Ecologie si Protectia Mediului

ECOLOGIE {I PROTEC}IA MEDIULUI

ECOLOGIE

SI

PROTECTIA MEDIULUISUPORT DE STUDIU AGRICULTURACap.Continutul

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIIIECOLOGIA SI ECOLOGIA AGRICOLA1.1. Ecologia ca stiinta biologica - definitie, obiect de studiu, istoric

1.2. Ecologia agricola - definitie; istoric; continut

1.2.1. Agricultura ecologica; biologica; biodinamica

1.2.2. Agricultura durabila

1.2.3. Agricultura moderna

ECOSISTEMUL2.1. Teoria generala a sistemelor

2.2. Caracteristicile sistemelor biologice

2.3. Conceptul de ecosistem

2.4. Biotopul

2.5. Biocenoza

2.6. Structura ecosistemului

2.7. Functiile ecosistemului

2.8. Dinamica ecosistemului

2.9. Tipuri de ecosisteme naturale

ORGANISMELE SI MEDIUL DE VIATA3.1. Nisa ecologica

3.2. Factorii de mediu

3.3. Principalii factori abiotici si biotici

ECOSISTEMUL AGRICOL

4.1. Definitie

4.2. Biotopul agricol

4.3. Biocenoza agricola

4.4. Functiile ecosistemului agricol

4.5. Originea si evolutia ecosistemului agricol

4.6. Clasificarea ecosistemelor agricole

4.7. Productivitatea ecosistemelor agricole

ECOSISTEMUL AGRICOL SI ALIMENTATIA OMULUI5.1. Necesitatile alimentare actuale ale omului

5.2. Resursele alimentare ale omenirii si producerea de bunuri alimentare

5.3. Cerinte si posibilitati de imbunatatire a nivelului de alimentatie a omului.

ACTIUNEA NEGATIVA A OMULUI IN ECOSISTEME6.1. Distrugerea fitocenozei

6.2. Degradarea solului si reducerea fertilitatii sale

6.3. Distrugerea zoocenozei

6.4. Introducerea daunatorilor

6.5. Poluarea mediului ambiant

6.6. Mediile de poluare

6.7. Principalii poluanti ai mediului

6.8. Prevenirea si combaterea poluarii in ecosisteme

GOSPODARIREA RESURSELOR NATURALE

7.1. Principii ecologice de gospodarire a resurselor naturale si de protectie a mediului ambiant

7.2. Utilizarea optima a resurselor naturale din ecosisteme

7.3. Conservarea resurselor genetice

PROTECTIA MEDIULUI8.1. Protectia mediului ambiant in lume

8.2. Protectia mediului ambiant in tara noastra

MODULUL I

ECOLOGIA

SI ECOLOGIA AGRICOLA1.1 Ecologia1.1.1 Concepte si definitii

Ecologia este o ramura a biologiei care s-a dezvoltat ca stiinta a vietii, studiind structura, relatiile si legile functionarii invelisului viu al Pamntului.

Cuvtul ecologie deriva de la cuvintele grecesti "oikos", "oikia" = casa, gospodarie si "logos" = stiinta, vorbire, studiu.

Etimologic ( ecologia este stiinta care se ocupa cu studiul mediului si a modului in care vietuitoarele traiesc in el.

Ecologia este stiinta care studiaza legile interactiunii organismelor cu mediul lor de viata.

Ecologia presupune:

studierea conditiilor de viata ale plantelor si animalelor;

a relatiilor dintre vietuitoare, dintre acestea si mediu;

a relatiilor dintre om si natura.

Charles Darwin ( existenta principiului interactiunii in lumea vie

( in lucrarea "Originea speciilor" din 1859 introduce si explica conceptul de "lupta pentru existenta".

Aceasta nu este altceva dect totalitatea relatiilor intraspecifice si interspecifice.

Exemplul clasic folosit de Ch. Darwin se refera la trifoiul rosu pentru samnta din Anglia.

trifoi rosu ( bondari ( soareci ( pisici.

Obiectul de studiu al ecologiei il formeaza deci interrelatiile dintre organisme si dintre acestea si mediul lor fizic.

Interactiunile dintre organisme si dintre acestea cu materia nevie sunt consecintele unei legitati generale a materiei interactiunea permanenta si universala a sistemelor si proceselor materiale.

Aceasta interactiune intre mediul viu si neviu nu este intmplatoare, ea persista si se dezvolta de cnd exista materia vie, determinnd aparitia unei legi generale a relatiilor organismelor: legea unitatii organismelor cu mediul lor.

( materia care alcatuieste att substanta vie ct si nevie este formata din aceleasi elemente chimice.

Interactiunea organism-mediu genereaza o paleta larga de probleme;

( schimbarile numerice in materia vie;

( schimbarile productivitatii biologice;

( schimbari ale calitatii, sanatatii mediului.

Datorita acestor implicatii, obiectivele ecologiei s-au largit, fiind o stiinta a vietii, stiinta care interpreteaza biosfera, stiinta a supravietuirii.

In esenta, interactiunile dintre organisme si dintre acestea si mediul lor conditioneaza supravietuirea organismelor, printre care se afla si omul, ca parte integranta a materiei vii.

Omul este angrenat permanent intr-un proces de interactiune cu materia vie si nevie, actionnd ca un factor ce modifica puternic legaturile dintre organisme si mediul lor.

In ultimul timp, datorita administrarii gresite a mediului de catre om, precum si datorita cresterii populatiei umane, productivitatea biologica a globului este in pericol de a nu realiza un standard de viata adecvat intregii populatii. Astfel, omul este pus in fata unei crize ecologice.

Din aceste motive ecologiei ii revine si rolul de a combate ignoranta ecologica, de a-l invata pe om regulile dupa care trebuie sa se desfasoare relatiile lui cu natura vie si nevie si de a-l orienta spre cunoasterea factorilor de care depinde refacerea resurselor naturale.

Desi cercetarile de ecologie au radacini mai vechi, cuvntul ecologie a fost introdus prima data de biologul german Ernst Haeckel (1866), care a inteles prin el "studiul tuturor relatiilor dintre animale si mediul lor organic si anorganic". Mai trziu, in aceasta definitie s-au inglobat si relatiile plantelor.

De la Haeckel si pna in prezent, definitia ecologiei a cunoscut o anumita evolutie, insa se pot distinge doua categorii de definitii:

( una referitoare la relatiile organismelor cu mediul lor;

( alta, la relatiile sistemelor supraindividuale cu mediul lor ambiant.

Din prima categorie fac parte definitiile date de: Ch. Elton (1927), Nikolski (1955), Mac Fadyen (1957), Lamotte (1971), Krebs (1972), R. Dajoz (1970); iar din a II-a, definitiile elaborate de: E. Odum (1966, 1971), M. Ghiliarov (1973), B. Stugren (1975), N. Botnariuc si V. Vadineanu (1982).

1.1.2 IstoricDesi intemeiata de un zoolog, in primele decenii ale existentei sale ecologia a fost dezvoltata in special de botanisti.

In 1877 K. Mbius introduce notiunea de biocenoza, pe baza studiilor asupra unui banc de stridii, apoi Schrter pe cele de autecologie (1896) si sinecologie (1902).

In 1896, botanistul danez E. Warming a reintrodus termenul de ecologie, care aproape fusese uitat.

In 1905, F.E. Clements fundamenteaza din punct de vedere teoretic si practic unele metode de cercetare cantitativa in ecologia vegetala.

F. Dahl introduce in 1908 notiunea de habitat, studiind conditiile de viata ale unui grup de arahnide.

In 1910, Johnson descrie notiunea de nisa ecologica, iar in 1911 V. Shelford introduce metode fiziologice de cercetare pentru fundamentarea repartitiei geografice a animalelor si formuleaza "Legea tolerantei".

In 1916, apoi in 1930, F.E. Clements a introdus conceptele de climax si specie indicatoare, descifrnd in parte mecanismele succesiunii ecosistemelor din stadiul de pionierat pna la stadiul de maturitate ecologica.

In 1927 Ch. Elton, prin lucrarea "Ecologia animala" pune bazele ecologiei trofice, descrind in termeni cantitativi piramida trofica, iar in 1928 R. Chapman formuleaza conceptul de rezistenta a mediului.

In 1935 A.G. Tansley elaboreaza si introduce in ecologie conceptul de ecosistem.

In 1940 Ch. Juday cerceteaza bugetul energetic al lacului Mendota (S.U.A.), fundamentnd conceptul de structurare energetica a ecosistemului.

In 1942 R.L. Lindeman publica lucrarea "Aspectul trofo-dinamic al ecologiei" in care sintetizeaza cercetarile sale cu privire la fluxul de energie in lacul Cedar-Bog (S.U.A.) si raporturile energetice intre nivelurile trofice, fundamentnd conceptia trofo-energetica in ecologie.

Dupa 1964, odata cu Programul Biologic International, initiat de UNESCO, ecologia a pasit in etapa integrarii si modelarii pe calculator. Se folosesc frecvent programele de prognoza si avertizare mai ales pentru evolutia daunatorilor si parazitilor, pentru rezolvarea unor probleme trofo-energetice sau demografice etc.

Studiile globale si regionale din ultimul timp au dus la conturarea a doua idei de baza ale ecologiei:

a. - Pamntul este un sistem cu dimensiuni si resurse materiale limitate si de aceea fiecare tara sau regiune de pe glob depinde de celelalte printr-un sistem integrator de interactiuni;

b. - Cu toata emanciparea sa materiala si spirituala, omul ramne, din punct de vedere biologic, un component al biosferei si nu un stapn al acesteia.

Avnd in vedere aceste probleme, numeroase organisme si organizatii regionale sau mondiale au elaborat programe concrete privind gospodarirea resurselor mediului si protectia acestuia.

Dezvoltarea ecologiei in tara noastraCercetarea ecologica organizata in tara noastra incepe cu Grigore Antipa (1867-1944), fost elev si asistent al lui E. Haeckel la Universitatea din Jena. El a studiat Delta Dunarii, lunca inundabila si sectorul nord-vestic al Marii Negre sub aspect ecologic, identificnd principalii factori care pot influenta pozitiv sau negativ productia de peste. In acest fel, Gr. Antipa a realizat o legatura strnsa intre cercetarea fundamentala si cea aplicativa, contribuind la conturarea teoriei productivitatii biologice. Pe baza studiilor sale, la vremea respectiva s-au stabilit masurile concrete de exploatare rationala a Deltei Dunarii.

Lui Grigore Antipa ii revine si meritul de a fi organizat pe principii ecologice Muzeul de Istorie Naturala din Bucuresti care-i poarta numele. Toate vietuitoarele sunt prezentate in diorame, adica in biotopul si biocenoza de care apartin.

In aceeasi perioada Ion Borcea initiaza studiul ecologic al litoralului romnesc al Marii Neagre.

Traditia ecologica fondata de Gr. Antipa este continuata de M. Bacescu, pentru ecologia Marii Negre si N. Botnariuc, pentru ecologia unor balti, lacuri din lunca inundabila a Dunarii inferioare.

Emil Racovita imbogateste cunostintele ecologice prin contributiile sale la cunoasterea conditiilor de viata din Antarctica (1900-1903) si din mediul subteran (1907-1929). El intemeiaza o noua ramura a ecologiei, biospeologia, care a fost continuata de elevii sai C. Motas si Tr. Orghidan.

