Partea I NOTIUNI DE ECOLOGIE GENERAL

Universitatea de tiine Agronomice i Medicin Veterinar, Bucureti

Facultatea de Inginerie Economic n Agricultur, Anul II

Ecologie general i protecia mediuluiCorneci Diana Mihaela

Definiia i obiectul ecologiei

Ecologia este definit ca tiina relaiilor dintre organismele vii i mediul lor de via de pe diferite nivele supraindividuale, numite ecosisteme.

Ca tiin fundamental, ecologia face parte din cadrul tiinelor biologice, care studiaz fiinele vii de pe planeta Pmnt. Spre deosebire ns de celelalte tiine biologice, care studiaz fiinele vii la diferite niveluri sub-individuale i individuale de organizare (macromolecule, celule, organe, indivizi), n afara mediului lor sau ntr-un mediu teoretic, ecologia studiaz nivelurile supraindividuale: populaii, biocenoze i biosfer, integrate n mediul lor de via.

Ecologia este tiina economiei naturii, a producerii, circulaiei, distribuiei i degradrii materie organice vii, n condiiile interaciunii permanente a vieii cu mediul su, pe toate nivelele de organizare.

Termenul de ecologie deriv din grecescul oikos = cas, gospodrie i logos = descriere, vorbire i a fost utilizat pentru prima dat de biologul Ernst Haeckel, n 1866.

Punctul de vedere ecologic const deci n evidenierea interaciunilor ntre diferitele sisteme vii supraindividuale cu alte sisteme biologice i cu componentele mediului, fiind esenial diferit de cel morfologic, anatomic sau fiziologic.

Ca tiin aplicativ, ecologia pune la dispoziia societii umane cunotinele teoretice i practice necesare pentru amenajarea i exploatarea raional a ecosistemelor i a resurselor rennoibile ale ecosferei.

Ecologia general sau ecologia teoretic studiaz raporturile generale dintre materia vie i mediul su.

Mediul nconjurtor reprezint ansamblul tuturor elementelor materiale din Univers care influeneaz viaa unui organism individual sau a unei colectiviti de organisme. Componentele mediului care influeneaz organismele vii se numesc factori de mediu sau factori ecologici, ntruct ei intr n relaii cu organismele, prin aciunea crora pot fi modificai.

Ecologia ca tiin

Ecologia ca tiin a interaciunii organismelor cu mediul lor geografic studiaz numai un sector restrns al mediului nconjurtor i anume, cel al interaciunilor din cadrul lumii vii , care la nivelul planetei alctuiete biosfera.Lumea vie, la scara planetei Pmnt are o arhitectur complex, cu numeroase niveluri de organizare i integrare. Nivelul fundamental de organizare a lumii vii este reprezentat de individul organic, adic de organismul individual.

Ecologia ca tiin nu studiaz n mod special organizarea individului i nici nivelurile sale inferioare: organe, esuturi, celule, molecule, etc., ci nivelurile ei superioare de organizare: populaii, biocenoze, biosfer (sisteme biologice ale planetei: ecosisteme).

Ecologia populaiilor este acea parte a ecologiei care studiaz raporturile dintre populaiile de microorganisme, plante i animale, cu mediul nconjurtor.

Populaia, ca nivel supraindividual de organizare este o colectivitate de organisme din aceeai specie ce ocup un fragment bine definit al mediului numit biotop (de la grecescul bios = via i topos = loc). Totalitatea arborilor din aceeai specie (de ex.: molid, brad, fag, stejar, etc.) dintr-un arboret alctuiesc populaia.

Ecologia biocenozelor este acea parte a ecologiei care studiaz comunitile sau colectivitile de populaii, cunoscute sub numele de biocenoze (de la grecescul bios = via i koinoein = n comun).

Biocenoza este o comunitate de plante, animale i microorganisme care ocup un biotop, exploateaz resursele sale i transform condiiile de existen din biotop. De exemplu, n cazul pdurii, totalitatea populaiilor de arbori, arbuti, plante erbacee, microorganisme alctuiesc biocenoza forestier, care la rndul ei poate fi subdivizat n fitocenoz totalitatea populaiilor de plante, zoocenoz - totalitatea populaiilor de animale i microcenoz totalitatea populaiilor de microorganisme.

Ecologia ecosistemelor este o biologie a acestor nivele de organizare a materiei vii.

ECOSFERA

Definiie. Alctuire.

