauzat de temperaturi sczute i estivaie, cnd e produs de temperaturi ridicate.

26

T. A. 2.2.

1. Care dintre urmtoarele categorii de organisme pot avea areale cosmopolite: euritermele sau stenotermele?

2. Din ce cauz soiurile de gru de toamn semnate primvara nu produc recolt?

2.3.3. Apa ca factor ecologic

Existena vieii pe Pmnt este indisolubil legat de apa care reprezint un factor de prim ordin n desfurarea proceselor biochimice, fiziologice si ecologice eseniale. Apa ca factor ecologic, acioneaz asupra biocenozelor terestre sub form de: precipitaii, umiditate atmosferic, umiditatea solului, zpad.

Precipitaiile reprezint un factor limitativ esenial n rspndirea vegetaiei pe Terra. n funcie de regimul precipitaiilor i temperatur se formeaz ecosistemele majore (biomi).

Umiditatea atmosferic influeneaz pierderea de ap din sol prin evaporare, precum i transpiraia organismelor. Umiditatea atmosferic se poate exprima n 3 moduri: absolut, maxim i relativ.

Umiditatea absolut reflect cantitatea de vapori de ap prezent efectiv ntr-un volum de aer, la temperatura existent la un moment dat. Umiditatea absolut se exprim cel mai simplu n grame de ap la metru cub de aer.

Umiditatea maxim reprezint cea mai mare cantitate de vapori de ap care se poate gsi ntr-un volum determinat de aer, la o anumit temperatur. Umiditatea maxim presupune saturarea cu vapori de ap a aerului. Odat cu creterea temperaturii aerului, crete i capacitatea sa de saturare cu vapori. Fenomenul este important n procesul de termoreglare prin evaporare.

Umiditatea relativ reprezint raportul procentual dintre cantitatea de vapori de ap pe care o conine un volum de aer i cantitatea de vapori de ap care ar satura acelai volum de aer.

Deficitul de saturaie exprim diferena dintre umiditatea maxim la temperatura dat i umiditatea absolut. Cu ct acest deficit este mai mare, cu att aerul poate primi mai muli vapori de ap i ajut la procesul de termoreglare.

Punctul de rou este temperatura la care umiditatea absolut prezent ajunge la saturaie, adic devine maxim.

Umiditatea solului. Apa din sol se gsete sub mai multe forme care sunt reinute cu fore diferite de ctre particulele de sol. Aceste forme sunt:

- apa de constituie sau legat chimic, care intr n compoziia diferitelor substane ca ap de cristalizare;

- apa higroscopic, care formeaz un strat monomolecular la suprafaa particulelor de sol, este reinut cu fore foarte mari, pn la 1000 atm. i nu poate fi ndeprtat dect prin uscare la 105C;

- apa pelicular, care formeaz straturi succesive la suprafaa particulelor de sol; straturile interne sunt reinute cu fore mari, de 30-50 atm., iar cele externe cu fore mici, de 0,5-30 atm.;

- apa capilar, care exist n spaiile capilare ale solului; este reinut cu fore mici, de pn la 1 atm, este mobil, avnd circulaie ascendent;

- apa gravitaional care exist n spaiile largi ale solului; este foarte mobil, avnd circulaie descendent, sub aciunea gravitaiei.

Pentru plante, formele accesibile de ap sunt reprezentate de apa capilar, straturile externe ale apei peliculare i apa gravitaional.

27

Zpada poate avea efecte pozitive ca izolator termic. Contribuie la meninerea i dezvoltarea vegetaiei, prin protecia mpotriva ngheului. Efectele negative sunt cauzate de ruperea ramurilor.

Apa ca biotop influeneaz biocenozele acvatice prin proprietile fizice (temperatur, viteza de curgere, turbiditatea, vscozitatea apei etc.) i chimice (coninutul de oxigen, CO2 , nutrieni, substane toxice etc.)

Temperatura determin structura biocenozelor, bioritmul i productivitatea biologic a ecosistemelor.