In perioada interbelica se pun bazele dezvoltarii cercetarilor de ecologie vegetala. Astfel, ecologia plantelor a fost initiata de I. Prodan si Al. Borza, creatori ai scolii romnesti de geobotanica, iar ultimul si fondator al Gradinii Botanice din Cluj-Napoca.

La Bucuresti, Tr. Savulescu si P. Enculescu au abordat unele aspecte privind interactiunile dintre plantele terestre si ciuperci (fungi).

Primele cercetari privind ecologia animalelor terestre la noi in tara au fost facute de A. Popovici-Biznosanu, cel care introduce in ecologie notiunea de bioskena.

Gh. Ionescu-Sisesti a studiat relatia dintre buruieni si plantele cultivate, a pledat pentru echilibrul dintre ecosistemele naturale forestiere si cele agricole, in scopul conservarii solului si vegetatiei.

Ulterior cercetarile au continuat pentru abordarea unor teme interdisciplinare de mare anvergura pentru economia nationala, ca: zonarea ecologica a plantelor (1960), vegetatia pajistilor din tara noastra, resursele funciare praticole s.a.

1.1.3 Relatiile ecologiei cu alte stiinte

Ecologia, ca disciplina de sinteza, face parte din ramurile fundamentale ale biologiei, avnd multe legaturi interdisciplinare in cadrul stiintelor biologice (taxonomia, morfologia, fiziologia plantelor etc.). Rezolvnd problemele ei, ecologia a contribuit si contribuie la o dezvoltare calitativ superioara a acestor stiinte, facilitnd o mai buna intelegere a diverselor probleme ale acestora.

De asemenea, ecologia are legaturi strnse cu fitotehnia, cultura pajistilor, pedologia, zootehnia, silvicultura, geografia etc., discipline ce-si dezvolta problematica pe baza principiilor generale ale ecologiei.

In rezolvarea problematicii ei variate, ecologia apeleaza la unele legi sau metode ale altor discipline, nebiologice, cum ar fi: matematica, statistica, fizica, chimia, informatica etc.

In etapa actuala asistam la ecologizarea multor stiinte biologice de baza, dar numai ecologia a devenit baza teoretica a atitudinii si a activitatii omului in natura.

1.2 Ecologia agricola1.2.1 Concept, definitie, continut, istoric

Ecologia agricola este una din ramurile tinere ale ecologiei contemporane si cea mai importanta pentru omenire.

Ca disciplina stiintifica, Ecologia agricola a fost intemeiata de italianul Girolamo Azzi, care in 1920 in raportul Comisiei de Cercetari prezentat la Academia Italiei, spunea ca: Aceasta ramura a stiintei (n.n. ecologia) care poate pretinde sa aiba o existenta proprie in domeniul biologiei, prezinta un caracter si scopuri pur stiintifice, deoarece studiaza planta ca un organism ce creste in mediul ce-l inconjoara. Aceasta ramura a stiintei poate avea o importanta practica mare cnd studiaza plantele cultivate de om pentru trebuintele sale. In acest caz ea devine Ecologia agricola".

Asadar, anul 1920 este considerat anul de nastere al Ecologiei agricole".

In 1929 G. Azzi infiinteaza in Argentina prima catedra de "Ecologie agricola" la Facultatea din Buenos Aires. Ulterior a fost invitat sa tina conferinte sau cursuri in diverse tari, printre care si Romnia.

Wolfgang Tischler (1985), arata ca Ecologia agricola este "partea ecologiei care se ocupa cu cercetarea corelatiilor din terenurile agricole. Ea cerceteaza, inainte de toate, repercusiunile biologice ale activitatii oamenilor si conduce, prin aceasta, la o sinteza a aspectelor botanice, zoologice si fitopatologice". In lucrarile sale, W. Tischler prezinta structura si dinamica vietuitoarelor dintr-un teren agricol si influenta lor asupra productivitatii plantelor de cultura.

In 1987, I. Puia si V. Soran definesc Ecologia agricola ca ramura ecologiei generale care se ocupa cu studiul multilateral, indeosebi din punct de vedere productiv, al influentelor exercitate de factorii de mediu asupra plantelor de cultura si animalelor domestice, precum si de cercetarea ecosistemelor agricole".In ultimul timp Ecologia agricola si-a largit foarte mult aria de cuprindere, fiind necesara examinarea continutului notiunilor de agricultura si agronomie.Agricultura deriva de la cuvintele latinesti ager, agri - pamnt, ogor si cultura, culturae - cultura, cultivare si poate fi definita ca o indeletnicire de baza a omenirii pentru cultivarea pamntului. O trasatura importanta a agriculturii consta in faptul ca productia agricola este legata nu numai de procese economice, ci si de procese naturale, inct in dezvoltarea ei trebuie sa se tina cont si de legile naturii.

Agricultura ocupa si in prezent un loc aparte in productia mondiala. Daca ne referim la resursele funciare, sesizam ca pe glob din 13,6 miliarde ha, 8,6 miliarde ha (62 %) sunt terenuri agricole, iar din acestea circa 1,3 miliarde ha (15 %) utilizate ca arabil.

In tara noastra din circa 23,8 milioane ha, 14,8 mil. ha sunt terenuri agricole (62 %), din care 9,4 mil ha (63 %) folosite ca arabil.

Agricultura constituie o activitate sociala fundamentala de care depinde satisfacerea cerintelor alimentare ale omenirii, mereu in crestere.

Agronomia deriva de la cuvintele grecesti agros ogor; nomos lege si cuprinde un complex de stiinte pe care se bazeaza productia agricola. Cu alte cuvinte agronomia este stiinta care sintetizeaza cunostintele stiintifice despre cultivarea plantelor, cresterea animalelor si gospodarirea agroecosistemelor (I. Puia, V. Soran 1987). Ea s-a constituit ca sistem stiintific dupa consolidarea stiintelor fundamentale ale naturii: chimia, biologia, fizica etc.

Agronomia cuprinde mai multe grupe de stiinte:

- stiinte biologice: pedologia, botanica, fiziologia, biochimia, agrotehnica, fitotehnia, legumicultura, pomicultura, viticultura etc.;

- stiinte mecanico-tehnice: masini agricole, constructii si instalatii agricole, motoare;

- stiinte ce se ocupa de imbunatatirea solurilor: irigatii, desecari, drenaje, combaterea eroziunii etc.;

- stiinte economico-organizatorice: organizarea teritoriului, planificarea, economia agrara, statistica, management, marketing, consultanta agricola;

- stiinte care se ocupa cu: prelucrarea, pastrarea si conservarea produselor agricole.

Intemeietorul agronomiei in tara noastra este socotit Ion Ionescu de la Brad, iar contributii insemnate la dezvoltarea ei si-au adus ulterior, numerosi oameni de stiinta.

Tema:

Care este obiectul de studiu si care este istoricul dezvoltarii Ecologiei ca stiinta?1.3 Agricultura ecologicaConceptul de agricultura ecologica nu este suficient de bine conturat si nu exista in lume o definitie unanim acceptata. In literatura de specialitate se intlnesc si alte notiuni cu continut mai mult sau mai putin asemanator, cum ar fi: agricultura biologica (C. Tilbert 1977, P. Papacostea 1981); agricultura biodinamica (H. Koepf 1981); agricultura durabila (Rap. Mendow, 1972) etc.

Agricultura ecologica poate fi definita ca fiind sistemul agricol in care se promoveaza o cultivare a pamntului prin mijloace capabile sa mentina un echilibru intre agroecosisteme si mediul ambiant.

Agricultura ecologica, spre deosebire de cea industrializata se bazeaza pe o stimulare a proceselor naturale ciclice, care:

( sa mentina sau sa mareasca fertilitatea solului si sa asigure un control corespunzator al bolilor si daunatorilor, cu cheltuieli minime de energie si resurse, dar cu mentinerea productiei la un nivel optim.

Agricultura ecologica este cea in care se va identifica cu mare precizie vocatia fiecarui teritoriu si va avea, in acest fel, posibilitatea de a-l gospodari cu maxima eficienta.

Agricultura ecologica presupune:

( o folosire mai intensa a relatiilor din natura

( o utilizare rationala si inteligenta a tuturor mijloacelor de productie de la terenul agricol, masini, , la soiuri, hibrizi, rase, inct sa se asigure conservarea integritatii biosferei si realizarea de produse nepoluate (ecologice).

Agricultura ecologica se bazeaza pe multiple coordonate, dintre care amintim:

1. executarea de lucrari de imbunatatiri funciare pentru obtinerea fertilitatii maxime a solului;

2. utilizarea in proportii corespunzatoare a ingrasamintelor chimice (cu macro si microelemente) si a celor organice;

3. refacerea ciclurilor biogeochimice a principalelor elemente nutritive;

4. exportul masiv de substanta organica este echilibrat in mare parte sub forma de fertilizanti organici;

5. utilizarea de fertilizanti chimici, de regula greu solubili, numai in cantitati necesare pentru completarea celor organici;

6. cultivarea acelor plante pentru care vocatia teritoriului este dovedita;

7. imbinarea echilibrata a ecosistemelor agricole cu cele naturale;

8. folosirea rotatiei culturilor (asolamente de 4-8 ani);

9. combaterea bolilor si daunatorilor prin lupta integrata (relatii de concurenta, pradatorism sau parazitism, interactiuni hormonale etc);

10. stabilitatea ramurilor de productie rezultata din diversificarea si necesitatea reala de aprovizionare;

11. inglobarea solelor in agroecosisteme ierarhizate, care sa permita productia in flux continuu;

12. cresterea simultana, in cadrul aceluiasi ecosistem, a plantelor si a animalelor;

13. organizarea de unitati zootehnice de dimensiuni optime, care sa utilizeze furajele produse pe suprafetele proprii;

14. consum ct mai redus de energie tehnologica provenita din combustibili fosili;

15. utilizarea mecanismelor biologice si a interrelatiilor dintre speciile din ecosistemele agricole in stimularea productivitatii (culturi mixte, asociate, rotatii etc.);

16. folosirea de soiuri, hibrizi, rase cu stabilitate ecologica mare, provenite din genofondul local;

17. efecte negative de durata asupra mediului, reduse la minimum (poluare chimica foarte mica, conservarea fertilitatii, protectia contra eroziunii, protejarea genofondului spontan);

18. utilizarea tehnicii si stiintei dintre cele mai noi in sporirea productivitatii, in asigurarea unei calitati optime produselor realizate si in protectia mediului;

19. utilizarea maxima a fortei de munca umana;

20. promovarea conceptiei integratoare despre relatia om-natura.

1.4 Agricultura biologicaEste un mod de productie bazat pe activitatea biologica din sol, in care nu se utilizeaza produsi chimici de sinteza. Este o interventie globala care implica nu numai productia vegetala si animala, ci ferma in ansamblu ca organism viu, avnd multiple interactiuni cu mediul sau natural si socio-economic.

A produce in agricultura biologica, este de asemenea modalitatea de a actiona rational in perspectiva de a administra ecosistemul in mod autonom si durabil" (Tom Harding vicepresedinte IFOAM Conferinta de la Rio de Janeiro, 1992).

Agrobiologistii acorda intretinerii solului o atentie cu totul particulara deoarece ei considera ca de echilibrul acestui mediu viu si complex depind plantele, animalele si oamenii. Deviza lor este de a cultiva pamntul si nu de a-l exploata.