Ecosfera a fost definit pentru prima dat de ctre Commoner (1972) ca totalitatea ecosistemelor de pe Pmnt, fiind cel mai larg sistem de organizare a materiei vii de pe planeta noastr. Noiunea include att biosfera sistemul cel mai larg de organizare a materiei vii, ct i domeniul ei de existen, in care intr: scoara de dezagregare, toat hidrosfera i o mare parte din atmosfera terestr (vezi tab.3). Ecosfera are ca unitile funcionale elementare ecosistemele.

Structura fundamental a ecosferei

Ecosfera se compune din dou categorii de sisteme materiale:

sisteme anorganice (nevii);

sisteme biologice (vii)Sistemele anorganice (nevii) ale ecosferei sunt: rocile (aparinnd litosferei), apa (aparinnd hidrosferei), aerul (aparinnd atmosferei) i energia radiant (component de origine cosmic).

Sistemele biologice (vii) ale ecosferei sunt cele care alctuiesc biosfera propriu-zis :

virusuri sisteme biologice cu structuri necelulare,

bacteriile - sisteme biologice celulare primitive,

ciupercile - plante inferioare heterotrofe,

plantele verzi, fotositetizante i

animalele, consumatoare de substan organic primar.

Tabelul 3

ECOSFERA

Definiie: Sistem biogeochimic , integrat n structura Terrei i n sistemul solar;

Sistem integral, heterogen, format prin transformarea i evoluia substanei i energiei, la nivelul planetei Pmnt.

Formare: prin interaciunea dintre materia din scoara terestr i Cosmos, realizat prin:

asimilare de energie din Cosmos;

acceptare de materie din Cosmos;

informaie - ca factor de ordonare a haosului molecular.

Limite:Superioar:

La 10 km deasupra nivelului mrii (nivelul 0)Inferioar:

n oceane: 11 km;

n solurile continentale: cca. - 4 km.

Alctuire:

Sisteme anorganice: Roci: Litosfer;

Ap: Hidrosfer;

Energie radiant: din CosmosSisteme organice:

Virusuri necelulare; Bacterii celule primitive; Ciuperci plante inferioare; Plante verzi fotosintetizatoare; Animale consumatori de materie organic primitiv.

Limita superioar a ecosferei coincide cu limita superioar a troposferei, aflat la cca. 10 12 km deasupra nivelului mrii, iar limita inferioar este la 11 km n oceane i cca. 4 km sub nivelul mrii, n soclurile continentale.

Solul este considerat un component al ecosferei, de origine mixt, produs al interaciunii dintre componentele sale de origine organic i anorganic.

Densitatea substanei vii descrete de la ecuator la poli, de la nivelul mrii spre nlimile munilor i spre abisurile oceanelor, de la nivelul solului spre adncimile lui.

Ecosfera este un sistem biogeochimic, care a rezultat ca urmare a interaciunii materiei din scoara terestr cu cosmosul. Aceast interaciune a constat pe de o parte din asimilarea energiei cosmice, iar pe de alt parte prin acceptarea materiei cosmice provenit din cderea asteroizilor.

Structura material a ecosferei

Dup N. Botnariuc, ecosfera este un sistem heterogen, format din 7 tipuri de materie [1]:

materia vie - organismele individuale, ca sisteme biologice fundamentale, cu funcii biogeochimice, reprezentnd cca. 0,001% din masa scoarei terestre, compus din: fitomas i zoomas (cca. 2429x109 t); materie organic moart (necromasa) netransformat nc de ctre descompuntori (bacterii), estimat la cca. 11 060x109t, sub form de : humus, geopolimeri i unele roci biogene (petrol, crbuni); materia inert concentrat n cele trei geosfere: litosfer, hidrosfer, atmosfer; materia bioinert sisteme bioinerte formate din amestec de materie vie i materie moart (sol, ml, scoar de eroziune, ape freatice, etc.); materia radioactiv fondul natural i artificial de izotopi radioactivi din ecosfer; atomi liberi ce apar n scoara terestr, sub form de zcminte de metale native (n stare pur); pulberea cosmic ce cade din cosmos (n cantitate anual de cca. 1,1x104t). Materia vie se compune din atomi ai acelorai elemente chimice ce formeaz scoara terestr, formnd sisteme vii (biomas), numite sisteme de oxigen, formate predominant din oxigen, carbon, hidrogen i azot (98 %), restul de 2% fiind ocupat de microelemente.