Turbiditatea este data de cantitatea de materii aflate n suspensie n apa. Creterea turbiditii poate avea efecte negative asupra organismelor prin sedimentarea microalgelor care ader la particule, colmatarea aparatului filtrator al organismelor zooplanctonice, colmatarea branhiilor petilor.

Vscozitatea creste odat cu scderea temperaturii apei. Creterea vscozitii se diminueaz capacitatea de mobilitate a organismelor planctonice i viteza lor de coborre (de sedimentare).

Oxigenul dizolvat n ap provine cu preponderen din fotosinteza plantelor acvatice i prin difuzie din atmosfera. Este utilizat n respiraie, n procesele chimice reductoare, iar o mare parte difuzeaz n aer.

Dioxidul de carbon (CO2) provine din respiraia plantelor, descompunerea materiilor organice, difuzia din atmosfera i apele pluviale. Consumatorii sunt: plantele i procesele chimice. Concentraiile de 25 pn la 50 mg/l favorizeaz creterea plantelor acvatice. n concentraii mai mari, CO2 este toxic pentru organisme.

pH-ul influeneaz semnificativ viaa organismelor acvatice. Apa mrilor i oceanelor are un pH cuprins ntre 7,9 i 8,25, cu o medie 8,08 (Raven, 2005 ) Acidifierea apei mrii constituie o problem ecologic grav, ca urmare a efectelor asupra coralilor i a altor organisme cu schelet calcaros.

Salinitatea apei este data de suma substanelor minerale solvite i determin presiunea osmotic a mediului, obliga la repartizarea n spaiu a speciilor.

n raport cu gradul de concentrare n sruri, apele se clasific n ape dulci (c = 0 - 2 ), ape salmastre (c = 2 - 17 ) i ape marine (c 17 ) .

A. Plantele i factorul hidric

Apa reprezint un factor ecologic limitant al rspndirii plantelor pe glob. Adaptarea plantelor din diferite grupe ecologice la condiiile specifice de

mediu se face prin diferite caractere morfo-fiziologice ce controleaz att absorbia ct i pierderea apei prin procesul de transpiraie.

Din acest considerent, apa este privit ca factorul care a determinat n cea mai mare msur modificrile morfoanatomice ale plantelor, ca o consecin a condiiilor variate de mediu.

Fiecare specie prezint limite bine stabilite ale preferendumului hidric, existnd chiar specii indicatoare pentru anumite condiii de umiditate. n funcie de necesarul de ap, plantele se mpart n 4 grupe ecologice: hidrofile, higrofile, mezofile, xerofile.

Plantele hidrofile triesc numai n ap. Plantele higrofile triesc n zone cu umiditate ridicat (Typha latipholia papura, Juncus

inflexus pipirig, Carex riparia rogoz) Plante mezofile, triesc n zone cu umiditate moderat.

28

n condiiile unui dezechilibru hidric ntre absorbia intens a apei prin rdcini i transpiraia sczut, plantele elimin prin frunze apa sub form de picturi, fenomen numit gutaie (fig. 2.10). Este considerat un fenomen de adaptare ecologic la condiii de temperatur i umiditate ridicate. Se faciliteaz astfel circulaia apei n plant i totodat transportul substanelor biogene.

Figura 2.10. Gutaie la plante de Triticum aestivum (Foto: Florea M., 2014)

Plante xerofile triesc n zone cu umiditate foarte sczut. Rezistena lor la secet este asigurat de anumite nsuiri morfo-anatomice i fiziologice. Din punct de vedere morfologic, caracterele de xeromorfism se manifest prin dezvoltarea puternic a sistemului radicular i reducerea organelor aeriene, pentru a realiza un echilibru ntre absorbia apei i transpiraie.

Frunzele prezint modificri secundare ale membranei reprezentate de cutinizare i cerificare sau de dezvoltarea unui nveli de peri dei. Stomatele sunt mici, aezate n adncituri numite cripte (fig. 2.11-a), de exemplu la oleandru (fig.