Ca si medicii naturalisti, ei preconizeaza terapii preventive si deci o buna stare fiziologica a organismelor vii care intareste capacitatea lor de rezistenta contra agresorilor externi.

Planta si animalul, ca si omul, sunt in contact permanent cu agentii patogeni, dar boala se declanseaza mai usor daca organismul este putin rezistent. Este deci primordial de a dezvolta vitalitatea si rezistenta naturala a plantelor si animalelor. Daca masurile de prevenire nu sunt suficiente, se recurge la tratamente cu produse naturale.

Federatia internationala a miscarilor de agricultura biologica (IFOAM) a precizat intr-un program-cadru principalele obiective ale agriculturii biologice:

de a produce produse agricole de inalta calitate nutritiva in cantitati suficiente;

de a lucra in acord cu ecosistemele naturale mai curnd dect a cauta sa le domine;

de a promova si diversifica ciclurile biologice in interiorul sistemelor agrare, respectnd microorganismele, flora si fauna din soluri, din culturi si sisteme de crestere a animalelor;

de a mentine si ameliora fertilitatea solurilor pe termen lung;

de a utiliza pe ct posibil resursele naturale si neregenerabile de la nivel local;

de a organiza sisteme agricole in concordanta cu materia organica si elementele nutritive din sol;

de a oferi conditii de viata animalelor din crescatorii care sa le permita sa-si exteriorizeze comportamentul specific;

de a evita toate formele de poluare ce ar putea rezulta din practicarea agriculturii;

de a mentine diversitatea genetica din sistemele agrare si din mediul lor ambiant, intelegnd protejarea plantelor si animalelor salbatice (genofondul spontan);

de a permite agricultorilor o justa remuneratie si o satisfactie a muncii lor si de a le da un mediu de munca sigur si sanatos;

de a tine cont de impactul tehnicilor de cultura asupra mediului si asupra societatii.

Metodele de agricultura biologica sunt fondate pe intretinerea vietuitoarelor din sol, cu precadere microflora si microfauna, datorita unor rotatii culturale lungi si variate, tehnicilor adaptate, precum si pe mentinerea unui continut in materie organica ridicat.

( O buna cunoastere a solului prin observatii si analize este indispensabila. Agricultorul trebuie sa dispuna de indicatii precise asupra bogatiei lui in elemente fertilizante si asupra starii biologice pentru a putea efectua corectiile necesare.In agricultura biologica sunt privilegiate sistemele de productie diversificate, fondate de preferinta pe policultura-cresterea animalelor, utilizarea de rase locale si de varietati rezistente la boli si daunatori. Culturile furajere destinate alimentatiei animalelor se introduc in rotatii echilibrate, iar dejectiile animalelor sunt necesare elaborarii unei fertilizari economice si de calitate.

Aceste metode de cultura sunt mai complexe dect cele din agricultura clasica, deoarece nu exista un raspuns simplu si unic la fiecare problema exacta.

Fiecare exploatatie agricola constituie un sistem complex care cere solutii adaptate.

In cadrul acestei agriculturi deosebim diverse curente dintre care unele au tenta mai mult filosofica dect biologica, cum ar fi: agricultura biodinamica; agricultura macrobiotica, organica, regenerativa, naturalista etc.

Agricultura biodinamica se bazeaza pe teoria antroposofiei. Lucrarile agricole sunt realizate tinnd cont de pozitiile planetelor si ale constelatiilor astronomice, unele fata de altele.

De exemplu, daca se fac semanaturi in timpul unei eclipse, se constata de cele mai multe ori modificari profunde in talia plantelor, ritmul de crestere, calitate slaba a materialului semincer.

Pentru compostarea ingrasamintelor de ferma se utilizeaza preparate din diferite plante (coada soricelului, musetel, papadie, urzica vie, valeriana etc.). Exemplu: plantele de musetel introduse in intestin subtire de bovina, se ingroapa in sol si se tin pna primavara. Preparatul da solului sanatate, iar ingrasamntului ii confera o stabilitate mai mare pentru azot. In lupta antiparazitara se folosesc decocturi de plante si chiar (la arborii fructiferi) preparate pe baza de argile.

1.5 Agricultura durabilaAcest concept a fost introdus in ultimele doua decenii ale Mileniului II, in paralel cu notiunea mai larga de dezvoltare durabila, cunoscnd in acest interval o dezvoltare lenta.

O agricultura durabila este aceea care, pe termen lung, amelioreaza calitatea mediului si protejeaza baza de resurse de care ea depinde (sol, apa, atmosfera, organisme vii), furnizndu-i omului alimentele si unele materii prime necesare; este cea viabila din punct de vedere economic si care sporeste calitatea vietii pentru agricultor si pentru societate in ansamblul sau.

Comparativ cu alte forme ale agriculturii moderne, agricultura durabila este mai putin bazata pe practici energo-intensive, utilizeaza mai putine pesticide si ingrasaminte chimice, este o agricultura mai putin generatoare de deseuri nereciclabile prin activitatile sale. Ea implica pentru agricultori o educatie ecologica solida si o buna cunoastere a metodelor de conservare a mediului.

Agricultura durabila trebuie sa asigure in acelasi timp un rezultat economic care sa-l multumeasca pe agricultor si o ameliorare a mediului. Ea vrea sa genereze mentinerea sau cresterea potentialului de productie a terenului pentru generatiile viitoare.

Agricultura biologica sub diversele sale forme (organica, biodinamica, naturalista, regenerativa etc.) poate fi considerata ca apartinnd agriculturii durabile.

Principalele componente ale sistemelor de agricultura durabila sunt:

- rotatia si asocierile plantelor cultivate;

- lucrarea normala a solului (lucrari superficiale numai la unele culturi din rotatii);

- reducerea utilizarii erbicidelor;

- fertilizarea: cu ingrasaminte organice; ingrasaminte chimice functie de necesitatile culturii, pe fenofaze; ingrasaminte verzi;

- protectia plantelor: prin rotatie, lucrarile solului, soiuri rezistente, culturi asociate etc;

- folosirea rationala a resurselor materiale disponibile etc.

1.6 Agricultura moderna sau intensiv-industrialaAceasta, prin utilizarea pe scara larga a mecanizarii si chimizarii, prin introducerea in cultura a noi genotipuri, prin concentrarea si specializarea productiei a adus contributii insemnate la rezolvarea problemei productivitatii.

Dar, in acelasi timp, agricultura moderna pune in fata societatii si unele probleme deosebit de grave, unele neajunsuri care au fost sesizate si in agricultura traditionala, ca: defrisarea padurilor, eroziunea solului, irigarea nestiintifica, pasunatul nerational, care in anumite regiuni ale globului s-au accentuat. La acestea s-au adaugat si alte fenomene nedorite, cum ar fi: acidifierea solurilor prin folosirea anumitor tipuri de ingrasaminte cu azot, poluarea apelor subterane cu nitrati, poluarea solului si a alimentelor prin utilizarea in exces a pesticidelor, scaderea fertilitatii solurilor datorita activitatii biologice reduse a microflorei acestora, salinizarea secundara a unor intinse suprafete de teren. De asemenea, trebuie subliniata aici separarea ce a fost impusa de acest tip de agricultura dintre terenul arabil, pasune si cresterea animalelor. Chiar daca aceasta separare a avut multe efecte pozitive in privinta cresterii productiei si productivitatii, in marile complexe zootehnice s-au constatat si numeroase consecinte negative, cum ar fi: poluarea datorita cantitatilor mari de dejectii, declansarea de epidemii si boli specifice crescatoriilor industriale, dar mai ales mari dezechilibre intre resursele proprii de furaje si necesarul de animale ce poate fi crescut, cu consecinte negative asupra mediului si infrastructurilor economice.

In sinteza, principalele aspecte ale agriculturii moderne, intensiv-industriala, se prezinta astfel:

specializarea, dezvoltarea unilaterala a unor anumite ecosisteme agricole, in functie de rentabilitatea economica imediata si numai pentru producerea de alimente;

fluctuatia ramurilor de productie;

aportul redus al ciclurilor biogeochimice in asigurarea fertilitatii solului;

export masiv de substanta organica, fara import de fertilizanti organici;

utilizarea de fertilizanti chimici usor solubili in cantitati mari;

organizarea de unitati zootehnice mari, ce importa furaje si elibereaza mari cantitati de deseuri poluante;

consum mare de energie tehnologica provenita din combustibili fosili;

utilizarea unor mijloace tehnologice din afara ecosistemelor agricole pentru stimularea productivitatii;

soiuri, hibrizi, rase cu productivitate momentana maxima, dar cu rezistenta ecologica redusa;

scaderea performantelor biologice prin nutritie dezechilibrata;

neglijarea relatiilor alelopatice;

combaterea bolilor si daunatorilor prin tratamente chimice excesive;

efecte negative de durata asupra mediului ambiant: poluare chimica accentuata, scaderea fertilitatii solurilor, eroziune frecventa;

diminuarea genofondului spontan;

deteriorarea peisajului prin uniformizare;

productii putin diversificate la nivel regional; relatii slabe consumator-producator; calitate inferioara a alimentelor;

utilizarea sub optim a fortei de munca umana;

promovarea unei conceptii inguste, injuste despre natura, primnd interesele economice momentane.

Se poate sesiza ca in agricultura industriala unele procese biologice sunt inlocuite prin procese nebiologice (antropice) totdeauna insa insotite de un consum de energie fosila foarte ridicat.

Substituirea proceselor biologice este un fenomen intlnit si in agricultura incipienta, dar care s-a amplificat odata cu dezvoltarea agriculturii.

In momentul de fata se pune problema cailor prin care omul intervine in agroecosisteme si ce amploare trebuie sa aiba interventia sa.

Acestea se regasesc in principiile, coordonatele agriculturii ecologice, care coroborate cu principiile economice, conduc la sinteza unor sisteme de agricultura ecologica integrata (I. Puia, V. Soran 1987).

Agricultura ecologica integrata militeaza pentru combinarea avantajelor agriculturii industrializate cu cele ale agriculturii traditionale si cu cele ale agriculturii biologice, punnd pe primul plan productia agricola si productivitatea muncii, atenuarea impactului dintre agricultura si mediul ambiant si diminuarea presiunii exercitata asupra resurselor neregenerabile ce intra in procesul de productie agricola.

In realizarea acestor obiective o importanta majora poate avea dimensionarea optima a exploatatiilor agricole, inct sa se poata asigura un circuit de substanta echilibrat si un flux de energie pe baza caruia sa se realizeze un bilant energetic acceptabil intre productia obtinuta si resursele utilizate in realizarea ei.

Agricultura ecologica integrata are ca sarcina fundamentala asigurarea integrala a hranei, a unor materii prime si a unei cantitati din necesarul de energie pentru o populatie a globului mereu in crestere.

Tema:

1. Care sunt caracteristicile principalelor sisteme de agricultura?

MODULUL II

ECOSISTEMUL

2.1 Teoria generala a sistemelor

Conceptia sistemica a fost introdusa in biologie de catre Ludwig von Bertalanffy, care in lucrarea sa "Biologia teoretica" (1942) subliniaza ideea ca intreaga materie (vie si nevie) se bazeaza pe structuri aflate in interactiune.

Sistemele biologice se constituie din unul sau mai multe organisme, impreuna cu componentele mediului lor fizic si chimic, cu care individul sau gruparea se afla in legaturi functionale.