Materia vie se compune din organisme individuale care sunt sisteme biologice fundamentale , ndeplinind anumite funcii biogeochimice. Cantitatea de materie vie din ecosfer formeaz biomasa, estimat cantitativ la cca. 2429 x 109 tone. Biomasa reprezint numai 0,001% din masa scoarei terestre i se compune din fitomas i zoomas.

Materia vie este alctuit din atomi ai acelorai elemente chimice ca i scoara terestr. Sistemele vii sunt sisteme de oxigen, formate din oxigen i macroelemente pe baz de carbon, hidrogen i azot. Macroelementele biogene formeaz 98% din biomas, restul revenind microelementelor. Materia vie este alctuit din anumii izotopi ai elementelor chimice: carbon, oxigen, hidrogen i azot.

Organismele vii au capacitatea de a acumula selectiv anumii izotopi, concentrnd de regul izotopii uori.

Materia organic moart, sau necromasa se afl n ecosfer datorit incapacitii bacteriilor de a o descompune n ritmul n care este produs materia vie, fiind estimat la cca. 11.060 x 109 t, n cantitate mai mare dect biomasa total.

Din materia organic moart a rezultat humusul, geopolimerii i unele roci biogene ca petrolul i crbunii. Materia inert este concentrat n cele trei geosfere: litosfera, atmosfera i hidrosfera.

Litosfera este substratul chimic al vieii, rezervorul de materie din care se alimenteaz procesele biochimice.

Hidrosfera este alctuit din totalitatea apei planetei, sub toate formele de agregare i are ca funcie vehicularea atomilor hidrogen i de oxigen de la o regiune la alta, de la un biotop la altul.

Atmosfera, prin ptura sa inferioar troposfera este un sistem de oxigen i azot care face posibil viaa organismelor aerobe.

Materia bioinert este concentrat n special n sol, scoara de eroziune, ape freatice, etc., care sunt sisteme bioinerte alctuite dintr-un amestec de materie moart i materie vie.

Materia radioactiv este reprezentat de fondul natural i artificial de izotopi radioactivi din ecosfer.

Atomii liberi dispersai sunt cei care apar n scoara terestr, sub form de zcminte de metale native (n stare pur).

Pulberea cosmic ce cade n decursul unui an la nivelul globului terestru se ridic la cca. 1,1 x 104 t.

n ultima jumtate de secol a aprut n ecosfer un nou tip de materie organic, produs al industriei chimice: pesticidele - substane policiclice, organo-clorurate care perturb procesele fizico- chimice i biochimice din ecosfer.

Structura funcional a ecosfereiFuncionarea ecosferei este asigurat prin:

nevoia de hran a organismelor vii, care se asigur prin lanul trofic (tab.4); principalele cicluri biogeochimice. Categorii trofice

(lanul trofic) Procese fundamentale de

transformare a materiei

1. Productori primari plante autotrofe;

2. Consumatori primari fitofage (animale ierbivore);

3. Consumatori secundari organisme animale carnivore, ce se hrnesc cu ierbivore;

4. Descompuntori (bacterii, ciuperci) organisme ce se hrnesc cu materie organic moart, pe care o descompun n elementele componente materie mineral.

Sinteza materiei organice primare:

- organismele vegetale transform srurile minerale (din sol)+ O2/ CO2 (din aer) + energie (solar), prin fotosintez n mas vegetal (materie organic primar);

Procese de ingestie:

consumarea materiei organice primare de ctre ierbivore i carnivore (consumatori primari, secundari i teriari);

Procese de mineralizare descompunerea materiilor organice, n elementele minerale componente i nchiderea circuitului materiei.

Tabelul 4

Fiind un sistem integral, sistemele sale componente interacioneaz, iar ecosfera, la rndul ei interacioneaz cu celelalte geosfere terestre: atmosfera, hidrosfera i litosfera.

Toate aceste interaciuni constau n circulaia materiei i energiei, avnd ca rezultat evoluia materiei i a diferitelor forme de energie.

Fig. 1 Circuitul materiei i energiei n ecosfer, dup R. Barbault (1990);

Componenii biosferei dreptunghiuri; componenii mediului - cercuri; fluxuri de energie linie ntrerupt; fluxuri de substane minerale linie simpl continu; fluxuri de substane organice linie dubl continu;Radiaia solar este sursa de energie care favorizeaz circuitul materiei pe Pmnt.Circuitul principalelor elemente materiale n ecosfer

2.5.1. Circuitul carbonului

Carbonul este un element deosebit de important din punct de vedere ecologic deoarece: intr n structura tuturor moleculelor organice i are un rol energetic foarte important prin reactivitatea lui mare. Combustibilii fosili, principala surs de energie pentru nevoile omului pn n prezent sunt compui ai carbonului. Bioxidul de carbon din atmosfer are rolul de ecran care oprete radiaia termic, infraroie, determinnd aa-numitul efect de ser, cu consecine duntoare asupra climatului planetei.