2.11-b) ceea ce mpiedic pierderea apei prin evaporare (vaporii de ap care se adun sunt ferii de curenii de aer).

n condiii de deert, suprafaa foliar se reduce pn la formarea unor epi, iar funcia asimilatoare este preluat de tulpini, de exemplu la cactui. Din punct vedere anatomic organele plantelor prezint un esut numit parenchim aquifer, cu o mare capacitate de reinere a apei.

Din punct de vedere fiziologic, celulele

esuturilor dein o presiune osmotic foarte ridicat determinat de acumularea unor substane osmotic active i conin mucilagii cu o mare capacitate de reinere a apei.

Fotosinteza este de tip CAM (vezi modulul

de Fiziologie vegetal). Valorile optimului de umiditate variaz cu

fenofaza, existnd aa numitele faze critice pentru ap, situate n general n timpul creterii vegetative i al nfloririi. n afara limitelor de toleran, supravieuirea nu este posibil.

Figura. 2.11-a : Seciune transversal prin frunza de oleandru (Neruim oleander) cu

observarea stomatelor

Figura 2.11-b. Nerium oleander

B. Animalele i factorul hidric

La fel ca i plantele, n funcie de preferinele pentru ap, organismele animale pot fi mprite n aceleai 4 categorii: hidrofile, higrofile, mezofile, xerofile.

Adaptri ecologice la presiunea osmotic a apei: n funcie de diferena de concentraie dintre mediul extern (ap) i mediul intern (lichidele corporale) organismele sunt:

Izoosmotice: nevertebrate care au aceeai concentraie ca a mediului extern. Hipoosmotice (hipotonice): La unii peti marini, lichidele corporale sunt mai puin

concentrate dect concentraia mediului extern. Exist risc de deshidratare, contracarat prin ingerarea apei concomitent cu eliminarea srurilor prin branhii.

29

Hiperosmotice (hipertonice): petii de ap dulce i mamiferele acvatice care au lichidele corporale cu o concentraie mai ridicat dect mediul extern. Preiau electroliii i elimin surplusul din ap prin urin.

Adaptri ecologice ale animalelor la deshidratare: ngroarea straturilor cornoase ale pielii; alungirea pasajelor nazale ce determin reducerea pierderilor de ap prin respiraie; substane de excreie foarte concentrate (de exemplu la psri i reptile); producerea de ap metabolic prin arderea grsimilor, de exemplu la cmil. Un alt exemplu interesant este obolanul cangur (Dipodomys deserti) care triete n Deertul Sonora, Deertul Mojave i Valea Morii din California. Este activ mai mult noaptea. Nu bea niciodat ap. Necesarul de ap i-l asigur pe mai multe ci: prin organe speciale din interiorul nasului care i permit s absoarb umiditatea atmosferic, prin producerea unei urini foarte concentrate, ca urmare a eficienei rinichilor i prin producere de ap metabolic.

T. A. 2.3.

1. Plantele hidrofile: a) nu necesit ap, b) triesc n ap, c) triesc n zone umede

2. Care sunt formele de ap din sol accesibile plantelor?

3. Care sunt adaptrile animalelor la viaa de deert?

2.3.4. Aerul ca factor ecologic

Influeneaz viaa organismelor prin compoziia chimic i prin micrile maselor de aer. Compoziia aerului atmosferic

Atmosfera reprezint un amestec de gaze, n principal azot i oxigen n care se afl n suspensie diferite particule solide i lichide de origini diferite, denumite aerosoli.

Oxigenul, cel mai important gaz, din prisma respiraiei aerobe, se gsete, n aerul atmosferic, n proporie de 20,95%. Aceast concentraie este meninut relativ constant prin producerea continu de oxigen n procesul de fotosintez i prin consum n procesele oxidative. Fitoplanctonul ct i plantele terestre, n special pdurile tropicale, constituie adevrate uzine productoare de oxigen. Oxigenul astfel produs rennoiete zilnic rezervele din atmosfera terestr, care se menin n limitele optime pentru respiraia plantelor i a animalelor. Pe drept cuvnt, pdurea ecuatorial este considerat "plmnul Terrei" (Toma, 2009).