In general sistemul poate fi definit ca un ansamblu de elemente unite prin conexiuni intr-un intreg. Fiecare element la rndul sau poate fi considerat un sistem, compus din elemente proprii mai mici, inct in natura se pot delimita foarte multe sisteme de dimensiuni si grade diferite de cuprindere.

Din punct de vedere al organizarii, sistemul se caracterizeaza prin structura si prin functii si se clasifica, dupa relatiile cu mediul inconjurator (schimb de materie si energie), in sisteme izolate, inchise si deschise.

Sistemele biologice fac parte din categoria sistemelor deschise, avnd schimburi energetice si materiale cu natura inconjuratoare.

Legaturile dintre elementele componente ale unui sistem, precum si dintre acesta si celelalte sisteme inconjuratoare, sunt de natura materiala, energetica si informationala.Sistemele biologice au o serie de insusiri generale, structurale si functionale prin care se deosebesc de cele nebiologice.

1. Au un caracter istoric, adica sunt rezultatul unei evolutii in timp.

2. Au un caracter informational, care consta in capacitatea de a primi si da informatii din si in mediul inconjurator, de a le prelucra sau de a le stoca in vederea integrarii ct mai depline a ecosistemului in cadrul naturii. Informatia este alcatuita dintr-o sucesiune de semnale de naturi diferite, ce circula pe cai fizice (sunete, culori etc.), chimice (diferite substante chimice din sol, apa sau elemente in mediu) sau fiziologice (diferite comportamente, gesturi etc.).

Fiecare sistem isi codifica informatia in mod original, codul fiind specific fiecarei categorii de sisteme. Pentru indivizii biologici, modalitatea de transmitere a informatiei ereditare este codul genetic, ce rezulta din succesiunea specifica a nucleotidelor din moleculele acizilor nucleici.

Transmiterea si receptionarea informatiei trebuie sa se realizeze cu cea mai mare fidelitate. Mijlocul frecvent utilizat in acest sens este repetarea informatiei, fenomen ce poarta denumirea de redundanta.3. Integralitatea sistemelor biologice este o insusire deosebit de importanta pentru ecologie, ea reprezentnd calitatea sistemului de a reuni intr-un tot unitar componentele sale, subordonate functiei intregului. Datorita acestei insusiri, sistemul integrator poseda insusiri noi, proprii, pe care nu le regasim in componentele sale luate separat. De exemplu, o populatie are insusiri noi, diferite de ale organismelor componente: longevitate nedefinita, structura genetica, structura pe vrsta si sexe, densitate, dinamica energetica etc. Cu ct partile componente sunt mai diferentiate, mai specializate in indeplinirea unor functii din viata intregului, cu att interdependenta va fi mai mare, organizarea sistemului mai complexa, iar integralitatea mai pronuntata.

4. Echilibrul dinamic este acea stare a sistemului care se caracterizeaza printr-un flux permanent de materie si energie prin sistem, dar cu pastrarea integralitatii lui, cu mentinerea unei stari stationare. Ca urmare a echilibrului dinamic, un sistem biologic (individ, populatie, biocenoza, ecosistem) se mentine cu aproximatie intre acelesi limite, cu mici fluctuatii in timp si spatiu.

5. Autoreglarea consta in proprietatea oricarui sistem biologic de a-si controla si corecta activitatea proprie in sensul mentinerii existentei sale in timp si spatiu. Autoreglarea este posibila datorita unei anumite organizari a sistemelor biologice care permite receptionarea informatiilor din mediu, prelucrarea lor, elaborarea de raspunsuri la stimulii primiti, in asa fel inct sa-si asigure autoconservarea intr-un mediu care tinde mereu sa dezorganizeze sistemul.

Asemenea raspunsuri adecvate devin posibile datorita conexiunii inverse (feed-back), prin care raspunsul sistemului este comunicat centrului de comanda si comparat cu ordinul emis (fig. 2.1.).

Schema autocontrolului

Conexiunea inversa realizeaza stabilitatea sistemelor biologice, permitnd anihilarea influentelor intmplatoare a diferitilor factori.

Numerosi parametri fiziologici si ecologici sunt controlati pe aceasta cale: temperatura corpului la homeoterme, presiunea sngelui, procesul respirator, concentratia de glucoza in snge, continul de apa din tesuturi, numarul indivizilor intr-o populatie etc.

6. Heterogenitatea ne arata ca toate sistemele biologice sunt alcatuite din elemente ce prezinta deosebiri fie in compozitia lor, fie in modul de functionare, deci se refera la diversitatea elementelor lor componente.

Datorita heterogenitatii se stabilesc mai usor corelatii care permit cresterea eficientei autocontrolului sistemului. Cu ct heterogenitatea este mai mare, cu att ecosistemul este mai complicat si mai stabil.

Se cunoaste faptul ca agroecosistemele, alcatuite dintr-o singura cultura sunt instabile, usor de distrus de invaziile unor boli sau daunatori, in timp ce padurile tropicale, foarte heterogene au o stabilitate ridicata.

Din aceste insusiri rezulta ca ecosistemele ca sisteme biologice, au un caracter istoric-informational, o anumita stare de heterogenitate care permit prin autocontrol un echilibru dinamic si prin diferite programe, manifestarea unei integralitati specifice.7. Autoreprodicerea reprezinta capacitatea sistemelor bilologice de a produce urmasi, mai mult sau mai putin asemanatori cu parintii.Sistemele biologice cuprind 4 niveluri de organizare, si anume: nivelul individual, populational, biocenotic si biosferic. La baza fiecarui nivel de organizare se gasesc legi si principii definitorii.

( la nivel individual legea specifica este metabolismul,

( la nivel populational factorul esential este reproducerea,

( la nivel biocenotic sunt procesele care reglementeaza relatiile speciei (relatii trofice, de competitie etc.), relatii care mentin integralitatea biocenozei (relatii interspecifice).

( Biosfera (ecosfera) cuprinde ansamblul nivelurilor de organizare a materiei vii, fiind reprezentata prin invelisul viu si spatiile vitalizate ale scoartei.

2.2 Conceptul de ecosistem

Conceptul de ecosistem a fost introdus in stiinta in 1935 de botanistul englez A.G. Tansley, care l-a definit ca unitate de baza a naturii ce integreaza comunitatea vie (biocenoza) cu mediul fizic sau locul de trai (biotop). In conceptia lui Tansley ecosistemul se intemeiaza pe conexiunea functionala, in special trofica, a vietii si mediului, ca factor unificator al biotopului si biocenozei.

O definitie mai ampla a ecosistemului natural a fost formulata de E.P. Odum (1971), fiind considerat orice unitate care include toate organismele de pe un teritoriu dat si care interactioneaza cu mediul fizic in asa fel inct curentul de energie sa conduca la o anumita structura trofica, o diversitate de specii si un circuit de substante (adica un schimb de substante dintre partea biotica si abiotica) in interiorul sistemului".In mod curent ecosistemul se defineste ca sistemul format din totalitatea organismelor care locuiesc un anume mediu abiotic, omogen din punct de vedere topografic, climatic si biochimic, numit biotop.Din definitiile prezentate rezulta ca ecosistemul natural este un sistem complex alcatuit dintr-o parte nevie (abiota, biotopul) si una vie (biota, biocenoza) constituind unitatea de baza, elementara, de organizare si functionare a ecosferei (biosferei).

Ca unitate functionala ecosistemul se poate realiza la orice dimensiuni (ex.: o padure, o plantatie pomicola sau viticola, o gradina de legume, o sola de gru, o pajiste, un lac, un ocean etc.).

Studiul ecosistemului cuprinde cunoasterea amanuntita a biotopului, adica a factorilor abiotici ce-l caracterizeaza si-l compun, a componentelor si relatiilor existente in biocenoza, a fluxului de energie si materie care strabate ecosistemul.

Orice ecosistem se intemeiaza pe desfasurarea simultana a trei fluxuri fundamentale:

1. fluxul energetic (de provenienta externa - soarele);

2. fluxul substantial (schimbul de substanta dintre sistemele vii si mediu);

3. fluxul informational (de provenienta att interna ct si externa).

Dupa conceptia lui V. Sahleanu (1971), aceste trei fluxuri formeaza "triada biologica", care determina activitatea sistemelor vii in sens cibernetic.

Transferul de energie si schimbul de substanta in sistemele vii se realizeaza dupa un program extrem de precis, coordonat prin fluxul informational.

2.3 Biotopul

Cuvntul biotop deriva de la cuvintele grecesti "bios" = viata si "tipos" = loc, mediu delimitat si este definit ca un complex de factori abiotici care influenteaza organismele vii. Termenul a fost introdus in stiinta de F. Dahl (1908).In 1971 E.P. Odum defineste biotopul ca locul de trai al unui organism sau al unei comunitati.

In 1973 R.H. Whittaker si colab. considera ca biotopul constituie mediul fizic si chimic al unei comunitati. El este constituit din elemente ale litosferei (solul, materialul geologic parental), hidrosferei (apa), atmosferei (CO2, O2, N etc.) la care se adauga radiatia solara (lumina, temperatura) si substantele ce rezulta prin interactiunea dintre substrat si comunitate.

Dupa dictionarul ecologic, biotopul este "locul ocupat de biocenoza, cuprinznd mediul abiotic (sol, apa, aer, factori climatici etc.) si toate elementele necesare aparitiei si dezvoltarii organismelor".

Biotopul dispune de un fond de elemente chimice si energie, pe baza caruia se realizeaza un schimb permanent cu biocenoza si are ca rezultat influentarea reciproca a celor doua sisteme.

Cele mai importante insusiri ale biotopurilor terestre sunt legate de climat, geografie si sol.

Solul apartine biotopului prin componenta sa minerala, prin materia organica moarta, prin valorile specifice ale factorilor caldura, apa, aer, pH, prin insusirile sale fizice (structura, textura, greutate volumetrica, porozitate etc.), dar in acelasi timp constituie si o importanta componenta a biocenozei prin organismele vii din sol (bacterii, ciuperci, actinomicete, protozoare etc.).

Datorita existentei acestor microorganisme, unii pedologi, cum ar fi C.D. Chirita (1974), au afirmat ca solul poate constitui singur un ecosistem. Dar cum solul nu poate fi separat de plantele si animalele ce-l populeaza, aceasta conceptie nu poate fi acceptata.

Biotopul, prin componentele sale, constituie unul din elementele esentiale ale structurii si existentei ecosistemelor.

In cadrul ecosistemelor se stabilesc anumite relatii ale plantelor si animalelor att cu factorii mediului abiotic, ct si cu aceia ai mediului biotic. Aceste relatii pot imbraca forme foarte diferite, adesea foarte complexe, ce pot fi incadrate in notiunea de "lupta pentru existenta" sau de "relatii cu mediul".

Relatiile organismelor cu mediul (abiotic si biotic) reprezinta unul din factorii esentiali, primordiali ai evolutiei, determinnd desfasurarea selectiei naturale, a transformarii, a evolutiei speciilor.

Orict de variate si complexe ar fi aceste relatii cu mediul, ele se impart in trei categorii:

- relatii cu factorii mediului abiotic;

- relatii dintre indivizii aceleiasi specii (intraspecifice);

- relatii intre specii diferite (interspecifice).

2.4 Biocenoza

Termenul de biocenoza a fost introdus in stiinta de catre Karl Mbius in 1877 si deriva de la cuvintele grecesti "bios" = viata si "koinos" = comun, desemnnd totalitatea organismelor vegetale si animale care populeaza un anumit biotop, cu conditii de existenta mai mult sau mai putin uniforme, create in mod natural sau artificial (pe cale antropica).