CO2-ul din atmosfer este transformat n procesul de fotosintez al plantelor (asimilaie clorofilian) n compui organici (lipide, glucide pariale), care apoi servesc ca hran pentru animale. De la acestea, prin procesele de respiraie, fermentaie i arderi se ntoarce n atmosfer, nchiznd circuitul pe parcursul cruia concentraia sa este relativ constant.

La meninerea constant a cantitii de CO2 din atmosfer contribuie att consumatorii ct i descompuntorii care elimin CO2 i ap.

Sistemul sol plante atmosfer are capacitatea de atenuare a influenelor produse de ctre activitile omului, prin arderi industriale. Astfel, tendina de cretere a concentraiei CO2 n atmosfer este reglat prin procesul de conexiune invers negativ, prin creterea cantitii de CO2 consumat n procesul de fotosintez a plantelor i prin creterea cantitii de CO2 dizolvat n ap. De aici CO2-ul se combin cu carbonaii i formeaz bicarbonai care se depun n sol sub form de sedimente. O alt cale de scoatere a carbonului din circuit este depunerea lui sub form de combustibili fosili.

Circuitul azotului n ecosferAzotul este un component esenial al substanelor proteice, aminoacizilor, acizilor nucleici, etc., al crui circuit biogeochimic este cel mai complicat.

In atmosfer azotul ocup 78% din volum, reprezentnd 80% din totalul existent pe Pmnt. Restul de 20% se afl n humus, n biomasa organismelor vii i n sedimente de origine animal sau mineral.

Dup N. Botnariuc i A. Videanu (1982), circuitul azotului se poate mpri n dou sub-cicluri: primul care cuprinde fixarea azotului atmosferic i astfel ntr n circuit, urmat de denitrificare, prin care o parte a azotului fixat iniial se ntoarce n atmosfer; al doilea sub-circuit const n mineralizarea compuilor organici cu azot i biosinteza compuilor organici azotai. In viaa ecosistemelor terestre, azotul atmosferic este fixat n principal prin intermediul unor bacterii care triesc n rdcinile leguminoaselor.

Utilizarea ngrmintelor azotoase n cultura plantelor este o cale de mrire a cantitii de azot intrat n circuitul biogeochimic.

Eliberarea azotului din biocompui este determinat tot de bacterii, aerobe sau anaerobe. O parte din azotul eliberat se degaj n atmosfer sub form de NH3 sau N molecular, iar o parte, sub form de azotai (nitrai) poate fi utilizat din nou de ctre plante.

Faza a doua a sub-ciclului const n utilizarea, de ctre plante, a azotului din azotai pentru sinteza substanelor organice azotoase.

Bilanul general al azotului n biosfer este pozitiv, ntruct, cu unele excepii, cum ar fi unele scurgeri de azot din circuit, prin denitrificare i depozitarea unei pri din substana organic mult azotoas n sedimente i scoaterea ei din circuit, se fixeaz mai mult azot dect se pierde. Omul intervine substanial n circuitul azotului n biosfer prin extinderea culturii plantelor leguminoase i n acest sens, prin creterea cantitii de ngrminte azotoase utilizate, precum i prin realizarea dirijat a simbiozei dintre unele plante de cultur i bacterii fixatoare de azot.

Circuitul fosforului n ecosferFosforul este elementul chimic care intr n compoziia acizilor nucleici i joac rolul de stocare i transmitere a informaiei genetice. El intr de asemenea n compoziia fosfoproteinelor, fosfolipidelor i a scheletului vertebratelor, sub form de fosfat de calciu, iar n seminele plantelor se afl sub form de fitin.

Fosforul joac un rol esenial n procesele metabolice, n fotosintez i n procesele de transfer energetic, att la plante ct i la animale. Sursa principal de fosfor o constituie rocile fosfatice ca: apatita, fosforitele, depozitele de guano, oasele scheletelor de animale, etc. Circuitul fosforului n natur este legat de circuitul apei, deoarece acest element nu are compui gazoi.