Se impune remarcat faptul c, un hectar de pdure produce de 50 de ori mai mult oxigen dect unul ocupat cu plante agricole. Reducerea suprafeelor mpdurite la care se mai adaug i inhibarea fotosintezei fitoplanctonului prin poluarea apelor cu substane toxice contribuie substanial la scderea rezervei de oxigen att de necesar vieii.

Dioxidul de carbon se gsete ntr-o concentraie relativ constant de 0,03-0,04%. Reprezint principala surs de carbon necesar n hrana organismelor autotrofe foto- i chimio-sintetizatoare. Principalele surse de CO2 sunt: arderea combustibililor, respiraia aerob a organismelor, descompunerea substanelor organice de ctre organismele anaerobe, transformarea bicarbonailor n carbonai la nivelul mrilor i oceanelor, izvoare minerale suprasaturat, emanaii vulcanice, mofetele.

CO2 reprezint unul dintre principalele gaze cu efect de ser. n momentul de fa, acumularea excesiv a CO2 n aerul atmosferic accentueaz "efectul de ser", cu consecine ecologice majore la nivel planetar. Acesta poate fi prevenit cu ajutorul plantelor. Calculele specialitilor arat c anual, la nivel global este

30

fixat, n procesul de fotosintez, o cantitate de 174 miliarde tone de CO2 (17,4 x 10

10 t), din care 19 miliarde de tone (1,9 x 10

10 t) de ctre plantele de uscat, iar restul de plantele acvatice din mri, oceane i ruri. Prin asimilarea unei tone de carbon, n procesul de fotosintez, sunt degajate n aerul atmosferic 2,7 tone de O2, astfel c anual plantele verzi elibereaz n mediul extern 460 miliarde de tone de O2 (4,6 x 10

10 t), care reprezint unica surs natural de O2 de pe planet (Toma,

2006).

Deplasarea maselor de aer. Rolul important al vntului ca factor ecologic este cel de transport. Determin evoluia condiiilor climatice prin deplasarea norilor rcirea sau nclzirea unei anumite regiuni. Asupra organismelor exercit efecte benefice dar i negative.

Efectele pozitive:

- polenizarea plantelor. Plantele ce se polenizeaz cu ajutorul vntului se numesc anemofile. Reprezint aproximativ o treime dintre plantele productoare de polen. Adaptarea florilor la polenizarea anemofil constau n producerea de cantiti mari de polen capabil de a rmne aeropurtat pentru un timp ndelungat; lipsa unei coloraii atrgtoare, a mirosului i nectarului. Exemplu speciile din familia Poaceae, plantele palustre ca trestia i papura, precum i numeroi arbori: bradul, fagul, stejarul, nucul, alunul, salcia, plopul;

- rspndirea fructelor i a seminelor, fenomen numit anemochorie. n acest caz, fructele sau seminele sunt mici, uoare, prevzute cu diferite structuri specializate (bractei, papus)

- rspndirea microorganismelor, a animalelor mici - reglarea temperaturii corpului prin intensificarea transpiraiei - faciliteaz comunicarea olfactiv ntre animale.

Efecte negative:

- doborturi de arbori - extinderea atacurilor de microorganisme patogene aeropurtate

- pierderea apei din sol prin evaporare

- rspndirea seminelor de buruieni n ecosistemele agricole.

2.3.5. Factorii pedologici

Solul reprezint formaiunea natural cea mai recent de la suprafaa litosferei. Este alctuit dintr-o succesiune de straturi, care s-au format i se formeaz permanent prin transformarea rocilor i a materialelor organice, sub aciunea conjugat a factorilor fizici, chimici i biologici, n zona de contact a atmosferei cu litosfera.

Solul, prin nsuirea de fertilitate, este capabil s ntrein viaa plantelor. Fertilitatea reprezint capacitatea solului de a pune la dispoziia plantelor, n mod continuu i simultan apa i srurile minerale (Dumitrescu i colab. 1992). Solul acioneaz ca factor ecologic prin proprietile fizice, chimice. La acestea se adaug i influena complexului biologic al solului ce include microorganismele din rizosfer, ciupercile, edafonul.