De la Mbius si pna in prezent au fost formulate numeroase si diferite definitii ale biocenozei (Mbius 1877, V.N. Sukacev 1961, B. Stugren - 1965, E. Odum 1971, R. Dajos 1971, P. Duvigneaud 1974, N. Botnariuc si V. Vadineanu 1982 etc.), fiecare autor evidentiind unul sau altul din aspecte, dar majoritatea recunosc biocenoza ca unitate supraindividuala de integrare a organismelor vii.

Mbius defineste biocenoza ca fiind o "comunitate de organisme, ocupnd un anumit teritoriu, adaptate la mediu, unite prin dependente reciproce, legate intr-un intreg care se schimba odata cu schimbarea conditiilor de mediu si cu schimbarea numarului unora dintre ele". ( Rezulta ca intre vietuitoarele ce alcatuiesc o biocenoza, precum si intre acestea si mediul lor de trai exista relatii de interactiune bine statornicite care asigura functiile intregului (biocenozei).

Deci, biocenoza este influentata de biotop, dar in acelasi timp ea exercita o activitate permanenta de transformare a biotopului prin activitatea sa metabolica. Membrii biocenozei sunt legati intre ei prin relatii foarte strnse (cele mai importante fiind cele de nutritie), formnd cu mediul lor un tot unitar, numit ecosistem.

Problema alcatuirii biocenozei a fost mult discutata, iar din aceste dispute au rezultat doua orientari diferite:

( prima orientare este cea in care se sustine existenta obiectiva ca sisteme, a unor combinatii de specii ce apartin la acelasi grup sistematic. Se remarca aici conceptia lui V.N. Sukacev (1961) care considera biocenoza ca fiind constituita din: fitocenoza, zoocenoza si microbocenoza.Fitocenoza - cuprinde totalitatea plantelor superioare, deci producatorii primari, zoocenoza cuprinde totalitatea speciilor de animale consumatoare de substanta organica, microbocenoza cuprinde microflora si microfauna solului, microorganismele stratului de aer care tine de biogeocenoza (ecosistemul terestru).

( a doua orientare (punctul de vedere sinecologic) sustine ca biocenoza nu se mai subdivide in alte cenoze, ca animalele si plantele alcatuiesc biocenoza prin relatiile lor reciproce, iar notiunile de fitocenoza si zoocenoza sunt utile in cercetare pentru ordonarea datelor, dar nu sunt sisteme de sine statatoare.

B. Stugren (1965) arata ca fitocenoza si zoocenoza reflecta compozitia sistematica a biocenozei, si nu grupuri ecologice.

Studiul biocenozei prezinta importanta pentru:

( cunoasterea diversitatii ecologice,

( descoperirea unor plante si animale de interes economic, pentru aclimatizarea lor,

( elaborarea unor masuri profilactice bazate pe relatiile intraspecifice si interspecifice.

Pentru studiul diversitatii ecologice a biocenozei, intereseaza urmatoarele aspecte:

- stabilirea numarului de specii care alcatuiesc prin populatiile lor o biocenoza data;

- stabilirea numarului total de indivizi, respectiv biomasa totala din biocenoza, precum si repartitia lor pe specii;

- relatiile dintre numarul de indivizi si numarul de specii din biocenoza, pentru a se obtine o imagine clara a diversitatii structurale a biocenozei studiate.

Studiul biocenozelor prin estimari ale numarului de specii si de indivizi a condus, inca din primele decenii ale secolului al XX-lea, la elaborarea a trei principii biocenotice fundamentale despre diversitatea ecologica. Doua din aceste principii apartin lui A. Thienemann (1926) si au fost formulate pe baza studiului cantitativ si calitativ a vietuitoarelor din lacurile de cmpie din nordul Germaniei.

Constatarea de baza a fost aceea ca la un numar egal de indivizi, unele biocenoze sunt alcatuite dintr-un numar mare de specii, altele dintr-un numar mic de specii. Generaliznd aceste aspecte a formulat principiile:

1. Cu ct sunt mai variate conditiile de existenta dintr-un biotop, cu att va fi mai mare numarul de specii al biocenozei atasata de acest biotop.

2. Cu ct sunt mai uniforme conditiile de existenta dintr-un biotop, cu att va fi si biocenoza mai saraca in specii, dar acestea vor fi reprezentate prin efective mari de indivizi.

Un al treilea principiu a fost formulat de Frnz (W. Tischler, 1975):

3. Cu ct conditiile de mediu dintr-un biotop au avut continuitate mai mare in dezvoltarea lor, cu ct au fost mai mult timp omogene, cu att comunitatea de specii este mai stabila si mai omogena.

Din aceste principii rezulta ca multimea de specii si multimea de indivizi dintr-o biocenoza se afla in raport de inversa proportionalitate intre ele. Cnd numarul de specii este mai mare, numarul de indivizi este mic si invers. Situatia se explica prin faptul ca intr-un biotop cu conditii optimale sau cel putin normale de existenta, gasesc posibilitati de vietuire multe specii. Numarul redus de indivizi se datoreste luptei interspecifice ridicate, a luptei pentru existenta intre specii. Nici una dintre specii nu poate realiza efective populationale excesiv de mari, fiind inhibata de toate celelalte specii. In biotopuri neuniforme, cu conditii extreme de existenta, nu pot vietui dect speciile capabile sa suporte asemenea conditii. Numarul lor nu este si nu poate fi prea mare. Fiind putine la numar, speciile se influenteaza slab reciproc, lupta pentru existenta este redusa si astfel se pot realiza efective populationale mari.

Pentru primul principiu poate servi ca exemplu compozitia floristica foarte diversificata a biocenozelor in regiuni cu conditii foarte variate de existenta, cum sunt regiunile montane, fata de cele uniforme din cmpie. Astfel, in regiunile carstice ale muntilor Apuseni, varietatea formelor de relief creaza posibilitati variate de existenta si de aceea vom gasi un numar mare de specii de plante ierboase si lemnoase si nu intinderi imense, ocupate de una sau doua specii, ca in stepa.

Pentru al doilea principiu se poate da ca exemplu un teren saraturat pe care cresc numai specii halofile. Pe solurile poluate se poate intlni aceeasi situatie.

In sfrsit, pentru principiul formulat de Frnz se poate arata ca pe terenurile in panta, supuse eroziunii, vegetatia se modifica in functie de gradul de eroziune, in timp ce pe suprafetele nesupuse eroziunii, comunitatea de specii se mentine nemodificata. Pe terenurile agricole pe care se aplica erbicide, spectrul de imburuienare se modifica, este mai putin stabil si mai neomogen. In situatia in care s-a aplicat timp de mai multi ani acelasi erbicid, deci conditiile de mediu au continuitate mai mare, comunitatea de specii este mai stabila, ramn numai speciile rezistente la acel erbicid, adica mai putine, dar reprezentate de un numar mare de indivizi. De fapt acest exemplu ilustreaza, in acelasi timp si principiul al doilea al lui Thienemann (D. Schiopu, 1997).

Diversitatea ecologica, pentru covorul vegetal, se poate exprima prin constanta si prin dominanta speciilor.Relatiile interspecifice reprezinta una din trasaturile fundamentale, caracteristice ale biocenozei.

Dupa N. Butnariuc (1989), relatiile dintre populatiile biocenozei asigura: integralitatea biocenozei (si a intregului ecosistem); organizarea biocenozei (ca numar si structura a nivelurilor trofice); lanturi si retele trofice (precum si functionarea lor); circuitul substantelor; fluxul de energie prin ecosistem; transferul de informatie; autocontrolul ecosistemului (stabilitatea, rezistenta la perturbari); evolutia speciilor; cantitatea si calitatea productivitatii biologice a ecosistemului.

Deoarece diversitatea si complexitatea acestor relatii face ca nici o clasificare sa nu fie satisfacatoare, se va prezenta una bazata pe efectul direct al relatiilor asupra indivizilor respectivi. Astfel, actiunile pozitive se vor nota cu +, cele negatice cu -, iar cele neutre cu 0.

Neutralismul (0,0) se refera la faptul ca populatiile luate in considerare sunt independente, nu se influenteaza direct in mod reciproc. De exemplu, populatia de rme si populatia de sfredelitorul porumbului dintr-o sola de porumb.

Competitia sau concurenta (-,-) arata ca doua populatii au aceleasi cerinte fata de hrana, lumina, adapost etc. In cazul acesta ambele populatii pot fi afectate, iar uneori una dintre ele, mai putin adaptata conditiilor ecologice existente, poate sa fie eliminata.

Mutualismul sau simbioza (+,+) este acea relatie in care ambele populatii profita de pe urma convietuirii in comun si sunt obligatoriu dependente una de alta. Ca exemple se pot da: simbioza dintre leguminoase si bacteriile genului Rhizobium, convietuirea permanenta dintre unele alge unicelulare si unele ciuperci, formnd lichenii.

Protocooperarea (+,+) consta in asocierea a doua sau mai multe specii. Ca si in cazul precedent, cele doua specii sunt avantajate de convietuire, dar ea nu este obligatorie. In pratologie se citeaza cultura in amestec a gramineelor si leguminoaselor.

Comensalismul (+,0) este o relatie obligatorie pentru una din specii care obtine un beneficiu, in timp ce specia cealalta nu are nici un avantaj, nu este afectata de aceasta convietuire. Organismele comensale se tolereaza reciproc. De exemplu, forezia adica transportul unor organisme mai mici de catre altele mai mari.

Antibioza (0,-) este acea relatie in care una dintre populatii, datorita secretiilor sale toxice, face imposibila dezvoltarea celeilalte populatii.

Parazitismul (+,-) este o relatie obligatorie pentru parazit, care este avantajat si are efect negativ asupra gazdei. In mod obisnuit individul parazit nu-si omoara gazda, pentru ca si-ar distruge baza trofica.

Pradatorismul (+,-) se refera la faptul ca relatia este pozitiva si obligatorie pentru pradator si negativa pentru prada (gazda). In acest caz pradatorul isi omoara prada pentru a o consuma.

Relatiile prada-pradator au un rol in selectia si in refacerea densitatii populatiilor.

2.6 Structura ecosistemului

Orice ecosistem se caracterizeaza printr-o structura spatiala, dictata de caracteristicile biotopului si concretizata prin modul repartizarii organismelor in spatiul adecvat acestora si o structura trofica, data de componentele biocenotice si exprimata prin relatiile lor trofice, prin care acestea isi indeplinesc rolul lor de vehiculator (transportor) al substantei si energiei in ecosistem. De asemenea, se poate spune ca ecosistemul are si o structura biochimica, produsa de metabolismul biocenozei.

2.6.1 Structura spatiala a ecosistemului

Privit in general, ecosistemul este destul de omogen, dar in interiorul sau se distinge un grad de neuniformitate, datorat configuratiilor variate ale substratului si elementelor factorilor climatici, numite microhabitate, ce vor fi populate de anumite specii de plante si animale. In acest fel, ecosistemul apare impartit in unitati mai mari sau mai mici de actiune, alcatuind o structura orizontala si una verticala (configuratie orizontala si verticala).A. Structura orizontala - permite delimitarea a trei categorii structurale: bioskena, consortiul si sinuzia.