Din rocile eruptive i sedimentare, prin dezagregare i alterare chimic fosforul este preluat de apele de precipitaii, ajunge n ruri, mri, oceane i se depune n rocile sedimentare continentale sau marine. Pe acest circuit geochimic se grefeaz circuitele biologice.

O parte din fosfor este preluat de plante, apoi prin acestea trece la animale, de unde, prin activitatea descompuntorilor: bacterii, ciuperci este eliberat, reintrnd n circuit sau depozitndu-se sub form de compui insolubili. Aceste pierderi ar limita producia vegetal dac nu ar fi compensate prin utilizarea de ctre om a ngrmintelor fosfatice. Omul introduce anual 5-6 milioane tone de P mineral sub form de ngrminte fosfatice, la care se adaug fosforul din detergeni, deeuri organice, etc. Acestea ajung n unele ape stttoare (lacuri) unde, alturi de azot determin dezvoltarea exploziv a algelor, dereglnd echilibrul biocenozelor acvatice respective.

Circuitul calciului n ecosferCalciu are un rol important n realizarea structurilor de susinere ale vertebratelor i n creterea unor vegetale.

Circuitul calciului este tipic sedimentar, asemntor cu al fosforului, urmnd, n general circuitul apei. Calciu se gsete n cantiti imense n scoara terestr, sub form de calcit, aragonit, ghips, cret, carbonai i este prezent i n apele naturale sub form de carbonai i bicarbonai solubili.

Carbonaii de calciu sunt n general dizolvai de apele de precipitaii de unde sunt transportai n lacuri, ruri, mri i oceane.

Vegetaia preia o cantitate mare de calciu din sol i o depoziteaz n esuturi, mai ales cele perene. De aici o parte este redat solului prin litier.

In zonele de step i silvostep, cu precipitaii mai reduse se produce o acumulare a calciului n sol. In mediul acvatic, circuitul calciului depinde de raportul dintre carbonai i bicarbonai.

CaCO3 + H2CO3 Ca(HCO3)2In cazul unor ape cu pH acid (< 7), datorit unor concentraii mari de CO2 n ap i n condiiile unor temperaturi mai sczute, echilibrul reaciei se deplaseaz ctre dreapta. In caz contrar, la concentraii mici de CO2 (pH mare), acesta fiind consumat de ctre fitoplancton n procesul de fotosintez i n prezena unor temperaturi ridicate, reacia se deplaseaz ctre stnga. Reintrarea n circuit a calciului depus n apele oceanelor sub form de carbonai insolubili se face lent, prin procese de orogenez.

Circuitul sulfului n ecosfer

Sulful intr n structura materiei vii n anumii aminoacizi, vitamine, etc. n exces, devine toxic pentru animale i plante. Circuitul acestui element se face ntre cele dou rezervoare: litosfera, unde se gsete n compoziia unor minerale (sulfuri, sulfai), a combustibililor fosili (crbuni, petrol), ct i n detritusul organic i atmosfera, unde apare sub form de SO2 gazos, de provenien industrial, din arderea combustibililor fosili, din erupii vulcanice i unele procese biologice.

SO2-ul din aer se combin cu apa i formeaz acid sulfuric, cade pe pmnt sub forma ploilor acide, iar de aici, n prezena cationilor se poate transforma n sulfai. Sub aciunea factorilor biologici, sulfaii solubili sunt absorbii de plante i incorporai n aminoacizi i alte substane proteice. Din plante, sulful ajunge n organismul animalelor, cu hrana (lanul trofic).

Prin moartea plantelor i animalelor, sulful din masa organic se transform n sulfuri i apoi n sulf elementar. Urmeaz transformarea n sulfai, prin intermediul bacteriilor sulfo-oxidante, care pot fi absorbii de plante sau splai se ape. n unele ecosisteme acvatice, formarea H2S duce la blocarea dezvoltrii vieii.

Influena omului asupra circuitului sulfului n ecosfer este evident.

Astfel, din totalul intrrilor de sulf din atmosfer, de 550 x 106 t, 150 x 106 t sunt sub form de SC2 i H2S rezultate din arderile industriale, la care se mai adaug sulful provenit din industria chimic, minerit, descompunerea anaerob a substanelor organice din lacuri, etc.