31

Plantele i nsuirile solului

Reacia ecologic a plantelor fa de proprietile fizice ale solului

Ca factor ecologic, influeneaz organismele prin proprieti fizice, chimice i biologice. n funcie de preferinele fa de anumite proprieti fizice ale solului se ntlnesc mai multe grupe de plante, printre care:

pfihrofite care triesc pe soluri reci i umede. psamofite care triesc pe nisipuri (gr. psammos = nisip i philos =iubitor). Adaptrile

ecologice le permit s suporte mobilitatea stratului i deficitul de umiditate (determinat de permeabilitatea mare a nisipului).

rupicole care triesc pe stncrii, coaste, versani abrupi

Reacia ecologic a plantelor fa de proprietile chimice ale solului

Chimismul solului acioneaz prin reacia solului, coninutul n elemente biogene i prin regimul de sruri. Reacia solului (pH-ul) poate constitui un factor limitant pentru plante. Limitele de toleran a pH-ului sunt pentru majoritatea plantelor cuprinse ntre pH 3 i pH 9. n funcie de capacitatea de a suporta variaii mari ale pH-ului, speciile vegetale pot fi:

euriionice (cu valen ecologic larg), care sunt indiferente la valorile pH. stenoionice (cu valen ecologic restrns) care pot fi acidofile, de exemplu cartoful i

secara, care cresc la pH-ul 6, neutrofile, de exemplu grul, care crete la pH-ul 7 i bazofile, de exemplu orzul i lucerna, care cresc la pH-ul 8.

pH-ul acid este ntlnit n general pe solurile silicioase, iar plantele se numesc silicofile; datorit slabei nitrificri plantele de exemplu coniferele i ericaceele au micorize ectotrofe i endotrofe, iar plantele insectivore i suplimenteaz nutriia cu insecte.

pH-ul alcalin este ntlnit n general pe solurile calcaroase, iar plantele se numesc calcifile (Adonis vernalis, Salvia nutans, Artemisia austriaca); solurile calcaroase au o

solubilitate sczut a metalelor grele i o activitate foarte ridicat de nitrificare i fixatoare de azot.

Coninutul de elemente biogene Solul conine elemente chimice eseniale pentru creterea i dezvoltarea

organismelor. n literatura de specialitate aceste elemente sunt numite biogene, bioelemente sau nutrieni i grupate n macroelemente (necesare organismelor n cantiti mari), de exemplu fosforul (P), azotul (N2), potasiul (K), sulful (S), calciul (Ca), magneziul (Mg), fierul (Fe), i n microelemente (necesare organismelor n cantiti mici), de exemplu: borul (B), zincul (Zn), cuprul (Cu), manganul (Mn), clorul (Cl), cobaltul (Co). Acioneaz ca factori limitativi. Pentru plantele de cultur, Fiziologia vegetal, Agrochimia i Nutriia plantelor studiaz, printre altele, n detaliu rolul acestor elemente, simptomele excesului sau insuficienei lor.

Plantele cu cerine speciale pentru anumite elemente se pot gsi grupat pe anumite tipuri de sol, indicnd, n acest fel, i caracteristicile acestuia. De exemplu pe solurile bogate n azot cresc plantele nitrofile (urzica - Urtica dioica, spanacul slbatic - Chenopodium album, zmeurul - Rubus idaeus).

Constituie factor limitativ n creterea i dezvoltarea organismelor. Regimul de sruri, respectiv concentraia de sruri minerale din sol poate constitui de

asemenea un factor ecologic limitant n rspndirea plantelor. n funcie de concentraia de sruri, solurile pot fi:

- normale, cu o concentraie de 2-5 n soluia solului i de pn la 10 n sol; - salinizate, cu o concentraie de sruri superioare acestor valori.

32

Solurile salinizate pot fi:

- solone, cu sruri alcaline (tip Na2CO3), lipsite de sruri la suprafa, situate numai la adncime, de culoare cenuie; - solonceac, cu sruri neutre (tip NaCl, CaCl2), cu sruri la suprafa, de culoare alb.