1. Bioskena este cel mai mic spatiu cu conditii uniforme de existenta si un fond propriu de plante si animale. Termenul a fost introdus pentru prima data de zoologul romn A. Popovici-Bznosanu (1937).

Bioskena este recunoscuta ca fiind cea mai mica subdiviziune spatiala a ecosistemului, reprezentnd o unitate structurala elementara. Exemple: fata superioara a unei frunze, fructul unei plante, trunchiul unui copac, suprafata exterioara a unui musuroi, a unei capite, a unei pietre, o bucata de lemn putred dintr-o balta, suprafata unei dune de nisip etc.

2. Consortiul este o grupare de indivizi din specii diferite in jurul unui organism individual cu rol de nucleu central, de care acestia depind att trofoecologic ct si topografic. Termenul a fost introdus de Beklemisev (1951) si adaptat de botanistul Ramennski (1952). In 1955, Tischler introduce termenul de biocorion, care ulterior a fost considerat sinonim cu cel de consortiu.

Nucleul central al consortiului poate fi un organism individual vegetal sau animal, material organic mort, in care caz totalitatea indivizilor din speciile asociate il folosesc ca baza trofica, direct sau indirect. Exemple: un stejar grupeaza in jurul lui un inel de consumatori primari (fitofagii), care sunt inconjurati de inelul consumatorilor acestora si de cel al rapitorilor mari; un molid constituie nucleul unui consortiu diversificat: cu molidul sunt asociati lichenii si muschii de pe scoarta sa, ciupercile ce invelesc radacinile, bacteriile si micromicetele parazite, insectele de sub scoarta, paianjenii si unele specii de pasari.

Consortiul nu este un sistem de populatii, ci un sistem de indivizi ce apartin la diverse populatii, reprezentnd specii diferite. Cu alte cuvinte consortiul este un complex de bioskene format din indivizi de la diverse specii, asociati in baza relatiilor trofice.

Cnd nucleul central este un animal, cu el se pot asocia un complex de ectoparaziti, endoparaziti si simbionte (saprofagi), formnd un consortiu.

3. Sinuzia reprezinta partea structurala si functionala a ecosistemului, alcatuita dintr-o populatie cu functie de nucleu central, in jurul careia sunt grupate mai multe organisme sau populatii.

Sinuziile apar ca microbiocenoze legate de portiuni elementare de biotop cu grad ridicat de omogenitate, dar nu perfect omogen.

Termenul de sinuzie a fost introdus in stiinta de H. Gams (1918), provine din limba greaca si are semnificatia de asociatie.

Sinuzia poate fi privita ca o unitate structurala de nivel superior, formata din mai multe consortii grupate in jurul unei populatii. La rndul lor sinuziile se asambleaza intr-un mozaic ce reprezinta ecosistemul.

Sinuziile se diferentiaza intre ele, att ca unitati morfologice, structurale, ct si ca unitati ecologice, corespunznd diferitelor tipuri de nise ecologice. Ele se delimiteaza topografic si se denumesc pe baza spatiului ocupat de specia dominanta, care este de regula un producator primar. Exemplu: intr-o cultura de porumb, locurile mai joase, depresionare, cu umiditate mai ridicata dect a biotopului din jur, sunt ocupate de regula de plcuri de costrei (Echinochloa crus-galli) si alte plante higrofile, reprezentnd sinuzii ale ecosistemului respectiv. Apoi, pasunile cu Festuca rupicola dintr-o padure de gorun (Quercus petraea), difera prin fizionomie si fondul de specii, de restul padurii, reprezentnd sinuzii ale acelui ecosistem.

Sinuziile nu pot fi confundate cu ecosistemul, deoarece dimensiunile si complexitatea lor relativ redusa nu fac posibila instituirea de functii biogeochimice si energetice proprii.B. Structura verticalaIn ecosistemele terestre, partile structurale dispuse in raport cu axa verticala (pe inaltime) prezinta o clara stratificare, etajare. Aceasta se observa mai ales in configuratia vegetatiei, motiv pentru care denumirea straturilor din ecosistemele terestre este de provenienta botanica.

Un strat (Hult, 1881) este o grupare de sinuzii cu aproximativ aceeasi inaltime deasupra solului sau o grupare de componente ale solului situate la aproximativ aceeasi adncime.Stratificarea pe verticala rezulta in urma variatiei factorilor fizici (temperatura, umiditate, lumina) si a competitiei interspecifice pentru lumina, apa si hrana. Stratificarea este prezenta att in ecosistemele terestre ct si cele acvatice.

Un ecosistem terestru are minimum trei straturi:- I stratul mineral (bogat in substante minerale);

- II stratul organic (bogat in substante de natura organica), in care asocierea dintre organismele existente si particulele de sol poarta denumirea de edafon;

- III patoma, pelicula subtire de la suprafata solului cu organisme vii si moarte, asa numitul planseu al ecosistemului.

Intr-o padure de foioase, pe lnga aceste trei straturi de baza mai intlnim: un strat ierbaceu (IV), un strat de arbusti (V) si un strat de arbori (VI, VII), fiecare cu fauna caracteristica.

Stratificarea verticala intr-o padure din Europa:

I-stratul mineral al solului; II-stratul organic al solului; 1-o larva de insecte; 2-ciuperci; 3-bacteriofagi, 4-bacterii; 5-nematod; 6-ameba; 7-rma (Lumbricus);8-un Geophilus;III-patoma: A-perna de muschi cu colembole; B-frunzar cu izopode; IV-strat ierbaceu cu caprior (Capreolus capreolus); V-strat de arbusti si tufe cu Lytta vesicatoria; VI-strat de tulpini (arboret); a-omida; b-tuneluri ale ipidelor in interiorul tulpinii; c-cojoaica (Certhia familiaris); d- paianjen; VII-coronament: e-buha (Buho buho); f-veverita (Sciurus vulgaris); g-soim (Falco sp.)

Intre straturile ecosistemului se realizeaza permanent schimburi de substanta si energie.

In padurile tropicale, aparent stratificarea este mult diferentiata, datorita numarului mare de specii, fiecare cu un nivel diferit de crestere. Aici se intlnesc mai multe straturi de arbori dect in padurea temperata. O analiza mai riguroasa arata ca, adeseori, in padurile tropicale pluviale stratificarea pe verticala este greu de detectat, datorita biomasei extrem de bogate, a numarului mare de liane ce sterg limitele intre straturi, dar se constata o puternica diferentiere pe orizontala, la diverse inaltimi. Sunt prezente asa numitele "soluri suspendate", acele aglomerari de material organic la baza frunzelor, pe ramurile groase, unde se dezvolta sinuzii de plante epifite si o fauna specifica.

Structura unei paduri tropicale

In mediul acvatic stratificarea pe verticala a organismelor apare in mod similar, datorita variatiei in concentratie a factorilor fizici si chimici (temperatura, O2, presiune, lumina, salinitate etc.).

Structura orizontala si verticala a ecosistemului creaza o mare diversitate ecologica, care a dus la o specializare trofica si la o diversificare a niselor ecologice, ceea ce atenueaza concurenta in relatiile interspecifice si contribuie la stabilitatea ecosistemului.

Un alt aspect important legat de structura spatiala a ecosistemului consta in repartizarea inegala pe verticala a proceselor energetice, prin intermediul stratificarii. Astfel, in straturile superioare predomina procesele de asimilare a energiei, iar in cele inferioare, fenomenul de degradare finala a acesteia.2.6.2 Structura trofica a ecosistemului

Este data de componenta biocenozei si se exprima prin relatiile trofice, ce asigura circulatia substantei si transferul energiei in ecosistem.

Structura trofica reprezinta ansamblul relatiilor trofice care leaga speciile dintr-o biocenoza si are la baza trei componente structurale:

1. producatorii primari reprezentati prin plantele autotrofe si bacteriile chimiosintetizante, care prin intermediul fotosintezei produc substante organice complexe (glucide, lipide, protide);

2. consumatorii reprezentati prin animale, care se hranesc cu substante organice complexe deja elaborate. In functie de hrana consumata se disting: consumatori de ordinul I (fitofagi, consumatori primari) care se hranesc cu producatori primari (plante); consumatori de ordinul II, (consumatori secundari), care se hranesc cu consumatori de ordinul I; consumatori de ordinul III (consumatori tertiari), se hranesc cu consumatori de ordinul II etc.

Un loc aparte in categoria consumatorilor il detin organismele detritivore care se hranesc cu materie organica moarta in descompunere ("detritus" vegetal sau animal). Din acesta grupa fac parte: viermi, miriapode, insecte, acarieni, moluste.

3. descompunatorii reprezentati prin bacterii, ciuperci, levuri, care descompun substantele organice moarte pna la substante anorganice (elemente minerale), facnd posibila reutilizarea lor de catre plantele autotrofe.

Din analiza relatiilor trofice dintr-un ecosistem se evidentiaza faptul ca fiecare specie se hraneste pe seama altei specii, consumnd-o direct sau folosind compusii ei metabolici, dar in acelasi timp specia respectiva devine sursa de hrana pentru alte specii. Acest transfer de energie si substanta ce se realizeaza prin consumarea unor organisme de catre altele poarta denumirea de circuit alimentar (circuit trofic). Circuitele alimentare fac ca producatorii, consumatorii si descompunatorii sa se gaseasca intr-o legatura organica permanenta.

Transferul de energie in circuitele trofice nu poate fi sesizat dect prin intermediul circuitului de substanta. Metabolismul substantei se manifesta in procesul de hranire, ceea ce face ca materia sa circule de la o specie la alta ca intr-un lant alimentar.

Inlantuirea dintre organisme, in care hrana circula de la un capat la altul, respectiv de la baza trofica spre ultimul consumator, se numeste lant trofic (Elton, 1927).

I. Puia si V. Soran (1978), definesc lantul trofic ca "modalitatea de transfer a energiei chimice potentiale, inclusa in substantele organice sintetizate de plantele verzi, grupelor de organisme heterotrofe prin consumari succesive".

Fiecare specie face parte dintr-una din verigile lantului trofic. Numarul verigilor nu poate creste la infinit, fiind limitat in primul rnd de volumul redus al bazei trofice, adica de cantitatea de substanta care intra in veriga initiala a consumatorilor si in al doilea rnd, de faptul ca, la fiecare transfer, o mare parte din energia potentiala se pierde, trecnd in caldura.

Schema cea mai simpla a unui lant trofic complet (E.P. Odum, 1975)

Se limiteaza astfel numarul posibil de verigi ale lantului trofic, de obicei la 4-5. Cu ct lantul trofic este mai scurt, cu att cantitatea de energie accesibila este mai mare (organismul respectiv este mai apropiat de baza trofica).

In functie de specificul hranirii speciilor inlantuite si a modului cum este transferata substanta de la o veriga la alta, distingem 3 tipuri de lanturi trofice:

1. lantul trofic de tip erbivor (prada-pradator);

2. lantul trofic de tip parazitar;

3. lantul trofic de tip saprofag.

1. Lantul trofic de tip erbivor are ca prima veriga plantele autotrofe producatorii primari care sintetizeaza substantele organice, constituind rezervorul de substanta si energie pentru intreaga biocenoza. A doua veriga este reprezentata de animalele fitofage, in calitate de consumatori primari (ordinul I) (insecte fitofage, mamifere ierbivore, unele crustacee si moluste in mediul acvatic), care se hranesc direct cu plante si pregatesc hrana verigilor urmatoare, fiind considerate o adevarata "industrie cheie". A treia veriga o reprezinta animalele zoofage, care se hranesc cu consumatori primari, purtnd denumirea si de consumatori secundari (ordinul II) (pasari insectivore, coleoptere, carabide, multe mamifere).