Circuitul apei n ecosfer

Apa este elementul esenial, indispensabil vieii. Este constituentul major al materiei vii, unde poate reprezenta cca. 80 90 % din greutatea organismelor vii. Se gsete n atmosfer, hidrosfer i litosfer sub toate cele trei stri de agregare: lichid, solid i gazoas. Apele ce formeaz hidrosfera acoper peste din suprafaa Pmntului ( cca. 363 x 106 km2 din totalul de 510 x 106 km2 ). Oceanele conin 97 % din cantitatea de ap din ecosfer. Circuitul apei are la baz cantitatea de vapori din atmosfer, provenit din evaporarea apei din mri i oceane (hidrosfer). Aceasta revin la sol, prin rcire i condensare, sub form de precipitaii. La nivelul solului, apa se scurge la suprafa sau se infiltreaz n sol, se evapor sau este absorbit de ctre plante i apoi este eliminar prin transpiraie. Un hectar de pdure evapor prin transpiraie cca. 20 30 t ap pe zi.

Factorii ecologici

Elementele componente ale ecosferei, organice sau anorganice joac rolul de factori ecologici, n raport cu organismele sau comunitile de organisme ale biosferei. Factorii ecologici acioneaz asupra organismelor vii fie prin eliminarea unor specii din teritorii unde exigenele lor ecologice nu sunt satisfcute, fie influennd densitatea populaiilor, fie prin favorizarea apariiei unor modificri cantitative sau calitative de adaptare.

In raport cu natura componentelor ecosferei, factorii ecologici se clasific n trei mari grupe(vezi tab. 5):

abiotici (orografici, climatici, edafici);

biotici (vegetali, animali);

antropici (societatea uman).

Clasificarea factorilor ecologici

Tabelul 5

Factori abiotici

Factori bioticiFactori antropici

-Factorii ografici:

- roci

- forme de relief - Factori climatici:

- clima cldur,

vnt

Factori edafici:

troficitate,

umiditate,

cldur,

aerisire.

Vegetali: - flora;

Animali:

- fauna;

-societatea uman

Aciunea factorilor ecologici asupra biosferei (fig.2) este definit de legea aciunii combinate, conform creia, factorii ecologici acioneaz simultan i combinat, printr-o rezultant comun. De fiecare dat ns, din ansamblul tuturor factorilor ecologici, unul devine determinant, avnd o influen preponderent asupra speciilor i biocenozei n ansamblu. Spre exemplu, n deerturi i stepe, factorul limitativ este apa, pe cnd n zonele boreale i polare, cldura.

Fig. 2 Relaia dintre organismele vii i componentele mediului ca factori ecologici

O rezultant a aciunii factorilor ecologici climatici este chiar clima (condiionat de factorii climatici: cldur, precipitaii, regimul eolian).

ECOSISTEMUL

Definiie i structur

Ecosistemul este o subdiviziune a ecosferei cu autonomie fa de sistemele vecine, ce integreaz, la nivel local, ntr-un tot unitar viaa i mediul ei.

Ecosistemul este unitatea funcional de transformare a substanei i energiei, dintr-un fragment dat al ecosferei.

Un ecosistem este un sistem alctuit din dou subsisteme principale (tab.6) :

biocenoza (ansamblul organismelor vii, plante i animale),

biotopul (componentele anorganioce),

legate indisolubil. Biotopul determin structura ecosistemului, exercitnd o selecie a speciilor pe care le integreaz.

Natura i ntinderea ecosistemelor este variabil. Limita dintre ecosisteme poate fi net (ex.: limita dintre o pajite i o pdure) , sau poate fi treptat, prin intermediul unei zone de tranziie, numite ecoton.

Tabelul 6

ECOSISTEM

BIOCENOZBIOTOP

Totalitatea organismelor vii de plante i animale dintr-un ecosistem.Componenii anorganici ai ecosistemului: mediul fizic al biocenozei.

Factori ecologici de natur:

geologic,

geomorfologic (orografic),

climatic,

edafic.

Funciile ecosistemuluiEcosistemul se caracterizeaz prin trei funcii principale, ce rezult din interaciunea ntre componentele sale principale: biocenoza i biotopul:

Funcia energetic, constnd n captarea energiei solare, de ctre productorii primari, prelucrarea ei n procesul de fotosintez, apoi transferul ctre consumatori, sub form de materie organic. Ecosistemele pot fi considerate centrale energetice care efectueaz un lucru mecanic n biosfer, pe baza schimbului de energie cu mediul.