Toxicitatea srurilor variaz n funcie de natura cationului i anionului acestora. Dac se consider toxicitatea srurilor de Na2SO4 i MgSO4 egal cu 1, atunci cea a NaCl i MgCl2 este de 2-3 (Contoman i Filipov, 2007). Toxicitatea cationilor din soluia solului crete n ordinea Ca2+, Na+, Mg2+ (mai multe detalii, n cap. V, salinitatea solului n ecosistemul agricol)

n funcie de tolerana la salinitate, plantele pot fi: - glicofile, care cresc pe soluri normale;

- halofile, care cresc pe soluri salinizate.

Plantele halofile pot fi:

- obligatorii, care cresc numai pe soluri salinizate;

- facultative, care pot crete i pe alte soluri, dei prefer solurile salinizate. Dup gradul de toleran la salinitate, plantele halofile pot fi:

- halofile de srturi puternice (Sueda maritima, Salicornia herbacea); - halofile de srturi moderate (Puccinellia distans, Plantago maritima); - halofile de srturi slabe (Matricaria chamomilla).

2.3.6. Factorii orografici

Factorii orografici sunt reprezentai de altitudine, expoziia, nclinarea i configuraia terenului. Ei manifest o aciune indirect asupra plantelor, realizat prin modificarea factorilor climatici i edafici.

Altitudinea influeneaz temperatura, umiditatea, vntul i luminozitatea. De exemplu, o dat cu creterea altitudinii temperatura scade i umiditatea crete, ceea ce determin procesele de levigare i podzolire n sol. Rezultatul este etajarea vegetaiei n funcie de altitudine.

Expoziia influeneaz temperatura i umiditatea aerului. Astfel, pe pantele sudice temperatura este ridicat i umiditatea este sczut; aceasta va determina o vegetaie termofil i xerofil. Pe pantele nordice, temperatura este mai cobort i umiditatea este mai ridicat; aceasta va determina o vegetaie mezofil. n zona de dealuri, zonarea culturilor se va realiza n funcie de aceste condiii. Astfel, pe pantele cu expoziie sudic se vor cultiva vii i livezi, pe cnd pe pantele cu expoziie nordic se vor menine pajiti naturale i pduri.

nclinarea pantei influeneaz att factorii climatici cum sunt insolaia i umiditatea, ct i factorii edafici. Astfel, cu ct nclinaia este mai mare, cu att insolaia este mai puternic, iar capacitatea de reinere a apei i acumularea substanelor organice n sol este mai redus, n timp ce o parte din sol este splat. Un rol deosebit n nlturarea acestor efecte l are vegetaia lemnoas, care reduce insolaia, fixeaz solul i l ferete de eroziune. Despduririle masive ce s-au realizat pe unii versani de munte i de deal au dus la puternice alunecri de teren i fenomene de eroziune.

33

2.3.7. Ali factori ecologici

Focul. Foarte des ntlnit n step, savan, tundra, taiga, pduri de pin, pduri de eucalipt. ca factor ecologic influeneaz structura, dinamica i succesiunea biocenozelor afectate. Incendiile modific condiiile ecologice ale mediului i elimin numeroase specii vegetale i animale. Efectele benefice ale focului legate de creterea fertilitii solului sunt constituie un subiect controversat.

Adaptri ecologice la plante: Unele specii lemnoase sunt adaptate pentru a rezista la foc prin coninut mare de ap n esuturi sau esut suberificat bogat: salcia (Salix alba), stejarul de plut (Quercus suber), baobabul (Adansonia digitata). Plantele ierboase s-au adaptat prin rezisten sub form de muguri (geofite), rezisten sub form de semine (terofite) sau prin capacitate de regenerare a rdcinilor.

Adaptri la animale: de regul animalele se feresc de foc prin prsirea habitatelor. O curiozitate o prezint insectele pirofile, asupra crora focul are efect benefic. De exemplu Melanophila

acuminata (fig. 2.12.) se nmulete numai n arborii dobori de incendii. Prezint capacitatea de a detecta fumul de la distane foarte mari. Din acest motiv, senzorii insectei constituie obiect de studiu pentru numeroi cercettori, n cadrul unei tiine n