Ultima veriga este formata din specii de animale cu regim carnivor, care regleaza prin consumare efectivele consumatorilor secundari, denumite consumatori tertiari (ordinul III).

In acest tip de lant, cu ct ne departam de prima veriga talia animalelor creste, iar numarul lor descreste (sunt si exceptii).

Exemple:

iarba ( iepure ( vulpe;

Pinus silvestris ( afide ( coccinelide ( paianjeni ( pasari insectivore ( pasari rapitoare;

iarba ( lacuste ( pasari insectivore ( pasari rapitoare;

d) fitoplancton ( zooplancton (crustacee) ( puiet de crap ( pesti rapitori

O alta caracteristica a acestui tip de lant trofic este ca att producatorii primari ct si consumatorii nu pun in circulatie toata biomasa produsa, respectiv pe baza careia se hranesc, o parte uneori apreciabila devenind masa organica moarta (necromasa) care este angrenata in lanturi trofice saprofage.

In conditii naturale, plantele verzi fixeaza sub forma de substanta organica, in medie, 1% din energia solara fotosintetic activa, din care circa se pierde sub forma de caldura in timpul respiratiei plantelor, diferenta constituind hrana potentiala a consumatorilor primari din lanturile trofice ale ecosistemelor naturale.

In agroecosisteme lanturile trofice sunt dintre cele mai scurte, pentru ca productivitatea sa fie ct mai mare.

Exemple:gru ( om;

porumb ( suine ( om.

2. Lantul trofic parazitar functioneaza prin parazitarea sucesiva a unei specii de catre alta si este format din paraziti vegetali sau animali care consuma substanta vie din corpul plantelor si animalelor. Veriga initiala este tot planta si apoi un fitofag sau zoofag pe care traieste parazitul sau cteva verigi de paraziti, legati prin fenomenul de hiperparazitism.

Exemple:

plantatie pomicola ( omida fluturelui Euproctis chrysorhaea ( viespea braconida Meteorus (coconii) ( viespea pteromelida Eupteromalus nidulans;

spic gru ( ciuperca Puccinia graminis ( bacteria Xanthomonas uredovorus ( bacteriofag;

cartof ( mana cartofului (Phytophtora infestans).

In acest tip de lant trofic talia organismelor descreste progresiv, de la baza spre vrf, iar numarul de indivizi creste.

3. Lantul trofic saprofag se bazeaza pe consumatori de diferite ordine ce se hranesc pe seama necromasei (materie organica moarta, vegetala sau animala), formnd circuite detritice.

Deci, veriga inti este reprezentata de materia organica moarta (detritus), a doua de organismele detritivore, iar urmatoarea de rapitorii acestora.

Exemplu: intr-un lac:

- namol cu detritus ( larve de chironomide ( platica ( pesti rapitori.

Lanturile trofice de tip saprofag, de regula sunt scurte si se grefeaza la fiecare nivel al lantului trofic erbivor si are ca finalitate descompunerea partiala a substantelor organice, pna la mineralizare.

Actiunea de degradare a materiei organice moarte pe care o incep saprofagii este continuata de descompunatori. Prin activitatea lor saprofagii si descompunatorii refac resursele producatorilor, constituind o a doua "industrie cheie" in ecosistem.

Totalitatea organismelor care apartin la una din verigile lantului trofic si care-si obtin hrana de la plante prin acelasi numar de trepte constituie un nivel trofic.

Exista 4 niveluri trofice:

nivelul producatorilor,

nivelul consumatorilor primari,

nivelul consumatorilor secundari,

nivelul consumatorilor tertiari.

Descompunatorii nu formeaza un nivel trofic separat, deoarece se grefeaza pe fiecare din nivelurile amintite.

Omul este si el angrenat in circuitul alimentar, ocupnd in general o pozitie intermediara intre consumatorii primari si cei secundari, in ratia lui intrnd att hrana vegetala ct si cea animala. Cu ct omul se situeaza la capatul lantului alimentar (ultimul nivel trofic), cu att primeste mai putina energie in ratia sa.

Plasarea omului in diagrama nivelurilor trofice (dupa Sutton si Harmon, 1973)

Lanturile trofice liniare sunt numai in biocenozele cu structura simpla, cu putine specii. In restul biocenozelor lanturile trofice sunt ramificate si legate intre ele, deoarece acelasi organism poate apartine in acelasi timp la mai multe niveluri trofice (omnivorele, unele carnivore ce ataca att zoofage ct si erbivore). Rezulta astfel o impletire complicata a lanturilor trofice, legate prin specii cu valoare de "noduri", care se numeste retea trofica.

Retea trofica intr-o padure mixta

1-nurca; 2-iepure; 3-gndacul molidului; 4-cinteza; 5-forfecuta; 6-veverita;7-soarece de padure; 8-caprioara; 9-cerb; 10-vulpe; 11-salamandra; 12-carabid; 13-buhai de balta; 14-soprla comuna; 15-sarpe de alun; 16-sturz gulerat; 17-ciocanitoare neagra; 18-vipera; 19-lup; 20-rs; 21-pisica salbatica; 22-urs

Ecosistemele structurate pe scheletul unor lanturi trofice complexe care includ producatori si consumatori de diferite ordine poarta denumirea de ecosisteme majore sau autotrofe. Ele au o baza trofica proprie care le asigura functionarea: padurile, pajistile, culturile agricole, lacurile sunt ecosisteme majore.

In natura sunt si ecosisteme din a caror lanturi trofice lipsesc producatorii primari si din aceasta cauza baza lor trofica se afla in afara ecosistemelor, astfel ca lanturile trofice se realizeaza printr-un aport de substante organice din alte ecosisteme. Acestea se numesc ecosisteme minore sau heterotrofe. Ele sunt reprezentate prin ecosisteme de pesteri, abisuri oceanice, complexe de crestere a animalelor etc.

Structura trofica se poate exprima grafic sub forma unei piramide ecologice, avnd in vedere ca in general numarul indivizilor se reduce de la nivelul consumatorilor primari spre cei tertiari. Baza acestor piramide este reprezentata de producatori sub forma de numar, biomasa sau flux de energie, peste care se suprapune ponderea indivizilor din celelalte niveluri trofice, determinnd inaltimea piramidei.

Se pot concepe trei tipuri de piramide ecologice:

a) piramida numerelor;

b) piramida biomasei;

c) piramida energiei.

In fiecare din cele trei posibilitati de exprimare, baza existentei ecosistemului o constituie plantele verzi, adica producatorii primari.

Proportia producatorilor primari in biomasa ecosistemului este variabila, fiind de 90% la exprimarea pe baza energetica si de 98% la cea pe baza biomasei acumulate sau a numarului de indivizi existenti. In comparatie cu producatorii primari, proportia consumatorilor primari in ecosistem este mica, fiind cuprinsa intre 1-9%, numai in cazul unor dezechilibre ecologice se poate ajunge la o crestere masiva a efectivelor populatiilor de consumatori primari. In acest caz asistam la inmultirea neobisnuita a unei specii, pe care o consideram daunatoare.

Numarul de indivizi, biomasa si cantitatea de energie din diverse niveluri trofice ale unui ecosistem natural teoretic, de tipul unei paduri tropicale C1 erbivore; C2 carnivore de ordinul I; C3 carnivore de ordinul II.

In ecosistemele cu o diversitate pronuntata (numar mare de specii componente) si o mare stabilitate, probabilitatea ca o singura specie din lanturile trofice sa devina daunatoare, perturbnd structura si functiile unui ecosistem natural, este foarte redusa. Acest fapt este datorat functionarii prompte a mecanismelor de retroactiune negativa, care pondereaza neincetat dimensiunile populatiilor tuturor speciilor ce coabiteaza intr-un ecosistem natural.

In agroecosisteme, probabilitatea transformarii unei specii intr-un flagel este mare, din cauza reducerii diversitatii si micsorarii posibilitatilor de realizare a retroactiunilor negative.

Consumatorii secundari, constituiti din animalele carnivore si entomofage, se gasesc intr-o proportie redusa intr-un ecosistem natural, de regula sub 1%. In schimb, prin activitatea lor, prin controlul ce-l exercita asupra consumatorilor primari, ei joaca un rol pozitiv in mentinerea structurii si functiilor unui ecosistem.

a) Piramida numerelor reflecta numarul indivizilor tuturor speciilor din nivelurile trofice inlantuite, pe o unitate de suprafata sau volum.

Piramida numerelor acorda importanta egala tuturor indivizilor unui nivel, indiferent de greutatea lor, de aceea se considera ca nu este edificatoare ca metoda de reflectare a legitatilor sub care se desfasoara relatiile trofice in ecosistem.

Primul care a semnalat existenta de deosebiri mari in efectivul speciilor ce apartin la diferite niveluri si lanturi trofice, a fost Ch. Elton (1927). El a folosit ca exemplu vegetatia unei paduri de stejar (frunze stejar ( insecte fitofage afide ( paianjeni si insecte rapitoare ( pasari insectivore ( uli). Forma piramidei numerelor inregistreaza unele variatii in functie de talia producatorilor.

b) Piramida biomasei reflecta raporturile privind greutatea organismelor tuturor speciilor din nivelurile trofice ale unui ecosistem, pe unitatea de suprafata sau volum. Se obtin astfel piramide in forma de trepte. Piramida biomasei prezinta dezavantajul ca exagereaza rolul organismelor mari, nu tine cont de compozitia chimica a tesuturilor si de factorul timp.

Piramida teoretica a relatiilor cantitative dintr-o padure de foioase (dupa Elton, 1927)

c) Piramida energiei reflecta viteza de producere a hranei in nivelurile trofice, fiind denumita si piramida productivitatii. In reprezentarea grafica, nivelurile trofice sunt exprimate prin calorii/ha (kg), in unitatea de timp. Forma piramidei este conica datorita pierderilor de energie ce au loc de la un nivel trofic la altul.

Piramida teoretica a energiei (dupa Taylor si Fichter, 1973)

Rezulta ca fluxul de energie este cel mai potrivit indicator pentru compararea componentelor biocenotice intre ele, permitnd si compararea diferitelor tipuri de ecosisteme din diferite zone geografice.

Piramida eltonianaComponentele retelei trofice dintr-o biocenoza pot fi delimitate ca grupari functionale ale acesteia, grupari ce poarta denumirea de niveluri trofice. Nivelurile trofice se stabilesc in raport cu producatorii, considerati ca baza a retelei trofice si indica pozitia consumatorilor fata de acestia, adica numarul de transformari pe care le sufera resursele de hrana pna la nivelul considerat. Cu ct nivelul trofic este mai indepartat de producatori, cu att biomasa si energia inglobate in speciile componente sunt mai reduse, astfel ca structura trofica a unei biocenoze se poate reprezenta sub forma unei piramide. In aceasta piramida, straturile orizontale cu o marime descrescnda de la baza spre vrf reprezinta nivelurile trofice.

Reprezentarea succesiva a nivelurilor trofice sub forma unei piramide se numeste in ecologie piramida trofica sau piramida eltoniana, de la ecologul englez Ch. Elton (1927), care a descris pentru prima data, cantitativ, structura trofica a ecosistemelor.