Funcia energetic a ecosistemului se desfoar conform principiilor termodinamicii:

principiul conservrii energiei: intrrile de energie sunt egale cu ieirile;

principiul degradrii energiei, conform cruia, m orice proces energetic, o parte din energie se degradeaz i se pierde sub form de cldur; de aceea eficiena energetic a ecosistemelor este mai mic dect 100%. Urmare acestui fenomen, ecosistemele tind s creasc intrrile de energie i eficiena lor energetic.

In ecosistemele naturale, sursele de energie principale sunt:

energia electromagnetic a radiaiei solare;

energia chimic a diferitelor substane.

Energia primit de la soare este de cca. 1,94 cal/m2/min i se compune din 10% radiaii ultraviolete (l= 0,10,4 m); 45% radiaii vizibile (l= 0,40,7 m) i 45% radiaii infraroii (l= 0,710 m). Radiaiile vizibile (albastr i roie) au rol esenial n procesul de fotosintez. Cantitatea de energie primit de la soare depinde de urmtorii factori:

zona geografic;

expunerea solar a locului;

nebulozitatea atmosferic.

Energia asimilat de ctre plantele verzi productorii primari de biomas, prin procesul de fotosintez se numete producia primar brut de energie i se utilizeaz astfel:

energie folosit de plant pentru: sinteze organice, n procesele metabolice proprii; pentru micare, etc., exteriorizate prin respiraie;

energie acumulat sub form de substan organic n esuturile i celulele plantelor verzi, denumit producie primar net, din care:

- o parte rmas sub form de biomas a plantelor vii;

- o parte este redat circuitului biogeochimic ( ex.: iarb uscat ca hran pentru ierbivore, etc.).

Producia secundar de energie a ecosistemului const din energia acumulat n biomasa animalelor prin consumul de hran, sub form de plante verzi (producie primar), din care:

o parte se consum pentru desfurarea proceselor metabolice, micare, producie de cldur, ale consumatorilor secundari i teriari (ierbivore, carnivore), exteriorizat prin respiraie;

o parte este stocat n legturile chimice ale substanelor organice ce alctuiesc biomasa proprie (muchi, snge, etc.).

Ca ordin de mrime, biomasa animal din mediul terestru reprezint cca. 1% din biomasa vegetal i este repartizat astfel:

9095% nevertebrate;

510% vertebrate.

Funcia de circulaie a materiei, ntre diferite nivele ale lanului trofic se realizeaz prin hran ( vezi fig. 1 i tab.7).

Tabelul 7

Circulaia materiei n ecosisteme: prin lanuri trofice

La nivel molecularLa nivel macroscopic

E T A P E

I. Producerea de materie organic prin fotosintez;II. Transferul materiei organice n corpul organismelor heterotrofe (virusuri, bacterii, ciuperci)

III. Descompunerea materiei organice n materie anorganic.

Funcia de autoreglare a strii ecosistemului se regleaz prin autocontrol, pentru a avea stabilitate n structura i funcionarea lor. Stabilitatea numeric este vital pentru supravieuirea ecosistemului deoarece energia i hrana sunt disponibile n cantiti limitate.

Funcia de autoreglare realizeaz o stare de echilibru ntre populaiile componente ale ecosistemului, prin diferenieri funcionale ntre specii, astfel nct s nu se produc explozii numerice ale indivizilor unor populaii, care s conduc la epuizarea resurselor de hran. In consecin, relaiile trofice din cadrul ecosistemului reprezint principalul mecanism de autocontrol i de asigurare a stabilitii.

Stabilitatea unei biocenoze crete cu creterea complexitii sale.

Intr-o biocenoz complex fiecare specie este supus unui control multiplu. In acest sens, exist numeroase nie ecologice, restrnse ca ntindere, n aa fel nct dispariia unui component s nu afecteze sensibil ecosistemul. In biocenoze nu exist explozii ale populaiilor de duntori.

Clasificarea ecosistemelor

Dup cum s-a artat, ecologia este tiina care studiaz viaa la nivel supraindividual, organizat n ecosisteme.

Dup mrime, ecosistemele se clasific n urmtoarele tipuri:

3.2.1. Populaii , formate din grupuri de indivizi ai aceleiai specii, ce ocup un biotop, avnd ca principalele caracteristici existena unui fond genetic propriu i posibilitatea de a se reproduce;

3.2.2. Comuniti, reprezentnd biocenoze restrnse n timp i spaiu, alctuite din mai multe populaii (Ex.: o pdure, o mlatin, etc.);3.2.3. Biomuri sunt marile biocenoze terestre, constituite din grupri ecologice formate n raport cu un anumit mediu ambiant. Biomurile se ntind pe o suprafa terestr relativ mare, aflndu-se sub controlul microclimatului zonei respective.