Cercetarile efectuate in ecosistemele naturale au stabilit ca piramidele trofice sunt alcatuite din mai multe niveluri trofice legate intre ele prin mai multe lanturi trofice care formeaza retele trofice complexe.

Analiza structurii trofice a ecosistemelor ne arata ca un animal carnivor sau omnivor, care se afla in vrful piramidei trofice, pentru a trai in bune conditii trebuie sa exploreze un spatiu de circa o mie pna la un milion de ori mai mare, dect un producator primar. Din aceasta cauza, numarul de indivizi vegetali pe unitate de suprafata este covrsitor fata de numarul animalelor care se pot hrani pe seama vegetatiei.

Piramida trofica eltoniana a unui ecosistem natural si a unui agroecosistem in echilibru si dezechilibru cu populatia umana pe care trebuie sa o sustina (partial dupa E. Odum, 1971; P. Duvingneaud, 1967 si C. Borgstrom, 1972)

De aici se poate trage concluzia ca orice crestere a populatiilor de erbivore peste proportia logica admisa de piramida trofica duce la deteriorarea ecosistemelor prin distrugerea vegetatiei.

In ecosistemele naturale nu este posibil un astfel de proces, deoarece efectivele populatiilor de erbivore sunt supuse mai multor controale ecologice, intre care controlul prin carnivore joaca un rol important. De asemenea, nici numarul carnivorelor nu poate creste peste masura, fiindca s-ar afla in situatia de a-si distruge propria resursa alimentara, controlul carnivorelor se realizeaza prin scaderea nasterilor si prin epidemii care elimina indivizii subalimentati.

Erbivorele domestice insa sunt scoase de sub controlul exercitat de reteaua trofica a ecosistemelor naturale. Inmultirea lor excesiva poate conduce, prin suprapasunat, la distrugerea ecosistemelor seminaturale (a pajistilor), ceea ce are ca rezultat degradarea biotopurilor respective prin fenomenul de eroziune.

Piramida inversa de biotop

Organismele de la nivelurile superioare ale piramidei eltoniene se deplaseaza pentru procurarea hranei pe suprafete cu att mai mari (deci biotopuri cu att mai numeroase), cu ct se apropie mai mult de vrful piramidei. Astfel, uliul (consumator tertiar) isi procura hrana din pasuni, fnete, terenuri arabile, paduri sau chiar din intravilan. Pasarile insectivore (consumatori secundari) vnate de uliu precum si erbivorele de dimensiuni mici (iepurii) se deplaseaza pentru a se hrani pe distante mai mici, pe pasuni, terenuri cultivate etc.

Reprezentate grafic, nivelurile trofice si ecosistemele din care organismele isi procura hrana, rezulta o piramida cu vrful in jos.

pasunefneataarabilpadureintravilan

fneataarabilpadure

fneatasau

arabil

Piramida inversa de biotop

Aceasta piramida ne determina sa constatam ca rezervatiile naturale destinate pentru a ocroti unele specii de plante pot avea suprafete mai reduse in comparatie cu suprafata rezervatiilor pentru ocrotirea consumatorilor (in special a carnivorelor de vrf) care exploreaza suprafete foarte mari pentru procurarea hranei.

2.6.3 Structura biochimicaSub aspect biochimic, biocenoza se prezinta ca un sistem de canale prin care circula metaboliti de la un organism la altul, de la biocenoza la biotop. Cea mai mare parte din produsii metabolici circula prin reteaua trofica, iar o fractiune redusa este eliminata in biotop, de unde este receptionata selectiv de catre populatiile biocenozei.

Acesti metaboliti care in biosfera joaca rolul de "semnal" se numesc ecomoni, ergoni sau substante ectocrine. Cnd sunt secretati de plante poarta denumirea de substante alelopatice, iar cnd sunt secretati de animale, se numesc feromoni sau alomoni.

Fiziologul german H. Molisch (1939) denumea alelopatia ca fenomenul de influentare biochimica intre organisme. Cuvntul alelopatie deriva de la cuvintele grecesti "alelos" = reciproc, mutual si "pathe" = influenta, actiune.Organismele ce sintetizeaza si elimina substante alelopatice se numesc emitatoare sau donatoare, iar cele care intercepteaza acesti metaboliti se numesc receptoare sau acceptoare.

Efectul chimic al unei plante supra altei plante (dupa Grodzinschi, 1973)

Tipuri de substante alelopatice:

1) colinele (G. Grmmer 1955) sunt substante secretate de plante superioare (eliminate prin radacini, frunze sau alte organe) care inhiba sau intrzie dezvoltarea altor plante superioare (bioinhibitori).

Unii autori considera ca fanerogamele (plante cu flori si seminte) elimina in mediu si diverse substante nutritive sau cu efect biostimulator.

2) fitoncidele (S.K. Waksmann 1943, B.T. Tokim 1951) sunt substante produse de plante superioare care anihileaza sau inhiba dezvoltarea unor microorganisme. Sunt bine cunoscute fitoncidele din ceapa, usturoi si hrean. Plantele superioare elimina in sol si unele substante cu rol pozitiv asupra unor microorganisme (substante nutritive; substante stimulatoare - auxine , vitamine).

3) marasminele si toxinele bacteriene sunt substante produse de microorganisme cu rol negativ asupra dezvoltarii plantelor superioare. Dar, unele microorganisme sintetizeaza si substante cu rol pozitiv asupra plantelor superioare (auxine, gibereline, vitamine etc.).

4) antibioticele (A. Fleming 1929) sunt substante secretate de unele microorganisme cu rol in inhibarea inmultirii, cresterii si dezvoltarii altor microorganisme. Uneori prin antibiotice se poate provoca moartea microorganismului concurent (penicilina este sintetizata de diferite mucegaiuri si distruge un numar mare de specii de bacterii).

5) alcaloizii si glicozizii sunt produsi vegetali toxici pentru animale (fitofagi). Alcaloizii sunt compusi organici, cu caracter bazic datorita azotului in molecula lor (sunt prezenti la mai mult de 1200 specii de plante). Unii considera alcaloizii ca fiind deseuri ale metabolismului protidelor, altii ca fiind substante cu rol protector impotriva unor daunatori.

Plante ce contin alcaloizi: Conium maculatum (coniina, coniceina, conhidrina); Equisetum arvense (nicotina, palustrina); Atropa beladona (nicotina, atropina, beladonina, apoatropina, hiosciamina, scopolamina); Ricinus communis (ricinina); Veratrum album (germenina, protoveratridina, protoveratrina, veratridina); Aconitum napellus (napelina, aconina, aconitina, neolina); Galega officinalis (galegina, guanidina); Colchicum autumnale (colchicina, colchiceina).

Glicozizii sunt substante complexe care prin hidroliza disociaza in una sau mai multe oze si o substanta neglucidica numita aglicon sau genina. In functie de natura agliconului, glicozizii pot fi: cianogenici (agliconul este o cianhidrina), prezenti la cca. 1 000 de specii (Glyceria maxima, Sorghum bicolor, Vicia angustifolia, Sambucus nigra); cu sulf (pun in libertate substante sulfurate, iritante sevenoli), prezenti in plante din fam. Cruciferae (sinigrina, sinalbina); cardiotonici; lactonici; antracenici; saponine; glucoalcaloizi.

Omul, prin activitatea sa, poate interveni in structura biochimica a ecosistemelor, producnd uneori grave perturbari, prin imprastierea unor substante poluante in biotop.

Principalele interactiuni biochimice care ar putea reprezenta baza unor interventii utile in scopul maririi recoltei in ecosisteme sunt: interactiuni intre plante superioare; interactiuni intre plante superioare si plante inferioare, bacterii sau ciuperci; interactiuni biochimice la animale; interactiuni biochimice plante-animale fitofage.

a) Interactiuni biochimice in lumea plantelor superioare

Antagonismele se manifesta cnd colinele secretate de unele plante superioare inhiba dezvoltarea altor plante superioare (susaiul, Sonchus arvensis inhiba cresterea si dezvoltarea normala a sfeclei pentru zahar, porumbului, florii soarelui etc.; odosul, Avena fatua inhiba dezvoltarea cerealelor paioase, in special a ovazului; nucul, Juglans nigra inhiba dezvoltarea multor plante cartofi, tomate, lucerna etc.; pirul, Agropyron repens inhiba dezvoltarea multor culturi; floarea soarelui, Helianthus annuus inhiba dezvoltarea multor plante etc.

Natura chimica a colinelor este foarte variata, fiind identificate multe substante volatile (acizi organici, uleiuri eterice, fenoli, terpene etc.).

Aprofundarea cercetarilor asupra colinelor plantelor ar putea conduce la extragerea si sinteza pe scara largita a unor erbicide de origine vegetala sau la crearea de soiuri de plante cultivate care sa elimine in mediu coline impotriva buruienilor.

Sinergismele reprezinta o stimulare reciproca a doua specii ce cresc impreuna. Colinele secretate de unele plante au efect pozitiv, stimulator asupra altora, cu care convietuiesc (neghina, Agrostemma githago, albastrelele, Centaurea cyanus, cresc mai bine in cultura de cereale paioase; varza, Brassica oleracea creste mai bine in amestec cu tomatele; gramineele cresc mai bine in amestec cu leguminoasele etc.

Actiunea sinergica se manifesta si prin profilaxia unilaterala sau reciproca fata de boli si daunatori. Astfel, in cultura intercalata de morcov cu praz se impiedica depunerea oualor att de musculita morcovului (Psilla rosea) ct si a mustei cepei (Hylemia antiqua); in cultura de varza, cnepa limiteaza atacul fluturelui Pieris brassicae; in cultura de cartof cnepa reduce atacul de mana (Phytophtora infestans).

b) Interactiuni biochimice in lumea plantelor inferioare si bacteriilor

Numarul de metaboliti produsi de alge, ciuperci, bacterii este foarte mare si variat. Analiznd relatiile dintre ciuperci si bacterii se constata mai multe tipuri de interactiuni biochimice: stimulare reciproca, inhibitie reciproca, indiferenta, inhibitie unilaterala (lichenii stimulare reciproca; unele cianoficee produc terpene care inhiba cresterea speciilor concurente).

c) Interactiuni biochimice ale plantelor superioare cu plante inferioare si cu bacterii, ciuperci

Interactiunile dintre briofite si licheni pe de o parte si gimnosperme pe de alta parte, confera stabilitate biocenozei in padurile de conifere. Colinele produse de briofite (Polytrichum commune, Sphagnum) si licheni (Cladonia rangiferina) au efect stimulator asupra pinului si molidului.

Interactiunile plantelor superioare cu bacteriile si micromicetele se desfasoara mai ales in sol, prin intermediul rizosferei (stratul de sol ocupat de radacini bogat in materie organica si microorganisme). Multe bacterii elaboreaza in sol substante biotice active, cum ar fi vitaminele din grupul B (B1, B2, B6, B12, biotina etc.) ce au o actiune stimulatoare asupra plantelor superioare.

O interactiune pozitiva strnsa intre unele plante superioare si unele ciuperci, la nivelul sistemului radicular formeaza micoriza.

Micoriza favorizeaza metabolismul natural al plantelor, mai ales absorbtia fosforului si furnizeaza radacinilor auxine. Se considera ca radacinile exercita o actiune trofo-fizica asupra ciupercii si nu alelopatica (primeste glucidele necesare vietii