Dintre componentele biocenozelor, fitocenoza este principalul criteriu de difereniere a ecosistemelor planetei. In acest sens, biomurile corespund urmtoarelor mari ecosisteme terestre , (vezi fig.3) :

- Tundra n regiunile polare;

- Ecosistemele montane;

- Pdurile (ecuatoriale, tropicale, subtropicale, temperate, de conifere, boreale);

- Ecosistemele erbacee ( savane, stepe);

- Deerturile;

- Comunitile marine.

3.3.4. Comuniti majoritare, cum sunt:

- mediul terestru;

- mediul de ap dulce;

- mediul marin.

. 3 Repartiia biomurilor n raport cu latitudinea i cu altitudinea

Legile evoluiei comunitilor ecologice

Legile fundamentale ale meninerii vieii se refer la:

reciclarea materiei i economia de energie.

In ceea ce privete reciclarea materiei, aceasta are loc continuu, ntre cele dou componente ale ecosistemelor: biotop i biocenoz, putnd continua la infinit.

Fluxul de energie este univoc, de la soare (principala surs de energie pe Terra), prin vieuitoarele ce populeaz biosfera.

Activitatea vieuitoarelor este dependent de o surs de energie, care pentru cele autotrofe energia solar direct, iar pentru cele heterotrofe sunt substanele biochimice (ex.: glucidele), care sunt o form indirect a energiei solare.

In conformitate cu principiul al II-lea al termodinamicii, randamentul transformrii, de ctre celulele vii, a energiei primit de la soare este de cca. 80%, mult mai mare dect al celei mai performante maini termice construite de om. In consecin, o parte din energia primit de ecosisteme se pierde, prin degradare, ne mai fiind capabil s se transforme n lucru mecanic. Cantitatea de energie astfel pierdut se numete entropie (S). Conform aceluiai principiu al termodinamicii, toate sistemele evolueaz ntr-o direcie univoc i tind spre o stare de echilibru, caracterizat printr-un maxim de entropie.

Semnificaia fizic a creterii entropiei ecosistemelor este concretizat prin evoluia acestora spre o organizare biologic din ce n ce mai mare. Economia de energie ecologic se exprim prin economia metabolismului comunitar, avnd n vedere c dup procesul de fotosintez a materiei organice, de ctre plantele verzi, urmeaz o serie de procese biochimice, din ce n ce mai complexe.

Aceasta presupune ca plantele s nu putrezeasc, ci s fie consumate de ctre ierbivore, care la rndul lor s constituie hran pentru carnivore, care, devenind materie organic nevie, dup ncetarea ciclului lor vital s fie transformate n substan mineral, de ctre microorganismele de descompuntori.

Schematiznd legturile alimentare dintre diferitele grupe de organisme se ajunge la lanul trofic, n care, nutriia organismelor situate la un nivel determinat depinde de cele situate n aval. Din legturile trofice ale ecosistemelor rezult c relaiile energetice dintre elementele biotopului sunt univoce, n sensul:

autotrofe consumatoare descompuntoare

astfel nct schema scurgerii de energie n ecosistem corespunde ntotdeauna unui model termodinamic deschis.

Intre factorii abiotici (biotop) i organismele vii (biocenoz) aparinnd unui ecosistem exist o interaciune continu, nsoit de o circulaie permanent de materie, sub form de substane minerale i organice.

Existena, n fiecare comunitate, a fiinelor vii, al cror metabolism este complementar (productori, consumatori, descompuntori) permite reciclarea continu a principalelor elemente indispensabile celulelor vii, prin intermediul lanului trofic, n cadrul ciclurilor biogeochimice. Aceste cicluri ale materiei, constnd n esen, n circulaia alternativ a elementelor chimice ntre mediul anorganic i cel organic confer biosferei o putere de autoreglare considerabil.

O2

Fotosintez

Vegetale

Ierbivore

Carnivore

Descompuntori

Sruri

minerale

Materie

organic

CO2

Respiraie

FAUN

FLOR

Habitat

Nutriie mineral

Pedogenez

Habitat

Temperatur, umiditate

Temperatur, umiditate

Transpiraie

CLIMAT

SOL

Evaporare

Precipitaii

21